李湘洲

（长春理工大学，吉林 长春 130022）

随着城市进程的加快，市区人口日益增多，城市垃圾总量正以惊人的速度递增。一方面越来越多的城市陷入“垃圾围城”的尴尬境地，另一方面地下资源日趋枯竭。重压之下，人们对垃圾的认识发生了重大变化。垃圾焚烧发电就是在这种背景下应运而生的。垃圾焚烧发电是一项高科技垃圾处理技术，既可对垃圾进行无害化、减量化处理，又可以利用垃圾焚烧产生高温蒸汽发电，实现废弃资源的综合利用。通过垃圾焚烧发电，过去的废弃物现在被认为是最具开发潜力，永不枯竭的“城市矿藏”。

垃圾焚烧发电是一种对垃圾进行高温热化学处理的技术。它将垃圾作为固体燃料送入炉膛内燃烧，在一定的高温条件下，燃烧后的垃圾转化成高温气体和少量的固体残渣，其燃烧产生的热能被转为蒸汽，驱动发电机发电。

垃圾焚烧发电与填埋或堆肥处理垃圾相比，具有明显的优势。

首先，垃圾填埋需占用耕地，并且难以重复利用，容易造成二次污染。而垃圾焚烧发电不占用耕地，减少了原生垃圾对土壤、地下水的污染。其次，焚烧后的垃圾减容减量功能明显，可大面积减少占用土地。三是无害化处理彻底。通过对烟气进行净化后，达到环保部门要求的标准处理再排放，减少了垃圾对周边空气的污染，消除了沼气可能带来的安全隐患。四是利用垃圾焚烧余热发电，可将其资源利用最大化，实现可持续发展。五是焚烧后的灰渣不会引发二次污染。因此，垃圾焚烧发电是目前处理城市生活垃圾最有效的途径[1]。

1 国外垃圾发电历史回顾

垃圾焚烧法是20世纪30年代发展起来的垃圾处理技术。1895年，德国汉堡建成了世界第一个垃圾焚烧发电设备。1905年，美国纽约建成了全美第一家垃圾焚烧发电厂，跟随其后，法国和日本也相继建成了垃圾发电厂。

1965年，联邦德国有焚烧炉7台，共焚烧垃圾700万t。1985年，垃圾焚烧炉增至46台（其中有部分可回收热能），共焚烧垃圾800万t，受益人口达2 120万人。1995年，垃圾焚烧炉已猛增到67台（其中绝大部分是垃圾焚烧热电厂），受益人口占全国总人口的50％，垃圾利用率达40％以上。目前的垃圾利用率在80％左右。

1995年，法国共有垃圾焚烧炉300多台，可烧掉40％以上的城市垃圾。巴黎建有一个较完善的垃圾处理系统，有4个垃圾焚烧厂，处理全市170万t垃圾，并可产生相当于20万t石油能源的蒸汽供全市使用。

20世纪60年代，英国建有50台垃圾焚烧炉。它们大部分是由燃煤链排炉改造而成的连续式或滚动式炉排型焚烧炉，其中只有4台能进行热能回收。20世纪70年代以后建造的212座焚烧厂中有201座具有热回收功能。著名的埃德蒙垃圾热电厂有5台锅炉，每台每小时焚烧垃圾11.5 t，产生压力为4.4 MPa、温度为455℃的蒸汽25 000 kg。5台中4台保持运行，全部蒸汽供给4台12.5 MW的冷凝式汽轮发电机组发电，每年向英国东部输送电力15亿kW·h。

美国的垃圾能源化工业发展很快。从20世纪80年代起，由美国政府投资70亿美元兴建了90座处理能力为800万t的垃圾焚烧厂，到20世纪90年代发展到402座。例如埃萨克斯县的垃圾电厂，于1990年11月开始投入运行，总投资为3.2亿美元，接收该县22个垃圾收集点的垃圾，日处理垃圾2 277 t，配置3台锅炉，每小时产生压力65.5 MPa、温度为400℃的蒸汽30 t，供两台13.43 MW的冷凝式汽轮发电机组发电，每天24 h连续运行，每周可产生电力60 MW，相当于一年烧油1.36万m3的电厂所产生的电力。该厂归美国垃圾燃料公司管辖，是美国布朗宁的合伙公司，它已为世界各国建造了60多座垃圾电厂。

日本的垃圾能源工业起步较晚，但发展很快。1996年11月，位于群马县棒名町的日本首座“超级垃圾发电机组”正式投入运行。这标志着日本垃圾发电技术的开发取得突破性进展。日本通产省从1994年开始大力推广“废物利用发电法”，将垃圾加工成固体燃烧，并开发为高效率的垃圾发电技术。到2010年，日本已建造200多套垃圾发电设备，总发电能力达200万kW。目前日本的垃圾处理能力已达世界之最，接近75％。

2 国外垃圾发电的现状

目前，全世界约有35个国家和地区投入运行的生活垃圾焚烧厂近2 100座，其中垃圾电厂900多座，年生活垃圾焚烧量约1.65亿t。欧洲选择包括垃圾焚烧发电技术、生化处理等方式，进一步削减生活垃圾填埋量，即绝大部分垃圾必须通过焚烧处理后才能进行填埋。日本生活垃圾处理主要以焚烧为主，埋填处理仅占4.3％。美国生活垃圾年焚烧处理比例约为15％[2]。

目前，全世界900多座垃圾焚烧发电厂中，最大单机容量达10万kW，其中德国有78座，美国有近400座。例如，美国某垃圾发电站的发电能力高达10万kW，每天处理垃圾60万t。现在，德国的垃圾发电厂每年还要花巨资从国外进口垃圾。科学家测算，垃圾中的有机可燃物等所含的热值高，焚烧2 t垃圾产生的热量约相当于1 t煤的热量。照此计算，如果中国能将垃圾充分有效地用于发电，每年将节省煤炭5 000～6 000 万 t。

2.1 法国

法国政府和社会都采用多种办法控制或减少垃圾的增长。国家从政策、税收、科技等方面来提高人们的环保意识和支持环保产业。（1）控制垃圾总量的增长。垃圾体积每年都在增长，但其质量并不增长，主要是在包装材料上减轻了质量，并尽量用污染小的材料。（2）居民必须按其居住面积大小缴纳垃圾处置税，每年人均大约是200法郎。（3）还有一些其他措施，如塑料饮料瓶上有一种专门标志，此标志说明这瓶饮料是4或5个法郎，但其中有3或5个生丁（100生丁为1法郎）算是交的垃圾（塑料瓶）处理费。另外，垃圾电厂生产出来的电力，不是由工厂自行消费处理，而是被强制出售给法国电力公司，电力公司以偏高的价格向垃圾发电厂收购电力，其中包括给垃圾发电厂的垃圾处理费[3]。

法国还发明了既可储存又可长途运输的垃圾合成燃料。在工厂进行垃圾筛选的时候，一些质量轻的物质如纸、塑料等均被吹走，然后被烘干、破碎。这些可燃物质的热能含量为12.6～16.7 kJ/kg，与木材相同，却两倍低于煤炭。将这些粉碎后的垃圾掺入粘合剂后压实，生产成一种类似砖头又小于砖头的燃料。这种垃圾燃料便于在垃圾发电厂操作和运输[4]。

2.2 日本

前文提到的群马县棒名町日本首座“超级垃圾发电机组”，是风靡世界的高效垃圾发电新技术。这种新技术可把发电效率上升到31％，比原有的垃圾发电高出约20个百分点，而且不必对垃圾进行细致分类。

垃圾中含有大量的盐分和氯乙烯等物质，燃烧后会产生一种含有氯元素的气体，这种气体在温度达到300℃时就会严重腐蚀锅炉及管道，所以发电用蒸汽的温度只能控制在250℃左右。蒸汽的温度越低，发电效率就越低。通常垃圾焚烧发电的效率只有10％～15％，普通火力发电的效率在40％左右，因而这样低效的垃圾发电技术难以普及和使用。

采用新技术发电时，首先用500～650℃的高温对垃圾进行烘烤，使垃圾成为热分解气体和碳化物，然后将碳化物加入到1 000℃的燃烧炉中，使碳化物分化出CO气体，最后再将产生的气体通过燃烧转化成电能。这样，发电过程中产生的热能又可用来烘烤垃圾。由于蒸汽温度大幅提高，发电效率可上升到31％。现在该电厂每天能处理50 t以上的垃圾，发电2 000 kW[3]。据测算，如果将日本全国每天产生的垃圾全部用于发电，每天可发电6 000万kW时，相当于100座中型火力发电厂的发电能力。据统计，2006年日本有293座垃圾发电厂，总装机容量1 590 MW，当年共发电72亿kW·h，相当于197万户居民的年用电量。

日本的环保专家认为，由于大幅度提高垃圾发电的效率，垃圾发电不仅可以解决垃圾处理场地不足的问题，还可以减少环境污染，并可望成为很有潜力的电力来源。

2.3 德国

2005年，德国提出进入填埋场的填埋物总有机碳（TOC）要小于5％，意味着剩余垃圾（即除去单独收集部分的剩余垃圾）都要进行焚烧处理。当年德国生活垃圾焚烧处理厂为67座，总处理能力达到1 630万t/a；到2007年达到了72座，总处理能力达1 780万t/a[5]。

2008年，德国环境部门（UBA）公布的一项报告表明：当生活垃圾不适宜回收利用，进行焚烧发电是符合生态要求的处理手段，对垃圾焚烧并进行能源发电利用，德国每年减少CO2温室气体排放975万t。

2005年9月，德国环境部在一份报告中指出：“尽管1985年以来，生活垃圾焚烧的规模增加一倍，由于垃圾焚烧电厂执行严格的排放标准，生活垃圾焚烧已经不是大气中二恶英、重金属和烟尘等污染物的显著排放源。”在德国所有的67座垃圾焚烧装置中，由于按照法规要求配置袋式除尘器，二恶英的年排放量由400 g下降到不足0.5 g。比较其他工业排放，生活垃圾焚烧排放下降最为显著。1990年时德国垃圾焚烧二恶英的年排放量约占全部的三分之一，而到2000年，这一比例已下降到不足1％[5]。

2.4 美国

1999年，美国已有259座总发电装机75万kW的填埋沼气发电装置，是世界上垃圾发电比较成功的国家之一。但是他们并没有止步，而是不断深入地研究多种领域垃圾的发电前景。美国北达科塔大学能源和环境研究中心（EERC）已成功地利用生物能发电，所采用的是柴油发电机低成本气化技术，燃料为森林废弃物、劈柴、锯木和农业副产品。

美国生活垃圾焚烧量为3 300～3 500万t，约占垃圾处理总量的15％。二战前，美国垃圾焚烧炉已发展到700座。1960年焚烧处理量就达2 700万t。在20世纪70年代后期和80年代初期，由于公众对垃圾焚烧烟气污染，特别是对二恶英的厌恶，到1980年，美国城市生活垃圾焚烧量下降到1 700万t。进入20世纪90年代以后，随着烟气处理技术不断改进，余热利用系统和尾气处理系统得到进一步完善，有害气体的控制水平也不断提高，垃圾焚烧电厂的数量重新增长，一直处于稳定发展阶段。

在美国，生活垃圾焚烧平均年产电能为520 kW·h/t，而填埋处理时平均产生电能为20 kW·h/t。2007年，美国有87座垃圾焚烧发电厂，每天焚烧处理垃圾9.5万t，发电能力2 500 MW，可以满足2 300万个家庭使用，垃圾焚烧发电产值为100亿美元，可提供6 000个就业岗位和超过4亿美元的年工资额。2003年1月14日，美国环保局发布的报告指出：“垃圾焚烧产生的电能与其他来源产生的电能相比，其对环境的影响几乎是最小的”。

3 国外经验对我国的借鉴

在国土资源有限、经济发达的日本和一些西方国家，都选择了以焚烧发电为主的垃圾处理方式，并有完善的相关法律支撑和科技保证，形成了良性运作体系。所以，这些发达国家的垃圾处理方式一直居世界领先地位，值得学习和借鉴。

3.1 垃圾处理是一个系统工程，每个环节都不可忽视

各国不同的国情，决定了各国采用不同的垃圾处理方式。我国城市总体上存在着重收集、轻处理的倾向，目前，城市垃圾处理最主要的方式是填埋，约占全部处理量的70％；其次是高温堆肥，约占20％以上；焚烧量很少。填埋并不能处理数量巨大的垃圾，大部分垃圾都是运到郊区一倒了事。中国人均耕地不足1 333 m2，不到世界平均水平的1/2，是加拿大的1/17，美国的1/8，环境承载力很有限。即使是在美国，面对大量增长的垃圾，填埋场也越来越难找。填埋是不得已采取的办法，必须综合利用各种处理方式，尤其是发展垃圾发电产业。各国焚烧垃圾占总质量的比重分别为：美国15％，日本72.8％，法国38％，瑞士80％，丹麦70％，瑞典55％[6]。我国在沿海发达城市和其他大城市，建立垃圾焚烧电厂以减少垃圾填埋量是必要的，也是可行的。

3.2 引入市场机制，加快垃圾处理市场化进程

《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》提出：要“引入市场机制，充分调动社会资金参与生活垃圾处理设施建设和运营的积极性”；“到2015年，全国城镇生活垃圾焚烧处理设施能力达到无害化处理总能力的35％以上，其中东部地区达到48％以上”。

近年来，我国垃圾焚烧发电发展较快。2005年，全国城镇共有垃圾焚烧厂48座，2010年已增至119座，处理能力从2005年的每日26 075 t猛增至每日89 625 t[7]。到2011年，我国内地建成并投入运行的垃圾焚烧电厂约90座，总处理规模为7.7万t，总装机容量1 600 MW，预计将来，这个数字还会持续增长[5]。

然而，除了焚烧发电，我国在垃圾处理的许多环节上，还没有实现产业化，特别是源头减量、转运和物质利用等环节还没有得到充分重视，整个产业链还不健全，垃圾处理的整个市场化程度还比较低，产业仍处于初级阶段。

因此，要学习国外经验，加快垃圾处理的市场化进程，改进垃圾处理管理及市场模式，加强对垃圾处理设施运营状况和处理效果的监管，建立合理的垃圾处理费计收标准和办法。同时，推进垃圾处理设施投资主体的多元化，充分调动社会资金参与生活垃圾处理设施建设和运营，改变单纯依赖政府投资而导致资金投入不足问题，从而改变垃圾焚烧发电产业较国外滞后的局面。

3.3 加大垃圾发电行业政策和补贴力度

垃圾发电行业在发达国家迅速发展的一个重要原因，就是政府不断加大政策和补贴力度。这是因为，垃圾处理和焚烧发电，所追求的是环境和社会两个效益，属于社会公益事业，是政府政务的一部分。在这样的理念推动下，这些国家的垃圾发电都有政府支持，企业的经营风险很小。而在我国，虽然提倡发展垃圾发电产业，规定支持环保企业，实际上却没有实施细则，缺乏足够的政策保障，仅有的一些补贴等优惠政策，也难以落到实处。这是我国倡导发展垃圾发电产业近20年难以实现大突破的一个重要原因[1]。

垃圾发电产业急需市场化运作，利用经济杠杆予以鼓励和保护。目前，垃圾发电具有较高的“门槛”，迫切需要利用经济杠杆来鼓励、保护企业的合法权益，允许和鼓励各类企业参与竞争，以公开、公平、公正的原则，通过招标将垃圾焚烧电厂的建设和运行管理权，交给符合条件、有信誉、有资质的企业来建设和运行管理。

3.4 加强技术研究和开发利用

国外的垃圾焚烧发电技术已有50年的成熟经验，但我国城市垃圾的成分与国外有较大差别，因此需要开发和研制适合我国垃圾成分的焚烧设备。

利用垃圾作燃料进行发电或热能回收，国外有3种方法：一是全垃圾燃料，一般将其加工成固态；二是垃圾和劣质煤掺合成混合燃料，一般将其加工成颗粒状；三是建造垃圾池，使其发酵产生沼气，再由燃气轮机发电。

在开发垃圾能源化工业的过程中，国外普遍注意3个问题，即环境标准和空气污染物排放标准的限制，垃圾的预处理和实施自动化操作。在垃圾焚烧设备的设计和生产工艺中，需要重视的是核心设备的耐腐蚀和耐磨蚀问题。此外，垃圾焚烧过程中的除臭和除尘问题也不容忽视。我国应注意结合国情解决好上述问题[8]。

3.5 加大力度，控制垃圾焚烧发电产生的二次污染

垃圾焚烧发电产生的二次污染，是人们共同关注的问题，特别是焚烧中产生的二恶英更是全世界重点研究解决的课题。对尾气的处理净化是关系到垃圾能否资源化利用的关键所在。垃圾焚烧发电二次污染的控制必须采取全方位的措施，即从垃圾源头去除生成源和催化剂，加大力度控制燃烧过程中二恶英等的产生，最后对锅炉尾部烟气实施有效的处理净化，使其达标排放。

例如，20世纪90年代，日本大气中测得的二恶英水平是其他工业国家的10倍，基于安全及环境考虑，日本垃圾焚烧行业停业3年。在此期间，日本政府组织专家对垃圾焚烧污染问题进行调查研究，调查结果表明，二恶英并不完全是由垃圾焚烧产生，工业生产也是二恶英的重要来源之一。

之后，日本政府制定了更为严格的垃圾焚烧排放标准，进行大型焚烧炉的建造，关闭不能达标排放的小型焚烧炉。由于大型焚烧炉可以在高温下持续操作，有助于控制二恶英排放，因此日本垃圾焚烧厂虽在逐年减少，而焚烧处理能力却在不断增加，同时二恶英的排放量也得到了有效控制[9]。

4 结语

2012年以来，国家相关部委先后发布了《关于完善垃圾焚烧发电价格政策的通知》和《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》等文件。各地垃圾焚烧发电项目开始纷纷启动。同时，由于近年城市垃圾的快速增长以及土地资源紧缺，传统的垃圾填埋处理方式难以为继。因此，我国的垃圾焚烧发电产业如雨后春笋，迅速发展。

然而，当前也存在许多亟待解决的难题：垃圾焚烧发电产业缺乏合理、科学的布局和规划；垃圾分类回收制度有待完善，以促使每个公民履行自身应尽的职责，有效降低垃圾焚烧发电成本；构建长效电价补贴机制；提高垃圾焚烧发电的技术水平[10]。

可以预期，随着垃圾回收、处理、综合利用等各环节技术的不断发展，工艺日益先进，监管机制不断完善，我国垃圾焚烧发电产业必将解决上述难题，具有更大的发展前景，城市的“垃圾围城”现象可望得到根本扭转。垃圾焚烧发电技术的普及将在未来城市大有作为。

[1] 王云峰.焚烧发电：城市垃圾处理的突围之路[N].辽宁日报，2011-10-25.

[2] 垃圾焚烧发电已成全球潮流[N].广州日报，2009-10-11.

[3] 曹梦南.世界各国垃圾发电一瞥[N].吉林日报，2006-10-24.

[4][法]西尔吉.人类与垃圾的历史[M].刘跃进，译，天津：百花文艺出版社，2005：109-110.

[5] 张倩.生活垃圾焚烧处理技术现状及发展建议[J].环境工程，2012(4)：79-81.

[6] 彭述刚.国外城市垃圾收集与处理的经验及启示[J].城市开发，1999(6)：25-26.

[7] 来洁.垃圾处理需借助市场力量[N].中国高新技术产业导报，2012-6-11.

[8] 沈关龙.发展热回收工业是人类实现垃圾资源化的根本办法[J].科技导报，1996(9)：62-63.

[9] 赵宁.全社会应转变对于垃圾焚烧的认识[J].中国循环经济，2012(8)：15-16.

[10] 王晓领.我省首个垃圾焚烧发电厂试运行，可供5万家庭全年供电[N].辽宁日报，2012-8-28.