机械炉排式生活垃圾焚烧炉炉排专利技术综述

黄健

摘 要：炉排是机械炉排式生活垃圾焚烧炉最核心的组件，文章通过对相关领域专利文献收集、标引和梳理，分析了国内外机械炉排相关专利的申请量变化趋势，作者在文章中著重分析了机械炉排的演进路线、专利技术在原创国的分布以及国外垃圾焚烧炉排技术主要申请人及其主要特点。

关键词：生活垃圾；焚烧；炉排；主要申请人；专利

中图分类号：T-18 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）31-0004-02

引言

机械炉排式生活垃圾焚烧炉形式多种多样，其使用占垃圾焚烧市场总量的80%以上。该类炉型技术成熟，运行稳定、可靠，适应性广，可直接燃烧大部分垃圾，特别是应用于大规模垃圾集中处理，可使垃圾焚烧发电或供热。

炉排是机械炉排式生活垃圾焚烧炉最核心的组件，通常作为其厂家的专利技术。

炉排主要分为：滚动炉排、链条炉排、往复炉排等，其中，往复炉排分为顺推倾斜往复、逆推倾斜往复炉排等。

1 专利申请量变化趋势

机械炉排式生活垃圾焚烧炉的炉排的专利申请最早出现在20世纪60年代初，其炉排等方面的技术逐渐有了现在的形式。自20世纪70年代，随着烟气处理技术和焚烧设备的发展，促使垃圾焚烧技术进入成熟阶段。随着人们物质水平的提高，垃圾中可燃物、易燃物的含量增多，即提高了垃圾的热值，为应用和发展生活垃圾焚烧技术提供了条件，这一阶段机械炉排式生活垃圾焚烧炉作为主要焚烧炉代表之一，其炉排技术也获得迅速发展，炉排技术的全球申请量稳步增长。进入20世纪90年代以来，随着对二恶英、呋喃等焚烧废气中的有害物质给健康造成危害的进一步认识，各国开始注意焚烧废气排放控制及污染治理研究，焚烧设备及其控制技术也随着科学技术的不断进步而不断完善，炉排技术的全球申请量出现了大幅度的增长。

20世纪80年代，中国设立专利法，因此这一时期的炉排专利申请量极少。90年代，我国随着生产的快速发展和经济的复苏，已渐渐步入城市生活垃圾高产国的行列，一方面引进国外垃圾焚烧技术和设备，一方面结合我国实际情况，消化国外先进技术，开始着力发展我国垃圾焚烧技术和设备。进入21世纪后，随着中国加入了WTO，我国涉及机械炉排式生活垃圾焚烧炉的炉排的申请数量开始逐步增长，虽然我国在这一领域起步较晚，然而近年来，特别是2006年以后发展异常迅速，自2012年，国家发改委关于完善垃圾焚烧发电价格的通知（发改价格【2012】801号）规范了生活垃圾焚烧发电市场，国家政策带动了该行业的发展，其中，机械炉排式生活垃圾焚烧炉占据了该行业绝大部分，炉排专利申请量持续增加，炉排技术也是不断的完善和更新。

2 技术路线演进

上世纪约60年代，国外有在垃圾焚烧炉中采用链条炉排（如SU383967A1链条炉排），链条炉排虽然应用多年并且局部有改进，但整体上大致未改变，且链条炉排在燃烧技术上存在缺陷（着火条件差、拔火作用弱、配风能力差等环保问题），随着往复炉排的出现（如DE1817436B2往复炉排），使链条炉排逐渐被往复炉排替代，且往复炉排技术仍在持续更新与逐步发展，这一时期出现了如US4170183A逆推倾斜往复炉排、US4018168A顺推倾斜往复炉排、US4136624A水冷炉排、DE2338370A1炉排高度可调等技术。从约80年代开始，随着国外先进技术与设备的引进，我国炉排技术的应用开始普及并应用于各生活垃圾焚烧厂。上世纪约七八十年代，出现滚动炉排（如滚动炉排DE2839536A1），起初，滚动炉排应用于燃煤，后来逐步用于垃圾焚烧，上世纪约八十年末，中国开始研制滚动炉排（如滚动炉排CN104266201A）。经过二十几年的不断改进完善，技术已相对成熟，尤其是其配风方式，冷空气经过风箱进入轴辊的空心筒，通过辊轴的外壁配风孔后再经滚套上的配风孔进入燃料层底部和燃料充分基础，既冷却了辊轴、辊套，又提高了送风温度，滚动炉排为层燃炉提供了新的燃烧方法，逐渐被社会接受。

焚烧的控制技术是从20世纪70年代以后开始的，逐步随着自控技术的发展而发展，通过控制液压系统的电磁阀控制炉排启停、运动速度、运动方向、启停周期和间隔运行时间，以及炉排与推料机、鼓引风机连锁控制等。近十几年来，随着仪表等在线检测的发展和应用，自动化理论的发展以及计算机水平的大幅度提高，非线性建模技术、多变量预测等控制技术，结合锅炉的热力计算方法，根据锅炉效率平衡原理，在线进行锅炉各参数的自寻优，进而自动整定炉排启停时间、运行速度等参数，达到优化垃圾焚烧的自动控制水平。例如根据炉排冷却液温度控制炉排拔火时间、炉排运动时间、装料的专利文献WO9521353A1；控制炉排速度控制着火位置专利文献的JP特开2000-320824A；检测炉排温度控制炉排速度的CN103423750A等。

3 申请原创国分布

中国、日本、德国、美国、韩国是专利申请的主要原创国，上述5个国家的申请量占到了全球申请总量的8成以上，其中中国占全球申请总量约二分之一，日本占全球申请总量约五分之一。由于垃圾焚烧炉排主要应用在垃圾焚烧（发电）厂，且随着经济的发展、人口的不断增长以及生活水平的日益提高，“垃圾围城”日益严重，全世界垃圾焚烧（发电）厂的数量也在不断增加，垃圾焚烧技术的发展对炉排产生巨大的使用需求。在垃圾焚烧以及转化能源方面，欧洲历来是比较大的市场，其以德国、法国、瑞士、英国、丹麦、荷兰等为代表，涉及垃圾焚烧炉排技术的申请量也走在该领域前列；虽然美国工业化程度非常高，但由于得天独厚的地理条件，垃圾填埋相比其他处理方式长期占优，其涉及垃圾焚烧炉排技术的申请量虽大，但并不特别突出，俄罗斯与美国情况较为类似，是否焚烧垃圾显得并不急迫；日本资源匮乏，几乎未进行垃圾填埋，所以日本大规模推广垃圾焚烧技术，其涉及垃圾焚烧炉排技术的申请量也是相当突出；韩国与日本情况较类似，其申请量约占全球申请量的4.97%；而我国的申请量大则是由于我国对垃圾焚烧技术的重视程度逐渐增加，炉排炉作为主流焚烧炉型之一，越来越多的企业、科研院所以及个人将研发投入到该领域，随着技术的不断进步、市场化机制的逐步健全以及城市经济实力的快速提升，垃圾焚烧行业实现了较快发展。endprint

4 国外垃圾焚烧炉排技术主要申请人及其主要特点

（1）馬丁、三菱逆推往复式炉排：从底部送入空气并从炉排间的缝隙吹出，逆向推动延长垃圾停留时间；炉排片分活动和固定炉排，按照特定的角度倾斜并依次排列，垃圾受重力向下移动时，下层受相反的推力作用，使得部分垃圾反向向上运动，从而搅拌充分。

（2）日立造船、冯罗尔顺推往复式炉排炉：适于垃圾干燥；有效松解垃圾；炉排面积充足；配置剪切刀以破碎大块垃圾；高温的一次风温度；升温的二次风；耐火砖结构的炉壁。中国上海康恒环境工程有限公司引进日本日立造船株式会社的焚烧技术，其技术转让内容涉及炉排铸造、炉排组装调试等。

（3）JFE工程株式会社超级往复式炉排（技术来源于丹麦伟伦）：炉排片侧面进行精加工，炉排没有缝隙，炉排上落下的灰渣量减少到最低程度；高压损炉排；中间隔板产生二次回流充分燃烧，降低NOx和二恶英；采用低空气比燃烧技术，减少废气排放量。

（4）株式会社田熊SN往复式顺推炉排：采用多风室进行配风，并在炉排内设置喷嘴，炉排间隙小，内侧设置有鳞片，来回运动翻起、搅拌垃圾，采用嵌入式拆装结构，分干燥、燃烧、燃烬三段。

（5）株式会社荏原制作所HPCC型炉排：炉排片间间隙极小，炉排整体水平布置，炉排片顺推向上倾斜20°，从干燥至燃烬段共分4段，分别独立驱动，可根据垃圾的变化分别控制推进速度。

（6）德国BABCOCK巴考克公司辊底炉排，由多个炉篦滚筒组成。通过驱动装置使每个炉篦滚筒旋转，其中相邻的炉篦滚筒的转动方向是相同的。这些炉篦滚筒沿着一个倾斜的平面彼此轴向平行地并以一定距离地布置。在这些炉篦滚筒之间总具有一个燃物舱，由炉篦滚筒传送的燃烧物在该舱中翻滚。该燃物舱在下方由坚硬的剥离器封闭，该剥离器被固定在设在炉篦滚筒下方的剥离器支架上。剥离器总是相对一个炉篦滚筒很小的距离，用以形成一个剥离缝隙。该剥离器的作用是将在炉篦滚筒上可能形成的粘连物剥离下来。

5 结束语

文章分析了国内外垃圾焚烧炉排技术，国外对于炉排的起步较早，而我国虽然对炉排的研究起步较晚，但通过近二十年的发展，我国在炉排技术的研究上取得了显著的进步，在引进、吸收国外先进技术的基础上，同样有了一定的创新，同时我们同样需要看到在该领域的不足，与国外大型企业在炉排技术的研发以及专利的保护意识上还存在一定的差距。希望我国企业和高校加强在炉排技术上的研发，从而在同类市场中占据有利地位。

参考文献：

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[3]雷钦平.炉排式生活垃圾焚烧炉技术及应用[J].重庆科技学院学报，2011（16）.

[4]高文彬.垃圾焚烧炉炉型应用概况[J].科技创新与应用，2014（20）：89.endprint