垃圾焚烧技术的发展历史和应用现状

垃圾焚烧技术的发展历史及应用现状

关键词：垃圾；焚烧技术；发展历史；应用现状

一. 概述

固体废物焚烧处理就是将固体废物进行高温分解和深度氧化的处理过程。在燃烧过程中，具有强烈的放热效应，有基态和激发态自由基生成，并伴随着光辐射。由于焚烧法处理固体废物，具有减量化效果显著、无害化程度彻底等优点，焚烧处理早已成为城市生活垃圾和危险废物处理的基本方法，同时在对其他固体废物的处理中，也得到越来越广泛的应用。

随着科学技术的不断进步、环境保护盒安全要求的进一步提高，固体废物焚烧处理技术正向资源化、智能化、多功能、综合性方向发展。高温焚烧已发展成为一种应用最广、最有前途的生活垃圾和危险废物的处理方法之一。焚烧处理早已从过去的单纯处理废物，发展为集焚烧、发电、供热、环境美化等功能为一体的自动化控制、全天候运行的综合性系统工程。

二．焚烧技术的发展历史

焚烧技术作为一种以燃烧为手段的固体废物处理方法，其应用可以追溯到人类文明的早期，但焚烧作为一种处理生活垃圾的专用技术，其发展与其他垃圾处理方法相比要短得多，大致经历了三个阶段：萌芽阶段、发展阶段和成熟阶段。

对生活垃圾和危险废物进行焚烧处理，始于19世纪中后期。当时主要是为了公共卫生和安全，焚毁传染病疫区可能带有诸如霍乱、伤寒、疟疾、等传染性病毒居然病菌的垃圾，以控制这些对人体健康有巨大危险的传染性疾病的扩散和传播。在某种意义上讲，这是世界上最早出现的危险废物和生活垃圾焚烧处理工程。最早的垃圾焚烧炉是 1874 年在英国Nottingham市场造的平炉。1885 年美国纽约、1896 年德国汉堡以及 1898 年法国巴黎先后建立了世界上较早的生活垃圾焚烧厂。由于技术原始和垃圾中可燃物的比例较低，在焚烧过程中产生的浓烟和臭味对环境的二次污染相当严重，直到 20 世纪60 年代垃圾焚烧并没有成为主要的垃圾处理方法。

但在些期间，垃圾焚烧技术得到了相当的改变，其炉排、炉膛等方面的技术逐渐有了现在的形式。德国威斯巴登市于 1902 年建造了第一座立式焚烧炉的垃圾焚烧厂，此后在欧洲各国又出现了各种改进型的立式焚烧炉。与此同时，随着燃煤技术的发展，焚烧炉从固定炉排到机械炉排，从自然通风到机械供风，人们先后开发和应用了阶梯式炉排、倾斜炉排和链条排以及转筒式垃圾焚烧炉。

从 20 世纪 60 年代开始，世界发达国家的垃圾焚烧技术已初具现代化，出现了连续运行的大型机械化炉排和由机械除尘、静电除尘和洗涤等技术构成的较

高效率的烟气净化系统。焚烧炉炉型向多样化、自动化方向发展，焚烧效率和污染治理水平也进一步提高。到 20世纪 70 年代，能源危机引起人们对垃圾能量的兴趣。随着人们生活水平的提高，生活垃圾中可燃物、易燃物的含量大幅度增长，提高了生活垃圾的热值，为这些国家应用和发展生活垃圾焚烧技术提供了先决条件。这一时期垃圾焚烧技术主要以炉排炉、流化床和旋转窑式焚烧炉为代表。进入 20世纪 90 年代生产，随着人们对垃圾焚烧废气中的有害物质，特别是二恶英、呋喃等给人体健康造成危害的进一步认识，各国对新建垃圾焚烧厂开始持慎重态度，并注意焚烧废气排放控制及污染治理研究。

三、焚烧技术的应用现状

相对来说，垃圾焚烧技术在国外是一种处理生活垃圾的成熟技术，已经成为许多发达国家处理城市生活垃圾的主要方式。在国土资源相对紧张的瑞士、法国和新加坡等国焚烧的比例也都已接近或超过填埋。目前垃圾焚烧技术以日本和欧美等发达国家最具代表性。

我国对生活垃圾和危险废物焚烧技术的研究和应用开始于20世纪80年代，虽然受技术、经济、垃圾性质等因素，起步较晚，但发展却非常迅速。目前全国主要城市均已建设了生活垃圾焚烧处理场。许多小城镇、医院等，也建有相应的固体废物焚烧处理设施。现在我国生活垃圾虽然仍以卫生填埋为主，但生活垃圾的焚烧处理，呈现快速增长的良好发展势头。目前，北京、上海、广州、深圳、厦门、北海、沈阳等城市已经或正在引进国外先进技术和设备建设大型垃圾焚烧厂，另有许多中小城市也把建设垃圾焚烧厂提到了议事日程。

上海引进法国先进的焚烧工艺建造上海浦东垃圾焚烧厂,日处理生活垃圾1000t,工程总投资 6.7 亿元。上海浦东垃圾焚烧厂是我国目前水平较高的现代化垃圾焚烧厂。焚烧厂的主要焚烧设备采用倾斜往复阶梯式机械炉，配置有三条生产线，两套 8500KW 的汽轮发电机组。此外，上海御桥日处理 1500t 的垃圾焚烧厂也已经建成，并投入运行。

我国在引进国外先进焚烧工艺和焚烧设备同时，也在进行技术国产化的科技攻关。“八五”期间“城市生活垃圾焚烧处理技术”被列为国家科技攻关项目。目前我国的相关研发和制造单位在借鉴发达国家成功经验的基础上，正努力研制国产化的生活垃圾焚烧技术和设备。

同发达国家相比，我国垃圾焚烧技术刚刚起步，目前还远远不能满足日益增长的需要，制约我国推广垃圾焚烧技术的主要因素有：

①大部分城市的生活垃圾的低位热值较低，不能达到自燃的要求；

②城市生活垃圾中灰渣含量较高，制约了焚烧减量化效益的发挥；

③国内尚未系统掌握垃圾焚烧技术，在建设与运行中均缺乏可靠的技术支持；

④现代化垃圾焚烧属高成本技术，建设筹资难度较大。

四、垃圾焚烧技术的特点

垃圾焚烧技术经历了一百多年的发展过程，己日臻完善并得到了广泛的应

用。目前通用的垃圾焚烧炉主要有炉排式、流化床式和旋转窑式焚烧炉。在焚烧炉设备的技术细节方面，国外大量垃圾焚烧经验表明：对于生活垃圾而言，机械断排焚烧炉与流化床焚烧炉均具有较好的适应性；而对于危险废物，回转窑焚烧炉适应性更强。焚烧法具有许多独特的优点：

①无害化垃圾经焚烧处理后，垃圾中的病原体被彻底消灭，燃烧过程中产生的有害气体和烟尘经处理后达到排放要求；

②减量化经过焚烧，垃圾中的可燃成分被高温分解后，一般可减重 80%、减容90%以上，可节约大量填埋场占地；

③资源化垃圾焚烧所产生的高温烟气，其热能被废热锅炉转变成蒸汽，用来供热或发电，垃圾被作为能源来利用，还可回收铁磁性金属等资源；

④经济性垃圾焚烧厂占地面积小，尾气经净化处理后污染较小，可以靠近市区建厂，既节约用地又缩短了垃圾的运输距离，随着对垃圾填埋的环境措施要求的提高，焚烧法的操作费用可望低于填埋法；

⑤实用性焚烧处理可全天候操作，不易受天气影响。

这里需要强调的一点是垃圾焚烧技术远非完善，主要表现在：

①目前焚烧炉渣的热灼减率一般为 3%-5%，尚有潜力可挖；

②气相中也残留有少量以 CO 为代表的可燃组分；

③气相不完全燃烧为高毒性有机物（二恶英为代表）的再合成提供了潜在条件；

④未燃尽有机质和不均匀的品相条件使灰渣中有害物质再溶出不能完全避免；

⑤垃圾焚烧的经济性有资源化仍有改善的余地。

五、焚烧技术的发展前景

（1）可再生能源政策将促进垃圾焚烧技术的应用

根据《可再生能源法》，可再生能源发电价格实行政府定价和政府指导价（政府指导价即通过招标确定的中标价格）两种形式。可再生能源发电价格高于当地脱硫燃煤机组标杆上网电价的差额部分，在全国省级及以上电网销售电量中分摊。生物质发电项目上网电价实行政府定价的，由国务院价格主管部门分地区制定标杆电价，电价标准由各省（自治区、直辖市）2005年脱硫燃煤机组标杆上网电价加补贴电价组成。补贴电价标准为每千瓦时0.25元。

浙江省2000年及以后投产的垃圾发电厂上网电价为每千瓦时0.5463元，而广东省垃圾发电厂上网电价均为每千瓦时0.55元。按照国家发改委颁布的《可再生能源发电价格及费用分摊管理暂行办法》规定，浙、粤两地2006年起新核准建设的垃圾发电厂，上网电价应分别为每千瓦时0.666元和0.689元。由此可见，优惠的上网电价将进一步促进我国垃圾焚烧处理技术的应用发展。

（2）新建垃圾焚烧厂将以大、中规模焚烧厂为主

垃圾焚烧技术较复杂、投资大，技术应用的门槛较高。不仅需要以经济基础为支撑，还必须满足垃圾中可燃成分比重大、热值较高的属性，而且必须有一定的规模，使垃圾焚烧的余热具有较好的发电效益才能保障垃圾焚烧厂的顺利运营。

因而，我国大中城市新建的垃圾焚烧厂的处理规模常在800～1000t/d，焚烧厂多为配置2～3台焚烧炉，单台焚烧炉的规模常在200～350t/d，受政策影响，焚烧炉的发展有大型化趋势。

（3）炉排炉与流化床炉平分秋色，小型焚烧炉市场逐渐减小

发达国家的生活垃圾焚烧炉主要采用机械炉排炉，其技术成熟，运营稳定。我国经济实力较强的大城市如上海、北京、青岛、天津、南京、成都等，其垃圾产生量巨大，对环境要求高，将主要考虑采用进口炉排炉焚烧技术。目前国产炉排炉技术的大型化发展趋势已经体现，可以预见在“十一五”期间，国内单炉为：300～500t/d规模的炉排炉成套设备的研发是科研的重点，其研制成功将大大降低焚烧厂的建设成本，促进我国炉排炉技术的应用和普及。

对于内陆城市和经济较发达地区，流化床的国产化技术、价格优势以及掺煤获得的经济效益，仍将具有较大的吸引力。

因而，在未来几年内，我国的垃圾焚烧市场上，炉排炉与流化床仍将为共占市场的局面。小型焚烧炉的烟气处理工艺相对简单，难以达到严格的环保标准，目前这些小型焚烧炉的运转状况或多或少存在一定问题。从发展的角度看，这种小规模焚烧炉的市场份额将逐步减少。

（4）近期垃圾焚烧的余热利用将仍以发电为主

垃圾焚烧的余热利用主要有三种方式：发电、供热和热电联产。受我国可再生能源的影响，优惠的电价使发电成为我国垃圾焚烧厂热能利用的单一方式。而在国外发达国家，利用垃圾焚烧热能的方式多种多样，如供应工业用蒸汽、服务于温水浴室、游泳馆、热带植物园等。日本的北海道还利用焚烧余热清除道路积雪。

在蒸汽参数方面，通常垃圾焚烧厂的余热锅炉蒸汽参数为中温（4MPa/400℃）。若提高蒸汽参数将有助于提高余热利用效率，提升发电量，增加垃圾焚烧厂的收益，但同时也会加剧余热锅炉材料的腐蚀，缩短设备使用寿命，增加折旧成本。目前，广州李坑垃圾焚烧厂和中山垃圾焚烧厂采用三菱重工焚烧炉，尝试使用次高温高压余热锅炉蒸汽参数（6MPa/450℃）。采用次高温高压参数的经济性和对我国国情的适应性目前还在探索中。

在流化床技术中，已有厂商开始采用“外置过热器”技术，其优点在于：杜绝金属酸性腐蚀，延长设备使用寿命与设备运行时间；提高蒸汽温度，增加发电效率；提高换热效率，降低金属耗量。

（5）烟气处理工艺中干法的比例会有所增加

垃圾焚烧的烟气中含有大量的酸性气体，通常的处理方法有三种，即干法、湿法和半干法。干法工艺简单，投资省，运营费用低，但污染物去除率相对较低；湿法工艺复杂，投资高，运营费用高，污染物去除率高，但有废水需要处理；半干法则介于干法和湿法之间，工艺处理效果较干法好，投资较湿法低。因而，2000

年发布的《城市生活垃圾处理及污染防治技术政策》中明确指出：“烟气处理宜采用半干法加布袋除尘工艺”。

随着技术的进步与发展，干法工艺也在提升和进步（如石灰粒度更细化、石灰喷射装置更优化等）。目前，干法工艺的处理效果有显著提高，在国外的应用有所增加。如日本东京都焚烧厂的烟气处理均采用湿法处理工艺；东京都以外的焚烧厂烟气处理主要采用干法处理工艺。

（6）对二恶英的控制逐渐加强

垃圾焚烧会产生二恶英已众所周知，其危害也备受关注。然而，通过合理的工程技术手段能够显著控制垃圾焚烧炉的二恶英排放量。2005年德国环境部一份研究报告表明，1990年德国二恶英排放总量约为1200g，其中由垃圾焚烧产生的约400g，占1/3；通过对二恶英的控制，到2000年，德国二恶英排放总量已减至低于70g，其中由垃圾焚烧产生的不足0.5g，占不到1/100，这表明垃圾焚烧已经不是二恶英排放的主要产生源。根据美国环保局的统计，美国生活垃圾焚烧厂的二恶英排放量从1987年的1000g下降到2002年的12g，而2004年美国庭院垃圾露天焚烧产生的二恶英排放量达600g。1997年全日本的二恶英排放量约8000g，其中垃圾焚烧占了98%，经过努力，2004年全日本的二恶英排放量仅为350g，这说明二恶英的产生是可以控制的。

二恶英的控制主要是通过完善垃圾焚烧系统来实现，达到促进垃圾完全、稳定燃烧，减少燃烧区的烟尘沉积。此外，据国外研究，二恶英的生成需要铜化合物一类的催化剂，通过添加氨水、尿素等抑制剂也能减少二恶英的生成。在烟气处理系统中增加活性炭吸附工序，能有效地减少二恶英的排放，该方式成本低、易操作，已开始广泛应用于我国的垃圾焚烧厂建设中。

（7）垃圾焚烧厂建设融资模式多元化

我国传统的垃圾处理设施是“政府投资建设，事业单位运营”。这种模式对于卫生填埋等技术水平相对较低的方式较为适用。对于垃圾焚烧项目，地方政府通常受技术水平和人才资源的限制，难以自建自管。因此，部分城市采用了“政府投资建设，招标或委托企业运营”的地区，取得了较好的效果。

近年来，随着产业化政策的推广和国家投融资体制的改革，大量民营资本进入到垃圾焚烧处理领域，“企业实行特许经营（BOT模式）”的方式广为应用。采用BOT模式有助于推动垃圾焚烧项目的建设进程，提高运作效率，引进技术、人才及现代化管理水平，有诸多有利方面，只是这一切需要政府买单。考虑到企业投资是以利益最大化为基本目的，企业投资不仅要考虑收回投资，还需要考虑利润和缴纳税费，因而从经济角度看，政府采用BOT方式需要支付更多的成本。

我国垃圾焚烧厂采用BOT模式也存在一些问题，如：1）夸大处理规模和装机容量，以充分利用国家允许的20%加煤量政策，争取更多的发电量和发电收益；2）运营商在实际运营中也会增加辅助燃料的用量；3）在财务评价分析中，通过加大上网电量收入，名义上降低政府处理费补贴；4）模糊边界条件，如飞灰处

理、渗滤液处理等；5）通过加大单位处理投资规模，资本金分批到位，减少实际资本金投入等。

可以预见，我国垃圾焚烧项目的建设模式还将进一步多元化，会有更多的民营资本，通过更灵活的融资形式进入该领域，其中特许经营模式将逐渐增多，甚至成为主导。在这一趋势下，政府加强对BOT项目的监管显得尤为重要，政府应督促垃圾焚烧厂按要求实实在在地处理垃圾，严格控制烟气、污水及灰渣的处理。

（8）垃圾焚烧相关标准法规进一步完善

随着垃圾焚烧技术应用的发展，我国相关的标准法规建设也在逐步完善，国家已经颁布的标准有《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GBl8485—2001）、《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》（CJJ90—2002)、《城市生活垃圾焚烧处理工程项目建设标准》，其中后两项标准已在修编。目前，《城市生活垃圾焚烧厂评价标准》也已经开始编制。

综合近年来生活垃圾焚烧技术的发展过程，将来的垃圾焚烧技术将会向自我完善、多功能化、资源化和智能化发展。焚烧设备构造的不断改进，废气处理新技术的广泛应用，提高节能化，低故障率和高运转率，实现真正意义上的自动化控制。在今后很长一段时间内，发展生活垃圾焚烧技术的有利因素将依然存在，同时垃圾焚烧管理与经营的集约化程度较高，比较适宜民营化运行，因此垃圾焚烧技术在全球范围内仍持有较大的发展空间。

参考文献

[1] 徐文龙，刘晶昊. 我国垃圾焚烧技术现状及发展预测. 2007.12.

[2] 宁平主编. 固体废物处理与处置. 高等教育出版社. 2007.1