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中美城市生活垃圾焚烧处置现状和发展趋势
发布时间:2017.08.19  浏览次数:
 
中美城市生活垃圾焚烧处置现状和发展趋势
摘要:城市生活垃圾管理和处置是当前各国政府面临的共同挑战。为了解中国和美国垃圾焚烧处置现状和发展趋势,对两国垃圾产量、处置技术结构,焚烧技术应用、焚烧过程二恶英排放进行了调查和比较研究。按照美国经济水平,中国垃圾产量将达5亿吨,需加强垃圾无害化处置能力建设,尤其垃圾分类和综合利用。中国垃圾焚烧技术将得到更大地推广,需更严格控制二恶英排放,实现低于0.1 ng I-TEQ/Nm3。通过焚烧实现垃圾能源化利用,具有碳减排效果,中国垃圾焚烧碳减排量约为102万吨。

关键词:生活垃圾、焚烧、二恶英排放、碳减排

城市生活垃圾无害化处置和资源化利用是各国政府面临的共同挑战,也是实现循环经济的关键。为正确了解中国和美国在垃圾处置,尤其是焚烧处置技术应用现状和发展趋势,本文对两国垃圾产量、垃圾处置技术格局、焚烧处置技术应用、焚烧过程二恶英排放及碳减排效果进行了深入调查和计算。

1、垃圾产量

图1显示了中国和美国垃圾产量的变化,从图中得到1990~2005年中国和美国生活垃圾的增长显著。1990年美国垃圾产量为20830万吨,但2005年增加到25270万吨,增加了21.3%;中国垃圾产量也从6767万吨增加到了15576万吨,增长率为130%。2006年后,中美生活垃圾增长量均不明显,美国生活垃圾产量出现了一个无规律的波动,中国小幅增长(6.5%)。2010年美国垃圾产量为2.50亿吨,中国为1.58亿吨,美国是中国的1.58倍。同时2010年美国人均垃圾产量为2.01 kg/(人·日),中国城市人口为6.91亿,即中国人均垃圾产量为0.63 kg/(人·日),认为中国达到美国经济水平时垃圾产量将超过5亿吨。目前中国统计的垃圾产量实际是指城市生活垃圾清运量,是除去废纸、饮料瓶等“废品”后的剩余垃圾量,这和美国的垃圾概念存在一定差异。比较中美垃圾产量现状后,可以清晰地得到中国必须加强生活垃圾的科学管理、无害化能力建设,以面对随着经济发展垃圾产量的快速增长,解决环境污染和垃圾“围城”问题。

图1 中美城市生活垃圾产生量

2、垃圾处置技术


   每个国家和地区都会根据自身情况发展垃圾处置技术。垃圾处置技术主要有回收、堆肥、填埋和焚烧,但中国对“废品”回收没有官方统计数据,中美垃圾处置情况如图2。1990~2005年,美国呈现出填埋比例降低,回收和堆肥的比例增加,同时焚烧比例基本不变;同时在2006年后几种技术的应用维持相对稳定。2003~2010年,中国垃圾处置技术应用出现了较明显的变化,表现为焚烧技术比例显著增加,堆肥技术的应用迅速萎缩,同时填埋技术比例小幅减少。2010年焚烧技术在美国垃圾处置比例占到了11.7%,在中国垃圾处置比例为19.2%,但中国垃圾无害化率仅为77.9%,仍有20%的垃圾处于无序管理状态。同时根据根据《“十二五”城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》,到2015年,全国城镇生活垃圾焚烧处理设施能力达到无害化处理总能力的35%以上,据此计算全国将新建超过210座1000吨/日处理量规模的垃圾焚烧厂。中国垃圾处置技术应用的发展由自身国情和经济发展水平决定的,由过去的填埋占绝对,到现在以及未来很长时期内以填埋为主、焚烧技术快速发展,再到将来的垃圾综合利用得到发展,形成垃圾综合利用、焚烧和填埋垃圾梯级处置的稳定结构。

美国建立了完善的垃圾分类和回收系统,2010年美国电池回收率达到了96.2%,废纸回收率为71.6%,各种金属的回收率也达到了35.1%,塑料的回收相对较低为8.2%。有资料报道中国2010年废纸回收量3725万吨,废纸回收率达到了40.8%。中国需要加强生活垃圾的分类、回收和统计工作,提高垃圾资源化利用率。当前包括北京、上海、广州和杭州在内的数个城市开始重视和推广垃圾分类工作,进行了试点。垃圾分类收集是规范垃圾回收,提高垃圾资源化利用的基础和关键。


图2 中美垃圾处置技术应用(a, 美国;b, 中国)

3、垃圾焚烧技术应用及重点污染物减排

3.1 垃圾焚烧技术应用

美国垃圾热值从上世纪90s年代的10000 kj/kg上升到了13000 kj/kg,而中国垃圾年均热值在5000~6000 kj/kg,所以美国垃圾相对中国具有更大的能源化价值和潜力。到2010年美国运行的垃圾焚烧厂共有87家,主要分布在东部和西部州,其中纽约州最多,达到了10家。统计得到单厂的平均焚烧量为1075 t/d,单台炉平均处理量为418 t/d;装机量为2583MW,单位垃圾平均发电量为699 kwh/t;也有部分焚烧炉热量用于产蒸汽供热。美国垃圾焚烧厂处置规模情况可详见表1。到2010年,中国垃圾焚烧厂数量为104家,主要分布在沿海各省,尤其是浙江(22家)和广东(16家)最多。这和美国垃圾焚烧厂分布相似,垃圾焚烧厂主要分布在经济发达、人口密集地区,这是由焚烧技术占地少、处置成本相对高决定的。中国垃圾焚烧厂单厂平均处理量为816吨/日,最大处理量为1500吨/日。中国垃圾发电量在250~300 kwh/t水平,由于中国垃圾热值仅为美国垃圾热值的一半左右,所以垃圾热发电效率相当(~20%)。美国垃圾焚烧发电厂运行的三大公司是Covanta Energy、Wheelabrator Technologies和Veolia ES Waste-to-Energy Inc.。中国垃圾焚烧厂运行公司都具有一定的地域背景。美国垃圾焚烧炉技术主要是炉排炉技术,有80家垃圾焚烧厂采用了炉排炉技术。炉排炉技术相对成熟,有多家技术提供商,主要是Martin, Von Roll和Keppel-Seghers。同时美国有15家焚烧厂使用了垃圾衍生燃料作为焚烧炉燃料(DRF)。中国垃圾焚烧炉技术主要有流化床和炉排炉,流化床技术为国内自有技术,炉排炉技术主要引进国外技术和设备。根据统计,中国运行的垃圾焚烧厂中采用流化床技术的焚烧发电厂有47座,合计处理能力为4.0万吨/日,发电装机容量超过1000MW;采用炉排炉技术的焚烧发电厂有49座,合计处理能力为4.24万吨/日,发电装机容量超过700MW;其余少部分为热解炉和回转窑炉。流化床焚烧炉具有较好的垃圾适应性,在热值不足时可添加辅助燃料,在热值符合要求时停止使用,调节零活。中国垃圾焚烧炉烟气净化系统主要采用半干法+活性炭喷射+布袋,而美国垃圾焚烧炉烟气净化系统为非选择性催化(SNCR)+半干法+活性碳喷射+布袋,SNCR在美国垃圾焚烧炉上的应用比例达到了57.5%,布袋的应用比例为83.9%。

表1 美国垃圾焚烧厂处理规模情况

单厂规模, t/d

≤400

>400

≤800

>800

≤1200

>1200

≤1600

>1600

厂数

20

26

10

9

22

厂数比例, %

23

29.9

11.5

10.3

25.3


最小

最大

平均

中值


单厂规模, t/d

10

3000

1075

750


比较中美垃圾焚烧技术应用得到,相对于美国炉排炉一家独大,中国根据国内垃圾特点形成了流化床和炉排炉鼎力的市场布局。今后中国不仅要在焚烧技术上加强提升外,还需要进行垃圾源头控制及提质工作,包括垃圾分类、干化、预处理及RDF制备等,提高入炉垃圾燃料品位。烟气净化系统将在现有半干法+活性炭喷射+布袋的基础上,发展SNCR及SCR脱硝技术。