垃圾焚烧炉用炉排片研究及应用

2.1结构设计

(1)炉排通风率。炉排通风率等于炉排面上通风孔总面积与整个炉排面积之比。炉排片是高温工作部件，工作条件相当恶劣。尤其是往复炉排片长期工作在高温下，虽然炉排片与燃烧层间隔着一层“灰渣垫”，可遮蔽部分热量，但炉排片表面温度仍可达600～700℃以上，为保证炉排片安全可靠的工作，必须采取有效的空气冷却;往复焚烧炉用炉排片保证垃圾是在炉排片上均匀移动燃烧，空气从炉排片下的风室，自下而上地穿过炉排片及垃圾层，为垃圾燃烧提供充足的氧气。

因此，炉排片上应布有均匀的通风通道，这就是所谓的通风率要求，在炉排片设计时，必须考虑如何控制和减少漏渣，提高可燃物质的利用率。通常情况下往复炉排片在干燥段通风通道宽度控制在4mm以内，燃烧区域内通风道宽度控制在3mm以内，燃烬段区域内通风宽度稍小，这样既能够有效地控制漏渣，同时能够大幅提高燃烧利用率。

很多相关资料中都认为往复炉排片的通风率应在3%～6%。当然通风率越大，通风通道截面越大，空气穿孔速度越小，流阻越小。受制于漏渣及炉排片强度等因素的影响，通风率达到2%～4%，属于高压损炉排，实际使用效果很好。总的来说，炉排片的进风需要综合考虑通风率、漏渣率、燃烧效率等重要因素。

(2)炉排冷却度。炉排冷却度等于炉排片肋板总面积与炉排总面积之比。炉排片主要依靠空气对流对炉排片进行冷却，从而降低炉排片温度。常见的炉排片外形图如图2所示。

图2炉排片外形图

炉排片肋板设计既是结构强度的考虑，同时也是强制冷却的考量。按照目前经验值，在满足炉排片本身强度设计前提下，冷却度一般设计大于2。另外，低位热值超过8260kJ/kg，考虑采用水冷炉排，进一步增强强制冷却效果。

(3)炉排片固定形式。炉排片安装形式多样，通常采用尾部固定形式。部分厂家在炉排片底部或者两侧设计螺栓或者拉钩进行固定，防止炉排片翘起。可动炉排片与可动炉排片，固定炉排片与固定炉排片的连接形式多样，常见炉排片之间采用有间隙装配、紧固装配两种，紧固装配能一定程度上防止炉排片翘起及偏磨，但是检修拆卸不便，间隙装配拆卸检修方便，容易异物卡滞，间隙变大，出现偏磨，导致炉排片提前更换。炉排片固定形式要保证炉排片往复运动不易卡滞，翘起，又要预留一定检修维护便利性。

(4)辅助设计工具。炉排片通常服役时间长，一般设计寿命大于5年，新型炉排片的开发设计，如果采用实炉验证方式，不仅周期太长，而且对工程应用带来不确定性，不利于产品的开发设计。

因此，在工程应用前，需要采用辅助设计软件进行分析，常见的有计算机辅助工程CAE(Computer Aided Engineering)软件如ANSYS进行热应力分析，优化炉排片的结构强度设计;通过计算流体动力学CFD(computational fluid dynam-ics)如FLUENT进行流体分析，优化炉排片的通风率，冷却度等参数。

通过CFD类软件如FLUENT进行炉排片侧面或者炉排片本身的通风率模拟计算，实现炉排片压损和流速优化计算，为炉排片的热应力分析提供对流换热边界条件，同时也为垃圾层厚的理论计算提供设计依据。

通过CAE类软件如ANSYS进行炉排片结构分析，在结构强度和传热方面进行仿真计算，通过耦合传热和结构应力分析，避免炉排片局部出现大范围热应力集中，从而为炉排片结构优化提供设计依据。通过辅助设计软件应用，优化炉排片结构形式，减少产品设计周期，提高炉排片的结构稳定性、可靠性，降低产品开发设计成本。

延伸阅读：

炉排炉垃圾焚烧控制策略

垃圾焚烧发电炉排炉工艺设计参数计算方法