我国生活垃圾焚烧及燃煤耦合发电现状与行业发展趋势

王文仲，孟素丽，王丽平

(中国五洲工程设计集团有限公司 环境与能源工程设计研究院，北京 100053)

0 引 言

城市生活垃圾处理是城市管理和环境保护的重要内容，同时也是社会文明程度的重要标志，更是关系到人民群众的切身利益。生活垃圾主要指人们在日常生活中或为日常生活提供服务的活动中产生的固废等以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固废。随着我国经济的不断发展和人民生活水平的日益提高，各类城市生活垃圾也在逐步增加，带来的环境问题日益突出，即生活垃圾的妥善处理与否已成为影响城市发展的要素。

近年来，国家大力发展生态文明建设，对垃圾处理行业也日趋加大重视。在国家政策推动的背景下，我国城市生活垃圾处理设施建设明显加快，处理能力和水平不断提高，城市环境卫生获得较大改善。但随着我国城镇化的快速发展，仍然存在设施处理能力总体不足、部分设施超负荷运行的现象，仍有部分生活垃圾未得到有效处理或处理方式较为落后，有待未来进一步改进。

生活垃圾处理主要有焚烧、填埋等方式，但在对其填埋处理时存在选址难、占地大、减量化差等不足。生活垃圾焚烧作为 1 种重要的生活垃圾处置措施，不仅能解决生活垃圾的消纳问题，还可充分利用垃圾焚烧产生的能量，实现变废为宝、保护环境、节约能源，提高垃圾资源化综合利用率，可有效实现生活垃圾的减量化、资源化、无害化处理。加快推进生活焚烧设施建设、提升全社会生活垃圾处理水平是改善城镇生态环境、保障人民健康的有效举措，对推动生态文明建设实现新进步、社会文明程度得到新提高具有重要意义。

进入21世纪以来，尤其自2010年起至今，生活垃圾焚烧行业在我国蓬勃发展，设施数量和处理能力逐年快速增长，初步形成新增生活垃圾处理能力以焚烧为主的垃圾处理发展格局。伴随着国家“十四五”规划的实施，我国生活垃圾焚烧行业逐步进入高质量发展的稳步发展期，有必要对我国生活垃圾焚烧及燃煤耦合发电现状与行业发展趋势进行分析，以期将来生活垃圾焚烧行业持续健康发展。

1 我国生活垃圾焚烧行业现状

1.1 生活垃圾焚烧与燃煤耦合发电技术现状

随着我国生活垃圾焚烧行业逐步进入高质量发展的稳步发展期，生活垃圾焚烧技术也趋于成熟。目前，我国生活垃圾焚烧的主要炉型有炉排炉、流化床炉、热解炉及回转焚烧炉等。其中，炉排炉因其燃料无需预处理、可靠性高、无需辅助燃料、厂用电率低、飞灰产量低等优势成为主流焚烧技术，市场份额超过80%。

与此同时，从我国煤电机组在电力系统发挥基础性作用的国情出发，通过现役煤电机组的高效发电系统和环保集中治理平台，可规模化协同处理垃圾等固废，此为优化能源资源配置、破解污染治理难题的有力举措。我国拥有世界最大的清洁高效煤电体系，依托现役煤电高效发电系统和污染物集中治理设施，可兜底消纳生活垃圾。国家能源局、生态环境部等相关政府部门陆续出台了相关政策，鼓励具备条件的地区可考虑燃煤耦合垃圾发电。然而受制于技术等各方面因素，我国目前尚未见到生活垃圾与大型煤粉电站机组耦合发电的工业案例。

基于以上可知，目前我国需要相关管理部门尽快制定符合我国国情的燃煤电站耦合废弃物发电技术指南，规范污染物控制标准，并需制定运行灵活的耦合工艺方案，充分挖掘煤电机组烟气、蒸汽热力利用潜力，综合考虑垃圾储存上料方案，采取有效措施防止全过程恶臭污染物外泄，将恶臭污染物送入锅炉进行高温分解，尽可能减少对机组原有燃煤煤质和制粉系统的影响，降低对煤电机组运行安全、运行效率、负荷调节和经济性的影响，通过采取系列有效措施以有效推动燃煤耦合垃圾发电的发展。

1.2 生活垃圾焚烧行业快速发展

近年来，随着生活垃圾填埋设施库容渐满及生活垃圾焚烧技术不断成熟，生活垃圾焚烧在原生生活垃圾处理中的比例显著增加，原生垃圾填埋占比大幅降低。2005年全国城镇生活垃圾焚烧处理设施规模仅约为2.55万t/d，经过近十多年的迅猛发展，2020年全国城镇生活垃圾焚烧处理设施规模达到58万t/d，焚烧处理在各类生活垃圾处理方式中所占比例相应地从12%增至45%。“十三五”期间，全国共建成生活垃圾焚烧厂254 座，累计在运行生活垃圾焚烧厂超过500座[1]。2005—2020年全国城镇生活垃圾焚烧设施发展情况如图1所示。

图1 2005—2020年全国城镇生活垃圾焚烧设施发展情况Fig.1 Development of waste incineration facilities in national towns from 2005 to 2020

随着生活垃圾焚烧行业不断发展，其在各类生活垃圾处理方式中所占比例将继续提高。根据《“十四五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》，到2025 年底，全国城镇生活垃圾焚烧处理能力将达到80 万t/d左右，城市生活垃圾焚烧处理能力占比达到65%左右。

1.3 区域发展不平衡

我国生活垃圾焚烧行业总体上处于快速发展阶段，但仍存在区域发展不平衡的问题。中西部地区的生活垃圾焚烧处理水平低于东部，东南沿海城市焚烧处理率超过60%，中西部地区焚烧处理率不到50%，特别是西部人口稀疏、位置偏远等特殊地区，受经济条件、人口数量、运输条件等限制，尚未探索出与当地经济发展水平相适应的成熟高效、经济适用的焚烧处理模式[2]。

生活垃圾焚烧设施在分布上存在发展不平衡的现象。根据我国生活垃圾焚烧发电厂自动监测数据公开平台的相关信息分析可知，我国的生活垃圾焚烧发电厂绝大多数分布在地理学“胡焕庸线”的东南区域，此现象与我国各区域的气候条件、人口数量、经济发展水平等相契合，也体现出我国生活垃圾焚烧行业所存在的区域发展不平衡问题。

生活垃圾焚烧设施在规模上也存在发展不平衡的现象。主要体现在大型城市生活垃圾焚烧厂数量多，总体规模大，而许多中小型城市往往仅有1、2座生活垃圾焚烧厂，且规模一般较小。以北京为例，截至2021年8月，北京已投运生活垃圾焚烧厂11座，总规模超过1.7万t/d[3]；在建生活垃圾焚烧厂2座，总规模超过0.6万t/d；以上合计总规模超过2.3万t/d。2020年北京生活垃圾清运量为797.52万t[4]，日处理量约为2.18万t。北京在建生活垃圾焚烧厂全部投产后，生活垃圾焚烧处理率可达到100%，生活垃圾焚烧市场将处于饱和状态。其他直辖市、省会城市、计划单列市等国内大型城市的生活垃圾焚烧市场情况也较为类似，都处于已饱和或接近饱和状态。

城市生活垃圾产量与城市的人口数量、经济水平息息相关。国内大型城市人口集中、数量庞大，经济较为发达，城市生活垃圾产量也相对较大，生活垃圾焚烧市场规模也相应较大。在国内大型城市的生活垃圾焚烧市场都已饱和或接近饱和的情况下，其他城市的生活垃圾产量不足以支撑大规模的生活垃圾焚烧市场，新增生活垃圾焚烧项目规模将日趋减小。当前全国有约50%的城市(含地级市和县级市)尚未建成焚烧设施，大多数县城焚烧处理能力有较大缺口，其城市各自所需的生活垃圾焚烧项目规模均在1 000 t/d以下，总体规模仍有数十万t/d。事实上，目前我国生活垃圾焚烧市场的新增项目中，位于大型城市、焚烧规模超过1 000 t/d的大中型项目已越来越少，取而代之的多是位于中小型城市、焚烧规模在1 000 t/d以下的小型项目。就目前行业发展水平而言，我国生活垃圾焚烧项目合理的规模下限在500 t/d左右，如低于该规模，则项目运行成本将超过收益，项目正常运行难以维持。

1.4 环保要求不断提高

在国民经济高质量发展的新形势下，在环保方面也对生活垃圾焚烧行业提出新的要求。国家鼓励有条件的地区，按照高质量发展要求优化焚烧处理技术，完善污染物处理配套设施，逐步提高设施运行的环保水平。

2014年，生态环境部发布国家强制性标准GB 18485—2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》，标准对生活垃圾焚烧炉排放烟气中的污染物浓度给出了明确要求。近年来，上海、深圳、海南、福建、河北、天津等地陆续出台地方标准，地方标准对生活垃圾焚烧大气污染物的排放浓度都做出了更加严格的要求。浙江、广东等地的许多新建生活垃圾焚烧项目，在项目的环境影响评价中，也都对生活垃圾焚烧各类大气污染物的排放浓度做出严格要求。

与焚烧烟气污染物排放标准日趋严格相对应，焚烧烟气的净化工艺日趋复杂。以往为满足国家标准GB 18485—2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》的要求，一般采用“SNCR+半干法+干法+活性炭喷射+袋式除尘器”的烟气净化工艺组合。近年来为满足日趋严格的排放标准，烟气净化工艺组合也越来越复杂。如福建省地方标准DB 35/1976—2021《生活垃圾焚烧氮氧化物排放标准》要求新建生活垃圾焚烧厂的NOx排放浓度限值为:小时均值150 mg/Nm3，24 h均值120 mg/Nm3。原有的SNCR脱硝工艺已不能满足此要求，必须新增SCR工艺或PNCR[5]工艺。浙江、广东等地近几年新建的生活垃圾焚烧厂，为了达到烟气污染物超低排放的要求，均采用“SNCR+半干法+干法+活性炭喷射+袋式除尘器+湿法+SCR”的烟气净化工艺组合[6]。

此外，生活垃圾焚烧厂的设施监管也日趋得到重视。2017年4月20日，原环境保护部印发《关于生活垃圾焚烧厂安装污染物排放自动监控设备和联网有关事项的通知》(环办环监(2017)33号)，要求垃圾焚烧企业于2017年9月30日前全面完成“装、树、联”3项任务，依法依规安装污染物排放自动监测设备、厂区门口树立电子显示屏实时公布污染物排放和焚烧炉运行数据、自动监测设备与环保部门联网。按照《生活垃圾焚烧发电厂自动监测数据应用管理规定》有关要求，自2020年1月2日起，生活垃圾焚烧发电厂自动监测数据公开平台每日公开国内生活垃圾焚烧发电厂前1日5项污染物(颗粒物、氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳、氯化氢)日均值、炉膛温度曲线和相关数据标记。地方上，国内已有多地实现了垃圾焚烧设施第3方监管。2013年起上海已经开始委托第3方专业公司对市属焚烧设施开展监管[7]。

除上述烟气污染物外，环保对于污水、飞灰、臭气、噪声等各类污染物的排放要求也在不断提高。可见，日益增长的环境保护需求对于垃圾焚烧设施的污染物排放控制和设施监管都提出了更高的要求。

1.5 加强工程投资控制

国内生活垃圾焚烧发电项目大多采用BOT或PPP模式。随着新增生活垃圾焚烧项目规模日趋减小，投资风险相应增大，如何在确保工程质量的前提下控制工程投资水平，得到了各地方政府和投资商的重视。广义的工程投资控制应为全过程控制，即在项目前期决策到设计、采购、施工、调试直至竣工验收等各个环节，进行科学合理的方案论证和严格的实施，最终达到控制工程投资的目的。对于工程建设阶段而言，项目规模、边界条件等往往已经基本确定，要进行工程投资控制，首先要从控制工程投资的直接费用着手。工程投资的直接费用主要包括建筑工程费、设备购置费、安装工程费等方面，相应的工程投资控制也从此几方面着手。主要的工程投资控制措施包括优化设计方案、采购国产化设备、控制材料费用等方式。

1.5.1优化设计方案

优化设计方案是控制工程投资的关键。经济合理的设计方案可以缩短工期，节省投资。根据近年来实践经验，生活垃圾焚烧项目设计方案的优化重点主要在于以下2个方面：

(1)合理优化工房布置、减小工房面积和高度。通过合理分析生产功能需求，结合项目的边界条件，对工房布置进行合理优化，从而达到控制工程投资的目的。例如，垃圾池是生活垃圾焚烧项目建设的重点之一，其长度、宽度、深度等尺寸是影响工程投资和施工周期的重要因素，结合垃圾热值、垃圾渗沥液含量、项目所在地的气候等因素，对垃圾池尺寸进行合理设计，可以有效减少造价、缩短工期。

(2)合理优化结构设计、减少混凝土及钢材耗量。结构设计直接影响建、构筑物的结构安全，其合规性必须得到保证。在保证结构安全的前提下，应结合实际工况，与工艺电控等上行专业密切配合，合理选择结构方案，细化设计时按规范尽量选择合理的系数进行设计，避免重复考虑余量，造成梁柱截面过大、配筋浪费等现象。

1.5.2采购国产化设备

现代化生活垃圾焚烧技术起源于欧洲。我国早期建设的生活垃圾焚烧设施，核心技术均为引进国外先进技术，焚烧的核心设备如焚烧炉、燃烧器、垃圾抓斗起重机、旋转喷雾器等均采用国外进口设备。近年来，随着我国生活垃圾焚烧行业的快速发展，在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上，各个核心设备的国产化已经基本完成，可以为生活垃圾焚烧设施提供成熟可靠的设备[8-10]。相对于进口设备，国产设备在稳定性上虽仍存在一定差距，但其价格优势明显，一般可低至进口设备的一半左右，性价比突出，到货周期更短，日常维护检修也更为方便。因此，在目前国内新建生活垃圾焚烧项目尤其是中小型项目中，除旋转喷雾器等个别设备仍普遍采取进口设备外，其他包括焚烧炉、燃烧器、垃圾抓斗起重机等核心设备在内的绝大多数设备，一般都采用国产设备。设备国产化是降低垃圾发电厂工程造价的关键，可以使造价降低30%[11]。

1.5.3控制材料费用

材料费用的控制主要包括控制材料用量和控制材料价格。在满足设计和质量要求的前提下，在施工过程中应合理使用材料，避免返工，从而有效控制材料用量。以电缆材料为例，对于生活垃圾焚烧发电项目而言，控制电缆长度尤其是动力电缆长度是控制材料用量的重点，在电缆采购过程中，根据工期需求分批次采购或者按单价采购按需供货，可以有效控制电缆采购长度，避免浪费。控制材料价格则应在采购过程中加以控制，通过合法合规的市场手段确保材料价格控制在合理范围内。

1.6 重视产业经济效益

除了控制工程投资外，如何在保证安全、环保的前提下合理提高经济效益，也是投资商关注的重点。为了提高经济效益，国内生活垃圾焚烧厂进行了大量探索，一些能够有效提高经济效益的措施也日益得到普遍推广。

目前，对于国内生活垃圾焚烧厂而言，绝大多数的余热利用方式为余热发电，除去厂内自用电外，其余通过电力上网对外售电，售电价格按其入厂垃圾处理量折算成上网电量进行结算，每吨生活垃圾折算上网电量按280 kWh，并执行全国统一垃圾发电标杆电价0.65元/kWh(含税)；其余上网电量执行当地同类燃煤发电机组上网电价[12]。因此，国内生活垃圾焚烧厂的主要收入来源为垃圾处理贴费和对外售电收入。垃圾处理贴费一般在BOT或PPP协议中有所规定，在1个调价周期内一般不变。因此，如何有效提高发电效率、节省厂内自用电量，进而提高对外售电收入，成为提高经济效益的重要课题。

提高垃圾焚烧锅炉的蒸汽参数可有效提高焚烧厂的发电效率和经济收益。以往国内外垃圾焚烧发电厂锅炉新蒸汽多采用传统的中温中压参数(4.0 MPa、400 ℃)，热效率一般在22%左右。通过一些技术措施采用高参数机组，可在保证焚烧电厂运营稳定性和安全性的前提下有效提高发电热效率，短时间内收回因采用高参数机组所产生的额外投资。目前国内新建的生活垃圾焚烧发电项目锅炉新蒸汽多采用中温次高压参数(6.4 MPa、450 ℃)，其发电热效率可达24%左右[13]，少数项目采用更高的蒸汽参数，甚至采用了蒸汽再热措施[14]。

废热梯级利用[15]、废水回收利用[16]、合理设置变频器[17]等各类节能措施也得到广泛应用。通过上述节能措施，可以有效实现节能减排进而降低厂用电率，提高经济效益。

2 未来发展趋势

2.1 市场逐渐下沉

在国家产业政策、产业规划的推动下，伴随着工程投资的控制和经济效益提高措施的不断进步，生活垃圾焚烧行业市场向中西部地区及东部中小型城市下沉发展的条件将逐步成熟。中西部地区及东部中小型城市的生活垃圾焚烧行业发展仍有较大空间，随着生活垃圾焚烧行业市场的逐渐下沉，生活垃圾焚烧处理率将进一步提高。

2.2 项目规模小型化

生活垃圾焚烧行业市场的下沉伴随着生活垃圾焚烧项目规模的小型化。就目前生活垃圾焚烧行业发展情况而言，技术上已较为成熟。制约项目规模小型化发展的主要因素在于经济因素，即按照现行城市生活垃圾处理工程项目的建设标准和规范建设小城镇垃圾处理的设施要求，存在投资额度大、运营成本高等问题，制约了生活垃圾焚烧小型化的发展。因此，如何有效控制工程投资和提高经济效益是推动项目规模小型化的重点，其关键在于探索新的经营模式。通过协同处置实现环保产业园区化以及拓展新的收益方式将是生活垃圾焚烧行业今后的发展方向。

2.3 环保产业园区化

除生活垃圾外，城市往往同时存在大量其他固体废弃物需要进行处置，如餐厨垃圾、市政污泥等。生活垃圾焚烧厂是良好的处置终端，在焚烧过程中会产生大量余热及其所发电力可供利用。生活垃圾焚烧厂的此2个特点使其成为良好的协同处置终端，可协同处置市政污泥[18]、餐厨垃圾[19]等固体废弃物。近年来出现1种通过余热协同处置粪便生产有机肥的技术[20]，既可协同处置粪便，也可生产高质量有机肥，具有良好的经济效益，发展前景良好。

生活垃圾焚烧厂不但可以成为良好的协同处置终端，更可以将其作为核心建设固废综合处理环保产业园区。在固废综合处理环保产业园区中，以生活垃圾焚烧热电联产为核心，可以对生活垃圾、餐厨垃圾、市政污泥、建筑垃圾、医疗垃圾、粪便、病死畜禽、园林废弃物等各类城市固体废弃物进行综合处理。通过采用循环经济理念对园区进行顶层设计，实现园区内部物质和能量的最大循环利用，由此可以促进废物综合利用、能量梯级利用以及水资源循环使用，从而有效实现绿色低碳循环发展。

此外，园区内各项生产、生活辅助设施也可实现互通共用，既能够节约用地，同时又便于集中管理，从而充分发挥规模效应。目前国内已有多个地市建设有以生活垃圾焚烧厂作为核心的固废综合处理环保产业园区[21-24]，但多数园区内产业数量较为有限，产业集群效应有待进一步放大。随着国家《“十四五”循环经济发展规划》的出台，今后我国固废综合处理环保产业园区必将得到进一步发展。

2.4 收益方式多样化

目前垃圾发电标杆电价0.65元/kWh中含有中央财政补贴部分。根据行业政策，垃圾焚烧发电项目全生命周期合理利用小时数为82 500 h，所发电量超过全生命周期补贴电量部分，不再享受中央财政补贴资金，核发绿证准许参与绿证交易[25]。在碳达峰、碳中和背景下，垃圾焚烧行业今后应进一步研究相关国家及行业政策，发展绿色经济，积极参与绿色电力交易、绿证交易[26]、碳交易[27]，充分利用政策红利助力行业发展。

此外，垃圾焚烧行业对余热利用方式也进行了大量探索。如通过热电联产向工业园区进行区域集中供热[28]、通过热电联产向北方地区进行民用供暖[29]，以及前述协同处置其他固体废弃物等，均是充分利用焚烧余热获得一定收益。以宁波某垃圾焚烧发电项目为例，其通过热电联产向工业园区进行区域集中供热，单年产生的净利润达数百万元[28]。以上余热利用方式值得在有条件的地区进行推广。

2.5 信息化技术升级

随着我国信息化技术的蓬勃发展，其在垃圾焚烧行业得到了越来越多的应用。通过信息化技术，可有效提高生产效率、减少故障、节省资源、降低成本，实现可持续发展。

在建设运营方面，BIM技术通过建立虚拟的建筑工程三维模型，高效利用数字化技术，从而为该模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。其在垃圾焚烧厂的设计、施工、运营全生命周期建设过程中都已得到一定的应用[30]，但目前仍处在相对初级的阶段，真正实现的应用场景较为有限。

随着BIM技术不断发展，其应用场景将越来越丰富，通过将其与大数据、人工智能等技术进行深度融合，将有望实现真正的智慧工厂。智慧工厂的应用场景主要包括生产管理、资产管理、行政管理、安防等各方面，其核心要素在于生产管理。在生产管理功能中，主要涵盖了生产过程中的运行管理、性能计算、运行优化、耗能分析、安全管理等方面，具体包括运行工况监视与查询、控制系统优化、设备状态监测与故障诊断、设备可靠性管理、机组在线性能试验、火焰检测、安全监察等多个模块。

在监管方面，通过将互联网、大数据等技术应用到环境监管执法工作中,可以有效提高监管能力、提升监督执法管理水平[31-35]。

可见，随着信息化技术的进一步发展，其在垃圾焚烧行业的建设、运营、监管等多方面都将更加广泛的应用。垃圾焚烧行业的信息化技术未来将不断升级。

3 结 论

(1)国家能源局、生态环境部等相关政府部门鼓励具备条件的地区可考虑燃煤耦合垃圾发电，然而受制于技术等各方面因素，我国目前尚未见到生活垃圾与大型煤粉电站机组耦合发电的工业案例。建议相关管理部门尽快制定符合我国国情的燃煤电站耦合废弃物发电技术指南、规范和污染物控制标准，由此通过一系列有效措施推动燃煤耦合垃圾发电的发展。

(2)我国生活垃圾焚烧行业快速发展的同时，也出现了区域发展不平衡的情况；而随着经济水平的发展和人民生活水平的提高，对生活垃圾焚烧设施的环保要求也不断提高；在新增生活垃圾焚烧项目规模日趋减小的背景下，控制工程投资和提高经济效益也越来越多地得到重视。

(3)我国生活垃圾焚烧行业市场今后将逐渐下沉，项目规模将趋于小型化，同时通过协同处置其他固体废弃物实现环保产业园区化等各类手段不断拓展收益方式。此外，垃圾焚烧行业的信息化技术也将不断升级。