小型生活垃圾焚烧设施的应用与展望

汪嘉涛，石锵锵，金宇慧

［1.杭州绿能环保发电有限公司，浙江 杭州 310000；2.中节能（象山）环保能源有限公司，浙江 宁波 315000］

0 引言

经过“十二五”“十三五”努力，我国城市生活垃圾无害化处理能力迅速提升，“垃圾围城”问题基本得到解决。各大城市的生活垃圾焚烧处理设施处理总量日趋饱和，国家美丽乡村建设的快速推进，使生活垃圾焚烧处理的市场需求逐步从城市下沉到村镇。然而，在我国的一些村镇地区，生活垃圾日清运量不足300t，导致大规模生活垃圾焚烧处理设施建设、运营难度较大。因此，2020 年《城镇生活垃圾分类和处理设施补短板强弱项实施方案》中明确指出在这些地区探索开展小型生活垃圾焚烧设施试点[1]。这一政策的出台，有效促进了小型生活垃圾焚烧设施在更大范围内的推广应用。

当前，我国大中城市垃圾焚烧处理产能已经基本饱和，但县域垃圾处理存在较大短板。在原生垃圾“零填埋”的引导下，小型焚烧处理设施成为未来的发展趋势。经国务院同意，国家发展改革委、住房和城乡建设部、生态环境部、财政部、人民银行等部门联合印发《关于加强县级地区生活垃圾焚烧处理设施建设的指导意见》（发改环资〔2022〕1746 号），明确了加快补齐县级地区生活垃圾焚烧处理设施短板的重点任务和关键举措，为小型生活垃圾焚烧设施的建设指明了发展方向[2]。

1 研究意义

虽然小型生活垃圾焚烧设施从工艺角度看能解决村镇的生活垃圾处理问题，但是由于设备容量小、工况不易稳定、运行维护缺乏规范等原因，处理过程中产生的“三废”排放是否能稳定达到相关排放标准仍存在一定的问题，其生产运营的可靠性、稳定性及经济性仍缺乏大量数据的支撑。因此，对小型生活垃圾焚烧设施的研究具有显著的现实意义和应用价值，尤其对提升村镇生态环境质量和环境治理能力具有十分重要的意义。

2 研究思路

本文将通过调查研究和数据分析等方法，研究小型生活垃圾焚烧设施在运行维护、工艺改进、排放控制等方面的技术问题，为其在更大范围内推广应用提供技术支撑和参考依据。同时，通过对我国小型生活垃圾焚烧设施应用现状的分析，寻找具有实际可操作性的对策，来提升我国小型生活垃圾焚烧设施应用能力，以期助力双碳目标实现。

3 小型生活垃圾焚烧设施的设计与工艺

3.1 设计要点

小型生活垃圾焚烧设施的设计要点包括燃料仓容量、燃烧器设计等多个方面。

3.1.1 燃料仓容量

在燃料仓容量方面，垃圾的种类和数量是首要考虑的问题。不同类型和数量的垃圾需要不同容量的料仓来储存，因此设计垃圾焚烧设施时需要充分估算垃圾的种类和数量，合理确定燃料料仓的容量，以保证设施正常运作。

3.1.2 燃烧器设计

燃烧器是生活垃圾焚烧设施中的关键部件之一，其设计必须考虑到燃烧效率和环保因素。燃烧器的形状、喷嘴设计、进风量等因素都会影响其燃烧效率。好的燃烧器还应尽量减少烟尘排放，降低环境污染。

为了减少炉渣和飞灰的产生，可考虑在垃圾燃烧过程中加入适量的辅助燃料，通过合理的燃料配比和加入氧化剂等手段，可以提高垃圾的可燃性和燃烧效率，从而达到更好的环保效果。

3.2 焚烧工艺的研究与改进

在小型生活垃圾焚烧设施中，焚烧工艺是至关重要的一环。现代化的焚烧工艺可以有效提高焚烧能力、降低污染物排放量、有益于资源回收。

在焚烧工艺的研究中，需要关注设施的整体结构以及内部组件的选择与设计。例如，在现代化的焚烧设施中，通常会选用先进的高温燃烧技术，这样可以将垃圾完全燃烧并有效抑制二噁英的产生。同时，应该考虑到设施的风阻、集气系统、自动供料系统等方面的设计，以确保设施能够高效地工作[3]。

为进一步降低污染物排放量，在焚烧工艺的研究中，应更多考虑环保方面的因素，例如增加二次污染物处理装置，如废气处理装置、废水处理设备等，以减少污染物排放量。

为促进资源回收，焚烧设施中还应该增设炉渣分选装置等，以便更好地回收有用的物质。

4 小型生活垃圾焚烧设施的性能评估

小型生活垃圾焚烧设施主要有炉排炉、气化炉和热解炉3 种技术路线，现以150t/d 的炉排炉焚烧线为研究对象，对其性能进行分析与评估。

4.1 焚烧设施机械性能和燃烧情况的分析与评估

由于该炉型采用逆推式机械炉排，因此每一运动炉排级与其运动方向垂直即横向布置。整体炉排沿26°倾斜布置，单级炉排不分级、无落差。炉排尺寸比较紧凑，燃烧速率较顺推式炉排要高15%～20%[4]。

炉排级由运动炉排组和固定炉排组横向交替排列，运动方向与垃圾燃烧过程指向相反。运动炉排组固定在一个连续“Z”字形箱梁上，每一级中的运动炉排组都是由一套液压驱动装置驱动的整体运动，行程和运动速度可调。由于炉排倾角大，垃圾层有靠自重向前移动的倾向。当炉排逆向运动时，将垃圾层底部的垃圾反向推到垃圾层表面，使垃圾得到搅拌和翻动。与此同时，燃烧区前部的一些灼热层被推向干燥区内直接参与干燥过程；同样，燃烬区前部的一些灼热层进入燃烧区，促进垃圾完全燃烧。运动炉排组正向返回时，因炉排前端突起的推动，帮助垃圾向前运动。炉排的往复运动可使垃圾料层实现小幅度的翻滚、搅拌和移动，实现垃圾的充分燃烧。

炉排末端设置有熔渣滚筒，可将炉渣抛进出渣机的落渣井，同时调节熔渣滚筒的转动速度，还可以调整炉排上料层的厚度。炉排下方设有落灰斗，斗壁上设置空气调节阀门，燃烧空气经过阀门和炉排进入垃圾料层。落灰斗出口处设置排灰阀。

炉排片前端特制了棱锥形凸起，形成3 个面，分别起到对垃圾的搅动、反转和逆向运动作用。背面前半部分设有肋片形成迷宫式通道，一次风进入炉内之前，高速气流绕流迷宫，对炉排进行高效冷却。炉排片较大，材质采用耐热合金钢。炉排组由横向上的炉排片组装而成，贴临接触，沿横向的热膨胀是通过特殊的弹簧膨胀装置吸收。推料器由液压缸驱动，通过安装的辊筒与导向辊平稳地移动，其前端垂直面由装有耐热金属块以吸收热膨胀。左右两组推料器同步运行，行程与速度可调。

运行人员通过一套合理的操作方法控制燃烧过程，能够确保炉膛温度稳定维持在900℃以上，锅炉蒸发量日均值能够达到设计标准，采取的措施主要有：配风优化、定量喂料、定时启停等。

4.2 烟气排放的监测与处理情况的分析与评估

该焚烧线的配套烟气处理工艺为“SNCR+脱酸+活性炭+布袋除尘”，在引风机出口水平烟道上装有烟气在线监测设备，采用气体分析仪、烟尘检测仪等设备对烟气进行二氧化硫、氯化氢、氮氧化物、一氧化碳、烟尘浓度等指标的连续监测[5]。我们通过手工取样检测验证了数据的准确性，并确认该烟气处理工艺净化后的烟气排放指标完全符合国家要求。

4.3 燃烧液体和固体产物的分析与处理

液体产物主要是垃圾渗滤液及生产区域的生活污水，可通过生化+膜处理的方式进行处理，但同样面临成本高昂的问题。因此，可采用污水回喷或垃圾直接入炉燃烧的方式降低液体产物的处理成本。固体产物中炉渣可进行综合利用，已有成熟的处理方式。飞灰属于危废，其处理方式可根据边界条件选择固化填埋、水泥窑协同处置、等离子熔融等。

4.4 运营成本的分析与评估

通过对设施建设、设备维护、环保耗材用量等环节的数据分析，发现该焚烧线的运营成本对于目前的村镇级垃圾处置来说仍然偏高，尤其是人工成本，约占总体运营成本的40%。因此，想在此套工艺基础上推进小型生活垃圾焚烧设施落地，需要进一步提升焚烧线自动化水平，在确保安全生产的前提下合理有效地压缩人工成本。

综上，小型生活垃圾焚烧设施从技术层面已能看到曙光，现有工艺既能实现稳定生产，又能达到国家环保排放要求，应用前景广阔，具有巨大潜能，但仍存在运营成本较大等亟待解决的问题。

5 小型生活垃圾焚烧设施应用面临的机遇

5.1 契合国家的生态环保发展理念

传统的村镇垃圾处理方式主要是通过填埋的方式，这种方式存在诸多问题，比如容易造成土地污染、引发传染病等。小型生活垃圾焚烧设施有效解决了这些问题，它比传统填埋方式更加具有环保意义。同时，垃圾焚烧的碳减排效果，对国家实现碳达峰、碳中和目标起着十分重要的作用。

5.2 维持代际正义的成本较低

在村镇地区使用小型生活垃圾焚烧设施，能够减轻由于垃圾填埋等传统处理方式所带来的土地和经济方面的压力。在村镇地区，填埋垃圾所需的土地投入大，且给周围环境带来较大负面影响，为了满足当代人的发展需要，对后代人的生存权和发展权造成不利影响。在这种情况下，使用小型生活垃圾焚烧设施进行处理，可以有效降低维持代际正义所需的成本，实现有限资源在不同代际间的合理分配与补偿。

5.3 提升村镇居民的生活品质

小型生活垃圾焚烧设施的普及还有助于提高村镇环境的整体质量和居民的生活品质。近年来，随着国家乡村振兴事业的全面开展，全国各地的乡村经济得到快速发展，村镇居民的生活水平显著提高，老百姓对品质方面的需求也越来越多。小型生活垃圾焚烧设施能够很好地解决经济社会发展与垃圾处理之间的矛盾，改善村镇人居环境质量，提高村镇居民生活品质。

5.4 应用范围趋于广泛

小型生活垃圾焚烧设施在一些特殊环境中的应用也显得格外重要，如海上平台、严寒地区、特殊封闭区域等。在这些特殊环境中，对于垃圾处理的空间限制以及对土地的占用都有较高的要求。此时，对焚烧设施的占地面积、性能稳定性、使用便利性等提出了更高要求。

6 小型生活垃圾焚烧设施应用面临的挑战

6.1 技术水平需进一步提升

小型生活垃圾焚烧设施突出的技术问题是污染控制难度大，尤其是烟气排放控制工艺水平较低，垃圾焚烧处理余热难利用等问题未妥善解决。此外，小型生活垃圾焚烧设施处理的生活垃圾分类水平低、组成和总量不稳定，或位于高海拔的环境特殊地区，对设施的运行稳定性和适用性也需进一步增强。甚至从技术角度看，能否实现革命性的技术突破，成为小型生活垃圾焚烧设施应用面临的关键挑战。

6.2 商业模式需进一步创新

小型生活垃圾焚烧处理行业起步较晚，商业模式相对不成熟，可持续运营能力亟需提升。应更加鼓励技术能力强、运营管理水平高和信誉度良好的市场主体积极参与村镇地区生活垃圾焚烧处理，推进垃圾治理商业模式整体创新；完善小型生活垃圾焚烧处理经费保障制度，建立健全生活垃圾收费制度，落实第三方企业财税优惠政策等。促进提升小型生活垃圾焚烧设施建设运营市场化和专业化水平，带动全国村镇地区生活垃圾处理设施供给能力和商业模式全面进步。

6.3 经济性能需进一步提高

当前小型生活垃圾焚烧设施遇到的最大挑战，当属在各方面达标情况下如何解决经济性较差的问题。在不具备发电设施的情况下，对比德国、瑞典、日本等其他国家，我国小型生活垃圾焚烧设施缺乏可以余热利用、市政供暖等其他提高经济收益的方式。例如，瑞典近100%的热处理设施均对热能进行循环再利用，小型垃圾焚烧发电设施可以为附近地区提供廉价热能；2020 年，日本各类垃圾焚烧处理设施1056 座，约738家焚烧厂有余热利用设施，占比高达70%，规模越小（50t/d 以下），余热利用越少，其余稍大规模百吨级别焚烧处理设施，几乎都能实现供热和发电双重收益。为提高经济性能，需探索村镇地区小型生活垃圾焚烧项目与市政供暖、农业用热等项目的衔接联动方式，丰富余热利用途径，降低设施运营成本。

7 结语

本文的研究证明，针对当前国内小型生活垃圾焚烧设施普遍存在的问题和局限性，对设施的改进、升级和应用试点是十分必要的。目前小型生活垃圾焚烧设施的热效率、排放标准等指标还有待提高。新兴的低氮燃烧技术和超低排放技术以及利用先进的传感器和控制技术实现设施自动化控制和智能化运行的人工智能技术，均是小型生活垃圾焚烧设施技术创新的重点方向。未来，小型生活垃圾焚烧设施的发展趋势将朝着更加环保、高效、经济的方向发展。其发展需充分考虑经济性和社会可持续性之间的平衡，应加强政策的制定和法规的落实，制定更为严格的环保标准，推动小型生活垃圾焚烧设施的规范化建设和运营。