北欧国家深入研究创新固体废弃物处理核心设备的技术设计

北欧国家深入研究创新固体废弃物处理核心设备的技术设计

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在北欧国家，固体废物不仅仅是城市生活垃圾，还包括农林生物质、工业废弃物等。因此，为了妥善处理固体废物，燃料制备及预处理系统和垃圾焚烧锅炉是城市固体废物处理的核心设备。因此，他们在这方面进行了深入的研究和创新。

技术设计

燃料配制设计流程及锅炉设计简述如下：

燃料准备（示例）

（1）预处理工艺组成：

混合固体生活垃圾-----预处理（采用筛分工艺）-----筛分物进入SRF生产线-----筛分物（有机组分）-----进入有机组分生物干燥系统（干燥后的垃圾进入SRF生产线或用于制沼气、肥料或堆肥）；

干垃圾或者商业垃圾、工业垃圾等其他垃圾----筛分出料干燥后垃圾-----SRF生产线，具体工艺流程为：步进给料机----垃圾破碎机-传送带-磁选机-非磁性金属涡流分选机-风选机-SRF燃料传送带-----进入成品仓）；

（2）工艺特点：将垃圾一次性破碎至粒度≤80mm，有利于金属分离；风选是将破碎、金属分离后的垃圾中重、轻物质分离出来，将建筑垃圾、玻璃等其他物质从垃圾中分离出来；经过多重分离，最终生成均质SRF燃料并储存；分离出的金属和其他可用物质被回收利用，分离出的不能回收利用的惰性物质填埋处理；

（3）预期环境及经济效益

3.1燃料清洁，CO2、NOx、CO排放量低；燃料均质化，促使燃料充分燃烧，最大限度减少二恶英的产生；炉渣、飞灰的产生量可大幅度减少；燃料均质化焚烧的实现，彻底改善目前炉渣排放不畅的现状；环保设施可控；锅炉年运行时间可大幅度增加，可促进设备利用率的提高；可充分利用垃圾中的能量，提高发电效率。

3.2厂用电率明显降低；锅炉效率可大幅度提高；烟气量的稳定可促进烟气系统的选择和优化，减少烟气处理系统的投资；金属可得到回收利用；可实现高度自动化操作，减少运行维护人员。

（4）SRF生产线工艺流程

SRF生产线的核心在于强力破碎机的应用，辅以其他分选设施进行技术整合；交流中，欧洲国家在2012年后将泥炭定位为化石燃料后，生物质废弃物及衍生燃料的生产成为其研究的重要课题，在设计阶段遵循了以下原则：

4.1 以他们的9905加工线为例，它可以一次性将燃料粉碎至小于80毫米的颗粒大小。

4.2锅炉设计运行时间大于8000小时，两条处理线即可满足要求，一般设计三条线，每条线年运行6000小时，理论设计可达8800小时，设计时取30%的裕度。

4.3 使用方便，采用无缝切割技术，可达到所需颗粒大小。日常维护只需通过液压系统的按钮调整下刀片间隙即可。（例如9905型号有5个单元和5个按钮）

4.4 设计时应充分考虑垃圾的水分、有机、无机物质等特性。

4.5破碎后必须进行分选，采用强磁选机、涡流选机等。

4.6采用独特的垃圾储存装置——筒仓，比仓库更安全，顶部设有防爆门，定时监测筒仓内温度，在重力作用下，物料先进先出，混合均匀，取样更准确。

锅炉设计（以公司为例）

该公司是芬兰著名的锅炉设备设计制造商之一，专门从事石油、天然气和核电站项目的设计开发，全球拥有1万多名员工，资产规模达90亿美元，在锅炉开发和烟气处理方面有深入的研究，目前全球有460个在运案例。在清洁能源方面，核心研发是循环流化床和鼓泡流化床。

（1）数据库建设（燃料技术参数选择与分析）：锅炉设计最重要的就是对燃料的深入分析，因此公司对客户所需锅炉提供的燃料进行全面的分析，形成大型数据库，目前已存储8000余个样本的数据。

（2）炉型选择及循环倍率：基本采用中、低倍率焚烧锅炉；根据燃料的特性决定采用循环床还是鼓泡床；若燃料低位热值较高，且燃料充足，可考虑采用大型循环流化床；若燃料低位热值较低，且混有各种杂质（如污泥、泥炭、其它生物质等），可考虑采用中、小型鼓泡床。鼓泡床具有紧凑性好、性价比高的特点。

（3）清理设计：尾部烟气受热面采用机械冲击振动装置，振动传递梁采用水冷方式，适用于悬挂式受热面，机械清理采用程序控制方式，使得整个受热面部件在清理过程中得到良好的清理，保持烟气与管道内介质良好的热交换过程。

（4）结构设计：采用独特的配风排渣、补砂、返料；最大程度做到进料连续、排渣顺畅；核心是采用外置式热交换器，防止烟气对受热面的氯气腐蚀；采用多个垃圾进料口，保证进料均匀；双烟道设计，降低烟气流量和烟气温度。

炉料/空气分配系统/外部过热器

（5）材料优化选择和部件组装灵活性。厂家根据燃料的特性，对使用过程中可能出现的各种问题进行深入研究分析，对不同位置、不同温度环境下的受热面材料进行优化选择。在特别容易出现问题的位置，采用模块化设计，使得部件能在最短的时间内更换。如过热器整套更换仅需一天时间，设计使用寿命为6-8年，所用材料为TB347等。振动清理已有35年的应用历史，已经相当成熟。进料系统设计有计量系统、螺旋输送机、进料阀等，已有10多年的工程应用实践。

流化床垃圾焚烧系统示意图

（6）使用流化床处理污泥。也容易混合其他废物。例如，污泥与其他燃料的比例可以任意设计。干污泥和湿污泥（H20=60%或以上）可以用蒸汽干燥至水分含量为30-40%，然后混合焚烧。干燥污泥不需要化学品。小型焚烧一般使用热焦油炉干燥污泥。

总结：无论是与该公司还是企业沟通，他们都提到，根据北欧国家的废物管理政策和法令，所有生活垃圾在进入焚烧炉前必须经过预处理，形成固体再生燃料。他们认为这可以分离金属，减少焚烧系统中的灰分，减少结垢，使用更高的参数有效避免腐蚀问题，实现更低的排放标准并提高能源转化率。

典型工程实践案例

北欧国家的森林覆盖率很高，尤其是芬兰，覆盖率达到70%以上，所以大部分焚烧厂都不叫垃圾焚烧厂，而是生物质发电厂或者能源利用厂，因为城市生活垃圾在一个焚烧厂里只占需要燃烧的一定比例，还有其他农林或者农林物料混合燃烧；但在瑞典东部一个距离瑞典首都斯德哥尔摩1.5小时车程的城市，也就是西曼兰省的首府，却有一座真正的垃圾焚烧发电厂，位于梅拉伦湖与斯瓦特河的入海口处。我们以韦斯特罗斯为例来描述一下：

工厂介绍

该电厂为北欧最大的发电厂，提供区域供热服务。1954年开始建设，1-3号锅炉于1969年建成投产；4号锅炉于1973年投产，5号锅炉于2000年投产；6号锅炉为膨胀锅炉，2002年投产。该锅炉为城内燃烧回收燃料的锅炉，为独立锅炉，每年燃烧燃料48万吨（每小时60吨）。由于每年本土仅生产11万至12万吨燃料，因此均从欧盟其他国家进口，在欧盟如英国，填埋费为每吨100欧元，而卖给能源厂则为40欧元；项目投资3亿欧元。

核心设备提供商

垃圾处理设备（芬兰）、锅炉（芬兰公司）、汽轮发电机（德国公司）、烟气处理系统（法国公司）；烟气排放完全符合欧盟标准。

过程

城市生活垃圾由运输卡车或轮船运至码头-----由运输卡车转入垃圾原储存处-----自动起重机-----破碎机-----磁选机（铁金属）-----涡流分选机（铝、铜等金属）-----风选机（自动调节）------惰性物质分离------轻物质进入成品垃圾储存处-----通过自动起重机进入炉膛接收装置------通过炉膛垃圾输送机进入锅炉焚烧。

该焚烧炉需150吨砂石作为床料启动锅炉，锅炉冷启动燃料为油，当床温达到550℃时加入木屑生物质燃料，当床温达到850℃时加入垃圾（SRF），停机启动油、生物质。

预处理系统流程

经过一系列的能量转换，锅炉产生的热能产生50MW的电能、7.5Mpa、480℃的蒸汽，实现150MW的区域供热；烟气净化系统采用石灰加湿活化喷吹、活性炭喷吹、水处理烟气，经布袋除尘器除尘后，经过烟气洗涤塔，再采用烟气冷凝技术，使排烟温度由135℃降至35℃，实现30MW的区域供热。合计180MW为区域供热（不发电），夏季74℃，冬季120℃，压力1.6Mpa，供周边居民使用。

能量转换过程

运行管理

（1）采样管理：入口区域设有类似生活垃圾焚烧厂的自动称重称量系统，称量区域内还设有采样室、检测室，对进入厂区的车辆进行采样、贴标、检测、记录、储存等。

（2）区域分为黄色和蓝色区域，蓝色区域表示安全，无异味、无粉尘，对人体无害；黄色区域表示对人体有害，需要相关人员进入该区域进行工作防护，冲洗、更换防护用品后方可进入洁净区。

（3）其他：首先全厂的标识、标签非常规范、工整，与施工项目电缆、管线敷设、外保温安装等相得益彰；其次全厂每台设备上都有标识和二维扫描码，通过输入电脑程序，可以获取设备所有相关信息，为设备巡检奠定了基础；第三该厂自动化程度非常高，全厂值班人员12人，负责6台锅炉的运行（预处理车间无人值守）。

全自动驾驶/标识、标牌/电子信息板

（4）总体运行信息：

4.1 收入来源：电价：0.1 欧元/KW.H；蒸汽和供暖；价格因用户而异，即企业和家庭支付的费用不同；购买垃圾的补贴，每年进口 48 万吨（每吨 40 欧元）

4.2矿渣与粉煤灰，总产量10%，比例为5:5；矿渣用于铺路、建筑材料或填埋场覆盖；粉煤灰也属于危险废物，但瑞典没有这样的填埋场，所以运到挪威一般都是固化后填埋（在废弃的石灰石矿场）。

4.3 每年设置两周维护，维护人员一般由公司协助外包，2014年利润达550万欧元。

4.4 燃料源稳定性分析判断：对整个欧洲固体废弃物产生量进行数据库分析，如瑞典人口900万，工厂34家，英国工厂24家，为节省运输成本，将原先的火车运输改为轮船运输。

瑞典对于城市固体废物的产生和处置的原则是：

（1）呼吁市民全面开展垃圾分类，从源头减少垃圾产生量；

（2）各阶段通过现代化机械设备进行分类、再利用；

（3）将分类后的可用材料进行回收利用；

（4）生产可回收的能源燃料，用作能源或其他形式。

（5）终端处理。

概要：以SRF为主要燃料进行焚烧或气化的项目，定位为能源工厂，高标准建设，采用世界上最先进的设备和工业，以精益生产管理体系，打造成为智能工厂、高效能源利用工厂，实现连续稳定运行、清洁排放、能源转化率最优的环保电厂，成为北欧国家乃至整个欧盟的典范。

固废政策与行业标准体系建设

芬兰国家技术中心（VTT）是芬兰科技创新的重要基地，是由18家国内顶尖企业和11所国立大学及科研院所组成的联合组织，为非盈利组织，主要在自然资源、环境、基础应用研究、中试研究、清洁和可持续发展等领域开展联合研究。该团体由政府、欧盟机构和企业组成，各占联合投资的1/3。

我们从芬兰国家技术中心（VTT）了解到，他们认为生物经济是循环经济的重要组成部分，其职责是创新价值链、帮助企业盈利、主导制定国家标准、行业规范，甚至参与欧盟的标准规范体系，因此在模拟、行业更新、增加附加值等方面做了大量工作。VTT的相关专家为我们介绍了欧盟固体废物管理标准、SRF的定义与分析、燃料及烟气检测、CFB燃烧SRF的应用研究成果等；简要介绍如下：

政策

基于废物管理原则的欧洲废物立法

（1）欧盟废物框架指令：2008/98/EC 定义了基本原则

1.1 废物处理不得损害人类健康或环境

1.2 选择治疗方法时，必须优先考虑

1.3 垃圾处理者责任制

1.4 污染者付费制度

（2）国家立法具有强制性，要求使用废弃材料

2.1 2012年5月，芬兰最新废物处理法出台。

2.2减少垃圾填埋，加强源头分类和回收利用。

2.3 回收目标：垃圾回收率70%（2020年）、城市固体废物回收率50%（2016年）；家庭垃圾中纸张、金属、塑料和玻璃回收率50%（2016年）

2.4禁止有机废弃物填埋。在实际处理过程中，将杜绝城市生活垃圾的填埋。

2.5 2011年垃圾填埋税为每吨40欧元，2015年为每吨55欧元。

（三）法律明确固体废物管理过程中各方责任

3.1 政府机构负责处理家庭垃圾和公共服务产生的垃圾（城市垃圾）。

3.2 企业负责处理自己的废弃物（占城市固体废弃物总量的 30-40%）

3.3 处理商负责收集和回收以下类型的废弃物，如废轮胎、再生纸、报废汽车、电子电气设备、包装废弃物、电池等。

3.4 主要收集系统：指定特色品项收集点；当地收集点（如超市附近等）。

标准（关于SRF相关监管制度）

（1）定义

固体回收燃料（SRF）是从无害废物种类中提取的固体燃料，用于焚烧厂或燃烧设施中的能源回收和再利用。它必须符合标准中规定的分类和规格要求。

仅当满足标准规定的条件时才使用术语 SRF；SRF 不等同于 RDF（垃圾衍生燃料）

（2）SRF标准化进程

19世纪90年代，制定了数个再生燃料的实施指南；2002年，CEN(M/325)获得授权，对SRF进行标准化，建立技术规范(TS)，并将技术规范转化为欧洲标准(EN)；2002年3月13日，CEN/TS 343工作组成立；芬兰标准协会成立工作组，工作计划包括27个强制性工作条款，分配给5个工作组；2004年发布技术报告；2010年，技术报告完成并发布；2011年和2012年发布欧洲标准技术规范；2012年2月，M/325获得授权。

（3）SRF的标准化与目标

（4）效益分析

固体回收燃料：标准化、高品质、高热值、高生物质含量的燃料；减少碳排放并满足环境要求；提供高效的废物管理解决方案，帮助实现垃圾填埋场减量目标；减少对有限和进口化石燃料的依赖。

标准化：加强理解 - SRF 是燃料；提供工具 - 质量一致性和定量属性；改善商业环境；废物管理的例子。

（5）标准目标

欧洲标准（EN）致力于促进SRF的有效交易；提高SRF在燃料市场的可接受性；提高可信度；该标准将促进买卖双方之间的良好理解；方便采购、跨境交易、使用和管理以及与设备制造商的沟通；以及授权水平。

（6）SRF分类体系

它是SRF标准化的核心标准，基于三个主要参数：

6.1 经济参数：燃料低热值

6.2 技术参数：废弃物中氯含量

6.3 环境参数：废物中的汞含量

选择这些参数是为了向利益相关者提供正在谈判的 SRF 的质量和价值的直接而简单的描述。

6.4 强制性说明还规定了其他附带规定，如来源、颗粒形态、粒度、净热值、灰分、水分、氯含量、重金属等，每项均有指导性指引，具体如下：

国家技术中心CFB焚烧炉CRF燃烧研究

（1）产学研高度融合

在SRF燃料高效清洁利用方面，芬兰有两大研究基地，分别位于中部和南部。中部负责流化床燃烧技术研究，南部负责气化技术研究。流化床平台由100多位技术专家组成。要做好这项技术，他们必须认识到：

3.1 工艺的差异主要在于温度水平和气体环境。

3.2 工艺集成、紧密的行业合作以及优秀而强大的实验能力。

（2）排放标准严格遵循2000/76/EC

（3）排放测量能力建设以及与相关国际组织的合作。

（4）对流化床燃烧废弃物，如燃烧、排放、飞灰、石灰、结焦、腐蚀、积灰、燃烧不平衡等进行深入研究，并结合工程实际对各类环境进行模拟试验。

总结：根据欧盟和芬兰法律，未经处理的城市固体废物不能填埋；“谁产生，谁负责”的征税原则；SRF定义为燃料，而不是垃圾，量化性质的依据，固体可回收燃料，为改善营商环境提供示范；制定燃料规格，设定等级，推动产业化应用。此外，我们在拉赫蒂还了解到，进入填埋场的垃圾都是不可回收的垃圾。目前，许多垃圾填埋场已经关闭，并与许多合作伙伴开展回收工作。这些地点作为学生研究和学习的实践地点之一，并出台了未来5-10年的废物管理计划，将废物管理提升到更高的水平。

总结

通过对北欧国家的学习考察，我了解到城市垃圾的管理和合理处置是一项巨大的系统工程，需要政府、企业、科研院所等多方的协调支持。同时，拥有强大创新能力的优质设备制造商也是支撑垃圾回收利用和清洁能源转化的关键之一。总结如下：

管理政策与行业标准

（1）我们呼吁政府部门打破单一的线性管理模式，实现跨界合作。例如，农业部门、林业部门、城乡环卫部门等相关部门应形成合力，统筹管理人民生产生活过程中产生的废弃物，以及农业、林业、生物质能等。

（2）根据不同废弃物种类，借鉴国外经验，制定发布符合中国特点的SRF标准，全面推进资源利用，促进节约型、环境友好型社会建设。

（3）在投资、建设和运营模式上，除了BOT、BOO、BT等模式外，在实践中可否考虑推广PPP模式？

（4）制定垃圾管理法律法规，进行法律约束，提高垃圾产生者的税率，提高垃圾处理者的合理处置利润空间。例如，英国要求所有焚烧厂在焚烧或气化发电前必须采用预处理；作为新兴国家，荷兰也在焚烧发电前最大限度地回收垃圾。

（5）积极倡导公民垃圾源头分类、资源回收利用，可重复利用的资源不应浪费，应纳入回收体系。

科研机构及废物处理企业（运营公司）层面

（1）在国家政策层面的利好环境驱动下，需要高校、科研院所、运营企业、装备制造企业紧密合作，实现产学研强强联合，因为工程实践需要科技的支撑。

(2)由多个团队组成的研究机构要具有创新精神，建立强大的信息数据库和各类测试设备，为后续的工程实践提供科学的设计和操作依据。

（3）大力发展分布式能源和热电联产项目。工业废弃物、农业废弃物、生物质和城镇生活垃圾的协同处理是解决城镇垃圾的良好方案。可以设计单一燃料或多种燃料。

（4）要着眼于世界先进技术和装备。要实现高效的能源利用和转化率，以及高品质参数（高温高压），必须实现高参数、高标准、高能效。这就需要高效的制备和焚烧系统、清洁排放烟气净化系统、高效的汽轮机发电系统，需要综合集成设备。

（5）学习借鉴国外装备制造技术，特别是在材料选用、加工工艺等方面，发展国有装备技术，建立工程装备示范基地。因此，装备制造企业也需要在冶金制造、机械设计加工等方面努力提高，才能更好地服务于环保产业。

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