深度 | 環(huán)境工程：中國垃圾焚燒發(fā)電工程的發(fā)展歷程與趨勢

楊 威1,4 鄭仁棟2 張海丹1, 4 朱高俊3 嚴 密3*

（1.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司；2.杭州臨江環(huán)境能源有限公司；3.浙江工業(yè)大學 能源與動力工程研究所；4.浙江省火力發(fā)電高效節(jié)能與污染物控制技術(shù)研究重點實驗室）

填埋和焚燒均存在鄰避風險和資源回收低的不足，垃圾資源化利用和終端處置革命亟須開展。為提高垃圾的資源化利用，我國全面推進垃圾分類工作。按照《生活垃圾分類制度實施方案》要求，到2020年在實施生活垃圾強制分類的城市，生活垃圾回收利用率達到35%以上。2019年5月，我國“無廢城市”試點建設(shè)工作正式在16個城市和地區(qū)啟動。2020年1月，《關(guān)于促進非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見》要求加快編制生活垃圾焚燒發(fā)電中長期專項規(guī)劃。因此，本文回顧了我國垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)發(fā)展歷程，梳理目前存在的挑戰(zhàn)以及展望未來發(fā)展趨勢，助力實現(xiàn)污染防治攻堅戰(zhàn)階段性目標。從市場規(guī)模、焚燒爐單廠規(guī)模、運行時數(shù)和發(fā)電量、污染控制以及投資模式等方面進行分析梳理，也對當前存在的挑戰(zhàn)和未來發(fā)展方向做了分析。

垃圾焚燒技術(shù)在我國得到了快速應(yīng)用。2018年我國垃圾焚燒量達到1.02億t，占總無害化量的45%，將很快形成“焚燒為主，填埋托底”的垃圾終端處理格局，也還將繼續(xù)由“能量回收型”向“資源回收型”發(fā)展。垃圾焚燒工程不僅在規(guī)模上得到了增長，同時在焚燒技術(shù)、煙氣凈化系統(tǒng)和市場競爭形勢上也發(fā)生了深刻變化。我國垃圾焚燒行業(yè)依然存在較多技術(shù)痛點和發(fā)展瓶頸，可持續(xù)發(fā)展面臨新的挑戰(zhàn)和機遇。未來，建議垃圾焚燒企業(yè)和行業(yè)應(yīng)探索中小城市(<50萬人口)垃圾焚燒推廣和盈利模式，響應(yīng)礦化垃圾開采及焚燒處置需求，補齊垃圾焚燒飛灰無害化處置和資源化利用短板；在“提高發(fā)電效率，降低廠用電率”等方面提高技術(shù)水平和管理能力，加強“鄰利”理念引領(lǐng)；積極布局國際市場，重視與高校科研院所的互動，以推動技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)轉(zhuǎn)移。

1)焚燒廠建設(shè)：中國垃圾焚燒發(fā)電應(yīng)用始于1989年的深圳，全國垃圾焚燒廠從2003年的47家發(fā)展到2018年底已建成投入運行331座，處置規(guī)模達到36.36萬t/d(合1.33億t/a)，見圖1a。另根據(jù)蕪湖生態(tài)中心調(diào)研，2019年4月底有428家垃圾焚燒發(fā)電廠投入運行，并且216家正在建設(shè)。平均單廠處理規(guī)模也不斷上升，從2003年的319 t/d發(fā)展到2018年的1101 t/d，見圖1b；同時單廠最大規(guī)模不斷提高，其中上海于2019年建成6000 t/d的老港再生能源利用中心。

2)焚燒量的發(fā)展：隨著垃圾焚燒廠的建設(shè)，我國垃圾無害化處置能力和處置量不斷提高。2003年我國垃圾無害化量為0.75億t，無害化率為50.4%，到2018年垃圾無害化量達到2.26億t，處理率達到99%(圖2a)。垃圾年焚燒量從2003年的370萬t發(fā)展到2018年的1.02億t(圖2a)。垃圾焚燒量占無害化處理總量的比例從2003年的4.9%發(fā)展到2018年的45.1%。而且根據(jù)行業(yè)估計到2020年超過50%(圖2b)。據(jù)此，我國將很快進入“焚燒為主，填埋托底”的垃圾終端處理格局。

3)焚燒廠實際運行：由于垃圾焚燒廠存在檢修維護以及部分區(qū)域超前建設(shè)等原因，建設(shè)安裝規(guī)模不等于實際處理能力。根據(jù)建設(shè)規(guī)模和實際焚燒量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，折算得到垃圾焚燒廠能力利用率。由圖3可看出：處理能力利用率存在波動，最高出現(xiàn)在2007年(0.88)。將焚燒量折算到滿負荷運行的小時數(shù)，2007年為7708 h，2018年為6704 h，近10年來年運行平均時數(shù)均未達到7200 h。運行小時數(shù)也會直接影響發(fā)電量。根據(jù)中電聯(lián)網(wǎng)站信息，垃圾焚燒廠2011年聯(lián)網(wǎng)裝機量為209.7萬kW，上網(wǎng)電量為97.23億kW·h，到2018年聯(lián)網(wǎng)裝機量達到889萬kW，上網(wǎng)電量為481億kW·h，折合節(jié)約標煤1480萬t(圖4)。入廠垃圾發(fā)電量為300～400 kW·h/t，熱發(fā)電效率為25%～30%。同時由于各廠技術(shù)、運行水平及廠區(qū)建設(shè)差異，廠內(nèi)用電占比為15%～20%，因此上網(wǎng)電量水平為255～340 kW·h/t。根據(jù)浙江省發(fā)改委公布數(shù)據(jù)統(tǒng)計，浙江省內(nèi)垃圾焚燒廠平均上網(wǎng)發(fā)電量287 kW·h/t。國家發(fā)展改革委《關(guān)于完善垃圾焚燒發(fā)電價格政策的通知》規(guī)定，生活垃圾焚燒廠生活垃圾折算上網(wǎng)電量暫定為280 kW·h/t，并按照該限值進行分類補貼。

圖3 垃圾焚燒廠利用率

中國垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)在過去10年獲得了顯著發(fā)展，這得益于國家政策引領(lǐng)和地方城市實際需求。同時，外部發(fā)展環(huán)境也不斷變化，諸多技術(shù)痛點仍未獲得突破，使得我國垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)遇到了新的發(fā)展瓶頸和挑戰(zhàn)。

為應(yīng)對未來新的挑戰(zhàn)和抓住新的發(fā)展機會，我國焚燒行業(yè)應(yīng)重視現(xiàn)有工程的高水平運營、國內(nèi)外新市場的開拓和新技術(shù)儲備與應(yīng)用。以下幾點應(yīng)得到關(guān)注：

根據(jù)市場調(diào)研，我國垃圾焚燒規(guī)模在500 t/d以下的垃圾焚燒發(fā)電工程很難實現(xiàn)有效盈利，或政府財政補貼將承受更大壓力。垃圾焚燒投資企業(yè)普遍不愿意進入中小城市，中小城市的垃圾焚燒項目甚至出現(xiàn)流標、悔標。但繼續(xù)采用填埋又不可持續(xù)，存在政策壓力，因此中小城市(<50萬人口)的垃圾處理轉(zhuǎn)型升級成為難題。如何解決垃圾資源化及能源化利用也成為垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的現(xiàn)實挑戰(zhàn)。各地也正在探索多種突破，包括農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)垃圾也將納入城市環(huán)衛(wèi)體系，推進垃圾處理城鄉(xiāng)一體化，擴大垃圾焚燒工程服務(wù)范圍；將污水污泥、一般工業(yè)垃圾以及礦化垃圾等納入焚燒對象，提升焚燒工程適應(yīng)能力；將垃圾進行分選燃料化，進行區(qū)域協(xié)同處理，如區(qū)域共建共享以及與熱電廠耦合處置等。但目前仍沒有成熟的和可復(fù)制的方案和經(jīng)驗，需要在經(jīng)濟收益模式創(chuàng)新、焚燒技術(shù)提升和垃圾轉(zhuǎn)運政策支撐等方面繼續(xù)探索。

我國垃圾分類工作正在有序地大力推進，將對垃圾資源化利用和終端處置產(chǎn)生深遠影響。垃圾源頭分類提高了源頭實現(xiàn)功能型和材料型回收，但也對終端利用和處置提出了新要求。我國各地垃圾分類主要分成可回收、可燃燒、濕垃圾及危險垃圾?？苫厥蘸臀ｋU垃圾的處理相對明確，但可燃燒和濕垃圾部分的資源化利用率不高。分類后進入垃圾焚燒廠的可燃燒垃圾成分及熱值將發(fā)生顯著變化，對現(xiàn)有垃圾焚燒廠的適應(yīng)性挑戰(zhàn)已經(jīng)顯現(xiàn)。垃圾熱值超過設(shè)計熱值，對焚燒爐膛溫度控制優(yōu)化提出新要求，同時垃圾量下降對企業(yè)經(jīng)濟效益也產(chǎn)生了影響。目前各地普遍對濕垃圾的處理能力不足，技術(shù)也存在短板。我國城市生活垃圾中50%左右為餐廚垃圾，根據(jù)報告，僅廚余垃圾年產(chǎn)生量就超過3000萬t?；诶诸惓掷m(xù)推進的預(yù)期，將倒逼垃圾終端利用與處置進行革命，提高終端資源化和能源化的深度和價值。

根據(jù)統(tǒng)計，1990年至今，我國垃圾填埋量達到30億t。全國城鄉(xiāng)一體化建設(shè)持續(xù)推進，使得土地區(qū)位功能將發(fā)生變化。老舊填埋場的地理位置相對城市中心距離和土地價值發(fā)生顯著變化后，老舊填埋場治理及綜合開發(fā)的需求將日益旺盛，這將驅(qū)動城市管理者對老舊填埋場進行封場修復(fù)或開挖移除。大城市的垃圾焚燒能力依然吃緊，但中小城市在土地開發(fā)需求和焚燒處理能力有富余的雙重因素下，推動礦化垃圾開采及焚燒處理的熱情將逐漸釋放。

中國垃圾焚燒工程一直存在“重煙氣、輕灰渣”現(xiàn)象，造成灰渣利用與處置技術(shù)研發(fā)和能力建設(shè)滯后。目前底渣在大型焚燒項目上存在市場利用價值，普遍采用金屬回收和分級建材應(yīng)用模式。但仍需進一步高值化深度利用技術(shù)的研究和工程示范，如有研究報道可將底渣用于氫氣制備。相對底渣，飛灰含有更高濃度的重金屬、二噁英以及鹽等，是當前垃圾焚燒發(fā)電工程面臨的現(xiàn)實挑戰(zhàn)。飛灰處置市場價格不斷升高，2000元/t已成為常態(tài)。爐排爐飛灰產(chǎn)生量占垃圾焚燒量的3%～5%，流化床飛灰產(chǎn)生量占比高達10%以上，這造成垃圾焚燒工程的市場盈利模式不斷承壓?，F(xiàn)有的飛灰工程化處置技術(shù)主要是穩(wěn)定化填埋和水洗后水泥窯協(xié)同，但是二者都存在明顯短板：穩(wěn)定化填埋存在占用土地，城市填埋場庫容普遍不足，同時存在鹽、重金屬浸出等長期風險；水洗后水泥窯協(xié)同處置技術(shù)存在高含鹽廢水難以處置和水泥窯地域限制等不足。因此，飛灰已經(jīng)成為垃圾焚燒工程可持續(xù)發(fā)展的最大瓶頸之一，新型飛灰處置和利用技術(shù)研究和工程示范亟須開展。

過去相當長的一段時期，垃圾焚燒工程投資企業(yè)主要依托規(guī)模效應(yīng)盈利，甚至為了擴大規(guī)模搶占市場，不斷壓低補貼投標價。但是隨著市場格局穩(wěn)定，設(shè)備壽命也逐漸到期，工程運行和管理水平差異逐漸凸顯，將逐漸進入“運營為王”時期。通過高參數(shù)蒸汽以及多聯(lián)產(chǎn)等提高發(fā)電效率和熱效率，電泵改汽泵等節(jié)能改造降低廠用電率，開展多源固廢混燒及智能電廠等將是今后技術(shù)與管理發(fā)展的方向。地方政府將逐漸能進行全周期成本和效益分析進一步擇優(yōu)選擇運營商。同時，包括垃圾焚燒發(fā)電在內(nèi)的生物質(zhì)能發(fā)電補貼政策存在松動預(yù)期，對現(xiàn)有垃圾焚燒工程構(gòu)成巨大挑戰(zhàn)。技術(shù)水平和管理能力將成為應(yīng)對政策調(diào)整的最有效手段，應(yīng)通過先進技術(shù)實現(xiàn)高效發(fā)電、清潔燃燒，通過管理創(chuàng)新實現(xiàn)成本控制和增強競爭力。

“鄰避”現(xiàn)象一直伴隨著垃圾焚燒工程發(fā)展，但其一方面阻礙了焚燒發(fā)電工程快速發(fā)展，另一方面也在倒逼焚燒工程質(zhì)量提升。在鄰避倒逼過程中，逐漸形成了“鄰利”潛力。政府在選擇規(guī)劃過程更注重科學和利益補償平衡，焚燒工程不斷去工業(yè)化，融入工業(yè)旅游等多功能元素，逐漸和周邊社區(qū)形成良性互動。未來，政府和企業(yè)必須更加重視焚燒工程的“鄰利”，在選址、設(shè)計、建設(shè)和運營等環(huán)節(jié)進行升級，將焚燒工程成為保障地方社會經(jīng)濟發(fā)展和提升周邊居民福祉的有效設(shè)施。

世界格局正在發(fā)生深刻變化，發(fā)展中國家正成為新興經(jīng)濟體，但其生活垃圾的無害化率還非常低，特別是低收入國家垃圾無害化處置率不足10%，對垃圾焚燒技術(shù)和裝備需求強烈 。隨著國內(nèi)焚燒市場的飽和,國內(nèi)企業(yè)也集聚了“走出去” 的強大意愿?；凇耙粠б宦贰?倡議的有力推進,我國垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)、技術(shù)和裝備將有更多機會參與一帶一路沿線國家城鎮(zhèn)化建設(shè)。但發(fā)展中國家垃圾焚燒發(fā)電工程推廣也存在較多挑戰(zhàn)，在法律法規(guī)、技術(shù)標準、市場模式等方面都還不明確。因此垃圾焚燒發(fā)電工程國際化市場機遇與挑戰(zhàn)并存，建議積極布局。

科技創(chuàng)新已成為現(xiàn)代經(jīng)濟體和企業(yè)市場競爭的要素，包括垃圾焚燒企業(yè)在內(nèi)的垃圾處理處置行業(yè)，應(yīng)加強與科研院所的互動，共同推動技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，提升行業(yè)技術(shù)水平，應(yīng)對與國際企業(yè)在海內(nèi)外市場的競爭。對于二噁英在線檢測、等離子飛灰熔融以及鹽回收、礦化垃圾開采、熱解氣化、水熱處理、固體燃料制備、功能碳制備等技術(shù)研究，行業(yè)均應(yīng)有所關(guān)注和參與。

我國垃圾焚燒行業(yè)依然存在較多技術(shù)痛點和發(fā)展瓶頸，未來行業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨新的挑戰(zhàn)和機遇。垃圾焚燒行業(yè)應(yīng)主動探索中小城市垃圾焚燒工程實施和盈利模式，響應(yīng)礦化垃圾開采及焚燒處置需求，補飛灰無害化處置和資源化利用的短板；轉(zhuǎn)變規(guī)模效益到技術(shù)和管理效益、加強“鄰利”理念引領(lǐng)；積極布局國際市場，重視與高校科研院所的互動，以推動技術(shù)創(chuàng)新和轉(zhuǎn)移。