生活垃圾焚烧炉机械设计探析

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一、现有常用的垃圾焚烧炉机械结构及运行机理

1.流化床焚烧炉

流化床焚烧炉由进料口、分选机、破碎机、流化床、石英砂所组成。焚烧炉内采用石英砂作为热载体，流化床在焚烧垃圾前，通过喷油燃烧将炉内的石英砂加热至600℃以上，然后垃圾经破碎机破碎至粒度5cm以下投入炉内,流态化的垃圾与石英砂体混合干燥并快速燃烧。

2.旋转窑焚烧炉

旋转窑焚烧炉由上进料口、钢制旋转筒、冷却水管、排渣装置组成。钢制圆筒内部装设耐火涂料,筒体沿轴线方向呈小角度倾斜。在焚烧垃圾时，垃圾由上部供应，筒体缓慢旋转，使垃圾不断翻转并向后移动，垃圾逐渐干燥、燃烧、燃烬，然后送至排渣装置排出。

二、垃圾焚烧炉的设备选型

从目前焚烧炉应用市场领域上来看机械炉排炉是垃圾焚烧炉市场上的主导产品，占有市场份额80%以上。机械炉排焚烧炉经过长期的发展，技术已较为完善，运行可靠性高，可以适应国内高水分低热值的垃圾燃烧，处理能力可以满足国内垃圾焚烧工程的处理量。而流化床焚烧炉和旋转窑焚烧炉目前应用实例较机械炉排炉少。通过对技术先进性、运行可靠性、投资成本等因素综合比较，该垃圾焚烧发电厂选用机械炉排炉。该炉引进德国MARTIN公司倾斜逆推式机械炉排炉技术，由国内制造，经应用实践证明机械炉排炉运行可靠稳定,取得了良好的社会效益和经济效益。

三、机械炉排焚烧炉的机械设计要求

机械炉排炉由垃圾进料斗、炉排、炉膛以及炉排液压连杆机构等分机构所组成，各分机构的合理设计才能确保炉排炉运转顺畅。以下对主要机构设计要求进行分析。

1.液压连杆机构

机械炉排炉在运转过程中大部分机构做往复运动和翻转运动，因此需要一套液压系统来有效实现。该岭垃圾焚烧发电厂机械炉排炉采用的液压系统由主油泵、给料器液压缸、炉排液压缸、除渣机液压缸、料层调节液压缸、连杆机构等组成。通过液压连杆机构的驱动可实现炉排、给料器、推料器、料层调节挡板的机械动作。

2.炉排的机械设计要求

炉排是机械炉排炉的关键设备，炉排设计直接影响到焚烧炉系统的正常运行。(1)炉排的材质和机加工要求。机械炉排炉对于炉排的材质要求和加工精度要求很高。炉排的材质采用含Cr、Ni、Mo等合金元素的铸铁件，因此具备耐热、耐蚀、耐磨的特性，使用寿命较长。炉排与炉排之间的接触面要确保光滑，同时炉排与炉排之间的间隙要相当小才能有效防止漏灰，因此炉排表面的侧面和上表面都需经过数控机床精加工和表面打磨处理，从而能够有效避免在机械摩擦过程中产生的磨损。经实践表明，合理的炉排材质和加工精度可以使炉排的使用寿命能达到80，000h。(2)炉排片的装配方式。炉排由炉排片组成。炉排片沿横向通过螺栓连接后固定装配形成炉排组，炉排组分为运动炉排组、固定炉排组。运动炉排组和固定炉排组在纵向交替排列，通过固定在钢结构框架上形成整体炉排。炉排向下与水平面成24°倾角。(3)炉排的长度和面积。炉排的长度和面积设计应根据焚烧炉的处理规模、机械负荷、垃圾含水量来确定。焚烧炉的处理规模和机械负荷越大时，所需炉排的长度就越长，炉排面积就越大。当垃圾含水量较高时，应加长炉排的长度，增加炉排面积。(4)炉排上风孔设计。为确保垃圾充分燃烧，需要在炉排片上设置进风口，一次风从炉排片背面通过炉排片前端的出风口排出，产生助燃作用。同时通过风口能对炉排铸件进行有效的冷却，延长炉排片的寿命。在设计上炉排铸件里的风孔通道应采用迷宫式，能够对炉排铸件进行良好的冷却，使铸件温度一般不会超过400℃。(5)炉排配件更换。炉排在使用过程中不可避免产生磨损，在作动过程中也有可能发生机械损坏故障，为了维修方便，应确保炉排片的尺寸固定并且加工精度高，能够以标准件的形式进行互换。

3.炉膛的机械设计要求

(1)炉膛体积设计要求。炉膛的体积是以炉排上方至高温烟气开始降温截面之间的全部体积。炉膛的体积设计应根据焚烧炉设计上的垃圾处理能力和炉膛容积热负荷来确定。当需求垃圾处理能力越大时，炉膛设计体积相应也应增大。炉膛容积热负荷指燃烧室内单位时间、单位体积的设计热容量，是确定炉膛大小的指标，一般取（33.50～83.73）×104kJ/m3h。(2)炉膛高度设计要求。在实际应用中，炉膛的高度设计上须保证在适当的烟气流速下，炉膛的烟气温度达到850℃，烟气停留时间不低于2s。(3)炉膛设计宜有变截面的喉部，以适应高温烟气紊流的影响。(4)在焚烧炉外部应考虑设计观察孔，便于在炉外观察炉膛内的焚烧状况。(5)对于单台处理规模大于400t/d的垃圾焚烧锅炉，应考虑炉膛冷却问题。(6)在炉膛上方应设计喷射装置，具有喷入各种添加剂的能力，如喷射尿素以降低NOX的排放量。

4.焚烧炉进料斗设计

焚烧炉进料斗应有不小于0.5～1h的垃圾储存量，进料口长宽尺寸按垃圾抓斗全开尺寸基础上增加不小于1.0m计算。倾斜的侧壁倾角不小于45°，内壁应光滑。进料装置与挡板门的主体材料采用普通碳钢，厚度一般不小于12mm。进料斗可采用如红外线、超声波、微波等料位检测指示仪器进行进料检测。

四、结语

通过对机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉、旋转窑焚烧炉三种主要的垃圾焚烧炉的设备特性和机械结构运行机理进行分析比较，可以看到目前机械炉排炉技术已经成熟，是适用于我国国情的垃圾焚烧炉型式。同时机械炉排炉在设备机械设计上进行充分考虑和优化，能够确保机械炉排炉运行可靠稳定。该垃圾焚烧发电厂引进德国MARTIN公司的机械炉排炉技术并不断加以消化吸收，目前在生产中运行可靠稳定,已取得了良好的社会效益和经济效益。

作者：康锦锋 单位：新源厦门环保设备成套有限公司