新型炉排型生活垃圾焚烧炉的设备及应用

3 某项目的技术选择及技术特点

根据《城市生活垃圾处理及污染防治技术政策》，垃圾焚烧目前宜采用以炉排炉为基础的成熟技术，审慎采用其他炉型的焚烧炉。禁止使用不能达到控制标准的焚烧炉。结合某市的生活垃圾日处理量及垃圾具高水分、低热值、没分拣的特点，选用机械炉排炉层状焚烧技术二段式机械焚烧炉。

某项目一期两条2×500t/d的生活垃圾焚烧线路焚烧炉是在世界先进垃圾焚烧技术的基础上，结合国内生活垃圾的特点和燃烧情况研发的复合式机械炉排炉，采用“顺推干燥+逆推燃烧燃尽”结构设计和烟气循环烘干的工艺设计，运用计算机CFD技术对炉排炉燃烧场进行数值模拟分析。

3.1 “顺推段干燥+逆推段燃烧”结构设计

复合式机械炉排炉主要由进料装置、推料装置、顺推干燥炉排、逆推燃烧、燃尽炉排、落渣灰斗、出渣机及液压站等组成。

垃圾车经地磅秤称重后进入垃圾卸料平台，卸入垃圾贮坑。封闭式的垃圾贮坑正常运行时为负压，确保坑内臭气不外逸。垃圾在垃圾贮坑内存放发酵后，通过垃圾吊车抓斗进入焚烧炉给料斗，经溜槽进入焚烧炉内。垃圾先进入顺推炉排干燥。顺推炉排固定炉排片和移动炉排片组成，固定炉排片和移动炉排片交替排列。

进入炉排的垃圾含有大量水分，重量大，顺推炉排能承受较大负载，炉排面积大，便于垃圾烘干。垃圾烘干后，进入逆推排炉。顺推排列与逆推排炉间存在落差，落差使垃圾跌落翻转，打散大块的垃圾，保证垃圾燃烧更充分。

逆推排炉的炉排片也有固定炉排片与活动炉排片依次排列组成。垃圾在重力和炉排片的推力作用下以螺旋形翻搅方式前进。垃圾与空气充分接触，燃烧更彻底。顺推段干燥+逆推段燃烧的结构设计，缩短了垃圾干燥时间，增大了干燥面积，可保证垃圾在逆推段充分燃烧。

针对炉排密封风密封结构与连杆接触位置易产生间隙，密封效果不佳的问题，特设计了滑块结构的炉排密封风密封装置。滑块随连杆的运动而往复移动，可确保密封结构与驱动连杆的接触位置不产生间隙，密封效果好。

3.2 烟气循环烘干式工艺设计

垃圾经过进料装置、推料装置进入顺推干燥段炉排，由于生活垃圾含水率高、热值低，垃圾在顺推干燥段炉排烘干助燃。垃圾燃烧的助燃空气一次风取自垃圾池，经蒸气空气预热器加热后送入炉内。垃圾烘干后进入逆推燃烧段炉排焚烧。

垃圾加热挥发的可燃性气体正常燃烧需5%～10%的氧气，空气中的含氧量约为21%，炉内的可燃性气体与过量的氧气燃烧会产生大量的氮氧化物，增加烟气净化系统的负担，污染环境。垃圾燃烧产生的烟气温度在850℃～1000℃。烟气通过余热锅炉过热器回收烟气的热量。

从烟气排放通道连接端到外端，锅炉过热器的烟气温度呈线性递减。与空气连接端排出的烟气温度小于100℃。因此，二次风从锅炉房上部锅炉过热器内300℃～400℃温度区引出，加压后进入炉膛。

二次风的含氧量小于空气的含氧量，含氧量为8%～10%。垃圾通过300℃～400℃的温度烘干后，烟气中的含氧量与垃圾中的可燃性气体可以充分燃烧，可有效减少因氧气过量产生的氮氧化物，实现烟气循环利用。

3.3 计算机CFD技术数值模拟分析

CFD，即计算流体动力学, 以计算机为工具，应用各种离散化数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，已广泛用于大气环境、航空航天、传热及化学反应等工业领域，解决黏性流体的流动问题。可以利用CFD对大型垃圾焚烧炉的速度、温度、速度矢量和浓度场等进行数值模拟计算。

根据炉排炉床层固相燃烧、床层上方气相燃烧的特点，采用分块模拟，建立三维立体模型，并对参数变化梯度较大的区域进行网格加密。焚烧炉二维模型和中心纵截面三维网格分布图如图3所示。

图3 焚烧炉二维模型和中心纵截面网格分布图

焚烧炉二次风纵截面的速度分布图如图4所示。

图4 焚烧炉二次风纵截面的速度分布图

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