垃圾等离子气化机遇挑战和对策

1、摘 要: 概述了我国城市生活垃圾特点及垃圾处理现状，并分析了垃圾处理技术的发展趋势，从符合国家的政策导向、克服垃圾焚烧发电的局限性、具有广阔的市场需求及发展空间、有着良好的时机和切入点、符合东方电气战略发展思路等方 面详细说明了东方电气发展垃圾等离子气化技术有着前所未有的机遇。同时分析了发展此项技术存在的挑战，并提出了东 方电气垃圾等离子气化发电产业化应用 “三步走” 的对策。关键词: 城市生活垃圾; 等离子气化; 机遇和对策中图分类号:X705文献标识码:A文章编号:10019006( 2014) 04002207DOI:10.13661/ki.issn1001-9006.2014.04.0

2、07:1,?1 41,)-)21+)(* (- 9(:)/ 1,+$D E(#+7*)+)$,F81:$*C$, 1*/ 8(7*+$#?$1,7#$,WANG Xi，ZHANG Chunfei，XIE Fei( Central esearch Academy of DEC， 611731， Chengdu， China)Abstract: This paper summarizes the characteristic of municipal solid waste in China and analyzes the trend of development in wastetreatme

3、nt technology. It explains in detail that there are unprecedented opportunities for Dongfang Electric Corporation to develop the plasma gasification of solid waste， from such various aspects that include policy guide， overcoming of limitations of waste incineration， huge market demand and rapid deve

4、lopment， and compliance with the company strategic development plan， etc Finally， it analyzes the challenges for this technology along with the countermeasures by taking Three-Step for DEC to realize the industrialization applications of the plasma gasification technology of solid waste.Key words: m

5、unicipal solid waste; plasma gasification; opportunities and countermeasures随着 城 市 化 进 程 的 加 速，我国城市生活垃圾 的产生量 和 堆 积 量均在逐年增加，近 年 来 垃 圾 产资源利用 方 面 具 有 一 定 的 优 势，近几年在我国得 到了较快 的 发 展。然而垃圾焚烧导致的二噁英及 重金属等 二 次 污 染问题不容忽视，制 约 了 垃 圾 焚 烧技术的 大 规 模 应 用。城市生活垃圾等离子气化 技术几乎可 将 垃 圾 100% 转化为可回收的副产品， 其中的有 机 物 转 化 为 洁 净 燃 气，

6、而无机物形成无 害化的玻璃 态 熔 渣，可 作 为 建 材，从 而 实 现 真 正 的垃圾无 害 化 处 理与资源化利用，是 垃 圾 焚 烧 最 具潜力的 一 种 替 代 技 术。随着等离子发生器技术 的不断完 善 和 等 离子体自耗电的不断下降，垃 圾 等离子气 化 技 术 的发展时机已经成熟，商 业 化 应 用已成为可 能。然 而，国外等离子气化技术主要 9% ， 2007量的 增 长 速 度 约 为年 垃 圾 产 量 在1. 5 亿 t左 右， 城 市 生 活垃圾的累积量已经达到 60 多亿 t，超过 1 /3 的城市被垃圾所包围1 2。城 市垃圾产量的不断增加及其造 成的环境污染已成

7、为各国所 共 同 面 临 的 问 题，城市生活垃圾的无害 化处理是促进经济和生态环境 达到可持续发展的 重要措施之一。城市生活垃圾无害化处理技术有堆肥、填 埋、焚烧和气 化 等。填 埋或堆肥都不能完全实现垃圾 处理的无 害 化 和 减 量 化。焚烧处理在环境保护和 收稿日期: 2014 01 27作者简介: 王希( 1986 ) ，男，2011 年毕业于清华大学热能工程系动力工程及工程热物理专 业，工 学 博 士，高 级 工 程 师。现在东方电气集 团中央研究院新能源与发展技术研究所从事煤气化、垃圾气化的研究。 22垃圾等离子气化 :机 遇 、挑 战 和 对 策王希 张春飞 谢斐东方电气集团中

8、央研究院，成都 611731第28卷Vol. 28总第112期2 0 14. 12 . 25是针对本 国 有 效 分类的高热值垃圾，不 适 合 我 国垃圾高水分、低热值和未有效分类的特点。根据“十二 五”全 国城镇生活垃圾无害化处理 设施建设 规 划3，“十 二 五”期 间 全 国 将 新 增 垃 圾无害化处理能力约 58 万 t /d，在垃圾处理上的投资 高达 2636 亿 元，其 中 超 千亿元将用于垃圾发电。因此，在现 阶段涉足垃圾等离子气化发电领域， 研发适合中国国情的大型垃圾 等离子气化发电设 备，既符合国 家 的 政 策 导 向，又能实现产业结构 的调整，是一 次 难 得 的 机

9、遇。而现有的垃圾焚烧 技术的局限性与新兴的垃圾等 离子气化技术的水 土不服，也 正 为 国 内发展具有自主知识产权的垃 圾等离子气化发电技术提供了良好的切入点。热效率，有利 于高温吸热反应发生，因 此 是 一 种高品味的外 热 源。采用等离子体气化，其 核 心 温 度可达 6000 以上，炉内平均温度可达 1000 1600 ，电子 /化学反应能力高，裂解彻底，可将有机物完全转化成合成气 ( 主要 为 小 分 子 的 CO 和H2 ) ，而无机物则可变成玻璃体的无害灰渣，从而 真正实现 的 垃 圾 无 害化处理和资源化利 用6。等离子气化提供的高温能解决传 统焚烧中存在的二 次污染问题，且能使

10、合成气发电效率提高，环 保 效益更好。随 着 等 离子发生器技术的不断完善和 等离子体 自 耗 电 的 不 断 下 降，城市生活垃圾等离 子气化技 术 正 在 蓬 勃 发 展，达到高环保要求的同 时具有良好的经济性已成为可能。综上，等离子气化技术作为一种新兴技 术， 在处理 城市生活垃圾中 主要有能量转化效率高、 环保效 益 好、气 化 规 模 大、系 统 适 用 面 广、灵 活 紧凑等优 点，这 些 优点促进了其在垃圾无害化处 理领域中 的 迅 速 发 展，是垃圾焚烧产业中最有潜 力的替代技术之一。 1 垃圾处理技术的发展趋势我国政府颁布实施的中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法明确指出了

11、我国对固体废弃 物防治应 以 减 量 化、资源化和无害化为指导原则 和发展方向4。以 焚 烧、气化等为代表的垃圾热 处理技术是对城市生活垃圾进 行“三 化”最 为 重 要 而有效的 手 段，也 是垃圾无害化处理技术的发展 趋势。现有 的 垃 圾 处理技术主要包括垃圾焚烧发 电技术和 垃 圾 气 化 发 电 技 术。从国内外的运行情 况来看，垃圾 直接焚烧发电易产生二噁英、重 金 属等二次 污 染 问 题。垃圾气化技术是由垃圾的焚 烧技术衍 生 出 来 的 新 型 技 术，可以有效地防止垃 圾对环境 造 成 的 二 次 污 染，同时还可以提高锅炉 效率和发 电 效 率，是垃圾无害化与资源化处理最

12、 为有效的方式之一5。垃圾气化技术又可分为气化焚烧技术与气化 熔融技术，其 发展趋势是不断提高处理温度，以 获取更好的 环 保 效 益，彻底消除二次污染，且 提 高气化速率，以获取更大的处理规模。常 规 气 化 主要依靠燃料自身的部分放热 反应来维持气化炉 反应温度，若 需进一步提高气化温度，则 必 须 引 入外热源。等 离 子 气化就是以等离子炬作为外热 源的一种 新 兴 垃 圾高温气化方式，作 为 气 化 熔 融 技术中的一种，顺应了垃圾气化技术的发展趋势， 正处于蓬 勃 发 展 之 中。等离子体电弧将电能转化 为热能，能 够 提 供 高温反应环境和较高的热焓和 2 发展垃圾等离子气化技术

13、: 存在的机遇2. 1 符合国家的政策导向2. 1. 1国家相关规划在 2011. 12. 15 出 台 的国 家 环 境 保 护“十 二五”规划7 中，有 多 处 与 垃圾处理产业相关。摘 录如下: “2015 年，全国城市生活垃圾无害化处理 率达到 80% ，所 有 县 具 有生活垃圾无害化处理能 力”， “鼓励垃圾厌氧制气、焚 烧 发 电 和 供 热”， “开展工业生产过程协同处理生活垃圾 和污泥试点”，“到 2015 年，重点行业二噁英 排放强度降低 10% 。”规划中提出“十二五”期间，“优先实施 8 项环境保 护 重 点 工 程，开展一批环境基础调查与 试点示范，投 资 需 求 约

14、 1. 5 万 亿 元。”其 中 一 项 就 包括城镇生活污染、危险废物处理处置设施建设。 另外，规划中还特别提到，“围绕重点工程需 求，强化 政 策 驱 动，大 力 推 动 以 污 水 处 理、垃 圾 处理、脱硫脱 硝、土壤修复和环境监测为重点的 装备制造业发展”可见，最新的 环 保“十 二 五”规划对垃圾处理 23 第28卷Vol. 28总第112期2 0 14. 12 . 25产业的目标、重 点 环 保 工 程、相关经济政策都作 了要求，明 确 提 出 要大力推动相关的装备制造业 的发展，为 东 方 电 气涉足垃圾发电领域提供了政 策依据。2012 年 5 月出台的全国城市生活垃圾无害化

15、 处理设施建设“十二五”规划3中，对我国城市生活垃圾处理 设 施 的 投 资、规模均作了要求，为 垃 圾处理产业的市场需求提供了依据。根据此规划， “十二五”期间我国城市生活垃圾无害化处 理 设 施 建设投资总量将达 2636 亿元。规 划 的 目 标 是，到2015 年，全国城 市 新增生活垃圾无害化处理能力 58 万 t /d 以上，全国城市生活垃圾无害化处理率达 到 80% 以上，直 辖 市、省会城市和计划单列市生 活垃圾全 部 实 现 无 害 化 处 理，实现县县具备垃圾 无害化处理能力。而在相应的“十 一 五”规 划8 中，垃 圾 无 害 化处理设施规划的投资总量仅为 862. 9

16、亿元，新增生 活垃圾无害化处理能力 32 万 t /d，全国城市生活垃 圾无害化处 理 率 达 到 60% 。从两个规划的对比可 以看出，国 家 对 垃 圾处理产业的投资和重视力度 不断加大，垃圾处理产业具有良好的发展前景。由前述我 国 垃圾处理现状可知，以“无 害 化、减量化、资源化”为目的的垃圾焚烧发电符合国家 政策导 向，在我国得到了迅速的 发 展。然 而，由 于垃圾直接焚烧所导致的二噁 英及重金属等二次 污染，亦限 制 了 垃 圾焚烧处置在垃圾无害化处理 中的比重，附 加 的 污染物脱除装置增加了垃圾处 理成本，也 导 致 国 家不得不出台相关政策来扶持 垃圾发电产业的发展。2. 1.

17、 2 垃圾发电相关政策构优先调度可再生能源发电”，其中可再生能源就包括城乡 有 机 废 物转化成的能源。该 政 策 为 城 市 生活垃圾 发 电 产 业提供了广阔的发展空间，为 垃 圾发电市场的建立和发展提供了宏观政策支持。( 2) 价格扶持政策。2012 年 3 月国家发改委出台了最新的垃圾发电的价格扶持政 策10，规 定 以 生活垃圾 为 原 料 的垃圾焚烧发电项目，均 先 按 其 入厂垃圾 处 理 量 折算成上网电量进行结算，每 吨 生活垃圾折算上网电量暂定为 280 kWh，并 执 行 全国统一垃圾发电标杆电价 0. 65 元 / kWh，其余 上网电 量执行当地同类 燃煤发电机组上网

18、电价。 最新的政 策 完 善 了垃圾的补贴上网电价政策，避 免了掺煤骗取补贴电价的行为。此 外，政 府 安 排 一定比例 资 金， 用于城市垃圾收运设施的建设， 或用于 垃圾处理收费不 到位时的运营成本补偿。 补贴上网电价和垃圾处理费用 使垃圾发电产业的 盈利性有 了 一 定 提 高，亦促进了垃圾发电产业的 迅速发展。( 3) 税 收 优 惠 政 策。 其 一， 增 值 税。 从 2001 年 1 月 1 日至今，我国对垃圾发电实行增值税即征 即退的优 惠 政 策。其 二，所 得 税。2008 年 1 月 实 行的新所得税法明确规定， “从事城市公共垃圾 处理的企业所得税，实行 3 免 3 减

19、半的所得税优惠 政策”，表明国家通过财税政策重点扶持从事垃圾 处理公共设施项目的投资运营。综上所述，垃圾发电是实现垃圾无害化 处 理、 资源化利用的重要手段， 符合国家的政策导 向， 现有的垃圾焚烧发电亦得到了 国家各种政策的扶 持。然而，直接焚烧发电有着很多 局 限 性，限 制 了其大规模 应 用，只能在争议中前行，在 夹 缝 中 求生存。新 兴 的 垃 圾等离子气化发电技术应运而 生，发展适 合 中 国 国情的垃圾等离子气化发电技 术迫在眉睫。2. 2 克服垃圾焚烧发电的局限性发展垃圾等离子气化发电技术，其 根 本 原 因 在于垃圾 焚 烧 发 电存在很多局限性，因 此 需 要 发展替代技

20、 术，来 促 进垃圾无害化处理产业的迅速 发展。具体来说，垃圾焚烧发电主要有以下问题。2. 2. 1 污染物排放不达标中国环境 科 学 研 究 院、清 华 大 学、建 设 部 城在我国，垃圾 发电的定位具有双重身份:它是垃圾处 理 的 基 本 方 式 之 一，同时也是一种可再 生能源，是 资 源 综 合运用和循环经济的重要组成 部分。垃圾发电是当前最符合 “减量化、资源化、 无害化” 原则的垃圾处置方式，因 此 国 家 出 台 了 很多政策 来 扶 持 垃 圾 发 电 产 业，现行我国垃圾发 电产业主 要 采 用 垃圾直接焚烧发电，相 关 的 优 惠 政策主要包括以下政策9。( 1) 产 品

21、回 购 政 策。“电网企业全额收购 电 网 覆盖范围 内 该 发 电项目的上网电量，电 力 调 度 机 24第28卷Vol. 28总第112期2 0 14. 12 . 25市建设研 究 院、国 家环境分析测试中心曾经联合 对国内 20 家生活垃圾焚烧厂 2001 2009 年烟气监测数据进 行 了 调 研，对各种污染物的排放结果进 行了分析，结果如表 1 所示11。表 1 垃圾焚烧污染物排放达标率污染物中国标准达标率 /%美国标准欧盟标准中国新标准达标率 /%二噁英 /( ng TEQNm 3 )NOx /( mgNm 3 ) SO2 /( mgNm 3 ) HCl /( mgNm 3 ) H

22、g /( mgNm 3 ) Cd /( mgNm 3 )Pb /( mgNm 3 )1780. 20. 10. 1 0. 543400100215 500200 400200602601006050807275100301050880. 2900. 080. 050. 05600. 11000. 040. 050. 05751. 61000. 14 0. 20. 5190上述给出的中国排放标准是基于 2001 年制定的生活垃 圾 焚烧污染控制标准 GB18485 2001， 大大高于其 它 国 家 的 限 值。在 2011 年 出 台 的生 活垃圾焚烧污染控制标准( 征求意见稿) ( 即新 标

23、 准) 中，已 经大幅提高了各种污染物排放的 标 准， 向欧盟的标准靠拢，见表 1 中所示。虽然根据现行 标准，垃圾 焚烧发电厂的污染物排放基本达标， 但在即将 正 式 实 施的新标准面前，目 前 国 内 的 垃 圾焚烧发 电 厂 其 污染物排放仍不达标，特 别 是 二 噁英和重 金 属，还 需要继续加大对烟气处理系统 建设和监测的投入。此 外，二噁英很难在线检测， 其抽样 检测的结果很难 代表实际排放一定达标， 垃圾焚烧发电厂实际的污染物 排放可能比上述数 据更为严重。同时，垃圾焚 烧还会产生大量温室气体，其 对环境造成的影响也不容小视。的二次污染，也使得在初投资中，环 保 设 施 约 占工

24、程总投资的 15% 20% ，这也大大增加了垃圾焚 烧发电的 投 资。根据新标准编制说 明11，实 施 修 订后的标 准，仅 脱 硝设施的建设费用和监测费用 就将追加投资 73 亿元左右，而新建焚烧厂也需增 加投资 10 亿元左右。而且，在垃圾焚烧发电过 程中，除了 财 税、上网电价方面的优 惠，还 需 要 政 府补贴一 定 的 垃 圾 处 理 费 用。江苏省每吨垃圾的 处理成本在 200 元左右，其中炉排炉项目平均补贴元 /t， 流 化 床 项 目 平 均 补 贴 费 为 费 为86. 6343. 62 元 /t，11 项垃圾焚烧发电项目年焚烧垃圾处理补贴费达 4. 3 亿12，这 在 一

25、定 程 度 上 也 影 响 了 政府投资垃圾焚烧处理厂的积极性。炉排炉由于投资较大，故 垃 圾 处 理 补 贴 费 亦 较高，而流化 床炉虽然投资较低，但 通 常 需 要 掺烧一定比 例 的 煤 作 为 助 燃 剂。而煤炭价格的持续 上涨亦使 得 流 化 床炉的运行成本不断增加，盈 利 性较低，此外，流化床炉的飞灰产生量相对较大， 而飞灰需 要 作 为 危险废物进行处理，其 无 害 化 处 理成本较高。因此，垃圾焚 烧发电设备投资大，运 行 成 本 高也成为制约其大规模发展的重要因素。焚烧处理投资大，运行成本高2. 2. 2目前国内垃圾焚烧发电工程主要采用炉排炉和流化床炉两种炉型，以炉排炉为主

26、，流化床炉为辅。 以江苏省已建的 11 项垃圾焚烧发电工程为例，进口 炉排炉平均每吨垃圾投资为 47. 4 万元，国产炉排炉 平均每吨垃圾投资为 39. 1 万元，流化床炉平均每吨 垃圾投资为 26. 3 万元。同时，垃圾焚烧发电厂由于 烟气净化、灰渣和渗滤液处理等环节的存在，厂用 电率较高，炉排炉项目 17% 27% ，流化床项目为12% 25% ，而常规火电厂一般约为 7% ，使其运行 成本高12。由于垃圾焚烧带来包括二噁英和重金属在内 社会因素，邻避难题2. 2. 3垃圾焚烧发电面临的另一个难题是居民的反 对。邻避，即居民希望保护自身生 活 领 域，免 受 具有负面效应的公共或工业设施干

27、扰。据统计，从 2007 年 6 月北京由于居民反对而 叫停六里屯垃圾焚烧厂建 设，到 2011 年 1 月，全25 第28卷Vol. 28总第112期2 0 14. 12 . 25国至少发生了 10 次因为垃圾焚烧选址引发的群体事件，其 中 北 京 市 3 次， 江 苏 省 3 次， 广 东 省3 次，上海市 1 次。最大的 1 次民间争议是广东番 禹垃圾焚烧项目因居民反对而停建。垃圾焚烧发电项目引发群体性事件的根本在 于垃圾直 接 焚 烧 导致的烟气超标、臭 气 扰 民 等 现 象，二噁英的污染引起了居民的 恐 慌。因 此，发 展垃圾焚烧发电的替代技术势在必行。一直在争议中前行， “十二五

28、”期间焚烧处理设施的监控装置安装率要达到 100% ，监管能力建设投 资约 50 亿 元，加上即将正式出台 的生 活 垃 圾 焚 烧污染控制标准大幅提高了各种污染物的排放标 准，均使得垃圾焚烧发电厂需要更大规模的投资， 其盈利性 亦 受 到 重 大 影 响。故垃圾焚烧发电是在 现有情况不得已而为之的办法，一 旦 低 污 染、综 合利用率高的适合中国国情的 垃圾等离子气化发 电技术得 到 突 破，其取代常规垃圾焚烧发电厂的 可能性很 大，亦 需 要大量与垃圾等离子气化发电 技术配套的大型设备。2. 3广阔的市场需求及发展空间前述提到，“十二 五 ”期间我国城市生活垃圾 无害化处理设施建设投资总量

29、将达 2636 亿 元，其中超千亿元用于垃圾发电，相 比“十 一 五”规 划 的 投资总量 862. 9 亿元有了较大幅度的增长。规划的 目标为设市城市生活垃圾无害化 处 理 率 达 到 90% 以上，县城生活垃圾无害化处理率达到 70% 以上， 新增生活垃圾无害化处理设施能力 58 万 t /d。而据 2010 年的统计结 果，全国设市城市生活 垃 圾无害化处理率为 77. 9% ， 县 级 城 市 约 为27. 4% ，离“十 二 五 ”的 规划目标仍有很大差距。 加上广大 农 村 地 区仍将远远达不到要求，随 着 我 国城乡一 体 化 的 发 展，垃圾无害化处理市场投资 增幅不断增 长，

30、发 展 前 景 广 阔，亦为垃圾无害化 处理设备的巨大需求提供了有力保障。同时，根据 2005 年 的 统 计 结 果，垃 圾 焚 烧 处 理仅占垃圾无害化处理的 12. 1% ，目 前 中 国 建 成 和在建的垃 圾焚烧厂总数约 160 座; 而“十 二 五” 期间规划的垃圾焚烧厂超过 200 座，也就是说，未 来 4 年垃圾焚烧发电厂的数 目 可 能 增 加 2 3 倍，占垃圾无害 化 处 理 的 30% 。而规划中提到的焚烧 发电占比达 35% 以 上，因此垃圾发电有着广阔的 发展空间。根 据 世 纪证券研究所分析的我国垃圾 发电设备需求预测，至 2020 年，在新增处理能力 为 13.

31、 97 万 t /d、焚烧占比 25% 的情况下，若采用 进口设备，需求为 628. 58 亿元; 若采用国产设备，需求为 377. 15 亿元13。如按照“十二五”规划中提 出的 目 标，新增处理能力为 58 万 t /d、焚 烧 占 比35% ，则设备需求量高达 2000 3000 亿，可 见，垃圾发电设备有着广阔的市场需求。此外，现有的垃圾焚烧发电技术 虽 然 较 为 成 熟，得 到 了 广 泛 应 用，但 由于存在很多局限 性，2. 4良好的时机与切入点国外等离子气化技术起源于 20 世 纪 60 年 代，用于航空飞船外壳材料在 5500 下的测试。之后等离子技术在很多领域中得到了 应

32、 用，70 年 代 开 始用于冶金和材料热处理行业，80 年 代 开 始 处 理 危险废弃物( 如核废料、医疗垃圾) ，90 年 代 以 来 开始尝试 用 于 处 理其他固体废弃物，其 中 包 括 城 市生活垃圾。等离子气化技术的经济性是此技术能否大规 模用于城市生活垃圾处理的关键所在。近些年来， 随着等离 子 气 化 技 术 的 发 展，等离子炬的自耗电 已由过去的 35% 下降到现在的 20%5，且等 离 子 炬的运行 寿 命 和 稳定性也大大增加，使 得 等 离 子气化技术 的 经 济 性有了很大提高，也 促 进 了 此 项技术从基 础 研 究 慢慢向商业化应用过渡，并 形 成 了一些主

33、流技术，如美国西屋公司、加拿大 Plasco公司、德国 Bellwether 公司的技术14 16。目前，西屋公司有 4 个成功业绩和正在运作多 个类似项目，正在建设 25 MW 废弃物等离 子 气 化 发电项目，将 城 市 生活垃圾和工业废弃物转化为 合成气，用于发电。加拿大采用 Plasco 公司的等离 子气化技术建造北美地区规模 最大的气化垃圾发 电 厂， 整 个 项 目 投 资 1. 25 亿 美 元， 处 理 规 模400 t /d; 德国 Bellwether 公司目前正在世界各地大 力推广此 项 技 术， 近几年亦在中国寻求过合作， 此外国外也有很多机构亦在积 极推行等离子气化

34、技术的多 元 化 应 用， 以提高其利用率及经济性， 如英国 Waste Tri city 公司，将新一代碱性燃料电 池与等离 子 体 气 化 技 术 相 结 合。国外技术百花齐 26第28卷Vol. 28总第112期2 0 14. 12 . 25放，目前还处 于抢占国外市场阶段，对 国 内 市 场鲜有涉猎。国内的等离子气化技 术研究主要集中在煤、生物质及 有 机 固 体 废 弃 物 上，只有中科院力学所 开始涉及城市生活垃 圾17 19。正 在 建 设 50t /d 的 城市生活 垃 圾 筛 上物的等离子气化示范装置，起步较晚，成果有待考证。总之，随着等离子气化技术的不 断 更 新 和 发

35、展，目前国 外 研 究 已经从基础研究过渡到商业应 用上。等离子 气化技术已经基本成熟，各 个 主 流 技术均在 积 极 推 动该项技术的商业化应用，技 术 已基本成形，虽 仍 百 花 齐 放，但成熟可靠的核心 技术已形 成 一 定 垄 断。目前国内仍处在技术储备 阶段，尚未形 成 有 效 竞 争。因此东方电气再发展 相对成熟 的 垃 圾 焚烧发电技术不占优势，应 该 发 展新兴的有一定应用前景的垃 圾等离子气化发电 技术。而且 我 国 城 市生活垃圾与发达国家城市生 活垃圾 差 异 很 大，厨 余 含 量 高、含 水 率 高、热 值 低、未有效分 类。而原料性质正是等离子体反应 器和系统 的

36、 主 要 设 计 依 据，因此就算引进国外主 流技术，仍然 可能出现水土不服的情况。加 上 焚 烧发电存在的二次污染问题与 垃圾发电产业广阔 的市场前 景 之 间 存在不可调和的矛盾，发 展 适 合 中国国情的城市生活垃圾等离 子气化技术正面临 着良好的时机与切入点。有很长的路要走。国内的等离子气化技 术研究主要集中在煤、 生物质及 有 机 固 体 废 弃 物 上，只有中科院力学所 开始涉及城市生活垃圾，正在建设 50t /d 城市生活 垃圾筛上物的等离子气化示范装置， 起 步 较 晚， 成果有待 考 证。 目前国内仍处在技术储备阶段， 尚未形成有 效 竞 争。然 而，垃圾焚烧技术已经在 国内

37、得到 了 工 业 应 用，当国外垃圾等离子气化产 业市场趋于 饱 和，开始渗透到国内市场时，已 有 的从事垃圾焚烧发电产业的投 资商与设备制造商 必将是潜在的强有力的竞争对手。目前国内从事垃圾焚烧发电的投资商约40 50 家，其中同 样 作 为 能源装备制造业的上海电气已 经在垃圾 焚 烧 发 电行业取得了一定的业绩，以 设 备成套、技 术 服 务 及项目投资方等方式涉足垃圾 发电产业。 除了部分炉排炉焚烧炉为进口产品， 其余设备 均 为 国 产 化 配 套 产 品。此外垃圾焚烧技 术和设备的国产化进程较为顺利。其 中，东 方 电 气下 属的东风电机亦提供了部 分垃圾发电配套 设备。可见，国内

38、垃 圾发电产业的竞争很激烈，如 果东方电气再继续研发相对成 熟的垃圾焚烧发电 技术那就 不 占 优 势 了，应该研发新兴的有一定应 用前景的垃圾等离子气化发电技术。当然，研发垃圾等离子气化发电 技 术 本 身 亦 存在很多 挑 战。垃 圾等离子气化技术的研发难度 大、投资 大、周 期 长，国 外 技 术 也 是 经 历 了 几 十年的发展，才 形成了一些主流技术，并 证 明 了 其 在商业化应用中的可能性。此外，发展垃圾等离子气化技术 受 政 策 影 响 较大，此项 技 术 的 产生源于垃圾焚烧发电所带来 的环保问 题。通 过 等离子体的耗能来产生高温以 彻底实现 垃 圾 的 无 害 化 处

39、理，同时增加气化处理 规模与能 量 转 化 效 率，其初投资必然会比垃圾焚 烧发电高( 因为其发电效率高，尾气处理量小，故 运行成本低于焚烧发电) 。因此，只有在高环保要 求、高污染控制标准下，此项技术才存在竞争力。 3 发展垃圾等离子气化技术面临的挑战与对策虽然随着等离子发生器技术的不断完善和等 离子体自 耗 电 的 不 断 下 降，垃圾等离子气化技术 的发展时 机 已 经 成 熟， 商业化应用已成为可能， 东方电气发展垃圾等离子气化 技术有着多方面的 机遇，但仍然 存 在 一 些 挑 战。本文分析了发展此 项技术存在的挑战，并提出了相应的对策。3. 1 发展垃圾等离子气化技术面临的挑战目前

40、发展此项技术存在的挑战主要源自于国 内外的竞 争。垃 圾 等离子气化技术在国外正从基 础研究过渡到商业应用， 形成了几家主流技 术，正处于抢 占 国 外 市 场 阶 段，暂时无暇顾及国内市 场。且我国 城 市 生 活垃圾与国外城市生活垃圾有 很大不同，国 外技术水土不服，其国产化应用还 3. 2发展垃圾等离子气化技术的对策虽然 存 在 上 述 挑 战， 但国外技术水土不 服，国产化进程仍有很长的路要走。 国 内 百 家 争 鸣，27 第28卷Vol. 28总第112期2 0 14. 12 . 25专利众多，但 尚未投入成熟的工业应用，也 缺 乏大型化的 经 验。加 之正值垃圾无害化处理产业蓬

41、勃发展的“十 二 五”时 期，东 方 电气涉足垃圾气化 发电产业 正 有 着 前所未有的机遇。而 且 实 际 应 用 表明，与国产 化 设 备 相 比，国外进口设备虽然在 加工工艺、自动控制、运行寿命等方面存在优势， 但在备品 备 件 的 生 产 成 本、维修维护成本以及服 务速度等 方 面 存 在 局 限 性，仍然有必要开发适合 中国国情 的 垃 圾 等离子气化技术及设备。在 借 鉴 国内外技 术 的 基 础 上，可以加快垃圾等离子气化 发电技术的研发进度。同时，垃圾等离子气化系统的每 个 子 系 统 都 是非常成熟 的 工 艺，垃圾分类和预处理设备、等 离子炬、气体净化系统等均已得到了很好

42、的应用， 等离子气化系统只不过是它们之间的结合与优化。 因此，东方 电 气 一 直致力于成套发电设备的研发 与制造，发展此项技术已具备了一定的基础。当然，发展垃圾等离子气化技术 也 存 在 很 多 挑战与风险，虽然目前面临前所未有的机遇，但 仍需谨慎而行，谋定而后动。新能源所历时 1 年， 对垃圾等离子气化领域国内外专利、文 献、政 策、 新闻等进行 了 全 方 位、多 角 度 的 调 研，并 实 地 考 查了 8 家与垃圾焚烧或气化相关的设备制造企业及2 家垃圾焚烧厂，最终规划了东方电气垃圾等离子 气化发电产业化应用 “3 步走” 的研发路线，具体 如下:( 1) 第 1 步: 城市生活垃圾

43、典型组分等离子气 化特性研 究 ( 基 础 研 究) 。设 计 并搭建等离子直接 气化试验 系 统，对 城市生活垃圾的典型组分进行 热解气化 试 验，全 面了解垃圾典型组分等离子热 解气化试 验 结 果，获得城市生活垃圾典型组分的 热解动力 学 及 热 力 学 数 据，获得关键设备的设计 原理，打通 城市生活垃圾等离子气化工艺流程。 此步主要是花费少量经费打通 垃圾等离子气化发 电工艺流 程，研 发 具有自主知识产权的等离子气 化技术及设 备，申请相应的专利保护，并 为 东 方 电气是否涉足垃圾气化发电产业提供参考。( 2) 第 2 步: 城市生活垃圾等离子气化小试试 验装置( 编写工艺包)

44、。建立处理规模 3t /d 的城市 生活垃圾等离子气化小试试验装置( 包括配套的垃圾预处理系统和尾气净化系统) 。根据试验结果对城市生活 垃 圾 等 离子气化发电工艺流程、操 作 参 数及关键 设 备 进 行 优 化，验证等离子气化工艺技 术经济性，并 编写等离子气化发电工艺包。考 察 等离子气 化 发 电 市 场 成 熟 度，评估其在中国产业 化应用的可行性。( 3) 第 3 步: 城市生活垃圾等离子气化发电工 业示范装置 ( 产 业 化 应 用) 。建 立 处 理 规 模 100t /d 的城市 生活垃圾等离子 气化发电工业示范装置， 评估等离子气化发电工艺方案 的整体技术经济性 ( 重点

45、考察等离子炬自耗电占比) 和运行可靠性( 重 点考察等离子炬寿命) ，为后续的产业化和设备推广提供技术支撑。如采用“3 步走”的分阶段实施路线，研究不断 深入，投资不断加大，既能规避盲目跟进的风险， 又能根据 政 策 和 产业环境不断调整研究方向。在 时机成熟时还能将自主研发与 引进国外技术相结 合，通过每 一 步 的 研究成果评估是否进行下一步 研究，从而 使 东 方 电气在垃圾处理产业中稳步前 进，做好 技 术 储 备，开 拓 新 的 市 场 增 长 点。而 且 东方电气 主 业 即 为发电设备制造，在 研 发 出 自 主 垃圾等离 子 气 化 发 电 技 术 后，完全有能力实现包 括核心

46、设 备 在 内 的成套设备生产，实 现 从 技 术 到 产品的一 体 化，使 垃圾等离子气化发电技术及设 备的国产化、产业化应用成为可能，从 而 在 国 内 外垃圾发 电 设 备 制造竞争中获取有利地位，立 于 不败之地。 4 结语本文概述了我国城市生活垃圾特点及垃圾处 理现状，并分 析了垃圾处理技术的发展趋势，指 出等离子 气 化 技 术作为一种新兴技术，在 处 理 城 市生活垃 圾 中 主 要有能量转化效率高、环 保 效 益 好、气化 规 模 大、系 统 适 用 面 广、灵 活 紧 凑 等 优 点，是垃圾焚烧产业中最有潜力的替代技术之一。 随后，从符合 国家的政策导向、克 服 垃 圾 焚

47、烧发电的 局 限 性、具有广阔的市场需求及发展空 间、有着良好 的时机和切入点、符合东方电气多 元 化 、多产业的战略发展思路等方面 ，详 细 说 明( 下转第 35 页) 28第28卷Vol. 28总第112期2 0 14. 12 . 25( 5) 湿度 是 湿 蒸汽级性能测试最重要的参数，湿度测量 装 置 安 装 在 汽 缸 上，需通过隔板套进入 通流中，采用了专门的湿度测量装置和密封结构。( 6) 2 个转子转速同步的控制方法是控制 系 统 最大的难点，2 个转子转速的控制需和水力测功器 的负荷进 行 协 调 控 制，是一个多目标多参数的协 调控制。通过 分析和试验经验，制定了适应本试

48、验台的控制方案。该试验台已投入运行，在 该 试 验 台 上 进 行 了 内部除湿级的除湿特性研究和 大型核电机组低压 末 3 级的性能和动应力测试。经运行实践证明，该 试验台运行平稳，设计开发是成功的。2 Sun Qi，Kong Xianglin，Jiang Shengke，Zhong Gangyun，ShangYu，Study of multi stage test turbine and numerical calculationC ASME Power 2011 ICOPE 2011，POWEICOPE2011553993 Benjiamin Megerle， Timothy Steph

49、en ice，Ivan McBean，Peter Ott，Unsteady Aerodynamics of Low Presssure Steam Turbines Operating Under Low Volume FlowC Proceedings of ASME Turbo Expo 2013，GT2013 954094 Satoshi Miyake， Satoru Yamamoto， Yasuhiro Sasao， Kazuhiro Momma，Toshihiro Miyawaki，Hiroharu Ooyama，Unsteady Flow Effect on Nonequilibr

50、ium Condensation in 3 D Low Pressure Steam Turbine SteadesC Proceedings of ASME Turbo Expo 2013， GT2013 948325 Naoki Shibukawa， Yoshifumi Lwasaki， Mitsunori Watanabe， Unsteady Flow Features and Vibration Stresses of An Actual Size Steam Turbine Last Stage in Various Low Load ConditionsC Proceedings of ASME Turbo Expo 2013，GT2013 952196 蔡小舒，苏海林 . 5MW 实验汽轮机内湿蒸汽两 相 流 实 验 研 究J . 热力透平，2004，33( 4) : 216 2227 卫敬明，张志伟等 . 应用光学法饱和蒸汽湿度仪测量汽轮机末参考文献:1 Dieter