淺談垃圾分類對生活垃圾焚燒發(fā)電廠的影響

艾揚(yáng) 羅院生 賈召坤 袁滿昌

（北京南宮生物質(zhì)能源有限公司 北京 100101）

0 引言

伴隨著北京經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人口數(shù)量不斷增長，“垃圾圍城”問題不斷凸顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019 年，北京常住人口數(shù)量約為2 200 萬，共計(jì)產(chǎn)生了1 000 余萬t 生活垃圾，平均每天產(chǎn)生約2.7 萬t 生活垃圾。如何妥善處理日益增長的生活垃圾，關(guān)乎人民群眾的切身利益，成為亟待解決的重要問題。

多年來，在生活垃圾處理工作方面，北京市深入貫徹“人文北京、科技北京、綠色北京”的發(fā)展戰(zhàn)略，積極推動(dòng)垃圾分類工作，助力生態(tài)文明建設(shè)。2011 年，北京市出臺(tái)了《北京市生活垃圾管理?xiàng)l例》，這是國內(nèi)首部以立法形式規(guī)范垃圾分類行為的地方性法規(guī)。2017 年，為加快推進(jìn)北京市生活垃圾分類工作，引領(lǐng)低碳生活新時(shí)尚，北京市發(fā)布了《北京市人民政府辦公廳關(guān)于加快推進(jìn)生活垃圾分類工作的意見》，并制定了《北京市生活垃圾分類治理行動(dòng)計(jì)劃（2017—2020 年）》，逐步擴(kuò)大垃圾分類制度覆蓋范圍，不斷提高垃圾分類精細(xì)化管理水平。2019 年，針對垃圾分類責(zé)任主體、垃圾源頭減量化、相關(guān)法律責(zé)任等具體條款，北京市十五屆人大常委會(huì)第16 次會(huì)議對《北京市生活垃圾管理?xiàng)l例》進(jìn)行了修訂，并于2020 年5 月1日正式實(shí)施，標(biāo)志著北京市生活垃圾分類正式步入系統(tǒng)化、法制化、常態(tài)化軌道。

生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)因其資源化、減量化、無害化明顯的特點(diǎn)，目前已成為我國生活垃圾處理的主要方式。北京市共有11 座生活垃圾焚燒發(fā)電廠，設(shè)計(jì)日處理能力達(dá)1.665 萬t，在生活垃圾處理過程中發(fā)揮著舉足輕重的作用。自北京市常態(tài)化實(shí)行生活垃圾分類后，進(jìn)入到焚燒發(fā)電廠的生活垃圾的理化性質(zhì)會(huì)發(fā)生明顯變化，對現(xiàn)有的垃圾焚燒設(shè)施的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重要影響［1］。本研究以北京市某生活垃圾焚燒發(fā)電廠為例，通過分析生活垃圾分類前后該廠各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)的變化，探討垃圾分類對生活垃圾焚燒發(fā)電廠生產(chǎn)運(yùn)行的影響。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)采集

考慮到生活垃圾的理化性質(zhì)受時(shí)間和季節(jié)的影響較大，所有研究數(shù)據(jù)均來自于北京市某生活垃圾焚燒發(fā)電廠不同年份相同月份（2019 年和2020 年5 月、6 月和7 月份）的月度運(yùn)行數(shù)據(jù)。入廠垃圾量、滲瀝液產(chǎn)量、發(fā)電量、上網(wǎng)電量、爐渣產(chǎn)量和爐溫?cái)?shù)據(jù)來自于該廠的生產(chǎn)日報(bào)，滲瀝液中COD 和氨氮濃度分析方法分別依據(jù) 《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測定 重鉻酸鹽法》（HJ 828—2017）和《水質(zhì) 銨的測定 納氏試劑比色法》（GB 7479—87）標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；生活垃圾和爐渣理化性質(zhì)數(shù)據(jù)來自于各月份的《固廢檢測》報(bào)告，采樣分析方法分別依據(jù)《生活垃圾采樣和分析方法》（CJ/T 313—2009）和《工業(yè)固體廢物采樣制樣技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 20—1998）標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。其中爐溫、滲瀝液中COD和氨氮濃度、生活垃圾和爐渣理化性質(zhì)數(shù)據(jù)均為月度均值。

1.2 研究方法

（1）文獻(xiàn)調(diào)查法。通過查閱近年來全國各地發(fā)布的垃圾分類文件，如《北京市生活垃圾管理?xiàng)l例》《深圳市生活垃圾分類管理?xiàng)l例》《上海市生活垃圾管理?xiàng)l例》《上海市生活垃圾全程分類體系建設(shè)行動(dòng)計(jì)劃（2018—2020 年）》等，及時(shí)了解垃圾分類政策。同時(shí)查閱最新的垃圾分類與生活垃圾焚燒發(fā)電廠的相關(guān)研究文獻(xiàn)，掌握垃圾分類的研究現(xiàn)狀和前沿，及其對生活垃圾焚燒發(fā)電廠的影響趨勢。

（2）案例研究法。以規(guī)模為2×500 t/d的北京市某生活垃圾焚燒發(fā)電廠為研究對象，收集分析了該廠在垃圾分類前后相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)的變化情況，并對垃圾分類后生活垃圾焚燒發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出針對性建議。

2 結(jié)果與討論

2.1 垃圾分類處理后入廠垃圾的變化

自2020 年5 月1 日，北京常態(tài)化實(shí)施垃圾分類，生活垃圾被分為廚余垃圾、有害垃圾、其他垃圾和可回收物。據(jù)北京市城市管理委員會(huì)統(tǒng)計(jì)，至2020 年10 月北京廚余垃圾分出量與去年相比，增長近12 倍，其他垃圾日產(chǎn)量同比去年下降32%。垃圾分類后，進(jìn)入垃圾焚燒發(fā)電廠的生活垃圾主要為其他垃圾和廚余垃圾的處置殘?jiān)?，?dǎo)致入廠垃圾量降低，垃圾處理補(bǔ)貼費(fèi)用變少。表1 顯示，垃圾分類后該廠的入廠垃圾量降低了10%～30%。由于垃圾分類后入廠垃圾不包括廚余垃圾，垃圾含水率大幅降低［2］，該廠在垃圾分類前后垃圾含水率分別為64%、48%，垃圾分類導(dǎo)致入廠垃圾含水率降低了16%。而垃圾含水率與垃圾熱值 成明 顯的反比關(guān) 系［3］，對北京［1］、上 海［4］和深圳［5］的研究數(shù)據(jù)顯示，垃圾分類后的熱值均得到了顯著提高。以該廠為例，垃圾分類后入廠垃圾熱值均值為8 031.00 kJ/kg，比分類前提高了17%（圖1）。

圖1 垃圾分類前后的垃圾熱值

2.2 垃圾分類處理對滲瀝液處理的影響

（1）滲瀝液產(chǎn)量。垃圾焚燒發(fā)電廠滲瀝液是指貯存于垃圾儲(chǔ)坑中的垃圾通過擠壓、發(fā)酵產(chǎn)生的高濃度有機(jī)廢水，具有成分復(fù)雜、氨氮濃度高、微生物營養(yǎng)元素比例失調(diào)等特點(diǎn)［6］，處理成本較高。滲瀝液的產(chǎn)率與垃圾含水率息息相關(guān)，垃圾分類后垃圾含水率下降會(huì)影響滲瀝液的產(chǎn)生量和產(chǎn)率。通過對比分析該廠2019 年和2020 年5 月、6 月、7 月的入廠垃圾量和滲瀝液產(chǎn)量情況（表1），驗(yàn)證垃圾分類對滲瀝液產(chǎn)量和產(chǎn)率的影響。

從表1 可以看出，2020 年5 月、6 月、7 月滲瀝液產(chǎn)量和噸垃圾滲瀝液產(chǎn)量同比于2019 年均顯著降低，說明垃圾分類作為垃圾處理的前端環(huán)節(jié)，可以提升垃圾減量化和資源化效果。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，近5 年來北京生活垃圾組分中廚余垃圾含量在50%～60%之間［7］，實(shí)行垃圾分類后廚余垃圾將直接進(jìn)入廚余垃圾處理設(shè)施，可用于焚燒處理的垃圾量變少，而生活垃圾的含水率與廚余垃圾的相關(guān)性最大［8］，廚余垃圾含水率高達(dá)70%～95%［9］，隨著入廠垃圾中廚余組分的降低，垃圾含水率顯著下降，進(jìn)而導(dǎo)致滲瀝液產(chǎn)量和產(chǎn)率下降。

表1 垃圾分類前后入廠垃圾滲瀝液產(chǎn)率

（2）滲瀝液化學(xué)性質(zhì)。通過分析該廠垃圾分類前后滲瀝液中COD 和氨氮濃度發(fā)現(xiàn)，實(shí)施垃圾分類后，滲瀝液中COD 濃度和氨氮濃度均有所下降。北京市生活垃圾組分主要以廚余、木竹、紙類、塑料、灰土為主，其中廚余垃圾組分占50%～60%左右，而廚余垃圾中有機(jī)質(zhì)含量為93%左右［10］，生活垃圾中所含大部分有機(jī)質(zhì)來源于廚余垃圾。實(shí)施垃圾分類后，垃圾進(jìn)行“干濕分離”，進(jìn)入焚燒發(fā)電廠的干垃圾中的有機(jī)質(zhì)含量有所下降。滲瀝液中高濃度的COD 含量會(huì)影響微生物的酶體系活性，氨氮濃度過高對微生物具有抑制性［11］。垃圾分類后，滲瀝液中COD 和氨氮含量的降低有利于提高滲瀝液處理效率，縮短滲瀝液處理設(shè)施運(yùn)行時(shí)間，從而降低處理成本。

表2 垃圾分類前后滲瀝液化學(xué)性質(zhì)

2.3 垃圾分類處理對發(fā)電量的影響

據(jù)圖2 可知，2020 年5 月、6 月和7 月該廠噸垃圾發(fā)電量同比2019 年分別增加了27.90%、16.90%和29.79%。同時(shí)由圖3 可以看出，噸垃圾上網(wǎng)電量也有所上升。垃圾熱值的高低是影響垃圾焚燒發(fā)電量的關(guān)鍵因素［12］。垃圾分類后，該廠的垃圾熱值增大，噸垃圾發(fā)電量升高［13］。由于垃圾熱值的增大還會(huì)提高焚燒爐的熱效率［14］，并且垃圾分類后該廠的滲瀝液的產(chǎn)量大幅降低，減少了滲瀝液處理設(shè)施的廠用電消耗量，更加有利于提高噸垃圾上網(wǎng)電量。

圖2 垃圾分類前后噸垃圾發(fā)電量

圖3 垃圾分類前后噸垃圾上網(wǎng)電量

作為衡量生活垃圾焚燒發(fā)電廠資源利用水平的重要指標(biāo)［15］，噸垃圾發(fā)電量和噸垃圾上網(wǎng)電量的提升能夠有效提高生活垃圾焚燒發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 垃圾分類處理對焚燒爐運(yùn)行的影響

垃圾分類后，入廠垃圾熱值顯著提高，垃圾焚燒更加充分，在處理相同數(shù)量垃圾的情況下焚燒爐的熱負(fù)荷會(huì)整體上升［16］。通過觀察分析該廠爐溫和爐渣相關(guān)數(shù)據(jù)（表3）發(fā)現(xiàn)，垃圾分類后，焚燒爐燃燒溫度提高了50 ℃左右，而爐渣產(chǎn)率和熱灼減率均發(fā)生了下降，表明垃圾焚燒得更加充分，燃燒效果更好［17］，進(jìn)而提高焚燒爐燃燒的穩(wěn)定性。但焚燒爐長期處于高熱負(fù)荷狀態(tài)，會(huì)加劇爐膛結(jié)焦現(xiàn)象，還會(huì)導(dǎo)致余熱鍋爐煙溫過高，出現(xiàn)高溫腐蝕、堵灰等問題［18］，影響運(yùn)行安全。從該廠的生產(chǎn)運(yùn)行情況來看，通過采取增大焚燒爐換熱面積、調(diào)整風(fēng)量和風(fēng)溫、對焚燒爐爐墻耐火澆注料改造、滲瀝液回噴焚燒爐等措施，可以減輕對焚燒爐運(yùn)行的負(fù)面影響。

表3 垃圾分類前后爐溫、爐渣產(chǎn)率和熱灼減率變化

3 結(jié)論

垃圾分類不僅能夠引領(lǐng)新時(shí)尚，重塑全民生活理念，提高全民文明素質(zhì)，更是對綠色發(fā)展國家戰(zhàn)略的有力踐行，不斷鞏固垃圾資源化、減量化和無害化基礎(chǔ)，助力生態(tài)文明建設(shè)。隨著垃圾分類的常態(tài)化，生活垃圾焚燒發(fā)電廠的生產(chǎn)運(yùn)行也將發(fā)生變化。通過分析得出如下結(jié)論和建議：

（1）垃圾分類后含水率減低，入廠垃圾量變少，焚燒爐機(jī)械負(fù)荷降低，滲瀝液的產(chǎn)量和產(chǎn)率發(fā)生下降，垃圾處理補(bǔ)貼費(fèi)用將變少。分類后的“濕垃圾”將不再進(jìn)入生活垃圾焚燒發(fā)電廠，入廠垃圾有機(jī)質(zhì)含量下降，導(dǎo)致滲瀝液原液COD 和氨氮濃度降低，有利于降低滲瀝液處理成本。

（2）垃圾分類后熱值得到顯著提高，噸垃圾發(fā)電量和噸垃圾上網(wǎng)電量均有所提升，為生活垃圾焚燒發(fā)電廠增加經(jīng)濟(jì)收入。

（3）垃圾分類后入廠垃圾更易著火，燃燒更加充分，焚燒爐爐溫相應(yīng)升高，爐渣產(chǎn)量和熱灼減率均有所下降。但焚燒爐保持長時(shí)間的高熱負(fù)荷易造成爐膛結(jié)焦現(xiàn)象，通過調(diào)整運(yùn)行參數(shù)和技術(shù)改造等措施可以降低不利影響，同時(shí)可以提高余熱利用效率以彌補(bǔ)部分經(jīng)濟(jì)消耗。

生活垃圾焚燒發(fā)電廠從設(shè)計(jì)到運(yùn)行過程中應(yīng)全面衡量垃圾分類所帶來的利弊，及時(shí)制定有效措施避免不利影響，確保生活垃圾焚燒發(fā)電廠的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。