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“十二五”“十三五”努力，我國城市生活垃圾無害化處理能力迅速提升，“垃圾圍城”問題基本得到解決。各大城市的生活垃圾焚燒處理設(shè)施處理總量日趨飽和，國家美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的快速推進，使生活垃圾焚燒處理的市場需求逐步從城市下沉到村鎮(zhèn)。然而，在我國的一些村鎮(zhèn)地區(qū)，生活垃圾日清運量不足300t，導致大規(guī)模生活垃圾焚燒處理設(shè)施建設(shè)、運營難度較大。因此，2020 年《城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施補短板強弱項實施方案》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[1]。這一政策的出臺，有效促進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。

當前，我國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”的引導下，小型焚燒處理設(shè)施成為未來的發(fā)展趨勢。經(jīng)國務(wù)院同意，國家發(fā)展改革委、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部、財政部、人民銀行等部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加強縣級地區(qū)生活垃圾焚燒處理設(shè)施建設(shè)的指導意見》（發(fā)改環(huán)資〔2022〕1746 號），明確了加快補齊縣級地區(qū)生活垃圾焚燒處理設(shè)施短板的重點任務(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)的生活垃圾處理問題，但是由于設(shè)備容量小、工況不易穩(wěn)定、運行維護缺乏規(guī)范等原因，處理過程中產(chǎn)生的“三廢”排放是否能穩(wěn)定達到相關(guān)排放標準仍存在一定的問題，其生產(chǎn)運營的可靠性、穩(wěn)定性及經(jīng)濟性仍缺乏大量數(shù)據(jù)的支撐。因此，對小型生活垃圾焚燒設(shè)施的研究具有顯著的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值，尤其對提升村鎮(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)施在運行維護、工藝改進、排放控制等方面的技術(shù)問題，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，通過對我國小型生活垃圾焚燒設(shè)施應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，尋找具有實際可操作性的對策，來提升我國小型生活垃圾焚燒設(shè)施應(yīng)用能力，以期助力雙碳目標實現(xiàn)。

3 小型生活垃圾焚燒設(shè)施的設(shè)計與工藝

3.1 設(shè)計要點

小型生活垃圾焚燒設(shè)施的設(shè)計要點包括燃料倉容量、燃燒器設(shè)計等多個方面。

3.1.1 燃料倉容量

在燃料倉容量方面，垃圾的種類和數(shù)量是首要考慮的問題。不同類型和數(shù)量的垃圾需要不同容量的料倉來儲存，因此設(shè)計垃圾焚燒設(shè)施時需要充分估算垃圾的種類和數(shù)量，合理確定燃料料倉的容量，以保證設(shè)施正常運作。

3.1.2 燃燒器設(shè)計

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、進風量等因素都會影響其燃燒效率。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程中加入適量的輔助燃料，通過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，從而達到更好的環(huán)保效果。

3.2 焚燒工藝的研究與改進

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。例如，在現(xiàn)代化的焚燒設(shè)施中，通常會選用先進的高溫燃燒技術(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，應(yīng)該考慮到設(shè)施的風阻、集氣系統(tǒng)、自動供料系統(tǒng)等方面的設(shè)計，以確保設(shè)施能夠高效地工作[3]。

為進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象，對其性能進行分析與評估。

4.1 焚燒設(shè)施機械性能和燃燒情況的分析與評估

由于該爐型采用逆推式機械爐排，因此每一運動爐排級與其運動方向垂直即橫向布置。整體爐排沿26°傾斜布置，單級爐排不分級、無落差。爐排尺寸比較緊湊，燃燒速率較順推式爐排要高15%～20%[4]。

爐排級由運動爐排組和固定爐排組橫向交替排列，運動方向與垃圾燃燒過程指向相反。運動爐排組固定在一個連續(xù)“Z”字形箱梁上，每一級中的運動爐排組都是由一套液壓驅(qū)動裝置驅(qū)動的整體運動，行程和運動速度可調(diào)。由于爐排傾角大，垃圾層有靠自重向前移動的傾向。當爐排逆向運動時，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。與此同時，燃燒區(qū)前部的一些灼熱層被推向干燥區(qū)內(nèi)直接參與干燥過程；同樣，燃燼區(qū)前部的一些灼熱層進入燃燒區(qū)，促進垃圾完全燃燒。運動爐排組正向返回時，因爐排前端突起的推動，幫助垃圾向前運動。爐排的往復運動可使垃圾料層實現(xiàn)小幅度的翻滾、攪拌和移動，實現(xiàn)垃圾的充分燃燒。

爐排末端設(shè)置有熔渣滾筒，可將爐渣拋進出渣機的落渣井，同時調(diào)節(jié)熔渣滾筒的轉(zhuǎn)動速度，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)過閥門和爐排進入垃圾料層。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 個面，分別起到對垃圾的攪動、反轉(zhuǎn)和逆向運動作用。背面前半部分設(shè)有肋片形成迷宮式通道，一次風進入爐內(nèi)之前，高速氣流繞流迷宮，對爐排進行高效冷卻。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特殊的彈簧膨脹裝置吸收。推料器由液壓缸驅(qū)動，通過安裝的輥筒與導向輥平穩(wěn)地移動，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行，行程與速度可調(diào)。

運行人員通過一套合理的操作方法控制燃燒過程，能夠確保爐膛溫度穩(wěn)定維持在900℃以上，鍋爐蒸發(fā)量日均值能夠達到設(shè)計標準，采取的措施主要有：配風優(yōu)化、定量喂料、定時啟停等。

4.2 煙氣排放的監(jiān)測與處理情況的分析與評估

該焚燒線的配套煙氣處理工藝為“SNCR+脫酸+活性炭+布袋除塵”，在引風機出口水平煙道上裝有煙氣在線監(jiān)測設(shè)備，采用氣體分析儀、煙塵檢測儀等設(shè)備對煙氣進行二氧化硫、氯化氫、氮氧化物、一氧化碳、煙塵濃度等指標的連續(xù)監(jiān)測[5]。我們通過手工取樣檢測驗證了數(shù)據(jù)的準確性，并確認該煙氣處理工藝凈化后的煙氣排放指標完全符合國家要求。

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，可通過生化+膜處理的方式進行處理，但同樣面臨成本高昂的問題。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 運營成本的分析與評估

通過對設(shè)施建設(shè)、設(shè)備維護、環(huán)保耗材用量等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)該焚燒線的運營成本對于目前的村鎮(zhèn)級垃圾處置來說仍然偏高，尤其是人工成本，約占總體運營成本的40%。因此，想在此套工藝基礎(chǔ)上推進小型生活垃圾焚燒設(shè)施落地，需要進一步提升焚燒線自動化水平，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)有工藝既能實現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)，又能達到國家環(huán)保排放要求，應(yīng)用前景廣闊，具有巨大潛能，但仍存在運營成本較大等亟待解決的問題。

5 小型生活垃圾焚燒設(shè)施應(yīng)用面臨的機遇

5.1 契合國家的生態(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填埋的方式，這種方式存在諸多問題，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題，它比傳統(tǒng)填埋方式更加具有環(huán)保意義。同時，垃圾焚燒的碳減排效果，對國家實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標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)處理方式所帶來的土地和經(jīng)濟方面的壓力。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)境帶來較大負面影響，為了滿足當代人的發(fā)展需要，對后代人的生存權(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)施進行處理，可以有效降低維持代際正義所需的成本，實現(xiàn)有限資源在不同代際間的合理分配與補償。

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，隨著國家鄉(xiāng)村振興事業(yè)的全面開展，全國各地的鄉(xiāng)村經(jīng)濟得到快速發(fā)展，村鎮(zhèn)居民的生活水平顯著提高，老百姓對品質(zhì)方面的需求也越來越多。小型生活垃圾焚燒設(shè)施能夠很好地解決經(jīng)濟社會發(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、嚴寒地區(qū)、特殊封閉區(qū)域等。在這些特殊環(huán)境中，對于垃圾處理的空間限制以及對土地的占用都有較高的要求。此時，對焚燒設(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)水平需進一步提升

小型生活垃圾焚燒設(shè)施突出的技術(shù)問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)，對設(shè)施的運行穩(wěn)定性和適用性也需進一步增強。甚至從技術(shù)角度看，能否實現(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)模式相對不成熟，可持續(xù)運營能力亟需提升。應(yīng)更加鼓勵技術(shù)能力強、運營管理水平高和信譽度良好的市場主體積極參與村鎮(zhèn)地區(qū)生活垃圾焚燒處理，推進垃圾治理商業(yè)模式整體創(chuàng)新；完善小型生活垃圾焚燒處理經(jīng)費保障制度，建立健全生活垃圾收費制度，落實第三方企業(yè)財稅優(yōu)惠政策等。促進提升小型生活垃圾焚燒設(shè)施建設(shè)運營市場化和專業(yè)化水平，帶動全國村鎮(zhèn)地區(qū)生活垃圾處理設(shè)施供給能力和商業(yè)模式全面進步。

6.3 經(jīng)濟性能需進一步提高

當前小型生活垃圾焚燒設(shè)施遇到的最大挑戰(zhàn)，當屬在各方面達標情況下如何解決經(jīng)濟性較差的問題。在不具備發(fā)電設(shè)施的情況下，對比德國、瑞典、日本等其他國家，我國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)濟收益的方式。例如，瑞典近100%的熱處理設(shè)施均對熱能進行循環(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)模百噸級別焚燒處理設(shè)施，幾乎都能實現(xiàn)供熱和發(fā)電雙重收益。為提高經(jīng)濟性能，需探索村鎮(zhèn)地區(qū)小型生活垃圾焚燒項目與市政供暖、農(nóng)業(yè)用熱等項目的銜接聯(lián)動方式，豐富余熱利用途徑，降低設(shè)施運營成本。

7 結(jié)語

本文的研究證明，針對當前國內(nèi)小型生活垃圾焚燒設(shè)施普遍存在的問題和局限性，對設(shè)施的改進、升級和應(yīng)用試點是十分必要的。目前小型生活垃圾焚燒設(shè)施的熱效率、排放標準等指標還有待提高。新興的低氮燃燒技術(shù)和超低排放技術(shù)以及利用先進的傳感器和控制技術(shù)實現(xiàn)設(shè)施自動化控制和智能化運行的人工智能技術(shù)，均是小型生活垃圾焚燒設(shè)施技術(shù)創(chuàng)新的重點方向。未來，小型生活垃圾焚燒設(shè)施的發(fā)展趨勢將朝著更加環(huán)保、高效、經(jīng)濟的方向發(fā)展。其發(fā)展需充分考慮經(jīng)濟性和社會可持續(xù)性之間的平衡，應(yīng)加強政策的制定和法規(guī)的落實，制定更為嚴格的環(huán)保標準，推動小型生活垃圾焚燒設(shè)施的規(guī)范化建設(shè)和運營。