带绞料机构及底部着火条件的改型炉排炉成套技术在中西部乡镇生活垃圾治理中的应用研究

带绞料机构及底部着火条件的改型炉排炉成套技术在中西部乡镇生活垃圾治理中的应用研究

孙晓建

甘肃基亚特环保科技有限公司  甘肃省天水市   741020

摘要：通过以传统往复倾斜炉排炉技术为依托，增加炉排绞料装置、设计专用通风炉排片，进行进料、供氧、温控、出渣等系统的结构与工艺创新，配套垃圾预处理系统、烟气处理系统、水处理系统等，探索出针对乡镇生活垃圾含水率高、热值相对较低、成分复杂难处理的解决方案，满足我国西部地区中小县城及连片乡镇生活垃圾无害化处理环保要求。

关键词：乡镇生活垃圾；炉排炉焚烧技术；绞料机构；通风炉排片

引言：根据国家统计局官网信息，截至2022年11月27日，全国共有41658个乡级行政区划，其中相当一部分分布在地广人稀的中西部地区。这些地区生活垃圾处理基础设施不健全，并且随着生活垃圾产量增加对生态环境的影响不断加深，成为制约城镇化发展的重要因素。虽然在“十三五”时期大力推行生活垃圾焚烧处理，但长期以来农村及乡镇环保治理资金用于生活垃圾治理的投入不足，影响反映在2021年发布的《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》（发改环资〔2021〕642号）中，指出中西部地区无害化处理能力依旧不足，西部及东北部分地区建制镇生活垃圾无害化处理率低于30%，远低于“十三五”相关规划提出的70%目标要求。同时该“规划”还指出中西部地区焚烧处理率不到50%，特别是西部人口稀疏、位置偏远等特殊地区，受经济条件、人口数量、运输条件等限制，尚未探索出与当地经济发展水平相适应的成熟高效、经济适用的焚烧处理模式。

在此背景下，甘肃基亚特环保科技有限公司通过研发攻关，开发出带绞料机构及底部着火条件的GLP系列改型机械炉排及其配套烟气处理工艺。

1 带绞料机构及底部着火条件的GLP改型机械炉排炉研发概况

1.1 带绞料机构的炉排炉研发设计

带绞料机构及底部着火条件的改型炉排炉系统是在吸收国内外同类型技术的基础上，自主开发的专门处理中小县城及连片乡镇范围生活垃圾的成套化技术与设备，处理规模15~100t/d，并已获取多项专利证书（其中绞料机构专利名称：一种用于中小型生活垃圾焚烧炉排炉的绞料系统；发明人：孙晓建；专利号：ZL202320244554.0）。并实际应用于天水市清水县红堡镇及张家川回族自治县张家川镇乡镇生活垃圾焚烧项目中，取得良好的应用效果。

带绞料机构及底部着火条件的改型炉排炉以传统往复倾斜炉排炉技术为基础，调整常规用于焚烧发电的炉膛结构，并对进料方式、进料封火闸门、炉排片行进速度、绞料机构布置及转速设定、半自动化的炉温、风压监控等进行了工艺创新，确保在炉内烟气温度始终高于850℃，并沿烟道流程逐渐升温。其炉体结构及绞料装置布置如图1所示。      

    西部地区乡镇生活垃圾差异较大，当采用绞料机构可以控制其运行转速，以适应不同垃圾特性的生活垃圾，满足进料多样型的需求。绞料机构轴套设计在炉墙外侧，内轴由耐火砖及浇筑料砌筑覆盖，避免了串火。绞料机构为长时间高温环境工作机构，主轴及拨爪采用了内热钢ZGCr26Ni7Mn3Nre材质，其耐受温度可达到1300℃，长时间运行不产生变形。当堆高不匀的生活垃圾由预热段向燃烧段运行时，变频调速可以使绞料机构实现0~10r/min的调整范围，缓慢的将垃圾利用拨爪顺向挑起，期间起到摊平、翻滚、大件挑起、拨火的作用，使垃圾在干馏的状态下稳定燃烧，同时避免了局部高温产生结焦现象。

1.2 特制专用通风炉排片

根据乡镇生活垃圾特性，开模新制作了专用带孔炉排片，专为GLP系列机械炉排炉配套。该炉排片有针对性地进行设计优化和定型，既保证了炉排片材质具备高温耐热性、耐腐蚀性、耐磨性，同时在结构上改善燃烧空气设计要求，降低一次风穿透压力，减少漏渣率，尽可能避免偏磨及烧损。

其采用特殊布孔方案，增加了通风率，由一般的2%提升到6%左右，并且穿孔气流形成交错布置。炉排前4排采用扩散孔，保证气量穿透时候起到实心锥形导流作用，后4排孔采用等径穿孔，保证局部气流快速穿透。炉排片前段设有两道凸起，可以起到勾料作用，实现将表层着火垃圾辅助翻滚至底部，达到底部着火条件，使得垃圾得以充分、快速燃烧。该种通风设计完善了一次空气的分级配风，并在一定程度上降低了一次风风压，符合炉排设计设计“3T”原则，加强了炉膛内烟气湍流程度。结构形式如图2所示。

2 烟气处理系统的创新优化

带绞料机构的GLP机械炉排炉运行工况稳定，炉内燃烧温度增加，相应地炉排炉出口烟气量也有所增加，因此对后继烟气处理系统进行了工艺优化。

2.1 非接触式急冷塔的设计

非接触式急冷塔采用列管式换热设计，这种整体化蜂窝体起到一定集约化效应，增强了单个蜂窝孔洞换热能力。此外采用间接冷却工艺，同时避免了采用直接喷雾冷却设计可能造成的蒸汽膨胀爆炸风险。

经过对冷热媒体换热的计算，烟气进入非接触式急冷塔后通过水冷方式使温度迅速降至250℃以下，避免二噁英的Denovo合成及与前驱物的合成。同时在冬季利用急冷塔循环冷却水设计了开式供暖系统供站区使用，实现了一定程度的余热利用与节能增效。

2.2 配套烟气处理工艺

急冷塔后烟气处理工序为：陶瓷多管除尘器→复合除尘器→布袋除尘器→高温引风机→脱酸塔→塔架烟囱达标排放。

配套陶瓷多管旋风除尘，除尘效率和设备使用寿命均有效提升，在多管除尘器之后增加了复合除尘器，内置活性炭滤网，具备烟尘脱除及固相二噁英吸附双重功效，采用PTFE覆膜布袋保证了除尘效果，末端采用双碱法脱酸，碱液循环利用，无废水外排。

3 总结

2022年11月14日发布的《国家发展改革委等部门关于加强县级地区生活垃圾焚烧处理设施建设的指导意见》（发改环资〔2022〕1746号）强调“针对小型生活垃圾焚烧装备开展研发攻关，并以中西部等地区为重点，积极开展小型焚烧试点，重点围绕技术装备、热用途、运营管理模式、相关标准等探索形成可复制、可推广经验。”带绞料机构及底部着火条件的GLP改型炉排炉成套技术正是基于现实需求研发。针对中西部偏远地区乡镇生活垃圾特性，在中小规模生活垃圾焚烧处理技术上做出了有益的可供借鉴的技术探索与试验，并获得成功，具有积极的引导创新意义。

参考文献：

[1] 白良成.生活垃圾焚烧处理工程技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2009（7）.

[2] 林海,马晓茜,余昭胜.大型城市生活垃圾焚烧炉的数值模拟[J].动力工程学报,2010（2).

[3] 张瑞娜,张健，乐俊超.生活垃圾焚烧炉结渣原因分析与对策探讨[J].工业锅炉,2022（2).