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    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

    分類:固廢觀察 > 固廢處理    發布時間: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,是落實低碳環保循環經濟的重要舉措。










    縱觀全球,焚燒發電技術不斷演進發展,逐步邁向成熟期。隨著固廢焚燒工藝的不斷演化發展,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。

    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、危廢醫廢

    生活固廢、危廢醫廢、污泥

    生活固廢、危廢醫廢

    代表性

    投資運營商

    光大國際、康恒、三峰環境、綠色動力、上海環境

    杭州錦江、盛運股份(中科通用)

    深圳能源、首創環境

    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電項目的市場準入門檻及各類污染物排放標準,勒緊了監管的“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。

    環保門檻的提升將推動行業洗牌,一些中小企業會加速退出市場,擁有資金和技術優勢的大公司有望在大浪淘沙中做大做強。放眼未來,固廢行業集中度正在不斷提高,后續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之間進行。

     

    表2:2020年環保企業固廢焚燒總規模排名(噸/日)

    排名

    公司名稱

    總規模

    1

    中國光大國際有限公司

    138360

    2

    上??岛悱h境股份有限公司

    82320

    3

    中國環境保護集團有限公司

    81050

    4

    綠色動力環保集團股份有限公司

    70560

    5

    深圳市能源環保有限公司

    66075

    6

    浙能錦江環境控股有限公司

    62236

    7

    北京控股有限公司

    51825

    8

    重慶三峰環境集團股份有限公司

    51100

    9

    粵豐環保電力有限公司

    50440

    10

    上海環境集團股份有限公司

    41400

    11

    浙江偉明環保股份有限公司

    37985

    12

    瀚藍環境股份有限公司

    35850

    13

    首創環境控股有限公司

    32580

    14

    廣州環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

    啟迪環境科技發展股份有限公司

    21600

    18

    城發環境股份有限公司

    21450

    19

    圣元環保股份有限公司

    18800

    20

    天津泰達環保有限公司

    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模優勢;運用流化床工藝的投資項目數量呈現萎縮態勢,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,經過長期的發展,技術已經日趨完善,運行可靠性高。

    是近十多年來發展的新技術,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,爐排及液壓系統維護的專業性要求高,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,儲料上料焚燒系統成熟;除渣系統穩定,燃燒過程穩定,控制簡單。

    處理固廢適應性強;循環流化床燃燒穩定,爐內溫度場均勻;擁有大量高溫循環物料,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,加煤助燃環節易滋生不規范現象。


    表:5:兩種固廢焚燒爐工藝:環保評估

     

    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,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

    發電效率

    利用蒸汽發電,能源利用率約為22%

    利用蒸汽發電,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,國內環保專業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定,年有效作業時間長,運營成本能夠有效控制。










    以長期專業運營爐排爐焚燒設施的上海環境為例:

    上海環境集團股份有限公司從事垃圾焚燒行業多年,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。上海環境自主研發的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。上海環境自主開發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域完成干燥、燃燒和燃燼過程,并在預想區域完全被燒燼,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

    上海環境自主開發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,保障焚燒爐的穩定運行。

    ⑸ 爐排爐摻燒污泥技術

    上海環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,節省能源。

    ⑹ 煙氣再循環技術

    上海環境焚燒爐是國內最早且唯一穩定使用煙氣再循環技術的焚燒爐。再循環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原始濃度穩定控制在200mg/Nm3以內。煙氣再循環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 分級分區域配風技術

    上海環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

    上海環境自主開發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,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、設備穩定可靠等優勢,仍占焚燒發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,在環保壓力下正在陸續進行二次改造。

    (2)從技術和環保面評估:爐排爐工藝更成熟可靠,運行穩定檢修率低,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;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??傮w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)從戰略角度,建議國內環保企業繼續穩固爐排爐工藝基礎,深入探索高參數、超高參數焚燒發電新工藝,同時加快設備部件國產化攻關,打通研發-制造-建設-運營產業鏈。對于流化床工藝開發需要趨利避害,審慎決策。針對熱解氣化等新工藝,則有必要開展持續動態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臨界期及時介入。






    來源 | 上海環境
    作者 | 馬磊
    編輯 | 匡宋堯

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