垃圾焚燒發電

垃圾是指失去使用價值、無法利用的廢棄物品，是物質循環的重要環節。引進技術、設備對垃圾進行吸納處理和能源利用是垃圾焚燒發電的工作。垃圾焚燒發電行業是與垃圾焚燒發電相關的經營單位或者個體的組織結構體系。垃圾焚燒發電是指將生活垃圾收集起來進行焚燒，利用能量轉化，將熱能最終轉化為電能，實現生活垃圾的減量化、無害化和資源化的一種垃圾處理方式，具有減小生活垃圾的體積和質量、節省占地面積的優點，能實現垃圾無害化處理和熱能循環利用雙重目標，具有一定的能源環保意義。

我國垃圾焚燒發電始于上世紀80年代，相對于歐美國家起步稍晚，但自2002年以來，國家政策大力支持，垃圾焚燒發電行業得到蓬勃發展。政策改革層面，國家和有關部門在對外開放、特許經營、投資體制等方面陸續出臺和實施了一系列行業改革政策；市場層面，大規模的投資涌入城市生活垃圾焚燒發電行業，垃圾焚燒發電建設項目逐年增長，多方投資主體積極活躍于該行業。

垃圾焚燒發電具有三方面基本特征：

(1) 國家和有關部門政策支持。垃圾焚燒發電是一種新興能源產業，國家推出《關于推進城市污水和垃圾處理產業化發展的意見》、《中華人民共和國可再生能源法》等政策和法律文件，積極推進垃圾焚燒發電行業健康發展，規范行業投資運營的基本要求。

(2) 建設標準和附加條件較高。目前，歐盟標準是很多城市對垃圾焚燒發電廠污染物排放的標準要求?！渡罾贌廴究刂茦藴省穼贌l電廠的選址、操作人員、處理技術等方面提出明確要求，其中包括：選址要符合城鄉總體建設和環境保護計劃，制定局部空氣污染預防方案，保證水、土壤等自然資源不受污染侵害；運行過程中要對垃圾進行詳細分類，配備先進的處理技術和設施，聘用合格專業的工作人員，建立在線和現場的監控網絡體系。

(3)爐排爐工藝應用最廣泛。垃圾焚燒發電行業最常用的三種處理工藝是爐排爐、水泥窯和流化床。相較于其他兩種處理技術，爐排爐工藝具有污染物排放對環境影響較低、技術成熟、運營穩定等多方面優點，在行業的應用最為廣泛，市場份額占比也最大。

2016年，我國生活垃圾焚燒發電項目總裝機容量543萬千瓦，總處理能力28萬噸/日。目前，國內外應用較多、技術成熟的生活垃圾焚燒爐爐型主要有機械爐排爐、流化床焚燒爐、回轉窯焚燒爐等。我國生活垃圾焚燒處理的主要爐型為機械爐排爐和流化床焚燒爐。

(1)機械爐排爐機械爐排爐是采用層狀燃燒技術，一般不需要對垃圾進行預處理，對垃圾的熱值要求不高，運營及維護簡便。機械爐排爐是目前世界上最常用、處理量最大的生活垃圾焚燒爐，單臺爐可以到達1200噸/日的處理規模，技術成熟運行穩定。

(2)流化床焚燒爐流化床技術在上世紀四十年代已開發，在20世紀60年代用于工業污泥燃燒，在70年代用于生活垃圾焚燒，80年代在日本得到推廣，當時在日本占有率超過10%，不過到了九十年代末，隨著人們對生活品質的提高，國家對環境排放要求越來越嚴苛，流化床技術在生活垃圾焚燒領域里應用越來越有限。由于我國生活垃圾焚燒技術起步較晚，近十幾年來，流化床焚燒爐在我國生活垃圾焚燒發電領域得到一定范圍的應用，但該爐型主要處理500噸/日以下的生活垃圾焚燒發電項目，且存在頗多爭議，有關技術有待提高。采用流化床技術，一般對垃圾需要破碎預處理，另外，大部分流化床技術需要摻部分燃煤才能焚燒生活垃圾。

(3)回轉窯焚燒爐

回轉窯焚燒爐的燃燒機理與水泥工業的回轉窯相類似，主要由一傾斜的鋼制圓筒組成，垃圾由入口進入筒體，并隨筒體的旋轉邊翻轉邊向前運動，垃圾的干燥、著火、燃燒、燃燼過程均在筒體內完成?；剞D窯常用于成分復雜、有毒有害的工業廢物和醫療垃圾，在生活垃圾焚燒中應用較少。

(4)熱解焚燒爐

熱解焚燒爐是指在缺氧或非氧化氣氛中以一定的溫度(500℃—600°C)分解有機物，有機物將發生熱裂解過程，使之變成熱分解氣體(可燃混合氣體)，再將熱分解氣體引入燃燒室內燃燒，從而分解有機污染物，余熱用于發電、供熱。熱解技術使用范圍廣，可用來處理多種垃圾。此技術應用要求垃圾熱值較高，后續熱解氣的特性(熱值，成分等)受垃圾特性影響較大，所以燃燒控制難。

(5)等離子氣化技術

等離子氣化技術是利用等離子體的高溫高能，在氣化劑的輔助作用下，將垃圾廢物進行高溫氣化和熔融。等離子氣化溫度一般為1500℃左右，無二惡英產生，排氣符合最嚴格排放標準限值；發電效率高達39%，遠高于焚燒法(小于22%)；處理后的固廢量僅為處理前的10%，無飛灰、無殘渣、無需二次填埋處理，無害玻璃體爐渣可作建筑材料；可以處理生活垃圾、化工廢物、醫療廢物等多源有機固廢，有望將成為未來垃圾處理領域新的發展趨勢。等離子體工藝穩定性和等離子體電耗是阻礙等離子體氣化技術發展的兩大問題。目前工業化應用還處于前期階段，技術可靠性和經濟性有待進一步提高。國內等離子體氣化技術起步較晚，但發展很快。中科院力學研究所和中國科技大學等都已經進行項目示范。

將運至垃圾焚燒發電廠的垃圾經地磅稱重后進入卸料大廳，由于我國垃圾熱值較低，原生垃圾一般不能立刻進行焚燒，因此需要在垃圾池內先進行2～3天的干燥處理。達到燃燒條件的垃圾將被送入焚燒爐中進行焚燒，采用流化床焚燒爐進行垃圾焚燒時還需要添加適量的煤和石英砂等作為輔助燃料。

從焚燒爐中出來的高溫煙氣進入余熱鍋爐經轉化之后變成蒸汽，進入汽輪發電機發電。汽輪機所發電量一部分供焚燒發電，剩余部分的電量則通過變壓站送往電網公司進行配售電獲得售電利潤。以上過程中所產生的廢氣、飛灰經過相應的無害化處理之后，再根據其利用價值做相應處理。

垃圾焚燒發電整個工藝流程涉及垃圾焚燒、余熱發電、廢物(包括廢水、廢氣)處理等多個環節，其中垃圾焚燒是所有流程的基礎，基于垃圾焚燒的目的需要添加適量的輔助燃料，以及在燃燒過程中對廢氣、廢渣等進行相應的處理。但總的來說，垃圾焚燒發電廠的主要目的在于對垃圾的無害化處理，因此從原料的重要性來說，垃圾就是電廠的主要發電原料，且不同的垃圾其處理方式不同，并不是所有垃圾都可以進行焚燒處理，例如醫療垃圾、有害垃圾等都需要進行特殊的處理^[1]。

垃圾焚燒發電主要包括以下六個系統

(1) 垃圾接收系統：垃圾被收集后，經過稱重，被運往儲存垃圾的倉庫。給料系統：為保持垃圾的熱值與燃燒的穩定性，垃圾會在垃圾池內存放5天。由于我國的生活垃圾含水率較高，需要經過充分發酵后，才能降低其濕度并增加其熱值。之后，將其運往垃圾給料斗。

(2) 焚燒系統：垃圾通過給料斗下方的推料器進入焚燒爐內進行燃燒，期間主要經過干燥爐排，燃燒段爐排和燃燼爐排。干燥爐排和燃燒段爐排會存在一定的落差，保證垃圾與氧氣充分接觸，能夠充分燃燒并完全變成爐渣。

(3) 余熱鍋爐系統和汽輪發電及勢力系統：完全燃燒后的氣體進入后部的余熱鍋爐進行熱回收，余熱鍋爐內的水加熱成蒸汽，蒸汽驅動汽輪發電機做功產生電力。

(4) 煙氣凈化系統：城市生活垃圾焚燒過程中產生的煙氣和固體殘渣應作相應處理，以避免二次環境污染，特別是含有大量二惡英、顆粒物、重金屬、二氧化硫和鹽酸的煙氣。首先，煙氣經余熱鍋爐回收后進入尾部的煙氣處理裝置，煙氣凈化系統采用爐內脫硝，向爐內噴入尿素溶液，以達到降低排放煙氣中的氮氧化物(NOX)的含量。再通過脫酸、布袋除塵器，最后通過煙囪排出，同時對排出的煙氣進行實時監測，達到相關排放標準。

(5) 灰渣處理與處置系統：燃燒后剩余的爐渣，在水槽中冷卻后，通過輸送帶進入渣坑；爐渣中經除鐵器吸出的金屬通過金屬輸送帶將其排入金屬坑內^[2]。

生活垃圾的無害化處理方式主要為生化、焚燒、堆肥。這三種方式的優缺點如下：

(1)衛生填埋：通過在城市周邊選擇合適的場地進行開挖，并對其進行一定防滲防漏處理，保證安全性；其優點是造價低:工藝要求低，不需要復雜的處理工藝；處理量相對較大。但依靠垃圾自身降解所需時間長，對有限的地資源浪費嚴重，且容易造成二次污染

(2)焚燒發電：利用高溫焚燒爐焚燒垃圾，對其產生的熱值可以進行二次利用，產生的廢氣通過凈化裝置進行處理后排放，降低環境污染優勢是極大地提高了垃圾處理效率，實現的資源的二次利用；占地面積??；環境污染??；但成本高，造價達，風險大；需考慮“鄰避效應”：對廢氣廢水的排放要水高，需要進行凈化處理，以防環境污染

(3)堆肥處理：對垃圾進行分揀，挑選出適合堆肥處理的有機物，利用細菌對垃圾進行降解，釋放其中的有機物，作為肥料利用；優勢是成本低:降解后的有機物可作為有機肥料二次利用，實現資源可持續發展；但細菌可降解的垃圾成分固定；分揀成本高；分解過程中可能會產生異味造成一定的污染環境

(1)在發達國家的主要運作模式

目前發達國家最常使用的垃圾處理方法便是焚燒發電，主要有下列三種運作模式：

1)政府主導模式：該模式是指政府部門全權負責并獨立完成垃圾焚燒發電項目的投資、建設和運營。日本垃圾焚燒發電廠大部分應用的該模式。日本垃圾焚燒發電項目注重環境保護，政府在投資建設垃圾焚燒發電廠時，會投入大量資金購置先進的技術和設備，給垃圾焚燒發電廠安裝各種有害物質的過濾清洗裝置，并在工廠運營階段執行較高的環保標準

2)政府建設，企業全權負責運營模式：該模式是指政府只投資建設垃圾焚燒發電廠，運營階段委托給社會企業負責，政府部門只負責監督管理。德國垃圾焚燒發電廠的運作模式多是該模式，該國政府只負責垃圾焚燒發電廠的投資建設，不負責運營管理，而是將其委托給有能力的民營公司負責運營。

3)特許經營模式：該模式是指政府根據有關規定，通過招標形式選擇一個或多個(聯合體)投資者或經營者，委托中標單位投資建設垃圾焚燒發電廠，并授予中標單位相應的權利在一定期限和范圍內負責垃圾焚燒發電廠的運營。中標單位可以在特許協議或許可條件下，使用本單位名義負責項目從設計到運營的全過程。在特許期內，項目的經營收入歸中標單位所有，同時運營期設備維護、修理和保養也由中標單位負責；政府部門負責對其進行監督。在特許期滿后，項目移交給政府部門進行經營管理

該模式在法國很好的應用于垃圾焚燒發電項目中。在法國，垃圾焚燒產生的電被強行賣給電力公司，而不是由工廠進行處理，電力公司以高于一般收購的價格支付給垃圾焚燒發電廠，其中包括垃圾處理費

(2)我國垃圾焚燒發電運作基本模式

《市政公用事業特許經營管理辦法》指出，“垃圾處理等行業，依法實施特許經營”后，我國垃圾發電市場模式單純依賴政府投資的局面開始變化。近年來，對于垃圾焚燒發電行業，政府主推的運營模式便是公共私營合作制(PPP模式)。該模式的基礎是政府和社會資本方簽訂的特許權協議，雙方之間形成合伙制，并在簽訂的合同中明確雙方在垃圾焚燒電廠項目投資、建設及運營各階段中所屬的權利和義務。該模式的特點是將政府的一部分責任用特許經營的方式轉移到社會資本方身上，政府與社會資本方之間維持著“同享利益、共擔風險、全程合作”的關系，該模式的優點是減輕政府方財政壓力，降低社會資本方投資風險^[4]。

隨著我國垃圾焚燒發電技術的不斷成熟，垃圾焚燒處理量也在穩步上升，垃圾填埋和堆肥量逐漸減少?！?019年統計年鑒》數據顯示，2018年生活垃圾清運量達22801.75萬噸，無害化處理22565.36萬噸，無害化處理率99%，其中焚燒量占51.9%，即焚燒處理量達到10184.92萬噸，占比，對比2017年的8463.3萬噸焚燒量而言，增長了11.7%；2018年我國已投入運營的垃圾無害化處理廠1091座，其中垃圾焚燒發電廠有331座，日無害化處理能力達36.5萬噸以上。

(1)法律法規以及各種相關政策日益健全。首先，近年來國家主管部門以及下屬部門圍繞垃圾焚燒發電行業制定或修正了一系列政策法規、政策文件以及各項我國垃圾焚燒發電行業發展標準和規范，不僅包括垃圾焚燒發電項目的融資、建設、運營全過程，而且涉及焚燒設備的設計、生產、安裝和焚燒技術的發展，以及隨技術和設備發展不斷更新的污染物排放指標、排放標準等各個與行業發展有關的內容。

(2)技術發展迅速。1987年，我國在深圳建立了第一個垃圾焚燒發電廠，該廠的第三臺焚燒爐通過引進國外技術實現國產自主研發，是我國第一個國產化了垃圾焚燒發電設備，而經過三十多年的發展，我國垃圾焚燒發電技術已經與歐美、日本等行業發展較相熟的國家相當，達到了國際領先水平，成功的實現了從能燒、燒得好到燒的干凈的巨大突破。

(3)已投產項目收益整體穩定。垃圾焚燒發電項目的利潤主要包括兩個方面，入網電價補貼為主要部分，占比60%-70%，政府提供的垃圾處理費占次要部分，占比30%-40%。隨著我國垃圾焚燒發電行業技術不斷發展，每噸垃圾折算上網電量有了極大地提高，2011年我國噸發電量平均為240-260千瓦時，而近幾年這一數據提高到平均280千瓦時，部分新建高標準標桿項目可以達到350-400千瓦時。此外，國家為推動可再生能源行業的繼續發展，對于垃圾焚燒發電項目，給予了許多政策支持，在保證發電量全部收購的基礎上，還出臺了免征增值稅和所得稅減免等政策。因此，目前我國垃圾焚燒發電行業呈現良性向好發展勢頭，整體收益良好、穩定，保證了該行業的良性發展，并且有良好的發展趨勢。

(4)垃圾焚燒發電行業發展空間日益增大。按照“十三五”規劃，在“十三五”期間全國城鎮生活垃圾無害化處理投資估算約為2，518億元，其中垃圾處理設施建設投資約為1，699億元，占比67.47%，這其中大部分為垃圾焚燒項目投資預算，在“十三五”期末也就是2020年底，全國城鎮生活垃圾焚燒處理規模要求達到59.4萬噸/日，而2018年，我國生活垃圾焚燒處理規模僅為30.94萬噸/日，遠低于59.4萬噸/日，并且隨著垃圾焚燒處理逐步超越填埋處理的發展趨勢，未來我國家里焚燒發電行業存在巨大的發展空間^[4]。

參考資料：

[1]林曉珊.城市生活垃圾焚燒發電原料供給路徑及優化研究

[2]馮瑋.垃圾焚燒發電的溫室氣體減排潛力研究

[3]夏紅云.基于PPP模式下的垃圾焚燒發電項目定價機制研究

[4]韓雪.基于shapley值法城市生活垃圾焚燒發電PPP項目的風險利益均衡研究

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垃圾焚燒發電行業報告：

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