垃圾焚烧发电发展推动中国内地生活垃圾处理领域率先碳达峰

来源：《CE碳科技》微信公众号

作者：中城环境 徐海云

中国（内地）生活垃圾焚烧发电处理产业发展迅速、优势显著。以炉排炉为代表的生活垃圾焚烧发电技术与工艺在引进、消化吸收的基础上，结合我国生活垃圾特性，进行了大量创新已经形成具有较强竞争力的产业，与发达国家相比，我国生活垃圾焚烧发电厂建设周期缩短了 1/2，建设投资减少到 1/3。中国作为最大的发展中国家，生活垃圾处理领域市场开放程度高，生活垃圾焚烧发电处理产业化进入快速发展阶段。随着设备制造、建设运营技术经验逐步积累，我国在这一行业的优势逐步显现。

一、生活垃圾焚烧发电发展迅速

生活垃圾焚烧是实现垃圾处理卫生无害化最快速、最有效的手段。2020 年全球新冠疫情大流行，在此期间，生活垃圾焚烧处理发挥了重要作用。为推进城镇环境基础设施建设升级，2021 年 2 月 22 日，国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见（国发〔2021〕4号）中，提出“加快城镇生活垃圾处理设施建设，推进生活垃圾焚烧发电，减少生活垃圾填埋处理”。到2022年底投入运行的生活垃圾焚烧发电厂处理量达到 9.6x105 t/d（图1），垃圾焚烧处理能力超过美国、日本、欧盟总和，约占全球生活垃圾焚烧发电处理能力的 60%。

目前我国内地有 50 多家公司从事生活垃圾焚烧发电投资运营，大部分为上市公司，既有中央企业，也有地方国有企业；既有国有企业，也有民营企业；既有国内上市企业，也有境外上市企业。按照 2020 年投入运行的生活垃圾焚烧处理能力估算，前 20 家公司合计约占市场份额 2/3。我国生活垃圾焚烧发电技术、装备已经形成国际竞争力，具备“走出去”优势，可以为“一带一路”国家等提供中国方案。

图1 2005-2022 年我国生活垃圾焚烧发电厂处理能力

 二、中国（内地）生活垃圾处理率先实现碳达峰

根据IPCC国家温室气体清单指南编制要求，废弃物处理作为重要温室气体排放源排在第 5 项，如表 1 所示。废弃物处理的温室气体统计估算主要包括 4 项，如表 2 所示，即固体废物（简称“固废”）最终处置（填埋）、生物处理（包括堆肥处理和厌氧消化处理）、焚烧处理以及露天焚烧处理、废水处理。需要特别说明的是，含有余热利用的垃圾焚烧如垃圾焚烧发电温室气体排放统计在能源领域，对于没有余热利用的小型焚烧以及露天焚烧排放的二氧化碳统计在废弃物领域。

表1 IPCC 国家温室气体清单指南主要领城

表2 IPCC 国家温室气体清单指南废弃物处理涉及领域

生活垃圾填埋处理中的甲烷排放是废弃物领域温室气体排放的主要部分，约占废弃物温室气体排放量的 80%~90%。中国内地在生活垃圾处理及其温室气体减排方面取得了巨大进步。

根据住建部城乡建设统计年鉴的数据，生活垃圾填埋量从 2017 年开始下降；2020 年焚烧处理量超过填理处理量；2021 年，全国城镇生活垃圾填埋处理量降至 0.9x108 t，焚烧处理量达到 2.1x108 t。回收利用后的生活垃圾填埋处理比例降至 30%，如图 2 所示。

按照我国生活垃圾特性，生活垃圾填理场每吨垃圾产生甲烷量约为 50 kg（相当于填埋气体 150 m3），按照回收利用 25% 估算，甲烷温室气体系数取 25，也就是填埋 1 t 垃圾相当于排放二氧化碳当量 1 t。填埋场甲烷产生量峰值出现在 2017 年前后，填埋场甲烷平均收集率按照 25% 计算，其温室气体排放量为 1.7x108 tCO2eq，如图 3 所示。

图2 2006-2021 年我国生活垃圾填埋与焚烧处理量

图3 2006-2023 年我国生活垃圾填埋处理温室气体排放量

对比全球主要发达经济体，目前回收利用后的生活垃圾填埋比例美国为 80%，欧盟为 48%；2021 年我国内地人均生活垃圾填埋量为 64 kg，约为欧盟的 1/2、美国的 1/6。按照 IPCC 的同一口径比较，2021 年我国生活垃圾处理领域人均温室气体排放量显著低于美国（2019 年）、欧盟（2019 年），处于国际领先水平，如图 4 所示。

图4 我国与其他国家人均生活垃圾填埋处理温室气体排放量比较

三、生活垃圾焚烧发电发展水平分析

中国（内地）生活垃圾焚烧发电利用水平不断提高。根据国家能源局统计数据，2016 年垃圾发电装机 5.49x106 kW、发电量 3.13x1010 kWh，2022 年垃圾发电装机 2.39x107 kW、发电量 1.27x1011 kWh，分别增长了 3 倍以上，如图 5 所示。

图5 2016-2022 年我国垃圾焚烧发电装机及发电量

我国内地生活垃圾焚烧余热利用水平不断提高。同样条件下，单台处理规模较大的垃圾焚烧发电厂余热利用效率高于规模较小的垃圾焚烧发电厂。我国内地生活垃圾焚烧发电厂平均单台规模大于 500 t/d，明显高于日本、欧洲，略高于美国。

尽管我国内地生活垃圾焚烧发电厂进厂垃圾热值大多数低于 7535 kJ/kg，但由于生活垃圾放置在垃圾池中堆置发酵 1 周左右，一方面使得厨余垃圾中大量水分渗出，从而提高入炉生活垃圾热值，另一方面也可以改善入炉垃圾热值均匀性，提高垃圾焚烧炉运行的稳定性。此外，普遍采用预热一次风进行焚烧处理，即我国生活垃圾焚烧发电厂普遍存在自身用热需求。

我国内地生活垃圾焚烧发电厂锅炉普遍采用中温中压参数（蒸汽温度 400 ℃、压力 4.0 MPa）。近几年，为进一步提高发电效率，越来越多生活垃圾焚烧发电厂采用高参数余热锅炉（如中温次高压和中温超高压），目前我国内地建成并投入使用高参数余热锅炉垃圾焚烧发电厂无论是绝对数量还是相对比例都远高于欧洲。

按照欧盟垃圾焚烧厂能效评价指标 R1 计算要求，把垃圾焚烧发电厂厂用热纳入余热利用，则我国大多数生活垃圾焚烧发电厂综合能效指标 R1 达到 65% 以上，处于国际先进水平。

生活垃圾焚烧发电厂炉渣回收利用已经成为可观的收入来源。炉渣可以作为建筑材料得到回收利用，炉渣中金属因为高温焚烧而容易分选进而得到充分回收利用。2004 年瑞士就已经实现了原生垃圾零填埋，回收利用后剩余垃圾全部采用焚烧处理并余热利用，瑞士通过家庭分类收集回收的金属总量不到 1/4，而从生活垃圾焚烧厂炉渣中回收的金属量超过 3/4；源头分类收集金属成本高，铁类金属为 100 瑞士法郎/t，铝质罐的成本达到 1500 瑞士法郎/t，而生活垃圾焚烧厂炉渣回收金属的成本几乎可以忽略不计。因此，瑞士专家感叹，金属单独收集以前是正确的，今天看来可能是错误的！

2020 年以来，铝、铜等金属价格大幅度上涨，也带动炉渣回收效益的增加。目前炉渣回收利用市场竞争激烈，焚烧炉渣回收利用的竞标价格屡创新高，如果炉渣以 140 元/t 估算，相当于生活垃圾焚烧发电厂获得 30 元/t 的收入。焚烧炉渣是焚烧发电厂产生的固废，由于其中金属便于回收，其他成分可以作为建筑材料，真正实现了固废到城市矿产的蜕变。

我国内地生活垃圾焚烧发电厂监管、排放达到国际先进水平。生活垃圾焚烧发电厂普遍实施“装、树、联”。生态环境部制定的《生活垃圾焚烧发电厂自动监测数据应用管理规定》自 2020 年 1 月 1 日起施行。该规定明确了垃圾焚烧厂中颗粒物、氮氧化物、二氧化硫、氯化氢、一氧化碳 5 项常规污染物自动监测日均值数据为考核指标，同时规定了炉温控制不低于 850 ℃ 的限值。这是我国首次对垃圾焚烧发电厂使用实时在线监测数据进行执法监管。

根据生态环境部通报，2022 年第一、二季度我国内地已有 811 家生活垃圾焚烧发电厂（简称“焚烧厂”）通过生态环境部建立的统一平台向社会主动公开自动监测数据。2022 年上半年，全国焚烧厂 5 项常规污染物日均值达标率为 99% 以上；炉温达标率（1 d 内 5 min 均值不达标不超 5 次）为 100%。经统计，2022 年第一、二季度仅有 2 家焚烧厂存在轻微环境违法行为并及时改正，包括 1 家垃圾焚烧发电厂“CEMS维护”标记时间超 30 h，另一家垃圾焚烧发电厂某日一氧化碳排放日均值超标 0.004 倍。2022 年第三、四季度生活垃圾焚烧发电厂环境违法情况仅有 1 家垃圾焚烧发电厂某日一氧化碳排放日均值超标 0.05 倍。

上述结果表明，生活垃圾焚烧发电厂无论从监管力度还是实际排放水平，与我国电力、化工、水泥、钢铁等其他行业相比或者与发达国家和地区同行业相比都处于先进水平。

四、生活垃圾焚烧处理发展趋势

多种固废协同焚烧处理已经成为共识。由于历史原因，我国生活垃圾焚烧厂规划设计时主要针对生活垃圾，这种状况正在发生改变。生活垃圾焚烧厂服务范围由单一生活垃圾延伸到与生活垃圾特性类似的其他废弃物。与生活垃圾特性类似的工业垃圾、大件垃圾、农林生物质类垃圾（如秸秆）、城市污水厂污泥以及医疗垃圾（经过消毒灭菌）等可统筹规划，实现固体废弃物集约化焚烧处理。

据欧洲垃圾焚烧协会（CEWEP）统计，2020 年，欧洲 504 座在运行的生活垃圾焚烧厂垃圾焚烧量为 1.01x108 t，其中生活垃圾约为 6.00x107 t，占 60%；其余 40% 是来自工商业的垃圾。CEWEP 研究预测，到 2035 年欧洲垃圾焚烧量将达到 1.42x108 t，生活垃圾以及来自工商业的垃圾各占约 50%。

根据我国台湾有关方面统计，2021 年台湾 25 座生活垃圾焚烧厂垃圾焚烧量为 6.363x106 t，其中生活垃圾（台湾称“家庭垃圾”）为 3.502x106 t，其余主要为事业废弃物（来自工业、事业领域的垃圾），事业废弃物占比达 45%。此外，事业废弃物也是台湾生活垃圾焚烧厂重要收入来源，事业废弃物收费单价往往是生活垃圾的 1 倍以上。

以浙江省和河北省为例，2021 年浙江省生活垃圾焚烧发电厂垃圾焚烧量为  2.300x107 t（数据来源于浙江省发改委），其中生活垃圾焚烧量为 1.574x107 t（数据来于住建部），占比为 68%，其余可能是工业垃圾等焚烧量占比达 32%；2021 年河北省生活垃圾焚烧发电厂垃圾焚烧量为 1.479x107 t（数据来源于河北省发改委），其中生活垃圾焚烧量为 7.52x106 t（数据来源于住建部），占比为 51%，其余可能是工业垃圾等焚烧量占比达 49%，如图 6 所示。

图6 2021 年浙江省、河北省生活垃圾焚烧发电厂垃圾焚烧量

区域协同、城乡一体化发展生活垃圾焚烧处理正在形成共识。生活垃圾处理设施没有规模，难以有效管理；没有规模，经济性就差；没有规模，环保措施也就难以落实。这次新冠肺炎疫情给我国城乡生活垃圾管理带来重要启示：生活垃圾收集处理要满足环境卫生、环保、资源利用 3 个功能，其中环境卫生功能（收集处理过程无害化）是基础功能，生活垃圾焚烧是实现垃圾处理卫生无害化最快速、最有效的手段。美丽中国、生态文明都要求村镇生活垃圾收集处理全覆盖。因此，对于大部分地区，生活垃圾城乡一体化适度集中焚烧发电处理是迟早要走的路。

从减少温室气体排放要求看，不应发展没有余热利用的小型焚烧。按照 IPCC 温室气体排放清单指南要求，含有余热利用的垃圾焚烧如垃圾焚烧发电温室气体排放统计在能源领城，对于没有余热利用的小型焚烧以及露天焚烧排放的二氧化碳统计在废弃物领域。此外，这类小型垃圾焚烧往往也是黑炭（Black Carbon，简称“BC”）产生源，根据国际气候与清洁空气联盟的研究数据，黑炭的温室效应是二氧化碳的 460-1500 倍，虽然其在大气中的平均寿命只有 4-12 d，但其对全球温室效应却有着显著影响。根据调查，目前全球约 51% 黑炭的来源是家庭做饭与取暖，也就说我们过去所说的“炊烟袅袅”所产生的。小型垃圾焚烧包括热解、气化都会产生大量的黑炭。试图推行小型垃圾焚烧解决村镇生活垃圾处理问题，本质上与减碳背道而驰。

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