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(jīng)過(guò)“十二五”“十三五”努力，我國(guó)城市生活垃圾無(wú)害化處理能力迅速提升，“垃圾圍城”問(wèn)題基本得到解決。各大城市的生活垃圾焚燒處理設(shè)施處理總量日趨飽和，國(guó)家美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的快速推進(jìn)，使生活垃圾焚燒處理的市場(chǎng)需求逐步從城市下沉到村鎮(zhèn)。然而，在我國(guó)的一些村鎮(zhèn)地區(qū)，生活垃圾日清運(yùn)量不足300t，導(dǎo)致大規(guī)模生活垃圾焚燒處理設(shè)施建設(shè)、運(yùn)營(yíng)難度較大。因此，2020 年《城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施補(bǔ)短板強(qiáng)弱項(xiàng)實(shí)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(shè)施試點(diǎn)[1]。這一政策的出臺(tái)，有效促進(jìn)了小型生活垃圾焚燒設(shè)施在更大范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用。

當(dāng)前，我國(guó)大中城市垃圾焚燒處理產(chǎn)能已經(jīng)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(dǎo)下，小型焚燒處理設(shè)施成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。經(jīng)國(guó)務(wù)院同意，國(guó)家發(fā)展改革委、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部、財(cái)政部、人民銀行等部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)縣級(jí)地區(qū)生活垃圾焚燒處理設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》（發(fā)改環(huán)資〔2022〕1746 號(hào)），明確了加快補(bǔ)齊縣級(jí)地區(qū)生活垃圾焚燒處理設(shè)施短板的重點(diǎn)任務(wù)和關(guān)鍵舉措，為小型生活垃圾焚燒設(shè)施的建設(shè)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(shè)施從工藝角度看能解決村鎮(zhèn)的生活垃圾處理問(wèn)題，但是由于設(shè)備容量小、工況不易穩(wěn)定、運(yùn)行維護(hù)缺乏規(guī)范等原因，處理過(guò)程中產(chǎn)生的“三廢”排放是否能穩(wěn)定達(dá)到相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)仍存在一定的問(wèn)題，其生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的可靠性、穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性仍缺乏大量數(shù)據(jù)的支撐。因此，對(duì)小型生活垃圾焚燒設(shè)施的研究具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值，尤其對(duì)提升村鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)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(guò)調(diào)查研究和數(shù)據(jù)分析等方法，研究小型生活垃圾焚燒設(shè)施在運(yùn)行維護(hù)、工藝改進(jìn)、排放控制等方面的技術(shù)問(wèn)題，為其在更大范圍內(nèi)推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐和參考依據(jù)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)我國(guó)小型生活垃圾焚燒設(shè)施應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，尋找具有實(shí)際可操作性的對(duì)策，來(lái)提升我國(guó)小型生活垃圾焚燒設(shè)施應(yīng)用能力，以期助力雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

3 小型生活垃圾焚燒設(shè)施的設(shè)計(jì)與工藝

3.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

小型生活垃圾焚燒設(shè)施的設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括燃料倉(cāng)容量、燃燒器設(shè)計(jì)等多個(gè)方面。

3.1.1 燃料倉(cāng)容量

在燃料倉(cāng)容量方面，垃圾的種類和數(shù)量是首要考慮的問(wèn)題。不同類型和數(shù)量的垃圾需要不同容量的料倉(cāng)來(lái)儲(chǔ)存，因此設(shè)計(jì)垃圾焚燒設(shè)施時(shí)需要充分估算垃圾的種類和數(shù)量，合理確定燃料料倉(cāng)的容量，以保證設(shè)施正常運(yùn)作。

3.1.2 燃燒器設(shè)計(jì)

燃燒器是生活垃圾焚燒設(shè)施中的關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計(jì)必須考慮到燃燒效率和環(huán)保因素。燃燒器的形狀、噴嘴設(shè)計(jì)、進(jìn)風(fēng)量等因素都會(huì)影響其燃燒效率。好的燃燒器還應(yīng)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(chǎn)生，可考慮在垃圾燃燒過(guò)程中加入適量的輔助燃料，通過(guò)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(dá)到更好的環(huán)保效果。

3.2 焚燒工藝的研究與改進(jìn)

在小型生活垃圾焚燒設(shè)施中，焚燒工藝是至關(guān)重要的一環(huán)。現(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(guān)注設(shè)施的整體結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部組件的選擇與設(shè)計(jì)。例如，在現(xiàn)代化的焚燒設(shè)施中，通常會(huì)選用先進(jìn)的高溫燃燒技術(shù)，這樣可以將垃圾完全燃燒并有效抑制二噁英的產(chǎn)生。同時(shí)，應(yīng)該考慮到設(shè)施的風(fēng)阻、集氣系統(tǒng)、自動(dòng)供料系統(tǒng)等方面的設(shè)計(jì)，以確保設(shè)施能夠高效地工作[3]。

為進(jìn)一步降低污染物排放量，在焚燒工藝的研究中，應(yīng)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(shè)備等，以減少污染物排放量。

為促進(jìn)資源回收，焚燒設(shè)施中還應(yīng)該增設(shè)爐渣分選裝置等，以便更好地回收有用的物質(zhì)。

4 小型生活垃圾焚燒設(shè)施的性能評(píng)估

小型生活垃圾焚燒設(shè)施主要有爐排爐、氣化爐和熱解爐3 種技術(shù)路線，現(xiàn)以150t/d 的爐排爐焚燒線為研究對(duì)象，對(duì)其性能進(jìn)行分析與評(píng)估。

4.1 焚燒設(shè)施機(jī)械性能和燃燒情況的分析與評(píng)估

由于該爐型采用逆推式機(jī)械爐排，因此每一運(yùn)動(dòng)爐排級(jí)與其運(yùn)動(dòng)方向垂直即橫向布置。整體爐排沿26°傾斜布置，單級(jí)爐排不分級(jí)、無(wú)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(jí)由運(yùn)動(dòng)爐排組和固定爐排組橫向交替排列，運(yùn)動(dòng)方向與垃圾燃燒過(guò)程指向相反。運(yùn)動(dòng)爐排組固定在一個(gè)連續(xù)“Z”字形箱梁上，每一級(jí)中的運(yùn)動(dòng)爐排組都是由一套液壓驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的整體運(yùn)動(dòng)，行程和運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)。由于爐排傾角大，垃圾層有靠自重向前移動(dòng)的傾向。當(dāng)爐排逆向運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(dòng)。與此同時(shí)，燃燒區(qū)前部的一些灼熱層被推向干燥區(qū)內(nèi)直接參與干燥過(guò)程；同樣，燃燼區(qū)前部的一些灼熱層進(jìn)入燃燒區(qū)，促進(jìn)垃圾完全燃燒。運(yùn)動(dòng)爐排組正向返回時(shí)，因爐排前端突起的推動(dòng)，幫助垃圾向前運(yùn)動(dòng)。爐排的往復(fù)運(yùn)動(dòng)可使垃圾料層實(shí)現(xiàn)小幅度的翻滾、攪拌和移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)垃圾的充分燃燒。

爐排末端設(shè)置有熔渣滾筒，可將爐渣拋進(jìn)出渣機(jī)的落渣井，同時(shí)調(diào)節(jié)熔渣滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，還可以調(diào)整爐排上料層的厚度。爐排下方設(shè)有落灰斗，斗壁上設(shè)置空氣調(diào)節(jié)閥門，燃燒空氣經(jīng)過(guò)閥門和爐排進(jìn)入垃圾料層。落灰斗出口處設(shè)置排灰閥。

爐排片前端特制了棱錐形凸起，形成3 個(gè)面，分別起到對(duì)垃圾的攪動(dòng)、反轉(zhuǎn)和逆向運(yùn)動(dòng)作用。背面前半部分設(shè)有肋片形成迷宮式通道，一次風(fēng)進(jìn)入爐內(nèi)之前，高速氣流繞流迷宮，對(duì)爐排進(jìn)行高效冷卻。爐排片較大，材質(zhì)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(guò)特殊的彈簧膨脹裝置吸收。推料器由液壓缸驅(qū)動(dòng)，通過(guò)安裝的輥筒與導(dǎo)向輥平穩(wěn)地移動(dòng)，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(yùn)行，行程與速度可調(diào)。

運(yùn)行人員通過(guò)一套合理的操作方法控制燃燒過(guò)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(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采取的措施主要有：配風(fēng)優(yōu)化、定量喂料、定時(shí)啟停等。

4.2 煙氣排放的監(jiān)測(cè)與處理情況的分析與評(píng)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(fēng)機(jī)出口水平煙道上裝有煙氣在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，采用氣體分析儀、煙塵檢測(cè)儀等設(shè)備對(duì)煙氣進(jìn)行二氧化硫、氯化氫、氮氧化物、一氧化碳、煙塵濃度等指標(biāo)的連續(xù)監(jiān)測(cè)[5]。我們通過(guò)手工取樣檢測(cè)驗(yàn)證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并確認(rèn)該煙氣處理工藝凈化后的煙氣排放指標(biāo)完全符合國(guó)家要求。

4.3 燃燒液體和固體產(chǎn)物的分析與處理

液體產(chǎn)物主要是垃圾滲濾液及生產(chǎn)區(qū)域的生活污水，可通過(guò)生化+膜處理的方式進(jìn)行處理，但同樣面臨成本高昂的問(wèn)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(chǎn)物的處理成本。固體產(chǎn)物中爐渣可進(jìn)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(jù)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(yùn)營(yíng)成本的分析與評(píng)估

通過(guò)對(duì)設(shè)施建設(shè)、設(shè)備維護(hù)、環(huán)保耗材用量等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)該焚燒線的運(yùn)營(yíng)成本對(duì)于目前的村鎮(zhèn)級(jí)垃圾處置來(lái)說(shuō)仍然偏高，尤其是人工成本，約占總體運(yùn)營(yíng)成本的40%。因此，想在此套工藝基礎(chǔ)上推進(jìn)小型生活垃圾焚燒設(shè)施落地，需要進(jìn)一步提升焚燒線自動(dòng)化水平，在確保安全生產(chǎn)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(shè)施從技術(shù)層面已能看到曙光，現(xiàn)有工藝既能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)，又能達(dá)到國(guó)家環(huán)保排放要求，應(yīng)用前景廣闊，具有巨大潛能，但仍存在運(yùn)營(yíng)成本較大等亟待解決的問(wèn)題。

5 小型生活垃圾焚燒設(shè)施應(yīng)用面臨的機(jī)遇

5.1 契合國(guó)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(guò)填埋的方式，這種方式存在諸多問(wèn)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(shè)施有效解決了這些問(wèn)題，它比傳統(tǒng)填埋方式更加具有環(huán)保意義。同時(shí)，垃圾焚燒的碳減排效果，對(duì)國(guó)家實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)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(shè)施，能夠減輕由于垃圾填埋等傳統(tǒng)處理方式所帶來(lái)的土地和經(jīng)濟(jì)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(lái)較大負(fù)面影響，為了滿足當(dāng)代人的發(fā)展需要，對(duì)后代人的生存權(quán)和發(fā)展權(quán)造成不利影響。在這種情況下，使用小型生活垃圾焚燒設(shè)施進(jìn)行處理，可以有效降低維持代際正義所需的成本，實(shí)現(xiàn)有限資源在不同代際間的合理分配與補(bǔ)償。

5.3 提升村鎮(zhèn)居民的生活品質(zhì)

小型生活垃圾焚燒設(shè)施的普及還有助于提高村鎮(zhèn)環(huán)境的整體質(zhì)量和居民的生活品質(zhì)。近年來(lái)，隨著國(guó)家鄉(xiāng)村振興事業(yè)的全面開展，全國(guó)各地的鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)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(duì)品質(zhì)方面的需求也越來(lái)越多。小型生活垃圾焚燒設(shè)施能夠很好地解決經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與垃圾處理之間的矛盾，改善村鎮(zhèn)人居環(huán)境質(zhì)量，提高村鎮(zhèn)居民生活品質(zhì)。

5.4 應(yīng)用范圍趨于廣泛

小型生活垃圾焚燒設(shè)施在一些特殊環(huán)境中的應(yīng)用也顯得格外重要，如海上平臺(tái)、嚴(yán)寒地區(qū)、特殊封閉區(qū)域等。在這些特殊環(huán)境中，對(duì)于垃圾處理的空間限制以及對(duì)土地的占用都有較高的要求。此時(shí)，對(duì)焚燒設(shè)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(shè)施應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

6.1 技術(shù)水平需進(jìn)一步提升

小型生活垃圾焚燒設(shè)施突出的技術(shù)問(wèn)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(wèn)題未妥善解決。此外，小型生活垃圾焚燒設(shè)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(duì)設(shè)施的運(yùn)行穩(wěn)定性和適用性也需進(jìn)一步增強(qiáng)。甚至從技術(shù)角度看，能否實(shí)現(xiàn)革命性的技術(shù)突破，成為小型生活垃圾焚燒設(shè)施應(yīng)用面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

6.2 商業(yè)模式需進(jìn)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(duì)不成熟，可持續(xù)運(yùn)營(yíng)能力亟需提升。應(yīng)更加鼓勵(lì)技術(shù)能力強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)管理水平高和信譽(yù)度良好的市場(chǎng)主體積極參與村鎮(zhèn)地區(qū)生活垃圾焚燒處理，推進(jìn)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(jīng)費(fèi)保障制度，建立健全生活垃圾收費(fèi)制度，落實(shí)第三方企業(yè)財(cái)稅優(yōu)惠政策等。促進(jìn)提升小型生活垃圾焚燒設(shè)施建設(shè)運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)化和專業(yè)化水平，帶動(dòng)全國(guó)村鎮(zhèn)地區(qū)生活垃圾處理設(shè)施供給能力和商業(yè)模式全面進(jìn)步。

6.3 經(jīng)濟(jì)性能需進(jìn)一步提高

當(dāng)前小型生活垃圾焚燒設(shè)施遇到的最大挑戰(zhàn)，當(dāng)屬在各方面達(dá)標(biāo)情況下如何解決經(jīng)濟(jì)性較差的問(wèn)題。在不具備發(fā)電設(shè)施的情況下，對(duì)比德國(guó)、瑞典、日本等其他國(guó)家，我國(guó)小型生活垃圾焚燒設(shè)施缺乏可以余熱利用、市政供暖等其他提高經(jīng)濟(jì)收益的方式。例如，瑞典近100%的熱處理設(shè)施均對(duì)熱能進(jìn)行循環(huán)再利用，小型垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施可以為附近地區(qū)提供廉價(jià)熱能；2020 年，日本各類垃圾焚燒處理設(shè)施1056 座，約738家焚燒廠有余熱利用設(shè)施，占比高達(dá)70%，規(guī)模越小（50t/d 以下），余熱利用越少，其余稍大規(guī)模百噸級(jí)別焚燒處理設(shè)施，幾乎都能實(shí)現(xiàn)供熱和發(fā)電雙重收益。為提高經(jīng)濟(jì)性能，需探索村鎮(zhèn)地區(qū)小型生活垃圾焚燒項(xiàng)目與市政供暖、農(nóng)業(yè)用熱等項(xiàng)目的銜接聯(lián)動(dòng)方式，豐富余熱利用途徑，降低設(shè)施運(yùn)營(yíng)成本。

7 結(jié)語(yǔ)

本文的研究證明，針對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)小型生活垃圾焚燒設(shè)施普遍存在的問(wèn)題和局限性，對(duì)設(shè)施的改進(jìn)、升級(jí)和應(yīng)用試點(diǎn)是十分必要的。目前小型生活垃圾焚燒設(shè)施的熱效率、排放標(biāo)準(zhǔn)等指標(biāo)還有待提高。新興的低氮燃燒技術(shù)和超低排放技術(shù)以及利用先進(jìn)的傳感器和控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)施自動(dòng)化控制和智能化運(yùn)行的人工智能技術(shù)，均是小型生活垃圾焚燒設(shè)施技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)方向。未來(lái)，小型生活垃圾焚燒設(shè)施的發(fā)展趨勢(shì)將朝著更加環(huán)保、高效、經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。其發(fā)展需充分考慮經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)可持續(xù)性之間的平衡，應(yīng)加強(qiáng)政策的制定和法規(guī)的落實(shí)，制定更為嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)小型生活垃圾焚燒設(shè)施的規(guī)范化建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。