國際上普遍觀點認為，垃圾是一種放錯了位置的“資源”。目前垃圾轉變為能源(waste to energy)包括國際能源署(IEA)在內國際重要組織及國家的發展目標之一。

 

　　針對城市生活垃圾(Municipal Solid Waste)的主要處理方式可分為資源再生(包括堆肥處理)、焚燒(包括附帶發電等能源回收的焚燒設施)和最終處置(包括土地填埋、海上填埋、海洋處置等)三大類。實際上，這些處理方式都不可能單獨存在的，往往是作為整個處理體系(或者是處理流程)中的一個工藝步驟存在。

 

Solid Waste Management Hierarchy

 

　　國外發達國家一直注重垃圾處理及處置方面的技術開發和應用。垃圾處理技術近些年出現了新的趨勢：首先，改進熱處理工藝，開發垃圾衍生燃料法，并且大規模使用熱裂解法，如利用水熱碳化方法處理垃圾中的有機固體，其產物是一種具有巨大潛力固體燃料。其次，更加注重生化法，用化學、生物轉化制備液態或氣態燃料以及肥料。

 

WTE conversion pathways. Illustration by NREL

 

　　當然，垃圾焚燒發電仍是目前WTE的主流技術。垃圾焚燒處理法垃圾的燃燒過程，本質上是質量傳遞、熱傳遞、動量傳遞、化學反應、結構變化等物理化學反應綜合在一起的一個復雜過程。其中，垃圾焚燒余熱的利用成為人們普遍關注的問題，其利用方式主要有三種：發電、供熱和熱電聯產。

 

　　城市生活垃圾能否采用焚燒處理技術，取決于垃圾中可燃質含量、低位發熱值和垃圾含水率。一般要求，生活垃圾可燃成分為30%~40%以上，低位發熱值在3350 kJ/kg以上，垃圾含水率50%以下，垃圾能夠自燃焚燒，但在此條件下垃圾焚燒，無法滿足爐膛內煙氣850℃/2S的要求。生活垃圾低位發熱值在6280 kJ/kg以上，可以實現穩定燃燒，不但可以滿足爐膛內煙氣850℃/2S的要求，而且可以滿足工質發電的需要，有效利用能源，建設垃圾焚燒發電廠。

 

　　垃圾焚燒發電技術類型包括回轉窯焚燒爐(Rotary Kiln Incinerators)、流化床焚燒爐(Fluidized bed Incinerators)等。

 

 

 

日本使用的先進垃圾焚燒設施(Advanced Moving Grate MSWI system)

 

　　然而垃圾在燃燒溫度850℃時會產生具有強致癌性的二噁英，主要是由于燃料中本身含有的二噁英在燃燒中未被破壞、燃料不完全燃燒或固體性灰表面發生異相催化反應合成。目前主要的解決辦法就是把爐膛溫度控制在1200℃以上，生成物中將不包含二噁英前驅物，大大降低后期的重新合成幾率，但當排煙溫度冷卻到300~500℃時，會重新組合生成二噁英，一般采用急冷技術使煙氣急速冷卻到200℃以下，從而減少煙氣在二噁英合成溫度區的停留時間，扼制其再合成，但這種溫度控制在技術上要求較高，急冷的方法也不利于焚燒余熱的利用，而且高溫除塵技術現在還不過關。

 

Mass balance of MSW Incineration

 

　　目前垃圾焚燒技術的主要替代技術是新型熱解/氣化技術。

 

　　垃圾熱解是指在無氧或缺氧加熱的條件下，有機垃圾組分發生大分子斷裂，產生小分子氣體、熱解溶液和碳渣的過程，城市生活垃圾熱解過程可表示為：

 

 

　　焚燒的主要產物是二氧化碳和水，而熱解的主要產物是可燃的低分子化合物：氣態的氫氣、甲烷、一氧化碳;液態的甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有機物及焦油、溶劑油等。固態的主要是焦炭和炭黑。

 

 

　　氣化法不同于熱解法在于氣化法是有氧氣在高溫高壓(1000+℃，30bar)條件下參與反應，與垃圾中的有機碳生成可燃氣體?焦油和灰渣的過程。氣化法和熱解法都是可以將多種有機質、以及生物質轉化為有機的燃料的處理方法，但是其造價比較高。

 

Conceptual Overview of a High Temperature Waste Gasifier

 

 

　　以垃圾熱解氣化代替燃煤，不僅節約了煤(不可再生能源)的消耗，在一定程度上降低碳排放及二次污染，更重要的是實現了垃圾的資源化再利用，將垃圾本身蘊含的能量用于發電或者供熱，充分體現了可持續發展戰略的落實。相較于普通的焚燒或填埋處置，對垃圾進行熱解氣化處置更有利于促進目標產物高值化，抑制其它產物及污染物的生成。顯著的環保優勢使得該技術被越來越多的國家、政府接受。

 

　　目前國際上主流的垃圾熱解氣化技術包括：Nippon Steel的熱解氣化設備、JFE的Fixed Beds WTE技術、EBARA的流化床氣化技術、Takuma的垃圾熱解氣化和熔融系統、ENERGOS的WTE系統，以及由西屋公司發明的等離子氣化設備。

 

　　現階段我國仍以垃圾填埋為主要垃圾處理方法，占垃圾處理量的70%，而焚燒只有10%，但由于垃圾填埋場選址要求復雜、嚴格，我國城市周邊符合填埋的場地嚴重缺乏，衛生填埋已遠遠滿足不了對增長迅速、數量巨大的垃圾處理需求，焚燒勢必將發展成為我國今后垃圾處理的主要方法。近些年來，為了解決垃圾填埋場緊缺問題，通過自主研發和技術引進方法使垃圾焚燒發電項目在我國陸續開工和投產。

 

　　2015年，全國城市生活垃圾清運量為19142.17萬噸(約1.91億噸)，處理量為18750.64萬噸(約1.88億噸)，城市生活垃圾處理率97.95%。截至2015年，共建設生活垃圾無害化處理廠(場)890座，其中填埋場640座，焚燒廠220座，堆肥及其他類型處理廠(場)30座。

 

　　“十三五”期間，估計全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設總投資約1924億元。其中，無害化處理設施建設投資1360億元，收運轉運體系建設投資227億元，餐廚垃圾專項工程投資136元，存量整治工程投資77億元，垃圾分類示范工程投資86億元，監管體系建設投資38億元。

 

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