1、北京宝能科技有限公司1城市垃圾热解气化方案前言：垃圾无时无刻不伴随着人类社会生活而存在，垃圾处理也是一个随之不断变革、持续发展的行业。从另一个角度讲，在技术条件足够完善的情况下，垃圾是一种永不枯竭的可利用型资源。本文着重介绍一种新型垃圾处理技术，该技术不仅能有效克服目前国内垃圾处理技术的环保缺陷，还能够同时获得几倍于前者的经济效益，真正实现变废为宝，引领未来垃圾处理行业发展方向。一、国内垃圾现状与亟待解决的问题1. 伴随着城市化进程加快，全国各地垃圾产生量急剧增加。根据 2009 年中国城市建设统计年鉴报告，全国 655 个设市城市生活垃圾清运量由 1980 年的 3132万吨增加到 2008
2、 年底的 1.52 亿吨，平均每年增长速度约为 9%。我国目前的垃圾年产量占全球比重已经超过 30%，中国已经成为“垃圾围城”最严重的国家。2. 城市垃圾的处理水平偏低。很多地方采取露天堆放、自然填沟和填坑等原始方式消纳城市垃圾,部分河流沿岸成为天然垃圾堆放场。该种处理方式对土壤、河流、地下水、大气等都造成了严重的影响和危害。3. 国内城市垃圾无害化处理设施极度缺乏,已建成的垃圾处理设施又有相当部分达不到国家环保标准，大多数城市的垃圾对环境的污染日趋严重。5 亿多平方米的城市地面被垃圾侵占，每天向大气释放多达 100 多种有害、致癌气体。以北京市为例，目前全市日产垃圾 18400 吨，其中 9
3、0%为填埋处理，每年约占用土地五百亩。在这种处理方式单一、有效的垃圾分类又较难实现的情况下，没有高效能技术和设施的建设应用，四年后北京就将面临垃圾无法处理的局面。上海市全市日产垃圾近 2 万吨，在全市垃圾处理厂超负荷运行的情况下，按目前现有的处理能力，到 2020 年，全市混合垃圾处理能力及资源化处理能力缺口总计将扩大到约 11700 吨/日。可见，对城市垃圾实施有效处理,改善城市卫生环境，实现垃圾减量化、无害化、资源化已成为保障国计民生的重大问题。日前住房和城乡建设部、环保部等 15 部委联合制定的“关于推进城市生活垃圾处理工作的意见” （以下简称“意见” ）已报国务院审批，于 2011 年
4、初下发。 “意见”出台后，将大力推动城市生活垃圾处理工作，同时城市生活垃圾处理也将成为地方政府城市管理考核的重要内容。二、国内垃圾处理技术简介目前国内垃圾处理主要使用以下几种技术：北京宝能科技有限公司21. 卫生填埋处理：这种方法是大量消纳城市垃圾的有效措施。但占地面积大，使用年限短，垃圾分解速度慢（10-20 年） ，填埋区易产生沼气、含毒污水，对空气、土壤和地下、地表水产生污染。大城市周边由于土地资源紧张，更限制了此类方法的应用。2. 堆肥处理：该方法通过微生物的生化作用，将垃圾中的有机质分解腐烂，转换成肥料。但该法对垃圾成分有较高要求，产品肥效低、制造期长，不适应城市生活垃圾的迅速增长。
5、堆肥法对塑料、金属等减量程度不高，后续处理量大，运行费及垃圾转运费用高。由于国内未能实现有效垃圾分拣，垃圾中含有重金属和有毒化合物等污染物，导致此种肥料不能进入食物链，因此堆肥产品尚面临销路问题。3. 垃圾焚烧发电：该法是指使用特殊的垃圾焚烧设备,以城市工业和生活垃圾为燃烧介质,在对垃圾进行焚烧处理的同时,利用其产生的能量发电的一种新型发电方式。直接焚烧法可实现城市生活垃圾的减容化和资源化。但其致命缺陷是其焚烧产物中的 SOX、NOX、HCl、粉尘和残渣中的重金属。特别是氧化反应产生的剧毒有机物二噁英含量较大。以上三种垃圾处理方式中，当前发展最为迅速的是垃圾焚烧发电。与其他处理方法相比，垃圾焚
6、烧发电具有占地少、能最大程度减害化、资源化利用程度高等优点。但其面临的主要问题表现为： 直接引进国外成熟的垃圾焚烧处理技术价格昂贵，从投资经济性的角度来看，国内典型的引进日处理量 1000 吨的垃圾焚烧电厂总投资将达 5-7 亿元人民币，普通城市很难承受。同时垃圾厂运行成本也较高，需要高额的政府补贴。 中国的生活垃圾大多为没有经过分拣含水量高的厨余垃圾，不同的地方垃圾的组成与特性也呈现较大差异。而国外成熟技术主要针对当地热值较高、含水率较低的生活垃圾而言处理效果好，在面对中国生活垃圾的焚烧处理效果却不尽理想。 无法实现真正的“清洁”焚烧。国内垃圾焚烧厂燃烧温度标准在 850 度焚烧排放的烟气中
7、含有 SO2、HCl、HF、Hg、Pb、Cd、NOx、二噁英和重金属等多种有害有毒物质，会造成严重的二次污染。 生活垃圾焚烧发电效率有待提高。中国垃圾焚烧厂普遍都在掺煤燃烧。国家规定允许的掺煤量为 20%以下，而实际很多厂子都超过 30%，甚至有的达到 40%以上，以这种方式发电再去享受国家的补贴电价，严重降低了垃圾处理厂的经济效益和社会效益。三、垃圾热解制气技术简介1. “热解”说明北京宝能科技有限公司3热解在英文中使用“Pyrolysis”一词，在工业上也称为干馏。它是将有机物在无氧或缺氧状态下加热，使之分解为：a) 以氢气、一氧化碳、甲烷等低分子碳氢化合物为主的可燃性气体；b) 在常温下
8、为液态的包括乙酸、丙酮、甲醇等化合物在内的可燃油；c) 纯碳与玻璃、金属、土砂等混合形成的炭黑的化学分解过程。垃圾的热解法和焚烧法是两个完全不同的过程。焚烧是一个放热过程，而热解是吸热过程。焚烧的主要产物是二氧化碳和水，而热解的主要产物是可燃的低分子化合物：气态的氢气、甲烷、一氧化碳；液态的甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等；固态的主要是焦炭和炭黑。热解法是利用垃圾中有机物的热不稳定性，在对其进行加热蒸馏，使有机物产生裂解，经冷凝后形成各种新的气体、液体和固体，从中提取燃料油、可燃气的过程。垃圾热解气化是将含有有机可燃物的垃圾在缺氧的条件下利用热能使化合物的化合键断裂，由大分子量的
9、有机物转变为小分子量的 CO、H2、CH4 等可燃气体。其抑制二噁英的途径主要有： 减少了二噁英前体物的生成 垃圾中的有价金属没有被氧化，垃圾中的 Cu、Fe 等金属不易生成促进二噁英生成的催化剂。同时垃圾的热解气化还有其优点： 制备出可燃气体。 热解气体燃烧时空气过剩系数较低，能大大减低排烟量、提高能量利用率，降低 NOx 排量、减少烟气处理设备投资和处理费。现有国际国内热解技术研究主要停留在等离子体快速热解工艺，这种工艺运行成本非常高，现在还无法做成大型化的工业装置。本公司设计建造的装置突破了现有研究方向，实现了热解装置工业化首次运行。2. 城市垃圾分级热解气化处理技术简介在充分分析中国垃
10、圾品质和生物质快速热解设备的基础上,针对城市垃圾与生物质的不同，我们创新出一套低成本、适合中国国情的城市生活垃圾热解气化的清洁综合利用技术。该项技术以循环流化床分级热解气化技术为核心,配以烟气干燥、特殊的进料和排渣系统,并从源头上对二噁英的污染进行了有效地控制，从而实现垃圾资源化利用。北京宝能科技有限公司4城市垃圾循环流化床分级热解气化工艺流程框图经粉碎机粉碎后提升到上部料仓的城市垃圾经星型进料器进入旋筒干燥器与气化燃气换热干燥后，通过中间料仓和螺旋输送机加入到气化炉中部，与循环上行的热灰和高温燃气迅速实现掺混；较细颗粒垃圾向上流动，升温、温度 700左右高温热解和脱氯，消除了垃圾受热后快速热
11、解产生的焦油、酚和轻油等，主要生成 CH4 等小分子；较粗颗粒垃圾向下落入炉底，在沸腾状炉料中，气、固两相发生剧烈传质和传热，并发生燃烧反应和水煤气反应生成 CO、H2、CO2 等，石灰石作为脱硫剂脱除了燃气中的硫，反应温度为 9001100。一级旋风分离器分离得到的半焦和灰经返料装置被水蒸气送回到循环流化床底部，二级旋风分离器分离得到的细粉经返料装置被水蒸气和空气切向带入气流床，螺旋式斜向下流动发生高温 1300左右气化和煅烧反应，液体熔渣和气体流入循环流化床。分离后的燃气流入旋筒干燥器换热和干燥，然后作为原料气发电或转化利用。低含碳灰渣经由换热式螺旋出渣机排于密闭灰斗，定期排到炉底渣车，再
12、倒运入渣仓，经短皮带送到临时储渣场。由于上部热解时为还原性气氛，脱氯不会产生二噁英；下部燃烧和气化半焦无氯存在，因此也不会生成二噁英。3. 我们的技术特点a) 一个设备同时具有气流床和循环流化床两部分，实现了垃圾的分级热解和气化；通过设置分级分离器，使夹带半焦按粒度的不同进入不同的床层。北京宝能科技有限公司5b) 气流床为切线进料，液体排渣；气流床中生成的高温气和液态灰渣同时为循环流化床供热，液体渣落入炉底的床料中，降温变为玻璃体，消除了流化床燃烧、热解或气化的飞灰重金属污染。c) 从源头上避免生成二噁英，实现了反应器内部分脱硫，简化了净化过程；生成气中含有大量甲烷，热值高，适合于做燃气。d)
13、 通过设置垃圾预热干燥和渗透液高温热解干燥，解决了国内垃圾含水过高和渗透液无害化处理的难题。e) 气化强度大，设备体积小，钢材耗量低，固定投资大大降低；操作简单，开停车方便，连续性好，垃圾适应性强。f) 垃圾灰中残碳含量低，固体灰渣排出，排灰过程简单。下图为公司投资建设位于青岛的城市垃圾热解气化工业化示范装置北京宝能科技有限公司6城市垃圾热解气化工业化示范装置四、国内垃圾处理行业市场、产业运营环境与政策垃圾热解制气与垃圾焚烧发电除了处理工艺和产出能源有一定区别外，其余大部相同。由于垃圾热解气化属于一种全新技术，在国内外尚无工业化运营先例，我国政府相关部门的针对配套扶植政策没有出台，所以垃圾热解
14、制气的市场情况和扶植政策可参考相近的垃圾焚烧发电的进行说明。北京宝能科技有限公司7在过去 20 年中，由于环境污染和生态破坏，中国每年造成经济损失相当于GDP 的 7%到 20%。 “十二五”规划建议中指出中国经济发展中面临十大问题，摆在首位的是资源环境问题。回顾历史，每次危机过程中往往会孕育一批新产业，新产业在危机后以其特有的生命力成为新的经济增长点，并成为摆脱经济危机的根本力量。据业内估算， “十二五”期间，我国环保投资将至少有 3.1 万亿，未来 5年复合增长率为 15%-20%，环保产值到 2015 年有望达到 GDP 的 7%-8%。行业研究员认为， “十二五”是我国环保行业的黄金发
15、展期。在环保产业高速成长的起点上，固废处理将成为一个高回报的投资行业。 “十一五”期间，我国固废处理投资规模为 2100 亿，年均增速 18.5%，据环保部中国环境规划院预测， “十二五”期间我国固废处理行业投资将达到 8000 亿元，较“十一五”翻两番，比大气和污水领域投资增速高 4-8 个百分点。2009 年 4 月 28 日，中共北京市委、市政府印发关于全面推进生活垃圾处理工作的意见的通知，要求调整处理结构，积极推进生活垃圾焚烧处理。2012年垃圾焚烧、生化处理和填埋比例为 2：3：5；2015 年比例为 4：3：3。2012 年前，北京市将建设阿苏卫焚烧厂、京南垃圾焚烧厂、董村垃圾焚烧
16、厂 3 个垃圾焚烧处理项目；2015 年前，将再建设六里屯焚烧厂、北天堂焚烧厂、南宫焚烧厂等，梁家务焚烧厂也将择机建成。2015 年前将建成 9 座大型垃圾焚烧厂，垃圾焚烧处理总能力可达到每天 8200 吨。1. 市场总容量按照 2010 年已建及在建项目统计，现有城市生活垃圾焚烧处理能力约为 7.4万吨/日，占全国城市生活垃圾清运量的 11。据此对未来垃圾焚烧技术市场做估算的话：基本假设 1：2020 年城市生活垃圾焚烧处理率达 30。北京宝能科技有限公司8发达国家生活垃圾焚烧处理率各不相同，如美国，地广人稀，垃圾填埋土地资源丰富，焚烧处理率约为 25；如英国，地质的特殊结构形成了天然的填埋
17、防漏层，填埋处理成为首选，焚烧率仅 10；如日本，土地资源紧缺，焚烧率高达66。考虑到城市生活垃圾的产生及处理有一定的半径限制，处理厂通常建在城市周边，而随着我国城市化进程，垃圾产生量逐年增大而填埋用地日益紧张。我们认为假设中国 2020 年城市生活垃圾焚烧率为 30是比较合理的。基本假设 2：假设未来（至 2020 年）垃圾年产生量与现在持平。按照国家统计年鉴数据，2003 年至 2008 年我国城市垃圾清运总量基本维持不变。我们认为不妨将此假设作为低值情景考虑。基于以上 2 个假设，可估算出 2020 年底我国生活垃圾焚烧处理能力应达到20.5 万吨/日。对比现有 7.4 万吨/日的处理能
18、力，2010-2020 年间应新增生活垃圾焚烧处理能力 13.2 万吨/日。2. 国家级优惠政策a) 中华人民共和国企业所得税法实施条例 （2007） 、 关于公布环境保护节能节水项目企业所得税优惠目录试行的通知 （财税2009166 号）规定垃圾焚烧项目可以享受企业所得税优惠政策。b) 关于资源综合利用及其他产品增值税政策的通知 （财税2008156 号）规定垃圾焚烧发电项目实行增值税即征即退的政策。c) 可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法 （发改价格20067 号）明确了垃圾焚烧发电电价补贴政策及实施期限。d) 中华人民共和国可再生能源法（修正案） （(中华人民共和国主席令第二十三号
19、，将于 2010 年 4 月 1 日开始实施）为垃圾焚烧发电项目的电力并网和收购提供了保障。北京宝能科技有限公司93. 针对垃圾焚烧发电项目的约束性政策a)关于进一步加强生物质发电项目环境影响评价管理工作的通知 （环发200882 号）规定，现阶段采用流化床焚烧炉处理生活垃圾作为生物质发电项目申报的，其掺烧常规燃料质量应控制在入炉总质量的 20%以下。其他新建的生物质发电项目原则上不得掺烧常规燃料。国家鼓励对常规火电项目进行掺烧生物质的技术改造，当生物质掺烧量按照质量换算低于 80%时，应按照常规火电项目进行管理。二噁英排放浓度应参照执行欧盟标准（现阶段为 0.1 TEQng/m3） 。b)城
20、市生活垃圾管理办法 （中华人民共和国建设部令第 157 号，2007 年）第二十七条规定，城市生活垃圾焚烧厂的注册资本不少于人民币 1 亿元。c)关于进一步加强生物质发电项目环境影响评价管理工作的通知 （环发200882 号）规定，新改扩建项目环境防护距离不得小于 300 米。4. 运行模式2004 年 3 月 19 日，建设部发布市政公用事业特许经营管理办法 ，垃圾处理开始实施特许经营管理。垃圾发电项目具有前期投资大、运营成本相对较低的特点，目前主要采用 BOT（建设-经营-转让）和 BOO（建设-拥有-运营）两种模式，特许经营期一般在 25-30 年之间。城市生活垃圾处理特许经营协议 、
21、购售电合同 、 并网调度协议为垃圾焚烧发电类项目建设与运营的最重要的三大协议。（1）特许经营协议。特许经营协议是垃圾焚烧发电项目建设最重要的法律授权文件，由运营企业与当地人民政府或其授权的部门签订，主要内容包括：特许经营期限；垃圾供应覆盖范围、供应时间、数量和质量；垃圾处理补贴价格、价格调整方式、支付时间与方式等。特许经营合同对于日供应垃圾的数量一般使用采用照付不议的条款。结算时的实际垃圾处理量由当地环卫部门出具证明。（2）购售电合同。一般情况下，由物价局审批垃圾焚烧发电项目的优惠电价，运营企业与电网公司签署购售电协议。（3）并网调度协议。指运营企业与电网公司签订的电力并网协议。根据中华人民共
22、和国可再生能源法（修正案） 垃圾发电的所有电量可全部上网，同时由于垃圾焚烧发电项目的电量与其他类型发电项目的电量相比较小，故并网也相对容易。5. 收入来源垃圾焚烧发电项目的主要收入来源包括垃圾补贴、上网电价、供热收入、售渣收入等，其中发电和供热收入的增值税即征即退，垃圾补贴收入免缴营业税。这些收入项目中，垃圾补贴收入、上网电价和税收优惠为核心收入来源。a) 垃圾处理补贴。目前我国各地垃圾处理补贴费的高低与采用的焚烧设备的成北京宝能科技有限公司10本关系密切。其中成本较高的炉排炉，补贴相对较高（最高达到 200 元/吨，出现在上海） 。流化床价格相对便宜，补贴相对较低，一般在 50-80 元/吨
23、之间。基本对应关系见下表。我国垃圾焚烧处理补贴费情况设备 每吨投资额 垃圾补贴费引进设备炉排炉 4550万元 80150元/吨引进技术炉排炉 4045万元 60130元/吨国产炉排炉 3035万元 50110元/吨国产流化床 2530万元 3090元/吨b) 发电量收购与上网。垃圾焚烧发电在发电类型上属于可再生能源发电中的生物质发电。2007 年 7 月 25 日，国家电监委发布电网企业全额收购可再生能源电量监管办法 ，规定电网企业全额收购其电网覆盖范围内可再生能源并网发电项目上网电量。2009 年 12 月 26 日通过的中华人民共和国可再生能源法 （修正案）规定，电网企业应当与按照可再生能
24、源开发利用规划建设，依法取得行政许可或者报送备案的可再生能源发电企业签订并网协议，全额收购其电网覆盖范围内符合并网技术标准的可再生能源并网发电项目的上网电量。根据以上两条规定，垃圾焚烧发电类项目的发电量和上网具备法律保障。c) 上网电价补贴。根据可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法 （发改价格20067 号） ，电价标准由各省（自治区、直辖市）2005 年脱硫燃煤机组标杆上网电价加补贴电价组成。电价补贴标准为 0.25 元/kWh。发电项目自投产之日起，15 年内享受电价补贴；运行满 15 年后，取消电价补贴。自2010 年起，每年新批准和核准建设的发电项目的电价补贴比上一年新批准和核准建
25、设项目的电价补贴递减 2%。d) 税收优惠。 中华人民共和国企业所得税法实施条例 （2007）规定，企业从事前款规定的符合条件的环境保护、节能节水项目的所得，自项目取得第一笔生产经营收入所属纳税年度起，第一年至第三年免征企业所得税，第四年至第六年减半征收企业所得税。2009 年 12 月 31 日财政部、国家税务总局、国家发展改革委联合发布的关于公布环境保护节能节水项目企业所得税优惠目录试行的通知 （财税2009166 号）中明确将生活垃圾焚烧列入目录。关于资源综合利用及其他产品增值税政策的通知 （财税2008156 号）规定， “对销售下列自产货物实行增值税即征即退的政策” ，其中包括“以垃圾为燃料生产的电力或者热力。垃圾用量占发电燃料的比重不低于 80%，并且生产排放达到 GB 13223-2003 第 1 时段标准或者 GB 18485-2001 的有关规定。所称垃圾是指城市生活垃圾、农作物秸杆、树皮废渣、污泥、医疗垃圾” 。根据以上规定，垃圾焚烧发电项目享受所得税减免和免增值税的优惠政策。
