大处理量的垃圾炉排焚烧炉的设计优化

曹 琳曹丽娜

（1天津市尚拓环保科技有限公司，天津 300400;2雪佛龙天津润滑油有限公司，天津 300450）

随着城市化进程的加快，城市垃圾排放量与日俱增。垃圾焚烧处理以其具有明显的减量化、无菌化、资源化等优点，近年来得到了广泛的应用[1,2]。炉排式垃圾焚烧炉占地较少，二次污染危害小，在国内垃圾焚烧处理中的比重日益增加。炉排式焚烧炉自进入中国固体废弃物焚烧发电行业迄今为止，在中国已应用于超过上百条垃圾焚烧线，每天垃圾处理量以万吨计，单条垃圾焚烧线的规模从最初200吨/日扩展到750吨/日，目前市场上在建的垃圾焚烧电厂单条焚烧线规模可达800吨/日。垃圾焚烧处理能力的快速增长对炉排焚烧炉的设计提出了更高的要求。针对此类大大处理量的垃圾焚烧线，以及考虑到城市垃圾水分高，热值范围跨度大等特点，对炉排焚烧炉进行设计优化。

1 系统设计优化

垃圾抓斗起重机将垃圾坑内的垃圾投入进料斗，沿着落料套管进入焚烧炉，垃圾在焚烧炉的炉排上着火燃烧，一次风和二次风为垃圾燃烧提供所需氧量，焚烧炉燃烧产生的热烟气经过余热锅炉换热后，进入烟气净化处理系统，洁净烟气通过引风机排入烟囱。

1.1 焚烧炉设计优化

炉排是焚烧炉的核心装置，其功能是为水平燃烧过程提供运输载体。炉排由液压系统驱动。针对大的垃圾处理量，炉排设计增加组件数量，加长炉排的长度，以改善燃烬控制，进一步降低机械负荷，提高处理量灵活性。同时调整炉排驱动液压缸的位置，优化该区域的通风条件，降低周边的空气温度，改善维修条件。

燃烧风的布风系统是焚烧炉稳定运行的关键。为保证全部热值范围内垃圾的充分燃烧，一次风由空气预热器加热后注入到炉排燃烧区下方，二次风被多层注入第一通道内。针对大的垃圾处理量，一次风设计采用多台变频风机，保证一次风在炉排组件上的精确分布。二次风布置通过两层供风进行优化，选择脉冲效果最大的喷嘴，确保空气和初始烟气混合良好。喷嘴以向下的角度安装布置，在锅炉的入口截面形成一个气幕。设计通过流体动力学计算详细评估二次风喷入设计。

炉膛的设计主要针对垃圾的特性，采用逆流设计。炉膛形状和前后拱位置的设计确保足够地辐射热到达第一炉排组件，加速垃圾的干燥和燃烧。同时此炉膛设计还提高了烟气进入锅炉之前的混合效果。烟气强制回流所产生的干燥效果将过量空气系数降到最低，也减轻了进入烟气处理系统的烟气量。

1.2 锅炉设计优化

焚烧炉燃烧所产生的热能，被蒸汽锅炉中所产生的蒸汽吸收，蒸汽锅炉是整套系统设备的关键部分，在设计时格外关注。针对大的垃圾处理量，设计采用水平布置式锅炉，优化锅炉的配置。

锅炉设计采用立式省煤器。立式省煤器的管束水平布置，将产生更高的烟气湍流特性，减少锅炉重量，增加换热效率。与水平式省煤器相比，立式省煤器烟气旁路有限，性能更好，更容易保证锅炉出口烟温的稳定，人工清灰之间的连续运行时间更长。针对立式省煤器，采用蒸汽清灰在线清灰系统，通过来自锅炉的蒸汽以及安插在省煤器管束中间的大量的吹灰喷嘴进行清灰。吹灰喷嘴运行时产生的动能有效去除聚集在水平受热面顶部的集灰。

锅炉过热器部分的设计，增加了末级过热器管的节距，并与第一蒸发屏的节距一致。此设计有助于减少最高温管束的集灰，并减低锅炉结焦。水平段优化灰斗设计，每个水平通道管束设有各自的灰斗，以将烟气短路减低到最少，并助于更好的飞灰清除。

1.3 燃烧控制系统设计优化

燃烧控制系统是全厂控制系统中最精确、最复杂的部分。针对大处理量的垃圾焚烧线，设计采用全自动化控制系统，其主要目的是使焚烧厂在操作人员设定的条件下，在最少的人工干预下，在恒定的蒸汽产量条件下运行。全自动化控制技术通过以下几个方面进行工作：

（1）沿炉排宽度和长度方向，在炉膛和锅炉内不断调整和分配燃烧风；

（2）通过调整给料炉排各组运动速度和频率，确保垃圾沿燃烧炉排宽度均匀分配；

（3）在燃烧炉排上适时调整炉排片的运动和翻动；

（4）根据检测到的垃圾低位热值，不断调整一次风温度。

采用全自动化控制系统的，能够持续稳定的产生蒸汽，生产更高品质的炉渣，延长焚烧厂的运行寿命，降低烟气中CO含量和化学品的消耗，减少焚烧厂运行时的人工干预，进一步降低运行成本。

2 结论

针对大处理量的垃圾炉排焚烧炉，通过优化炉排、燃烧风、锅炉、控制系统等的设计，实现对各子工艺的先进控制。焚烧炉排的设计为水平燃烧工艺提供的完美支持；燃烧风系统的设计，提高垃圾燃烧效率；锅炉设计提供更高的效率和更大的可靠性。综上所述，通过先进的控制技术、自动化和机械设计的独特结合带来了真正智能化的系统。