城市生活垃圾清洁高效一体化解决技术展望

叶笑臣 吴宏亮 肖尧 邓启刚 苏虎

摘 要：由于人民生活水平的不断提高，如何对其进行高效清洁的资源化利用，是我国城市生活垃圾面临的重要问题。在众多垃圾处理技术当中，垃圾焚烧以其优越的减毒、减量和减容特性成为国内的主流垃圾处理技术。通过对比国内外垃圾焚烧技术及垃圾焚烧技术工艺，展望未来垃圾处理技术发展。

关键词：生活垃圾;焚烧;炉排;余热锅炉

1 前言

随着我国人民的生活水平的不断提高和城镇化的进行，在过去的几十年的时间里，我国的城市固体废弃物产生总量经历了飞速地增长，图1为2000年至2014年间我国城市固体废弃物产生量与城镇人口的变化情况。根据世界银行估算，到2030年我国城镇固体废弃物将达到4.8亿吨。

目前生活垃圾的处理方式主要有三种，即填埋、焚烧和堆肥。若使用堆肥的方法，则面临非发酵垃圾分离的难题，同时我国垃圾含水量较高，长时间的发酵很可能会带来渗滤液污染的问题。另外从处理效率和项目规模来看，堆肥也不宜作为主流处理方式推广。填埋法的主要问题是占用大量土地，同时重复利用率低，旧填埋场库容达到极限后又需要新建设施，严重耗费土地资源。当前我国面临城镇开发以及人口压力等一系列和土地资源相关的问题，建设垃圾填埋场带来的综合成本高企，不符合社会实际需求[2]。

焚烧法对垃圾原料的要求较低，处理效率高、占地面积小，可利用焚烧产生的热能、灰渣后端资源化利用，处理相同规模的垃圾占地只需要填埋方式的十分之一。图2为2006年到2019年国内固废的处理方式占比情况。当前垃圾焚烧方式越来越得到地方政府的青睐。表1为焚烧、填埋及堆肥的比较，可以看出，焚烧在占地面积、防止水污染和防止土壤污染等方面都有较大的优势，是实现固体废弃物减量化、无害化和资源化的有效手段。同时，在管理要求，尾部烟气处理等方面是难点。

焚烧法按燃烧技术不同还可以进一步细分。生活垃圾焚烧处理的燃烧技术主要有：机械炉排炉、循环流化床焚烧炉、热解焚烧炉和回转窑焚烧炉四种，其中热解焚烧炉、回转窑焚烧炉在生活垃圾焚烧中应用较少，循环流化床焚烧炉的应用相对机械炉排炉市场份额占比较小，机械炉排炉是当前市场的主力[2]。

2 固废焚烧发电现状

2.1国外固废焚烧概况

垃圾焚烧技术在世界发达国家是已有上百年发展历史的成熟技术。国外最早进行垃圾焚烧技术研究开发的是德国，随后英国、法国、美国、日本等国也积极开展了这方面的研究。

在2011年，德国有69座垃圾焚烧发电厂在运行，其年处理能力为2000万吨。这其中有30座是RDF（垃圾衍生燃料）焚烧发电厂，年处理能力为460万吨。在2011年，德国有MBT厂48座，年处理能力为600万吨，处理了500万吨分类收集后的剩余居民生活垃圾。经MBT厂分选出的可燃物被送到焚烧厂焚烧发电[5]。日本是世界上焚烧厂最多的国家，2017 年共有 1 103 座垃圾焚烧设施，其中新建设施 43 座，合计处理能力为 1.8×105t/d。随着环保要求的不断提高，日本垃圾焚燒厂的数量在不断减少，一方面是因为其垃圾焚烧厂处理能力已经相对饱和，另一方面是随着垃圾资源化利用率的提高，需要焚烧的垃圾量有所下降[4]。北欧等发达国家也有类似的焚烧发电厂。国外主要炉排垃圾焚烧炉排见表2。

2.2国内垃圾焚烧概况

我国垃圾焚烧发电起步于20世纪90年代末，发展至今仅二十年时间，但随着我国城镇化进程和城市人口的增加，我国城市生活垃圾对环境造成的压力不断加大，垃圾无害化处理技术已越来越引起我国重视并快速发展起来。

2012年发布的《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》反映了填埋和焚烧比例的变化趋势。规划中表明，在十二五期间垃圾无害化处理中选用焚烧技术的达到35%，东部地区选用焚烧技术达到48%。在2010年，全国焚烧的比例仅20%。而填埋处理量的占比则从2010年的77%降低至2015年的59%。

2016年发布的《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》中则明确提出焚烧处理要达到 50% 以上，其中东部地区达到60% 以上，“十三五”期间，全国预计新增 228座垃圾焚烧厂，增幅达 103%，在“十二五”的基础上又将实现翻番[7]。

经过“十三五”期间产能的快速增长，目前中国共有生活垃圾处理设施2561座，日处理能力超过了 1 百万吨，其中焚烧发电占比达到44%[3]。。近年来，垃圾焚烧发电行业集中度不断提升，截至2019年底，前十大垃圾焚烧企业的市场占有率已经接近80%。大部分产能集中在专业运营商手里，其余部分分布在地方环保公司和当地政府手里。随着市场进一步呈现集约化趋势，专业运营商的竞争优势越发凸显，地方产能将大概率被行业龙头企业整合，行业集中度继续提高。

中国的垃圾焚烧发电设备制造企业基本都是从与国外技术合作和引进起步并逐步发展起来，乃至拥有自主垃圾焚烧炉技术的。例如，已知的技术引进关系有：光大国际、重庆三峰和德国马丁公司;深圳能源和比利时吉宝西格斯公司;康恒环境、华光锅炉和日立造船;中科集团、广环投和丹麦伟伦等等。中国企业经过向国外公司的学习，推陈出新也发展出拥有自主知识产权垃圾焚烧炉技术，例如，杭州新世纪、伟明环保的两段式炉排技术;绿色动力的逆推式机械炉排技术、杭州锦江的异重循环流化床技术、湖州环清环保科技有限公司的二次蓄热升温气化燃烧技术;江苏天楹环保等企业，在国外技术的基础上进行了垃圾焚烧发电成套装备技术方面的改进，使之更适应中国垃圾分组，有效增强了国产和进口设备之间的协调性，降低了烟气中的二噁英浓度。

国内垃圾焚烧领域经过多年的发展，在各自专注和产业链分工下已形成了相对成熟的商业模式和分工，可分为甲乙丙三种类型的企业。甲类企业是以资产布局为主的企业，以光大国际、城发环境等投资运营类、跨地域的国企或民企为代表;乙类为工程承包类为主的企业如上海环境，目前已从B方阵中逐步走出，并正在成为A方阵的重要组成力量;丁类为为环保装备设备制造企业，其中东方锅炉为国内唯一具有炉排、余热锅炉、烟气治理、渗滤液处理等全套一体化设计生产的设备厂家。

根据统计数据：截至2013年底我国垃圾发电装机容量达到340.03万千瓦时，较2012年增长35%，2014年我国垃圾发电装机容量430.8万千瓦时，较2013年增长26.7%。仅在“十二五”期间，全国城市共新增 127 座垃圾焚烧厂，增幅达 133%，超过 2010 年以前建成垃圾焚烧厂的总和[3]。随着垃圾焚烧发电产业不断发展，截至2019年，全国已投运501个项目，已建成了光大南京、成都祥福、北京高安屯、佛山南海等一批典型项目，尤其是在经济水平较高的地区，截止2019年垃圾焚烧处理方式占比超过30%甚至50%。

3 技术路线分析

3.1 垃圾焚烧发电厂的一般工艺流程

垃圾焚烧发电厂的工艺流程总体如下：垃圾采用垃圾车运到厂内，卸入垃圾池内。采用吊车或抓斗将卸下的垃圾进行翻拌、混合、堆栈。垃圾经过几天的堆放储存后，由吊车或抓斗抓取投进炉前的垃圾料斗，经过垃圾给料装置送入锅炉燃烧。焚烧产生的热由余热锅炉转换为蒸汽，进入汽轮机发电。焚烧炉产生的炉渣则可以进行资源化利用。垃圾焚烧后产生的烟气中含有较多的有害物质，如酸性气体（HCl， HF等），重金属，粉尘，NOx， SO2， 二噁英，呋喃等，必须经过烟气净化后才可排放。而烟气净化过程中的飞灰因危险性高，一般无法进行再利用，通常作填埋处理。

3.2 典型工艺设备

垃圾焚烧的主要设备包括焚烧设备、余热锅炉、烟气处理设备以及渗滤液处理设备。炉排目前是国内的主流垃圾焚烧装备[6]。各种炉排的结构之间略有差异，但是都包括了垃圾的干燥、燃烧和燃尽三个阶段，本质上区别不大。而与焚烧炉相匹配的余热炉，则根据处理量不同，布置形式各有差异。图8展示了立式、半卧式和卧式三种余热锅炉形式。其中立式余热锅炉多用在400t/d垃圾处理量的项目上，或者场地建设面积受限的项目上。在烟气净化上，图9展示的SNCR+SDA（半干法）+DA（干法）+PAC（活性炭）+FF（布袋除尘器）+SCR的处理方式已经可以满足欧盟排放标准。对于对酸性气体排放要求更严格的地区，可以采用图10中的工艺流程，增加湿法脱酸步骤。

4 结论与展望

生活垃圾焚烧以其优越的无害化、减量化和资源化特性，将在很长一段时间内，继续占据生活垃圾处理技术的领先位置。

随着生活水平上升，垃圾分类工作的进一步深化以及国家扶持补贴政策的不断退坡，城市生活垃圾焚烧发电技术也将面临新的挑战和机遇。穩步上升的生活垃圾热值，种类清晰的各式垃圾，对不同种类的垃圾的大规模协同处理提出诉求。国补退坡逐步实行，加之不断降低的垃圾处理费，进一步对生活垃圾一体化发电技术提出更高效的要求。

未来高参数、高效率、低能耗、低碳排放，能协同处理多类垃圾的一体化技术将会成为发展方向。在硬件设备不断发展的同时，还要结合大数据、物联网和“互联网+”等新一代信息技术和互联网发展模式，建设基于大数据挖掘的智能设计与管理系统开发应用的信息化智能决策平台，支撑保障生活垃圾在资源循环转化与能源梯级利用的健康持续发展[6]。

目前“十四五”垃圾处理规划已发布，垃圾分类成为未来五年主旋律，进一步深化和推广全国性垃圾分类工作将是未来五年的核心主题。而由垃圾分类衍生的前端收运、中端资源化及后端处置（焚烧 + 餐厨）产业亦有望迎来黄金发展期[7]。

参考文献

[1]李婧，周宇，刘园园. 我国城市固体废弃物处理现状及展望. 城市建筑，2018.6

[2]北极星环保网. http：//huanbao.bjx.com.cn/news/20160810/ 760727-3. shtml

[3]邓乂寰，刘抒悦，吴坤. 中国生活垃圾主要处理方式和年运行费用分析及“十四五”政策研究. 环境与科学管理，2021.04

[4]程伟，鞠阿莲. 日本生活垃圾焚烧处理现状及启示. 环境卫生工程，2019.12

[5]张文阳. 德国废物管理五步架构对我国生活垃圾焚烧发电的启示. 环境保护，2014.10

[6]唐爽，李鸣晓，侯佳奇. 我国生活垃圾处置技术现状及发展趋势分析再生资源与循环经济，2020.10

[7]再协. “十四五”垃圾规划发布垃圾分类开启“焚烧+”时代中国资源综合利用，2021.05