好文推薦 | 生活垃圾分類對垃圾焚燒發電產業發展影響的分析

分類后生活垃圾物理化學性質變化較大，與分類前相比，水分含量降低 25百分點以上，熱值提升至8790~13810 kJ/kg ，容量下降為50 kg/m3，對垃圾焚燒發電整體有利，且產生的灰渣量進一步減量約10百分點，現有工藝勢必要進行適應調整。

任中山  陳瑛  王永明  滕婧杰  喬鵬*

(生態環境部固體廢物與化學品管理技術中心，北京 100029）

研究背景

隨著我國經濟的快速發展和城鎮化進程的不斷加快，城市人口越來越多，生活垃圾產生量逐漸攀升，“垃圾圍城”現象較為普遍，生活垃圾污染問題受到政府和人民的密切關注。在現有垃圾無害化處理工藝中，垃圾焚燒發電可更有效實現“減量化、資源化、無害化”，且在運營過程中更綠色安全環保。此外，隨著垃圾焚燒技術成熟性和可靠性的提高，公眾對該類項目的認知得到改觀，加快了焚燒發電產業的發展。據國 家統計局數據分析﹐從2011—2018年我國生活垃圾發電廠數量及其處理能力分別增長了203.7和287.4。2018年，我國城鎮實際垃圾焚燒處理能力約為40 萬t/d，距“十三五”收官之年59.14萬t/d的預設目標存在較大差距"，未來一段時間內焚燒發電依然是用的比較多的生活垃圾處理方式。

21世紀初，我國曾嘗試推廣垃圾分類制度，但收效甚微，僅在少數城市實施分類，多數還是粗放式混合收集。2019年1月，國務院辦公廳印發的《“無廢城市”建設試點工作方案》中提出“無廢城市”的概念。在“無廢城市”理念的指引下，尤其在《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》正式實施之后，更多城市將逐步實施對生活垃圾的嚴格分類，之前以末端處理為主生活垃圾處理方式向“治+用”結合的減量化、資源化模式轉變，更多地將垃圾視為資源進行循環利用?；谘h利用后的垃圾成分將發生明顯變化的考慮，本文從不同角度對生活垃圾分類對焚燒發電產業發展的影響進行分析，以期為垃圾焚燒發電行業的企業和政府監管部門提供技術參考。

摘  要

當前，垃圾焚燒發電已成為生活垃圾處理的工藝。但隨著生活垃圾分類制度逐步在全國范圍內推行，勢必會導致用于焚燒發電的垃圾原料發生明顯改變?；诖?，從不同角度分析了垃圾分類對垃圾焚燒發電產業發展的影響。為適應分類后焚燒垃圾物理化學性質的改變，現有垃圾焚燒發電工藝需相應調整，尤其是熱值升高，將大幅提升噸垃圾發電量，明顯提高項目的經濟效益，有利于激發企業自主投資運營的積極性。政府可依據焚燒發電產業市場行情，靈活調整相關補貼和優惠政策。垃圾焚燒發電產業有望進一步實現完全市場化運行，其發展模式也有望呈現為“全民參與+EPC”模式。對于生活垃圾的處置，政府的“參與、監管”角色也將向單一“監管”角色轉變。

焚燒發電生活垃圾物化性質的改變

1. 分類后生活垃圾組分的改變

本研究中，生活垃圾的分類按照可回收垃圾、廚余垃圾、有害垃圾和其他垃圾進行分類，其中其他垃圾為用于焚燒發電的垃圾。

采用華南地區某市近11年生活垃圾連續抽樣調查數據，對分類前后生活垃圾組分的變化（圖1）進行對比分析。該案例中，未分類前生活垃圾以廚余垃圾﹑橡膠類、紙類、紡織類、木竹類垃圾為主，合計占比達到93以上；垃圾分類后以紙類、橡膠類、木竹類等可燃物為主，占比達到90以上?？梢钥闯?，對于華南地區城市來說，垃圾分類可將可回收物質進行有效回收，廚余、有害垃圾進行分類處置，理論上焚燒發電后殘渣量≤10 ，減量化效果十分明顯。

用于焚燒發電的生活垃圾組分的變化

2.水分和容量的改變

廚余垃圾含水量達到70以上，占生活垃圾總質量的40~60 ，是生活垃圾水分的主要來源。華南地區城市的生活垃圾、廚余垃圾及分類后的生活垃圾物理性質見表1，其中分類后數據由加權算法計算得出。

不同種類垃圾的物理性質

由表1可知：由于含有大量水分且容量較大的廚余垃圾被分離，分類后垃圾的水分含量約為20，美國(19.02)、歐洲(34.00)、韓國(30.29)相接近。水分降幅達到25百分點以上，使得可燃物質的占比提升，單位垃圾熱值提升，同時在焚燒過程中由水分蒸發吸熱帶走的熱量也相應減少，有利于垃圾焚燒放出熱量的充分利用。此外，分類后的生活垃圾以紙類﹑橡膠類、木竹類為主，容量明顯下降，依據加權計算結果僅為50 kg/m3，相對于同一焚燒爐來說，在保持進料速率不變的情況下，分類后生活垃圾單位時間內的進料量相比未分類生活垃圾減少83。

3.熱值的改變

由表1數據可知：實施分類后用于焚燒發電的生活垃圾熱值明顯提升，高達8790~13810 kJ/kg，比焚燒爐MCR(較大垃圾處理量)設計熱值提升近1/3，達到了歐盟國 家(10065 kJ/kg)美國(10341 kJ/kg)、日本( 9485 kJ/kg)生活垃圾的熱值水平。以現代垃圾焚燒發電轉換效率19計算，若用于焚燒垃圾的入爐量保持不變，噸垃圾發電量增大160~420 kW·h ，相應地，經濟效益有望進一步提升。

對現有垃圾焚燒發電工藝的影響

1. 對儲存和預處理系統的影響

垃圾焚燒發電的工藝有機械爐排焚燒爐工藝和循環流化床焚燒爐工藝2種。對于機械爐排焚燒爐工藝，由表1數據可知：分類后用于焚燒發電垃圾的容量急劇下降，假定在焚燒爐內產生相同的熱量，取分類前后垃圾熱值分別為5400，10000 kJ/kg ，容量分別取290，50 kg/m(見表1)進行計算，分類前投1 t生活垃圾，分類后需投入540 kg 垃圾，但從容量來看，分類后投入垃圾的體積卻是分類前生活垃圾的3倍；假定焚燒爐爐容保持不變，焚燒垃圾未壓縮，相同條件下分類后垃圾進料量是分類前的17左右，產生的熱量不足分類前的1/3，也無法適應現有生產工藝的運營條件。因此，對于現有工藝，若保持原有熱負荷，需要對生活垃圾進行必要的預處理，如需增加破碎和壓縮成型工序，以提高焚燒垃圾的容量，縮減入爐焚燒垃圾的體積，來適應垃圾儲存池以及保障入爐正常焚燒的要求；但壓縮體積的倍數需控制，結合焚燒爐熱工設計，建議可設定壓縮體積倍數的上限，以保障設施的穩定運行。

循環流化床焚燒爐工藝為達到長期穩定運行的目的，一般需要對生活垃圾進行粗破碎、磁選、篩選、風選、細破等均質處理。對生活垃圾進行分類，相當于對金屬、餐廚垃圾以及大塊垃圾等進行預處理，對于循環流化床焚燒爐工藝來說，可減少均質處理中的粗破碎、磁選等工序，且不需要增加壓縮成型工序，縮短了工藝流程，節省了設備投資，可視為對預處理工序的進一步優化。

2. 對焚燒系統的影響

垃圾焚燒系統設計的服務期限不低于20年，為保障生活垃圾焚燒發電長期穩定運行，須考慮在生活垃圾成分和熱值合理預測的基礎上，確定焚燒爐設計垃圾低位熱值以及保障正常運行的焚燒爐下限和上限垃圾低位熱值。當前國內垃圾的平均熱值約為5400 kJ/kg，現有爐型的設計以此為基準，但生活垃圾分類后，垃圾熱值比焚燒爐MCR(較大垃圾處理量)設計熱值提升1/3左右。此外，由于分類后垃圾含水量的降低，在焚燒過程中水分蒸發吸收帶走的熱量減少，加之焚燒垃圾熱值的提升，在保持投料量不變的情況下，爐膛內熱負荷急劇升高，現有工藝和設備承受能力面臨嚴峻考驗。因此，在保障安全運行的情況下，分類后焚燒爐型的設計需要在焚燒爐爐排面積、爐體幾何體積以及余熱鍋爐的受熱面布置等方面，對工藝參數進行適應調整。

3. 對“三廢”治理系統的影響

1）滲濾液

從表1中垃圾水分和容量的變化來看，生活垃圾中水分降低，滲濾液的產生量將減少1/3左右，以我國垃圾焚燒廠產生的滲濾液一般占垃圾焚燒量的25 ~35(質量分數)進行計算，每噸垃圾滲濾液減少約80~120 kg，相應地污水處理的處理負荷也會減輕，配套的滲濾液處理設施也可進一步優化調整，這有利于降低設備投資和運營成本。

2）廢煙氣

分類后焚燒垃圾的水分降低，使得排放的煙氣中水分減少，對后續煙氣處理系統的穩定運行更加有利。更重要的是，垃圾分類使燃燒后會產生顆粒物(粉塵)酸性氣體( HCl、HF、SOx、NOx等)、重金屬( Hg、Pb、Cr等)和有機劇毒性污染物(二嗯英、呋喃等)4大類的廚余垃圾、橡膠塑料制品、電子廢棄物等剝離，各種污染物的原始排放濃度必存在一定程度的下降。Shi等對分類后垃圾和混合垃圾焚燒后的煙氣成分分析結果也證實了這一點，經分類垃圾焚燒煙氣在進人凈化設施前測得的PCDD/Fs總量約為73.80 ng I-TEQ/Nm3，明顯低于混合垃圾焚燒的水平( 132.99 ng I-TEQ/Nm3)。經分類垃圾焚燒煙氣的二嗯英國 際毒性當量(I-TEQ)為 9.28 ng I-TEQ/Nm3，僅為混合垃圾焚燒水平的69.4。高溫條件下，顆粒物(粉塵)和酸性氣體原始濃度的下降，有利于提高鍋爐換熱效率及延長鍋爐壽命，進而保障整個系統長周期穩定運行。

3）灰渣固廢

從垃圾組分變化來看，實施垃圾分類后，廢舊金屬、玻璃等可循環回收利用的垃圾資源、含水量高的廚余垃圾和有害垃圾均被分離出去，使得不可燃物質大幅減少，焚燒后產生的灰渣量或終需要填埋的處理量也相應下降，比現有不分類焚燒工藝(灰渣量占比為20 ~30)進一步減量約10百分點。在當前垃圾填埋場及危險廢物填埋場用地困難及容量目趨減少，固體廢物管理趨嚴的情況下，垃圾分類后再焚燒無疑是解決生活垃圾管理問題的關鍵舉措。

國 家產業政策的調整分析

據前所述，實施生活垃圾分類后，生活垃圾焚燒發電工藝流程縮短，熱值明顯提升，發電量提升，投入和運營成本降低，使得焚燒發電項目整體經濟效益明顯提升，對于垃圾發電企業的營收將形成積極影響。

目前，垃圾發電企業的收入包括垃圾焚燒處理和售電收入2部分，其中售電占比為70~80，為主要盈利點，且多數垃圾焚燒發電企業處于微利經營狀態，電價補貼下調或取消將極可能導致企業進入虧損狀態。財政部《對十三屆全國人大二次會議第8443號建議的答復》指出，2016—2019年，中央財政共撥付可再生能源電價附加補助資金超過3000億元，其中用于生物質發電(含垃圾發電項目) 378億元，占比較少，僅為12。對于垃圾發電項目的補貼，經財政部、國 家發展改革委、國 家能源局等部委研究決定，對已有項目延續現有補貼政策，但考慮到垃圾焚燒發電項目效率低、生態效益欠佳等情況，后續更多是希望通過垃圾處理費等市場化方式來支持垃圾焚燒發電產業，同時將逐步減少新增項目納入補貼范圍的比例。2020年4月3日，國 家發展改革委發布《關于有序推進新增垃圾焚燒發電項目建設有關事項的通知》(征求意見稿)「中也明確指出，2020年1月20日后并網發電的生活垃圾焚燒發電(含沼氣發電)新增項目，通過可再生能源發展基金繼續予以支持，但遵循以收定支的原則。對于2020年1月20日前并網發電的存量項目，繼續根據現行《可再生能源電價附加補助資金管理辦法》有關規定管理。

總體來說，從國 家政策和產業發展需求來看，近期對于生活垃圾焚燒發電產業的取消補貼政策的可能性很小，且現有稅收優惠政策變化的可能性不大。但在垃圾分類后，考慮到企業經濟效益將得到提升，同時國 家更多地希望生活垃圾焚燒發電產業以市場化模式運行，因此國 家及地方政府可能會調整現有支持政策，遠期或逐步降低補貼比例甚至取消補貼的政策。行業中技術落后﹑盈利能力低的企業需要加快提升技術與裝備水平，否則生存將面臨嚴峻的考驗。

生活垃圾焚燒發電產業發展模式的演變分析

一直以來，我國生活垃圾的處置均以政府為主體，給政府財政負擔造成一定的壓力。但隨著生活垃圾問題的日益加劇，環保市場的逐步釋放，垃圾焚燒發電產業的發展模式經歷了從“政府直接投資-政府特許大型國有企業經營-政府特許經營權市場招標-PPP模式”的轉變，在PPP模式中政府與私營企業建立起“利益共享、風險共擔、全程合作”的共同體關系，在生活垃圾處理的過程中逐漸出現企業的角色，政府的擔子有所減輕。但需要注意的是，PPP項目周期長、資金投入大、回報率低﹑投資回收期長且受政策影響較大，在項目實施前需要進行充分的風險識別和評估。從現有生活垃圾焚燒發電項目的合作模式來看， BOT模式將成為我國城市生活垃圾處理的主要運營模式。

伴隨全民參與生活垃圾分類的實施和焚燒發電技術的日趨成熟，垃圾焚燒發電產業的經濟效益將明顯改善，企業單獨投資運營的積極性也逐漸高漲，其完全市場化運行的可行性也進一步提升。焚燒發電產業由PPP、BOT可轉變為EPC模式，完全由第三方獨立運營收費，甚至生活垃圾產業鏈上游的收集、運輸等也實現市場化。在生活垃圾處置過程中，政府為主體的角色將發生轉變，從當前參與、監管的角色轉變為單一監管角色，生活垃圾焚燒發電產業發展模式也將呈現為全民參與+EPC模式。

結論

通過統計和理論計算分析表明：分類后生活垃圾物理化學性質變化較大，與分類前相比，水分含量降低 25百分點以上，熱值提升至8790~13810 kJ/kg ，容量下降為50 kg/m3，對垃圾焚燒發電整體有利，且產生的灰渣量進一步減量約10百分點，現有工藝勢必要進行適應調整。

生活垃圾分類對現有焚燒發電企業影響較大，一方面使企業投入成本降低，另一方面熱值升高，噸垃圾發電量增加160~420 kW·h，可大幅提升項目的經濟效益，激發企業自主投資建設的積極性，有利于垃圾焚燒發電產業的市場化運營。

在政策層面，可依據焚燒發電產業發展需要和市場化調節情況，適時調整補貼和稅收政策，同時可從生活垃圾處置的主角轉變成單一監管角色。