小型生活垃圾焚燒設施的應用與展望

汪嘉濤，石鏘鏘，金宇慧

［1.杭州綠能環(huán)保發(fā)電有限公司，浙江 杭州 310000；2.中節(jié)能（象山）環(huán)保能源有限公司，浙江 寧波 315000］

0 引言

經過“十二五”“十三五”努力，我國城市生活垃圾無害化處理能力迅速提升，“垃圾圍城”問題基本得到解決。各大城市的生活垃圾焚燒處理設施處理總量日趨飽和，國家美麗鄉(xiāng)村建設的快速推進，使生活垃圾焚燒處理的市場需求逐步從城市下沉到村鎮(zhèn)。然而，在我國的一些村鎮(zhèn)地區(qū)，生活垃圾日清運量不足300t，導致大規(guī)模生活垃圾焚燒處理設施建設、運營難度較大。因此，2020 年《城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設施補短板強弱項實施方案》中明確指出在這些地區(qū)探索開展小型生活垃圾焚燒設施試點[1]。這一政策的出臺，有效促進了小型生活垃圾焚燒設施在更大范圍內的推廣應用。

當前，我國大中城市垃圾焚燒處理產能已經基本飽和，但縣域垃圾處理存在較大短板。在原生垃圾“零填埋”的引導下，小型焚燒處理設施成為未來的發(fā)展趨勢。經國務院同意，國家發(fā)展改革委、住房和城鄉(xiāng)建設部、生態(tài)環(huán)境部、財政部、人民銀行等部門聯(lián)合印發(fā)《關于加強縣級地區(qū)生活垃圾焚燒處理設施建設的指導意見》（發(fā)改環(huán)資〔2022〕1746 號），明確了加快補齊縣級地區(qū)生活垃圾焚燒處理設施短板的重點任務和關鍵舉措，為小型生活垃圾焚燒設施的建設指明了發(fā)展方向[2]。

1 研究意義

雖然小型生活垃圾焚燒設施從工藝角度看能解決村鎮(zhèn)的生活垃圾處理問題，但是由于設備容量小、工況不易穩(wěn)定、運行維護缺乏規(guī)范等原因，處理過程中產生的“三廢”排放是否能穩(wěn)定達到相關排放標準仍存在一定的問題，其生產運營的可靠性、穩(wěn)定性及經濟性仍缺乏大量數據的支撐。因此，對小型生活垃圾焚燒設施的研究具有顯著的現(xiàn)實意義和應用價值，尤其對提升村鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境質量和環(huán)境治理能力具有十分重要的意義。

2 研究思路

本文將通過調查研究和數據分析等方法，研究小型生活垃圾焚燒設施在運行維護、工藝改進、排放控制等方面的技術問題，為其在更大范圍內推廣應用提供技術支撐和參考依據。同時，通過對我國小型生活垃圾焚燒設施應用現(xiàn)狀的分析，尋找具有實際可操作性的對策，來提升我國小型生活垃圾焚燒設施應用能力，以期助力雙碳目標實現(xiàn)。

3 小型生活垃圾焚燒設施的設計與工藝

3.1 設計要點

小型生活垃圾焚燒設施的設計要點包括燃料倉容量、燃燒器設計等多個方面。

3.1.1 燃料倉容量

在燃料倉容量方面，垃圾的種類和數量是首要考慮的問題。不同類型和數量的垃圾需要不同容量的料倉來儲存，因此設計垃圾焚燒設施時需要充分估算垃圾的種類和數量，合理確定燃料料倉的容量，以保證設施正常運作。

3.1.2 燃燒器設計

燃燒器是生活垃圾焚燒設施中的關鍵部件之一，其設計必須考慮到燃燒效率和環(huán)保因素。燃燒器的形狀、噴嘴設計、進風量等因素都會影響其燃燒效率。好的燃燒器還應盡量減少煙塵排放，降低環(huán)境污染。

為了減少爐渣和飛灰的產生，可考慮在垃圾燃燒過程中加入適量的輔助燃料，通過合理的燃料配比和加入氧化劑等手段，可以提高垃圾的可燃性和燃燒效率，從而達到更好的環(huán)保效果。

3.2 焚燒工藝的研究與改進

在小型生活垃圾焚燒設施中，焚燒工藝是至關重要的一環(huán)?，F(xiàn)代化的焚燒工藝可以有效提高焚燒能力、降低污染物排放量、有益于資源回收。

在焚燒工藝的研究中，需要關注設施的整體結構以及內部組件的選擇與設計。例如，在現(xiàn)代化的焚燒設施中，通常會選用先進的高溫燃燒技術，這樣可以將垃圾完全燃燒并有效抑制二噁英的產生。同時，應該考慮到設施的風阻、集氣系統(tǒng)、自動供料系統(tǒng)等方面的設計，以確保設施能夠高效地工作[3]。

為進一步降低污染物排放量，在焚燒工藝的研究中，應更多考慮環(huán)保方面的因素，例如增加二次污染物處理裝置，如廢氣處理裝置、廢水處理設備等，以減少污染物排放量。

為促進資源回收，焚燒設施中還應該增設爐渣分選裝置等，以便更好地回收有用的物質。

4 小型生活垃圾焚燒設施的性能評估

小型生活垃圾焚燒設施主要有爐排爐、氣化爐和熱解爐3 種技術路線，現(xiàn)以150t/d 的爐排爐焚燒線為研究對象，對其性能進行分析與評估。

4.1 焚燒設施機械性能和燃燒情況的分析與評估

由于該爐型采用逆推式機械爐排，因此每一運動爐排級與其運動方向垂直即橫向布置。整體爐排沿26°傾斜布置，單級爐排不分級、無落差。爐排尺寸比較緊湊，燃燒速率較順推式爐排要高15%～20%[4]。

爐排級由運動爐排組和固定爐排組橫向交替排列，運動方向與垃圾燃燒過程指向相反。運動爐排組固定在一個連續(xù)“Z”字形箱梁上，每一級中的運動爐排組都是由一套液壓驅動裝置驅動的整體運動，行程和運動速度可調。由于爐排傾角大，垃圾層有靠自重向前移動的傾向。當爐排逆向運動時，將垃圾層底部的垃圾反向推到垃圾層表面，使垃圾得到攪拌和翻動。與此同時，燃燒區(qū)前部的一些灼熱層被推向干燥區(qū)內直接參與干燥過程；同樣，燃燼區(qū)前部的一些灼熱層進入燃燒區(qū)，促進垃圾完全燃燒。運動爐排組正向返回時，因爐排前端突起的推動，幫助垃圾向前運動。爐排的往復運動可使垃圾料層實現(xiàn)小幅度的翻滾、攪拌和移動，實現(xiàn)垃圾的充分燃燒。

爐排末端設置有熔渣滾筒，可將爐渣拋進出渣機的落渣井，同時調節(jié)熔渣滾筒的轉動速度，還可以調整爐排上料層的厚度。爐排下方設有落灰斗，斗壁上設置空氣調節(jié)閥門，燃燒空氣經過閥門和爐排進入垃圾料層。落灰斗出口處設置排灰閥。

爐排片前端特制了棱錐形凸起，形成3 個面，分別起到對垃圾的攪動、反轉和逆向運動作用。背面前半部分設有肋片形成迷宮式通道，一次風進入爐內之前，高速氣流繞流迷宮，對爐排進行高效冷卻。爐排片較大，材質采用耐熱合金鋼。爐排組由橫向上的爐排片組裝而成，貼臨接觸，沿橫向的熱膨脹是通過特殊的彈簧膨脹裝置吸收。推料器由液壓缸驅動，通過安裝的輥筒與導向輥平穩(wěn)地移動，其前端垂直面由裝有耐熱金屬塊以吸收熱膨脹。左右兩組推料器同步運行，行程與速度可調。

運行人員通過一套合理的操作方法控制燃燒過程，能夠確保爐膛溫度穩(wěn)定維持在900℃以上，鍋爐蒸發(fā)量日均值能夠達到設計標準，采取的措施主要有：配風優(yōu)化、定量喂料、定時啟停等。

4.2 煙氣排放的監(jiān)測與處理情況的分析與評估

該焚燒線的配套煙氣處理工藝為“SNCR+脫酸+活性炭+布袋除塵”，在引風機出口水平煙道上裝有煙氣在線監(jiān)測設備，采用氣體分析儀、煙塵檢測儀等設備對煙氣進行二氧化硫、氯化氫、氮氧化物、一氧化碳、煙塵濃度等指標的連續(xù)監(jiān)測[5]。我們通過手工取樣檢測驗證了數據的準確性，并確認該煙氣處理工藝凈化后的煙氣排放指標完全符合國家要求。

4.3 燃燒液體和固體產物的分析與處理

液體產物主要是垃圾滲濾液及生產區(qū)域的生活污水，可通過生化+膜處理的方式進行處理，但同樣面臨成本高昂的問題。因此，可采用污水回噴或垃圾直接入爐燃燒的方式降低液體產物的處理成本。固體產物中爐渣可進行綜合利用，已有成熟的處理方式。飛灰屬于危廢，其處理方式可根據邊界條件選擇固化填埋、水泥窯協(xié)同處置、等離子熔融等。

4.4 運營成本的分析與評估

通過對設施建設、設備維護、環(huán)保耗材用量等環(huán)節(jié)的數據分析，發(fā)現(xiàn)該焚燒線的運營成本對于目前的村鎮(zhèn)級垃圾處置來說仍然偏高，尤其是人工成本，約占總體運營成本的40%。因此，想在此套工藝基礎上推進小型生活垃圾焚燒設施落地，需要進一步提升焚燒線自動化水平，在確保安全生產的前提下合理有效地壓縮人工成本。

綜上，小型生活垃圾焚燒設施從技術層面已能看到曙光，現(xiàn)有工藝既能實現(xiàn)穩(wěn)定生產，又能達到國家環(huán)保排放要求，應用前景廣闊，具有巨大潛能，但仍存在運營成本較大等亟待解決的問題。

5 小型生活垃圾焚燒設施應用面臨的機遇

5.1 契合國家的生態(tài)環(huán)保發(fā)展理念

傳統(tǒng)的村鎮(zhèn)垃圾處理方式主要是通過填埋的方式，這種方式存在諸多問題，比如容易造成土地污染、引發(fā)傳染病等。小型生活垃圾焚燒設施有效解決了這些問題，它比傳統(tǒng)填埋方式更加具有環(huán)保意義。同時，垃圾焚燒的碳減排效果，對國家實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標起著十分重要的作用。

5.2 維持代際正義的成本較低

在村鎮(zhèn)地區(qū)使用小型生活垃圾焚燒設施，能夠減輕由于垃圾填埋等傳統(tǒng)處理方式所帶來的土地和經濟方面的壓力。在村鎮(zhèn)地區(qū)，填埋垃圾所需的土地投入大，且給周圍環(huán)境帶來較大負面影響，為了滿足當代人的發(fā)展需要，對后代人的生存權和發(fā)展權造成不利影響。在這種情況下，使用小型生活垃圾焚燒設施進行處理，可以有效降低維持代際正義所需的成本，實現(xiàn)有限資源在不同代際間的合理分配與補償。

5.3 提升村鎮(zhèn)居民的生活品質

小型生活垃圾焚燒設施的普及還有助于提高村鎮(zhèn)環(huán)境的整體質量和居民的生活品質。近年來，隨著國家鄉(xiāng)村振興事業(yè)的全面開展，全國各地的鄉(xiāng)村經濟得到快速發(fā)展，村鎮(zhèn)居民的生活水平顯著提高，老百姓對品質方面的需求也越來越多。小型生活垃圾焚燒設施能夠很好地解決經濟社會發(fā)展與垃圾處理之間的矛盾，改善村鎮(zhèn)人居環(huán)境質量，提高村鎮(zhèn)居民生活品質。

5.4 應用范圍趨于廣泛

小型生活垃圾焚燒設施在一些特殊環(huán)境中的應用也顯得格外重要，如海上平臺、嚴寒地區(qū)、特殊封閉區(qū)域等。在這些特殊環(huán)境中，對于垃圾處理的空間限制以及對土地的占用都有較高的要求。此時，對焚燒設施的占地面積、性能穩(wěn)定性、使用便利性等提出了更高要求。

6 小型生活垃圾焚燒設施應用面臨的挑戰(zhàn)

6.1 技術水平需進一步提升

小型生活垃圾焚燒設施突出的技術問題是污染控制難度大，尤其是煙氣排放控制工藝水平較低，垃圾焚燒處理余熱難利用等問題未妥善解決。此外，小型生活垃圾焚燒設施處理的生活垃圾分類水平低、組成和總量不穩(wěn)定，或位于高海拔的環(huán)境特殊地區(qū)，對設施的運行穩(wěn)定性和適用性也需進一步增強。甚至從技術角度看，能否實現(xiàn)革命性的技術突破，成為小型生活垃圾焚燒設施應用面臨的關鍵挑戰(zhàn)。

6.2 商業(yè)模式需進一步創(chuàng)新

小型生活垃圾焚燒處理行業(yè)起步較晚，商業(yè)模式相對不成熟，可持續(xù)運營能力亟需提升。應更加鼓勵技術能力強、運營管理水平高和信譽度良好的市場主體積極參與村鎮(zhèn)地區(qū)生活垃圾焚燒處理，推進垃圾治理商業(yè)模式整體創(chuàng)新；完善小型生活垃圾焚燒處理經費保障制度，建立健全生活垃圾收費制度，落實第三方企業(yè)財稅優(yōu)惠政策等。促進提升小型生活垃圾焚燒設施建設運營市場化和專業(yè)化水平，帶動全國村鎮(zhèn)地區(qū)生活垃圾處理設施供給能力和商業(yè)模式全面進步。

6.3 經濟性能需進一步提高

當前小型生活垃圾焚燒設施遇到的最大挑戰(zhàn)，當屬在各方面達標情況下如何解決經濟性較差的問題。在不具備發(fā)電設施的情況下，對比德國、瑞典、日本等其他國家，我國小型生活垃圾焚燒設施缺乏可以余熱利用、市政供暖等其他提高經濟收益的方式。例如，瑞典近100%的熱處理設施均對熱能進行循環(huán)再利用，小型垃圾焚燒發(fā)電設施可以為附近地區(qū)提供廉價熱能；2020 年，日本各類垃圾焚燒處理設施1056 座，約738家焚燒廠有余熱利用設施，占比高達70%，規(guī)模越?。?0t/d 以下），余熱利用越少，其余稍大規(guī)模百噸級別焚燒處理設施，幾乎都能實現(xiàn)供熱和發(fā)電雙重收益。為提高經濟性能，需探索村鎮(zhèn)地區(qū)小型生活垃圾焚燒項目與市政供暖、農業(yè)用熱等項目的銜接聯(lián)動方式，豐富余熱利用途徑，降低設施運營成本。

7 結語

本文的研究證明，針對當前國內小型生活垃圾焚燒設施普遍存在的問題和局限性，對設施的改進、升級和應用試點是十分必要的。目前小型生活垃圾焚燒設施的熱效率、排放標準等指標還有待提高。新興的低氮燃燒技術和超低排放技術以及利用先進的傳感器和控制技術實現(xiàn)設施自動化控制和智能化運行的人工智能技術，均是小型生活垃圾焚燒設施技術創(chuàng)新的重點方向。未來，小型生活垃圾焚燒設施的發(fā)展趨勢將朝著更加環(huán)保、高效、經濟的方向發(fā)展。其發(fā)展需充分考慮經濟性和社會可持續(xù)性之間的平衡，應加強政策的制定和法規(guī)的落實，制定更為嚴格的環(huán)保標準，推動小型生活垃圾焚燒設施的規(guī)范化建設和運營。