機械爐排式生活垃圾焚燒爐技術(shù)研究

趙緒平，李志波，李 宣

（北方重工集團有限公司，沈陽 110141）

機械爐排式生活垃圾焚燒爐技術(shù)研究

趙緒平，李志波，李 宣

（北方重工集團有限公司，沈陽 110141）

機械爐排式垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)具有多種優(yōu)點，適宜大規(guī)模處理未經(jīng)分類的高熱值城市生活垃圾。本文介紹了機械爐排式焚燒爐的國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和分類，總結(jié)分析了常用機械爐排式焚燒爐的主要技術(shù)特點；詳述了5種常用機械爐排式生活垃圾焚燒爐的工作原理，并對其功能進行技術(shù)分析和對比。這對于機械爐排式生活垃圾焚燒爐的設(shè)計、應(yīng)用、研發(fā)和性能優(yōu)化等具有重要的參考價值。

機械爐排；生活垃圾；焚燒爐；工作原理

2016年，我國城市生活垃圾的生產(chǎn)量已達1.9億t，并仍以8%左右的速度遞增，與日俱增的城市生活垃圾已經(jīng)成為困擾城市發(fā)展、污染城市環(huán)境、影響居民生活的社會問題。傳統(tǒng)的填埋、堆肥等垃圾處理工藝已經(jīng)不能滿足日常垃圾處理的要求，有效實現(xiàn)垃圾減量化、無害化和資源化的垃圾焚燒處理工藝是目前解決垃圾圍城問題的首選方案[1-3]。

1 機械爐排式焚燒爐技術(shù)現(xiàn)狀

機械爐排式垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)具有處理量大、運行可靠度較高、處理周期短、減量化顯著、無害化徹底以及可回收垃圾焚燒余熱等優(yōu)點，適宜大規(guī)模處理未經(jīng)分類的高熱值城市生活垃圾。在全球已建的2 300多座生活垃圾焚燒發(fā)電廠中，機械焚燒爐使用率在80%以上，是目前國內(nèi)外城市生活垃圾焚燒發(fā)電處理的最佳處理方式[4-6]。

1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

機械爐排焚燒技術(shù)起源于歐洲和美國，在垃圾焚燒領(lǐng)域得到廣泛利用，已成為垃圾焚燒的主要爐型，通過多年的積累，單臺最大處理量已經(jīng)達到1 200 t/d。德國馬丁和日本三菱公司、日立造船和德國斯坦米勒公司、比利時西格斯焚燒發(fā)電設(shè)備的技術(shù)水平均處在世界前列，其產(chǎn)品具有燃燒穩(wěn)定、自動化程度高、燃燒充分的特點。

1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)生產(chǎn)制造機械爐排焚燒發(fā)電設(shè)備的企業(yè)主要有重慶三峰、光大國際和綠色動力等，但單臺焚燒爐處理規(guī)模相對較小，而且燃燒效果不甚理想。國內(nèi)大型千噸以上級垃圾焚燒發(fā)電廠以引進國外技術(shù)和設(shè)備為主，需要花費大量外匯引進技術(shù)和垃圾焚燒爐等核心設(shè)備，但設(shè)備費及運行成本均較高，而且其對我國城市混合收集的生活垃圾低熱值、高水分等特點適應(yīng)性低。

1.3 發(fā)展趨勢

大型機械焚燒爐具有單條生產(chǎn)線處理能力大、土地占用量少、單位垃圾發(fā)電量高、維護成本低的優(yōu)點，隨著垃圾焚燒發(fā)電工藝技術(shù)進步和土地資源越來越珍貴，機械爐排式垃圾焚燒爐將朝著大型化、智能化和高效化的方向發(fā)展。

2 機械爐排式焚燒爐技術(shù)特點

機械爐排式焚燒爐采用層燃技術(shù)，以機械式的爐排塊構(gòu)成爐床，將垃圾進行直接燃燒，爐排間的相對運動和垃圾本身的重力使垃圾不斷翻動、攪拌并推向前進，整個燃燒過程在一個爐膛進行。垃圾首先進入干燥段，為了保證垃圾能夠快速烘干、脫水，采用加熱后空氣從爐排底部對垃圾進行烘干，同時爐內(nèi)燃燒垃圾也能對干燥段垃圾進行烘烤；當垃圾進入燃燒段后，垃圾在900℃左右進行高溫燃燒，可使其中的可燃成分和有害成分被徹底分解，同時爐底進入空氣對爐排進行冷卻，從而防止高溫對爐排的損害；當垃圾進入燃燼段后，垃圾處于降溫過程并徹底燃盡，完全變成灰渣，垃圾燃燒整個流程完成。

2.1 機械爐排式焚燒爐的優(yōu)點

一是單臺爐的處理量大，單臺最大處理量已經(jīng)達到1 200 t/d，適用于大規(guī)模集中處理城市生活垃圾；二是垃圾適應(yīng)性高，進料垃圾不需要預(yù)熱、分揀和破碎處理，適合我國未分類收集的生活垃圾現(xiàn)狀；三是燃燒狀態(tài)穩(wěn)定，依靠爐排的機械運動實現(xiàn)垃圾的攪動和混合，調(diào)整爐內(nèi)垃圾焚燒狀況和爐排轉(zhuǎn)速，使垃圾在爐內(nèi)分布均勻，料層穩(wěn)定，控制垃圾在爐內(nèi)的停留時間，確保垃圾充分燃燒，飛灰量小，熱灼減率低；四是自動化程度較高，操作簡單，提高了焚燒爐運行管理水平和檢修效率，設(shè)備年運行時間≥8 000 h；五是運行成本低，垃圾在爐排上燃燒，而且不摻燒煤炭，所以煙氣中粉塵含量低，減輕了除塵器的負擔(dān)，降低了運行成本。

2.2 機械爐排式焚燒爐的缺點

一是投資成本高，由于活動爐排和固定爐排等關(guān)鍵部件由耐熱合金鋼制造，所以設(shè)備造價較高；二是熱損失大，由于燃燒速度慢，爐床的負荷小，所以爐子的體積較大，廠房面積增大，爐體的熱損失增加；三是垃圾熱值要求高，在垃圾熱值偏低的情況下，為了維持燃燒，保證余熱鍋爐蒸汽參數(shù)及符合環(huán)保要求，需要向爐內(nèi)噴入燃油或燃氣，使運行成本升高。

3 常用機械爐排式焚燒爐分類

機械爐排式焚燒爐燃燒的基本原理大致相同，都是通過爐排的運動帶動生活垃圾不斷翻轉(zhuǎn)、攪拌并向前或逆向移動。從爐排結(jié)構(gòu)形式上，其可分成由爐排塊構(gòu)成的爐排和空心圓筒組成的爐排兩類；從爐排的運動形式上，其可分成往復(fù)運動和滾動運動的爐排兩類；從垃圾運動的方向上，其可分為逆推式爐排、順推式爐排和多級式爐排；從爐排運動的方向上，其可分為傾斜式爐排和水平式爐排；從爐排片運動形式，其可分為行動式爐排和列動式爐排。目前應(yīng)用的主要有逆推型爐排、順推型爐排、滾筒型爐排等，其主要功能都是爐排做往復(fù)的機械運動，從而帶動生活垃圾的運動和翻轉(zhuǎn)。

4 常用機械爐排式焚燒爐技術(shù)對比

目前常用的機械爐排式焚燒爐主要有傾斜逆推往復(fù)式爐排、傾斜順推往復(fù)列動式爐排、傾斜順推往復(fù)行動式爐排、水平順推往復(fù)式爐排、傾斜多級式爐排等。

4.1 傾斜逆推往復(fù)式爐排

傾斜逆推往復(fù)式爐排指垃圾燃燒過程中垃圾的運動方向與爐排運動方向相反，爐排整體前高后低，傾斜布置，工作原理如圖1所示。

圖1 傾斜逆推往復(fù)式爐排工作原理

固定爐排和活動爐排以行為單位傾斜交錯布置，活動爐排行向往復(fù)運動，爐排上的垃圾在重力作用下向下移動，而垃圾料層下部受與重力方向相反的傾斜推力，使得一部分垃圾沿爐排表面同時往相反方向移動，產(chǎn)生了向上運動，由此完成垃圾層的充分翻轉(zhuǎn)、攪拌，使垃圾與空氣充分接觸，實現(xiàn)垃圾充分的燃燒。其優(yōu)點是垃圾翻轉(zhuǎn)攪拌能力強，占地面積小，投資少，缺點是垃圾可能會成塊滾落，燃燒效果相對略差。

4.2 傾斜順推往復(fù)列動式爐排

傾斜順推往復(fù)列動式爐排指垃圾燃燒過程中垃圾的運動方向與爐排運動方向相同，爐排整體前高后低，傾斜布置，工作原理如圖2所示。固定爐排與活動爐排列向交錯布置，活動爐排列在前后往復(fù)運動的同時產(chǎn)生上下運動，爐排上的垃圾依靠自身重力和活動爐排列的往復(fù)運動對垃圾層產(chǎn)生的縱向推力及剪力不停地向傾斜方向翻動，各爐排段利用高落差使垃圾產(chǎn)生混合攪拌，并在燃燒段固定爐排列設(shè)置了剪切刀，它不僅起著充分攪拌垃圾的作用，而且?guī)椭伎諝夂屠浞纸佑|，使垃圾燃燒完全。其優(yōu)點是爐排面積大，負荷調(diào)節(jié)能力強，漏渣率低，缺點是翻轉(zhuǎn)攪拌能力差，占地面積大，投資高。

圖2 傾斜順推往復(fù)列動式爐排工作原理

4.3 傾斜順推往復(fù)式爐排

傾斜順推往復(fù)式爐排指垃圾燃燒過程中垃圾的運動方向與爐排運動方向相同，爐排行向水平布置，整體向下傾斜，工作原理如圖3所示。固定爐排和活動爐排以行為單位交錯布置，活動爐排行向水平往復(fù)運動，爐排上的垃圾在重力和活動爐排列對垃圾層產(chǎn)生的水平推力共同作用下不停地向傾斜方向翻動，通過落差使垃圾產(chǎn)生混合攪拌，由此完成垃圾層的充分翻轉(zhuǎn)、攪拌，使垃圾與空氣充分接觸，實現(xiàn)垃圾充分的燃燒。其優(yōu)點是爐排面積大，爐排片載荷小、壽命長，漏渣量低，缺點是燃燒效率差，占地面積大，投資高。

圖3 傾斜順推往復(fù)式爐排工作原理

4.4 水平順推往復(fù)式爐排

水平順推往復(fù)式爐排指垃圾燃燒過程中垃圾的運動方向與爐排運動方向相同，爐排整體水平布置，工作原理如圖4所示。固定爐排和活動爐排以行為單位交錯向上傾斜布置，活動爐排行向傾斜向上往復(fù)運動，爐排上的垃圾在活動爐排的推動下不停地向后上方向翻動、攪拌和運送，使垃圾與空氣充分接觸，實現(xiàn)垃圾充分的燃燒。其優(yōu)點是翻轉(zhuǎn)攪拌能力強，通風(fēng)效果好，燃燒均勻，缺點是輸送能力差，占地面積大，投資高。

圖4 水平順推往復(fù)式爐排工作原理

4.5 傾斜多級往復(fù)式爐排

傾斜多級往復(fù)式爐排指垃圾燃燒過程中垃圾的運動方向與爐排運動方向相同，爐排行向水平布置，整體向下傾斜，工作原理如圖5所示。它由多級傾斜的標準爐排組構(gòu)成，每個標準爐排組都由固定爐排、滑動爐排和翻動爐排相互結(jié)合而成?；瑒訝t排推動垃圾層向爐排末端運動，而翻動爐排使垃圾變得膨松并充滿空氣，爐排上的垃圾在滑動爐排的共同作用下不停地向斜下方翻動、攪拌和運送，使垃圾與空氣充分接觸，實現(xiàn)垃圾充分的燃燒。其優(yōu)點是翻轉(zhuǎn)攪拌能力強，控制靈活，燃燒效果好，缺點是輸送能力差，占地面積大，投資高。

圖5 傾斜多級往復(fù)式爐排工作原

4.6 爐排技術(shù)對比

逆推式焚燒爐垃圾翻轉(zhuǎn)攪拌能力強，占地面積小，適用于高熱值、低水分垃圾的處理，在歐洲和日本垃圾分類效果好的國家市場占有率高；順推式焚燒爐負荷調(diào)節(jié)能力強，占地面積大，更適用于我國低熱值、高水分、分類效果較差的垃圾現(xiàn)狀，主要技術(shù)對比如表1所示。

5 結(jié)論

本文介紹了機械爐排式焚燒爐國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，總結(jié)分析了常用機械爐排式焚燒爐主要技術(shù)特點?，F(xiàn)階段，機械爐排式焚燒爐呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢，各爐排企業(yè)根據(jù)垃圾本身的特點及用戶的需要，研發(fā)出不同類型的機械爐排焚燒爐。此外，本文還介紹了常用機械爐排焚燒爐的分類，詳述了傾斜逆推往復(fù)式爐排、傾斜順推往復(fù)行動式爐排、傾斜順推往復(fù)列動式爐排、水平順推往復(fù)式爐排、傾斜多級式爐排等常用機械爐排焚燒爐的工作原理和技術(shù)特點，并對其功能進行技術(shù)分析和對比，這有助于我國機械爐排式生活垃圾焚燒爐的設(shè)計、應(yīng)用、研發(fā)和性能優(yōu)化等。

1 林 武，康 鋒，周志勇.垃圾焚燒發(fā)電廠爐排爐選型和設(shè)計研究[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2016，（8）：25-30.

2 劉 海，石成芳.生活垃圾焚燒爐爐排技術(shù)及其應(yīng)用[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，13（3）：153-155.

3 聶永豐.國內(nèi)生活垃圾焚燒的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].城市管理與科技，2009，（3）：18-21.

4 唐國勇，趙 兵.垃圾焚燒爐爐排技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用探討[J].工業(yè)鍋爐，2011，128（4）：11-14.

5 嚴 密，熊祖鴻，李曉東，等.中美城市生活垃圾焚燒處置現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].環(huán)境工程，2014，（3）：87-91.

6 張 燕.我國垃圾焚燒現(xiàn)狀及焚燒爐型的技術(shù)比較[J].中國資源綜合利用，2015，（1）：33-35.

Research on Technology of Mechanical Grate Waste Incinerators

ZhaoXuping, Li Zhibo, Li Xuan
(Northern Heavy Industries Group Co., Ltd., Shenyang 110141, China)

Mechanical grate-type waste incineration power generation technology has many advantages, suitable for largescale treatment of non-classified high calorie value of municipal solid waste. This paper introduces the current situation,development trend and classification of the domestic and international technology of the mechanical grate type incinerator,summarizes and analyzes the main technical characteristics of the commonly used mechanical grate incinerator. Details of the five kinds of commonly used mechanical grate solid waste incinerator Working principle, and its function for technical analysis and comparison. This is an important reference value for the design, application, development and optimization of mechanical grate incinerator.

mechanical furnace; domestic waste; incinerator; working principle

X705

A

1008-9500(2017)09-0135-04

2017-07-22

本文系沈陽市科技計劃項目“大型高效生活垃圾機械焚燒爐關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)”（項目編號：17-18-2-00）的階段性研究成果之一。

趙緒平（1979-），男，山東單縣人，碩士研究生，高級工程師，從事產(chǎn)品研發(fā)工作。