垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)在我國的應(yīng)用及發(fā)展趨勢
摘要：垃圾焚燒處理和發(fā)電技術(shù)具有環(huán)保和能源的雙重效益，是未來垃圾處理的發(fā)展方向。我國垃圾焚燒發(fā)電在近幾年從無到有，發(fā)展迅速。本文介紹了垃圾焚燒應(yīng)用情況，簡要分析了其推廣在技術(shù)和融資等方面的障礙以及未來的應(yīng)用潛力。關(guān)鍵詞：垃圾 焚燒發(fā)電發(fā)展?jié)摿?政策
一． 垃圾焚燒處理是實現(xiàn)垃圾無害化、減量化和資源化的最有效的手段之一
城市生活垃圾是當前世界各國面臨的主要環(huán)境問題之一，也是目前我國存在的突出的環(huán)境問題。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市人口的大量增加和城市規(guī)模的日益擴大以及人民生活水平的不斷提高，生活垃圾產(chǎn)生量逐年增長，不可避免地帶來了大量的垃圾排放。1995年以后，我國城市生活垃圾年清運量均超過一億噸，且以每年3%左右的速度增長。對垃圾的處理不當，會對環(huán)境造成巨大的危害：占用土地、污染土壤、污染地下水資源、影響空氣質(zhì)量、污染大氣、傳播疾病、影響環(huán)境衛(wèi)生和居民健康，因此如何無害化處理生活垃圾以及如何對垃圾處理進行有效的管理已經(jīng)成為許多城市亟待解決的問題。
目前比較普遍的垃圾無害化處理方式有衛(wèi)生填埋、焚燒和綜合利用(如生產(chǎn)有機肥料、建筑材料、供熱和發(fā)電等)。焚燒是一種對城市垃圾進行高溫熱化學處理的技術(shù)，將垃圾作為固體燃料送入爐膛內(nèi)燃燒，在800～1000℃的高溫條件下，垃圾中的可燃組分與空氣中的氧進行劇烈的化學反應(yīng)，釋放出熱量并轉(zhuǎn)化為高溫的燃燒氣和少量性質(zhì)穩(wěn)定的固定殘渣。當垃圾有足夠的熱值時，垃圾能靠自身的能量維持自燃，而不用提供輔助燃料。垃圾燃燒產(chǎn)生的高溫燃燒氣可作為熱能回收利用，性質(zhì)穩(wěn)定的殘渣可直接填埋處置。經(jīng)過焚燒處理，垃圾中的細菌、病毒能被徹底消滅，各種惡臭氣體得到高溫分解，煙氣中的有害氣體經(jīng)處理達標后排放。
焚燒處理與其它城市垃圾處理處置方法相比具有以下獨特的優(yōu)點：
減容效果好。焚燒處理可以使城市垃圾的體積減少80～90%；
消毒徹底。高溫燃燒可以使垃圾中的有害成分得到完全分解，并能徹底殺滅病原菌，尤其是對于可燃性致癌物、病毒性污染物、劇毒性有機物等幾乎是唯一有效的處理方法；
減輕或消除后續(xù)處置過程對環(huán)境的影響?？梢源蟠蠼档吞盥駡鼋鲆旱奈廴疚餄舛群歪尫艢怏w中的可燃及惡臭成分；
有利于實現(xiàn)城市垃圾的資源化。垃圾焚燒產(chǎn)生高溫煙氣，其熱能被廢熱鍋爐吸收轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，可以用來供熱或發(fā)電。
處理效率高。焚燒廠占地面積小，可以在靠近市區(qū)的地方建廠，既可節(jié)約用地又可縮短垃圾的運輸距離，對于經(jīng)濟發(fā)達的城市，尤為重要。
基于以上這些優(yōu)點，可以說焚燒處理是實現(xiàn)垃圾無害化、減量化和資源化的最有效的手段之一，是未來垃圾處理的發(fā)展方向。
二． 我國垃圾焚燒應(yīng)用發(fā)展迅速
垃圾焚燒技術(shù)在西方發(fā)達國家已有很長的發(fā)展歷史，最先利用垃圾發(fā)電的是德國和法國，近幾十年來，美國和日本在垃圾發(fā)電方面的發(fā)展也相當迅速，處于世界領(lǐng)先行列。我國在垃圾焚燒技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用方面起步較晚，相比之下，我國的垃圾焚燒設(shè)備的設(shè)計、生產(chǎn)和應(yīng)用的水平和規(guī)模與發(fā)達國家的差距還很大。
1．應(yīng)用現(xiàn)狀
國內(nèi)第一個垃圾焚燒發(fā)電廠在1987年投入運行，垃圾焚燒發(fā)電在九五期間得到一些城市特別是南方大中城市的重視，從2000年到2003年建成有二十多個日處理量在200噸以上的焚燒裝置，主要在上海、廣州、深圳、杭州、鄭州、哈爾濱等大城市以及南方一些中等城市如蘇州、寧波等，規(guī)模最大的純垃圾焚燒處理裝置（基本不需要利用輔助燃料）的日垃圾處理量為1800噸，裝機18兆瓦，此外目前在廣東等地還有一些項目在建設(shè)之中。雖然近兩年發(fā)展迅速，但因為起步晚，垃圾處理總量和裝機總量都不大，占我國生活垃圾總量的3%左右，發(fā)電總裝機容量200多兆瓦。
垃圾焚燒發(fā)電得到了政府的大力支持，由于其社會效益和經(jīng)濟效益日趨明顯，因此經(jīng)濟發(fā)達的一些城市在推廣垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)方面作了大量的工作。以下是幾個城市案例。
案例一：深圳
深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠應(yīng)用異重循環(huán)流化床垃圾焚燒新技術(shù)建立了它的第三套垃圾焚燒裝置，于1998年8月正式投入商業(yè)運行，這是國內(nèi)首座擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型垃圾焚燒發(fā)電工程，這一系統(tǒng)集成了國內(nèi)開發(fā)的垃圾低污染焚燒技術(shù)、尾氣凈化技術(shù)、自動點火、冷渣分選和燃燒控制等專利技術(shù)，達到國際領(lǐng)先水平的污染控制和排放技術(shù)指標。該廠籌建于1985年，建廠初期，從日本進口了兩臺“三菱--馬丁”式垃圾焚燒爐，是我國第一個垃圾焚燒發(fā)電項目。但由于生活垃圾存在水份高(水份高于50%)、熱值低(當時年平均低位發(fā)熱值約3300kJ/kg左右)、多變化、未經(jīng)分選的特點，垃圾進爐后水分蒸發(fā)大量吸熱，干燥時間長，著火慢，易結(jié)塊，燒透時間長，爐膛溫度易大幅波動，垃圾焚燒不穩(wěn)定；同時一期工程垃圾焚燒熱能利用率低，總體發(fā)電能力僅為500kW，每年還
需向電網(wǎng)買電。為解決這些問題，深圳在1996年開始第三臺垃圾焚燒爐國產(chǎn)化工程和對日本進口垃圾焚燒爐的改造及新建一臺3000kW發(fā)電機組工程。二期工程有三個特點：(1)低熱值城市生活垃圾焚燒工藝。該工藝優(yōu)于引進工藝，適合我國國情，能夠確保垃圾熱值不低于3300kJ/kg、水份不高于55%且未經(jīng)分選的城市生活垃圾在符合目前環(huán)保要求的前提下焚燒處理，達到國際領(lǐng)先水平。(2)垃圾資源化利用技術(shù)。通過利用該項技術(shù)該廠發(fā)電能力提高6倍，平均每噸垃圾發(fā)電近200kWh，由原來每年買電5.5GWh到現(xiàn)在每年可售出10GWh電以上，降低了垃圾處理成本，垃圾資源化利用水平進入國際先進行列。(3)設(shè)備國產(chǎn)化。與工藝相配合，開發(fā)研制了十八項城市生活垃圾焚燒處理配套設(shè)備并投入使用，填補了國內(nèi)空白，成套設(shè)備的國產(chǎn)化率達到80%以上。
案例二：上海
2002年前上海的垃圾處理都是直接填埋，不僅對環(huán)境造成很大的污染，而且占用大量土地。近期上海的垃圾排放量更是達到每天14400噸的歷史最高點，垃圾量的猛增使上海幾個填埋點有限作業(yè)能力不堪重負。為此，2002年，上海建成了其首家垃圾焚燒發(fā)電廠，處理來自浦東全區(qū)的生活垃圾，在一定程度上緩解了這種壓力。該廠的設(shè)計垃圾日處理能力是1094噸，目前每天垃圾的焚燒量保持在1100-1200噸；設(shè)計日發(fā)電能力是408MWh，目前日均發(fā)電量在350-400MWh。自2002年7月1日至2003年6月30日，累計處理垃圾41.4萬噸，2003年7月，電廠的垃圾焚燒量達到了5萬噸。而且電廠在大量消化垃圾的同時，7月份的發(fā)電量也達到12GWh，其中上網(wǎng)售電9.77GWh，獲得了比較好的經(jīng)濟效益。
案例三：天津市
天津市首座垃圾焚燒發(fā)電廠正在建設(shè)之中，總投資5.7億元，垃圾焚燒處理系統(tǒng)采用世界先進的日本TAKUMA公司SN型爐排焚燒技術(shù)，由3條400噸/天的焚燒線組成，每天可處理生活垃圾1200噸。系統(tǒng)采用連續(xù)運行方式，全年可處理垃圾40萬噸，因此項目建成后天津市區(qū)生活垃圾的四分之一將被焚燒處理。設(shè)計發(fā)電裝機容量為18兆瓦，日發(fā)電量35.1萬千瓦時，年上網(wǎng)總電量為1.16億kWh，相當于每年節(jié)約標準煤4.8萬噸，真正實現(xiàn)了對垃圾的資源化、無害化處理。
2．我國垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)發(fā)展特點
(1)投資主體多樣。與其它垃圾處理方式相比，垃圾焚燒發(fā)電項目的初始投資高，我國在近三年的時間里，垃圾焚燒發(fā)電發(fā)展較快主要得益于地方城市環(huán)保意識的加強，尤其是在經(jīng)濟條件好的城市，地方政府或是采用直接投資、或是采取鼓勵拓寬融資渠道的手段來支持垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用。
(2)關(guān)鍵設(shè)備進口，配套設(shè)備國產(chǎn)化。從焚燒設(shè)備的角度來看，工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)有了100多年焚燒垃圾的歷史，無論技術(shù)上還是設(shè)備上都已經(jīng)相當成熟。而我國垃圾焚燒處理專用設(shè)備的開發(fā)研制生產(chǎn)水平相對薄弱，但許多垃圾焚燒發(fā)電廠都借鑒了深圳首家垃圾焚燒廠的做法，采用關(guān)鍵設(shè)備進口、配套設(shè)備國產(chǎn)化的模式。
3．焚燒發(fā)電應(yīng)用推廣中存在的主要問題
垃圾焚燒發(fā)電項目的推廣有以下限制性因素:
對垃圾成分有一定的要求：垃圾焚燒要求垃圾應(yīng)能滿足熱值要求，一般要求低位熱值至少在4000kJ/kg以上，最好高于5000kJ/kg，但對于小城市和經(jīng)濟不太發(fā)達的城市，生活垃圾如果不經(jīng)過分檢的話，不適合于做燃燒處理。此外，北方城市生活垃圾在冬季灰份比較高，南方的垃圾在夏季含水率比較高，都會影響垃圾焚燒的效率甚至不能焚燒。
國內(nèi)裝備水平與發(fā)達國家相比差距較大，焚燒裝置的關(guān)鍵設(shè)備需要進口，尤其是大容量設(shè)備的國產(chǎn)化率很低。
與其它垃圾處理方式以及其它技術(shù)成熟的可再生能源發(fā)電相比，項目投資高，如果不考慮垃圾處理的社會效益，單純考慮發(fā)電收益的話，發(fā)電成本在1元/kWh左右。
焚燒尾氣的二次污染問題：尾氣中的二惡英對人體、對環(huán)境的危害極大，雖然采取垃圾加油燃燒、加煤粉燃燒等方式可以提高燃燒溫度和效率從而大大降低二惡英的排放量，但這一點仍是目前關(guān)于大面積推廣垃圾焚燒發(fā)電的爭論的主要原由之一。另外，燃油價高，垃圾加油燃燒加大了運營成本，垃圾發(fā)電場一般不愿意采用。而垃圾加煤粉燃燒就需要采用循環(huán)流化床的鍋爐，技術(shù)高投資也高。
三. 垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)應(yīng)用前景展望
垃圾焚燒發(fā)電將環(huán)境保護和節(jié)約能源有機地結(jié)合起來，因而將有很好的發(fā)展前景。近三年我國垃圾焚燒發(fā)電發(fā)展迅速的主要驅(qū)動力有兩點：一是我國目前和今后所面臨的城市垃圾處理的壓力，二是正在逐步制定和采取的一些政策措施。而它們也將是今后垃圾焚燒發(fā)電進一步發(fā)展的動力。
1、垃圾焚燒發(fā)電的資源潛力
垃圾的產(chǎn)生量和分布與人口、城市分布等密切相關(guān)。2002年，我國共有660個城市，年垃圾清運量為1.365億噸，考慮垃圾的平均熱值4200kJ/kg，則垃圾作為能源資源年總量為573TJ。根據(jù)國家環(huán)?？偩诸A(yù)測，2010年我國城市垃圾年產(chǎn)量將為1.52億噸，2015年和2020年將達到1.79、2.1億噸。根據(jù)專家估計，2005年大中城市垃圾中有機物含量將達到70%以上，含水率在50%左右，并配合垃圾分類等措施，到2010年大中城市的生活垃圾基本能夠達到直接焚燒的要求，屆時能夠達到這一要求的垃圾如考慮占總量的50%的話，熱值按5000kJ/kg計算，則垃圾能源資源總量為760TJ，可利用量380TJ，可利用的垃圾發(fā)電裝機潛力為2500MW，提供電力約18TWh；2020年如考慮同樣的比例，垃圾能源資源總量為1050TJ，可利用量525TJ，可利用的垃圾發(fā)電裝機潛力為3450MW，提供電力約25TWh。因此垃圾焚燒發(fā)電從資源角度來說潛力很大。
2、垃圾焚燒發(fā)電的政策支持
我國中央和地方政府都很支持垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前建設(shè)的垃圾焚燒發(fā)電裝置的投資大都來源于當?shù)刎斦?，都是在?jīng)濟條件相當好的大中城市。國家環(huán)?？偩衷?000年出臺了有關(guān)垃圾焚燒發(fā)電的污染控制標準和規(guī)范。中央在2001年11月出臺了對垃圾焚燒發(fā)電項目實行增殖稅即征即退的優(yōu)惠政策，這一政策非常明確且易于操作。
此外，國內(nèi)的一些機構(gòu)正在進行通過法律條文形式鼓勵可再生能源發(fā)展的研究以及其它相關(guān)的準備工作。參考國際上的經(jīng)驗，垃圾焚燒發(fā)電可以作為被鼓勵的技術(shù)之一包含其中。歐洲在垃圾焚燒發(fā)展方面的成功經(jīng)驗可以借鑒，它是與歐洲各國垃圾處理的體制和政府制定的優(yōu)惠政策密切相關(guān)的。從體制上，垃圾處理和資源化利用已經(jīng)成為成熟的產(chǎn)業(yè)，大部分由私營公司和企業(yè)來運營，政府通過垃圾收費政策從垃圾排放者中籌集資金，支付給垃圾處理企業(yè)，常常通過競標確定垃圾處理的價格；從標準上，歐洲各國制定嚴格的垃圾焚燒標準并嚴格執(zhí)行；從政策上，歐洲各國通過立法或優(yōu)惠的政策鼓勵垃圾焚燒發(fā)電項目的實施，如英國在其非化石燃料公約、德國在其新能源法中都規(guī)定：垃圾直接焚燒發(fā)電的電力電量強制上網(wǎng)，并實施電價補貼或綠色電價，在英國3.4便士/kWh，在德國20芬尼/kWh。因此我國也應(yīng)考慮逐步制定合理和優(yōu)惠的政策促進垃圾焚燒發(fā)電的發(fā)展。
3、未來應(yīng)用潛力分析
根據(jù)垃圾焚燒項目初始投資高，對垃圾性質(zhì)要求高的特點，建議依據(jù)以下原則確定垃圾焚燒重點發(fā)展的城市和區(qū)域：(1)經(jīng)濟基礎(chǔ)發(fā)達地區(qū)，地方政府具備一定的財力，同時城市居民也有經(jīng)濟基礎(chǔ)，已經(jīng)有或有即將出臺的垃圾排放收費政策相配套，能夠部分解決垃圾焚燒發(fā)電項目的高投資；(2)人口密度高，土地資源緊缺，城市化程度和居民生活現(xiàn)代化水平高的地區(qū)，如三氣使用比例高(95%以上)等地區(qū)，垃圾熱值容易滿足要求；(3)推廣垃圾分類處理的地區(qū)；(4)環(huán)境保護要求高的城市和地區(qū)。因此，我國垃圾焚燒發(fā)電未來應(yīng)用的重點區(qū)域?qū)⑹牵褐陛犑?、省會城市以及其它?jīng)濟條件較好的大城市；沿海城市和主
旅游城市；沿長江流域地級城市；各主要湖泊、江河附近地級市；以地下水為飲水源城市等。
如果考慮到2010年垃圾焚燒處理量占總垃圾產(chǎn)量的10%，焚燒熱能用于發(fā)電和供熱，則從現(xiàn)在到2010年需要新建日處理能力為3.2萬噸的垃圾焚燒設(shè)備。可以考慮在大中型城市建立處置能力在500噸/日以上的大型垃圾焚燒裝置30處，新增發(fā)電總裝機288兆瓦，年發(fā)電量可達到2TWh；新建處置能力150-500噸/日的垃圾焚燒裝置35處，新增發(fā)電總裝機105兆瓦，年發(fā)電量0.75TWh。
3、未來應(yīng)用潛力分析
根據(jù)垃圾焚燒項目初始投資高，對垃圾性質(zhì)要求高的特點，建議依據(jù)以下原則確定垃圾焚燒重點發(fā)展的城市和區(qū)域：(1)經(jīng)濟基礎(chǔ)發(fā)達地區(qū)，地方政府具備一定的財力，同時城市居民也有經(jīng)濟基礎(chǔ)，已經(jīng)有或有即將出臺的垃圾排放收費政策相配套，能夠部分解決垃圾焚燒發(fā)電項目的高投資；(2)人口密度高，土地資源緊缺，城市化程度和居民生活現(xiàn)代化水平高的地區(qū)，如三氣使用比例高(95%以上)等地區(qū)，垃圾熱值容易滿足要求；(3)推廣垃圾分類處理的地區(qū)；(4)環(huán)境保護要求高的城市和地區(qū)。因此，我國垃圾焚燒發(fā)電未來應(yīng)用的重點區(qū)域?qū)⑹牵褐陛犑?、省會城市以及其它?jīng)濟條件較好的大城市；沿海城市和主
旅游城市；沿長江流域地級城市；各主要湖泊、江河附近地級市；以地下水為飲水源城市等。
如果考慮到2010年垃圾焚燒處理量占總垃圾產(chǎn)量的10%，焚燒熱能用于發(fā)電和供熱，則從現(xiàn)在到2010年需要新建日處理能力為3.2萬噸的垃圾焚燒設(shè)備。可以考慮在大中型城市建立處置能力在500噸/日以上的大型垃圾焚燒裝置30處，新增發(fā)電總裝機288兆瓦，年發(fā)電量可達到2TWh；新建處置能力150-500噸/日的垃圾焚燒裝置35處，新增發(fā)電總裝機105兆瓦，年發(fā)電量0.75TWh。
如果考慮到2020年焚燒發(fā)電的垃圾處理量達到總量的30%，則2010年到2020年需要新建日處理能力為13.1萬噸的垃圾焚燒設(shè)備?？梢钥紤]新建處置能力500噸/日以上的大型垃圾焚燒裝置120處，新增發(fā)電總裝機1152兆瓦，年發(fā)電量8.3TWh；新建處置能力150-500噸/日的垃圾焚燒裝置140處，新增發(fā)電總裝機420兆瓦，年發(fā)電量3TWh。屆時垃圾焚燒發(fā)電總裝機將達到2000MW以上。