我国城市生活垃圾处理气-热-电联产模式探索

李　剑， 王叶红， 戴雅瑞， 盛力伟

(1.黑龙江省农业机械工程科学研究院 农村能源中心， 黑龙江 哈尔滨　150040； 2.农业部对外经济合作中心， 北京　100125； 3.黑龙江龙能伟业环境科技股份有限公司， 黑龙江 哈尔滨　150001 )



我国城市生活垃圾处理气-热-电联产模式探索

李剑1， 王叶红2， 戴雅瑞3， 盛力伟1

(1.黑龙江省农业机械工程科学研究院 农村能源中心， 黑龙江 哈尔滨150040； 2.农业部对外经济合作中心， 北京100125； 3.黑龙江龙能伟业环境科技股份有限公司， 黑龙江 哈尔滨150001 )

文章阐述了目前我国城市生活垃圾处理现状，深入分析了各类生活垃圾处理技术，结合我国城市生活垃圾的组成特性，提出了气-热-电联产模式是适合我国国情的城市生活垃圾综合利用处理模式。通过对该模式的技术经济分析，表明该模式必将促进我国可再生能源产业更好更快的发展。

城市生活垃圾； 综合利用； 气热电联产； 模式

1　我国城市生活垃圾处理现状

1.1生活垃圾产量分析

近年我国城镇化进程加快，城市生活垃圾产生量每年以约10%的速度迅猛增长，城市人均年生活垃圾产生量约为 450～500 kg，处理城市生活垃圾，实现无害化、减量化和再资源化，消除城市垃圾的污染已成为我国必须解决的重大问题[1-2]。2012年全国城市生活垃圾清运量达到1.71亿吨；2013年，全国城市生活垃圾清运量为1.73亿吨，无害化日处理能力为49.3万吨，无害化处理量为1.54亿吨，无害化处理率为89%[3]。随着人们环保维权意识的持续增强，新建垃圾处置设施的难度越来越大，许多城市现有垃圾处理能力已接近饱和或超负荷，面临垃圾围城的困境[4]。

1.2生活垃圾成分分析

当前我国城市生活垃圾的突出特点是含水率高，一般为45%～65%；热值低，一般在4200 kJ·kg-1左右；有机成分高，厨余类有机生活垃圾部分约占40%～60%；垃圾中可回收成分低，约占10%～25%。经济生活水平低的城市的生活垃圾热值低、煤灰等成分相对较高；城市人口基数大、气候干燥的城市生活垃圾的热值相对较高，煤灰的含量较低；南方的城市生活垃圾中有机物的含量较高，基本上在40%～75%之间；而经济生活水平和消费水平较高的东部地区生活垃圾的易回收的废品含量相对较高[5]。

1.3生活垃圾处理现状分析

根据《中国统计年鉴2013》，2012年我国垃圾无害化处理总量达14489万吨，其中垃圾填埋量达10512万吨，占总量的72.6%，焚烧处理量达3584万吨，占总量的24.7%[6]，由此看出，垃圾处理方式目前仍以卫生填埋为主，而焚烧处理技术应用发展较快。这与我国当前完全不加分类处理的混合收集模式有关，加上农业肥料需求季节性较强，由此导致堆肥技术市场萎靡，这一变动从另一个层面说明，以综合处理为代表的其他处理方式开始迅速抢占新增市场。

2　不同垃圾处理技术比较

2.1卫生填埋技术

卫生填埋是欧洲国家和其它许多国家处理城市垃圾的主要措施，由于有着操作管理简单、处理量大、运行费用低等优点，因此广为各国采用，并把它作为垃圾最终的处理手段，特别对于发展中国家的城市来说，是一种适合的垃圾处理手段[7-9]。卫生填埋技术主要缺点包括： 1)垃圾填埋需要极大的空间，相对浪费土地资源； 2)垃圾填埋后在相当长时间内还产生很多危险因素，填埋体内物质的不可及性也给有害物质的确定和处理带来很大的困难； 3)填埋区渗漏液的收集和处理成本非常高[10-12]。

2.2生活垃圾堆肥技术分析

我国是采用生活垃圾堆肥技术较早的国家，开展过机械化程度较高的动态高温堆肥研究和开发，并取得了积极成果，目前已经形成了一整套的堆肥技术[13]。其中蚯蚓堆肥技术，充分利用了传统堆肥与蚯蚓处理的优点，而避免了各自的缺陷[14]。垃圾堆肥处理能降低Hg，Pb，Cr，As这4种元素的生物活性和毒性[15]。但堆肥技术必须将垃圾先进行分类后再将易腐有机物发酵，才能有效防止重金属的渗入，从而保证有机肥产品达到国家标准，真正实现垃圾处理的无害化和资源化[16]。堆肥处理的优点在于： 1)建设、投资成本适中； 2)技术简单； 3)有机物分解后可作为肥料再利用。缺点在于： 1)堆肥处理周期较长，占地面积大，卫生条件差； 2)堆肥生产的产品属于农家肥，肥效差，销售相对困难[17-18]。

2.3生活垃圾焚烧技术分析

我国的垃圾焚烧处理起步较晚，由于受经济水平的限制，长期以来发展较为缓慢[19]。焚烧处理技术的特点是处理量大，减容性好，无害化彻底，焚烧过程产生的热量用来发电或者供暖可以实现垃圾的能源化[20]。目前在世界众多发达国家得到普遍应用。但垃圾焚烧也存在环境污染隐患，垃圾焚烧是二噁英的主要的排放源之一，二噁英排放则是垃圾焚烧处理中最引人关注的问题[21]。焚烧处理的优点是占地面积小，减容、减量效果好(焚烧后的残渣体积减少90%以上，重量减少80%以上)，处理彻底，同时焚烧过程产生的热量用来发电可以实现垃圾的能源化[22]。该方法的不足之处在于： 1)焚烧产生的烟气必须净化，净化技术难度大，容易产生二次环境污染； 2)建设投资巨大，经济效益不够理想，每处理100吨垃圾的建设成本通常在4干万元以上，而在多数情况下，焚烧所产生的电能价值远远低于预期的销售额,给当地政府留下巨额亏损； 3)运行成本高。焚烧处理要求垃圾的热值大于3.35 MJ·kg-1，否则，必须添加助燃剂，这将使运行费用增高,使得一般城市难以承受。

3　生活垃圾气热电联产模式提出

填埋、焚烧及有机堆肥这当前垃圾处理的3种主要方法各有利弊，具体方案选型需要综合考虑垃圾构成、经济状况、地理状况、环境污染等多方面因素。但厌氧发酵技术能较好地实现生活垃圾的资源化、无害化和减量化。2006年，欧洲运行和建造的厌氧发酵厂总数达到124 座。目前，厌氧发酵技术在国内逐步发展，逐步建设厌氧发酵处理厂。据统计，在过去的10年中采用厌氧消化技术处理城市生活垃圾的处理厂增加了75%[23]。无论从能源再利用还是垃圾减量化的角度，厌氧发酵处理都代表着垃圾处理的处理方向，这对加快能源领域实现可持续发展的战略目标具有十分重要的意义[24-25]。

随着社会的进步，人们生活水平的提高，垃圾成分愈发复杂，有机物、人工合成材料增多。这种现状要求垃圾处理方法，应由单一处理方法向多种方法、互助配合、共同处理的综合处理转变。这种综合处理方法的内涵是：将多种生活垃圾处理处置技术以适当的方式有机地结合在一起，形成完整的处理系统，每种处理技术或设施仅处理适宜的生活垃圾组分，从而改善生活垃圾处理的效果，降低生活垃圾处理的费用，在生活垃圾无害化的基础上，实现生活垃圾的资源化。

由此，笔者提出生活垃圾气热电联产模式，该模式具体流程为：进入垃圾资源再生利用中心的生活垃圾、市政污泥、农作物秸秆经预处理分选后，其中：市政污泥与农作物秸秆混合后送至湿发酵车间，发酵产生的沼渣经固液分离后与市政生活垃圾中分选出的有机质部分混合送至干发酵车间，厌氧发酵生产的沼气经提纯后生产生物天然气，生物天然气可直接接入城市燃气管网或进入汽车加气站；厌氧发酵后产生的沼渣经干化后，与生活垃圾中分选出的可燃物混合制成垃圾衍生燃料(RDF)，用于热、电联产。电能可按照国家分布式能源相关政策接入国家电网，热能部分除自用外，可为周边企业或居民供热。

垃圾填埋、焚烧、有机堆肥及垃圾气热电联产模式相比，各垃圾处理方法的优劣见表1，通过表1可以看出生活垃圾气热电联产模式相比其他垃圾单独处理技术有着显著的优势。

图1　生活垃圾气热电联产模式流程

4　气热电联产模式技术经济分析

生活垃圾气热电联产创新模式提出后，黑龙江某公司于2013年6月在哈尔滨市通河县开展了项目建设，目前已完成整体建设，正在进行设备调试，预计2016年12月完工。项目总投资1.2亿元，总占地面积39441m2，项目建成后可处理通河县6镇2乡共计23.9万人口所产生的全部生活垃圾，生活垃圾年处理总量为8.7万吨，生活垃圾经过沼化及焚烧处理后，年产生物天然气365万m3，年发电2376万度，同时可实现通河工业园区40万m2的集中供热。

表1　不同垃圾处理方法优劣比较

通河项目采用生活垃圾气热电联产工艺，先对垃圾进行分选，分选出的有机垃圾直接运送至发酵仓内发酵产生沼气，产生的沼气提纯后作为车用天然气给汽车加气使用，发酵后产生的沼渣及垃圾中的可燃物作为电厂燃料使用。

主要工程内容：垃圾中转站、垃圾分选及发酵、沼气提纯压缩处理、沼渣干化、垃圾焚烧发电供热；主要建构筑物及附属设施：垃圾处理车间、提纯压缩车间、垃圾发电厂、综合楼、场内道路及其所有配套的附属设施。项目主要经济技术指标见表2。

表2　主要经济技术指标表

5　结论

(1)文章深入对比分析了填埋、堆肥及焚烧等生活垃圾处理技术，结合国内外生活垃圾处理现状，创新性地提出生活垃圾气热电联产模式。

(2)通过生活垃圾气热电联产模式在哈尔滨市通河县的应用，项目建成后生活垃圾年处理总量为8.7万t，年产生物天然气365万m3，年发电2376万度，同时可实现通河工业园区40万m2的集中供热，每年可减排二氧化碳3.34万t，节约标煤1.34万t。

(3)生活垃圾气热电联产创新模式的实施为解决我国生活垃圾处理问题找到了一条科学的出路，项目不仅提供了一个高效利用垃圾的方法，而且减少了环境污染物的排放，改善了城镇居民的生活环境，项目产生的生物燃气、电能和热能既节约了能源、又实现了项目区生态环境的可持续发展。

(4)生活垃圾气热电联产模式无论是从经济效益，还是从社会环境效益上都有极大的优势，所以该模式必将促进我国可再生能源产业更好更快地发展。

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Exploration on Gas-heat-power Cogeneration Mode for MSW Treatment in China /

LI Jian1, WANG Ye-hong2, DAI Ya-rui3, SHENG Li-wei1/

(1.Rural Energy Engineering Technology Center, Heilongjiang Institute of Agriculture Mechanical Engineering Science, Haerbin 150040，China； 2.Foreign Economic Cooperation Center, Beijing 100125，China； 3. Heilongjiang Longneng Weiye Gas Shares CO LTD, Haerbin 150001，China )

The article expounded the present status of Municipal Solid Waste(MSW) treatment modes in China, and analyzed various MSW treatment technology. Considering the MSW composition characteristics in our country, it was proposed that the gas-heat-power cogeneration mode was a suitable mode for MSW treatment in our country. Through the technical and economic analysis, this mode is bound to promote better and faster development of renewable energy industry in our country

MSW; comprehensive utilization; waste treatment； gas-heat-power cogeneration

2015-10-16

2015-10-30

项目来源： 农业部948重点项目(2001-G34)

李剑(1983-)，男，鄂赤壁人，研究生，主要从事固体废弃物资源化利用工作，E-mail:43024155@qq.com

S216.4; X705

B

1000-1166(2016)05-0057-04