淺談垃圾分類對生活垃圾焚燒發電廠的影響

艾揚 羅院生 賈召坤 袁滿昌

（北京南宮生物質能源有限公司 北京 100101）

0 引言

伴隨著北京經濟的飛速發展，人口數量不斷增長，“垃圾圍城”問題不斷凸顯。據統計，2019 年，北京常住人口數量約為2 200 萬，共計產生了1 000 余萬t 生活垃圾，平均每天產生約2.7 萬t 生活垃圾。如何妥善處理日益增長的生活垃圾，關乎人民群眾的切身利益，成為亟待解決的重要問題。

多年來，在生活垃圾處理工作方面，北京市深入貫徹“人文北京、科技北京、綠色北京”的發展戰略，積極推動垃圾分類工作，助力生態文明建設。2011 年，北京市出臺了《北京市生活垃圾管理條例》，這是國內首部以立法形式規范垃圾分類行為的地方性法規。2017 年，為加快推進北京市生活垃圾分類工作，引領低碳生活新時尚，北京市發布了《北京市人民政府辦公廳關于加快推進生活垃圾分類工作的意見》，并制定了《北京市生活垃圾分類治理行動計劃（2017—2020 年）》，逐步擴大垃圾分類制度覆蓋范圍，不斷提高垃圾分類精細化管理水平。2019 年，針對垃圾分類責任主體、垃圾源頭減量化、相關法律責任等具體條款，北京市十五屆人大常委會第16 次會議對《北京市生活垃圾管理條例》進行了修訂，并于2020 年5 月1日正式實施，標志著北京市生活垃圾分類正式步入系統化、法制化、常態化軌道。

生活垃圾焚燒發電技術因其資源化、減量化、無害化明顯的特點，目前已成為我國生活垃圾處理的主要方式。北京市共有11 座生活垃圾焚燒發電廠，設計日處理能力達1.665 萬t，在生活垃圾處理過程中發揮著舉足輕重的作用。自北京市常態化實行生活垃圾分類后，進入到焚燒發電廠的生活垃圾的理化性質會發生明顯變化，對現有的垃圾焚燒設施的穩定性、經濟性產生重要影響［1］。本研究以北京市某生活垃圾焚燒發電廠為例，通過分析生活垃圾分類前后該廠各項運行指標的變化，探討垃圾分類對生活垃圾焚燒發電廠生產運行的影響。

1 材料與方法

1.1 數據采集

考慮到生活垃圾的理化性質受時間和季節的影響較大，所有研究數據均來自于北京市某生活垃圾焚燒發電廠不同年份相同月份（2019 年和2020 年5 月、6 月和7 月份）的月度運行數據。入廠垃圾量、滲瀝液產量、發電量、上網電量、爐渣產量和爐溫數據來自于該廠的生產日報，滲瀝液中COD 和氨氮濃度分析方法分別依據 《水質 化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法》（HJ 828—2017）和《水質 銨的測定 納氏試劑比色法》（GB 7479—87）標準執行；生活垃圾和爐渣理化性質數據來自于各月份的《固廢檢測》報告，采樣分析方法分別依據《生活垃圾采樣和分析方法》（CJ/T 313—2009）和《工業固體廢物采樣制樣技術規范》（HJ/T 20—1998）標準執行。其中爐溫、滲瀝液中COD和氨氮濃度、生活垃圾和爐渣理化性質數據均為月度均值。

1.2 研究方法

（1）文獻調查法。通過查閱近年來全國各地發布的垃圾分類文件，如《北京市生活垃圾管理條例》《深圳市生活垃圾分類管理條例》《上海市生活垃圾管理條例》《上海市生活垃圾全程分類體系建設行動計劃（2018—2020 年）》等，及時了解垃圾分類政策。同時查閱最新的垃圾分類與生活垃圾焚燒發電廠的相關研究文獻，掌握垃圾分類的研究現狀和前沿，及其對生活垃圾焚燒發電廠的影響趨勢。

（2）案例研究法。以規模為2×500 t/d的北京市某生活垃圾焚燒發電廠為研究對象，收集分析了該廠在垃圾分類前后相關運行數據的變化情況，并對垃圾分類后生活垃圾焚燒發電廠的安全穩定運行提出針對性建議。

2 結果與討論

2.1 垃圾分類處理后入廠垃圾的變化

自2020 年5 月1 日，北京常態化實施垃圾分類，生活垃圾被分為廚余垃圾、有害垃圾、其他垃圾和可回收物。據北京市城市管理委員會統計，至2020 年10 月北京廚余垃圾分出量與去年相比，增長近12 倍，其他垃圾日產量同比去年下降32%。垃圾分類后，進入垃圾焚燒發電廠的生活垃圾主要為其他垃圾和廚余垃圾的處置殘渣，導致入廠垃圾量降低，垃圾處理補貼費用變少。表1 顯示，垃圾分類后該廠的入廠垃圾量降低了10%～30%。由于垃圾分類后入廠垃圾不包括廚余垃圾，垃圾含水率大幅降低［2］，該廠在垃圾分類前后垃圾含水率分別為64%、48%，垃圾分類導致入廠垃圾含水率降低了16%。而垃圾含水率與垃圾熱值 成明 顯的反比關 系［3］，對北京［1］、上 海［4］和深圳［5］的研究數據顯示，垃圾分類后的熱值均得到了顯著提高。以該廠為例，垃圾分類后入廠垃圾熱值均值為8 031.00 kJ/kg，比分類前提高了17%（圖1）。

圖1 垃圾分類前后的垃圾熱值

2.2 垃圾分類處理對滲瀝液處理的影響

（1）滲瀝液產量。垃圾焚燒發電廠滲瀝液是指貯存于垃圾儲坑中的垃圾通過擠壓、發酵產生的高濃度有機廢水，具有成分復雜、氨氮濃度高、微生物營養元素比例失調等特點［6］，處理成本較高。滲瀝液的產率與垃圾含水率息息相關，垃圾分類后垃圾含水率下降會影響滲瀝液的產生量和產率。通過對比分析該廠2019 年和2020 年5 月、6 月、7 月的入廠垃圾量和滲瀝液產量情況（表1），驗證垃圾分類對滲瀝液產量和產率的影響。

從表1 可以看出，2020 年5 月、6 月、7 月滲瀝液產量和噸垃圾滲瀝液產量同比于2019 年均顯著降低，說明垃圾分類作為垃圾處理的前端環節，可以提升垃圾減量化和資源化效果。監測數據表明，近5 年來北京生活垃圾組分中廚余垃圾含量在50%～60%之間［7］，實行垃圾分類后廚余垃圾將直接進入廚余垃圾處理設施，可用于焚燒處理的垃圾量變少，而生活垃圾的含水率與廚余垃圾的相關性最大［8］，廚余垃圾含水率高達70%～95%［9］，隨著入廠垃圾中廚余組分的降低，垃圾含水率顯著下降，進而導致滲瀝液產量和產率下降。

表1 垃圾分類前后入廠垃圾滲瀝液產率

（2）滲瀝液化學性質。通過分析該廠垃圾分類前后滲瀝液中COD 和氨氮濃度發現，實施垃圾分類后，滲瀝液中COD 濃度和氨氮濃度均有所下降。北京市生活垃圾組分主要以廚余、木竹、紙類、塑料、灰土為主，其中廚余垃圾組分占50%～60%左右，而廚余垃圾中有機質含量為93%左右［10］，生活垃圾中所含大部分有機質來源于廚余垃圾。實施垃圾分類后，垃圾進行“干濕分離”，進入焚燒發電廠的干垃圾中的有機質含量有所下降。滲瀝液中高濃度的COD 含量會影響微生物的酶體系活性，氨氮濃度過高對微生物具有抑制性［11］。垃圾分類后，滲瀝液中COD 和氨氮含量的降低有利于提高滲瀝液處理效率，縮短滲瀝液處理設施運行時間，從而降低處理成本。

表2 垃圾分類前后滲瀝液化學性質

2.3 垃圾分類處理對發電量的影響

據圖2 可知，2020 年5 月、6 月和7 月該廠噸垃圾發電量同比2019 年分別增加了27.90%、16.90%和29.79%。同時由圖3 可以看出，噸垃圾上網電量也有所上升。垃圾熱值的高低是影響垃圾焚燒發電量的關鍵因素［12］。垃圾分類后，該廠的垃圾熱值增大，噸垃圾發電量升高［13］。由于垃圾熱值的增大還會提高焚燒爐的熱效率［14］，并且垃圾分類后該廠的滲瀝液的產量大幅降低，減少了滲瀝液處理設施的廠用電消耗量，更加有利于提高噸垃圾上網電量。

圖2 垃圾分類前后噸垃圾發電量

圖3 垃圾分類前后噸垃圾上網電量

作為衡量生活垃圾焚燒發電廠資源利用水平的重要指標［15］，噸垃圾發電量和噸垃圾上網電量的提升能夠有效提高生活垃圾焚燒發電廠經濟效益。

2.4 垃圾分類處理對焚燒爐運行的影響

垃圾分類后，入廠垃圾熱值顯著提高，垃圾焚燒更加充分，在處理相同數量垃圾的情況下焚燒爐的熱負荷會整體上升［16］。通過觀察分析該廠爐溫和爐渣相關數據（表3）發現，垃圾分類后，焚燒爐燃燒溫度提高了50 ℃左右，而爐渣產率和熱灼減率均發生了下降，表明垃圾焚燒得更加充分，燃燒效果更好［17］，進而提高焚燒爐燃燒的穩定性。但焚燒爐長期處于高熱負荷狀態，會加劇爐膛結焦現象，還會導致余熱鍋爐煙溫過高，出現高溫腐蝕、堵灰等問題［18］，影響運行安全。從該廠的生產運行情況來看，通過采取增大焚燒爐換熱面積、調整風量和風溫、對焚燒爐爐墻耐火澆注料改造、滲瀝液回噴焚燒爐等措施，可以減輕對焚燒爐運行的負面影響。

表3 垃圾分類前后爐溫、爐渣產率和熱灼減率變化

3 結論

垃圾分類不僅能夠引領新時尚，重塑全民生活理念，提高全民文明素質，更是對綠色發展國家戰略的有力踐行，不斷鞏固垃圾資源化、減量化和無害化基礎，助力生態文明建設。隨著垃圾分類的常態化，生活垃圾焚燒發電廠的生產運行也將發生變化。通過分析得出如下結論和建議：

（1）垃圾分類后含水率減低，入廠垃圾量變少，焚燒爐機械負荷降低，滲瀝液的產量和產率發生下降，垃圾處理補貼費用將變少。分類后的“濕垃圾”將不再進入生活垃圾焚燒發電廠，入廠垃圾有機質含量下降，導致滲瀝液原液COD 和氨氮濃度降低，有利于降低滲瀝液處理成本。

（2）垃圾分類后熱值得到顯著提高，噸垃圾發電量和噸垃圾上網電量均有所提升，為生活垃圾焚燒發電廠增加經濟收入。

（3）垃圾分類后入廠垃圾更易著火，燃燒更加充分，焚燒爐爐溫相應升高，爐渣產量和熱灼減率均有所下降。但焚燒爐保持長時間的高熱負荷易造成爐膛結焦現象，通過調整運行參數和技術改造等措施可以降低不利影響，同時可以提高余熱利用效率以彌補部分經濟消耗。

生活垃圾焚燒發電廠從設計到運行過程中應全面衡量垃圾分類所帶來的利弊，及時制定有效措施避免不利影響，確保生活垃圾焚燒發電廠的安全性、穩定性和經濟性。