垃圾分类政策实施后对北京市现有焚烧设施的影响及对策

温 冬，郑凤才，王明飞

（1.北京环境工程技术有限公司，北京 101102；2.北京市城镇生活固废综合处理与资源化工程技术研究中心，北京 100091）

1 引言

21 世纪以来，尽管我国环卫设施的运营已经越来越好，但相关投诉却依然居高不下，行业需求不断升级。分析原因，我国环卫设施行业忽略了垃圾处理是一个完整链条的性质，会造成污染物在不同处理环节、环境介质、存在形态之间循环往复地迁移与转化，污染减排变成了污染转移、延伸与扩散，环境质量难以根本改善［1］。

垃圾分类本质上就是垃圾处理路径的升级。如果前端垃圾没有变化，再好的技术也不能全方位地解决因垃圾带来的环境问题。如果收集的垃圾成分没有变化，也无法很好地解决大量渗滤液难处理的问题［2］。

北京市的生活垃圾分类政策框架是在继承2000年第1 次生活垃圾分类经验的基础上，通过2009年4 月第2 次生活垃圾分类试点和推广逐步建立和完善的。2010 年上半年北京市在全市范围内选择了600 个小区进行生活垃圾分类试点试验，总结经验后，从2010 年下半年开始，逐渐向全市推广，这一时期出台的政策更有针对性，内容更加细化［3］。

2019 年11 月27 日，北京市十五届人大常委会第十六次会议决定对2011 年11 月发布的《北京市生活垃圾管理条例》做出修改，修订的内容涉及加强生活垃圾总量控制、推行生活垃圾分类、完善源头减量措施、强化分类投放要求、健全分类处置流程、增加分类收集容器设置、加大宣传示范等具体条款。

修订后的《北京市生活垃圾管理条例》（以下简称“新《条例》”） 于2020 年5 月1 日正式实施，标志着北京市生活垃圾分类正式步入法治化、常态化、系统化轨道。新《条例》实施后，进入垃圾焚烧厂的垃圾在数量、热值、理化特性等方面会发生明显变化，会影响现有垃圾焚烧设施运行的安全性、经济性［4］。本研究对新《条例》实施后对现有垃圾焚烧设施的影响进行了分析，提出了可行的工艺或设备应对措施。

2 材料与方法

2.1 研究方法

1） 文献研究法。通过查阅生活垃圾焚烧以及垃圾分类等相关文件和文献［4-7］，如上海市人民政府办公厅2018 年初印发的《关于建立完善本市生活垃圾全程分类体系的实施方案》、2019 年1 月31 日发布《上海市生活垃圾管理条例》、《北京市生活垃圾管理条例》、《北京市生活垃圾分类工作行动方案》、首都城市环境建设管理委员会发布的《垃圾分类减量四个实施办法》等，了解垃圾分类的研究现状、前沿以及政府已出台的相关政策，整体掌握了垃圾分类实施后对垃圾焚烧厂的影响。

2） 类比法。为了预判新《条例》实施后，进入北京市垃圾焚烧厂的垃圾在数量、热值、理化特性等方面将发生的变化趋势，对已实施垃圾分类政策地区（如上海） 的垃圾分类情况进行调研、总结，在此基础上做了相关的假设研究。

3） 实地调研法。为了分析新《条例》的实施对北京市已建成垃圾焚烧设施的影响并提出改进措施，对北京市部分垃圾焚烧厂进行了实地调研，掌握了上述垃圾焚烧厂的运行现状、处理能力、垃圾来源及运行情况。

2.2 上海市垃圾分类政策及垃圾焚烧厂运行现状调研

2.2.1 垃圾分类政策实施现状

上海市人民政府办公厅于2018 年初印发《关于建立完善本市生活垃圾全程分类体系的实施方案》，上海市垃圾分类正式进入“全程分类，整体推进”的新阶段。同年，上海市发布了《上海市生活垃圾全程分类体系建设行动计划（2018—2020 年）》，明确了上海市该项工作的时间节点、任务分工和工作目标。上海市于2019 年1 月31日审议通过了《上海市生活垃圾管理条例》，为垃圾分类全程体系建设提供了法治保障，该条例于2019 年7 月1 日正式施行。

2020 年4 月15 日，上海市生活垃圾分类减量推进工作联席会议召开电视电话会议［8］。会议总结2019 年上海市生活垃圾分类工作：2019 年分类达标率由2018 年年底的15%提高到90%，单位达标率总体为87%，具体数据见表1。2020 年生活垃圾源头分类目标见表2。

表1 2019 年上海垃圾分类情况

表2 2020 年上海垃圾分类目标

通过分析上海市垃圾分类的相关数据，预测《上海市生活垃圾管理条例》（以下简称《条例》）实施后，湿垃圾占收集到垃圾总量的25%～30%、干垃圾占收集到垃圾总量的50%～55%、可回收垃圾占垃圾总量的15%～20%。

2.2.2 垃圾分类政策实施后上海焚烧厂运行情况

《条例》 实施后，分别对上海老港垃圾焚烧厂、上海黎明垃圾焚烧厂、上海金山垃圾焚烧厂的运行情况进行了详细调研，得到如下结论。

1） 入厂生活垃圾总量有所降低，但降低程度有限，目前进入垃圾焚烧厂的垃圾量较分类前减少约5%～10%。分析主要原因：①上海市现有湿垃圾处理设施能力不足，分出去的湿垃圾最终大部分又回到了垃圾焚烧设施处理；②生活垃圾收集率提高。

2） 入厂生活垃圾热值有所提高，但提高程度有限。进入该垃圾焚烧厂的生活垃圾热值较之前提高400～500 kJ/kg，吨垃圾发电量提升24～30 kW·h［5］。分析原因：①进入生活垃圾焚烧设施的干垃圾中湿垃圾的含量减少，热值提高；②热值较高的可回收垃圾占比提高，导致进入生活垃圾焚烧设施干垃圾的热值提高量有限。

3） 焚烧厂锅炉机组运行稳定性提高，锅炉机组使用寿命延长。通过垃圾分类将生活垃圾中塑料、橡胶、金属包装、电池等进行分类回收利用，焚烧垃圾成分简单，燃烧就会稳定，并可提高焚烧厂锅炉机组运行稳定性，延长锅炉机组使用寿命，减少故障停炉次数，确保焚烧厂安全、环保、稳定运行。

4） 气态污染物排放大幅减少，烟气处理成本降低。从运行数据中发现垃圾产生的臭气量、渗滤液量有减少趋势；烟气中重金属含量、气态污染物排放量有减少趋势；飞灰产生量、炉渣量等较之前有减少趋势；同时烟气处理时需要的熟石灰、活性炭、液碱等消耗量也会降低，节约生产成本。

3 结果与讨论

北京市生活垃圾焚烧发电产业起步较晚，高安屯生活垃圾焚烧发电厂是北京市第1 家垃圾焚烧发电厂，到目前为止，北京已建成的垃圾焚烧设施如表3 所示。

表3 北京市生活垃圾焚烧设施统计

新《条例》 实施后，将直接导致进入北京市已建成垃圾焚烧厂垃圾的数量、组分、热值等发生变化，从而对现有垃圾焚烧厂的运行安全性、经济性造成影响。

上海市与北京市均为特大型城市，人口数量均在2 000 万左右，年产生垃圾量相当，而且，上海市已于2019 年7 月1 日正式实施垃圾分类政策。因此，借鉴上海市垃圾分类政策实施对上海已建成垃圾焚烧厂的影响情况来预测新《条例》实施后对北京市已建成垃圾焚烧厂的影响是可行的。通过对比上海市《条例》实施后对垃圾焚烧厂产生影响的分析，对实施新《条例》 后对北京市现有焚烧设施的影响做出如下判断。

3.1 新《条例》对北京市现有焚烧设施的影响

3.1.1 进入焚烧厂垃圾量的变化趋势分析及对现有焚烧设施的影响预测

对比分析上海市与北京市垃圾产生量现状与生活垃圾管理条例，最终预测北京市新《条例》实施后，厨余垃圾占收集到垃圾种类的25%～35%较为合理。根据2019 年《垃圾处理设施工艺处理过程物料监测数据分析报告》，2019 年北京市各设施生活垃圾物理组成及工业分析见表4～5。

表4 2019 年北京市各设施生活垃圾物理组成 %

表5 2019 年北京市各设施生活垃圾工业分析

由表4～5 可知，北京市目前收集到的生活垃圾中厨余垃圾的平均占比为56.11%（表4 中“蔬果落叶+肉类+骨头”平均值），含水率为62.44%。可预测进入生活垃圾焚烧设施的生活垃圾量较之前降低约20%～30%。通过对上海部分垃圾焚烧厂的调研可以得知，上海市《条例》实施后进入垃圾焚烧厂的垃圾量将逐渐减少，最终将达到减量目标值。可以预测，进入北京市垃圾焚烧厂的垃圾量短期内不会有大的变化，几年后可实现减量20%～30%的目标值。

对现有焚烧设施的影响预测如下：

1） 入厂垃圾量的减少，将导致垃圾贴费收入减少。

2） 对焚烧炉运行的影响。常规垃圾焚烧炉的连续负荷能力为70%～110%，基于现状考虑，新《条例》实施后，现阶段入厂垃圾量减少20%～30%，不会影响焚烧炉的安全运行。但垃圾焚烧炉长期处于低负荷运行，会降低整个垃圾焚烧厂的经济性。

3） 减少渗滤液的产生量。新《条例》 实施后，进入垃圾焚烧厂的生活垃圾含水率降低，直接导致垃圾渗滤液量的减少，参照上海垃圾焚烧厂的经验，渗滤液产生量将减少1/3～1/2。垃圾焚烧厂渗滤液的减少，可以降低焚烧厂的渗滤液处置成本，直接表现为水处理药剂和厂用电消耗减少，这对垃圾焚烧项目实际收益水平的提升最为直接和明显［9］。

4） 垃圾贮坑臭气的产生量减少。垃圾在贮坑中发酵产生臭气的主要原因是生活垃圾中存在易腐化的厨余垃圾。新《条例》实施后，厨余垃圾的收集比例将提高，进入生活垃圾焚烧厂垃圾中的厨余垃圾量较之前减少50%左右。

5） 降低垃圾焚烧厂用电率。垃圾分类政策实施后，由于渗滤液的产生量降低，渗滤液处理设施运行时间会缩短，会直接减少渗滤液处理厂用电。

3.1.2 进入垃圾厂垃圾组分变化趋势及对现有焚烧设施的影响

新《条例》 实施后，随着厨余垃圾分离量比例的增加，进入垃圾焚烧厂垃圾的含水率降低；随着可回收垃圾收集比例的提高，生活垃圾中塑料、橡胶、金属包装、电池等分类回收利用率增加。因此，进入生活垃圾焚烧厂的垃圾成分变的较为简单［6］。总结出新《条例》实施后入厂垃圾组分变化趋势：①生活垃圾密度呈现整体波动下降趋势；②生活垃圾含水率呈现下降趋势；③生活垃圾发热量呈现升高趋势；④生活垃圾湿基灰分平均值呈下降趋势；⑤纸类呈明显下降趋势。但具体变化数值有待进一步跟踪检测。

垃圾组分的变化将对现有垃圾焚烧设施产生如下影响。

1） 对焚烧炉运行的影响：①进入垃圾焚烧厂垃圾成分简单，使焚烧炉燃烧稳定，从而提高锅炉机组运行稳定性，延长锅炉机组使用寿命，减少故障停炉次数；②进入垃圾焚烧厂垃圾的热值较之前有所提高，焚烧炉运行过程中炉膛温度升高，生成氮氧化物的浓度有所增加；炉排运行温度较高、炉墙会出现超温现象，有可能影响焚烧炉安全运行；③焚烧炉在运行过程中，炉膛的温度大多都保持在1 000 ℃以上，而焰心处的温度更高，已达到烟气中飞灰的熔融温度，飞灰出现软化现象，垃圾焚烧炉将出现结焦积灰现象，严重时会影响焚烧炉安全运行。

2） 垃圾焚烧后固态产物减少。进入垃圾焚烧厂垃圾中无机物含量较之前大幅降低，从而导致垃圾焚烧后炉渣、飞灰产生量较之前有减少趋势。

3） 对烟气净化系统的影响。最终进入垃圾焚烧厂的垃圾量及组分会发生较大的变化，如热值提高、含水率降低、金属含量减少等。从而导致锅炉出口的烟气参数会发生较大的变化，如烟气量、污染物浓度、含水率、重金属含量等，需要对实际工况的烟气参数进行设计校核，核算净化工艺以及设备选型能否满足新工况条件下的排放要求。垃圾分类后锅炉出口烟气会存在污染物浓度高、峰值波动超标问题，随着排放要求的提高，烟气净化系统承担的负荷会越来越大。垃圾分类对烟气净化系统的影响主要包括面对峰值波动如何稳定控制达标排放和降低运行成本。

3.1.3 进入焚烧厂垃圾热值变化趋势分析及对现有焚烧设施的影响

新《条例》 实施后，进入生活垃圾焚烧设施垃圾的热值升高，但升高幅度有限［7］。主要原因有：新《条例》实施后，随着厨余垃圾分离率的增加，进入垃圾焚烧厂垃圾的含水率降低；随着可回收垃圾分离率的提高，进入垃圾焚烧厂垃圾的热值有降低趋势。通过对比上海市《条例》 实施后，进入垃圾焚烧设施的生活垃圾热值变化情况，预判北京市新《条例》实施后，进入垃圾焚烧设施生活垃圾的热值较之前提高400～500 kJ/kg，吨垃圾发电量提升20～30 kW·h。

入厂垃圾热值提高，最明显的特征就是吨垃圾发电量增加。垃圾焚烧炉的额定热负荷是一个定值，如果入炉垃圾热值提高且超过焚烧炉设计额定热值，必然导致入炉垃圾量低于焚烧炉额定焚烧量。入厂垃圾热值提高后，为了保证现有垃圾焚烧炉正常运行，垃圾焚烧炉始终面临“吃不饱”的情况，导致垃圾焚烧炉运行不经济。

3.2 新《条例》对北京市现有垃圾焚烧厂改进措施研究

3.2.1 解决焚烧炉“吃不饱”的措施

根据预测，新《条例》 实施后进入生活垃圾焚烧设施的生活垃圾量较之前降低20%～30%。对于现有垃圾焚烧炉而言，该入厂量在焚烧炉允许的负荷调节范围内（70%～110%），焚烧炉可以正常运行，但运行不经济。另外，如果焚烧炉长期处于低负荷运行，对焚烧炉寿命有影响［10］。为保证垃圾焚烧厂能够保持现有经济效益及垃圾焚烧炉良好运行，提出建议：①增加入厂垃圾贴费；②协调更多的城镇固废进入垃圾焚烧厂协同处置，例如厨余垃圾处理设施产生的沼渣、污水处理厂的污泥等。

3.2.2 焚烧过程中NOx浓度增高问题

1） 在没有设置SNCR 系统的焚烧厂增设SNCR 脱硝系统。

2） 在已设置SNCR+SCR 系统的焚烧厂，增设SCR 备用层的装填来提高催化剂效率。

3） 采用烟气再循环，即降低NOx的同时提高对流吸热量。

3.2.3 垃圾焚烧炉运行安全措施

1） 为保证炉排片在运行过程中得到及时的冷却，建议调整炉排运行方式，调整各风室一次风配风量。

2） 为保证焚烧炉在运行过程中炉墙不出现高温，建议更换较大风量、风压的炉墙送、引风机，加大炉墙冷却能力。

3.2.4 解决余热锅炉发生积灰、结焦现象的措施

1） 炉膛温度控制。结焦很大程度是受到了温度的影响。CJJ 90—2009 生活垃圾焚烧处理工程技术规范表明，烟气要在850～950 ℃的炉膛中停留2 s 以上，这样做的原因就是为了让二噁英可以完全分解。因此，为了满足这一条件并且充分保证垃圾焚烧锅炉的热负荷，应当保证950～960 ℃的炉膛出口温度范围上限［11］。

2） 垃圾焚烧炉热负荷以及蒸发量的控制。在保证垃圾焚烧炉充分燃烧的前提下，最大程度地将焚烧炉的热负荷进行有效把控，确保锅炉处在最大蒸发量的状态。垃圾焚烧炉在运行一段时间过后，不可避免会有轻微的结焦积灰现象发生，而此时就应当根据垃圾焚烧炉运行的时间对最大蒸发量进行降低。这样做是因为在大多垃圾焚烧炉实际的运行过程中，焚烧炉的出力会被人为提高，会出现较高水平的炉膛出口单位界面热负荷以及焚烧炉内单位容积热负荷，垃圾焚烧炉内的熔融飞灰也会随之增加。

3） 风量和风温控制。要将一、二次风的风量进行优化，确保省煤器后有6%～9%的含氧量。经过一段时间的运行调整，可以将含氧量控制在6%～7%。

4 结论

新《条例》 实施后，进入垃圾焚烧厂的垃圾在数量、热值、理化特性等方面将发生明显变化，可通过相应焚烧炉工艺改进措施避免上述变化对垃圾焚烧厂的影响，以保证垃圾焚烧厂的安全性、经济性。