生活垃圾焚烧处理技术发展分析，本文主要内容关键词为：技术发展论文,垃圾焚烧论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 国内外生活垃圾焚烧处理概况
1.1 城市生活垃圾焚烧处理的特点
城市生活垃圾焚烧处理具有占地面积小、场地选择易、处理时间短、减量化显著(减重一般达70％，减容一般达90％)、无害化较彻底以及余热可回收等特点。
1.2 国内外城市生活垃圾焚烧处理现状
据统计，2006年全世界共有生活垃圾焚烧厂近2100座，其中生活垃圾焚烧发电厂约1000座；总焚烧处理能力约为62.1万吨/日，年生活垃圾焚烧量约为1.65亿吨(见表1)。
城市生活垃圾焚烧设施绝大部分分布于发达国家和地区。按年处理量分析，其中欧盟19个国家年焚烧处理量占38％，日本占24％，美国占19％，东亚部分地区(中国台湾、韩国、新加坡、泰国、中国澳门、中国大陆等)占15％，其它地区(俄罗斯、乌克兰、加拿大、巴西、摩纳哥等)占4％。
1.3 发达国家生活垃圾焚烧处理现状及发展趋势
(1)欧洲
欧洲目前生活垃圾年焚烧处理量为6400万吨(见表2)，垃圾焚烧所产生的能量可以满足3200万人口用电和1.5亿人口用热。为逐步减少可生物降解有机垃圾的填埋量，欧盟垃圾填埋指南(CD1999/31/EU/1999)提出了几个阶段性目标，第一阶段目标是在2006年将进入填埋场的有机物在1995年的基础上削减25％；第二阶段目标是在2009年将进入填埋场的有机物在1995年的基础上削减50％；第三阶段目标是在2016年将进入填埋场的有机物在1995年的基础上削减65％。而德国、奥地利、瑞士等国要求进入填埋场的填埋物总有机碳(TOC)要小于5％，也就是要求填埋的垃圾基本上就是灰渣，或者说是剩余垃圾(或其余垃圾，即除去单独收集的剩余垃圾)都要进行焚烧处理才能实现这一目标。
随着欧盟垃圾填埋指南在2006年开始实施，生活垃圾焚烧处理得到进一步发展。以德国为例：2007年德国用于生活垃圾直接焚烧的处理厂为67座，焚烧处理量达到1780万吨/年，近40年德国生活垃圾焚烧处理厂数量和处理能力在不断增长(见表3)。欧盟的生活垃圾焚烧处理量也是在不断增长，2007年比2001年增长了23％(见图1)。
图1 欧盟国家生活垃圾焚烧处理发展情况
(2)日本
日本的垃圾处理主要以焚烧处理为主，2006年生活垃圾焚烧处理量约为4000万吨。2006年直接焚烧处理比例达76.7％，直接填埋处理比例仅有4.6％，堆肥处理比例约为0.1％，其余为回收资源化处理(见表4)。
2006年日本有生活垃圾焚烧厂1301座。随着环保要求的提高，日本的垃圾焚烧厂呈现大型化、集中化的发展趋势。1975-2006年，非连续式的小规模垃圾焚烧厂从1678座下降到674座，而同期的连续式大规模垃圾焚烧厂从286座增加到627座(见图2)。
图2 1975-2006年日本生活垃圾焚烧厂运行方式变化
日本的垃圾焚烧厂数量的下降，并不意味着焚烧处理能力的降低，实际上在2001年以前，焚烧处理能力一直是不断增加的，近几年焚烧处理能力有所下降，一方面是日本垃圾焚烧厂处理能力已经处于相对饱和状态，另一方面随着垃圾回收利用率的提高，需要焚烧的垃圾总量有所下降(见图3)。另外，近十多年，具有发电能力的大型生活垃圾焚烧发电厂数量—直在持续增加(见图4)。
(3)美国
尽管美国土地相对充裕，人口分布相对均匀，但其生活垃圾年焚烧量仍居世界第二位，为3 100万～3 300万吨。20世纪初，美国许多城市都相继兴建了城市垃圾焚烧厂，到二次大战前，焚烧炉已发展到约700座。这时期的焚烧炉已具备现代垃圾焚烧炉的主要特征和功能，并实现了机械化操作。二次大战后，随着经济的复兴，城市垃圾产量迅速增加，垃圾成分也发生了显著变化，垃圾中废纸和塑料等可燃物含量大幅度提高，垃圾焚烧处理又得到进一步发展。例如在1960年，美国生活垃圾年焚烧处理量就达2700万吨。在20世纪70年代后期和80年代早期，由于公众对垃圾焚烧烟气污染特别是二
英的关注，出现公众反对兴建垃圾焚烧炉的呼声，因此，在这一时期，新建垃圾焚烧厂出现下降趋势。1980年，美国城市生活垃圾焚烧量降到1700万吨。随着垃圾焚烧烟气处理逐步受到重视，特别是烟气处理技术的不断进步，余热利用系统和尾气处理系统得到进一步完善，垃圾焚烧厂的污染控制水平也不断提高，城市生活垃圾焚烧数量重新增长。进入20世纪90年代以后，美国城市生活垃圾焚烧处理处于稳定发展阶段。2006年，美国有生活垃圾焚烧厂140多座，其中有焚烧发电厂89座，年焚烧处理量已达3140万吨。
2 生活垃圾焚烧处理与环境的关系
2.1 生活垃圾焚烧处理能够满足环境保护的要求
生活垃圾焚烧处理厂主要污染物来源是其排放的尾气，其中包括受到大众特别关注的二英(Dioxin)。需要特别指出的是，随着环境保护要求的日益严格，达到环境保护标准的现代化生活垃圾焚烧处理厂，其污染排放无论是浓度还是总量都已经很低。2005年9月，德国环境部(BMU)在一份报告中指出，“尽管1985年以来，垃圾焚烧规模增加了1倍，由于生活垃圾焚烧厂严格的排放标准，生活垃圾焚烧已经不是大气中二英(Dioxin)、重金属和烟尘等污染物的显著排放源。在德国所有的66个垃圾焚烧装置中，由于按照法规要求配置袋式除尘器，二
英(Dioxin)年排放量由400g下降到不足0.5g，下降幅度接近99.9％。”比较其他工业排放，该报告中指出，“生活垃圾焚烧污染物排放下降最显著，在1990年德国生活垃圾焚烧二英(Dioxin)年排放量约占总量的近1/3，而到2000年，这一比例下降到不足百分之一”。表5和表6反映了德国通过实施严格的生活垃圾焚烧烟气排放标准所带来的污染物排放量的变化。
在欧洲，“垃圾焚烧指南”(2000/76/EC)规定了严格的排放指标，这一指标明显低于其他工业排放要求。“垃圾焚烧指南”范围包括垃圾焚烧厂和垃圾与工业燃料混合的焚烧厂(co-incinerate)。
根据美国环境署(EPA)统计，美国生活垃圾焚烧发电厂二英年排放量从1987年的1000g下降到2002年的12g，而相应的庭院垃圾露天焚烧所排放的二英量总计要超过600g(Nickolas J.Themelis 2004)。
我国《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2001)主要指标明显严于火电厂和锅炉厂的排放要求(见表7)。因此，只要严格执行国家相关标准，生活垃圾焚烧烟气污染排放是十分有限的。
2.2 生活垃圾焚烧处理对温室气体减排作用显著
生活垃圾焚烧处理对污染物的减排作用明显，对温室气体的减排也非常显著。采用生活垃圾焚烧处理方式，可以从以下两个方面减少温室气体排放，一方面是避免垃圾填埋产生的填埋温室气体(主要是甲烷)，另一方面是焚烧余热利用替代化石燃料使用而减少温室气体排放。不同国家或地区的填埋气体回收利用状况以及能源结构不同，具体替代的当量系数也不同。按我国生活垃圾成分焚烧发电与填埋相比，每吨垃圾减排温室气体约为0.48～0.64吨
。
德国环境部门(UBA)2008年公布的一项报告表明，当生活垃圾不适宜回收利用时，进行焚烧处理是符合生态要求的处理手段，对生活垃圾焚烧并进行能源利用相当于替代煤、油等化石能源，德国因此每年相当于减少了975万吨温室气体排放(德国2007年生活垃圾焚烧量为1780万吨)。
2.3 生活垃圾焚烧处理能降低COD排放量
COD的排放量是我国节能减排重要的考核指标，根据2007年全国环境统计公报，2007年全国COD排放量为1381.8万吨。生活垃圾焚烧处理实际上可以减少垃圾填埋带来的COD排放，每吨生活垃圾可产生0～0.2吨COD，这是一个很大的数值，当然其中大部分会在填埋过程中被分解。但是，即使是卫生填埋，在降水量多的地区COD也可达到0.01吨/吨垃圾以上。因此，发展生活垃圾焚烧对减少COD排放也具有重要的现实意义。
2.4 生活垃圾焚烧处理能提供大量可再生能源
美国生活垃圾焚烧平均产生电能为520kW·h/t，而垃圾填埋处理平均产生电能为20kW·h/t。2007年美国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2500MW，可以满足2300万个家庭的用电需求，垃圾焚烧发电产值100亿美元，提供了超过6000个就业岗位及超过4亿美元的年工资额。2003年1月14日，美国环保署发布的报告指出“垃圾焚烧产生的电能与其他来源产生的电能相比，其对环境影响几乎是最小的”(Marianne Lamont Horinko 2003)；2009年9月21日，美国环保署发布的报告指出，2006年美国生活垃圾焚烧量为3 100万吨，由于对垃圾焚烧进行热能利用，相当于减排1700万吨二氧化碳当量温室气体。
日本2006年有293座生活垃圾焚烧发电厂，总装机1590MW，当年共发电72亿kW·h，相当于197万户居民的年用电量(来源：日本环境省)。
2007年10月10日，欧盟环境署正式将垃圾焚烧纳入回收利用范畴。欧盟调查发现，填埋比例低、焚烧比例高则回收利用的比例高，反之则低(见图5，资料来源：EUROSTAT，2006)。欧盟估计，2007年27国通过生活垃圾焚烧共获得相当于614.43万吨油当量(toe：定义为107千卡，相当于1吨原油的净热值含量)，其中发电量合计139.619亿kW·h(见图5)。
3 生活垃圾焚烧处理技术
发达国家城市垃圾大多采用无预处理焚烧系统处理并进行余热利用，该系统利用率达85％以上。这类焚烧炉多为炉排炉。炉排的作用就是在炉内输送垃圾的同时，促进垃圾的搅动和混合，从而使垃圾得到较完全的燃烧。目前无论是欧盟、北美还是日本，使用炉排炉焚烧处理生活垃圾的比例都在90％以上。2005年8月欧盟公布的欧洲污染综合防治局(European IPPC Bureau)研究报告表明，炉排炉仍然是生活垃圾焚烧处理的首选技术炉型(见表8)。对未预处理的生活垃圾进行焚烧，热解、气化和循环流化床等技术工艺应用很少。
4 我国生活垃圾焚烧处理技术现状分析
与发达国家相比，我国生活垃圾焚烧处理厂整体建设运行时间不长，相应的经验还没有得到认真的总结。一些非主流或不成熟的焚烧技术设备还在不断进入市场。
垃圾焚烧与填埋处理相比，具有占地小、场地选择易、处理时间短、减量化显著(减重一般达70％，减容一般达90％)、无害化较彻底以及可回收垃圾焚烧余热等优点，在发达国家已得到广泛应用。我国许多地区人口密度高，特别是东部及南部沿海地区的许多城市，土地资源非常宝贵，焚烧处理会逐步发展成为这一地区生活垃圾处理的重要手段。目前，我国城市垃圾焚烧处理发展较快，2009年焚烧处理能力是2000年的25倍，达到7.12万吨/日(见图6)。
到2010年5月底，国内已经建成的垃圾焚烧发电厂有82座，总处理能力约为7.0万吨，总装机容量超过1400MW，其中采用炉排炉和流化床炉的焚烧厂占了主要部分，但炉排炉的实际焚烧处理量要明显高于流化床炉的处理量(见表9)。
5 结语
针对目前我国生活垃圾焚烧发展现状进行实事求是的分析，可以得出如下结论：
(1)经济发展以及高人口密度是推动我国生活垃圾焚烧处理发展的内在因素。如我国江苏省的人口密度是日本的2倍以上，我国许多省人口密度也远远高于德国、日本，甚至是德国的3倍以上(见图7)。对于许多城市来说，土地资源非常宝贵，生活垃圾填埋场场地选择将会越来越困难，垃圾填埋处理的成本也会越来越高，随着经济发展，焚烧处理会逐步发展成为这一地区生活垃圾处理的重要手段。
(2)严格按照有关标准设计、建设、运行、管理的生活垃圾焚烧处理设施能够满足环境保护的要求。
(3)鼓励对垃圾焚烧处理有现实需求的大城市采用垃圾焚烧处理工艺，积极稳妥地推进垃圾焚烧处理厂的建设。
(4)对于垃圾焚烧处理有潜在需求的地区，除应考虑延长现有填埋场的使用寿命之外，也建议应尽早在近郊区规划建设城市生活垃圾焚烧处理厂。