垃圾焚烧发电技术在我国的应用前景及存在问题初探

2010年第29卷增刊 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS

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垃圾焚烧发电技术在我国的应用前景及存在问题初探

张海霞12，李爱民1，杨继文1

，

（1 工业生态与环境工程教育部重点实验室，大连理工大学环境学院，辽宁 大连 116024；

2

河北工程大学城市建设学院，河北 邯郸 056038）

摘 要：简述了生活垃圾焚烧技术的发展历史，并介绍了生活垃圾焚烧发电技术在国内外的应用现状，以及在我国城市推广过程中存在问题及应对举措。

关键词：城市生活垃圾；焚烧发电技术；二口恶英；灰渣处置

近年来随着我国经济迅速发展，城市化进程加快，居民生活水平不断提高，我国城市垃圾量持续增多。建设部年报统计数据及“十一五”规划调研结果显示，我国661个城市2008年垃圾总产量高达1.56亿吨，预计今后10年我国的城市生活垃圾将按城市固体废弃物的数年均3%～4%的速度增长[1-2]。

量急剧增加，致使我国城市面临着固体废弃物处理的巨大压力。目前我国约有200个城市面临“垃圾围城”的困境，这严重制约了城市的建设和发展。同时随着生活水平的提高，普通民众的环保意识逐渐提高，人们对环境的要求越来越高。因此国家开始重视垃圾带来的问题，加大对垃圾治理以及研究的支持力度。

垃圾中的二次能源如有机可燃物等，所含的热值高，焚烧2吨垃圾产生的热量大约相当于1吨煤。如果我国能将垃圾充分有效地用于发电，每年将节省煤炭5000万～6000万吨[3]。2005年8月8日，美国总统布什签署“2005能源法案”，将垃圾焚烧发电纳入可再生能源范畴[4]。可再生能源系指利用太阳能、风能、地热能、海洋能和生物质能（指能源作物，包括可燃垃圾）等非矿物燃料作能源，具有循环再生的特性。随着煤炭、石油、天然气等化石类能源正逐渐枯竭和环境问题日益严重，人们对垃圾的认识也发生了变化，过去的“废物”现在被认为是最具开发潜力、永不枯竭的“城市矿藏”。这种理念的发展不仅为城市发展提供了新动力，也为垃圾产业化发展提供了契机。

我国积极探索垃圾处理模式，垃圾处理要求做到减量化、无害化、资源化，符合循环经济与可持续发展要求。焚烧是一种对城市生活垃圾进行高温热化学处理的技术。焚烧可以使垃圾减量显著，容积减少约90%，重量减少70%以上；

垃圾燃烧产生的热量可用来发电；垃圾焚烧后产生的惰性残渣可以填埋处置，或作为二次建材加以利用。因此，焚烧处理是实现城市生活垃圾减量化、无害化和资源化的最有效手段之一。城市土地资源非常宝贵，生活垃圾填埋场地选址越来越困难，垃圾填埋处理的成本也会越来越高。同时在能源价格大幅上涨，节能减排作为国家基本国策的大环境下，垃圾焚烧发电作为一种技术比较成熟的处理方式，在我国的大中型城市推广应用将具有广阔的前景。

1 国内外垃圾焚烧发电的发展历史

及应用现状

德国汉堡和法国巴黎分别于16年和18年建立了世界上最早的生活垃圾焚烧厂，开始了生活垃圾焚烧技术的工程应用[5]，其主要目的是为了实现垃圾减量。由于当初无法控制垃圾燃烧产生的烟尘，一直未得到广泛利用。直到20世纪60年代，随着烟气处理技术的进步，垃圾焚烧处理方式才在国外得到普及和发展[6]。其中德国、法国、美国和日本在这方面起步早、发展快。而城市垃圾发电是近30多年才发展起来的新技术。70年代以来由于资源和能源危机的影响，发达国家对垃圾采取了“资源化”方针，垃圾电站在发达国家迅猛发展。据欧洲垃圾发电企业联盟（CEWEP）2006年统计，全世界现有生活垃圾焚烧厂约2100座，其中具备发电能力的约1000座；总焚烧处理能力约为62.1万吨/日[7]。这些焚烧设施主要集中在发达国家和地区。欧盟19国垃圾年焚烧处理量占总处理量38%，日本占24%，美国占19%，东亚部分地区占15%。

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2007年，美国拥有87座垃圾焚烧发电厂，每天焚烧处理量约为9.5 万吨，发电能力2500 MW；德国有65座，其垃圾焚烧处理率达到70%；新加坡的垃圾焚烧处理率更是达100%。日本由于土地资源紧缺，更是大力发展垃圾焚烧技术。2006年，日本有具备发电能力的生活垃圾焚烧厂293 座，发电能力为72亿千瓦时[8] 。目前日本年焚烧处置生活垃圾3086万吨，生活垃圾焚烧处置占总量的72.8%，且已将垃圾焚烧发电纳入1994年制定的新能源大纲。法国目前有生活垃圾焚烧厂229座，其中附有发电设备的29座。法国1992年的环境保规定2000年以后，禁止生活垃圾直接填埋，必须先经焚烧处置减量。

我国垃圾焚烧发电技术的应用虽起步较晚，但发展迅速。1988年深圳引进日本三菱重工的技术，建成了我国第一座工业化垃圾焚烧发电厂——深圳市政环卫综合处理厂（日处理垃圾3×150吨，装机容量4 MW），为我国现代化垃圾焚烧处理技术与设施发展迈出了第一步；2000年珠海建立第一座以国产设备为主的垃圾发电厂——珠海垃圾发电厂（日处理垃圾3×200 吨，装机容量6 MW），为我国大型焚烧垃圾设备国产化打下了基础；2001年上海浦东垃圾电厂建成，日处理能力达1000 吨，这也标志着生活垃圾焚烧技术的应用已进入实质性启动阶段；2003年底，深圳南山、盐田垃圾发电厂相继建成，这些都为垃圾焚烧发电技术在国内的应用起了积极的推动作用。

根据历年的《城市建设统计年报》，我国垃圾焚烧厂的数量及平均处理规模逐年增加，焚烧技术在我国垃圾处理中所占的份量越来越重（见表1）。

表1 部分国家或城市生活垃圾处理方式及比例[1，9-10]

年份 焚烧厂数/座 每天焚烧处理能力/万吨 所占处理能力比例/%2001 36 0.652 2.9 2002 45 1.02 4.7 2003 47 1.50 6.8 2004 54 1.69 7.1 2005 67 3.13 9.9 2006 69 3.32 14.5 2007 70 4.58 15.6 2008 74 5.21 15.9 2009 82

6.66

17.2

目前总计我国已有垃圾发电厂140多座（含已建成

的、在建的和已报批的），主要集中分布在北京、天津、上海、重庆、广东、浙江、江苏经济发达城市和地区。2001年我国垃圾焚烧处理量为0.65万吨/天，截止到2009年底，已增长到6.66 万吨，增长了10倍，处理比例也从2.9%增加到17.2%。

以北京市为例，按照焚烧厂建设规划，2012年前，将建设阿苏卫焚烧厂、京南垃圾焚烧厂、董村垃圾焚烧厂3个垃圾焚烧处理项目。2015年前，北京市将再建六里屯焚烧厂、北天堂焚烧厂、南宫焚烧厂、梁家务焚烧厂，加上现有的顺义区焚烧厂、高安屯焚烧厂，将建成9座大型垃圾焚烧厂。

垃圾处理方式的选择与社会经济发展水平、人口密度、土地及周边条件、产生垃圾的成分以及居民的生活习惯和环保意识等有关。我国经济发达地区，人口稠密，产生垃圾量大而且集中，而填埋场使用年限不断下降，因此发展垃圾焚烧发电技术就显得更加迫切。

2 垃圾焚烧发电存在的问题及应对举措

2.1 我国生活垃圾特性

1996年，有关专家对我国城市垃圾的成分进行了分析统计，当时有机垃圾占60%～70%，塑料占8%～9%，玻璃占3%～5%，纸张占2%～3%。随着时代变迁，我国垃圾成分也在逐渐发生变化。现在城市垃圾中的无机炉灰、食品废物、城市建筑垃圾明显减少，纸张、塑料、金属、玻璃灯、废旧家电等电子产品比例大大增加。但是生活垃圾的特性与发达国家相比还是有很大差别，见表2。

我国生活垃圾的主要特性与发达国家的差别主要体现在：①我国垃圾含水量较高，是国外的1.5～2倍；②平均热值低，仅为发达国家的40%；③有机成分高，我国垃圾中厨余和餐饮等有机物占比例较大；④垃圾中可回收成分低。造成这些差异的一个原因是：我国垃圾依然以混合收集为主，而发达国家生活垃圾分类收集率在60%以上，德国等

表2 国内外城市生活垃圾特性比较

含水率/%

热值/ kJ·kg-1

有机质含量/%

可回收成分/%

国内45～65 3350～500045～55 10～25 国外

30～35 8300～12000

20

40～50

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一些欧洲国家超过了80%。瑞典垃圾处理系统更是领先，97%废弃物得到回收。

针对我国生活垃圾特性，为达到焚烧标准应采取以下举措：

（1）减少水分进入垃圾。环卫部门收集的生活垃圾成分中大部分是水：一是因为厨余类垃圾含水量高，二是因为收集系统密闭程度低，使得雨水进入城市生活垃圾。1吨水通过下水道进入污水处理厂的处理成本在1元左右，而通过垃圾收运处理高达100元以上。因此，要做好垃圾收集的密闭工作，减少雨水进入生活垃圾，同时也要控制家庭垃圾中的汤水进入城市生活垃圾。

（2）施行垃圾分类，从源头控制垃圾组分。在国外不仅市民有良好的垃圾分类习惯，市政部门也为垃圾分类提供了便利，不同种类的垃圾有不同的回收地点，甚至是回收时间。理想的垃圾分类模式应该是，分类投放、分类收集、分类运输、分类利用、分类处理。这样可做到垃圾从源头削减，实现垃圾减量化、资源化、无害化。而我国的垃圾倾倒顺序是，家庭倾倒、个体拣拾、小区集中、粗放分类、填埋场。个别城市小区有分类投放，但却混合收集，有的城市先混合收集，而后粗放分类。这样既浪费了垃圾资源，也增加了垃圾处理成本。

我国也应该制定相关法规，引导居民实施垃圾分类。在垃圾倾倒点，放置具有醒目标识的垃圾桶，具体可分为三类：可燃垃圾、不可燃垃圾、可回收垃圾。并将分类方法印成宣传册在居民区发放或上门发放，从幼儿开始就加强垃圾分类的教育，使垃圾分类观念深入人心[11-12]。

另外要开发生活垃圾生物预处理技术，降低垃圾含水率，提高热值[13-15]。 2.2 焚烧发电过程产生的污染问题

垃圾焚烧发电的流程大致为：由环卫部门将垃圾收集、运送并倒入到垃圾储坑内，储存堆放5～7天，经渗水发酵后，进入焚烧炉内在800～1000 ℃温度下燃烧，垃圾燃烧产生热量使炉内水蒸汽升温升压后，冲转汽轮机并带动发电机发电；垃圾焚烧产生的尾气通过除尘处理后排放；同时排出飞灰和底灰。在整个过程中会产生废气、废渣和废液等废物。其中最受人们关注和困扰发展垃圾焚烧发电技术的一个原因是二口恶英/呋喃（PCDD/ Fs）问题。 2.2.1 二口恶英产生和防治措施

PCDD/ Fs它是一种有机剧毒污染物，对人及动

物有剧毒，产生促畸变、致突变和致癌作用，是当

今已知毒性最强的有机化合物，其毒性是的1000倍[16]。

垃圾焚烧排放烟气中的二口恶英主要是在燃烧过程中形成的。当焚烧物中含有石油产品、含氯塑料（聚氯乙烯、聚氯亚乙烯、聚氯树脂等）时，在燃烧过程中经热分解后，分子重排形成二噁英及Chlorophenol，Chlorobenene。有机物热分解产生HCl，而厨房垃圾中含有NaCl、KCl、MgCl2 等盐

类也与烟气中的SO2 发生反应生成HCl。

在锅炉和静电除尘器内在HCl，

CuCl2 和其它元素的催化作用下Chlorophenol、Chlorobenene可再合成二口恶英[15]。

研究表明，随着垃圾种类和焚烧条件的变化，将会对PCDD/ Fs 的生成量产生很大的影响。通常采用以下处理方式来减少垃圾焚烧过程中PCDD/ Fs的生成：① 垃圾的前处理，挑选出可作为催化剂的金属物质和为生成二口恶英提供氯源的垃圾组分；② 控制燃烧温度在850 ℃以上。研究结果表明，700～850 ℃这个温度段最容易产生PCDD/Fs。PCDD/Fs在900 ℃下2秒或是1000 ℃下1秒会彻底分解[17]：③保持含氧量在一定的水平，在控气型焚烧炉中，一燃室始终处于缺氧状态（还原气氛），仅有的氧原子优先与C、H结合， Cu、Al、Fe等不易被氧化，削弱了二口恶英的生成环境[17]；④选择合适的焚烧炉。经过实践表明，流化床焚烧也可使炉烟气中实测的二口恶英类排放体积质量远低于排放标准。

对于生成的PCDD/Fs可通过净化方式去除。目前推荐采用布袋式除尘器+半干法脱除酸性气体的方法，比如利用碱性的反应剂（CaO）或熟石灰粉[Ca(OH)2]作吸收剂，吸收烟气中的酸性组分；同时利用粉体活性炭的多孔性及对重会属和有机废气选择性吸收的特性，经多次循环吸收使烟气中的二口恶英，重金属等，使有毒组份降到标准范围以内[16]。

实时在线检测系统，目前还没有在线检测系统，但是研究表明PCDD的含量与CO的浓度密切相关，当CO的浓度在（10～2144）×10-6时，PCDD/Fs的排放因数和CO存在线性关系[18]。因此可以通过监测CO的方式来间接检测PCDD/Fs。

但目前还没有一种高效、低廉、简易装置能对垃圾焚烧过程所产生PCDD/Fs进行彻底去除，因而还需要进一步的研究和实践，从而找到一种可有效控制垃圾焚烧过程中PCDD/Fs 产生的方法，减少二口恶英对环境和人类的危害。

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2.2.2 灰渣处置与资源化再利用

垃圾焚烧发电产生的焚烧底渣为烧结火山灰质材料，磨细后仍具有水硬胶凝性能，可用于生产水泥混合材料。但必须经过实验验证在长期使用的情况重金属等污染物的渗出浓度不会超过相关标准。垃圾焚烧废灰成分相对比较复杂，重金属含量高，后用于水泥混料，其重金属元素在水泥中得以固化。

2.2.3 废水处理及再循环利用

垃圾焚烧工艺中产生的废水包括垃圾渗沥液及生产废水。垃圾渗沥液主要产生于垃圾贮坑，是垃圾发酵腐烂后排出的水分造成的，含有较多难降解有机物，可喷入焚烧炉内，用燃烧法处理。生产废水包括洗车废水、卸料场地冲洗废水、除灰渣废水及锅炉废水等。生产废水经废水处理系统处理，处理后的废水应优先考虑循环再利用，必须排放时，水中污染物允许值按GB 78《污水综合排放标准》执行。

2.2.4 其它二次污染源的主要治理措施[16]

垃圾焚烧发电厂在处理垃圾时，除了对烟气、灰渣、废水进行有效控制外，恶臭、噪声同样也是需要进行有效的控制，而且应使各污染物排放达到相关标准规定，以防止和避免垃圾处理和转化过程中产生的环境污染问题。

垃圾焚烧发电厂产生恶臭的地方有垃圾贮坑、从贮坑向焚烧炉加料及焚烧过程中。对于垃圾坑内的恶臭污染源，由于恶臭可在高温条件下分解的特性，可通过风机从垃圾池上方抽取池内气体并经预热后送入焚烧炉，作为助燃用空气；为防止垃圾池内恶臭外逸，设电动卸料门，卸料时打开，卸料后及时关闭，使垃圾坑处于密闭状态。在垃圾炉运行期间，需要连续抽取坑内空气，从而使垃圾坑内处于负压状态，避免恶臭外逸；以及垃圾坑内的垃圾要经常翻动，可减少垃圾厌氧发酵的概率、采用封闭式垃圾运输车、垃圾卸料平台的进出出口处设置风幕门等措施进行有效的防治。

设备选型时宜采用工艺先进、噪声小的机械设备。对高噪声设备采取降噪措施，如设置消声器或者在设备外加噪声隔离罩；风机进出口、水泵进出口加装橡胶接头等振动阻尼器；水泵等基础设减振垫，从传播途径上控制噪声的传播等。 2.3 加强监管力度，实施统一管理

垃圾发电与垃圾热值脱离是目前我国生活垃圾焚烧处理发展中存在的问题之一。利益驱动下，

一些垃圾焚烧发电厂为了配置大的机组，故意夸大建设规模。例如，有的垃圾处理能力100吨/日的电厂，配置的发电机组竟达到3兆瓦。然后为了垃圾能够烧起来，多发电，往焚烧炉中添加煤，使得一些垃圾焚烧厂成为“小火电”式垃圾焚烧。针对这种情况，可以采用新技术加强发电监测[19]。

另外，建议将适宜焚烧的垃圾进行统一规划处理，规模化经营降低成本。例如，医疗垃圾焚烧厂规模较小，加之医疗垃圾焚烧处理的成本高，焚烧烟气排放要达到国家规定标准也存在一定难度，大多难以连续运行。对一般医疗垃圾可采取消毒处理后和普通生活垃圾并行焚烧处理的方式。

改进生活垃圾管理制度，实施统一化管理。垃圾的收集、清运和处理由城建部门统管，有关的污染防治标准由环卫部门制定和执行， 这势必造成政企不分，不利于垃圾的管理[19]。应该明确生活垃圾管理机构，给以相应的执法权，使垃圾治理规范化、制度化。

2.4 做好民众安抚工作 处理好与周边居民的关系

建设垃圾焚烧发电厂本是环保公益、利民工程，但是经常遭到周边居民的抵制。其中一个最主要的原因就是二口恶英问题。近10年来，德国、美国、日本的研究表明，城市生活垃圾焚烧并不是二口恶英类的主要产生源，而汽车尾气、金属冶炼加工、垃圾露天焚烧等反而是二噁英类的主要产生源[4]

。但这需要通过加大宣传力度，改变周边居民的观念，逐渐让人们了解并接受这种垃圾处理方式。

3 结 语

垃圾焚烧发电技术成熟，在国外已得到广泛应用，而在我国还处于初级阶段。与填埋、堆肥等传统垃圾处置方式相比，由于其技术含量高、环保要求严，因而基础投资要高许多，但垃圾焚烧发电技术可以显著减少垃圾的体积和重量，并能综合利用余热和废渣，带来的环境效益是长远的。这种处理技术比较适合在垃圾排放集中、产量巨大且卫生填埋场使用寿命较短的经济发达地区推广。要制定相关法规，及时做好垃圾分类，监管垃圾焚烧发电厂的排放污染物指数，使之能够符合国外的相关排放要求。

参 考 文 献

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基金项目：中国博士后基金资助项目（20090461175）。

第一作者简介：张海霞（1979—），女，博士。联系人：李爱民，博士生导师，主要研究方向为固体废弃物资源化。E-mail leeam@dlut.edu.cn。