山东省生活垃圾处理方式变化趋势及各组分热值特性研究

于晓飞，于 鹏

（泰思特（青岛）检验检测有限公司，山东 青岛 266000）

引言

随着经济增长、新农村化和城市化进程的推进，生活垃圾作为经济发展的必然产物，正逐渐增加我国环境治理的负担。根据《中国城市建设统计年鉴》统计，我国2016年—2020年城市垃圾清运量整体呈增长趋势（见表1）。

表1 连续5年年度垃圾清运量 单位：万吨

我国广东、江苏、山东、浙江、福建等省的生活垃圾产生量保持着较高增长趋势，这5个省份为全国垃圾清运量最多的省份。山东省作为全国经济和人口大省，全年垃圾清运量连续5年位居全国第三。我国2020年全年垃圾清运量达到23 511.7万吨，其中山东省年度清运量达1 673.9万吨（见表1），全国占比7.1%。垃圾产量的快速增长使得许多城市开始面临“垃圾围城”的困境。我国目前的城市生活垃圾无害化处理手段主要有卫生填埋、焚烧和堆肥等[1]。山东省生活垃圾无害化处理方式正面临着重要转型，由原来的卫生填埋为主，焚烧处理为辅，其他方式为补充的形式逐渐转变为焚烧处理为主，卫生填埋为辅，其他方式为补充[2]。卫生填埋不仅占用大量土地资源，且容易出现污染地下水和土壤的风险。相比之下，焚烧是较为彻底的减容、减量、无害化的处理手段[3]。相比其他处理方式，焚烧处理对环境的危害程度更低。随着山东省人口和经济发展趋势及生活垃圾分类工作的逐步推进，垃圾清运量逐年提高，如何有效处理生活垃圾已成为山东省面临的一个亟待解决的问题[4]。近年来，生活垃圾的焚烧广泛应用于垃圾焚烧发电行业，生活垃圾的热值直接影响焚烧锅炉性能设计以及焚烧量的设计。

1 山东省生活垃圾处理方式的变化趋势

随着地球化石能源的枯竭，全球能源危机日益加重。能源的再生循环利用成为国家能源节约的一种重要策略性手段。近几年生活垃圾焚烧广泛应用于垃圾焚烧发电行业。生活垃圾焚烧处理在垃圾无害化处理方式中的优势更为突出。随着能源策略的转变，我国2016年—2020年期间，随着全国生活垃圾清运量的增长，全国生活垃圾处理厂个数呈逐年上升趋势，全国生活垃圾焚烧处理厂数目也明显增加，而卫生填埋处理厂数目略有减少（见图1）。2016年，卫生填埋处理厂占全国生活垃圾无害化处理厂总数的69.89%，焚烧处理占比26.49%。到2020年，卫生填埋处理厂占比为50.04%，焚烧处理占比35.98%，全国生活垃圾无害化处理方式发生了明显变化。而图2中，山东省对全国能源策略的应对更为明显。期间，山东省生活垃圾无害化处理厂和焚烧处理厂总数均有明显增长，垃圾填埋场数量明显下降，生活垃圾焚烧占比从2016年的36.36%上升到2020年的50.52%；卫生填埋处理由2016年的57.58%降低为31.96%；其他处理方式由2016年的6.06%上升到2020年的17.53%。山东省在全国垃圾处理方式逐步发生转变的大环境下，其生活垃圾处理方式发生了更为明显的转变，焚烧处理正逐渐替代卫生填埋。而随着居民居住区垃圾分类投放工作的逐步推行，促使一些不适用于填埋和焚烧的垃圾通过垃圾分类的方式进行筛选，并通过其他处理方式进行处理。

图1 2016-2020年全国生活垃圾处理厂数量趋势图

图2 2016-2020年山东省生活垃圾处理厂数量趋势图

2 生活垃圾各组分热值特性及对焚烧炉性能参数的影响

近年来，山东省发电行业正由生活垃圾焚烧发电逐渐替代化石能源燃烧发电。不仅节约了化石能源的消耗，同时缓解了生活垃圾处置压力，从而保护了生态环境。生活垃圾焚烧热值的大小，对焚烧炉设计参数的选取和焚烧发电工艺的优化起到至关重要的作用。如公式（1）所示，当垃圾焚烧炉的额定垃圾处理量确定后，垃圾低位热值的高低直接决定了垃圾焚烧炉正常运行的负荷上限，垃圾焚烧炉的输入总热量为[5]：

式中 Q—垃圾总输入热量，kJ/h ；B—垃圾焚烧量，kg/h ；Qnet.v.Ar—垃圾低位热值，kJ/kg。

在生活垃圾热值已知的情况下，垃圾焚烧发电所需的热量一定时，通过控制垃圾焚烧量可直接控制焚烧热值。因此，生活垃圾的热值大小直接影响焚烧炉的焚烧量和生活垃圾处理量。

现选取山东省某生活垃圾焚烧发电厂燃料用生活垃圾，用氧弹式热量仪对生活垃圾中几种主要的可燃物组分的热值进行测定。表2所示，生活垃圾中各组分试剂低位热值分别为橡塑类29 490 kJ/kg、复合包装14 410 kJ/kg、纺织类15 200 kJ/kg、纸制品12 470 kJ/kg、中药残渣11 550 kJ/kg、木竹类8 478 kJ/kg、农业固废8 176 kJ/kg。从数据可以看出，有机类垃圾燃烧热值最高，其次为初级农产品加工后的产品，而未经加工的竹木类垃圾的湿基低位热值最低，但也超过了8 000以上，已经可以满足焚烧炉的焚烧热量要求。从表中列出的几种材质的垃圾灰分含量可以看出，灰分含量越少，其热值越高。湿基低位热值的大小除了与垃圾材质有关外，材料的水分含量对湿基低位热值也有不同影响。垃圾水分含量越高，其湿基低位热值越低。有机类垃圾具有拒水的特点，水分对其湿基低位热值影响不大。而纺织类、纸制品和木竹类等垃圾的吸水性比较大，如果垃圾水分含量太高，其湿基低位热值会降低。因此，生活垃圾在用作燃料时，其有机物含量越高，燃烧热值越高。在混合垃圾投入焚烧前，了解其物理组成情况和含水率情况，可预测垃圾的热值。同时我国各大城市正逐步实现垃圾分类收集，根据垃圾归类要求，可通过控制可回收利用垃圾各组分的占比来调整焚烧垃圾的湿基低位热值，以实现不同性能的焚烧炉配置不同产热量的垃圾做为燃料。

表2 生活垃圾中几种组分热值

3 结论

山东省生活垃圾无害化处理正由焚烧处理逐渐替代卫生填埋，焚烧处理占比从2016年的36.4%上升到2020年的50.5%，垃圾处理方式发生明显变化。而生活垃圾作为一种新型的可回收利用能源正逐步被应用在垃圾焚烧发电行业。生活垃圾湿基低位热值的大小直接影响焚烧炉的焚烧性能。有机组分生活垃圾湿基低位热值可达到14 000～29 000 kJ/kg左右，纺织类、纸制品等初级加工产品垃圾的湿基低位热值可达12 000～15 000左右，而未经加工的植被类垃圾，其湿基低位热值在8 000～10 000 kJ/kg左右。通过各垃圾成分的不同配比可实现配置一定热值的垃圾燃料来配合焚烧炉性能，或通过生活垃圾物理组成含量的不同来预判生活垃圾作为燃料的湿基低位热值。