垃圾焚燒中的雙碳方案

發布時間：2023-06-13 14:57:50

徐唯軼工程師學暖通考察某地垃圾焚燒廠后，對焚燒類項目有些體會：1、選址近需求端，決定商業價值2、充分回收熱量，提升綜合能效3、確保

徐唯軼
工程師學暖通

考察某地垃圾焚燒廠后，對焚燒類項目有些體會：
1、選址近需求端，決定商業價值
2、充分回收熱量，提升綜合能效
3、確保優先使用，符合雙碳戰略

全文分4塊：
1、背景情況：必須焚燒垃圾、某焚燒廠簡介
2、問題分析：商業模式對比、為什么只供電
3、應對方案：行業策略推導、行動方案推薦
4、參考資料：更多背景信息

必須焚燒垃圾：

垃圾最初考慮填埋、自然降解，但塑料什么的降解太難，會導致填埋場越來越大，越來越多，出現垃圾圍城。
同時，重金屬污染等，也導致處理起來也很痛苦。所以焚燒就成為目前的主流選擇。
當然也是在技術進步后，才會把清潔焚燒當主流。具體有3大優勢：

減量：100kg垃圾焚燒后，僅有2kg左右有害部分仍需要填埋。這極大解決土地占用，減少垃圾圍城的困境。

無害：焚燒可消滅各種病原體，將多數有害有毒物質轉化（燒成）為無害物，再通過技術處理，將有害部分集中處理。最終有效降低了對環境的污染。

回收：焚燒產生的熱量用于發電、采暖，爐渣用于制磚、路面基層等。減少一次能源的消耗。

所以，垃圾焚燒將是垃圾處理的主流，各個城市，甚至縣、鎮都會需要自己的垃圾焚燒廠。事實上，各地申報的項目正如雨后春筍般不斷冒出。

某焚燒廠簡介：

專業處理城市固體廢棄物：生活垃圾、垃圾滲濾液（污水）、市政污泥、飛灰等。設計處理量為7,800噸/天，滿足整個城市垃圾處理需求。

投資建設、技術研發、運營管理一體：BOT模式（建設-經營-轉讓），30年合同期，含2年建設期。焚燒廠僅負責廠區內事物。對外的垃圾配送，并網供電等由政府主導。

商業模式對比：

具體到垃圾處理的對接流程中，該焚燒廠有：

垃圾處理：在整個商業模式中，焚燒廠以垃圾處理量，如100元/噸，和市政結算收益。
注：價格僅示例，不同地區的結算價格不一樣，北上廣深肯定是最高，三線城市肯定最低。這以競標價格為準，如市政招標時，給定100元/噸，3家競標，會根據各自方案的排放指標、處理方式、設備成本、投資收益等方面，有報100元，有報80元，也會有報60元的。

熱能利用：利用焚燒的煙氣余熱發電，并網上網后，和市政、國家電網協商售電標準，如按0.4元/kWh，與電網結算收益。
注：生活垃圾焚燒屬于國家鼓勵范圍，結算電價等會有相應補貼。甚至出現倒掛，如用電0.2元/kWh，售電0.5元/kWh，那必然是一邊售電一邊買電。當然這個補貼是有期限的。

關于生活垃圾焚燒供暖是否屬于國家鼓勵的生物質能問題---國家能源局

污水利用：垃圾中的滲透液處理后，凈水作為冷卻塔用水，變成水蒸汽散發到大氣中。污泥再進一步處理，最后進焚燒爐燒掉。

爐渣利用：去除可回收金屬后，作為地面基層，或壓制成輕質磚使用。

排煙處理：無害處理后（注意排放污染不為0），將飛灰螯合固化后，安全填埋。

在另一項目應用中，熱能利用環節，增加了供暖收益。煙氣余熱不僅用于發電，也將蒸汽凝汽熱用于區域集中供暖。

那么該焚燒廠為什么只供電，不供暖呢？

為什么只供電：

從供需結構上來看，有3塊：
供應不足：是焚燒廠已經沒有熱可供？
需求不夠：是該地區已經供應充足，不差這點？
無法輸送：輸送成本太高？

供應不足：

冷卻塔排煙被投訴：發電肯定有冷卻塔，將蒸汽最后冷凝成水，再返回鍋爐。這個冷凝熱量就由冷卻塔向大氣排放。因為排放接近飽和濕度，導致排放氣流在冷卻塔出口處遇冷后，極易形成冷凝現象，即白煙。這白煙本質就是水汽，和云、霧一樣。
傳說照片就是照“騙”，在被人惡意針對時，通過逆光拍照，白煙在明暗對比下，就變成了黑煙，然后向環境部門投訴垃圾焚燒廠排黑煙，影響生活和健康。
這種投訴肯定是無稽之談，但也是反應出，凝汽器熱量是沒有被利用，是排放掉了。通常凝汽器熱量可以和發電量相當。所以有熱可供。

限定供電時長：發電通常是8,000小時/年，即除去必要的停機維護保養，基本都在發電。
而根據不同的形勢，相關部門會有相應政策管控發電。在考察時，則出現以某年為限，之前投產發電機組按6,000小時發電，之后按4,000小時發電。
不能發電，就意識著焚燒熱量沒有被利用。特別是垃圾焚燒煙氣是不能增加排煙溫度的，必須快速降溫到200℃以下，以避免二噁英重組，所以這多余的熱量必須由冷卻塔降溫，并向大氣排放。所以有熱可供。

垃圾處理量相對穩定：城市垃圾量基本穩定，在社區垃圾站、區域垃圾站等多級匯總、緩沖模式下，全年的日垃圾量處理基本穩定，每天配送的車輛、重量基本相當。
垃圾數量相當，即每天的焚燒量的變化很小，可用熱基本不變。因為垃圾焚燒是第一優先級，在沒有其他需求的情況，熱量只能排放掉。所以有熱可供。

匯總上述3點，該焚燒廠的熱供應是充足的。以額定100 MW發電量預估，同樣有100 MW熱量可供，以集中供暖的50 - 55 W/平米計算，該焚燒廠有供180萬平米采暖的潛力。在考察交流中，焚燒廠也是希望能利用這些熱量來創造新的收益點。本身是有意愿和資本來投入新設備、改進新工藝來增加收益。
此時需要強調一下BOT 30年（含2年建設期）模式。各地的資本回報訴求、BOT年限不同，對方案的投資回報率要求不同，編制方案時，一定要考慮投資回收期和BOT期限。如方案很好，投資回收僅2年，但BOT明天到期，則焚燒廠對方案是完全沒有興趣的，此時需要的后續接收方談。（注：政策不同，也有可能是同一公司繼續運營，但收益主體可能會變更）。

需求不夠：

熱需求弱：作為焚燒廠所在城市，全年的月平均溫度（干球溫度）以9℃以上，采暖是11月到3月間，掐頭去尾約4個月。具體應用時：
入門：如家用。用電暖器，不是全屋級的，是500W以下的局部型電暖器。放在書桌等下方，再用被子蓋著，全身還是很暖的，當然人也就基本不想起身了。比較類似日式暖桌。
主流：如辦公室。人坐下不想起身可不行，需要辦公走動，被子就是不能用的，所以全屋用空調（熱泵模式）進行整體升溫，桌下的電暖器繼續用，只不過功率從不到500W，多數會選用400 - 1000W，提升局部的體驗品質。
高級：如商場、醫院等公共區域。這是無法安排局部電暖器，只能用中央暖通系統，確保整個空間的各個角落都整體升溫。之前年代，電力緊張，電空調不發達時，會只用鍋爐采暖。現在電發達，空氣能電熱泵在該城市多數可實現制熱COP在3以上，甚至多數是4，因為外部氣溫確實不低。所以新系統多數會爭取用空調（熱泵模式）打底，不足再用鍋爐補。高端家用，也會是空調+電輔熱的形式。通常鍋爐使用時間會壓縮在2個月內，讓系統能效最高。

冷需求強：4月到10月均需，同樣掐頭去尾后，有6個月制冷期。
電空調是目前的絕對主力，溴化鋰直燃機曾經在缺電年代輝煌過，現在沒落了。
一、使用成本難以和電空調對抗。天然氣成本高，直燃機COP 1.3，對比電空調 COP 4.0以上，不僅是直接能耗高，同時還會導致冷卻水的水耗量、與水泵電耗。且天然氣最佳應用，還是先發電，再利用煙氣余熱溴化鋰空調，而非直接用天然氣制冷。
二、使用復雜程度高，需要專業維護團隊。直燃機體積大，腔體相對電空調2腔，直燃機有4腔，相應的安全件、監控件多。同時，直燃機在絕對數量上，遠低于電空調，導致服務人員除了廠家，基本沒有第三方。
三、供氣在建筑規劃上，危險等級高于電。因為電失控，所以快速的逐級跳閘，一點爆發了問題，如起火，周邊基本安全。但天然氣起火，一條管道的閥門關閉需要時間，同時關閉后的內部殘余氣體仍是風險點。
所以目前城市中的溴化鋰直燃機、以及燃氣灶等用氣設備，在政策下，是面臨替換的情況。2021年11月19日，國家機關事務管理局國家發展和改革委員會財政部生態環境部，關于印發深入開展公共機構綠色低碳引領行動，促進碳達峰實施方案的通知，就明確提出減少直燃機、燃氣灶的使用，

關于印發深入開展公共機構綠色低碳引領行動，促進碳達峰實施方案的通知

在以上氣候條件下，焚燒廠所在城市的暖通系統，主要以冷暖兩用型空調為主。其熱需求對供暖的拉動作用小。

無法輸送：

該焚燒廠距城市中心約24km，對外有市政運營的垃圾車輛配送每日需處理的垃圾，有電網供電及收電，有專用水管從周邊河水中抽水，用于冷卻塔使用。沒有配供暖管網，因為距離需求端太遠了，成本太高。主要有2方面因素：

異味：
生活垃圾分類中，如果對濕垃圾不太好理解，簡單解釋就是放著會變臭的垃圾。這類垃圾含水、有機物等，放著就會發酵，產生熱量和沼氣。熱量和沼氣可是爆炸的要素，那種垃圾山爆炸的新聞就是源于此。
濕垃圾的主要來源就是廚余垃圾。我們經過各種垃圾桶、垃圾站時，聞到的異味，就是那些邊邊角角沒有被收拾干凈的垃圾，在放置一段時間后，發酵發臭。
在垃圾分類發達的國家，這類垃圾會單獨處理，因為成分都是有機物，經過發酵后，都是很好的肥料。目前在我國，想分類收取這類垃圾，再經過合適篩選、處理，是個比較困難的工作。未來的解決方案之一是用粉碎機，將廚余垃圾全部粉碎進下水道，這樣一來異味問題才算能根治。也方便回收處理成有機肥。

目前措施是：
垃圾站盡量封閉，每次轉運垃圾后，都用水沖洗各處。
垃圾轉運車也采用封閉式，配滲透液（白話：臭水）收集罐。
焚燒廠卸料平臺采用負壓設計，即焚燒用空氣（氧氣）從“垃圾放置倉-卸料平臺-廠房外”這條路徑設計。將異味“燒掉”。

在考察中，焚燒廠部分區域會出現淡淡的臭味，這是在維護檢修過程中，滲透液處理倉打開后，飄散出來的味道。而在廠區外沒有聞道這些味道。整體控制是到位的。

污染：
垃圾焚燒的煙氣會混合著垃圾的成分，生成各種各樣的污染物。目前技術條件下，絕大多數污染物被轉化、過濾、吸附成飛灰，然后經過安全填埋，等待未來的技術處理。而處理后的煙氣繼續向大氣排放。
以二噁英為例，目前實際排放是國標，以及歐盟標準的2%-5%

這時不管是多少，只要不為0，就會受到時間積累的影響。部分污染物在人體內的半衰期很長，只要吸收就是會積累，當超過一定閾值后，就會變成對人體的有害，導致各種疾病。
以《流浪地球》中的飽和式救援精神，以及中國國土面積夠大，所以選址通常會遠離人群。不像韓國這類地方，在市中心建焚燒廠。而在中國，一旦市中心建垃圾焚燒廠，恐怕周邊的房價會斷崖式下跌。

最后，基于異味與污染這2個因素，焚燒廠仍會遠離人群，導致供暖管網的建設和運營成本會勸退很多開發利用的想法。

回頭再看供需的3個因素：
供應：大量有余，只能排放。
需求：采暖需求不強，用冷暖空調即可滿足大部分場景。
輸送：選址太遠，管網建設與運營成本太高。
最終，以既有需求，難以支持遠距離輸送管網建設，導致該焚燒廠只能供電，無法供暖。

建廠歷史：

我們不僅分析既有現狀，也跳出來，在歷史維度上看焚燒廠。

1998：市政決定設立填埋場，經過5年的策劃、討論，2003年投入使用。
即既有焚燒廠的地址，在20多年前就開始被影響。

2015：清潔焚燒成為共同的認識，開始啟動項目。2018年完成1期工程。
當年規劃中，沒有供暖，其主要關注點在清潔焚燒上。

2021：完成2期工程，實現7800噸/天的處理量。
這實現了城市的全量焚燒。歷史填埋場的垃圾，將挖出來，再焚燒掉。原填埋場改填埋焚燒后的飛灰。

站在歷史的長河，作為填埋場，肯定是越遠越偏越惡劣為好，不影響周邊。
而作為焚燒廠則面臨用既有土地（歷史填埋場），和新規劃垃圾用地。
以及規劃時的技術水平，民眾認知等因素，來決定焚燒廠選址。
最后，當地的采暖需求會決定供暖管網的成本是否能被收回。
所以，規劃時，要盡早、以歷史的長周期角度進行綜合規劃，來實現綜合收益最佳。

行業策略推導

綜合以上觀察到、分析出的情況，對于垃圾焚燒行業有3大基本面：

選址：
無異味影響，和飽和式污染防治仍決定垃圾焚燒廠需遠離人群。
而遠了，供暖管網的建設和運營成本會讓投資難以回收成本。
所以在安全距離下，盡量靠近需求是選址決定整個商業價值的關鍵。

規劃：
焚燒廠的體量是否夠大，值得配管網。以考察的焚燒廠為例，每100噸垃圾約可發電、供暖各1.28 MW。
回收電力和熱力，肯定是提升了焚燒能效，因為不用就只能向大氣排放。
同時，規劃時，不僅是當下，還需要考慮未來，生活水平提高了，供暖肯定會提升要求，也許未來供暖負荷就多了、集中了。

如同前文的對比案例中，另一案例是全年供暖，冬天滿足采暖和衛生熱水需求，收流量費和熱量費，不足時，用天然氣補。夏天則滿足衛生熱水需求，僅收流量費。
所以那個區域還衍生出另一模式，夏天在用戶端用溴化鋰熱水制冷空調。一方面降低最終用戶的空調費用，一方面提升整個區域的能效，因為垃圾處理工藝的限制，只要燒了，熱量不用就只能排放。

政策：
垃圾焚燒熱量，不用就只能排放。如果政策限定，如前文的情況之一，市政限定發電量，其他地區的需求就只能通過其他能源滿足，比如天然氣。這顯然與雙碳目標是背離的。

同時，集中需求后，才有助于深挖焚燒熱量，比如凝汽熱量、排煙處理的漿液熱量（如果有此工藝）等，這些通過熱泵可以回收，一方面提升焚燒廠的熱效率，另一方面進一步降低社會整體的一次能源消耗，提升社會能效，為雙碳目標助力。

管網建設：

推動管網建設時，只有2個檔口：必建和好建

必建：

需求存在缺口：這種情況就是既有能源的綜合利用和再建熱力廠對比。
一般來說管道還是比熱力廠要成本低些。
一、都是污染區，只是單純熱力廠，燒天然氣的話，污染程度會低些，可靠近些。
二、都要建管道。
三、熱力廠的新增設備成本和運營費用可比管道高多了。
所以此時，為焚燒廠建管道通常是最優解決方案的。

能源體系降碳：在需求變化不大時，既有能源體系可以滿足地，想改變就需要有動力，目前動力之一就是雙碳目標。通過優先使用焚燒熱量，降低一次能源消耗，這是客觀存在的方案。所以此時會考慮對焚燒廠建管道。

但不管什么理由，底線是投資回報必須為正，其收益必須能支撐其運營成本，否則理想再豐滿，現實也會骨感到“呵呵”。

好建：

工業區擴容搬遷：中國仍在發展中，一線城市開始在騰籠換鳥，二線、三線城市在有條件的招商引資。工業區升級、擴容、搬遷仍在長期狀態。

部分重能源企業型企業，因為重能源（需要大量能源），多數是污染型企業，即需要燒大量燃料。這類企業對焚燒廠的抵觸就比較低，甚至在企業設計時就會考慮。比如某造紙企業（紙漿部）在廠房設計時會靠近焚燒廠，企業的工藝廢料會打包運送到焚燒電廠，連同周邊其他的生物垃圾一同焚燒發電、產蒸汽。所產蒸汽被造紙企業消化，電消化一部分后，其他供周邊其他工業或居民使用。

主管網近焚燒廠：對于集中供暖地區，存在熱電廠，管網已經比較發達，此時焚燒廠是遠離人群，但與熱電廠可能不遠，所以聯合運行時，可考慮將焚燒廠熱量送到熱電廠。

這類好建的項目，通常只是缺少發現的眼睛。在可行性分析通過后，會很快上馬，資本會促進項目的快速推進。

使用設備：

作為供方的焚燒廠，熱泵是主力設備。通常溴化鋰蒸汽熱泵比較常見。
注：溴化鋰與電熱泵對比，請見《熱泵溴化鋰vs電決策的秘密》：

徐唯軼：熱泵溴化鋰vs 電決策的秘密

對外設計暖通管網時，通常只會是熱網，因為冷水管網的熱損失太大，輸送距離近。
同時，焚燒廠的低溫可回收余熱多，如凝汽熱、煙氣降溫熱等等。

如果焚燒廠周邊1km范圍內就是工業區，則可考慮直接上冷水管網，采用溴化鋰蒸汽或熱水制冷空調，這在部分新建工業園區有過此案例。
想要更長距離，不是不可以，管網的保溫成本就會上升很多，需要評估是否劃算。

作為需求的能源站，也會有熱泵和空調兩種應用。

熱泵是在城市擴容時，主管網升級困難，通過增加熱泵將一次側的熱量回收一部分到二次側，這樣一次側的供回水溫差拉大，在其流量不變的情況下，增加了一次側管網的輸送能力。

而溴化鋰空調則是在夏季使用熱網水進行制冷，如同前文的應用案例。

行動方案推薦：2022年4月

垃圾焚燒在我國的項目仍在持續增長中。
為解決垃圾圍城，垃圾清潔焚燒的減量化、無害化、可回收讓垃圾焚燒成為主流方向。
為解決鄰避效應，同時基于現行的技術、裝備水平已經和發達國家在同一水平，2020年1月1日，已經全面施行自動監測排放來確保污染控制在標準范圍內。

生活垃圾焚燒發電廠自動監測數據應用管理規定

同時雙碳目標讓節能減排的意愿進一步得到強化，對焚燒廠的熱量利用，會有更深入的需求。

所以選址上會盡量縮短遠離程度，或者與工業區整合，規劃時會爭取熱電聯供，在政策制定時，也會優先使用廢熱，減少一次能源使用。

具體到區域，則是集中供暖區域，其熱負荷大，管網集中，需求的拉動能力強。和工業園區，這對污染的接受程度高，會主動靠近焚燒廠。同時，全年都有制冷制熱負荷，與焚燒廠的長期穩定供應正好匹配。

相關背景信息：

焚燒工藝：1進5出。

1進：垃圾
垃圾進到焚燒廠時，需要放置3-4天。
一方面是讓濕垃圾部分進行發酵，提升燃料熱值。
另一方面是排出垃圾中的水。

1出：凈水
垃圾中出來的液體有個專屬名稱叫滲透液。這個處理和反滲透水，海水淡化一樣，將滲透液經過多次過濾。
一方面得到凈水。會向大自然排放或者自用于冷卻塔。
另一方面含雜質多的部分則會成為“污泥”，按污泥工藝處理后，最后的漿液會噴入焚燒爐中焚燒掉。

2出：爐渣
垃圾進入了焚燒爐，焚燒后，有害物、有機物都變成飛灰，隨煙氣向大氣排放，剩下的都無害物。
再經過金屬分離，金屬回收，最后的渣渣，其透水性強，抗壓性差，作為路面基層、與輕質磚是剛剛好。

3出：余熱
煙氣包含著大量的熱，經過余熱鍋爐，將熱傳到水中，變成蒸汽發電或供暖。同時也將煙氣快速降到200℃以下，減少煙氣有害成分的重組。

4出：飛灰
降溫后煙氣開始進行安全處理，三板斧：洗澡、過濾、和吸附。
洗澡：是針對特定成分，噴酒化學漿液，將成分留在漿液中，再對漿液進行處理。
過濾：是物理濾網，主要是各種過濾口徑的布袋，將粉塵等過濾、留下。
吸附：是相對化學性濾網，比如放個屁，不管是什么樣的布袋濾網，總是會聞到。而用活性碳之類的吸附劑則可吸收臭氣成分，讓人聞不到。
煙氣凈化工藝就是這三板斧的疊加，戲稱一個洗澡不夠，就多洗幾個，煙氣也就干凈了。
而最終收集飛灰、和吸附后的活性碳，經過壓制減少體積后，進行安全填埋，以未來的科技來進一步處理。

5出：煙氣
凈化處理后的煙氣，在自動監控平臺的監控中，以滿足GB18485-2014的要求，向大氣排放。