“五位一体”理念赋能减污降碳——深圳低碳型生活垃圾焚烧产业园区建设模式

吴浩，蔡建军，彭晓为，钟日钢，焦显峰

（1.深圳能源环保股份有限公司，广东 深圳 518000；2.桂林电子科技大学 建筑与交通工程学院，广西 桂林 541004；3.中南大学冶金与环境学院，长沙 410083；4.东莞职业技术学院，广东 东莞 523000； 5.惠州深能源丰达电力有限公司，广东 惠州 516000）

城市垃圾治理是生态文明建设的重要内容，是践行“两山”理论的重要方向，也是“满足人民对美好生活的向往”的工作重点[1]。

深圳能源环保股份有限公司（简称深能环保）建成的龙岗能源生态园是国内单体最大的垃圾发电项目之一，垃圾处理能力为5000t/d，该项目助力深圳市实现末端生活垃圾的全量焚烧处置，助力深圳市龙岗区创建“两山”实践创新基地、打造中国首个生态低碳发展样本。

垃圾焚烧发电作为固体废物处理行业的重要抓手，已然成为城市可持续发展和新型城镇化建设不可或缺的重要基础设施和重要基本公共服务[2]。随着“双碳”目标的提出，我国生态文明建设进入了推动减污降碳协同增效、促进经济社会发展全面绿色转型、实现生态环境治理协同升级的新时代[3]。破解以往垃圾焚烧行业单纯依靠规模扩张、管理粗放、运行效率不高、邻避效应突出的发展瓶颈，深刻践行碳达峰碳中和、“无废城市”建设、数字化转型、新基建以及中国制造2025 等国家战略，已然成为垃圾焚烧发电行业迈向高质量发展的必然选择。

1 关键技术创新

1.1 高效清洁焚烧发电技术

深能环保多年来通过消化吸收国外先进垃圾焚烧关键技术，自主研发了国产化垃圾焚烧炉排技术装备，成功开发了应用全球单炉最大的1100t 级大型焚烧炉排装备，突破国际同类产品规模和技术，高度适应我国特有的垃圾组分复杂、低热值、高含水率的特点。首次应用了高频感应重融技术，实现了受热面高温防腐技术突破（目前已达到600℃），解决了行业高能效利用及锅炉长周期稳定运行的“卡脖子”问题。持续突破高参数发电技术，拥有“中温中压、中温次高压、次高温次高压、中温超高压再热”等全系列余热锅炉设计技术，显著提高了发电效率，最高实现吨垃圾发电量达700 度以上，烟气排放量比国内其他同类型机组减少约20%，大大节约能耗、减少排放总量。在烟气治理方面，灵活采用5 段式、6 段式和7 段式烟气净化组合工艺，适应不同地区的环保排放要求。其中最先进的7 段式组合工艺“SNCR+半干法脱酸+干法脱酸+活性炭吸附+袋式除尘+湿法脱酸+SCR”，可实现烟气排放指标全面优于欧盟标准2010/75/EU，创造了世界领先的“深圳标准”——《生活垃圾处理运营规范》（SZDB 233—2017），实现超洁净排放。

1.2 精准管控技术

精准管控的核心理念是设备全生命周期管理，利用互联网、物联网、私有云等技术，集成行业标准、企业标准、产品标准和行为标准，通过对人、机、物的全过程控制，实施生产的标准化管理，提高管理效能[4]。深能环保通过自主研发垃圾焚烧厂信息化系统（简称WIS 系统），将企业管理理念和模式系统化、生产管理模式标准化，可实现对全国100 多个不同项目间的对标管理和设备状况的在线分析、远程诊断，以及计划预算、滚动预测、执行监控和绩效评价等全过程管理，垃圾焚烧线长周期稳定运行达431 天以上，实现“老厂如新厂、新厂树标杆”，保证电厂始终处于最佳经济运营状态。围绕节能降耗的要求，研发生产精准管控系统，建立能耗管理中心，根据能耗在线监测和用能分析发现潜在问题，及时维修排查保证系统处于最佳节能运行状态，可实现上网电量提高5%、综合耗水率小于5.0kg/（kW·h）、发电补水率低至2.5%、设备可靠性提高20%—30%，实现全公司吨垃圾发电量、售电量全国排名前列。

1.3 数智融合技术

按照“管理规则化、规则标准化、标准信息化、信息数字化、数字智能化”方针，深能环保用数字要素强基赋能，打造绿色能源“灯塔”工厂。深度运用大数据、机器学习和深度神经网络等技术，实现焚烧炉大数据燃烧智能控制、智慧烟气预控、设备智能诊断。采用AI 智能算法和大数据模型，对垃圾焚烧典型污染物实行超低排放控制，通过在线反馈实现环保药剂的精准控制，有效减少环保药剂粗放式浪费，熟石灰、活性炭和氨水消耗量降幅达到20%左右，有效降低生产间接碳排放。结合智慧能源和“灯塔”工厂的远景规划，开展数字孪生电厂建设、正向BIM 三维建模、位置感知服务机器人、知识图谱型机器人、协作专业机器人等开发应用；以传感技术为基础，以先进控制系统、智能视频监控系统、精准定位系统、图像传输系统、分布式系统为辅助，构建运营智慧管理中心，实现远程监控、远程指挥调度等应急管理。

1.4 低碳循环技术

深能环保持续强化产业协同和低碳技术应用。按照治理高效协同、资源高效循环、能源高效利用的理念，开展生活垃圾、市政污泥、厨余垃圾、医疗废物、陈腐垃圾等协同共治的“焚烧核”“焚烧+”新模式技术研究，实现物质流和能量流的高效梯级利用。其中，以研发的厨余垃圾“三相分离+固相焚烧+液相厌氧”工艺技术为例，可以实现厨余垃圾处理设施与垃圾焚烧发电厂一体化建设，共用垃圾焚烧发电厂部分污水处理设施，减少占地面积50%以上，减少投资60%以上，同时可实现能量和物质梯级利用，提高能源利用效率，增强碳减排效益，达到设施共建、资源共享、能源共通、生产互助、和谐共生的领先效能，逐步构建城市大固废协同一体化治理体系，建立起固废治理集约、高效发展的新模式。

1.5 共建共享技术

垃圾焚烧设施选址难、落地难一直是困扰行业发展的难题[5]，为实现与周边街区睦邻共生，深圳环保转变“单一垃圾焚烧发电”的传统模式，在技术最优基础上，率先提出将垃圾焚烧发电厂打造成为集“生活垃圾焚烧发电+科普教育+休闲娱乐+工业旅游”四位一体的现代化能源生态园，并成功入选2021 年国家发展改革委发布的《深圳经济特区创新举措和经验做法清单》。建筑外观上，垃圾焚烧发电厂采用去工业化设计，由简单工业厂房向环境和谐地标建筑转变，科技赋能工业建筑实现碳中和。其中，深圳龙岗能源生态园厂房顶部采用BIPV 建筑光伏一体化最新技术，光伏组件和屋面板合为一体安装，即解决了屋面防水抗风问题，延长了屋面的使用年限，又增加了光伏发电容量，可实现在运行期25 年内年平均发电量为338.23 万kW·h，25 年节省标煤37 038t、CO2减排83 589t。光伏发电不仅可供园区使用，也可供园区周边社区使用，实现共治共享。

2 实施效果及经验启示

2.1 碳减排实施成效

以龙岗能源生态园为例，每年可以实现碳减排量约28 万t（见下表）。计算依据如下：

龙岗能源生态园碳减排量

（1）龙岗能源生态园启动至今，累计处理生活垃圾849.70 万t，发电量46.64 亿度，相比燃煤发电减少化石燃料消耗，相比填埋减少甲烷等温室气体排放，合计二氧化碳减排量为107.06 万t，折合减排量为20.98 万t/a。

（2）龙岗能源生态园屋顶采用BIPV 建筑光伏一体化技术，年平均发电量为338.23 万kW·h，相比燃煤发电减少化石燃料消耗，25 年运行期内可实现二氧化碳减排83 589t，折合减排量为3344t/a。

（3）通过“海绵城市”设计，直接吸收二氧化碳，折合减碳量为2445t/a。

（4）通过采用市政中水作为生产用水，年节约自来水水源200 万m3，折合减碳量为24 640t/a。

（5）将污水处理站的沼气进行回收发电，折合减碳量为6007t/a。

（6）炉渣产生量为333 000t/a，通过制造炉渣砖，相比蒸压粉煤灰制砖减少碳排放量32 967t/a。

2.2 经验启示

垃圾焚烧发电厂未来将成为衔接社会系统生产、生活中驱动价值流动和循环增值的重要枢纽，深能环保提出的集“清洁高效、精准管控、数智融合、低碳循环、共建共享”的五位一体垃圾焚烧智慧低碳新模式充分与生态融合、与城市共生，具有广泛的适用性和可推广性，有助于推动我国垃圾焚烧行业绿色、低碳、智慧、可持续发展，助力打造美丽中国（见下图）。

垃圾焚烧智慧低碳“五位一体”新模式

随着“双碳”目标的实施，固废行业亟须转变思路，从注重末端治污进入系统优化，由达标排放进入资源循环的升级转变中。以清洁高效为基础、以数字智能为动力、以价值增值为目标，固废行业可通过产业协同，成为具有资源高效利用、能源梯级利用、生产流程优化、产业结构升级、绿色生活转变的天然低碳属性，由过去废弃物的“终点站”转变为支撑产业和城市物质、能量、价值流动的“中转站”。

3 展望

城市固体废物治理作为生态文明建设的重要内容，不仅要实现“无废”目标，更要实现低碳治理，从更加宏远的目标驱动技术和模式进步。因此，树立大固废全周期闭环管理理念，优化智慧能源系统配置，支撑城市固废向协同低碳高效能源化/资源化方向发展，是固废“双碳”目标发展的必然要求，未来可从以下三个方面持续提升。

（1）创新节能、用能技术，依托大数据、物联网、人工智能等先进技术，强化生产运营降本增效管理，打造智慧电厂。

（2）稳步提升高参数焚烧技术能力，加强“低碳”“负碳”技术研发，建立固体废物处理领域碳权交易技术基础。

（3）构建多源固体废物协同处理体系，实现能量/物质梯级利用，提高焚烧能源中心综合能源效率。