上海与东京垃圾焚烧发电设施的对比分析

文_焦学军 上海康恒环境股份有限公司

1 分布和规模的对比分析

东京的垃圾焚烧发电设施数量多，共计21 个项目（其中，2 个重建中）、40 条焚烧线，总规模12300t/d，单项目平均规模仅586t/d，单线（炉）规模为306t/d。上海的垃圾焚烧发电设施数量较少，共计16 个项目（按立项数量计，部分项目分一期、二期建设）、49 条焚烧线，总规模28895t/d，单项目平均规模约为1800t/d，单线（炉）规模为590t/d。从垃圾焚烧发电设施的分布来看，东京基本上每个区有一座，选址都位于市中心或城市化区域，而上海则不同。上海的焚烧设施，大部分都分布在城市外围，特别是浦东新区的海边分布着老港一期、老港二期、黎明、滨海4 座超大型项目，这4 座项目的总规模达到了14000t/d。规模的差异、分布特色，是由两个国家和城市的垃圾数量、行政管理特点及地理条件所决定的。日本由于地震多发，最近要求垃圾焚烧发电设施在发生灾害时具备防灾功能，且需将发电分散化以便紧急情况下可以供电。我国国家政策和标准中，关于焚烧项目选址与居民区距离不小于300m 的防护距离的限制，是上海市垃圾焚烧项目主要分布在外围、非城市化区域的主要原因。

2 占地面积和投资的对比分析

对上海和东京垃圾焚烧发电设施的占地面积、投资概算进行对比分析，不计货币汇率指数、物价参数等因素的影响，仅从数字分析得出：①东京的21 个项目的占地面积共计约68.2 万m2，单个项目占地约3.25 万m2，单位处理规模占地面积约55m2；上海的16 个项目的占地面积共计约134.06万m2，单个项目占地约8.38 万m2，单位处理规模占地面积约46m2。②东京的21 个项目的总投资约6436.75 亿日元（合现时人民币约425.99 亿元），单个项目投资约306.51 亿日元（合现时人民币约20.28 亿元），单位处理规模投资约5191 万日元（合现时人民币约344.54 万元）；上海的16 个项目总投资约203.02 亿元人民币，单个项目投资约12.69 亿元人民币，单位处理规模投资约70.26 万元人民币。

3 主体工艺和设备的对比分析

3.1 焚烧炉和余热锅炉、余热利用的对比分析

图1表示东京和上海垃圾焚烧发电设施的设计热值变化情况。

图1 东京和上海垃圾焚烧发电设施设计热值统计

东京垃圾焚烧发电设施的余热锅炉主蒸汽参数，低于上海。东京的主蒸汽温度，经历了从300℃左右增加至400℃左右的过程，压力最低的仅2.7MPa、最高的5.3MPa；上海的主蒸汽温度，仅限于400℃和450℃二种，设计压力经历了从4.0MPa、5.4MPa、6.4MPa，直至宝山项目13.0MPa的过程（注：宝山项目采用了炉外蒸汽再热技术）。

蒸汽参数的差异，主要是政策和商业模式的不同导致的。东京的垃圾焚烧设施，基本采用地方政府投资并主持运营的商业模式，近期采用DBO（Design Build and Operate）模式增多，即由地方自治体（地方政府）向民营企业一揽子委托垃圾焚烧厂的设计、建设及运营的方式增加了，长期、稳定运行更加重要；而上海的垃圾焚烧设施，主要为企业投资、企业运营的商业模式，垃圾处理贴费远低于日本，而上网电价优惠，这就导致国内企业追求更高的发电效率。

东京的垃圾焚烧发电设施的余热锅炉布置形式，立式布置占绝对优势；而上海则以卧式布置为主、∏式和立式为辅。在东京，省煤器外置早在20 多年前便开始应用，近几年来低温省煤器的使用取代了减温塔以回收更多的能量，而上海尚未在工程上应用。

3.2 烟气净化工艺与烟气回流的对比分析

20 世纪90 年代开始，东京焚烧设施的烟气净化以“减温塔+干法（管道喷射石灰、活性炭）+袋式除尘+湿法+SGH+SCR”的工艺为主流；2014 年至今投产和建设中的焚烧设施，减温塔被热回收设备取代，烟气净化工艺简化为“干法（管道喷射石灰、活性炭）+袋式除尘+湿法+SGH+SCR”（最新投产的东京杉并厂就采用了这个工艺）。经过调研发现，东京的21 座焚烧设施，袋式除尘和湿法得以全部采用，但没有采用半干法工艺的（欧洲和中国普遍采用的旋转雾化器半干法反应塔）；针对NOx的净化，东京都采用了SCR 且都布置在湿法净化之后，但SNCR 的使用似乎不普遍；也没有采用GGH（回收热能、降低SGH 汽耗）的设施。

上海的焚烧技术，刚开始从欧洲引进，后来日本企业相继进入上海市场，因此，上海的垃圾焚烧烟气净化工艺，20年的发展经历了“欧洲引进、日本引进、自我创新”的过程，期间伴随着排放标准的提高导致的技改、多种工艺技术在国内的首次采用，特别是“湿法和GGH、碳酸氢钠干法”的应用在中国起到了带头、示范的作用。在上海，最初的烟气净化工艺，御桥厂和江桥厂为“半干法（石灰浆旋转雾化器反应塔、活性炭喷射）+袋式除尘”，2014 年进行了技改，增加了干法和SNCR；2012 年投产的金山一期，采用了“SNCR 半干法（石灰浆旋转雾化器反应塔、活性炭喷射）+干法（碳酸氢钠干粉）+袋式除尘”，这是中国国内首次采用碳酸氢钠干法工艺；2013 年投产的老港一期，采用了“SNCR+干法（石灰干粉、活性炭）+袋式除尘+ PTFE-GGH+湿法”工艺，这是中国国内首次采用湿法（引进日本技术，国内生产）和PTFE-GGH（引进德国技术和管件，国内组装生产）。2019年投产的老港二期，为世界最大规模的垃圾焚烧设施，烟气净化工艺在一期的基础上又增加了“低温SCR”；目前正在建设的松江二期、奉贤二期、海滨、宝山项目，采用了“SNCR+半干法（石灰浆旋转雾化）＋干法（熟石灰粉、活性碳喷射）＋袋式除尘＋PTFE-GGH1＋湿法＋PTFE-GGH2＋SGH+低温SCR”的工艺，系统越来越复杂，烟气污染物控制也将越来越好，以适应中国和上海市地方政府、企业内部的更高的追求，但成本也大幅增加。

3.3 烟气回流

烟气回流技术在垃圾焚烧设施上的应用源于欧洲，在节能以及控制NOx的产生方面具有良好的效果。在东京，于2006 年投产的设施上开始使用，现已成为标配，之后投产的、正在建设的焚烧设施都采用了烟气回流。在上海，烟气回流首次使用于2012 年投产的金山一期项目（后由于技改需增加SCR，空间不够，被迫拆除），2016 年投产的松江一期、奉贤一期和正在建设的松江二期、奉贤二期、金山二期、崇明二期、宝山项目都采用了烟气回流。

3.4 烟囱

上海和东京的焚烧设施烟囱，结构形式相同，大都采用内置钢筒的钢砼结构。区别在于，东京的烟囱高度明显高于上海。东京的烟囱高度，21 座设施的平均高度约140m，大多介于130 ～156m；上海的烟囱高度，16 座设施的平均高度约70m，大多为80m。这与环评相关，也与国内的习惯、部分关键的行政管理人员的认知也有不小的关系。

3.5 灰渣处理的对比分析

在东京，21 座焚烧设施中，15 座飞灰处理采用了“螯合稳定+填埋”的工艺，6 座设施采用了“飞灰+炉渣熔融”的处理工艺（熔融工艺主要有等离子体和电弧2 种。但由于耗电太高，处理成本过高，目前已停用4 座，改为了“螯合稳定+填埋”工艺）。在上海，飞灰的处理，目前全部采用“螯合稳定+填埋”。在上海，炉渣采用“分选、有用物质回收、制作建材”的综合利用方式（与美国相同），并建立了炉渣处理基地。在东京，炉渣的处理与上海相似。

4 上海市垃圾焚烧设施存在的问题思考

4.1 选址难

选址困难是这个行业的共同属性。老港是上海市垃圾处理的托底保障基地。上海市是超大型城市，16 座设施的平均规模达到1800t/d、单炉规模达到590t/d，体现了良好的规模效益。但是，刚开始建设的几年，规模选小了。占地面积超过国内平均值，主要是个别项目的项目规划考虑不足导致的。项目投资高于全国平均值，个别项目远高于国内平均值。但与东京比，则投资低得多，仅为东京的约1/5。

4.2 焚烧炉与锅炉

上海的焚烧技术成熟可靠，选择正确。流化床、热解气化炉等，没有在上海得到应用。焚烧炉排技术多样，基本上世界上的主流炉排技术都在上海得以应用。但是，在国内厂商引进技术得以良好发展的前提下，仍过份依赖国外技术和炉排装备。设计热值偏低，主要体现在2012 年之前开始设计的项目，以金山、老港一期、松江和奉贤等项目为主。2015 年之后设计的项目，充分考虑了热值的增加。蒸汽主参数的设计合理，技术和经济性考虑充分。特别是最近几个正在建设中的项目，更好地吸收了国内外的经验。宝山项目采用450℃、13MPa 的参数和炉外再热技术，将成为本行业国际领先技术水平的设施之一。锅炉的布置，多种形式并存，但卧式较多。省煤器外置、低温省煤器的使用，在上海使用较少（仅海滨项目采用了独立外置的省煤器）。烟气回流技术已在上海开始使用，取得了节能、控制NOx良好效果。但在工程应用细节方面，还需继续积累经验。

4.3 烟气净化

上海的焚烧设施烟气净化水平，总体上已经达到了国际领先。但烟气净化系统越来越复杂，尽管可满足超低排放的要求，然而经济成本过高。将所有的工艺手段和设备全部采用，这并不可取。在东京，最近几年设计的焚烧设施，烟气净化流程反而缩短了，值得学习。

湿法系统的应用，上海老港一期为国内首例。本项目为全国的焚烧设施中湿法的应用取得了成功示范。对于湿法，设备国产化的优化、二噁英的记忆效应控制，尚需很多工作要做。上海老港一期的PTFE-GGH 的使用，为亚洲首例，为国内节能环保领域起到了成功的示范作用。上海的焚烧设施中有29 条焚烧线采用了PTFE-GGH 换热设施，可降低蒸汽消耗，具有良好的节能环保效益。低温SCR 的应用取得了成功，但氨逃逸的超标仍有可能发生，特别是SCR 后置的正在建设中的设施。高效SNCR、PNCR 的研发和应用，还需努力。

4.4 灰渣处理

飞灰的处理，经济、适用、安全，但需要优化运营，优化螯合剂。螯合剂种类有二甲胺系、卡巴胺系、哌嗪系等。二甲胺系会产生有害气体，已确认有致癌性及爆炸性，但是价格便宜。我国近几年采用的螯合剂，二甲胺系是主流，但在日本较为安全的哌嗪系是主流。因此，上海乃至我国，飞灰螯合剂的使用，经济性和安全性都应充分考虑。

4.5 商业模式

政府对焚烧设施的成本支付高于全国水平，原因是多方面的。主要的原因是建设成本偏高、排放标准高造成的。应适当、合理地控制成本。

5 结语

上海的焚烧设施，应为“垃圾分类处理不成熟期”的托底保障，掺烧杂质、残渣或沼渣等做好准备；各焚烧设施之间，应注重协同功能，例如合理安排检修计划、调峰、人员和技术共享等。焚烧炉和余热锅炉注重新技术的应用，必要时进行技改，如锅炉防腐蚀处理、增加受热面、清灰新技术等。余热利用，开发向外供热项目。烟气净化，提高干法的效率、尽量取消旋转雾化器半干法；优化湿法和脱硝工艺，注重高效SNCR、PNCR、湿法净化系统的简化改造等；对于湿法净化，应针对“二噁英的记忆效应”，积累运行管理经验。烟气回流，注重运营管理经营的积累，必要时进行技改。注重高效、优质螯合剂的优化、选择。