三国时代的强中强固废焚烧工艺的市场格局和竞争力比选

文

章

导

读

建议国内环保企业继续稳固炉排炉工艺基础，深入探索高参数、超高参数焚烧发电新工艺，同时加快设备部件国产化攻关，打通研发-制造-建设-运营产业链。对于流化床工艺开发需要趋利避害，审慎决策。针对热解气化等新工艺，则有必要开展持续动态化的情报追踪和研判，保持对引领未来市场潜力技术前沿的敏锐性，以便待机而动，在新工艺进入市场爆发临界期及时介入。

三国时代的强中强

固废焚烧工艺的市场格局和竞争力比选

中国是固体废弃物产出大国，预测到2030年，城市固废年产总量将达到4.09亿吨， 2050年将达到5.28亿吨。固废处理通常遵循减量化、无害化和资源化原则，我国人口众多、人均可利用土地资源有限，填埋模式处理固废造成土地资源浪费。焚烧方式处理固废不仅高效、快捷，能量转换后的电能还能再利用，是落实低碳环保循环经济的重要举措。

纵观全球，焚烧发电技术不断演进发展，逐步迈向成熟期。随着固废焚烧工艺的不断演化发展，多重焚烧技术应运而生，这其中应用广泛且技术成熟的焚烧工艺主要包括三大类，即 机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉和热解气化焚烧炉 。此外尚有 回转窑-热解气化合成技术、三驱动技术 等非主流焚烧炉工艺。

表 1： 固废焚烧主流工艺竞争力对比表

工艺对比要素	机械炉排	流化床	热解气化
工艺要点	固废在炉排上进行层状燃烧，使固废料层不断松动与空气充分接触，达到理想燃烧效果。	依靠炉膛内高温流化床料的高热容量、掺混和传热作用，使固废快速升温着火，均匀燃烧。	焚烧炉设二个燃烧室，通过控制双燃烧室的供风量和温度来实现热解气化和完全燃烧。
设备类型	顺推式、逆推式、翻动式、滚动式、脉冲抛式	鼓泡式、循环式、回旋流式	干馏、立式、旋转
燃值要求	1200kal/kg以上	800kal/kg以上	800kal/kg以上
辅助燃料	重油	煤炭	煤炭
单台能力	500t-1200t/d	100t-500t/d	50t-500t/d
年运行时间	8000小时以上	约6000小时	5000-8000小时
适应固废特性	固废热值高、产出量大	固废热值低、产出量较小	固废热值高、毒性强，含多种难燃烧物质
适用领域	生活固废、危废医废	生活固废、危废医废、污泥	生活固废、危废医废
代表性投资运营商	光大国际、康恒、三峰环境、绿色动力、上海环境	杭州锦江、盛运股份（中科通用）	深圳能源、首创环境
代表性工艺设备商	德国马丁、丹麦伟伦、日立造船、比利时西格斯、日本荏原等	浙大、荏原、日本制钢、中科	加拿大瑞威、深圳汉氏

固废焚烧发电项目对投资商的融资能力、管理能力、技术水平和人员素质要求高。随着新环保法的颁布以及新《生活垃圾焚烧污染控制标准》的出台，国家正逐步提高固废焚烧发电项目的市场准入门槛及各类污染物排放标准，勒紧了监管的“紧箍咒”。在《生活垃圾焚烧污染控制标准》GB18485-2014中，公众最关注的二噁英类控制限值是0.1ngTEQ/m ³ ,比GB18485-2001版标准提高了10倍，新标准的重金属等其他限值大多比现行标准严了30%，对标欧盟标准。

环保门槛的提升将推动行业洗牌，一些中小企业会加速退出市场，拥有资金和技术优势的大公司有望在大浪淘沙中做大做强。放眼未来，固废行业集中度正在不断提高，后续固废市场的竞争将主要在入行早、投资运营经验丰富、技术水平高、且擅长多元固废多渠道处理的企业之间进行。

表2：2020年环保企业固废焚烧总规模排名（吨/日）

排名	公司名称	总规模
1	中国光大国际有限公司	138360
2	上海康恒环境股份有限公司	82320
3	中国环境保护集团有限公司	81050
4	绿色动力环保集团股份有限公司	70560
5	深圳市能源环保有限公司	66075
6	浙能锦江环境控股有限公司	62236
7	北京控股有限公司	51825
8	重庆三峰环境集团股份有限公司	51100
9	粤丰环保电力有限公司	50440
10	上海环境集团股份有限公司	41400
11	浙江伟明环保股份有限公司	37985
12	瀚蓝环境股份有限公司	35850
13	首创环境控股有限公司	32580
14	广州环保投资集团有限公司	32500
15	美欣达集团有限公司	30600
16	中国天楹股份有限公司	28850
17	启迪环境科技发展股份有限公司	21600
18	城发环境股份有限公司	21450
19	圣元环保股份有限公司	18800
20	天津泰达环保有限公司	11460

表3：国内已投运固废焚烧装置能力对比

工艺类型	数量（座）	设计处理规模（万t/d）	占比
炉排炉	847	48	86.38%
流化床	105	7.10	12.78%
热解气化	5	0.27	0.005%
其它	3	0.20	0.004%
合计	960	55.57	100%

目前炉排炉工艺日益占据主流地位，由于技术成熟、设备先进、维护简便等特点，保持了固有的整体处理能力规模优势；运用流化床工艺的投资项目数量呈现萎缩态势，多为适用于中小城市的小型焚烧厂；热解气化工艺建厂数量很少，总体仍处于探索尝试阶段，工艺高度依赖国外引进。以下针对两类主流工艺，结合 综合性技术、环保和经济要素评估，进行论证比选 ：

表4：两种固废焚烧炉工艺：技术评估

	炉排炉	流化床
技术背景	有近百年历史，经过长期的发展，技术已经日趋完善，运行可靠性高。	是近十多年来发展的新技术，适宜城市生活固废的大量处理，也是一种较为成熟的技术。
设备参数	年运行时间：8000小时以上机械炉排炉热灼减率 : 2%-5% 热效率：78%-83% 蒸汽压力：4.0MPa 蒸汽温度：400℃ 排烟温度：190℃ 炉排炉质量较可靠一般15-20年，炉排寿命与材质相关，高铬铸铁/铸钢 4-8年。	年运行时间：约6000小时循环流化床炉热灼减率 : 0.8%-2% 热效率：80%-90% 蒸汽压力：3.82MPa 蒸汽温度：450℃ 排烟温度：150℃ 流化床炉总体易磨损，过热器寿命与抗酸性腐蚀性能相关，材质不过关容易爆管。
燃料适应性	燃值要求：1200kal/kg以上	燃值要求：800kal/kg以上
操作性能	自动化程度较高，操作简单。	自动化程度较低，操作较复杂。
运行维护	设备成熟可靠，维护性能好，炉排及液压系统维护的专业性要求高，检修周期相对长、频次低	炉内无运动部件，结构简单，但运行时间相对少，部分设备材质不过关，造成易磨损、排渣口堵塞、压火停炉检修频次高。
工艺优势	适应于块状物料焚烧，对固废前处理要求较低，储料上料焚烧系统成熟；除渣系统稳定，燃烧过程稳定，控制简单。	处理固废适应性强；循环流化床燃烧稳定，炉内温度场均匀；拥有大量高温循环物料，床层热容量大，可焚烧大部分固废。
工艺不足	炉排炉开车和停炉过程中炉温不可避免经过二噁英产生的温度区间，易导致固废燃烧不充分，灰渣的热灼减率控制难度大。	控制系统复杂，前处理要求较为严格，除渣及粉尘回收装置负荷较大；年满负荷操作时间低于炉排炉；需加煤作为辅助燃料，飞灰产出量大。

炉排炉工艺 较流化床工艺总体更成熟可靠，自动化程度高，运行稳定检修率低，自用电率低，设备使用寿命长；对固废特性要求高，对国内低热值生活固废适应性不及流化床工艺；

流化床工艺 较炉排炉工艺对固废适应范围更广，可处理污泥危废，设备热效率更高，但易损耗，检修维护频率高，固废需预处理，加煤助燃环节易滋生不规范现象。

表:5：两种固废焚烧炉工艺：环保评估

	炉排炉	流化床
尾气排放	粉尘排放极少，燃烧较充分，S02、NOX等酸性气体排放相对较高。焚烧炉出口含尘量约3500mg/m ³ ，正常情况下二噁英排放极少；但炉排炉技术局限可能造成燃烧不完全，引起排放增加，尾部烟道有二噁英低温再合成现象。	可炉内实施脱硫，S02排放量少，炉膛温度在850-900℃之间，NOX生成少；粉尘排放量大，焚烧炉出口含尘量可达15000-20000mg/m ³ ，炉内掺混强烈，燃烧温度在850℃以上，烟气在炉内停留时间超过2S，二噁英排放浓度很小。
废水排放	炉排炉本身燃烧温度不及流化床高，易造成固废燃烧不完全，需加建固废渗滤液处理装置。	流化床炉温度高，固废燃烧较充分，可以较轻松实现回喷，做到废水低排放。
飞灰排放	炉排炉焚烧飞灰量小，单位重量飞灰中含较多重金属及有机类污染物，需进行固化处理后填埋。	流化床炉飞灰产生量很大，存在一定环保隐患，单位重量飞灰中重金属及有机类污染物量低。
炉渣排放	炉排炉焚烧灰渣大部分（约90%）以灰渣形式从炉排底部排出，吨固废炉渣产生量在0.2T以上。	流化床炉焚烧灰渣有一部分进入焚烧烟气中，因而炉渣产生量较小，吨固废炉渣产生量在0.08T左右。
二噁英排放专项统计	浓度范围0.013～4.140，平均浓度0.75 国标达标率73% ，欧标达标率 42.3%	浓度范围0.005～1.860，平均浓度0.35 国标达标率85% ，欧标达标率 45.0%

炉排炉工艺 粉尘飞灰排放量小，酸性气体排放量较多，需要加建渗滤液回喷处理工序，炉渣产出量稍大；

流化床工艺 粉尘飞灰排放量很大，存在一定的环保隐患，渗滤液较易回喷，炉渣产出量较小。

表6：两种固废焚烧炉工艺：经济评估

	炉排炉	流化床
装置用地与规模	单台设备能力：500t-1200t/d 占地面积较少，由于固废可不做预处理，颗粒度无特殊要求，且不燃煤，无需储煤和碎煤场所。	单台设备能力：100t-800t/d 占地面积较高，由于对燃料粒度要求较高，需进行分拣破碎，且需建储煤和碎煤场所。
投资造价	因活动炉排和固定炉排等关键部位由耐合金钢制造，设备及整厂造价较高；国外引进炉排炉焚烧厂造价投资为70-90万元/吨，国内吸收消化后的投资能压缩到40-50万元/吨；每KW装机容量的单位投资，最高3.94万元、最低超过1.67万元。	流化床单体设备造价较低，加上固废前处理及输煤系统，整厂造价仍低于炉排炉工艺；流化床焚烧厂综合造价投资为30-40万元/吨（中科通用，浙大-锦江等国产化工艺）；每KW装机容量的单位投资，最高在2万元以内、最低为1万元。
运行成本	灰渣灼减量 5-10% 厂用电率 :13%-15% 年运行时间：超8000小时添加助燃料：必要时添加少量重油，油价较高运行成本：100-200元/吨炉排用电单耗相对大，但由于设备稳定可靠，运行时间长，整体运行成本可控。	灰渣灼减量＜1% 厂用电率 :15%-18% 年运行时间：6000小时左右添加助燃料：添加2倍于重油量的煤，煤价较低运行成本：60-120元/吨焚烧完全，热效率高，但由于炉内沸腾燃烧，需增破碎装置，检维修频次高，运行成本起伏大。
建设周期	施工期16~20个月	施工期15~18个月
发电效率	利用蒸汽发电，能源利用率约为22%	利用蒸汽发电，能源利用率约为45%以上
固废焚烧补贴	固废补贴取决于谈判因素，电价补贴在0.65元/度	固废补贴取决于谈判因素，电价补贴在0.65元/度

为了对不同工艺路线的固废焚烧电厂提供技术经济的实证分析，国内环保专业团队曾搭建运算模型，假设建设一个1200t/d固废处理量的固废焚烧电厂，不考虑供热，纯凝发电，固废热值在4186—6279KJ/Kg之间波动，分析固废补贴、固废热值与炉型选择之间的关系，经济比选结果表明：焚烧电厂单位投资造价，引进设备炉排炉工艺最高，国产化炉排炉工艺次之，流化床工艺最低，基本为8: 4.5：3.5的比例关系。运行成本方面炉排炉略高于流化床，但流化床设备工况不尽稳定可靠，检维修频次高，运行成本起伏较大。炉排炉设备工况则相当成熟稳定，年有效作业时间长，运营成本能够有效控制。

以长期专业运营炉排炉焚烧设施的上海环境为例：

上海环境集团股份有限公司从事垃圾焚烧行业多年，积累了大量的垃圾焚烧厂建设，运营和管理方面的经验。 同时，上海环境集团与日本杰富意(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着良好的合作关系，这四大炉排生产制造商，在世界各地都有自己的业绩，每个公司的炉排各具特色，已经在中国境内得到广泛应用。

上海环境集团2013年引进日本荏原HPCC（High Pressure Combustion Control）焚烧技术，在实现全面国产化应用的同时，自主研发的高性能炉排片，已经应用在集团内十数个项目上，大大提升了炉排片的综合使用寿命。上海环境自主研发的600t/d炉排炉，应用在宁波奉化，福州红庙岭、山西晋中等项目，目前宁波奉化项目和福州红庙岭项目已经投产，山西晋中等项目在建。上海环境自主开发了大容量焚烧炉技术，具备从250t/d-1000t/d系列化焚烧炉产品。

上海环境自主设计炉排的主要技术特点如下：

⑴ 高速燃烧技术

炉排片相互之间的侧面经机械加工形成紧密结合的结构，炉排片之间间隙极小，燃烧空气高速均匀的吹入炉内，从而实现高速稳定的燃烧。高速燃烧克服了大缝隙炉排的燃烧缓慢、空气偏流、燃烧率低下等缺点，燃烧十分均匀稳定。

⑵ 水平炉排技术

炉排整体的安装角度为水平、可动炉排上倾20度角的斜上推动作用可确保垃圾的翻转、搅拌、打散，使燃烧控制简便。

⑶ 炉排独立驱动技术

炉排设计沿宽度方向分为多列，每一列沿长度方向又划分为：干燥段、燃烧Ⅰ段、燃烧Ⅱ段、燃烬段。每一列的各段都是相互独立的单元，每个单元分别设置独立的油压驱动装置。

根据燃烧情况分别独立的调整干燥段、燃烧Ⅰ段、燃烧Ⅱ段、燃烬段的运行速度，使垃圾在炉排的功能区域完成干燥、燃烧和燃烬过程，并在预想区域完全被烧烬，从而保证排出炉渣的热灼减率满足排放要求。

⑷ 强制风冷炉排技术

上海环境自主开发的强制风冷炉排技术，解决了高热值入炉垃圾易导致运行期间炉排片高温烧损问题，大幅提升炉排片的使用寿命，保障焚烧炉的稳定运行。

⑸ 炉排炉掺烧污泥技术

上海环境炉排炉除焚烧生活垃圾外，还可以掺烧污泥。为实现污泥高比例混烧，掺烧污泥通过利用城市生活垃圾焚烧产生的热量进行助燃，由于不采用燃油等燃料，减少了CO2的排放量，节省能源。

⑹ 烟气再循环技术

上海环境焚烧炉是国内最早且唯一稳定使用烟气再循环技术的焚烧炉。再循环烟气可在焚烧炉喉部形成强烈的湍流，同时降低焚烧炉整体氧量，将NOX原始浓度稳定控制在200mg/Nm3以内。烟气再循环技术可以提高锅炉效率、降低引风机能耗、降低脱硝药剂的消耗量。

⑺ 分级分区域配风技术

上海环境焚烧炉在炉排长度方向按照干燥段、燃烧段和燃尽段能实现六段配风，确保垃圾均匀稳定燃烧，炉渣热灼减率合格。除炉底一次风外，焚烧炉在喉部二燃室布置再循环风及二次风，实现多级配风，有效降低烟气污染物的同时可提高燃烧效率。

⑻ 耐磨耐腐蚀炉排片

上海环境自主开发的高性能炉排片材质中，在C和Cr含量相对较低时，添加了微量的合金元素，增加耐磨性。炉排片外形中，采用侧面细缝实现超高压损设计，同时具有自清洁功能。高性能炉排片具有多项专利技术，总体居于国内领先产品行列。

⑼ 模块化设计，模块化制造

炉排以单列为基本模块，宽度方向通过基本模块的连接可实现处理规模的放大。炉排侧面及相邻模块间设置膨胀吸收装置，以吸收热膨胀。

⑽ 最适宜的炉膛形状设计

针对不同的垃圾成分和热值，采用计算机对炉内燃烧的温度场和流场进行理论模拟，对焚烧炉和炉膛形状和布风进行优化，以达到最佳的燃烧效果。

⑾ 维护方便

炉排片采用防翘起销轴固定式安装，装卸方便，维修时只需撬棍与扳手即可完成单个炉排片的装卸作业，且炉排各列各段可独立驱动，方便检修。

单个炉排片35kg以内，保证单人可搬运和拆装。

⑿ 满足烟气通过炉膛温度850度2秒要求。

通过合理的结构设计、选择适当的空气比等措施，使炉膛内烟气满足在不低于850℃的条件下滞留时间不小于2秒的环保要求。

⒀ 焚烧炉热灼减率不大于3%。

结合国内城市垃圾现状，将燃烧Ⅰ段、燃烧Ⅱ段炉排加长，在干燥段与燃烧Ⅰ段，燃烧Ⅰ段与燃烧Ⅱ段之间设置了段差，使垃圾能够通过跌落打散，使垃圾在炉排上能更充分地燃烬，降低热灼减率。

总结

综合上述分析，我们认为：

（1）固废焚烧四种主流工艺中，炉排炉工艺以其技术成熟、设备稳定可靠等优势，仍占焚烧发电项目的近三分之二比重，特别是在地方财力雄厚的一线和重点二线城市广泛布局；流化床工艺以其投资省、适应固废热值低、基本杜绝二噁英等优势，在财力薄弱的低线城市曾获取多个BOT项目，体现了一定竞争力，但近年来逐渐暴露出的运行工况问题较多，有效运行时间短、成本高，设施存在飞灰排放量大、需添加煤炭助燃等问题，在环保压力下正在陆续进行二次改造。

（2）从技术和环保面评估：炉排炉工艺更成熟可靠，运行稳定检修率低，自用电率低，设备寿命长，但对国内低热值生活固废适应性略差，技术上无法避免二噁英释放温区；流化床工艺对固废适应范围更广，可处理污泥危废，设备热效率更高，能有效避免二噁英排放，但易损耗，检修维护频率高，固废需预处理，飞灰量大。

（3）从经济面评估：市场需求上。除个别超大或特大城市外，一二线城市固废处理市场容量日益饱和，争夺三四线城市项目已成必然趋势，为综合成本较低的流化床工艺创造了机遇。项目造价方面，引进设备炉排炉工艺最高，国产化炉排炉工艺次之，流化床工艺最低；运行成本方面，炉排炉总体略高，但流化床设备工况不稳定，运行成本起伏较大。

（4）热解气化工艺在全球尚处于探索应用期，近年也有生活固废焚烧领域的应用实例。总体而言工艺精密复杂，但处理彻底、热效高，在固废领域应用价值有待进一步研究。

（5）从战略角度，建议国内环保企业继续稳固炉排炉工艺基础，深入探索高参数、超高参数焚烧发电新工艺，同时加快设备部件国产化攻关，打通研发-制造-建设-运营产业链。对于流化床工艺开发需要趋利避害，审慎决策。针对热解气化等新工艺，则有必要开展持续动态化的情报追踪和研判，保持对引领未来市场潜力技术前沿的敏锐性，以便待机而动，在新工艺进入市场爆发临界期及时介入。

来源 | 上海环境

作者 | 马磊