摘要： 隨著人們對環境方面要求的日益增長,垃圾合理處理在踐行綠色發展理念和推動生態文明建設進程中發揮著越來越重要的作用.生活垃圾焚燒發電技術作為固廢資源利用的一種方法,如今已經演變成為一種成熟的資源利用技術.分別從垃圾焚燒發電行業的上、中、下游,即從垃圾焚燒的原料性質、燃燒發電技術以及煙氣控制方面對國內外生活垃圾焚燒技術進行了比較分析,認為隨著生活垃圾量日益增長,生活垃圾焚燒技術仍是一種實現減量化、資源化必不可少的手段,但是需要提升焚燒技術,改進國產焚燒工藝,嚴格控制焚燒煙氣中污染物的排放,建立實時監測點,避免造成二次污染。

引言

目 前， 全世界每年產生的城市生活垃圾(municipal solid waste，MSW)達到了13億t，預計到2025年，城市生活垃圾產量將達到22億t/a，增幅達到70%。這意味著在接下來的幾年內，人均生活垃圾日產量會從1.2kg/ 人增加到1.42kg/人。其中，中國是生活垃圾產量增速最快的國家，中國已經在2004年超過美國，成為全球最大的生活垃圾產生國家，預計到2030年，中國的垃圾產量將是美國的2倍。如此多的生活垃圾如果得不到合適的處理和處置，極容易引發環境問題。

現今生活垃圾處理方法有以下3種：衛生填埋法、焚燒法和堆肥法。垃圾衛生填埋法應用最早、最廣，其工藝簡單，處理成本最低，可是占地面積很大，并且填埋產生的滲濾液和填埋場臭氣解決難度較大，被填埋的垃圾得不到充分的資源回收和利用，因此該法以后不再是主流的垃圾處理方向。堆肥法通過微生物消化生活垃圾中的有機物質使其變成穩定的腐殖質。但堆肥的條件控制較復雜，并且周期較長，不適合進行大量垃圾的處理。“垃圾是放錯地方的資源”這一點正在逐漸為人們所接受，垃圾焚燒法是將垃圾在高溫條件下快速氧化燃燒，實現垃圾的減量化、資源化和無害化。焚燒法與其他方法相比有較大的優勢，焚燒法可以有效減少垃圾90%以上的體積，節約土地，并且垃圾焚燒產生的熱量可以用來發電，因此焚燒法逐漸成為國內垃圾處理的主要方式。

垃圾焚燒發電技術不僅能夠大幅減少持續增長的垃圾量，還在能源回收利用方面起著重要作用。垃圾焚燒發電在利用可再生能源的同時，起到高效處理廢物的作用�，F今垃圾焚燒發電技術已經趨于成熟，截至2015年年底，全球共有1179家垃圾焚燒發電廠，總處理能力超過了70萬t/d。據世界能源理事會統計，垃圾焚燒發電行業每年帶來的收入超過200億美元。然而，除了以焚燒技術為核心外，垃圾焚燒行業還對原料性質和煙氣處理方面有著嚴格要求。本文將從生活垃圾焚燒發電的上、中、下游，即原料、焚燒技術以及煙氣處理3個方面將中國與發達國家(美國、歐洲、日本和韓國)垃圾焚燒行業發展現狀進行對比，并對垃圾焚燒行業前景進行分析。

1 生活垃圾性質

對于垃圾焚燒發電行業，垃圾的性質對焚燒效果有很大的影響。本文從全球生活垃圾的產量、組成及熱值3個角度對生活垃圾性質進行分析。

1.1 生活垃圾產量

不同地區、國家甚至城市之間生活垃圾產量存在很大的差別。生活垃圾產量與地區的經濟發展水平、工業化程度、公眾習慣以及當地氣候有關，一般來說，經濟發展水平越高，其生活垃圾產量越高。

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圖1 為全球生活垃圾產量比例，可以看出，垃圾產量最大的地區為東亞及太平洋地區，占全球總產量的23%，其次是歐洲及中亞地區，占全球總產量的20%。其中，東亞及太平洋地區的垃圾產量中有70%的生活垃圾來自中國，即中國的生活垃圾產量占全球總產量的16%，這和我國近幾年經濟的飛速發展有很大關系。

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表1為2018年世界銀行統計的部分國家生活垃圾年產量及人均日產量的數據。由表1可以看出，雖然中國的城市生活垃圾總產量比較高，但城市生活垃圾人均日產量比其他發達國家都要低，甚至不足美國生活垃圾人均日產量的1/5，說明經濟越發達的地區，其生活垃圾產量也越高。

1.2 生活垃圾組成

本文將從2個角度對生活垃圾物質組成進行分類。

1)將生活垃圾分為有機垃圾、廢紙、塑料、玻璃、金屬、橡膠皮革和其他7類。按照2018年世界銀行統計數據，按經濟發展水平分類討論全球不同收入地區的垃圾組成，如圖2所示。由圖2 可見，從全球平均水平來看，生活垃圾中有機廢物占比最大，占垃圾總量的46%。由高收入地區向低收入地區過渡，其有機廢物含量逐漸增加，廢紙、塑料、玻璃、金屬和橡膠皮革的占比逐漸降低，而其他類的占比是逐漸增大的，這體現出了高收入地區的垃圾分類效果比低收入地區好，我國屬于中高收入地區。

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2)從焚燒角度將生活垃圾分為可燃物、水分和灰分3類。表2為不同國家垃圾焚燒廠焚燒的垃圾組分數據。

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由表2可以看出，我國生活垃圾中可燃物只占1/3，水分約占總量的一半，灰分含量也比日本和美國高得多。值得注意的是，美國焚燒的生活垃圾中可燃物占總量的3/4，遠高于其他國家生活垃圾中可燃物的含量，這是因為美國已經先行將生活垃圾進行分類，然后將不能回收利用的垃圾作焚燒處理。

1.3 生活垃圾熱值

確定生活垃圾能量含量的重要參數之一為熱值。低位熱值(low heat value，LHV)是指每千克燃料完全燃燒后，其煙氣被冷卻至原始溫度，但煙氣中的水蒸氣仍為蒸汽狀態時所放出的熱量。熱值大小對垃圾焚燒廠后續運行和維護起著重要作用，一般認為垃圾低位熱值達5000kJ/kg時，無需添加輔助燃料即可維持焚燒爐正常燃燒。垃圾熱值越高，獲得的經濟效益也就越大。

不同國家生活垃圾低位熱值如圖3所示。

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由圖3可以看出，韓國的生活垃圾熱值整體水平最高，中值和平均值均達到了11000kJ/kg，這是由于韓國在生活垃圾處理源頭處將生活垃圾進行分類處理，回收可利用的生活垃圾，生活垃圾回收率達到58%，而進行焚燒處理的生活垃圾僅占垃圾總量的25%。另外，歐盟國家、美國和日本焚燒處理的生活垃圾的熱值分別為10065、10341、9485kJ/kg，均高于我國焚燒處理的生活垃圾的熱值5781kJ/kg。

我國焚燒處理的生活垃圾一般為城市居民的生活垃圾，垃圾含水量高是造成熱值低的主要原因，因此降低垃圾的含水率是提高熱值的關鍵。其中，干燥穩定技術是降低垃圾含水率，進一步提高熱值的有效方法，即將混合垃圾進行為期5.7d的生物堆肥處理，在堆放的過程中，多余的水分由于重力的作用而濾走;另外由于微生物的活動，垃圾的溫度可高達70℃，再加入過量的空氣，可對垃圾進行脫水。經過5.7d堆放后的垃圾含水率可由原來的60%~70%降至10%~15%，大大提高了垃圾的熱值。目前大部分地區(如深圳、珠海、上海、廣州等地)的垃圾發電廠都采用該項技術。

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圖4是北京市城區生活垃圾低位熱值及含水率隨季節變化情況�？梢钥闯觯�垃圾熱值受季節性影響較大，這主要是不同季節垃圾中的含水率不同。在夏季，居民所吃的瓜果較多，垃圾中果皮較多，垃圾含水率明顯增加，導致垃圾熱值的減少;冬季由于是在年前，家家戶戶準備年貨，因此造成了垃圾含水率較高，進而造成垃圾熱值的減少。針對這個問題，可以專門在夏季和冬季設置瓜果蔬皮回收設施，以減少垃圾中的含水率，進而提高熱值。

2 垃圾發電技術

燃燒系統是生活垃圾焚燒系統的核心，其工藝性和設計的合理性決定著垃圾處理的效果和焚燒廠運行的經濟性，也對后續煙氣處理有直接影響。垃圾要在焚燒爐中經充分燃燒后才能達到無害化和減量化目標。目前，生活垃圾焚燒技術主要分為移動爐排焚燒技術、流化床焚燒爐技術和回轉窯焚燒技術3 類，這3 種技術早在20 世紀上半葉就已經在使用。

2.1 焚燒爐型統計

全球生活垃圾焚燒爐型的數據如圖5 所示。由圖5可見，移動爐排焚燒爐技術在世界生活垃圾焚燒技術中占主導地位，被認為是一種經過技術測試的環保可行的生活垃圾焚燒技術。在全球范圍看，發達國家的生活垃圾焚燒技術大多數選用移動爐排焚燒技術。而在我國有29%的生活垃圾焚燒廠采用流化床焚燒爐，這是由于在生活垃圾焚燒初期時建廠者熱衷于將國產鍋爐技術應用于垃圾焚燒，并且該技術的建設成本較低。但是后續存在很多問題(如生活垃圾需要預處理，飛灰產生量大，容易產生二噁英等)，這導致了流化床焚燒技術逐漸遭到淘汰。我國目前在建的生活垃圾焚燒廠中采用移動爐排焚燒技術的占了絕大多數。

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2.2 焚燒技術對比

移動爐排焚燒爐適用于大規模燃燒不均勻的生活垃圾，而流化床焚燒爐只適用于燃燒經過預處理的和均質的生活垃圾。2種焚燒技術的工藝對比如表3所示。

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此外，移動爐排焚燒技術和流化床焚燒爐技術在運行方面還存在以下區別：1)移動爐排焚燒技術的處理能力一般為800~1 200 t/d，處理能力較大，并且設備每年運行時間≥8000h，此外，該技術燃燒狀態穩定，依靠爐排機械運動，控制垃圾在爐內的停留時間，確保充分燃燒，爐排爐由于采用層燃方式，在燃燒過程中燃料基本上都呈燒結狀態，爐排爐的飛灰量相比流化床少很多，約為入爐垃圾量的3%~5%，用的空氣量也比流化床少得多，相應的煙氣量也少很多，同時爐排爐一般控制排煙溫度為185 ℃ 左右，因此，在燒同等量垃圾時，爐排爐的灰、渣、煙氣中的有毒成分相對是濃縮的，一般符合危險廢棄物的處置條件，熱灼減率低，爐排爐的點火啟動一般耗費較大，從冷爐到850 ℃ 的給料啟動的費用要十多萬元;2)單個流化床焚燒爐的處理能力一般在600t/d 左右，總的有效運行時間約為6000h左右，燃燒效率達到95%~99%，由于流化床自身的燃燒方式，爐溫可以控制在850~950 ℃，適合爐內脫硫的溫度，流化床的飛灰產量很大，約為垃圾入爐量的10%~15%，但也因此導致流化床的灰渣、煙氣中的有毒成分相對是被稀釋的，CO排放超標問題目前已成為制約流化床垃圾焚燒爐技術提升和市場拓展的瓶頸。

綜上2種技術的對比可以看出，由于流化床工藝容易產生二噁英等污染物，需要預處理等一些硬性要求不達標，所以在與爐排爐焚燒爐工藝的競爭中處于弱勢。但是，由于運行的經濟性和燃燒較充分的優點，該技術仍然有較大改進空間。

2.3 高參數垃圾焚燒發電技術

目前，國內生活垃圾焚燒發電廠的主蒸汽常用參數主要為中溫中壓參數(溫度400℃，壓力4.0MPa，可以有效防止過熱器等受熱面管高溫腐蝕)，隨著政府對垃圾焚燒發電補貼的減少，垃圾焚燒廠更加注重通過提高發電效率來提高利潤，而提高垃圾焚燒發電的效率就需要提高發電蒸汽參數;另外，隨著國民生產水平提高，垃圾源頭分類逐步完善，垃圾熱值逐年增加，這些也為電廠高蒸汽參數技術提供了有利的技術條件。

在國際上，城市生活垃圾焚燒廠主蒸汽參數有2種，一種是中溫中壓蒸汽參數(溫度400℃，壓力4.0MPa);另一種為中溫次高壓參數(溫度450℃，壓力6.5MPa)。目前存在向次高溫次高壓鍋爐(溫度485℃，壓力5.3MPa)、高參數鍋爐(溫度500℃，壓力9.8MPa)發展的趨勢。歐洲各國通過應用低合金鋼和高鎳合金的過熱器管材來提高鍋爐參數，鍋爐參數的壓力可達6.5MPa，溫度可達450℃ ，采用高參數垃圾焚燒發電技術可提高發電量。

高參數余熱鍋爐技術與中參數余熱鍋爐技術相比具有如下特點。

優點：高溫高壓余熱鍋爐可以通過提高蒸汽的參數提高發電效率，進而提高發電量，獲得較高的發電補貼，與中參數余熱鍋爐相比，高參數余熱鍋爐理論上可以增加6%~7%的發電量。

缺點：1)設備投資方面，高參數余熱鍋爐采用的材質要求高，相比中參數余熱鍋爐過熱器的低合金鋼，高參數余熱鍋爐通常采用奧氏體不銹鋼鋼材，成本為前者的7 倍左右;由于提高了主蒸汽壓力和溫度，鍋爐受壓面管道壁需要加厚，鍋爐的質量會有一定的增加，過熱器受熱面需要增加，高溫過熱器材質的防腐蝕等級需要提升，防止過熱器高溫腐蝕;2)運行維護方面，由于垃圾焚燒過程中產生的煙氣含有大量HCl 等酸性氣體和NaOH 等堿性氧化物，對余熱鍋爐系統換熱器等部件產生嚴重腐蝕，高參數余熱鍋爐各受熱面壁溫升高，將會加劇余熱鍋爐受熱面的腐蝕，縮短設備的使用壽命，增加處理成本。一般高參數余熱鍋爐20年運營維護費是中參數余熱鍋爐的2~3倍。

因此，生活垃圾焚燒發電技術從中溫中壓向高溫高壓發展，高參數的蒸汽，其熱電轉換效率高，鍋爐的發電效率也會大幅提高，但是，高溫高壓的過熱蒸汽，其水蒸氣過熱階段需要吸收大量的熱能，布置較復雜的過熱器系統和減溫系統。

生活垃圾焚燒所產生的煙氣復雜多變，其中含水量達50%，煙氣具有很大的腐蝕性，高溫高壓鍋爐的過熱器工作在非常惡劣的工況下，發生故障的概率較大。因此，這就需要垃圾在前端處理能夠充分實現資源化、燃料化;同時垃圾的存放也要更加科學和規范，垃圾中的水分對運行的影響至關重要。

3 空氣污染控制系統

與生活垃圾燃燒技術本身相比，垃圾焚燒的空氣污染控制技術無疑對生活垃圾焚燒技術的發展有更大程度的影響。垃圾焚燒空氣污染控制主要針對焚燒煙氣中的重金屬、二噁英、酸性氣態污染物以及顆粒物等。

垃圾焚燒廠的空氣污染控制可以從源頭防治、焚燒過程中控制和末端煙氣凈化得到處理。源頭防治技術的重點是減少垃圾成分中的含硫量、含氯量以及重金屬含量，這在我國較難做到。

3.1 酸性氣體控制

3.1.1 常規酸性氣體控制

焚燒煙氣中的酸性氣體主要由SOx、NOx、HCL、HF 組成，均來源于相應垃圾組分的燃燒。垃圾焚燒煙氣中HCl 的濃度可高達1000mg/Nm3以上，SO2濃度在500mg/Nm3左右。酸性氣體控制主要在末端集中處理，末端治理主要分為干法、半干法和濕法，表4為3種方法的技術比較。法國的生活垃圾焚燒廠采用干法、半干法和濕法脫酸的比例為 42׃29׃39׃。而干法脫酸在我國垃圾焚燒廠中較少使用;濕法脫酸在國內常規的火力發電場中應用較多，在垃圾焚燒廠中應用較少;而半干法由于其霧化效果好，氣、液接觸面大，不僅可以有效降低氣體溫度，中和酸性氣體，且噴入的石灰泥漿中的水分可在噴霧干燥塔內完全蒸發，不產生廢水，因此在國內垃圾焚燒發電廠中運用較多。2014年我國《活垃圾焚燒污染物控制標準》(GB18485—2014)更新以后，對SO2排放標準由260mg/m3 更新到100mg/m3，要求更加嚴格。因此很多垃圾焚燒發電廠對煙氣處置技術進行了不同程度的改進。脫酸改造技術有：

1)增加NaOH 稀釋系統，NaOH 使用滲濾液處理站納濾(NF)膜系統產淡水稀釋，稀釋后的NaOH溶液通過噴水減溫系統噴入急冷塔與煙氣反應，就達到了去除部分HCl、SO2 和煙氣降溫的目的;

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2)從原消石灰儲倉到吸收塔再增加一路噴射管路，堵管時便于及時切換;

3)脫酸劑由Ca(OH)2改為NaHCO3，能提高整個系統的脫酸效率;

4)目前煙氣凈化工藝主要采用聯合工藝，如“SNCR+半干法+干法(碳酸氫鈉)+活性炭噴射+袋式除塵+SCR”“ 半干法+ 干法+ 袋式除塵”“SNCR+低溫SCR+袋式除塵”等。

3.1.2 NOx 控制

NOx 的控制主要有選擇性催化還原法(ive catalytic reduction，SCR)和選擇性非催化還原法(ive non-catalytic reduction ，SNCR)。SNCR是以氨水或尿素溶液作為還原劑，通過噴槍直接噴入爐膛，在高溫下與NOx 反應生成N2，從而降低氮氧化物的排放濃度。SCR是在催化劑作用下，將NOx 還原成N2，從而控制氮氧化物排放濃度。兩者相比，SCR的脫氮效果更好，但其成本也較高，從國內已投產項目運營情況分析，配備SNCR系統基本滿足NOx排放要求。法國生活垃圾焚燒廠中選擇SCR和SNCR處理系統的分別占43%和45%。

3.2 顆粒物控制

煙氣中的顆粒物通常稱為飛灰，包括惰性氧化物、金屬鹽類、未完全燃燒產物等，因其極容易作為重金屬[39]和二噁英類污染成分的主要載體而被認定為危險廢物。垃圾焚燒飛灰元素中鈣、硅、氯的含量最高，汞、鉛、鎘等所占比例不高，但從人體耐受程度來看，需要引起充分的重視。垃圾顆粒物控制技術應用較多的主要包括布袋除塵、靜電除塵以及電袋除塵等技術。

我國生活垃圾焚燒廠大多使用布袋除塵進行顆粒物的去除，這是因為布袋除塵試用的范圍廣，對粉塵的特性不敏感，可以使粉塵排放濃度保持在50mg/m3 以下，與電除塵相比，不受粉塵濃度、比電阻的影響，在相同的處理效率下，比電除塵投資低。布袋除塵器一般作為焚燒煙氣處理最后一階段的裝置，不僅能夠起到去除顆粒物的作用，還可以捕集以氣溶膠形式存在的揮發的重金屬、酸化物和氧化物，并且還可以有效捕集在活性炭吸附環節附著在吸附劑上的二噁英物質。其缺點主要有運行阻力大，容易造成布袋堵塞，濾料和濾袋一般不能承受高溫煙氣等。靜電除塵適用于微粒控制，能捕集1um 以下的細微塵粒，可以處理高溫下的氣體，但其設備復雜，投資較大，對粉塵的比電阻有一定要求，因此在垃圾焚燒廠中的應用不如布袋除塵多。

3.3 二噁英控制

通常所說的二噁英包括多氯代二苯并二噁英(polychlorinated dibenzo-p-dioxins，PCDDs)和多氯二苯并呋喃(polychlorinated dibenzo furans，PCDFs)2種物質，有時也將毒性與二噁英相似的并且呈平面結構的共面多氯聯苯(coplanarpolychlorinated biphenyls，Co-PCBs)包括在內。為評價這些物質的毒性及對人體健康的潛在效應，提出了毒性當量(toxic equivalent quantity，TEQ)的概念， 并通過毒性當量系數 (toxicityequivalency factor，TEF)來折算。以毒性最強的2，3，7，8-氯代二噁英(tetrachlorodibenzo-p-dioxin，TCDD)的毒性當量系數為1，其他同系物的毒性換算成相對2，3，7，8-TCDD 的毒性強度。二噁英可以分別在源頭、燃燒過程和末端處理得到控制。

源頭控制主要是對氯源閾值的控制，減少含氯有機物的含量，去除聚氯乙烯、聚苯乙烯、KCl、NaCl等物質，同時減少金屬催化劑，從而控制二噁英的生成。源頭處理目前只靠垃圾分類得到解決，而在我國目前垃圾分類效果不好。

燃燒過程控制主要可以從以下2方面進行控制：1)改進燃燒狀況，控制溫度、湍流度、停留時間等因素，使燃燒溫度保持在850℃以上，延長煙氣在高溫區的停留時間不低于2s，煙氣中的氧氣濃度不能低于6%，且不能高于10%;2)投加抑制劑，防止二噁英的生成，起抑制作用的試劑有以下3種，第1種是可以減少焚燒過程中氯氣形成的硫化物，第2種是經過SNCR的脫硝反應所產生的氮化物，第3種是通過抑制焚燒過程中的酸性氣體排放實現二噁英控制的堿性化合物。

燃燒末端處理主要有：1)縮短煙氣在200~500℃ 之間的停留時間，防止二噁英類物質再次生成;2)降低排煙溫度，使氣相中的二噁英轉移到灰相中，然后通過布袋除塵去除;3)在煙氣中噴入吸附劑(如活性炭等，然后再用布袋除塵器捕集。

4 結論

生活垃圾焚燒發電行業作為環保產業、新能源產業和市政基礎設施的結合，不僅能夠實現垃圾減量化，還在能源回收方面起著重要作用。垃圾焚燒發電技術已經非常成熟，而我國的垃圾焚燒發電產業正處于由傳統的固廢處理向資源利用和可持續發展的轉型期，雖然已經邁出了一大步，但仍需要更多的發展和改進。

垃圾焚燒發電技術的發展受以下因素的制約：

1)受源頭垃圾分類不當的影響極大，生活垃圾分類收集、回收是垃圾前處理，是根治生活垃圾污染的根本途徑和發展循環經濟的前提條件;通過分類收集，不僅使資源得以再生利用，而且使垃圾的體積變小，減少了運費，降低了垃圾處理的難度，最終降低垃圾處理的成本;同時，垃圾分類收集能簡化垃圾處理技術，提高垃圾處理效率;垃圾分類收集后，可將其中的可燃成分進行焚燒發電，提高熱效率。

2)需要明確不同地區現階段生活垃圾處理的目的，究竟是減量化還是資源化利用。因為我國目前幅員遼闊，各個地區實際情況不同，生活垃圾處理的背景、手段和技術也各不相同，應該視實際情況而定，比如在北京、上海、廣州這些城市，發展水平高，應該以資源化利用為主，就應該對垃圾進行分類，以提高垃圾的回收率、熱值等，進而提高發電效率。不過垃圾處理處置最終的目的是由減量化向資源化過渡，但在過渡期應該分情況處理，符合實際。

3)從設備端來說，高參數燃燒能提高發電效率，進而提高發電量以增加發電利潤，但也面臨風險大的問題，解決高溫腐蝕的問題是生活垃圾焚燒中仍存在的一大技術難點。

垃圾焚燒發電技術的發展需要依靠其上、中、下游產業的推動。首先，垃圾焚燒廠上游仍然需要從末端處理的觀念向源頭減量化、資源化觀念轉型，生活垃圾源頭分類、廚余垃圾單獨處理、可回收物回收利用，能夠顯著、全面地降低生活垃圾管理的社會成本，有利于生活垃圾綜合利用和垃圾焚燒實際運行。其次，生活垃圾焚燒廠建設從高速增長階段轉向高質量建設階段，中游的燃燒系統仍需要提高國產垃圾焚燒技術，特別是流化床焚燒工藝的改進，提高其熱效率。最后，隨著人們在環境方面的要求日益增長，生活垃圾焚燒下游煙氣處理系統仍需要重點關注，建立實時監測站點，避免造成二次污染。焚燒發電行業決策者應該踐行綠色發展理念以推動生態文明建設，使“十三五”時期城市生活垃圾分類和資源回收工作取得成效，進而推動我國美麗的現代化強國建設的進程。

編輯：君君.環評互聯網

來源：《發電技術》