徐海云

(中國城市建設(shè)研究院，北京 100029)

生活垃圾焚燒處理技術(shù)發(fā)展分析

徐海云

(中國城市建設(shè)研究院，北京 100029)

綜述了國內(nèi)外的城市生活垃圾焚燒處理概況，探討了生活垃圾焚燒處理與環(huán)境的關(guān)系，介紹了生活垃圾焚燒處理工藝，并對我國生活垃圾焚燒處理技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。

生活垃圾;焚燒;處理技術(shù);二英

編者按：2010年中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)工作會(huì)議暨危險(xiǎn)廢物處置技術(shù)推廣現(xiàn)場會(huì)上進(jìn)行了技術(shù)交流，本專題欄目中《生活垃圾焚燒處理技術(shù)發(fā)展分析》等7篇論文為技術(shù)交流材料。

1 國內(nèi)外生活垃圾焚燒處理概況

1.1 城市生活垃圾焚燒處理的特點(diǎn)

城市生活垃圾焚燒處理具有占地面積小、場地選擇易、處理時(shí)間短、減量化顯著（減重一般達(dá)70%，減容一般達(dá)90%）、無害化較徹底以及余熱可回收等特點(diǎn)。

1.2 國內(nèi)外城市生活垃圾焚燒處理現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006年全世界共有生活垃圾焚燒廠近2100座，其中生活垃圾焚燒發(fā)電廠約1000座；總焚燒處理能力約為62.1萬噸/日，年生活垃圾焚燒量約為1.65億噸（見表1）。

表1 2006年國內(nèi)外生活垃圾焚燒廠分布狀況

城市生活垃圾焚燒設(shè)施絕大部分分布于發(fā)達(dá)國家和地區(qū)。按年處理量分析，其中歐盟19個(gè)國家年焚燒處理量占38%，日本占24%，美國占19%，東亞部分地區(qū)（中國臺(tái)灣、韓國、新加坡、泰國、中國澳門、中國大陸等）占15%，其它地區(qū)（俄羅斯、烏克蘭、加拿大、巴西、摩納哥等）占4%。

1.3 發(fā)達(dá)國家生活垃圾焚燒處理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

（1）歐洲

歐洲目前生活垃圾年焚燒處理量為6400萬噸（見表2），垃圾焚燒所產(chǎn)生的能量可以滿足3200萬人口用電和1.5億人口用熱。為逐步減少可生物降解有機(jī)垃圾的填埋量，歐盟垃圾填埋指南（CD1999/31/EU/1999）提出了幾個(gè)階段性目標(biāo)，第一階段目標(biāo)是在2006年將進(jìn)入填埋場的有機(jī)物在1995年的基礎(chǔ)上削減25%；第二階段目標(biāo)是在2009年將進(jìn)入填埋場的有機(jī)物在1995年的基礎(chǔ)上削減50%；第三階段目標(biāo)是在2016年將進(jìn)入填埋場的有機(jī)物在1995年的基礎(chǔ)上削減65%。而德國、奧地利、瑞士等國要求進(jìn)入填埋場的填埋物總有機(jī)碳（TOC）要小于5%，也就是要求填埋的垃圾基本上就是灰渣，或者說是剩余垃圾（或其余垃圾，即除去單獨(dú)收集的剩余垃圾）都要進(jìn)行焚燒處理才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

隨著歐盟垃圾填埋指南在2006年開始實(shí)施，生活垃圾焚燒處理得到進(jìn)一步發(fā)展。以德國為例：2007年德國用于生活垃圾直接焚燒的處理廠為67座，焚燒處理量達(dá)到1780萬噸/年，近40年德國生活垃圾焚燒處理廠數(shù)量和處理能力在不斷增長（見表3）。歐盟的生活垃圾焚燒處理量也是在不斷增長，2007年比2001年增長了23%（見圖1）。

表2 2006年歐洲運(yùn)行的生活垃圾焚燒廠

表3 1965-2007年德國生活垃圾焚燒廠發(fā)展?fàn)顩r

圖1 歐盟國家生活垃圾焚燒處理發(fā)展情況

（2）日本

日本的垃圾處理主要以焚燒處理為主，2006年生活垃圾焚燒處理量約為4000萬噸。2006年直接焚燒處理比例達(dá)76.7%，直接填埋處理比例僅有4.6%，堆肥處理比例約為0.1%，其余為回收資源化處理（見表4）。

表4 日本垃圾處理方式及比例

2006年日本有生活垃圾焚燒廠1301座。隨著環(huán)保要求的提高，日本的垃圾焚燒廠呈現(xiàn)大型化、集中化的發(fā)展趨勢。1975-2006年，非連續(xù)式的小規(guī)模垃圾焚燒廠從1678座下降到674座，而同期的連續(xù)式大規(guī)模垃圾焚燒廠從286座增加到627座（見圖2）。

圖2 1975-2006年日本生活垃圾焚燒廠運(yùn)行方式變化

日本的垃圾焚燒廠數(shù)量的下降，并不意味著焚燒處理能力的降低，實(shí)際上在2001年以前，焚燒處理能力一直是不斷增加的，近幾年焚燒處理能力有所下降，一方面是日本垃圾焚燒廠處理能力已經(jīng)處于相對飽和狀態(tài)，另一方面隨著垃圾回收利用率的提高，需要焚燒的垃圾總量有所下降（見圖3）。另外，近十多年,具有發(fā)電能力的大型生活垃圾焚燒發(fā)電廠數(shù)量一直在持續(xù)增加（見圖4）。

（3）美國

盡管美國土地相對充裕，人口分布相對均勻，但其生活垃圾年焚燒量仍居世界第二位，為3100萬～3300萬噸。20世紀(jì)初，美國許多城市都相繼興建了城市垃圾焚燒廠，到二次大戰(zhàn)前，焚燒爐已發(fā)展到約700座。這時(shí)期的焚燒爐已具備現(xiàn)代垃圾焚燒爐的主要特征和功能，并實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化操作。二次大戰(zhàn)后，隨著經(jīng)濟(jì)的復(fù)興，城市垃圾產(chǎn)量迅速增加，垃圾成分也發(fā)生了顯著變化，垃圾中廢紙和塑料等可燃物含量大幅度提高，垃圾焚燒處理又得到進(jìn)一步發(fā)展。例如在1960年，美國生活垃圾年焚燒處理量就達(dá)2700萬噸。在20世紀(jì)70年代后期和80年代早期，由于公眾對垃圾焚燒煙氣污染特別是二英的關(guān)注，出現(xiàn)公眾反對興建垃圾焚燒爐的呼聲，因此，在這一時(shí)期，新建垃圾焚燒廠出現(xiàn)下降趨勢。1980年，美國城市生活垃圾焚燒量降到1700萬噸。隨著垃圾焚燒煙氣處理逐步受到重視，特別是煙氣處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，余熱利用系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)得到進(jìn)一步完善，垃圾焚燒廠的污染控制水平也不斷提高，城市生活垃圾焚燒數(shù)量重新增長。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，美國城市生活垃圾焚燒處理處于穩(wěn)定發(fā)展階段。2006年，美國有生活垃圾焚燒廠140多座，其中有焚燒發(fā)電廠89座，年焚燒處理量已達(dá)3140萬噸。

圖3 1975-2006年日本垃圾焚燒廠數(shù)量及處理能力變化

圖4 1998-2006年日本生活垃圾焚燒發(fā)電廠發(fā)展情況

2 生活垃圾焚燒處理與環(huán)境的關(guān)系

2.1 生活垃圾焚燒處理能夠滿足環(huán)境保護(hù)的要求

生活垃圾焚燒處理廠主要污染物來源是其排放的尾氣，其中包括受到大眾特別關(guān)注的二英（Dioxin）。需要特別指出的是，隨著環(huán)境保護(hù)要求的日益嚴(yán)格，達(dá)到環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)代化生活垃圾焚燒處理廠，其污染排放無論是濃度還是總量都已經(jīng)很低。2005年9月，德國環(huán)境部（BMU）在一份報(bào)告中指出，“盡管1985年以來，垃圾焚燒規(guī)模增加了1倍，由于生活垃圾焚燒廠嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，生活垃圾焚燒已經(jīng)不是大氣中二英（Dioxin）、重金屬和煙塵等污染物的顯著排放源。在德國所有的66個(gè)垃圾焚燒裝置中，由于按照法規(guī)要求配置袋式除塵器，二英（Dioxin）年排放量由400g下降到不足0.5g，下降幅度接近99.9%?！北容^其他工業(yè)排放，該報(bào)告中指出，“生活垃圾焚燒污染物排放下降最顯著，在1990年德國生活垃圾焚燒二英（Dioxin）年排放量約占總量的近1/3，而到2000年，這一比例下降到不足百分之一”。表5和表6反映了德國通過實(shí)施嚴(yán)格的生活垃圾焚燒煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)所帶來的污染物排放量的變化。

表5 德國按來源對二英年排放量統(tǒng)計(jì) （單位：g）

表5 德國按來源對二英年排放量統(tǒng)計(jì) （單位：g）

年份排放量來源199019942000金屬加工74022040垃圾焚燒4002200.5電站533工業(yè)焚燒設(shè)施2015＜10民用燃燒裝置2015＜10交通104＜1火葬場42＜2排入大氣中合計(jì)1200479＜70

表6 德國生活垃圾焚燒廠典型污染物年排放量統(tǒng)計(jì)

在歐洲，“垃圾焚燒指南”（2000/76/EC）規(guī)定了嚴(yán)格的排放指標(biāo)，這一指標(biāo)明顯低于其它工業(yè)排放要求?！袄贌改稀狈秶ɡ贌龔S和垃圾與工業(yè)燃料混合的焚燒廠（co-incinerate）。

我國《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2001）主要指標(biāo)明顯嚴(yán)于火電廠和鍋爐廠的排放要求（見表7）。因此，只要嚴(yán)格執(zhí)行國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，生活垃圾焚燒煙氣污染排放是十分有限的。

表7 我國污染控制標(biāo)準(zhǔn)部分指標(biāo)比較

2.2 生活垃圾焚燒處理對溫室氣體減排作用顯著

生活垃圾焚燒處理對污染物的減排作用明顯，對溫室氣體的減排也非常顯著。采用生活垃圾焚燒處理方式，可以從以下兩個(gè)方面減少溫室氣體排放，一方面是避免垃圾填埋產(chǎn)生的填埋溫室氣體（主要是甲烷），另一方面是焚燒余熱利用替代化石燃料使用而減少溫室氣體排放。不同國家或地區(qū)的填埋氣體回收利用狀況以及能源結(jié)構(gòu)不同，具體替代的當(dāng)量系數(shù)也不同。按我國生活垃圾成分焚燒發(fā)電與填埋相比，每噸垃圾減排溫室氣體約為0.48～0.64噸CO2。

德國環(huán)境部門（UBA）2008年公布的一項(xiàng)報(bào)告表明，當(dāng)生活垃圾不適宜回收利用時(shí)，進(jìn)行焚燒處理是符合生態(tài)要求的處理手段，對生活垃圾焚燒并進(jìn)行能源利用相當(dāng)于替代煤、油等化石能源，德國因此每年相當(dāng)于減少了975萬噸CO2溫室氣體排放（德國2007年生活垃圾焚燒量為1780萬噸）。

2.3 生活垃圾焚燒處理能降低COD排放量

COD的排放量是我國節(jié)能減排重要的考核指標(biāo)，根據(jù)2007年全國環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)，2007年全國COD排放量為1381.8萬噸。生活垃圾焚燒處理實(shí)際上可以減少垃圾填埋帶來的COD排放，每噸生活垃圾可產(chǎn)生0～0.2噸COD，這是一個(gè)很大的數(shù)值，當(dāng)然其中大部分會(huì)在填埋過程中被分解。但是，即使是衛(wèi)生填埋，在降水量多的地區(qū)COD也可達(dá)到0.01噸/噸垃圾以上。因此，發(fā)展生活垃圾焚燒對減少COD排放也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.4 生活垃圾焚燒處理能提供大量可再生能源

美國生活垃圾焚燒平均產(chǎn)生電能為520kW?h/t，而垃圾填埋處理平均產(chǎn)生電能為20kW?h/t。2007年美國87座垃圾焚燒發(fā)電廠，每天焚燒處理量約為9.5萬噸，發(fā)電能力2500MW，可以滿足2300萬個(gè)家庭的用電需求，垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)值100億美元，提供了超過6000個(gè)就業(yè)崗位及超過4億美元的年工資額。2003年1月14日，美國環(huán)保署發(fā)布的報(bào)告指出“垃圾焚燒產(chǎn)生的電能與其他來源產(chǎn)生的電能相比，其對環(huán)境影響幾乎是最小的”（Marianne Lamont Horinko 2003）；2009年9月21日，美國環(huán)保署發(fā)布的報(bào)告指出，2006年美國生活垃圾焚燒量為3100萬噸，由于對垃圾焚燒進(jìn)行熱能利用，相當(dāng)于減排1700萬噸二氧化碳當(dāng)量溫室氣體。

日本2006年有293座生活垃圾焚燒發(fā)電廠，總裝機(jī)1590MW，當(dāng)年共發(fā)電72億kW?h，相當(dāng)于197萬戶居民的年用電量（來源：日本環(huán)境?。?/p>

2007年10月10日，歐盟環(huán)境署正式將垃圾焚燒納入回收利用范疇。歐盟調(diào)查發(fā)現(xiàn)，填埋比例低、焚燒比例高則回收利用的比例高，反之則低（見圖5，資料來源：EUROSTAT ，2006）。歐盟估計(jì)，2007年27國通過生活垃圾焚燒共獲得相當(dāng)于614.43萬噸油當(dāng)量（toe：定義為107千卡，相當(dāng)于1噸原油的凈熱值含量），其中發(fā)電量合計(jì)139.619億kW?h（見圖5）。

3 生活垃圾焚燒處理技術(shù)

發(fā)達(dá)國家城市垃圾大多采用無預(yù)處理焚燒系統(tǒng)處理并進(jìn)行余熱利用，該系統(tǒng)利用率達(dá)85%以上。這類焚燒爐多為爐排爐。爐排的作用就是在爐內(nèi)輸送垃圾的同時(shí)，促進(jìn)垃圾的攪動(dòng)和混合，從而使垃圾得到較完全的燃燒。目前無論是歐盟、北美還是日本，使用爐排爐焚燒處理生活垃圾的比例都在90%以上。2005年8月歐盟公布的歐洲污染綜合防治局（European IPPC Buraeau）研究報(bào)告表明，爐排爐仍然是生活垃圾焚燒處理的首選技術(shù)爐型（見表8）。對未預(yù)處理的生活垃圾進(jìn)行焚燒，熱解、氣化和循環(huán)流化床等技術(shù)工藝應(yīng)用很少。

圖5 2006年歐盟國家生活垃圾處理方式比較

表8 目前廣泛應(yīng)用的焚燒爐類型及對應(yīng)的固體廢物類型

4 我國生活垃圾焚燒處理技術(shù)現(xiàn)狀分析

與發(fā)達(dá)國家相比，我國生活垃圾焚燒處理廠整體建設(shè)運(yùn)行時(shí)間不長，相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)還沒有得到認(rèn)真的總結(jié)。一些非主流或不成熟的焚燒技術(shù)設(shè)備還在不斷進(jìn)入市場。

垃圾焚燒與填埋處理相比，具有占地小、場地選擇易、處理時(shí)間短、減量化顯著（減重一般達(dá)70%，減容一般達(dá)90%）、無害化較徹底以及可回收垃圾焚燒余熱等優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)達(dá)國家已得到廣泛應(yīng)用。我國許多地區(qū)人口密度高，特別是東部及南部沿海地區(qū)的許多城市，土地資源非常寶貴，焚燒處理會(huì)逐步發(fā)展成為這一地區(qū)生活垃圾處理的重要手段。目前，我國城市垃圾焚燒處理發(fā)展較快，2009年焚燒處理能力是2000年的25倍，達(dá)到7.12萬噸/日（見圖6）。

圖6 2000-2009年我國城市垃圾焚燒處理能力變化

到2010年5月底，國內(nèi)已經(jīng)建成的垃圾焚燒發(fā)電廠有82座，總處理能力約為7.0萬噸，總裝機(jī)容量超過1400MW，其中采用爐排爐和流化床爐的焚燒廠占了主要部分，但爐排爐的實(shí)際焚燒處理量要明顯高于流化床爐的處理量（見表9）。

表 9 我國建成的生活垃圾焚燒廠技術(shù)統(tǒng)計(jì)分析（2010年）

5 結(jié)語

針對目前我國生活垃圾焚燒發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行實(shí)事求是的分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及高人口密度是推動(dòng)我國生活垃圾焚燒處理發(fā)展的內(nèi)在因素。如我國江蘇省的人口密度是日本的2倍以上，我國許多省人口密度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于德國、日本，甚至是德國的3倍以上（見圖7）。對于許多城市來說，土地資源非常寶貴，生活垃圾填埋場場地選擇將會(huì)越來越困難，垃圾填埋處理的成本也會(huì)越來越高，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，焚燒處理會(huì)逐步發(fā)展成為這一地區(qū)生活垃圾處理的重要手段。

圖7 人口密度比較

（2）嚴(yán)格按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行、管理的生活垃圾焚燒處理設(shè)施能夠滿足環(huán)境保護(hù)的要求。

（3）鼓勵(lì)對垃圾焚燒處理有現(xiàn)實(shí)需求的大城市采用垃圾焚燒處理工藝，積極穩(wěn)妥地推進(jìn)垃圾焚燒處理廠的建設(shè)。

（4）對于垃圾焚燒處理有潛在需求的地區(qū)，除應(yīng)考慮延長現(xiàn)有填埋場的使用壽命之外，也建議應(yīng)盡早在近郊區(qū)規(guī)劃建設(shè)城市生活垃圾焚燒處理廠。

Development Analysis on Treatment Technology of Domestic Refuse Incineration

XU Hai-yun
(Chinese Academy of Urban Construction, Beijing 100029, China)

The article sums up the incineration and disposal of urban domestic refuse abroad and at home, probes into the relationship between incineration and environment in domestic refuse, introduces the technology of incineration and disposal of domestic refuse, as well as makes an analysis on status of incineration and disposal technology of domestic refuse in our country.

domestic refuse; incineration; disposal technology; dioxin

X799.3

A

1006-5377（2010）09-0010-06