【纠结】垃圾焚烧发电厂焚烧炉的选型

整个炉排呈倾斜布置，垃圾随滚筒的转动而被翻动、疏松，得到充分的燃烧。滚筒本身得到一次风的冷却，工作温度仅为200℃~300℃，材质及加工要求等较抛动式和逆推式炉排低，可以有效的降低设备投资。

1.2回转窑焚烧炉

回转窑焚烧炉是一个卧式圆筒形、有耐火砖衬里可以旋转的炉子，其轴心线与水平线略成角度。可以使用天然气、油或煤粉作为辅助燃料。垃圾加热及干燥所需热量由燃烧过程产生的烟气和窑壁等提供。回转窑焚烧炉系统由回转窑、二次燃烧室和余热锅炉组成，以保证垃圾得到充分燃烧，有害物质充分分解，热能得到充分利用。回转窑完成垃圾的燃烧工作，垃圾中的可燃成分在窑内充分燃烧，垃圾随窑体的转动上下翻动，并向窑尾方向前进，燃烧后形成的灰渣自窑底排出。燃烧过程中形成的烟气进入二次燃烧室，在辅助燃料的作用下，烟气进行二次燃烧。由于回转窑焚烧炉的垃圾处理量较小，一般采用小容量的、低压余热锅炉。

回转窑焚烧炉排渣方式可分为干排渣和熔渣式。熔渣式回转窑在运行中能耗高，易产生“粘窑”等现象，故在垃圾焚烧发电项目中较少使用。干排渣回转窑炉内温度低于1000℃，二次燃烧室温度达到1200℃以上，保证二恶英、呋喃等有害物质的充分分解。

回转窑焚烧炉技术较为成熟，操作灵活简便，适宜处理不同形状的固液体垃圾，还可以处理危险废弃物。国家环保总局环境规划院2004年6月编制的《危险废物和医疗废物处置设施建设项目复核大纲(试行)》的有关要求，即“危险废物焚烧炉型应优先采用对废物种类适应性强的回转窑焚烧炉。医疗废物焚烧炉型选择时，单台处理能力在10t/d以上的焚烧炉应优先采用回转窑焚烧炉;小于10t/d，优先采用连续热解焚烧炉、高温蒸煮等工艺，严禁采用单燃烧室焚烧炉和炉排炉。”因此，在处理危险废弃物及医疗垃圾时，回转窑焚烧炉是一种理想的焚烧设备。

1.3循环流化床焚烧炉

与炉排炉的层燃方式不同，循环流化床锅炉采用流态化燃烧，气、固之间呈强紊流态。同时，未完全燃烧的大颗粒经分离后返回炉膛循环燃烧。

循环流化床锅炉由炉膛、水平烟道、分离器、回料装置、尾部烟道和冷渣器等部分组成。炉膛自下而上分为密相区和稀相区。其结构示意图如图2。

图2循环流化床焚烧炉结构示意图

经预处理后的垃圾以一定的粒度被送入炉膛的密相区，炉内灼热的床料呈沸腾状流动。垃圾进入炉内后，与床料充分混合，温度迅速升高，开始着火。在强紊流作用下，垃圾中轻质成分热解析出，随烟气进入上部稀相区。垃圾中较重的可燃成分在密相区中强烈燃烧。完全燃烧后的灰渣比重增大，到达密相区的下部，经冷渣器选择性排出炉外。可燃性气体随烟气到达炉膛的稀相区，在稀相区内，助燃的二次风被及时送到，燃烧强度加大，温度达到850℃以上，加速二恶英、呋喃等有害物质的分解。烟气在稀相区完成燃烧后，烟气携带部分固体颗粒经水平烟道进入下排气式旋风分离器，较大的固体颗粒被分离出来，收集后经回料装置送回炉膛循环燃烧。含部分细小粉尘的烟气进入尾部烟道，与辐射受热面、对流受热面进行热交换后，进入除尘系统。

燃烧过程中的酸性气体部分可采用炉内加石灰石中和法，尾部采用半干法脱除技术除去。活性炭吸附法除去二恶英、呋喃等有害物质除去，布袋除尘器捕捉飞灰。灰渣统一收集后集中处理。

循环流化床锅炉的优点：

(1)操作方便，运行稳定。由于流化床床料为石英沙或炉渣，蓄热量大，燃烧稳定。

(2)对燃料适应性强，当垃圾热值变化时，可以保持稳定燃烧。

(3)可采用全面的防二次污染的措施，对焚烧时产生的有害物质进行处理。在不增加太多投资的前提下，可将NOx、SO2等气体排放控制在国家标准内。

(4)燃烧效率高，底渣灼减率小于2%。

(5)垃圾在燃烧过程中呈流态化运动，气、固接触良好，燃烧充分。

(6)设备寿命长。炉内没有机械运动部件，使用寿命长。

目前，国内垃圾焚烧发电厂选用循环流化床作为焚烧炉时，存在一个较大的障碍：垃圾分拣及预处理。由于循环流化床采用流态化燃烧方式，因此垃圾中比重较大或直径较大的组分在床内难以流化，影响燃烧效果，垃圾在入炉前需要将比重较大或直径较大的组分分拣出来。循环流化床内没有专门的垃圾干燥阶段，垃圾入炉后直接参与燃烧。因此，要求垃圾水分控制在20%以下。垃圾入炉前需要进行渗沥、陈化处理。在进行有效的垃圾分拣和预处理后，循环流化床就可以充分的发挥它的优越性了。

2影响垃圾焚烧炉选型的因素

2.1垃圾水分

垃圾焚烧炉在处理垃圾水分时有两个要求：(1)可以快速的除去垃圾水分，将垃圾烘干：(2)对不同水分的垃圾均能保持稳定的燃烧。炉排炉在烘干垃圾这个方面有其突出的优势，沿炉排长度，依次分为干燥段、燃烧段和燃烬段。在给料装置与炉膛连接部分，该处的温度要比炉内略低一些，约400℃～500℃。垃圾在此处不能正常燃烧，但是对于垃圾的干燥非常有利.400℃～500℃的高温、30%～50%的送风量，都使得垃圾中的水分可以迅速蒸发，在1m～2m的距离内完成垃圾的干燥阶段。回转窑焚烧炉也有类似的干燥段，但是大量的水分将对窑内的燃烧造成一定的影响。垃圾进入循环流化床锅炉后直接参与燃烧，没有干燥阶段，因此，循环流化床锅炉对入炉垃圾的水分有严格的要求，含水量不超过30%。大量的水分进入炉膛，严重影响炉内的燃烧工况，甚至造成灭火、床面结焦等严重的问题。在使用循环流化床锅炉作为焚烧炉的垃圾发电厂，一般需要对垃圾进行陈化处理，使其中的有机质、水分分离，以渗沥液的形式留在垃圾仓内。这样不仅可以降低垃圾的含水量，同时可以提高垃圾的单位热值，有利于锅炉的正常运行。综合以上分析，高水分垃圾适合在炉排炉中进行燃烧。

2.2垃圾的热值

垃圾热值是决定各种焚烧炉能否正常燃烧的关键因素，同时也影响着辅助燃料的使用情况。垃圾热值高，炉内燃烧稳定，辅助燃料用量小;反之，炉内燃烧不稳，辅助燃料用量大，生产成本增加。炉排炉对垃圾热值较为敏感，低热值垃圾在炉内燃烧时需要使用大量燃油作为辅助燃料，同时低热值燃料将危及再燃室及余热锅炉的工作状况。因此，在炉排炉内敷设大量的卫燃带，增加炉排上垃圾层的厚度等措施均是为保证低热值垃圾可以稳定着火燃烧。回转窑燃用低热值垃圾时，也存在相同的问题，需要辅助燃料的帮助才能稳定燃烧，因其燃烧空间大，炉体排气量大等问题，回转窑需要的辅助燃料量要远大于炉排炉。循环流化床锅炉在燃用低热值垃圾方面具有独特的优势，其炉膛内储有大量的高温床料，蓄热量大。新加入的垃圾量仅占床料仅占床料量的5%左右。垃圾发热量对炉内总热量的影响不大。只要垃圾热值达到焚烧炉要求的基本热量，循环流化床锅炉就可以实现其稳定燃烧。因垃圾燃料灰分较低，为保证足够的物料循环量，需要加入部分灰分较高的辅助燃料，以形成稳定的物料循环。循环流化床锅炉一般使用烟煤作为辅助燃料，辅助燃料的成本远低于炉排炉和回转窑焚烧炉。因此，低热值垃圾适宜在循环流化床锅炉中进行燃烧。

2.3停留时间

停留时间有两重含义：①烟气在炉内的停留时间。国家标准中关于烟气在炉内的停留时间由明确的规定：“垃圾焚烧炉的烟气在不低于860℃的环境中的停留时间不小于2s”。炉排炉设置有燃烧室和再燃室，保证烟气在炉内高温部分有足够的停留时间，最高温度可以达到1000℃，保证烟气中的有毒成分可以充分分解。回转窑内烟气行程长，其中燃烧段和燃烬段的温度都可以达到860℃以上，最高可达1300℃，可以保证烟气中的有毒物质分解。因回转窑中特有的高温段，特别适宜焚烧某些有毒、有害的垃圾，如医疗垃圾。循环流化床锅炉的烟气再炉内的停留时间也可以达到2秒以上，但是其烟温、烟气停留时间都要略低于上述两种炉型。综上所述，有毒有害的垃圾适宜在回转窑中进行焚烧。②垃圾自入炉至灰渣排出炉外的总时间。各炉型在保证稳定燃烧的情况下，均有调节次停留时间的手段，炉排炉调整炉排转速，回转窑调整窑体转速，循环流化床锅炉调整循环倍率，均可以达到焚烧要求中关于垃圾在炉内停留时间的规定.

2.4炉内气流的湍流度

炉内气流的湍流度对垃圾的充分燃烧有决定性作用。炉内气流的湍流度越大，气固接触就越充分，可燃物与氧气接触几率增加，燃烧更为充分。炉排炉中，增大气流的湍流度，可以对成团垃圾进行翻动，使层内垃圾得到更多的燃烧空气，以提高燃烬度。炉排炉内气流的湍流度在三种炉型中式最差的。回转窑中，由于垃圾随炉体转动至炉体轴线斜上方时被抛下，垃圾可以充分被翻转打散。炉内气流也随炉体做螺旋式前进，与垃圾运动方向追垂直交叉，垃圾中可燃物与空气接触更为充分，湍流度增大。循环流化床锅炉中，炉内呈流态化沸腾燃烧，是所有炉型中湍流度最大的。垃圾入炉后，即随同气流一起形成沸腾状流动，在强湍流中迅速完成换热、传质、燃烧。因此，循环流化床锅炉在气体湍流度方面有其独特的优势。

2.5炉内过量空气系数

炉内过量空气系数关系到炉内燃烧、有害物质分解、排烟温度、锅炉效率等，是焚烧炉选型中的重要因素。炉排炉因其层状燃烧，为使气体可扩散至垃圾层内，炉内过量空气系数极大，导致锅炉排烟温度升高，最高可达280℃，锅炉效率下降，一般炉排炉的热效率仅为50%～60%，能量浪费严重。加装余热锅炉后，热效率仅为70%~75%。同时，由于炉排炉中存在转动机械，炉膛漏风系数较大，造成炉内过量空气系数进一步增大。回转窑内过量空气系数与炉排炉类似，但其炉膛漏风较小。在循环流化床锅炉中，垃圾在炉内呈流态化燃烧，气固接触充分，可以在较小的过量空气系数条件下实现高燃烬率，且炉膛严密，漏风系数小于0.05，排烟温度可以控制在140℃～160℃之间，锅炉效率可以达到90%左右。循环流化床锅炉在控制炉内过量空气系数方面有独特的优势。

2.6气体污染物的脱除条件

垃圾燃烧后产生的气体污染物主要有：酸性污染物HCL、SOx，氮氧化物NOx，有毒物质二恶英、呋喃等。三种炉型均能有效的控制二恶英、呋喃等有毒物质的排放，同时，采用碱中和、活性炭吸附、布袋除尘等手段进行烟气净化。循环流化床锅炉还可以采用在炉膛中加石灰石法除去部分酸性气体污染物，在炉后处理其余污染物。在燃烧的同时，除去部分污染物。因此，循环流化床锅炉在气体污染物的治理方面有独特的优势。

3结论

通过以上对三种垃圾焚烧炉的比较及影响焚烧炉选型因素的分析，现得出结论如下：

(1)现阶段垃圾焚烧设备呈现多元化发展，不同的设计者从不同的角度出发，根据垃圾本身的特点及用户的需要，开发设计出不同类型的垃圾焚烧炉。主要分为三大类：机械炉排焚烧炉、回转窑焚烧炉和循环流化床焚烧炉。目前热解气化焚烧炉在垃圾发电行业中使用较少。

(2)机械炉排焚烧炉、回转窑焚烧炉和循环流化床焚烧炉均能有效的控制二额英、呋喃等有毒物质的排放，排放量均在国家标准要求范围内。

(3)不同的垃圾焚烧炉有其各自的适用性和优势。炉排炉在燃用高水分垃圾时优势明显，基本不需要对垃圾进行预处理，简化了垃圾分拣、渗沥液的处理工作。回转窑焚烧炉在危险废弃物及医疗垃圾焚烧中应用较为广泛，二次燃烧室1200℃的高温可以将病菌、病原体等有害物质彻底消灭。循环流化床焚烧炉能燃用不同热值的垃圾，尤其是低热值垃圾。同时，它可以在炉膛内吸收、中和酸性污染性气体，污染物脱除及控制方面效果良好。

(4)在对垃圾进行有效的分拣和预处理后，循环流化床焚烧炉是垃圾焚烧发电行业中性能较为优良的垃圾焚烧设备，它对燃料适应性强，安装、运行维护方便，易于大型化。

延伸阅读：

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