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摘要：為了新建垃圾焚燒發電廠焚燒爐設備選擇的需要,及現有垃圾焚燒發電廠技術改造的需要,對市場上的主流垃圾焚燒爐進行深入研究,通過對爐排運動方式、爐排片間運動形式、爐排片製造工藝、爐排熱應力釋放形式、爐排橫縱向布置方式、爐排片通風形式、爐膛形式、給料溜槽支撐方式、推料器形式、使垃圾在爐排上充分攪拌措施等方面的對比分析,得出不同項目情況下焚燒爐設備選型和技術改造的主要參考依據。
引言
隨著國內經濟的飛速發展，垃圾產生量逐年增加，垃圾圍城問題日益突出，深刻影響城市的發展，資源化無害化處理生活垃圾刻不容緩。機械爐排爐是目前處理生活垃圾的主流爐型，國外主要的焚燒爐技術有MATIN、VONROLL、VONLUND、WINDMER+EMST、DBA、FBE、SEGHERS、ALSTOM、JFE、STEIN-MULLER、TAKUMA等。近些年來焚燒爐技術發展迅猛，引進吸收或自主研發焚燒爐產品，主要技術有光大環保、重慶三豐、上海康恆、杭州新世紀、天楹環保等。不同的焚燒爐技 術迥異，本文從多角度分析不同類型的焚燒爐特點，以便在工程實踐中選擇最適合項目情況的技術。
1 國內市場上一些常見的焚燒爐
國內垃圾焚燒產業發展較晚，已運行垃圾焚燒爐電廠前期以歐洲和日本焚燒爐為主，隨著國內該領域的蓬勃發展，引進技術或自主研發爐排爐產品比重逐漸加大，圖1是國內市場上主要的焚燒爐。
上述焚燒爐產品中，光大順推焚燒爐、康恆焚燒爐、三峰焚燒爐佔據國內市場80%左右的份額。3種產品適用範圍廣，從中國最北方的寒冷地區，到中國最南方的炎熱地區，以及西部高海拔地區都有應用的業績。光大逆推焚燒爐、新世紀焚燒爐、天楹焚燒爐在國內應用也較多，產品使用以國內東部地區為主。國內市場的這些焚燒爐產品以自主研發或引進國外技術消化吸收為主，基本上都已經實現了產品的國產化。其產品的設計充分考慮了中國高水分、高灰分、低熱值的垃圾特性，更適合國內垃圾物料的焚燒。
除了上述焚燒爐產品外，國內還使用著為數眾多的其他廠商焚燒爐，如丹麥韋倫、日本JFE、日本荏蒝、義大利英波基洛、德國馬丁、三菱馬丁、日立造船、德國諾爾、比利時西格斯、德國斯坦米勒、綠色動力、浙江偉明、深能源、無錫華光等焚燒爐，廣泛應用於中國的各大垃圾焚燒發電廠。由於採購成本和市場開拓力度等原因，上述產品應用面較窄，僅在個別公司或項目上應用。
2 爐排運動方式
爐排運動方式主要有逆推方式和順推方式。逆推式爐排片的移動方向與垃圾流動方向相反， 在重力的作用下垃圾向爐排末端流動。順推式爐排片的移動方向與垃圾流動方向相同，在機械推力的作用下垃圾向爐排末端流動。
逆推方式的主要優點是爐排片上方始終保持有一定厚度的爐渣，可以有效減少爐膛高溫輻射對爐排片的影響，因而對爐排片品質要求低些。缺點是垃圾靠重力向下流動，垃圾向前運動速度無法精確控制。
順推方式的主要優點是通過機械方式推動垃圾，可以較準確控制垃圾向前運動速度。缺點是活動爐排片容易直接暴露在爐膛的高溫熱輻射下，爐排片瞬時溫度容易過高，因而對爐排片的品質要求較高。
2種爐排運動方式示意見圖2所示。
3 爐排片間運動形式
爐排片間運動形式主要有爐排片間直接接觸摩擦（形式A）、爐排片間不直接接觸摩擦形式（形式B、形式C），爐排片間運動形式特點如下：
1）形式A：爐排片直接接觸摩擦，結構簡單緊湊，成本較低，但在長期運行中相接觸的動靜爐排片一定有一個爐排片被磨損，降低爐排片整體使用壽命。
2）形式B：爐排片間不直接接觸，活動爐排片與固定爐排片間通過刮板結構接觸。該結構稍微複雜些，成本稍高，但在長期運行中避免了動爐排片與靜爐排片直接接觸，提高爐排片整體使用壽命。
3）形式C：爐排片間不直接接觸，爐排片固定在滑動架上，滑動架通過滑板傾斜向前上方運動。該結構較複雜，動靜爐排片間漏渣量稍大，但避免動靜爐排片的直接接觸，提高爐排片整體使用壽命。
爐排片間運動形式示意見圖3。
4 爐排片製造工藝
爐排片的製造工藝主要有砂模鑄造、消失模鑄造、金屬模鑄造、焊接製造等形式。砂模鑄造成本低、工藝簡單，但是產品品質較差，容易出現氣孔、夾雜等缺陷,適合於小批量或對爐排片性能要求低的場所。消失模鑄造成本適中，製造工藝要求較高，成型產品表面硬度高，耐磨性好，但不適合結構過於複雜的爐排片。金屬模鑄造成本高，尺寸精度高， 產品機械性能好，適合大批量生產和對爐排片性能要求高的場所。焊接製造主要用於生產水冷爐排片，水冷爐排片加工成本高，尺寸精度高，整形難度大，但超過一定熱值的垃圾焚燒爐必須使用水冷爐排片。
5 爐排熱應力釋放形式
爐排熱應力釋放一般都是以爐排縱向中心線為死點，每單元向橫向兩側或整體向橫縱向兩側方向膨脹。主要有以單元設備中心為膨脹死點和以整個設備中心為死點，整體向橫向和縱向兩側膨脹2種形式，其特點分別為：
1）形式A：以單元設備中心為膨脹死點，每單元向橫向兩側膨脹，可以有效釋放每個單元橫向的熱應力，縱向方向以剛性結構吸收熱應力，此種結構較適合橫向大跨度多單元結構爐排。
2）形式B：以整個設備中心為死點，整體向橫向和縱向兩側膨脹，能夠有效釋放整體橫向和縱向的熱應力，但不同區域容易出現膨脹不平衡問題，此種結構較適合縱向多單元結構爐排。
2種形式結構示意見圖4。
6 爐排橫縱向布置方式
爐排主要有橫向和縱向布置2種形式。橫向布置方式，無論多大規模，爐排單元總數皆一樣，不同噸位的爐排設計，縱向長度尺寸不變，只改變每個單元橫向尺寸大小。驅動油缸一般布置在左右兩側，溫度低，易於檢修。大噸位的爐排橫向跨度很大，撓度大，對驅動軸要求較高，需要經過大量結構校核分析和試驗驗證。
縱向布置方式，隨著規模的不同， 爐排單元數量不一樣，不同噸位的爐排設計，縱向長度尺寸不變，縱向單元總數按需要增加或減小。驅動油缸一般布置在爐排下面，溫度高，檢修空間較小。大噸位的爐排只需橫向並排增加縱向單元數量即可，很容易實現。
2種形式布置示意見圖5。
7 爐排片通風形式
爐排片通風形式主要有水平出風、垂直出風、頭部孔出風 3 種形式。水平出風所需壓損較小，不 容易漏灰，整個橫向壓力分布均勻。垂直出風所需壓損較小，容易漏灰，整個縱向壓力分布均勻。頭部孔洞出風需要克服較大壓損，前期運行漏灰較小，長期運轉容易腐蝕通風孔，導致漏灰大，壓力分布不均勻。典型爐排片通風示意見圖6。
8 爐膛形式
焚燒爐爐膛主要有低熱值爐膛、高熱值爐膛、可調節爐膛等形式。低熱值爐膛，適合於焚燒熱值比較低的生活垃圾，爐膛後拱較長，後拱較矮，煙氣出口在乾燥段上方，可以對乾燥段的低熱值垃圾提供更多的輻射熱。高熱值爐膛，適合於焚燒熱值比較高的生活垃圾，爐膛後拱較短，後拱較高，煙氣出口在燃燒段上方，在相同的爐排片面積上可以焚燒熱值更多的垃圾。可調節爐膛，可通過調節爐膛中的水冷中間隔板，適應不同熱值的生活垃圾，煙氣出口一般在焚燒段上方，隔板的調節對技術能力要求較高。典型爐膛示意見圖7。
9 給料溜槽支撐方式
給料溜槽主要有料鬥溜槽整體支撐（形式A）、料鬥溜槽單獨支撐（形式B）、料鬥溜槽整體支撐土建加強支撐（形式C）3種形式。
1）形式A為料鬥溜槽整體支撐結構，料鬥溜槽剛性連接到一起，由土建平臺整體支撐，膨脹節設在溜槽底部，此種結構對設備整體的剛度要求較高，但不用在溜槽下部設置支撐結構。
2）形式B為料鬥溜槽單獨支撐結構，料鬥支撐在土建平臺上，溜槽支撐在鋼結構圈梁上， 膨脹節在料鬥和溜槽中間，對設備剛度要求較低， 但需要在溜槽下部設置支撐結構，增加整體結構複雜性。
3）形式C為料鬥溜槽整體支撐結構，料鬥溜槽剛性連接在一起，由上部和中部土建平臺共同支撐，上部支撐起主要作用，膨脹節設在溜槽底部，此種結構抗衝擊性好，但需要增加設計中部土建平臺，成本較高。
3種形式典型結構見圖8。
10 推料器形式
推料器主要有液壓缸正向推和反向推2種形式。
液壓缸正向推形式，當推料器向前推料時，油路推動無杆腔活塞，推料力量大於回料力量，有利於推料器把垃圾推向爐膛。此種結構，所需長度空間較大，適合場地寬裕的項目。液壓缸反向推形式 ，當推料器向前推料時，油路推動有杆腔活塞，回料力量大於推料力量， 有利於克服推料器回料難問題。此種結構，所需長度空間較小，適合場地緊張的項目。典型結構見圖9。
11 使垃圾在爐排上充分攪拌措施
降低熱灼減率，是各種類型垃圾焚燒爐研究的重點方向，使垃圾在爐排上充分攪拌，提高燃燒效率，是降低熱灼減率的有效措施。攪拌垃圾採取的措施主要有縱向單元爐排間設置大落差、爐排上設置翻動裝置、逆推混合攪拌或上述措施組合使用。
縱向單元間設計大落差 ，可有效攪拌大堆垃圾，但是波動較大，對整體爐內流場擾動較大。爐排上設置翻動裝置，翻動較為平和有效，可根據需要設置翻動裝置數量和角度，但設備磨損較大，是日常維護維修的重點。逆推混合攪拌，靠垃圾自重和爐排逆推原理攪拌垃圾，逆推爐排整體動作，結構簡單，但翻動效果一般，對低熱值垃圾攪拌不夠充分。
12 結論
隨著垃圾焚燒行業的發展和科技水平的進步，爐排的形式還在不斷豐富中，但總的發展方向還是在提高燃燒效率，提高設備壽命，提高產品各方面性能，降低故障率，降低成本上。一個項目焚燒爐設備的選擇和技術改造涉及多方面的因素，根據具體情況確定，下面這些方面可供參考：
1） 垃圾熱值低區域的項目首先需要考慮滿足物料充分燃燒，達到850℃ 2s燃燒的要求，選擇對物料擾動性好的順推式帶翻動或有落差的爐排較合適；垃圾熱值熱值高區域可更多的考慮控制的簡便性，逆推爐排因驅動機構數量少具有一定優勢。
2） 建設期資金投入少的可考慮採用成本低但壽命短的砂模鑄造爐排片，資金允許的話儘量採用成本高但壽命長的金屬模鑄造爐排片，高熱值的垃圾建議採用水冷爐排片。
3） 現階段及可預期後續長時間垃圾熱值低區域的項目建議選擇煙氣出口在乾燥段的低熱值類型爐膛，垃圾高熱值區域的項目建議選擇煙氣出口在燃燒段的高熱值類型爐膛，可調節類型爐膛的採用應建立在精確的熱值分析技術基礎上。
4） 廠房空間有限的可採用液壓缸反向推的給料爐排，廠房空間足夠，儘量採用液壓缸正向推爐排。提資預算成本充裕的項目可考慮給料溜槽等設備更牢固支撐，提高設計餘量。
5） 優選便於安裝運輸的模塊化爐排，優選落灰少、熱膨脹釋放充分、通風好的爐排，優選維護維修方便的爐排。
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