任中山  陳瑛  王永明  滕婧杰  喬鵬*

(生態(tài)環(huán)境部固體廢物與化學(xué)品管理技術(shù)中心，北京 100029）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，城市人口越來越多，生活垃圾產(chǎn)生量逐漸攀升，“垃圾圍城”現(xiàn)象較為普遍，生活垃圾污染問題受到政府和人民的密切關(guān)注。在現(xiàn)有垃圾無害化處理工藝中，垃圾焚燒發(fā)電可更有效實(shí)現(xiàn)“減量化、資源化、無害化”，且在運(yùn)營過程中更綠色安全環(huán)保。此外，隨著垃圾焚燒技術(shù)成熟性和可靠性的提高，公眾對(duì)該類項(xiàng)目的認(rèn)知得到改觀，加快了焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)分析﹐從2011—2018年我國生活垃圾發(fā)電廠數(shù)量及其處理能力分別增長了203.7%和287.4%。2018年，我國城鎮(zhèn)實(shí)際垃圾焚燒處理能力約為40 萬t/d，距“十三五”收官之年59.14萬t/d的預(yù)設(shè)目標(biāo)存在較大差距"，未來一段時(shí)間內(nèi)焚燒發(fā)電依然是主流的生活垃圾處理方式。

21世紀(jì)初，我國曾嘗試推廣垃圾分類制度，但收效甚微，僅在少數(shù)城市實(shí)施分類，多數(shù)還是粗放式混合收集。2019年1月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《“無廢城市”建設(shè)試點(diǎn)工作方案》中提出“無廢城市”的概念。在“無廢城市”理念的指引下，尤其在《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》正式實(shí)施之后，更多城市將逐步實(shí)施對(duì)生活垃圾的嚴(yán)格分類，之前以末端處理為主生活垃圾處理方式向“治+用”結(jié)合的減量化、資源化模式轉(zhuǎn)變，更多地將垃圾視為資源進(jìn)行循環(huán)利用?；谘h(huán)利用后的垃圾成分將發(fā)生顯著變化的考慮，本文從不同角度對(duì)生活垃圾分類對(duì)焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響進(jìn)行分析，以期為垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的企業(yè)和政府監(jiān)管部門提供技術(shù)參考。

當(dāng)前，垃圾焚燒發(fā)電已成為生活垃圾處理的主流工藝。但隨著生活垃圾分類制度逐步在全國范圍內(nèi)推行，勢必會(huì)導(dǎo)致用于焚燒發(fā)電的垃圾原料發(fā)生明顯改變?；诖?，從不同角度分析了垃圾分類對(duì)垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響。為適應(yīng)分類后焚燒垃圾物理化學(xué)性質(zhì)的改變，現(xiàn)有垃圾焚燒發(fā)電工藝需相應(yīng)調(diào)整，尤其是熱值升高，將大幅提升噸垃圾發(fā)電量，顯著提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，有利于激發(fā)企業(yè)自主投資運(yùn)營的積極性。政府可依據(jù)焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)市場行情，靈活調(diào)整相關(guān)補(bǔ)貼和優(yōu)惠政策。垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)有望進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)完全市場化運(yùn)行，其發(fā)展模式也有望呈現(xiàn)為“全民參與+EPC”模式。對(duì)于生活垃圾的處置，政府的“參與、監(jiān)管”角色也將向單一“監(jiān)管”角色轉(zhuǎn)變。

本研究中，生活垃圾的分類按照可回收垃圾、廚余垃圾、有害垃圾和其他垃圾進(jìn)行分類，其中其他垃圾為用于焚燒發(fā)電的垃圾。

采用華南地區(qū)某市近11年生活垃圾連續(xù)抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)分類前后生活垃圾組分的變化（圖1）進(jìn)行對(duì)比分析。該案例中，未分類前生活垃圾以廚余垃圾﹑橡膠類、紙類、紡織類、木竹類垃圾為主，合計(jì)占比達(dá)到93%以上；垃圾分類后以紙類、橡膠類、木竹類等可燃物為主，占比達(dá)到90%以上。可以看出，對(duì)于華南地區(qū)城市來說，垃圾分類可將可回收物質(zhì)進(jìn)行有效回收，廚余、有害垃圾進(jìn)行分類處置，理論上焚燒發(fā)電后殘?jiān)俊?0% ，減量化效果十分顯著。

圖1 用于焚燒發(fā)電的生活垃圾組分的變化

廚余垃圾含水量達(dá)到70%以上，占生活垃圾總質(zhì)量的40%~60% ，是生活垃圾水分的主要來源。華南地區(qū)城市的生活垃圾、廚余垃圾及分類后的生活垃圾物理性質(zhì)見表1，其中分類后數(shù)據(jù)由加權(quán)算法計(jì)算得出。

表1 不同種類垃圾的物理性質(zhì)

由表1可知：由于含有大量水分且容量較大的廚余垃圾被分離，分類后垃圾的水分含量約為20%，美國(19.02%)、歐洲(34.00%)、韓國(30.29%)相接近。水分降幅達(dá)到25百分點(diǎn)以上，使得可燃物質(zhì)的占比提升，單位垃圾熱值提升，同時(shí)在焚燒過程中由水分蒸發(fā)吸熱帶走的熱量也相應(yīng)減少，有利于垃圾焚燒放出熱量的充分利用。此外，分類后的生活垃圾以紙類﹑橡膠類、木竹類為主，容量明顯下降，依據(jù)加權(quán)計(jì)算結(jié)果僅為50 kg/m3，相對(duì)于同一焚燒爐來說，在保持進(jìn)料速率不變的情況下，分類后生活垃圾單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)料量相比未分類生活垃圾減少83%。

由表1數(shù)據(jù)可知：實(shí)施分類后用于焚燒發(fā)電的生活垃圾熱值明顯提升，高達(dá)8790~13810 kJ/kg，比焚燒爐MCR(最大垃圾處理量)設(shè)計(jì)熱值提升近1/3，達(dá)到了歐盟國家(10065 kJ/kg)美國(10341 kJ/kg)、日本( 9485 kJ/kg)生活垃圾的熱值水平。以現(xiàn)代垃圾焚燒發(fā)電轉(zhuǎn)換效率19%計(jì)算，若用于焚燒垃圾的入爐量保持不變，噸垃圾發(fā)電量增大160~420 kW·h ，相應(yīng)地，經(jīng)濟(jì)效益有望進(jìn)一步提升。

垃圾焚燒發(fā)電的主流工藝有機(jī)械爐排焚燒爐工藝和循環(huán)流化床焚燒爐工藝2種。對(duì)于機(jī)械爐排焚燒爐工藝，由表1數(shù)據(jù)可知：分類后用于焚燒發(fā)電垃圾的容量急劇下降，假定在焚燒爐內(nèi)產(chǎn)生相同的熱量，取分類前后垃圾熱值分別為5400，10000 kJ/kg ，容量分別取290，50 kg/m(見表1)進(jìn)行計(jì)算，分類前投1 t生活垃圾，分類后需投入540 kg 垃圾，但從容量來看，分類后投入垃圾的體積卻是分類前生活垃圾的3倍；假定焚燒爐爐容保持不變，焚燒垃圾未壓縮，相同條件下分類后垃圾進(jìn)料量是分類前的17%左右，產(chǎn)生的熱量不足分類前的1/3，也無法適應(yīng)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的運(yùn)營條件。因此，對(duì)于現(xiàn)有工藝，若保持原有熱負(fù)荷，需要對(duì)生活垃圾進(jìn)行必要的預(yù)處理，如需增加破碎和壓縮成型工序，以提高焚燒垃圾的容量，縮減入爐焚燒垃圾的體積，來適應(yīng)垃圾儲(chǔ)存池以及保障入爐正常焚燒的要求；但壓縮體積的倍數(shù)需控制，結(jié)合焚燒爐熱工設(shè)計(jì)，建議可設(shè)定壓縮體積倍數(shù)的上限，以保障設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行。

循環(huán)流化床焚燒爐工藝為達(dá)到長期穩(wěn)定運(yùn)行的目的，一般需要對(duì)生活垃圾進(jìn)行粗破碎、磁選、篩選、風(fēng)選、細(xì)破等均質(zhì)處理。對(duì)生活垃圾進(jìn)行分類，相當(dāng)于對(duì)金屬、餐廚垃圾以及大塊垃圾等進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)于循環(huán)流化床焚燒爐工藝來說，可減少均質(zhì)處理中的粗破碎、磁選等工序，且不需要增加壓縮成型工序，縮短了工藝流程，節(jié)省了設(shè)備投資，可視為對(duì)預(yù)處理工序的進(jìn)一步優(yōu)化。

垃圾焚燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)的服務(wù)期限不低于20年，為保障生活垃圾焚燒發(fā)電長期穩(wěn)定運(yùn)行，必須考慮在生活垃圾成分和熱值合理預(yù)測的基礎(chǔ)上，確定焚燒爐設(shè)計(jì)垃圾低位熱值以及保障正常運(yùn)行的焚燒爐下限和上限垃圾低位熱值。當(dāng)前國內(nèi)垃圾的平均熱值約為5400 kJ/kg，現(xiàn)有爐型的設(shè)計(jì)以此為基準(zhǔn)，但生活垃圾分類后，垃圾熱值比焚燒爐MCR(最大垃圾處理量)設(shè)計(jì)熱值提升1/3左右。此外，由于分類后垃圾含水量的降低，在焚燒過程中水分蒸發(fā)吸收帶走的熱量減少，加之焚燒垃圾熱值的提升，在保持投料量不變的情況下，爐膛內(nèi)熱負(fù)荷急劇升高，現(xiàn)有工藝和設(shè)備承受能力面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。因此，在保障安全運(yùn)行的情況下，分類后焚燒爐型的設(shè)計(jì)需要在焚燒爐爐排面積、爐體幾何體積以及余熱鍋爐的受熱面布置等方面，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行適應(yīng)調(diào)整。

1）滲濾液

從表1中垃圾水分和容量的變化來看，生活垃圾中水分降低，滲濾液的產(chǎn)生量將減少1/3左右，以我國垃圾焚燒廠產(chǎn)生的滲濾液一般占垃圾焚燒量的25% ~35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))進(jìn)行計(jì)算，每噸垃圾滲濾液減少約80~120 kg，相應(yīng)地污水處理的處理負(fù)荷也會(huì)減輕，配套的滲濾液處理設(shè)施也可進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，這有利于降低設(shè)備投資和運(yùn)營成本。

2）廢煙氣

分類后焚燒垃圾的水分降低，使得排放的煙氣中水分減少，對(duì)后續(xù)煙氣處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行更加有利。更重要的是，垃圾分類使燃燒后會(huì)產(chǎn)生顆粒物(粉塵)酸性氣體( HCl、HF、SOx、NOx等)、重金屬( Hg、Pb、Cr等)和有機(jī)劇毒性污染物(二嗯英、呋喃等)4大類的廚余垃圾、橡膠塑料制品、電子廢棄物等剝離，各種污染物的原始排放濃度必存在一定程度的下降。Shi等對(duì)分類后垃圾和混合垃圾焚燒后的煙氣成分分析結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)，經(jīng)分類垃圾焚燒煙氣在進(jìn)人凈化設(shè)施前測得的PCDD/Fs總量約為73.80 ng I-TEQ/Nm3，明顯低于混合垃圾焚燒的水平( 132.99 ng I-TEQ/Nm3)。經(jīng)分類垃圾焚燒煙氣的二嗯英國際毒性當(dāng)量(I-TEQ)為 9.28 ng I-TEQ/Nm3，僅為混合垃圾焚燒水平的69.4%。高溫條件下，顆粒物(粉塵)和酸性氣體原始濃度的下降，有利于提高鍋爐換熱效率及延長鍋爐壽命，進(jìn)而保障整個(gè)系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

3）灰渣固廢

從垃圾組分變化來看，實(shí)施垃圾分類后，廢舊金屬、玻璃等可循環(huán)回收利用的垃圾資源、含水量高的廚余垃圾和有害垃圾均被分離出去，使得不可燃物質(zhì)大幅減少，焚燒后產(chǎn)生的灰渣量或最終需要填埋的處理量也相應(yīng)下降，比現(xiàn)有不分類焚燒工藝(灰渣量占比為20% ~30%)進(jìn)一步減量約10百分點(diǎn)。在當(dāng)前垃圾填埋場及危險(xiǎn)廢物填埋場用地困難及容量目趨減少，固體廢物管理趨嚴(yán)的情況下，垃圾分類后再焚燒無疑是解決生活垃圾管理問題的關(guān)鍵舉措。

據(jù)前所述，實(shí)施生活垃圾分類后，生活垃圾焚燒發(fā)電工藝流程縮短，熱值顯著提升，發(fā)電量提升，投入和運(yùn)營成本降低，使得焚燒發(fā)電項(xiàng)目整體經(jīng)濟(jì)效益顯著提升，對(duì)于垃圾發(fā)電企業(yè)的營收將形成積極影響。

目前，垃圾發(fā)電企業(yè)的收入包括垃圾焚燒處理和售電收入2部分，其中售電占比為70% ~80% ，為主要盈利點(diǎn)，且多數(shù)垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)處于微利經(jīng)營狀態(tài)，電價(jià)補(bǔ)貼下調(diào)或取消將極可能導(dǎo)致企業(yè)進(jìn)入虧損狀態(tài)。財(cái)政部《對(duì)十三屆全國人大二次會(huì)議第8443號(hào)建議的答復(fù)》指出，2016—2019年，中央財(cái)政共撥付可再生能源電價(jià)附加補(bǔ)助資金超過3000億元，其中用于生物質(zhì)發(fā)電(含垃圾發(fā)電項(xiàng)目) 378億元，占比較少，僅為12%。對(duì)于垃圾發(fā)電項(xiàng)目的補(bǔ)貼，經(jīng)財(cái)政部、國家發(fā)展改革委、國家能源局等部委研究決定，對(duì)已有項(xiàng)目延續(xù)現(xiàn)有補(bǔ)貼政策，但考慮到垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目效率低、生態(tài)效益欠佳等情況，后續(xù)更多是希望通過垃圾處理費(fèi)等市場化方式來支持垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)，同時(shí)將逐步減少新增項(xiàng)目納入補(bǔ)貼范圍的比例。2020年4月3日，國家發(fā)展改革委發(fā)布《關(guān)于有序推進(jìn)新增垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)的通知》(征求意見稿)「中也明確指出，2020年1月20日后并網(wǎng)發(fā)電的生活垃圾焚燒發(fā)電(含沼氣發(fā)電)新增項(xiàng)目，通過可再生能源發(fā)展基金繼續(xù)予以支持，但遵循以收定支的原則。對(duì)于2020年1月20日前并網(wǎng)發(fā)電的存量項(xiàng)目，繼續(xù)根據(jù)現(xiàn)行《可再生能源電價(jià)附加補(bǔ)助資金管理辦法》有關(guān)規(guī)定管理。

總體來說，從國家政策和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求來看，近期對(duì)于生活垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)的取消補(bǔ)貼政策的可能性很小，且現(xiàn)有稅收優(yōu)惠政策變化的可能性不大。但在垃圾分類后，考慮到企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益將得到提升，同時(shí)國家更多地希望生活垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)以市場化模式運(yùn)行，因此國家及地方政府可能會(huì)調(diào)整現(xiàn)有支持政策，遠(yuǎn)期或逐步降低補(bǔ)貼比例甚至取消補(bǔ)貼的政策。行業(yè)中技術(shù)落后﹑盈利能力低的企業(yè)需要加快提升技術(shù)與裝備水平，否則生存將面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

一直以來，我國生活垃圾的處置均以政府為主體，給政府財(cái)政負(fù)擔(dān)造成一定的壓力。但隨著生活垃圾問題的日益加劇，環(huán)保市場的逐步釋放，垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式經(jīng)歷了從“政府直接投資-政府特許大型國有企業(yè)經(jīng)營-政府特許經(jīng)營權(quán)市場招標(biāo)-PPP模式”的轉(zhuǎn)變，在PPP模式中政府與私營企業(yè)建立起“利益共享、風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)、全程合作”的共同體關(guān)系，在生活垃圾處理的過程中逐漸出現(xiàn)企業(yè)的角色，政府的擔(dān)子有所減輕。但需要注意的是，PPP項(xiàng)目周期長、資金投入大、回報(bào)率低﹑投資回收期長且受政策影響較大，在項(xiàng)目實(shí)施前需要進(jìn)行充分的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和評(píng)估。從現(xiàn)有生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的合作模式來看， BOT模式將成為我國城市生活垃圾處理的主導(dǎo)運(yùn)營模式。

伴隨全民參與生活垃圾分類的實(shí)施和焚燒發(fā)電技術(shù)的日趨成熟，垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益將顯著改善，企業(yè)單獨(dú)投資運(yùn)營的積極性也逐漸高漲，其完全市場化運(yùn)行的可行性也進(jìn)一步提升。焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)由PPP、BOT可轉(zhuǎn)變?yōu)?span style="outline: 0px;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important;">EPC模式，完全由第三方獨(dú)立運(yùn)營收費(fèi)，甚至生活垃圾產(chǎn)業(yè)鏈上游的收集、運(yùn)輸?shù)纫矊?shí)現(xiàn)市場化。在生活垃圾處置過程中，政府為主體的角色將發(fā)生轉(zhuǎn)變，從當(dāng)前參與、監(jiān)管的角色轉(zhuǎn)變?yōu)閱我槐O(jiān)管角色，生活垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式也將呈現(xiàn)為全民參與+EPC模式。

通過統(tǒng)計(jì)和理論計(jì)算分析表明：分類后生活垃圾物理化學(xué)性質(zhì)變化較大，與分類前相比，水分含量降低 25百分點(diǎn)以上，熱值提升至8790~13810 kJ/kg ，容量下降為50 kg/m3，對(duì)垃圾焚燒發(fā)電整體有利，且產(chǎn)生的灰渣量進(jìn)一步減量約10百分點(diǎn)，現(xiàn)有工藝勢必要進(jìn)行適應(yīng)調(diào)整。

生活垃圾分類對(duì)現(xiàn)有焚燒發(fā)電企業(yè)影響較大，一方面使企業(yè)投入成本降低，另一方面熱值升高，噸垃圾發(fā)電量增加160~420 kW·h，可大幅提升項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，激發(fā)企業(yè)自主投資建設(shè)的積極性，有利于垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)的市場化運(yùn)營。

在政策層面，可依據(jù)焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要和市場化調(diào)節(jié)情況，適時(shí)調(diào)整補(bǔ)貼和稅收政策，同時(shí)可從生活垃圾處置的主角轉(zhuǎn)變成單一監(jiān)管角色。