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分類:固廢觀察 > 固廢處理 發(fā)布時間:2021年6月29日 8:58 作者:固廢觀察公眾號 文章來源:固廢觀察公眾號
三國時代的強中強
固廢焚燒工藝的市場格局和競爭力比選

中國是固體廢棄物產出大國,預測到2030年,城市固廢年產總量將達到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,填埋模式處理固廢造成土地資源浪費。焚燒方式處理固廢不僅高效、快捷,能量轉換后的電能還能再利用,是落實低碳環(huán)保循環(huán)經濟的重要舉措。

縱觀全球,焚燒發(fā)電技術不斷演進發(fā)展,逐步邁向成熟期。隨著固廢焚燒工藝的不斷演化發(fā)展,多重焚燒技術應運而生,這其中應用廣泛且技術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。此外尚有回轉窯-熱解氣化合成技術、三驅動技術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
工藝 對比要素 | 機械爐排 | 流化床 | 熱解氣化 |
工藝要點 | 固廢在爐排上進行層狀燃燒,使固廢料層不斷松動與空氣充分接觸,達到理想燃燒效果。 | 依靠爐膛內高溫流化床料的高熱容量、摻混和傳熱作用,使固廢快速升溫著火,均勻燃燒。 | 焚燒爐設二個燃燒室,通過控制雙燃燒室的供風量和溫度來實現熱解氣化和完全燃燒。 |
設備類型 | 順推式、逆推式、翻動式、滾動式、脈沖拋式 | 鼓泡式、循環(huán)式、回旋流式 | 干餾、立式、旋轉 |
燃值要求 | 1200kal/kg以上 | 800kal/kg以上 | 800kal/kg以上 |
輔助燃料 | 重油 | 煤炭 | 煤炭 |
單臺能力 | 500t-1200t/d | 100t-500t/d | 50t-500t/d |
年運行時間 | 8000小時以上 | 約6000小時 | 5000-8000小時 |
適應固廢 特性 | 固廢熱值高、產出量大 | 固廢熱值低、產出量較小 | 固廢熱值高、毒性強,含多種難燃燒物質 |
適用領域 | 生活固廢、危廢醫(yī)廢 | 生活固廢、危廢醫(yī)廢、污泥 | 生活固廢、危廢醫(yī)廢 |
代表性 投資運營商 | 光大國際、康恒、三峰環(huán)境、綠色動力、上海環(huán)境 | 杭州錦江、盛運股份(中科通用) | 深圳能源、首創(chuàng)環(huán)境 |
代表性工藝 設備商 | 德國馬丁、丹麥偉倫、日立造船、比利時西格斯、日本荏原等 | 浙大、荏原、日本制鋼、中科 | 加拿大瑞威、深圳漢氏 |

固廢焚燒發(fā)電項目對投資商的融資能力、管理能力、技術水平和人員素質要求高。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,擁有資金和技術優(yōu)勢的大公司有望在大浪淘沙中做大做強。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、投資運營經驗豐富、技術水平高、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)
排名 | 公司名稱 | 總規(guī)模 |
1 | 中國光大國際有限公司 | 138360 |
2 | 上??岛悱h(huán)境股份有限公司 | 82320 |
3 | 中國環(huán)境保護集團有限公司 | 81050 |
4 | 綠色動力環(huán)保集團股份有限公司 | 70560 |
5 | 深圳市能源環(huán)保有限公司 | 66075 |
6 | 浙能錦江環(huán)境控股有限公司 | 62236 |
7 | 北京控股有限公司 | 51825 |
8 | 重慶三峰環(huán)境集團股份有限公司 | 51100 |
9 | 粵豐環(huán)保電力有限公司 | 50440 |
10 | 上海環(huán)境集團股份有限公司 | 41400 |
11 | 浙江偉明環(huán)保股份有限公司 | 37985 |
12 | 瀚藍環(huán)境股份有限公司 | 35850 |
13 | 首創(chuàng)環(huán)境控股有限公司 | 32580 |
14 | 廣州環(huán)保投資集團有限公司 | 32500 |
15 | 美欣達集團有限公司 | 30600 |
16 | 中國天楹股份有限公司 | 28850 |
17 | 啟迪環(huán)境科技發(fā)展股份有限公司 | 21600 |
18 | 城發(fā)環(huán)境股份有限公司 | 21450 |
19 | 圣元環(huán)保股份有限公司 | 18800 |
20 | 天津泰達環(huán)保有限公司 | 11460 |

表3:國內已投運固廢焚燒裝置能力對比
工藝類型 | 數量(座) | 設計處理規(guī)模(萬t/d) | 占比 |
爐排爐 | 847 | 48 | 86.38% |
流化床 | 105 | 7.10 | 12.78% |
熱解氣化 | 5 | 0.27 | 0.005% |
其它 | 3 | 0.20 | 0.004% |
合計 | 960 | 55.57 | 100% |
目前爐排爐工藝日益占據主流地位,由于技術成熟、設備先進、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量呈現萎縮態(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,結合綜合性技術、環(huán)保和經濟要素評估,進行論證比選:
表4:兩種固廢焚燒爐工藝:技術評估
爐排爐 | 流化床 | |
技術背景 | 有近百年歷史,經過長期的發(fā)展,技術已經日趨完善,運行可靠性高。 | 是近十多年來發(fā)展的新技術,適宜城市生活固廢的大量處理,也是一種較為成熟的技術。 |
設備參數 | 年運行時間:8000小時以上 機械爐排爐熱灼減率: 2%-5% 熱效率:78%-83% 蒸汽壓力:4.0MPa 蒸汽溫度:400℃ 排煙溫度:190℃ 爐排爐質量較可靠一般15-20年,爐排壽命與材質相關,高鉻鑄鐵/鑄鋼 4-8年。 | 年運行時間:約6000小時 循環(huán)流化床爐熱灼減率: 0.8%-2% 熱效率:80%-90% 蒸汽壓力:3.82MPa 蒸汽溫度:450℃ 排煙溫度:150℃ 流化床爐總體易磨損,過熱器壽命與抗酸性腐蝕性能相關,材質不過關容易爆管。 |
燃料適應性 | 燃值要求:1200kal/kg以上 | 燃值要求:800kal/kg以上 |
操作性能 | 自動化程度較高,操作簡單。 | 自動化程度較低,操作較復雜。 |
運行維護 | 設備成熟可靠,維護性能好,爐排及液壓系統(tǒng)維護的專業(yè)性要求高,檢修周期相對長、頻次低 | 爐內無運動部件,結構簡單,但運行時間相對少,部分設備材質不過關,造成易磨損、排渣口堵塞、壓火停爐檢修頻次高。 |
工藝優(yōu)勢 | 適應于塊狀物料焚燒,對固廢前處理要求較低,儲料上料焚燒系統(tǒng)成熟;除渣系統(tǒng)穩(wěn)定,燃燒過程穩(wěn)定,控制簡單。 | 處理固廢適應性強;循環(huán)流化床燃燒穩(wěn)定,爐內溫度場均勻;擁有大量高溫循環(huán)物料,床層熱容量大,可焚燒大部分固廢。 |
工藝不足 | 爐排爐開車和停爐過程中爐溫不可避免經過二噁英產生的溫度區(qū)間,易導致固廢燃燒不充分,灰渣的熱灼減率控制難度大。 | 控制系統(tǒng)復雜,前處理要求較為嚴格,除渣及粉塵回收裝置負荷較大;年滿負荷操作時間低于爐排爐;需加煤作為輔助燃料,飛灰產出量大。 |
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,設備使用壽命長;對固廢特性要求高,對國內低熱值生活固廢適應性不及流化床工藝;
流化床工藝較爐排爐工藝對固廢適應范圍更廣,可處理污泥危廢,設備熱效率更高,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)范現象。
表:5:兩種固廢焚燒爐工藝:環(huán)保評估
爐排爐 | 流化床 | |
尾氣排放 | 粉塵排放極少,燃燒較充分,S02、NOX等酸性氣體排放相對較高。焚燒爐出口含塵量約3500mg/m3,正常情況下二噁英排放極少;但爐排爐技術局限可能造成燃燒不完全,引起排放增加,尾部煙道有二噁英低溫再合成現象。 | 可爐內實施脫硫,S02排放量少,爐膛溫度在850-900℃之間,NOX生成少;粉塵排放量大,焚燒爐出口含塵量可達15000-20000mg/m3,爐內摻混強烈,燃燒溫度在850℃以上,煙氣在爐內停留時間超過2S,二噁英排放濃度很小。 |
廢水排放 | 爐排爐本身燃燒溫度不及流化床高,易造成固廢燃燒不完全,需加建固廢滲濾液處理裝置。 | 流化床爐溫度高,固廢燃燒較充分,可以較輕松實現回噴,做到廢水低排放。 |
飛灰排放 | 爐排爐焚燒飛灰量小,單位重量飛灰中含較多重金屬及有機類污染物,需進行固化處理后填埋。 | 流化床爐飛灰產生量很大,存在一定環(huán)保隱患,單位重量飛灰中重金屬及有機類污染物量低。 |
爐渣排放 | 爐排爐焚燒灰渣大部分(約90%)以灰渣形式從爐排底部排出,噸固廢爐渣產生量在0.2T以上。 | 流化床爐焚燒灰渣有一部分進入焚燒煙氣中,因而爐渣產生量較小,噸固廢爐渣產生量在0.08T左右。 |
二噁英排放專項統(tǒng)計 | 濃度范圍0.013~4.140,平均濃度0.75 國標達標率73%,歐標達標率42.3% | 濃度范圍0.005~1.860,平均濃度0.35 國標達標率85%,歐標達標率45.0% |
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,爐渣產出量較小。
表6:兩種固廢焚燒爐工藝:經濟評估
爐排爐 | 流化床 | |
裝置用地 與規(guī)模 | 單臺設備能力:500t-1200t/d 占地面積較少,由于固廢可不做預處理,顆粒度無特殊要求,且不燃煤,無需儲煤和碎煤場所。 | 單臺設備能力:100t-800t/d 占地面積較高,由于對燃料粒度要求較高,需進行分揀破碎,且需建儲煤和碎煤場所。 |
投資造價 | 因活動爐排和固定爐排等關鍵部位由耐合金鋼制造,設備及整廠造價較高; 國外引進爐排爐焚燒廠造價投資為70-90萬元/噸,國內吸收消化后的投資能壓縮到40-50萬元/噸; 每KW裝機容量的單位投資,最高3.94萬元、最低超過1.67萬元。 | 流化床單體設備造價較低,加上固廢前處理及輸煤系統(tǒng),整廠造價仍低于爐排爐工藝; 流化床焚燒廠綜合造價投資為30-40萬元/噸(中科通用,浙大-錦江等國產化工藝); 每KW裝機容量的單位投資,最高在2萬元以內、最低為1萬元。 |
運行成本 | 灰渣灼減量5-10% 廠用電率:13%-15% 年運行時間:超8000小時 添加助燃料:必要時添加少量重油,油價較高 運行成本:100-200元/噸 爐排用電單耗相對大,但由于設備穩(wěn)定可靠,運行時間長,整體運行成本可控。 | 灰渣灼減量<1% 廠用電率:15%-18% 年運行時間:6000小時左右 添加助燃料:添加2倍于重油量的煤,煤價較低 運行成本:60-120元/噸 焚燒完全,熱效率高,但由于爐內沸騰燃燒,需增破碎裝置,檢維修頻次高,運行成本起伏大。 |
建設周期 | 施工期16~20個月 | 施工期15~18個月 |
發(fā)電效率 | 利用蒸汽發(fā)電,能源利用率約為22% | 利用蒸汽發(fā)電,能源利用率約為45%以上 |
固廢焚燒 補貼 | 固廢補貼取決于談判因素,電價補貼在0.65元/度 | 固廢補貼取決于談判因素,電價補貼在0.65元/度 |
為了對不同工藝路線的固廢焚燒電廠提供技術經濟的實證分析,國內環(huán)保專業(yè)團隊曾搭建運算模型,假設建設一個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系,經濟比選結果表明:焚燒電廠單位投資造價,引進設備爐排爐工藝最高,國產化爐排爐工藝次之,流化床工藝最低,基本為8: 4.5:3.5的比例關系。運行成本方面爐排爐略高于流化床,但流化床設備工況不盡穩(wěn)定可靠,檢維修頻次高,運行成本起伏較大。爐排爐設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,運營和管理方面的經驗。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系,這四大爐排生產制造商,在世界各地都有自己的業(yè)績,每個公司的爐排各具特色,已經在中國境內得到廣泛應用。
上海環(huán)境集團2013年引進日本荏原HPCC(High Pressure Combustion Control)焚燒技術,在實現全面國產化應用的同時,自主研發(fā)的高性能爐排片,已經應用在集團內十數個項目上,大大提升了爐排片的綜合使用壽命。上海環(huán)境自主研發(fā)的600t/d爐排爐,應用在寧波奉化,福州紅廟嶺、山西晉中等項目,目前寧波奉化項目和福州紅廟嶺項目已經投產,山西晉中等項目在建。上海環(huán)境自主開發(fā)了大容量焚燒爐技術,具備從250t/d-1000t/d系列化焚燒爐產品。
上海環(huán)境自主設計爐排的主要技術特點如下:
⑴ 高速燃燒技術
爐排片相互之間的側面經機械加工形成緊密結合的結構,爐排片之間間隙極小,燃燒空氣高速均勻的吹入爐內,從而實現高速穩(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。
⑵ 水平爐排技術
爐排整體的安裝角度為水平、可動爐排上傾20度角的斜上推動作用可確保垃圾的翻轉、攪拌、打散,使燃燒控制簡便。
⑶ 爐排獨立驅動技術
爐排設計沿寬度方向分為多列,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,每個單元分別設置獨立的油壓驅動裝置。
根據燃燒情況分別獨立的調整干燥段、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,并在預想區(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。
⑷ 強制風冷爐排技術
上海環(huán)境自主開發(fā)的強制風冷爐排技術,解決了高熱值入爐垃圾易導致運行期間爐排片高溫燒損問題,大幅提升爐排片的使用壽命,保障焚燒爐的穩(wěn)定運行。
⑸ 爐排爐摻燒污泥技術
上海環(huán)境爐排爐除焚燒生活垃圾外,還可以摻燒污泥。為實現污泥高比例混燒,摻燒污泥通過利用城市生活垃圾焚燒產生的熱量進行助燃,由于不采用燃油等燃料,減少了CO2的排放量,節(jié)省能源。
⑹ 煙氣再循環(huán)技術
上海環(huán)境焚燒爐是國內最早且唯一穩(wěn)定使用煙氣再循環(huán)技術的焚燒爐。再循環(huán)煙氣可在焚燒爐喉部形成強烈的湍流,同時降低焚燒爐整體氧量,將NOX原始濃度穩(wěn)定控制在200mg/Nm3以內。煙氣再循環(huán)技術可以提高鍋爐效率、降低引風機能耗、降低脫硝藥劑的消耗量。
⑺ 分級分區(qū)域配風技術
上海環(huán)境焚燒爐在爐排長度方向按照干燥段、燃燒段和燃盡段能實現六段配風,確保垃圾均勻穩(wěn)定燃燒,爐渣熱灼減率合格。除爐底一次風外,焚燒爐在喉部二燃室布置再循環(huán)風及二次風,實現多級配風,有效降低煙氣污染物的同時可提高燃燒效率。
⑻ 耐磨耐腐蝕爐排片
上海環(huán)境自主開發(fā)的高性能爐排片材質中,在C和Cr含量相對較低時,添加了微量的合金元素,增加耐磨性。爐排片外形中,采用側面細縫實現超高壓損設計,同時具有自清潔功能。高性能爐排片具有多項專利技術,總體居于國內領先產品行列。
⑼ 模塊化設計,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處理規(guī)模的放大。爐排側面及相鄰模塊間設置膨脹吸收裝置,以吸收熱膨脹。

⑽ 最適宜的爐膛形狀設計
針對不同的垃圾成分和熱值,采用計算機對爐內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。
⑾ 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動,方便檢修。
單個爐排片35kg以內,保證單人可搬運和拆裝。
⑿ 滿足煙氣通過爐膛溫度850度2秒要求。
通過合理的結構設計、選擇適當的空氣比等措施,使爐膛內煙氣滿足在不低于850℃的條件下滯留時間不小于2秒的環(huán)保要求。
⒀ 焚燒爐熱灼減率不大于3%。
結合國內城市垃圾現狀,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段之間設置了段差,使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。

總結
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成熟、設備穩(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,設備壽命長,但對國內低熱值生活固廢適應性略差,技術上無法避免二噁英釋放溫區(qū);流化床工藝對固廢適應范圍更廣,可處理污泥危廢,設備熱效率更高,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,引進設備爐排爐工藝最高,國產化爐排爐工藝次之,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用期,近年也有生活固廢焚燒領域的應用實例。總體而言工藝精密復雜,但處理徹底、熱效高,在固廢領域應用價值有待進一步研究。
(5)從戰(zhàn)略角度,建議國內環(huán)保企業(yè)繼續(xù)穩(wěn)固爐排爐工藝基礎,深入探索高參數、超高參數焚燒發(fā)電新工藝,同時加快設備部件國產化攻關,打通研發(fā)-制造-建設-運營產業(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,保持對引領未來市場潛力技術前沿的敏銳性,以便待機而動,在新工藝進入市場爆發(fā)臨界期及時介入。
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