楊毅?孟哲?刁冰

一、我國生活垃圾焚燒處理發(fā)展沿革

（一）國內(nèi)生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

“十三五”期間，全國共建成生活垃圾焚燒廠254座，累計運行的生活垃圾焚燒廠超過500座，焚燒設(shè)施處理能力達58萬t/d。全國城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒處理率約為45%，初步形成了新增處理能力以焚燒為主的垃圾處理發(fā)展格局。

國家發(fā)展和改革委員會、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)的《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》提出，到2025年年底，全國城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒處理能力達到80萬t/d左右，城市生活垃圾焚燒處理能力占比65%左右。

（二）生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)發(fā)展趨勢

1．行業(yè)不斷收購整合，龍頭企業(yè)市場占有率持續(xù)提升

近年來，垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)集中度不斷提升，大部分產(chǎn)能已集中在專業(yè)運營商企業(yè)，隨著市場進一步呈現(xiàn)集約化趨勢，專業(yè)運營商的競爭優(yōu)勢越發(fā)凸顯，地方產(chǎn)能將逐漸被行業(yè)龍頭企業(yè)整合。同時，垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)內(nèi)的企業(yè)也不斷進行產(chǎn)業(yè)鏈橫向和縱向延伸，通過規(guī)?；途毣?jīng)營不斷提升在行業(yè)中的競爭力。

2．大力推進產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)

自2016年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等四部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于進一步加強城市生活垃圾焚燒處理工作的意見》以來，各地積極開展靜脈產(chǎn)業(yè)園區(qū)、循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)園區(qū)、靜脈特色小鎮(zhèn)等建設(shè)，統(tǒng)籌生活垃圾、建筑垃圾、餐廚垃圾等不同類型垃圾處理，形成一體化項目群，從而降低選址難度和減少建設(shè)投入。循環(huán)產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)可以優(yōu)化配置焚燒、填埋、生物處理等不同種類處理工藝，整合滲瀝液等污染物處理環(huán)節(jié)，實現(xiàn)各種垃圾在園區(qū)內(nèi)有效治理，從而提高能源綜合利用效率。

3．垃圾焚燒發(fā)電市場逐步向西部轉(zhuǎn)移

我國垃圾焚燒發(fā)電項目分布具有明顯的地域性，區(qū)域分布不均勻問題突出。目前垃圾焚燒發(fā)電廠主要集中在中東部。從垃圾焚燒處理能力看，東部地區(qū)最大，中部次之，西部最少。東部地區(qū)，尤其是京津冀、長三角和珠三角聚集度高。西部垃圾焚燒處理能力低，但未來發(fā)展?jié)摿善凇?/p>

4．老舊設(shè)施技改不斷增多

“雙碳”背景下，老舊焚燒設(shè)施的節(jié)能技改和環(huán)保技改市場將不斷擴大。

（三）生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的最新發(fā)展

爐排國產(chǎn)化、大型化趨勢明顯。國內(nèi)早期的單爐500t/d以下處理量正在向單爐500～1000t/d處理量過渡。爐排核心技術(shù)取得突破，國內(nèi)個別企業(yè)已經(jīng)在1000t/d處理量的焚燒爐的國產(chǎn)化方面進行了大膽的嘗試和有益的探索。

在余熱發(fā)電技術(shù)上，隨著行業(yè)的發(fā)展，更顯著的能源利用效率被提上日程。采用智能燃燒控制系統(tǒng)，并優(yōu)化爐膛和鍋爐設(shè)計，提高了鍋爐的熱效率。同時為追求更高的熱能利用效率，余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)也由傳統(tǒng)的中溫中壓（4.0MPa、400℃）向中溫次高壓過渡，個別項目甚至采用了13.5MPa、450℃的中溫高壓蒸汽參數(shù)，并對爐外再熱技術(shù)進行了大膽探索且在項目中成功運用。

煙氣處理技術(shù)日趨先進、完善。部分項目煙氣凈化處理工藝脫酸采取干法+濕法或半干法+濕法或干法+半干法+濕法的組合工藝，脫硝采取SCR或SNCR+SCR的組合工藝，煙氣排放指標(biāo)達到歐盟2010標(biāo)準(zhǔn)或超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

三河市生活垃圾焚燒發(fā)電 PPP 項目。作者提供

二、生活垃圾焚燒廠碳排放核算

（一）生活垃圾焚燒發(fā)電廠碳排放情況

1． 生活垃圾處理過程碳排放綜述

垃圾處理過程中碳排放無處不在，垃圾的收集、運輸和處理的各個環(huán)節(jié)均有碳排放。垃圾在處理之前會因為發(fā)酵腐爛而產(chǎn)生碳排放；垃圾運輸也會因消耗化石燃料而產(chǎn)生碳排放；滲瀝液厭氧發(fā)酵過程中會產(chǎn)生甲烷等溫室氣體；垃圾填埋過程中會產(chǎn)生甲烷、二氧化氮和其他含碳氣體；對焚燒發(fā)電廠而言，垃圾焚燒過程本身也會產(chǎn)生大量的碳排放。

2．生活垃圾焚燒廠碳排放核算

以東北地區(qū)某生活垃圾焚燒發(fā)電廠進行碳排放核算。

項目垃圾焚燒處理規(guī)模為日處理生活垃圾3000t，垃圾平均熱值為1800kcal/kg，垃圾中收到基元素碳含量確定為22.7%（按經(jīng)驗值），全廠熱效率為25%（主蒸汽參數(shù)6.4MP，450℃），年上網(wǎng)電量4.45億度（年運行時間8000小時，廠用電率15%），計算出全年二氧化碳排放量約為84.6萬t。

按相同供電量（年運行時間8000小時）的燃煤機組計算，根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布的2021年火電廠供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率302.5g/kW·h，煤元素分析選用某種三類無煙煤（低位熱值24.43kJ/kg），計算出燃煤電廠二氧化碳年排放量約為39.4萬t。

計算結(jié)果顯示，供電量相同的情況下，生活垃圾焚燒發(fā)電廠比燃煤電廠碳排放的絕對量高。

生活垃圾中的碳源包括生物碳源和化石碳源兩部分，生物碳源排放僅參與大氣碳循環(huán)，不增加大氣中碳的絕對量 。發(fā)達國家生活垃圾中其他垃圾生物質(zhì)碳大多在60%以上。目前我國缺乏生活垃圾中生物質(zhì)碳和化石碳相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

（二）清潔焚燒是生活垃圾減量的必由之路

生活垃圾焚燒處理技術(shù)具有占地省、減量效果明顯、余熱可以利用等特點，在發(fā)達國家和地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。在我國，經(jīng)歷三十多年的發(fā)展，垃圾焚燒處理技術(shù)裝備日趨成熟，產(chǎn)業(yè)鏈條、骨干企業(yè)和建設(shè)運行管理模式逐步形成，已成為城市生活垃圾處理的重要方式。同時，我國的垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)也由高速發(fā)展階段逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇媪康奶豳|(zhì)增效階段，需要引導(dǎo)生活垃圾焚燒廠向常態(tài)化穩(wěn)定達標(biāo)、低污染物排放和高效能源利用的高標(biāo)準(zhǔn)焚燒廠發(fā)展，從而有效地提升生活垃圾處理水平。

三、生活垃圾焚燒發(fā)電廠的減碳路徑

國家發(fā)展和改革委員會提出從以下六個方面推進碳中和：調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、加快推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、提升能源利用效率、加速低碳技術(shù)研發(fā)推廣、健全低碳發(fā)展體制和機制、增加生態(tài)碳匯。

具體到生活垃圾焚燒發(fā)電廠，降碳的首要措施應(yīng)是“降能耗、提能效”，項目周邊有用熱需求時，應(yīng)積極發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)。

（一）設(shè)計是減碳源頭?

1．規(guī)劃不同垃圾協(xié)同處置，實現(xiàn)節(jié)能、降碳、保護環(huán)境的目的

不同垃圾在產(chǎn)業(yè)園協(xié)同處置，不但可以降低輸送能耗和減少廢物排放，還可以降低選址難度和減少建設(shè)投入。優(yōu)化配置焚燒、填埋、生物處理等不同種類處理工藝，整合滲瀝液等污染物處理環(huán)節(jié)，實現(xiàn)各種垃圾在園區(qū)內(nèi)有效治理，提高能源綜合利用效率，最終減少碳排放。

2．嚴(yán)格執(zhí)行節(jié)能相關(guān)規(guī)范，實行節(jié)能設(shè)計

《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》等節(jié)能設(shè)計規(guī)范對工業(yè)建筑的總圖布置、建筑與建筑熱工、供熱通風(fēng)空調(diào)與給排水、電氣、能源回收與可再生能源利用等方面做了詳細規(guī)定，設(shè)計時需要嚴(yán)格按照相關(guān)節(jié)能設(shè)計規(guī)范設(shè)計。

3．因地制宜采用熱電聯(lián)供

“雙碳”背景下，生活垃圾焚燒發(fā)電廠提質(zhì)增效勢在必行。為進一步提高項目綜合能效，生活垃圾焚燒發(fā)電廠可結(jié)合周邊地區(qū)的產(chǎn)業(yè)布局特點，將項目熱能利用由單純發(fā)電設(shè)置為熱電聯(lián)供或者冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)。特別是加強對焚燒發(fā)電廠的汽機乏汽的低品位余熱利用，可以達到極好的減碳效果。

4．積極推廣應(yīng)用新技術(shù)

垃圾焚燒發(fā)電項目熱能利用系統(tǒng)采用高參數(shù)和中間再熱技術(shù)是目前垃圾焚燒高效發(fā)電發(fā)展方向之一。過熱蒸汽參數(shù)與汽輪發(fā)電機組的發(fā)電效率成正比，蒸汽參數(shù)越高，發(fā)電效率越高。國內(nèi)某項目主蒸汽參數(shù)采用13.5Mpa、450℃，并且采用了中間再熱技術(shù)，第三方性能測試表明，焚燒處理能力、主蒸汽參數(shù)、發(fā)電效率等核心指標(biāo)均達到設(shè)計值，其中全廠發(fā)電效率超過30%。

長春市城市生活垃圾焚燒發(fā)電項目。作者提供

（二）運行重在挖潛?

生活垃圾焚燒廠應(yīng)在以下四個方面挖掘潛力，提質(zhì)增效，不斷提高運行管理水平：（1）強化管理，保障焚燒全過程運行工況平穩(wěn)。從垃圾勻化、負荷控制、料層厚度控制、配風(fēng)控制、爐膛主控溫度區(qū)溫度控制等環(huán)節(jié)著手，減少工況波動的負面影響。（2）減少停爐啟爐次數(shù)。焚燒爐停爐次數(shù)反映了焚燒爐運行水平，停爐多說明焚燒爐運行工況不穩(wěn)定，且停爐、啟爐易造成煙氣的超標(biāo)排放。（3）優(yōu)化設(shè)備運行，降低廠用電率。不同的生活垃圾焚燒發(fā)電廠廠用電率差異較大，部分焚燒發(fā)電廠廠用電率居高不下。目前先進的焚燒發(fā)電廠廠用電率在13%左右。焚燒發(fā)電廠應(yīng)通過節(jié)能技術(shù)改造和優(yōu)化設(shè)備運行不斷降低廠用電率，實現(xiàn)焚燒廠節(jié)能、低耗運行。（4）能源計量器具達標(biāo)配置。用能單位計量器具的達標(biāo)配置是用能單位實現(xiàn)節(jié)能考核、自檢自查的前提，也是設(shè)備、設(shè)施節(jié)能運行的前提。用能設(shè)備和設(shè)施的計量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《用能單位能源計量器具配備和管理通則》（GB 17167—2006）的有關(guān)規(guī)定。焚燒發(fā)電廠應(yīng)對主要耗能設(shè)備及系統(tǒng)及時監(jiān)測分析，找準(zhǔn)薄弱環(huán)節(jié)，有的放矢地制定改進措施。

四、案例分析

垃圾焚燒處理時會產(chǎn)生大量余熱，垃圾焚燒廠的熱能利用主要是將垃圾焚燒產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽通過汽輪發(fā)電機組發(fā)電并對外供電。熱能轉(zhuǎn)化為電能的過程中，熱能損失很大，熱能損失的大小取決于垃圾的發(fā)熱量、余熱鍋爐效率以及汽輪發(fā)電機的效率。在損失的熱能中，煙氣熱損失大約占20%，凝汽器的熱損失占全廠熱能損失的50%～60%。垃圾焚燒項目只有20%～30%的熱能用于發(fā)電。

對垃圾焚燒發(fā)電廠熱能利用過程中損失部分的低品位熱量進行有效回收與應(yīng)用，可以進一步達成保護環(huán)境、綠色發(fā)展的目標(biāo)，在提倡綠色、可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)下，具有重要的現(xiàn)實意義。

垃圾焚燒項目低品位余熱利用途徑主要包含汽機凝汽器余熱利用和煙氣余熱利用，本文僅對汽機凝汽器余熱利用技術(shù)進行探討。

東北地區(qū)某垃圾焚燒發(fā)電項目日處理入爐垃圾3000t，分兩期建設(shè)，一期和二期建設(shè)規(guī)模均為1500t。焚燒爐采用往復(fù)式機械爐排爐，余熱鍋爐主蒸汽參數(shù)采用6.4Mpa（g）、450℃，一期項目汽機選用純凝機組，二期項目汽機選用低真空機組。

項目周邊供熱項目現(xiàn)有供熱面積約200萬m²，一次網(wǎng)主干網(wǎng)管道按遠期供暖400萬m²設(shè)計，采用2臺58MW燃煤循環(huán)流化床熱水鍋爐。區(qū)域內(nèi)住宅建筑采暖熱指標(biāo)為45W/m²，公建建筑采暖熱指標(biāo)為55W/m²，工業(yè)建筑采暖熱指標(biāo)為90W/m²，綜合采暖熱指標(biāo)確定為50W/m²。項目配備2臺熱網(wǎng)循環(huán)水泵，水泵采用1臺變頻、1臺工頻，水泵參數(shù)：揚程59m、流量1500m³/h、功率355kW。

二期項目凝汽器采用循環(huán)冷卻水冷卻。低真空機組可以維持相對較高的排汽壓力及排汽溫度，從而獲得較高的凝汽器循環(huán)水出水溫度。在采暖季，將汽輪機排汽壓力提至36kPa，排汽溫度73℃，供熱介質(zhì)取代原汽機循環(huán)冷卻水進入凝汽器水室吸收汽輪機乏汽余熱，供熱介質(zhì)溫度最高可以達到70℃左右。經(jīng)計算，二期低真空熱源可提供至少71MW余熱熱負荷。

一期項目選用純凝機組，凝汽器采用循環(huán)冷卻水冷卻。項目建設(shè)規(guī)模為2臺日處理量750 t的機械爐排焚燒爐。項目增設(shè)一套背壓式汽輪發(fā)電機組，背壓機組進汽流量同余熱鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量匹配。背壓機組額定供熱負荷為65～69MW。

在采暖季的初、末期，僅利用二期低真空供熱系統(tǒng)對外供熱；當(dāng)室外氣溫降低，二期低真空汽輪機組供熱能力無法滿足熱用戶需求時， 背壓機組投入運行，利用背壓機組排汽加熱一次網(wǎng)循環(huán)水回水，此時低真空汽輪機組和背壓機組協(xié)同運行，同時純凝機組和背壓機組并聯(lián)運行，背壓機組蒸汽流量根據(jù)供暖回水溫度采用閥控，純凝機組蒸汽流量采用壓控。隨著室外氣溫進一步降低，背壓機組滿負荷運行后，啟動原熱水鍋爐尖峰加熱。

低真空供熱和背壓機供熱可提供140MW的基本熱負荷，疊加原有的熱水鍋爐（尖峰熱源）所提供的58MW熱負荷，具備大約400萬m2采暖面積的供熱能力。

在垃圾焚燒廠區(qū)內(nèi)設(shè)置換熱首站和配套用循環(huán)水泵房，在換熱首站建設(shè)背壓式汽輪發(fā)電機組及配套設(shè)施，在原熱水鍋爐廠紅線內(nèi)新建尖峰熱源換熱站。在換熱首站和尖峰熱源換熱站之間建設(shè)約7km長的市政供暖熱水管道。

由于采暖季初期和末期用戶側(cè)熱負荷需求較低，系統(tǒng)設(shè)置一套減溫換熱裝置，換熱能力為20MW，減溫換熱裝置通過已有冷卻塔系統(tǒng)將采暖回水降溫，將未被熱用戶消納的多余熱負荷帶入大氣環(huán)境中，從而保證供暖回水溫度能滿足低真空汽輪發(fā)電機組凝汽器的進水溫度要求。減溫換熱裝置通過監(jiān)測凝汽器的真空度和供暖回水溫度實現(xiàn)系統(tǒng)啟停。

經(jīng)計算，該焚燒項目將凝汽器低品位余熱用于市政供暖，一個采暖季供暖需要總熱量約1912025GJ，熱電聯(lián)產(chǎn)后，可以利用凝汽器低品位余熱約1145671GJ。可以節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤約3.9萬t，可以減少二氧化碳排量約12.8萬t。

五、結(jié)語

本文提出了“雙碳”背景下生活垃圾焚燒廠的減碳思路是“降能耗、提能效”，項目周邊有用熱需求時，積極發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)，重點論述了生活垃圾焚燒廠低品位余熱利用的技術(shù)路線，通過案例說明了熱電聯(lián)產(chǎn)在生活垃圾焚燒廠可以取得明顯的減碳效果，以期為生活垃圾焚燒發(fā)電廠減碳提供借鑒。

參考文獻：

[1]龍吉生，杜海亮，等.關(guān)于城市生活垃圾處理碳減排的系統(tǒng)研究[J].中國科學(xué)院院刊，2022（8）：1143.

[2]陳迎，巢清塵，等.碳達峰、碳中和100問[M].北京：人民日報出版社，2021.

（責(zé)任編輯：張秋辰）