垃圾焚烧技术发展综述

符鑫杰，李涛，班允鹏，王新建

（1.中信重工机械股份有限公司，河南 洛阳 471003；2.中信重工工程技术有限责任公司，河南 洛阳 471003）

引言

城市生活垃圾是指人类在日常生产、生活活动中产生的固体废弃物以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固体废弃物[1]。随着我国城市化发展进程的不断推进，人民的生活质量不断提高，同时也带来了垃圾产生总量不断增加的问题[2]（见图1）。垃圾对环境的危害持续时间长，如不及时进行无害化处理，会引起医疗卫生、环境、社会等诸多问题。随着全社会环境意识的不断提高，城市垃圾无害化处理率也在不断增长（见图2）。

图1 近年来我国生活垃圾清运量

图2 我国垃圾无害化处理率

1 垃圾处理主要方式

目前垃圾无害化处理的主要方式为[3]：分类回收、卫生填埋、垃圾堆肥、垃圾焚烧。

（1）垃圾分类回收：理论上是垃圾处理的最优方式。作为被放错位置的资源，只有对垃圾进行有效的分类回收，才能做到物尽其用。随着社会的发展，更多的国家大力推行垃圾分类回收，其占垃圾无害化处理的比例也逐年提高。

（2）垃圾卫生填埋：该技术使用最为普遍，也是目前最主要的垃圾处理方式。工艺简单，处理成本最低，但需要占用大量土地，因此在土地资源充足的地区多采用此种垃圾处理方式。卫生填埋在垃圾处理总量的占比中，我国达62%[2]，美国达54%[4]。

（3）垃圾堆肥：该技术使用自然界的微生物来消化垃圾中的有机物质，使其变为稳定的腐殖质，垃圾堆肥的剩余残渣可作为农业肥料，使其资源化利用[5]。但堆肥工艺要求严苛，对大气、土壤、水源地也存在较大的影响，目前此项技术的垃圾处理量占垃圾总处理量的比例在不断降低。

（4）垃圾焚烧：该技术是将垃圾在高温条件下快速氧化燃烧，实现垃圾的减量、复用、再生、能源回收。德国汉堡于1869年，法国巴黎于1898年先后建立了垃圾焚烧厂，垃圾焚烧技术自此开始广为流传。随着垃圾的热值不断提高，对垃圾焚烧产生的高温烟气进行余热利用成为了可能，并逐步形成了垃圾焚烧发电成套技术，使垃圾焚烧实现了能源回收。由于实现了垃圾的4R（Reduce、Reuse、Recycle、Recovery）综合处理，该技术也越来越被国内外接受。

2 我国垃圾处理技术发展现状

此前，我国部分地区（如北京、上海等城市）试点推行垃圾分类回收，但由于垃圾分类体系的建设不完善，导致出现垃圾在回收源头分类，在中间过程又再次混合的情况。这种垃圾分类处理方式并没有形成真正意义上的“垃圾分类回收利用”机制。

垃圾卫生填埋技术目前仍是我国垃圾处理的主要手段，但随着垃圾产生量日益增加，垃圾填埋处理的薄弱环节也在不断显现。如生活垃圾填埋场渗滤液的处理及填埋场产生气体的控制。更值得注意的是，垃圾填埋不断占用日益稀缺的土地资源，这也正是我国目前不断寻找更合理的垃圾处理方式的主要原因。

垃圾堆肥在国内主要是针对厨房废物、庭院废物、污水处理污泥和粪便等富含有机物的生活垃圾，用混合垃圾堆肥的实例并不多，我国从20世纪50、60年代开始向国外学习，在70、80年代开始给予垃圾堆肥处理以积极的支持，但由于垃圾堆肥对垃圾的处理能力有限，同时受制于垃圾的成分、收集方式等因素的限制，导致该项垃圾处理方式占垃圾处理总量的比例依然很小。

由于垃圾焚烧技术具有垃圾处理量大、速度快、占地面积小等特点，同时鉴于我国垃圾填埋场容量受限，垃圾卫生填埋土地供应日益紧张等实际情况，使得垃圾焚烧技术成为今后我国垃圾处理的主要发展方向。

3 垃圾焚烧技术国内外发展状况

垃圾焚烧技术距今已有百年历史，最早的垃圾焚烧处理厂工艺设备简单，人工操作繁琐，工作量极大，直到20世纪70年代才出现了如今天工艺形式相近的垃圾焚烧厂（有控制系统和烟气处理）。继德国汉堡、法国巴黎发展垃圾焚烧之后，焚烧技术才开始逐渐发展推广。目前国外典型的垃圾焚烧厂有新加坡大士南垃圾焚烧厂，该厂建于2000年，有6条日处理量720吨的焚烧线，日处理能力3000吨，采用马丁炉排，配置2×66MW汽轮发电机组。丹麦的能源之塔，2014年投入使用，被称作是全球最美丽的垃圾焚烧处理厂，年处理能力35万吨，能源利用率高达95%，大约可为6.5万户家庭供电，为近4万户家庭供暖。瑞士图恩垃圾焚烧发电厂建成于2004年，日处理垃圾400吨，其产生的电力占到图恩市垃圾供电的1/3，同时该厂还是一个提供热能的公共设施。

经过几十年的发展，许多国家的垃圾处理方式都由单一方式向多样综合发展。在发展新技术、新工艺、新设备以提高垃圾焚烧发电能源化利用的同时，能更加注重从源头开始做好垃圾分类工作，这不仅有利于垃圾的综合利用，更有利垃圾焚烧处理的实际运行。

我国城市生活垃圾焚烧技术于20世纪80年代引进，1988年深圳市引进的生活垃圾焚烧处理厂投产；1992年珠海市开始筹建3个2000吨/日的生活垃圾焚烧处理厂，由此我国的垃圾焚烧发电技术进入了快速发展时期。截至2016年，我国有垃圾焚烧发电厂249座，处理量255,850万吨/日[2]。

4 垃圾焚烧工艺的特点

垃圾焚烧目前有三种工艺：炉排炉技术、循环流化床技术、回转窑技术[6]。

4.1 炉排炉特点

垃圾从进料口落在炉排上，炉排通过运动带动垃圾产生空间位移，从而形成预热段、燃烧段和燃尽段。

由于国内垃圾的热值普遍偏低，需要补燃才能维持一定的炉膛温度。炉排炉由于结构的特殊性，可以利用油进行辅燃，不用掺烧煤。由于炉排炉本身能够对垃圾进行干燥，因此进料垃圾不需进行干燥预处理，缩短了垃圾处理流程。依靠炉排可动部件的运动，实现垃圾的充分搅动与混合，达到垃圾完全燃烧的目的。炉排炉具有可连续运转的特点，垃圾燃烧稳定，飞灰量少，炉渣热灼减率低。经过长期发展，该类技术相对成熟，设备年运行时间在8000小时以上。但此类焚烧炉不宜经常性的起停锅炉。目前主要的炉排技术及厂商见表1。

表1 主要炉排技术及厂商

4. 2 循环流化床技术

气体从布风板快速向上流出，并带动床层床料，随着速度的增加，床层的物料堆积状态发生变化，直至形成流化状态，垃圾在这种状态下进入锅炉进行燃烧[7、8]。

循环流化床技术需要使用合适粒径的石英砂作为床料，在进行垃圾焚烧时还需要掺煤。该燃烧技术的燃料适应性广，可以混合多种废物，但是要保证进料的均匀性。炉内已燃燃料（垃圾和煤）与床料充分混合处于悬浮流化状态，新入炉燃料为瞬时燃烧，因此燃烧不完全，飞灰量大，飞灰热灼减率高，二英产量相对较大。

表2 我国主要流化床技术厂家

4.3 回转窑技术

回转窑窑体相对于水平空间具有一定的倾斜角度，一般为4度左右，在运行过程中一边进行缓慢旋转，一边使得物料从上部向下部滑落，以达到物料充分翻转混合以及前进的效果，供其燃烧的空气一般从两端供给。

水泥窑协同处理垃圾可以利用水泥烧成系统处理垃圾或垃圾焚烧过程中产生的臭气和其他有毒物质；垃圾焚烧产生的灰渣可以作为水泥原料，垃圾中的有毒气体能够在窑内高温气氛中得到分解；水泥窑系统产生的部分高温废气可作为垃圾焚烧的补充热源或全部热源，增加垃圾焚烧系统的入热量，使垃圾得到助燃，焚烧过程更加充分，进而降低甚至消除二英的排放。但含水率高，热值低于5000kJ/kg的生活垃圾不适用于此类技术。

利用水泥窑协同处置生活垃圾的主要工艺有：1）水泥窑改造使之与垃圾处理工艺相互融合，如：铜陵海螺水泥厂的新型干法水泥窑和气化炉相融合的处置技术（简称CKK系统）；2）对生活垃圾进行提质、原料化，在进入水泥窑炉焚烧之前将生活垃圾制备成下游原料，以供水泥工业使用，如华新水泥厂的垃圾衍生燃料技术（RDF：Refuse Derived Fuel）[9]。其他类型的处置技术及厂商见表3。

表3 国内外水泥窑协同垃圾处理技术[9]

5 焚烧发电技术进展

目前国内大部分垃圾焚烧发电采用的技术参数均为中温中压参数，即4MPa/400℃，发电热效率仅22%～25%，效率不高。近年来，欧洲已经出现了高参数的垃圾焚烧发电技术（见表4），主要可概括为以下几类：1）与火力发电厂耦合（WTE-GT）[10、11]，采用燃气轮机蒸汽-燃气联合循环系统，利用燃气轮机的高温排气为焚烧发电厂提供额外热源，西班牙Zabalgarbi焚烧发电厂就是采用这种新型垃圾焚烧发电技术；2）借鉴于火力发电机组的再热循环技术，发展了垃圾焚烧发电的再热循环系统，荷兰阿姆斯特丹AEB焚烧厂采用的即为此技术；3）增强材料性能，提高锅炉参数，如采用涂层技术等过热器保护技术，提高锅炉的初参数。

国内企业中国光大国际有限公司（以下简称“光大国际”）也在着手进行高参数垃圾焚烧发电可行性的研究。目前光大国际大部分的垃圾焚烧发电厂均为中温中压参数，近期的广东惠东项目、山东寿光项目也都采用最新的中温次高压技术，相较之前的中温中压技术，其发电效率有了一定的提高，垃圾焚烧处理的整体效益也得到了提升。

表4 欧洲发电效率较高的垃圾焚烧厂[12]

目前，除了常规狭义上的垃圾焚烧技术，还发展出垃圾气化熔融技术[13]，垃圾热解气化技术[14]、等离子气化技术[15]等其他广义上的垃圾焚烧处理技术，也是未来垃圾焚烧处理技术的发展方向。

6 展望

我国垃圾处理过程中的分类问题始终没有解决，在上海、北京、杭州等城市推行的垃圾分类试点效果也不尽如人意。垃圾分类作为垃圾处理的源头，是垃圾处理效果的关键，有效的垃圾分类能够实现垃圾资源化、利用最大化，同时也能有效提高后续垃圾处理的效率。

近些年国家及有关部委发布了多项关于垃圾焚烧技术发展的指导意见，强调建设高标准垃圾焚烧厂的要求，进一步降低垃圾焚烧对环境的影响，避免“邻避效应”。以上指导意见阐述的正是我国垃圾焚烧发电发展的主要着手点，在做好垃圾焚烧宣传教育工作的同时，还需努力提高垃圾焚烧发电技术的资源化，积极推进垃圾焚烧超低排放技术，实现垃圾焚烧真正意义上的无害化、资源化、产业化。