中國是固體廢棄物產(chǎn)出大國，預測到2030年，城市固廢年產(chǎn)總量將達到4.09億噸， 2050年將達到5.28億噸。固廢處理通常遵循減量化、無害化和資源化原則，我國人口眾多、人均可利用土地資源有限，因而采用填埋模式處理固廢會造成土地資源浪費，而采用焚燒方式處理固廢不僅高效、快捷，能量轉(zhuǎn)換后的電能還能再利用，是落實低碳環(huán)保循環(huán)經(jīng)濟的重要舉措。

縱觀全球，焚燒發(fā)電技術(shù)不斷演進發(fā)展，逐步邁向成熟期。隨著固廢焚燒工藝技術(shù)的不斷演化發(fā)展，多重焚燒技術(shù)應(yīng)運而生，這其中應(yīng)用廣泛且技術(shù)成熟的焚燒工藝主要包括三大類，即機械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐和熱解氣化焚燒爐。此外尚有回轉(zhuǎn)窯-熱解氣化合成技術(shù)、三驅(qū)動技術(shù)等非主流焚燒爐工藝。

表1：固廢焚燒主流工藝競爭力對比表

固廢焚燒發(fā)電項目對投資商的融資能力、管理能力、技術(shù)水平和人員素質(zhì)要求相對較高。隨著新環(huán)保法的頒布以及新《生活垃圾焚燒污染控制標準》的出臺，國家正逐步提高固廢焚燒發(fā)電項目的市場準入門檻及各類污染物排放標準，勒緊了監(jiān)管的“緊箍咒”。在《生活垃圾焚燒污染控制標準》GB18485-2014中，公眾最關(guān)注的二噁英類，控制限值是0.1ngTEQ/m3,比GB18485-2001版標準提高了10倍，新標準的重金屬等其他限值，大多比現(xiàn)行標準嚴了30%，對標歐盟標準。

環(huán)保門檻的提升將推動行業(yè)洗牌，一些中小企業(yè)會加速退出市場，擁有資金和技術(shù)優(yōu)勢的大公司有望在大浪淘沙中繼續(xù)做大做強。放眼未來，固廢行業(yè)集中度正在不斷提高，后續(xù)固廢市場的競爭將主要在入行早、投資運營經(jīng)驗豐富、技術(shù)水平高、且擅長多元固廢多渠道處理的企業(yè)之間進行。

表2：2020年環(huán)保企業(yè)固廢焚燒總規(guī)模排名(噸/日)

表3：國內(nèi)已投運固廢焚燒裝置能力對比

目前爐排爐工藝日益占據(jù)主流地位，由于技術(shù)成熟、設(shè)備先進、維護簡便等特點，保持了固有的整體處理能力規(guī)模優(yōu)勢;運用流化床工藝的投資項目數(shù)量呈現(xiàn)萎縮態(tài)勢，多為適用于中小城市的小型焚燒廠;熱解氣化工藝建廠數(shù)量很少，總體仍處于探索嘗試階段，工藝高度依賴國外引進。以下針對兩類主流工藝，結(jié)合綜合性技術(shù)、環(huán)保和經(jīng)濟要素評估，進行論證比選：

表4： 兩種固廢焚燒爐工藝：技術(shù)評估

爐排爐工藝較流化床工藝總體更成熟可靠，自動化程度高，運行穩(wěn)定檢修率低，自用電率低，設(shè)備使用壽命長;對固廢特性要求高，對國內(nèi)低熱值生活固廢適應(yīng)性不及流化床工藝;

流化床工藝較爐排爐工藝對固廢適應(yīng)范圍更廣，可處理污泥危廢，設(shè)備熱效率更高，但易損耗，檢修維護頻率高，固廢需預處理，加煤助燃環(huán)節(jié)易滋生不規(guī)范現(xiàn)象。

表:5： 兩種固廢焚燒爐工藝：環(huán)保評估

爐排爐工藝粉塵飛灰排放量小，酸性氣體排放量較多，需要加建滲濾液回噴處理工序，爐渣產(chǎn)出量稍大;

流化床工藝粉塵飛灰排放量很大，存在一定的環(huán)保隱患，滲濾液較易回噴，爐渣產(chǎn)出量較小。

表6：兩種固廢焚燒爐工藝：經(jīng)濟評估

為了對不同工藝路線的固廢焚燒電廠提供技術(shù)經(jīng)濟的實證分析，國內(nèi)環(huán)保專業(yè)團隊曾搭建運算模型，假設(shè)建設(shè)一個1200t/d固廢處理量的固廢焚燒電廠，不考慮供熱，純凝發(fā)電，固廢熱值在4186—6279KJ/Kg之間波動，分析固廢補貼、固廢熱值與爐型選擇之間的關(guān)系，經(jīng)濟比選結(jié)果表明：焚燒電廠單位投資造價，引進設(shè)備爐排爐工藝最高，國產(chǎn)化爐排爐工藝次之，流化床工藝最低，基本為8: 4.5：3.5的比例關(guān)系。運行成本方面爐排爐略高于流化床，但流化床設(shè)備工況不可靠，檢維修頻次高，運行成本起伏較大。爐排爐設(shè)備工況則相當成熟穩(wěn)定，年有效作業(yè)時間長，運營成本能夠有效控制。

以長期專業(yè)運營爐排爐焚燒設(shè)施的上海環(huán)境為例：

上海環(huán)境集團股份有限公司從事垃圾焚燒行業(yè)多年，積累了大量的垃圾焚燒廠建設(shè)，運營和管理方面的經(jīng)驗。同時，上海環(huán)境集團與日本杰富意(JFE)公司、日本三菱重工(MHI)、日本日立造船和日本荏原一直保持著良好的合作關(guān)系，這四大爐排生產(chǎn)制造商，在世界各地都有自己的業(yè)績，每個公司的爐排各具特色，已經(jīng)在中國境內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。

上海環(huán)境集團2013年引進日本荏原HPCC(High Pressure Combustion Control)焚燒技術(shù)，在實現(xiàn)全面國產(chǎn)化應(yīng)用的同時，自主開發(fā)了大容量焚燒爐技術(shù)，具備從250t/d-1000t/d系列化生產(chǎn)焚燒爐產(chǎn)品。

上海環(huán)境自主設(shè)計爐排的主要技術(shù)特點如下：

⑴爐排片間隙小，高速燃燒

爐排片相互之間的側(cè)面經(jīng)機械加工等形式形成緊密結(jié)合的結(jié)構(gòu)，因此各爐排片之間間隙極小，正常運行時基本呈無縫的狀態(tài)，經(jīng)爐排縫隙間的漏渣很少，爐排漏渣率不大于 0.4%。經(jīng)由這一狹小間隙以及爐排片下部的縫隙，燃燒空氣以大于20m/s的速度均勻的吹入爐內(nèi)，從而實現(xiàn)高速穩(wěn)定的燃燒。

高速燃燒克服了大縫隙爐排的燃燒緩慢、空氣偏流、燃燒率低下等缺點，燃燒十分均勻穩(wěn)定，即使爐排上堆積的垃圾厚薄不均也不會出現(xiàn)火口。

⑵獨立驅(qū)動

爐排設(shè)計沿寬度方向分為2-4列，每一列沿長度方向又劃分為：干燥段、燃燒Ⅰ段、燃燒Ⅱ段、燃燼段。每一列的各段都是相互獨立的單元，每個單元分別設(shè)置獨立的油壓驅(qū)動裝置。

采用獨立驅(qū)動方式，爐排的動作次數(shù)按預先的模式確定，根據(jù)燃燒情況分別獨立的調(diào)整干燥段、燃燒Ⅰ段、燃燒Ⅱ段、燃燼段的運行速度，使垃圾在爐排的功能區(qū)域完成干燥、燃燒和燃燼過程，并在預想?yún)^(qū)域完全被燒燼，從而保證排出爐渣的熱灼減率滿足排放要求。

⑶熱膨脹吸收裝置

爐排是高溫燃燒設(shè)備，為了避免高溫狀態(tài)下爐排運行過程中出現(xiàn)膨脹卡塞現(xiàn)象，沿爐排寬度方向分別在各列爐排之間部位和爐排兩側(cè)部位設(shè)置有熱膨脹吸收裝置。利用爐排熱膨脹吸收裝置，恰當?shù)匚諣t排片的熱膨脹，不會對爐排的動作產(chǎn)生約束，同時爐排片間的縫隙能夠始終保持均勻，從而保證爐排熱態(tài)運行時的順滑和穩(wěn)定。

⑷最適宜的爐膛形狀設(shè)計

針對不同的垃圾成分和熱值，采用計算機對爐內(nèi)燃燒的溫度場和流場進行理論模擬，對焚燒爐和爐膛形狀和布風進行優(yōu)化，以達到最佳的燃燒效果。

⑸維護方便

爐排片采用防翹起銷軸固定式安裝，裝卸方便，維修時只需撬棍與扳手即可完成單個爐排片的裝卸作業(yè)，且爐排各列各段可獨立驅(qū)動，方便檢修。

單個爐排片35kg以內(nèi)，保證單人可搬運和拆裝。

⑹模塊化設(shè)計，模塊化制造

爐排以單列為基本模塊，寬度方向通過基本模塊的連接可實現(xiàn)處理規(guī)模的放大。爐排側(cè)面及相鄰模塊間設(shè)置膨脹吸收裝置，以吸收熱膨脹。

(7)爐排寬度方向上一次風布風均勻

采用小間隙的橫向爐排，一次風不會出現(xiàn)局部側(cè)漏現(xiàn)象，同時由于縫隙較小，一次風高速吹入，風阻較大，不會因垃圾中的異物分布不均等導致布風不均。

(8)爐排速度、行程

通過對爐排行程及速度的合理設(shè)計，使垃圾層的控制可靠，保證垃圾最佳的燃燒狀態(tài)?？蓜訝t排片的前進及后退限以可動基準點向前或向后移動200mm為基準，往復的行程為400mm。以可動基準點為爐排動作的中心點，可防止爐排片露出。

(9)滿足煙氣通過爐膛溫度850度2秒要求。

通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計、選擇適當?shù)目諝獗鹊却胧?，使爐膛內(nèi)煙氣滿足在不低于850℃的條件下滯留時間不小于2秒的環(huán)保要求。

(10)焚燒爐熱灼減率不大于3%。

結(jié)合城市垃圾現(xiàn)狀，將燃燒Ⅰ段、燃燒Ⅱ段爐排加長，在干燥段與燃燒Ⅰ段，燃燒Ⅰ段與燃燒Ⅱ段之間設(shè)置了臺階，使結(jié)團垃圾能夠通過跌落打散，使垃圾在爐排上能更充分地燃燼，降低熱灼減率。

綜合上述分析，我們認為：

(1)固廢焚燒四種主流工藝中，爐排爐工藝以其技術(shù)成熟、設(shè)備穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢，仍占焚燒發(fā)電項目的近三分之二比重，特別是在地方財力雄厚的一線和重點二線城市廣泛布局;流化床工藝以其投資省、適應(yīng)固廢熱值低、基本杜絕二噁英等優(yōu)勢，在財力薄弱的低線城市曾獲取多個BOT項目，體現(xiàn)了一定競爭力，但近年來逐漸暴露出的運行工況問題較多，有效運行時間短、成本高，設(shè)施存在飛灰排放量大、需添加煤炭助燃等問題，在環(huán)保壓力下正在陸續(xù)進行二次改造。

(2)從技術(shù)和環(huán)保面評估：爐排爐工藝更成熟可靠，運行穩(wěn)定檢修率低，自用電率低，設(shè)備壽命長，但對國內(nèi)低熱值生活固廢適應(yīng)性略差，技術(shù)上無法避免二噁英釋放溫區(qū);流化床工藝對固廢適應(yīng)范圍更廣，可處理污泥危廢，設(shè)備熱效率更高，能有效避免二噁英排放，但易損耗，檢修維護頻率高，固廢需預處理，飛灰量大。

(3)從經(jīng)濟面評估：市場需求上。除個別超大或特大城市外，一二線城市固廢處理市場容量日益飽和，爭奪三四線城市項目已成必然趨勢，為綜合成本較低的流化床工藝創(chuàng)造了機遇。項目造價方面，引進設(shè)備爐排爐工藝最高，國產(chǎn)化爐排爐工藝次之，流化床工藝最低;運行成本方面，爐排爐總體略高，但流化床設(shè)備工況不穩(wěn)定，運行成本起伏較大。

(4)熱解氣化工藝在全球尚處于探索應(yīng)用期，近年也有生活固廢焚燒領(lǐng)域的應(yīng)用實例?？傮w而言工藝精密復雜，但處理徹底、熱效高，在固廢領(lǐng)域應(yīng)用價值有待進一步研究。

(5)從戰(zhàn)略角度，建議國內(nèi)環(huán)保企業(yè)繼續(xù)穩(wěn)固爐排爐工藝基礎(chǔ)，深入探索高參數(shù)、超高參數(shù)焚燒發(fā)電新工藝，同時加快設(shè)備部件國產(chǎn)化攻關(guān)，打通研發(fā)-制造-建設(shè)-運營產(chǎn)業(yè)鏈。對于流化床工藝開發(fā)需要趨利避害，審慎決策。針對熱解氣化等新工藝，則有必要開展持續(xù)動態(tài)化的情報追蹤和研判，保持對引領(lǐng)未來市場潛力技術(shù)前沿的敏銳性，以便待機而動，在新工藝進入市場爆發(fā)臨界期及時介入。

供稿公司:上海環(huán)境集團股份有限公司

供稿人：三石

編輯：陳偉浩