多角度分析比较国内市场上主流垃圾焚烧炉特点

摘要： 为了新建垃圾焚烧发电厂焚烧炉设备选择的需要,及现有垃圾焚烧发电厂技术改造的需要,对市场上的主流垃圾焚烧炉进行深入研究,通过对炉排运动方式、炉排片间运动形式、炉排片制造工艺、炉排热应力释放形式、炉排横纵向布置方式、炉排片通风形式、炉膛形式、给料溜槽支撑方式、推料器形式、使垃圾在炉排上充分搅拌措施等方面的对比分析,得出不同项目情况下焚烧炉设备选型和技术改造的主要参考依。

引言

随着国内经济的飞速发展，垃圾产生量逐年增加，垃圾围城问题日益突出，深刻影响城市的发展，资源化无害化处理生活垃圾刻不容缓。机械炉排炉是目前处理生活垃圾的主流炉型，国外主要的焚烧炉技术有 MATIN、VONROLL、VONLUND、WINDMER+EMST、 DBA、 FBE、 SEGHERS、 ALSTOM、JFE、STEIN-MULLER、TAKUMA 等。 近些年来焚烧炉技术发展迅猛，引进吸收或自主研发焚烧炉产品，主要技术有光大环保、重庆三峰、上海康恒、杭州新世纪、天楹环保等。不同的焚烧炉技 术迥异，本文从多角度分析不同类型的焚烧炉特点，以便在工程实践中选择最适合项目情况的技术。

1 国内市场上一些常见的焚烧炉

国内垃圾焚烧产业发展较晚，已运行垃圾焚烧炉电厂前期以欧洲和日本焚烧炉为主，随着国内该领域的蓬勃发展，引进技术或自主研发炉排炉产品比重逐渐加大，图1是国内市场上主要的焚烧炉。

上述焚烧炉产品中，光大顺推焚烧炉、康恒焚烧炉、三峰焚烧炉占据国内市场 80%左右的份额。3种产品适用范围广，从中国最北方的寒冷地区，到中国最南方的炎热地区，以及西部高海拔地区都有应用的业绩。光大逆推焚烧炉、新世纪焚烧炉、天楹焚烧炉在国内应用也较多，产品使用以国内东部地区为主。国内市场的这些焚烧炉产品以自主研发或引进国外技术消化吸收为主，基本上都已经实现了产品的国产化。其产品的设计充分考虑了中国高水分、高灰分、低热值的垃圾特性，更适合国内垃圾物料的焚烧。

除了上述焚烧炉产品外，国内还使用着为数众多的其他厂商焚烧炉，如丹麦韦伦、日本JFE、日本荏蒝、意大利英波基洛、德国马丁、三菱马丁、日立造船、德国诺尔、比利时西格斯、德国斯坦米勒、绿色动力、浙江伟明、深能源、无锡华光等焚烧炉，广泛应用于中国的各大垃圾焚烧发电厂。由于采购成本和市场开拓力度等原因，上述产品应用面较窄，仅在个别公司或项目上应用。

2 炉排运动方式

炉排运动方式主要有逆推方式和顺推方式。逆推式炉排片的移动方向与垃圾流动方向相反， 在重力的作用下垃圾向炉排末端流动。顺推式炉排片的移动方向与垃圾流动方向相同，在机械推力的作用下垃圾向炉排末端流动。

逆推方式的主要优点是炉排片上方始终保持有一定厚度的炉渣，可以有效减少炉膛高温辐射对炉排片的影响，因而对炉排片品质要求低些。缺点是垃圾靠重力向下流动，垃圾向前运动速度无法精确控制。

顺推方式的主要优点是通过机械方式推动垃圾，可以较准确控制垃圾向前运动速度。缺点是活动炉排片容易直接暴露在炉膛的高温热辐射下，炉排片瞬时温度容易过高，因而对炉排片的品质要求较高。

2 种炉排运动方式示意见图2所示。

3 炉排片间运动形式

炉排片间运动形式主要有炉排片间直接接触摩擦 （形式 A） 、炉排片间不直接接触摩擦形式 （形式B、形式 C），炉排片间运动形式特点如下：

1） 形式 A：炉排片直接接触摩擦，结构简单紧凑，成本较低，但在长期运行中相接触的动静炉排片一定有一个炉排片被磨损，降低炉排片整体使用寿命。

2） 形式 B：炉排片间不直接接触，活动炉排片与固定炉排片间通过刮板结构接触。该结构稍微复杂些，成本稍高，但在长期运行中避免了动炉排片与静炉排片直接接触，提高炉排片整体使用寿命。

3） 形式 C：炉排片间不直接接触，炉排片固定在滑动架上，滑动架通过滑板倾斜向前上方运动。该结构较复杂，动静炉排片间漏渣量稍大，但避免动静炉排片的直接接触，提高炉排片整体使用寿命。

炉排片间运动形式示意见图3。

4 炉排片制造工艺

炉排片的制造工艺主要有砂模铸造、消失模铸造、金属模铸造、焊接制造等形式。砂模铸造成本低、工艺简单，但是产品品质较差，容易出现气孔、夹杂等缺陷,适合于小批量或对炉排片性能要求低的场所。消失模铸造成本适中，制造工艺要求较高，成型产品表面硬度高，耐磨性好[6]，但不适合结构过于复杂的炉排片。金属模铸造成本高，尺寸精度高， 产品机械性能好，适合大批量生产和对炉排片性能要求高的场所。焊接制造主要用于生产水冷炉排片，水冷炉排片加工成本高，尺寸精度高，整形难度大，但超过一定热值的垃圾焚烧炉必须使用水冷炉排片。

5 炉排热应力释放形式

炉排热应力释放一般都是以炉排纵向中心线为死点，每单元向横向两侧或整体向横纵向两侧方向膨胀。主要有以单元设备中心为膨胀死点和以整个设备中心为死点，整体向横向和纵向两侧膨胀 2 种形式，其特点分别为：

1） 形式 A：以单元设备中心为膨胀死点，每单元向横向两侧膨胀，可以有效释放每个单元横向的热应力，纵向方向以刚性结构吸收热应力，此种结构较适合横向大跨度多单元结构炉排。

2） 形式 B：以整个设备中心为死点，整体向横向和纵向两侧膨胀，能够有效释放整体横向和纵向的热应力，但不同区域容易出现膨胀不平衡问题，此种结构较适合纵向多单元结构炉排。

2 种形式结构示意见图4。

6 炉排横纵向布置方式

炉排主要有横向和纵向布置 2 种形式。横向布置方式，无论多大规模，炉排单元总数皆一样，不同吨位的炉排设计，纵向长度尺寸不变，只改变每个单元横向尺寸大小。驱动油缸一般布置在左右两 侧，温度低，易于检修。大吨位的炉排横向跨度很大，挠度大，对驱动轴要求较高，需要经过大量结构校核分析和试验验证。

纵向布置方式，随着规模的不同， 炉排单元数量不一样，不同吨位的炉排设计，纵向长度尺寸不变，纵向单元总数按需要增加或减小。驱动油缸一般布置在炉排下面，温度高，检修空间较小。大吨位的炉排只需横向并排增加纵向单元数量即可，很容易实现。

2种形式布置示意见图5。

7 炉排片通风形式

炉排片通风形式主要有水平出风、垂直出风、头部孔出风 3 种形式。水平出风所需压损较小，不 容易漏灰，整个横向压力分布均匀。垂直出风所需压损较小，容易漏灰，整个纵向压力分布均匀。头部孔洞出风需要克服较大压损，前期运行漏灰较小，长期运转容易腐蚀通风孔，导致漏灰大，压力分布不均匀。典型炉排片通风示意见图6。

8 炉膛形式

焚烧炉炉膛主要有低热值炉膛、高热值炉膛、可调节炉膛等形式。低热值炉膛，适合于焚烧热值比较低的生活垃圾，炉膛后拱较长，后拱较矮，烟气出口在干燥段上方，可以对干燥段的低热值垃圾提供更多的辐射热。高热值炉膛，适合于焚烧热值比较高的生活垃圾，炉膛后拱较短，后拱较高，烟气出口在燃烧段上方，在相同的炉排片面积上可以焚烧热值更多的垃圾。可调节炉膛，可通过调节炉膛中的水冷中间隔板，适应不同热值的生活垃圾，烟气出口一般在焚烧段上方，隔板的调节对技术能力要求较高。典型炉膛示意见图7。

9 给料溜槽支撑方式

给料溜槽主要有料斗溜槽整体支撑 （形式 A） 、料斗溜槽单独支撑 （形式 B） 、料斗溜槽整体支撑土建加强支撑 （形式 C） 3 种形式。

1） 形式 A 为料斗溜槽整体支撑结构，料斗溜槽刚性连接到一起，由土建平台整体支撑，膨胀节设在溜槽底部，此种结构对设备整体的刚度要求较高，但不用在溜槽下部设置支撑结构。

2） 形式 B 为料斗溜槽单独支撑结构，料斗支撑在土建平台上，溜槽支撑在钢结构圈梁上， 膨胀节在料斗和溜槽中间，对设备刚度要求较低， 但需要在溜槽下部设置支撑结构，增加整体结构复杂性。

3） 形式 C 为料斗溜槽整体支撑结构，料斗溜槽刚性连接在一起，由上部和中部土建平台共同支撑，上部支撑起主要作用，膨胀节设在溜槽底部，此种结构抗冲击性好，但需要增加设计中部土建平台，成本较高。

3种形式典型结构见图8。

10 推料器形式

推料器主要有液压缸正向推和反向推 2 种形式。

液压缸正向推形式，当推料器向前推料时，油路推动无杆腔活塞，推料力量大于回料力量，有利于推料器把垃圾推向炉膛。此种结构，所需长度空间较大，适合场地宽裕的项目。液压缸反向推形式 ，当推料器向前推料时，油路推动有杆腔活塞，回料力量大于推料力量， 有利于克服推料器回料难问题。此种结构，所需长度空间较小，适合场地紧张的项目。典型结构见图9。

11 使垃圾在炉排上充分搅拌措施

降低热灼减率，是各种类型垃圾焚烧炉研究的重点方向，使垃圾在炉排上充分搅拌，提高燃烧效率，是降低热灼减率的有效措施。搅拌垃圾采取的措施主要有纵向单元炉排间设置大落差、炉排上设置翻动装置、逆推混合搅拌或上述措施组合使用。

纵向单元间设计大落差 ，可有效搅拌大堆垃圾，但是波动较大，对整体炉内流场扰动较大。炉排上设置翻动装置，翻动较为平和有效，可根据需要设置翻动装置数量和角度，但设备磨损较大，是日常维护维修的重点。逆推混合搅拌，靠垃圾自重和炉排逆推原理搅拌垃圾，逆推炉排整体动作，结构简单，但翻动效果一般，对低热值垃圾搅拌不够充分。

12 结论

随着垃圾焚烧行业的发展和科技水平的进步，炉排的形式还在不断丰富中，但总的发展方向还是在提高燃烧效率，提高设备寿命，提高产品各方面性能，降低故障率，降低成本上。一个项目焚烧炉设备的选择和技术改造涉及多方面的因素，根据具体情况确定，下面这些方面可供参考：

1） 垃圾热值低区域的项目首先需要考虑满足物料充分燃烧，达到 850 ℃ 2 s 燃烧的要求，选择对物料扰动性好的顺推式带翻动或有落差的炉排较合适；垃圾热值热值高区域可更多的考虑控制的简便性，逆推炉排因驱动机构数量少具有一定优势。

2） 建设期资金投入少的可考虑采用成本低但寿命短的砂模铸造炉排片，资金允许的话尽量采用成本高但寿命长的金属模铸造炉排片，高热值的垃圾建议采用水冷炉排片。

3） 现阶段及可预期后续长时间垃圾热值低区域的项目建议选择烟气出口在干燥段的低热值类型炉膛，垃圾高热值区域的项目建议选择烟气出口在燃烧段的高热值类型炉膛，可调节类型炉膛的采用应建立在精确的热值分析技术基础上。

4） 厂房空间有限的可采用液压缸反向推的给料炉排，厂房空间足够，尽量采用液压缸正向推炉排。提资预算成本充裕的项目可考虑给料溜槽等设备更牢固支撑，提高设计余量。

5） 优选便于安装运输的模块化炉排，优选落灰少、热膨胀释放充分、通风好的炉排，优选维护维修方便的炉排。