垃圾焚燒發電技術在我國的應用及發展趨勢

    摘要：垃圾焚燒處理和發電技術具有環保和能源的雙重效益，是未來垃圾處理的發展方向。我國垃圾焚燒發電在近幾年從無到有，發展迅速。本文介紹了垃圾焚燒應用情況，簡要分析了其推廣在技術和融資等方面的障礙以及未來的應用潛力。

    關鍵詞：垃圾 焚燒發電 發展潛力 政策
    一．垃圾焚燒處理是實現垃圾無害化、減量化和資源化的最有效的手段之一
    城市生活垃圾是當前世界各國面臨的主要環境問題之一，也是目前我國存在的突出的環境問題。隨著我國經濟的快速發展，城市人口的大量增加和城市規模的日益擴大以及人民生活水平的不斷提高，生活垃圾產生量逐年增長，不可避免地帶來了大量的垃圾排放。1995年以後，我國城市生活垃圾年清運量均超過一億噸，且以每年3%左右的速度增長。對垃圾的處理不當，會對環境造成巨大的危害：占用土地、污染土壤、污染地下水資源、影響空氣品質、污染大氣、傳播疾病、影響環境衛生和居民健康，因此如何無害化處理生活垃圾以及如何對垃圾處理進行有效的管理已經成為許多城市亟待解決的問題。

    目前比較普遍的垃圾無害化處理方式有衛生填埋、焚燒和綜合利用(如生產有機肥料、建築材料、供熱和發電等)。焚燒是一種對城市垃圾進行高溫熱化學處理的技術，將垃圾作為固體燃料送入爐膛內燃燒，在800～1000℃的高溫條件下，垃圾中的可燃組分與空氣中的氧進行劇烈的化學反應，釋放出熱量並轉化為高溫的燃燒氣和少量性質穩定的固定殘渣。當垃圾有足夠的熱值時，垃圾能靠自身的能量維持自燃，而不用提供輔助燃料。垃圾燃燒產生的高溫燃燒氣可作為熱能回收利用，性質穩定的殘渣可直接填埋處置。經過焚燒處理，垃圾中的細菌、病毒能被徹底消滅，各種惡臭氣體得到高溫分解，煙氣中的有害氣體經處理達標後排放。

    焚燒處理與其它城市垃圾處理處置方法相比具有以下獨特的優點：
    減容效果好。焚燒處理可以使城市垃圾的體積減少80～90%；
    消毒徹底。高溫燃燒可以使垃圾中的有害成分得到完全分解，並能徹底殺滅病原菌，尤其是對於可燃性致癌物、病毒性污染物、劇毒性有機物等幾乎是唯一有效的處理方法；

    減輕或消除後續處置過程對環境的影響。可以大大降低填埋場浸出液的污染物濃度和釋放氣體中的可燃及惡臭成分；

    有利於實現城市垃圾的資源化。垃圾焚燒產生高溫煙氣，其熱能被廢熱鍋爐吸收轉變為蒸汽，可以用來供熱或發電。

    處理效率高。焚燒廠占地面積小，可以在靠近市區的地方建廠，既可節約用地又可縮短垃圾的運輸距離，對於經濟發達的城市，尤為重要。

    基於以上這些優點，可以說焚燒處理是實現垃圾無害化、減量化和資源化的最有效的手段之一，是未來垃圾處理的發展方向。

    二．我國垃圾焚燒應用發展迅速
    垃圾焚燒技術在西方已開發國家已有很長的發展歷史，最先利用垃圾發電的是德國和法國，近幾十年來，美國和日本在垃圾發電方面的發展也相當迅速，處於世界領先行列。我國在垃圾焚燒技術的研究、開發和應用方面起步較晚，相比之下，我國的垃圾焚燒設備的設計、生產和應用的水平和規模與已開發國家的差距還很大。

    1．應用現狀
    國內第一個垃圾焚燒發電廠在1987年投入運行，垃圾焚燒發電在九五期間得到一些城市特別是南方大中城市的重視，從2000年到2003年建成有二十多個日處理量在200噸以上的焚燒裝置，主要在上海、廣州、深圳、杭州、鄭州、哈爾濱等大城市以及南方一些中等城市如蘇州、寧波等，規模最大的純垃圾焚燒處理裝置（基本不需要利用輔助燃料）的日垃圾處理量為1800噸，裝機18兆瓦，此外目前在廣東等地還有一些項目在建設之中。雖然近兩年發展迅速，但因為起步晚，垃圾處理總量和裝機總量都不大，占我國生活垃圾總量的3%左右，發電總裝機容量200多兆瓦。

    垃圾焚燒發電得到了政府的大力支持，由於其社會效益和經濟效益日趨明顯，因此經濟發達的一些城市在推廣垃圾焚燒發電技術方面作了大量的工作。以下是幾個城市案例。

    案例一：深圳
    深圳市市政環衛綜合處理廠應用異重循環流化床垃圾焚燒新技術建立了它的第三套垃圾焚燒裝置，於1998年8月正式投入商業運行，這是國內首座擁有自主智慧財產權的大型垃圾焚燒發電工程，這一系統集成了國內開發的垃圾低污染焚燒技術、尾氣淨化技術、自動點火、冷渣分選和燃燒控制等專利技術，達到國際領先水平的污染控制和排放技術指標。該廠籌建於1985年，建廠初期，從日本進口了兩台「三菱--馬丁」式垃圾焚燒爐，是我國第一個垃圾焚燒發電項目。但由於生活垃圾存在水份高(水份高於50%)、熱值低(當時年平均低位發熱值約3300kJ/kg左右)、多變化、未經分選的特點，垃圾進爐後水分蒸發大量吸熱，乾燥時間長，著火慢，易結塊，燒透時間長，爐膛溫度易大幅波動，垃圾焚燒不穩定；同時一期工程垃圾焚燒熱能利用率低，總體發電能力僅為500kW，每年還需向電網買電。為解決這些問題，深圳在1996年開始第三台垃圾焚燒爐國產化工程和對日本進口垃圾焚燒爐的改造及新建一台3000kW發電機組工程。二期工程有三個特點：(1)低熱值城市生活垃圾焚燒工藝。該工藝優於引進工藝，適合我國國情，能夠確保垃圾熱值不低於3300kJ/kg、水份不高於55%且未經分選的城市生活垃圾在符合目前環保要求的前提下焚燒處理，達到國際領先水平。(2)垃圾資源化利用技術。通過利用該項技術該廠發電能力提高6倍，平均每噸垃圾發電近200kWh，由原來每年買電5.5GWh到現在每年可售出10GWh電以上，降低了垃圾處理成本，垃圾資源化利用水平進入國際先進行列。(3)設備國產化。與工藝相配合，開發研製了十八項城市生活垃圾焚燒處理配套設備並投入使用，填補了國內空白，成套設備的國產化率達到80%以上。

    案例二：上海
    2002年前上海的垃圾處理都是直接填埋，不僅對環境造成很大的污染，而且占用大量土地。近期上海的垃圾排放量更是達到每天14400噸的歷史最高點，垃圾量的猛增使上海幾個填埋點有限作業能力不堪重負。為此，2002年，上海建成了其首家垃圾焚燒發電廠，處理來自浦東全區的生活垃圾，在一定程度上緩解了這種壓力。該廠的設計垃圾日處理能力是1094噸，目前每天垃圾的焚燒量保持在1100-1200噸；設計日發電能力是408MWh，目前日均發電量在350-400MWh。自2002年7月1日至2003年6月30日，累計處理垃圾41.4萬噸，2003年7月，電廠的垃圾焚燒量達到了5萬噸。而且電廠在大量消化垃圾的同時，7月份的發電量也達到12GWh，其中上網售電9.77GWh，獲得了比較好的經濟效益。

    案例三：天津市
    天津市首座垃圾焚燒發電廠正在建設之中，總投資5.7億元，垃圾焚燒處理系統採用世界先進的日本TAKUMA公司SN型爐排焚燒技術，由3條400噸/天的焚燒線組成，每天可處理生活垃圾1200噸。系統採用連續運行方式，全年可處理垃圾40萬噸，因此項目建成後天津市區生活垃圾的四分之一將被焚燒處理。設計發電裝機容量為18兆瓦，日發電量35.1萬千瓦時，年上網總電量為1.16億kWh，相當於每年節約標準煤4.8萬噸，真正實現了對垃圾的資源化、無害化處理。

    2．我國垃圾焚燒發電行業發展特點
    (1)投資主體多樣。與其它垃圾處理方式相比，垃圾焚燒發電項目的初始投資高，我國在近三年的時間裡，垃圾焚燒發電發展較快主要得益於地方城市環保意識的加強，尤其是在經濟條件好的城市，地方政府或是採用直接投資、或是採取鼓勵拓寬融資渠道的手段來支持垃圾焚燒發電技術的應用。

    (2)關鍵設備進口，配套設備國產化。從焚燒設備的角度來看，工業已開發國家已經有了100多年焚燒垃圾的歷史，無論技術上還是設備上都已經相當成熟。而我國垃圾焚燒處理專用設備的開發研製生產水平相對薄弱，但許多垃圾焚燒發電廠都借鑑了深圳首家垃圾焚燒廠的做法，採用關鍵設備進口、配套設備國產化的模式。

    3．焚燒發電應用推廣中存在的主要問題
    垃圾焚燒發電項目的推廣有以下限制性因素:
    對垃圾成分有一定的要求：垃圾焚燒要求垃圾應能滿足熱值要求，一般要求低位熱值至少在4000kJ/kg以上，最好高於5000kJ/kg，但對於小城市和經濟不太發達的城市，生活垃圾如果不經過分檢的話，不適合於做燃燒處理。此外，北方城市生活垃圾在冬季灰份比較高，南方的垃圾在夏季含水率比較高，都會影響垃圾焚燒的效率甚至不能焚燒。

    國內裝備水平與已開發國家相比差距較大，焚燒裝置的關鍵設備需要進口，尤其是大容量設備的國產化率很低。

    與其它垃圾處理方式以及其它技術成熟的可再生能源發電相比，項目投資高，如果不考慮垃圾處理的社會效益，單純考慮發電收益的話，發電成本在1元/kWh左右。

    焚燒尾氣的二次污染問題：尾氣中的二惡英對人體、對環境的危害極大，雖然採取垃圾加油燃燒、加煤粉燃燒等方式可以提高燃燒溫度和效率從而大大降低二惡英的排放量，但這一點仍是目前關於大面積推廣垃圾焚燒發電的爭論的主要原由之一。另外，燃油價高，垃圾加油燃燒加大了運營成本，垃圾發電場一般不願意採用。而垃圾加煤粉燃燒就需要採用循環流化床的鍋爐，技術高投資也高。

    三. 垃圾焚燒發電技術應用前景展望
    垃圾焚燒發電將環境保護和節約能源有機地結合起來，因而將有很好的發展前景。近三年我國垃圾焚燒發電發展迅速的主要驅動力有兩點：一是我國目前和今後所面臨的城市垃圾處理的壓力，二是正在逐步制定和採取的一些政策措施。而它們也將是今後垃圾焚燒發電進一步發展的動力。

    1、垃圾焚燒發電的資源潛力
    垃圾的產生量和分布與人口、城市分布等密切相關。2002年，我國共有660個城市，年垃圾清運量為1.365億噸，考慮垃圾的平均熱值4200kJ/kg，則垃圾作為能源資源年總量為573TJ。根據國家環保總局預測，2010年我國城市垃圾年產量將為1.52億噸，2015年和2020年將達到1.79、2.1億噸。根據專家估計，2005年大中城市垃圾中有機物含量將達到70%以上，含水率在50%左右，並配合垃圾分類等措施，到2010年大中城市的生活垃圾基本能夠達到直接焚燒的要求，屆時能夠達到這一要求的垃圾如考慮占總量的50%的話，熱值按5000kJ/kg計算，則垃圾能源資源總量為760TJ，可利用量380TJ，可利用的垃圾發電裝機潛力為2500MW，提供電力約18TWh；2020年如考慮同樣的比例，垃圾能源資源總量為1050TJ，可利用量525TJ，可利用的垃圾發電裝機潛力為3450MW，提供電力約25TWh。因此垃圾焚燒發電從資源角度來說潛力很大。

    2、垃圾焚燒發電的政策支持
    我國中央和地方政府都很支持垃圾焚燒發電產業的發展，目前建設的垃圾焚燒發電裝置的投資大都來源於當地財政，都是在經濟條件相當好的大中城市。國家環保總局在2000年出台了有關垃圾焚燒發電的污染控制標準和規範。中央在2001年11月出台了對垃圾焚燒發電項目實行增殖稅即征即退的優惠政策，這一政策非常明確且易於操作。

    此外，國內的一些機構正在進行通過法律條文形式鼓勵可再生能源發展的研究以及其它相關的準備工作。參考國際上的經驗，垃圾焚燒發電可以作為被鼓勵的技術之一包含其中。歐洲在垃圾焚燒發展方面的成功經驗可以借鑑，它是與歐洲各國垃圾處理的體制和政府制定的優惠政策密切相關的。從體制上，垃圾處理和資源化利用已經成為成熟的產業，大部分由私營公司和企業來運營，政府通過垃圾收費政策從垃圾排放者中籌集資金，支付給垃圾處理企業，常常通過競標確定垃圾處理的價格；從標準上，歐洲各國制定嚴格的垃圾焚燒標準並嚴格執行；從政策上，歐洲各國通過立法或優惠的政策鼓勵垃圾焚燒發電項目的實施，如英國在其非化石燃料公約、德國在其新能源法中都規定：垃圾直接焚燒發電的電力電量強制上網，並實施電價補貼或綠色電價，在英國3.4便士/kWh，在德國20芬尼/kWh。因此我國也應考慮逐步制定合理和優惠的政策促進垃圾焚燒發電的發展。

    3、未來應用潛力分析
    根據垃圾焚燒項目初始投資高，對垃圾性質要求高的特點，建議依據以下原則確定垃圾焚燒重點發展的城市和區域：(1)經濟基礎發達地區，地方政府具備一定的財力，同時城市居民也有經濟基礎，已經有或有即將出台的垃圾排放收費政策相配套，能夠部分解決垃圾焚燒發電項目的高投資；(2)人口密度高，土地資源緊缺，城市化程度和居民生活現代化水平高的地區，如三氣使用比例高(95%以上)等地區，垃圾熱值容易滿足要求；(3)推廣垃圾分類處理的地區；(4)環境保護要求高的城市和地區。因此，我國垃圾焚燒發電未來應用的重點區域將是：直轄市、省會城市以及其它經濟條件較好的大城市；沿海城市和主要旅遊城市；沿長江流域地級城市；各主要湖泊、江河附近地級市；以地下水為飲水源城市等。

    如果考慮到2010年垃圾焚燒處理量占總垃圾產量的10%，焚燒熱能用於發電和供熱，則從現在到2010年需要新建日處理能力為3.2萬噸的垃圾焚燒設備。可以考慮在大中型城市建立處置能力在500噸/日以上的大型垃圾焚燒裝置30處，新增發電總裝機288兆瓦，年發電量可達到2TWh；新建處置能力150-500噸/日的垃圾焚燒裝置35處，新增發電總裝機105兆瓦，年發電量0.75TWh。

    如果考慮到2020年焚燒發電的垃圾處理量達到總量的30%，則2010年到2020年需要新建日處理能力為13.1萬噸的垃圾焚燒設備。可以考慮新建處置能力500噸/日以上的大型垃圾焚燒裝置120處，新增發電總裝機1152兆瓦，年發電量8.3TWh；新建處置能力150-500噸/日的垃圾焚燒裝置140處，新增發電總裝機420兆瓦，年發電量3TWh。屆時垃圾焚燒發電總裝機將達到2000MW以上。

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