生活垃圾焚烧水冷炉排炉技术

2020-12-14盛庆伟

湖北农机化 2020年19期

盛庆伟

(江苏天楹环保能源成套设备有限公司，江苏南通 22600)

1 机械炉排炉特点及主要问题

1.1 机械炉排炉特点

机械炉排炉焚烧是目前国内外比较流行的垃圾焚烧方式。机械炉排炉的技术特点在于：生活垃圾全部焚烧，启动时需少量辅助燃料，焚烧稳定后不需辅助燃料，进料垃圾不需要预处理；运行维护方便，可燃烧低热值、高水分的生活垃圾，通过炉排的机械运动实现垃圾的混合与搅拌，使垃圾充分燃烧。机械炉排系统是垃圾焚烧炉的核心部件，负责炉内垃圾输运，同时提高垃圾与空气的混合和扰动度，从而提高燃烧效率。机械炉排垃圾焚烧炉的炉排一般分为3个区域：干燥区、燃烧区和燃烬区。在推料器的作用下，垃圾首先进入干燥区，通过炉排的动作，垃圾在炉排上往前移动到燃烧区，最后到达燃烬区。

1.2 机械炉排炉主要问题

翻转炉排因炉排片变形或磨损经常不能正常翻转，经常卡或翻转不动，造成垃圾不能充分燃烧，炉排片寿命缩短；炉排燃烧不充分，燃烧效率低。产生第一个问题的主要原因是垃圾分类不完善，垃圾的分类不好是中国国情所决定的，不是马上就能改善得很好，因此对炉排片进行适当改造，使其它适应中国垃圾燃烧，是最为经济实用的办法。各个不同部位的炉排片烧损速度是不一样的，在主燃烧部分，出现高温的炉排片烧损最快。为解决这一问题，传统方案为强制性空气制冷，以空气作为冷却媒介，即采用一次助燃风，从炉排下灰斗处进风，经风管从炉排下方炉排缝隙间喷入，助燃的同时对炉排片进行风冷，从而降低炉排片温度，进而减少炉排的高温磨损。但是，一次助燃风量是垃圾燃烧控制系统用于控制调节的一个非常重要的参数。而风冷式炉排片的冷却效果完全依赖于一次风量的大小。由于燃烧控制系统对一次风量的调节，使得炉排片的冷却效果呈动态变化、不稳定，也容易造成炉排片处于高低温交替热应力作用状态，进而影响了其寿命。

2 垃圾焚烧强制水冷炉排片技术

2.1 垃圾焚烧强制水冷炉排片技术

Martin公司空冷式炉排片和水冷式炉排片如图1所示。其中，水冷式炉排片的宽度和3个独立的空冷式炉排片一样。这样设计可以保证水冷式炉排片不用考虑场地限制，就能很好地替代早期或原有的空冷式炉排片。水冷式炉排片使用高强度耐热铸钢，内部为中空设计，进口的冷却水在夹层通路流动冷却炉排片表面随后排出，与其它炉排片并联后组成了一个闭合管路。

图1 (左)三片空冷式炉排片，(右)水冷式炉排片

炉排炉安装水冷式炉排片的逆推式炉排片分为2种，一种是固定炉排片，另一种是活动炉排片。这2种炉排片按一定的斜度(一般为24～26°)依次排列。当炉排片上的垃圾在重力作用下向下移动的同时，垃圾料层下部受到与重力相反的倾斜推力，使得一部分的垃圾沿炉排表面相反方向移动，产生了向上运动，由此完成垃圾层的充分搅拌。当釆用水冷式炉排片时，并联设置的多个炉排片通过金属软水管与循环水泵、膨胀水箱、直产换热器内的冷介质管路，和空气换热器的热介质管路串联形成回路。该系统在高热风温度、高燃烧负荷状态下，能维持炉排内部及表面温度，因此非常适合于高热值垃圾的焚烧。冷却水回路的设计最大工作压力为7bar，最高工作温度为120℃，进出管的最大值温差为25℃。

2.2 Martin公司强制水冷式炉排片技术使用情况

Martin公司的水冷炉排片以水作为冷却媒介，通过水循环冷却布置在炉排片高温区的传热块，从而降低炉排片温度。因为水的比热容高于空气，因此冷却效果更好。此外在Martin炉排炉运行过程中，所有通过冷却水热交换的能量可以用来加热热交换器中的燃烧空气，这意味着更高的蒸汽发电效率。而且该技术非常灵活，炉排可以根据燃料的性质进行单独调整，即炉排的任何部分都可以使用风冷或水冷，其标准化的设计更适合于老旧垃圾焚烧厂的改造。

3 日本JFE工程公司炉排片混合冷却式技术

3.1 JFE工程公司炉排片混合冷却式技术

JFEHyper21炉排炉采用了JFE最新的垃圾焚烧技术，将JFE往复式炉排系统进行了改进，釆用了混合式冷却炉排，并利用中间隔板形成二次回流焚烧系统，通过自动燃烧控制系统实现了高温空气燃烧新技术，促进了稳定燃烧，减少热损，并降低了烟气量以及环境污染物质。该炉排片材料为高铭耐热耐磨铸钢，釆用空心一体型结构设计。炉排由交替的固定炉排和移动炉排水平排列组成，其中水冷炉排安装在相应的主燃烧区(即在废料流动方向上覆盖上游区域的约2/3)，后燃烧区对应的部分进行风冷。冷却水从炉排的支撑端进出，其冷却水通道为U型结构，该结构可以保证冷却水充分冷却炉排的整个集热表面，相邻的炉排通过连接软管连接。整个循环水路采用5～6Bar的加压水，以防止高温造成的汽化。从炉排排出的高温水在炉排出口侧的热交换器冷却至适当的水温后循环并供给到炉排。冷却水系统的压力由充入连接到循环回路的膨胀罐中的氮气压力提供。