新型炉排型生活垃圾焚烧炉的设备及应用

新型炉排型生活垃圾焚烧炉的设备及应用

黎南

湖南省工业设备安装有限公司五分公司，湖南 衡阳 421200

摘要：本文重点对四种垃圾焚烧炉设备的特性进行分析，并结合某城市垃圾焚烧工程实例，在比较和分析各种烟气净化技术特性的基础上，确定适合于烟气净化工艺的系统和设备，为烟气净化工艺系统的设计提供依据。

关键词：生活垃圾；垃圾焚烧发电；焚烧炉；机械炉排

1 引言

国内主流工艺仍然是以炉排型焚烧技术与流化床焚烧技术为主，但是流化床焚烧技术对环境的影响比炉排焚烧更大，尤其是超过2000t/d的焚烧厂的发展趋势表明，炉排焚烧技术的处理规模正在快速增长，而使用流化床的焚烧量则明显减缓，炉排焚烧炉仍然是发展的主要方向。由于生活垃圾的来源广泛、成分复杂、性质多样，在焚烧过程中会产生各种有害的物质，因此，降低污染浓度的技术越来越受到人们的关注。

2 生活垃圾焚烧炉种类

2.1 机械式炉排炉

机械炉排炉是当今世界上使用频率最高、适用范围最广的一种城市生活垃圾焚烧技术。期间通过机械式炉排炉将能够实现对生活垃圾的直接处理，期间还能够实现对垃圾热值的有效控制。机械式炉排炉是由机械构成的，其温度在850~950℃之间，而在炉排上，垃圾经过干燥、燃烧和燃烧阶段。垃圾被翻转，搅拌，并在炉排之间的相对运动推动。机械式炉排炉单炉处理能力强，垃圾能够在炉膛中实现充分燃烧，操作过程中进料情况可依炉内垃圾焚化情况而定，设备寿命长达8000小时以上，整体的耐热性能往往相对较高，但是整体的成本相对较低，焚烧炉也需要占用较大的空间。

2.2 回转式焚烧炉

回转式焚烧炉是一种以水泥回转窑为辅的方式对生活垃圾进行综合处置的方法。水泥回转窑炉身是一种钢桶式结构，内衬耐火砖，其结构是水平布置，轻微倾斜。筒体本身旋转搅拌炉中的垃圾，充分焚烧垃圾。垃圾经干燥、燃烧、焚烧，最终排放到除渣设备，并且在燃烧后的废料也可以被用作一种燃料。回转式焚烧炉的设备部件数量少、运转周期长、故障率低、维护成本低。利用炉身的翻转，可以使垃圾得到充分燃烧，从而避免废弃物无着火死角的问题发生。在进入高炉之前，生活垃圾需要经过严格的粉碎、分选等预处理，对于含有大量重金属和成分不明的垃圾，禁止进入高炉。回转式焚烧炉一般用于焚烧高热值的工业固体垃圾，而对低热值的垃圾则难以燃烧。

2.3 流化床焚烧炉

流化床焚烧炉是一种以固体垃圾为燃料并辅以流动化技术的工艺，其内部有一个固定的多孔风盘，在炉膛中可以加入一定数量的石英砂作为传热介质。气流从排风盘流入炉内，而后经过调整气流流量，将沙粒加热到600℃或更高的温度。期间将破碎的废弃物倒入熔炉中，经过加热、干燥以及燃烧，由此将能够更好地提升垃圾处理的充分性。流化床焚烧炉没有配置移动部件，结构简单，这也将提升其整体的维护便利性。回转式焚烧炉的整体处理能力不足，垃圾需要在进入高炉之前进行筛选、预处理，并且还需要安装垃圾粉碎设备，烟尘浓度高，这也将直接增加除尘系统的负荷。除此之外，由于飞灰数量大，处理成本高，期间将需要配置更高质的烟气处理系统。

2.4 静态连续焚烧炉

静态连续焚烧炉主要由液压进料装置、一次燃烧室、二次燃烧室、送风系统和自动除灰装置组成。静态连续焚烧炉的工作过程可分为两个阶段：热分解期和氧化期。一次燃烧时，由于炉温低、供气少，垃圾进入一次燃烧后，在500~550℃之间，系统会对其进气量进行自动调节，从而在高温缺氧条件下对垃圾进行静态热分解，从而有效地抑制一些酸性气体和飞灰的生成。经过热分解后，高温烟气进入二次燃烧室，在充分的空气中发生氧化燃烧，从而使其达到较高的温度。静态连续焚烧炉具有占地少、燃烧充分、运行成本较低以及维护简便的特点，但在垃圾热值低或水分含量高的情况下，需要添加更多的辅助燃料，并且热解-氧化控制范围较窄，由此将需要切实提升控制系统的整体可靠性。

3 烟气净化工艺系统设计

3.1 “顺推段干燥+逆推段燃烧”结构设计

复合机械炉排的执行工艺主要是通过地磅秤，将垃圾送入垃圾卸载平台，并将其装入垃圾箱。密闭的垃圾贮存池在正常工作时采用负压方式，以保证其不会散发出异味。垃圾贮存于垃圾场，经过发酵后，由垃圾吊车抓斗送入焚烧厂的供料斗，再由滑道送入焚烧炉。

期间首先需要将垃圾送入顺推炉排进行烘干。顺推炉排固定炉排片和移动炉排片，固定炉排片与移动炉排片交替布置。入炉排的垃圾含水量高，质量高，可承受较大的负荷，排料面积大，由此也将由于提升垃圾处理的干燥性。将垃圾干燥后，再送入反向排料。顺排式和逆排式排料器之间有落差，落差可将下落的垃圾翻倒，将大块的垃圾打散，确保更好地燃烧。逆推排炉的排片还包括按顺序排列的固定排片和移动排片。在重力和排料的推动下，垃圾呈螺旋状旋转。垃圾完全和空气接触由此实现充分燃烧。

采用顺推段烘干+反推段燃烧的结构，能有效地减少垃圾的烘干时间，增加干燥区，使垃圾在逆推段得到充分的燃烧。针对炉排风密封件结构与连杆接触部位容易出现空隙、密封性差等问题，可以采用滑动式风封结构进行改进。该滑块随着连杆的运动而上下运动，保证密封件和传动杆之间没有任何空隙，以此确保其具有良好的密封性。

3.2 烟气循环烘干式工艺设计

垃圾通过送料装置、推料装置进入顺推干燥段炉排，因其含水率高、热值低，使其在顺推干燥段炉排内进行烘烤。垃圾焚烧过程中产生的一次风源来自于垃圾池，经过热风预热器加热后送至炉膛。垃圾经干燥后，再送入反向燃烧段炉排进行焚烧。在垃圾加热过程中，由于易燃气体的燃烧需要5%-10%的氧，而在大气中，氧含量为21%左右，在炉膛中的易燃气体与氧的过量燃烧会导致大量的NOx，从而加重系统的负荷，对环境造成严重的污染。垃圾焚烧过程中，其烟气温度为850~1000℃。烟气经废热锅炉过热器热回收。从排烟管道的联接端向外，烟气温度呈现出直线下降趋势。排气口出口的烟气温度在100摄氏度以下。二次风由300~400℃的高温区域由锅炉房上部锅炉的过热器引出，经加热后送入炉膛。二次风中氧气含量比大气低，含氧量在8%~10%之间。垃圾经300~400℃高温干燥后，其烟气中的氧气能与垃圾中的可燃气体充分燃烧，能有效地降低烟气中的氮氧化物，达到回收利用的目的。

3.3 计算机CFD技术数值模拟分析

CFD（Computational Fluid Dynamics），即计算流体动力学，利用计算机进行数值实验、计算机模拟、分析等多种数值模拟。针对炉排炉床层固相燃烧和床层上方的气相燃烧特性，利用分段仿真方法构建一个三维立体模型。在此基础上，对参数变化梯度大的区域进行网格加密。焚烧炉二维模型和中心纵截面网格分布图如图1所示：

图1 焚烧炉二维模型和中心纵截面网格分布图

二次风向能够穿透一定的炉膛，从而有利于烟气的混合，从而促进垃圾的燃烧，从而提高燃烧的效率。从850~900℃的顺推式干燥阶段，反向燃烧阶段的前一半温度为950~1100℃。说明采用烟气循环干燥工艺，将垃圾在顺推式干燥阶段可以烘干垃圾。在逆推式燃烧段的前端，可以将垃圾完全焚烧，使其热损率达到2.6%。

4 结束语

综上所述，本文重点对机械炉排炉、回转式焚烧炉、流化床焚烧炉、静态连续焚烧炉等几种典型的城市生活垃圾焚烧炉的特性进行分析。结合某城市垃圾焚烧工程实例，阐述新型炉排垃圾焚烧炉的设备特性，以期更好地为后续处理生活垃圾提供良好基础。

参考文献

[1]刘宝宣.浅析循环流化床垃圾焚烧炉拆改成炉排型焚烧炉技术方案[J].机电信息,2022(08):84-88.

[2]张钦华,余笑枫.750 t/d垃圾焚烧炉的优化设计与CFD模拟验证[J].工业锅炉,2020(04):9-14.