〈重参〉垃圾焚烧"炉排炉“的运行原理

用于垃圾焚烧的 "炉排型焚烧炉"形式多样，其应用占全世界垃圾焚烧市场总量的80%以上。该类炉型的最大优势在于技术成熟，运行稳定、可靠，适应性广，绝大部分固体垃圾不需要任何预处理可直接进炉燃烧。尤其应用于大规模垃圾集中处理，可使垃圾焚烧发电（或供热）。但机械炉排炉的应用也有局限性，含水率特别高的污泥、大件生活垃圾，不适宜直接用炉排型焚烧炉。

它是一种垃圾焚烧技术。它和流化床技术是垃圾焚烧技术中应用最多的两种技术。从技术角度来说，炉排炉适应范围广，性能稳定；流化床需配合高热值燃料（通常是煤、油页岩等），维修停炉期长。

炉排型焚烧炉形式多样，其应用占全世界垃圾焚烧市场总量的80%以上。该类炉型的最大优势在于技术成熟，运行稳定、可靠，适应性广，绝大部分固体垃圾不需要任何预处理可直接进炉燃烧。尤其应用于大规模垃圾集中处理，可使垃圾焚烧发电（或供热）。但机械炉排炉的应用也有局限性，含水率特别高的污泥、大件生活垃圾，不适宜直接用炉排型焚烧炉。

机械炉排炉垃圾燃烧的工艺特点
　　1.1燃烧温度
　　垃圾的燃烧温度是指垃圾中的可燃物质和有毒害物质在高温下完全分解，直至被破坏所需要达到的合理温度。根据经验，该温度范围在800℃～1000℃之间。
　　1.2垃圾燃烧过程
　　就垃圾在炉排上的焚烧过程而言，可以分为3个阶段：
　　第1阶段：垃圾干燥脱水、烘烤着火。
　　针对我国高水分、低热值垃圾的焚烧，这一阶段必不可少。一般为了缩短垃圾水分的干燥和烘烤时间，该炉排区域的一次进风均经过加热（可用高温烟气或废蒸汽对进炉空气进行加热），温度一般在200℃左右。
　　第2阶段：高温燃烧。
　　通常炉排上的垃圾在900℃左右的范围燃烧，因此炉排区域的进风温度必须相应低些，以免过高的温度会损害炉排，缩短使用寿命。
　　第3阶段：燃烬。
　　垃圾经完全燃烧后变成灰渣，在此阶段温度逐渐降低，炉渣被排出炉外。
　　1.3炉内停留时间
　　垃圾焚烧的停留时间有两层概念：
　　一是指垃圾从进炉到从炉内排出之间在炉排上的停留时间，根据垃圾组分、热值、含水率等情况，一般垃圾在炉内的停留时间为1～1.5h。
　　二是指垃圾焚烧时产生的有毒有害烟气，在炉内处于焚烧条件进一步氧化燃烧，使有害物质变为无害物质所需的时间。该停留时间是决定炉体尺寸的重要依据。一般来说，在850℃以上的温度区域停留2s，便能满足垃圾焚烧的工艺需要。
　　2典型的机械炉排介绍
　　从炉排的基本结构形式上来讲，机械炉排的类型可以分成由炉排块构成的炉排和由一组空心圆筒组成的炉排两类；从炉排的运动形式来看，可分成往复运动和滚动运动两类。
　　2.1倾斜往复运动炉排
　　倾斜往复运动炉排，根据炉排运动的方向，可以分成逆向推动往复运动炉排和顺向推动往复运动炉排。
　　2.1.1逆推倾斜往复运动炉排
　　逆推往复运动炉排由1排固定炉排与1排活动炉排交替安装构成。炉排运动方向与垃圾的运动方向相反，其运动速度可以任意调节，以便根据垃圾的性质及燃烧工况调整垃圾在炉排上的停留时间。炉排在炉内约呈26。倾角。由于倾斜和逆推作用，底层垃圾上行，上层垃圾下行，不断地翻转和搅拌，与空气充分接触，有较理想的燃烧条件，可实现垃圾的完全燃烧。其特点是：
　　·燃烧空气从炉底部送入并从炉排块的缝隙（不同的炉排技术使缝隙位置不同，一般位于炉排块前端）中吹出，对炉排有良好的冷却作用。
　　·炉排推动时，包括固定炉排均能做到四周呈相对运动，每一块炉排约有20mm的错动动作，可使黏结在炉排通风口上的一些低熔点（铅、铝、塑料、橡胶等）物质吹走，保持良好的通风条件。
　　·由于逆向推动可相应延长垃圾在炉内的停留时间，因此在处理能力相同的情况下，通常炉排面积可小于顺推炉排。
　　该类炉排技术的典型代表是MARTIN（马丁）炉排。
　　2.1.2顺推往复阶梯炉排
　　顺推往复阶梯炉排的推力方向与垃圾运动方向一致，为保证垃圾在炉内有充分的停留时间，通常炉排长度较长，炉排设计成分段阶梯式，且各段均配有独立的运动控制调节系统，炉排的倾角也较逆推的小。
　　该炉排除具有逆推炉排前2项特点外，还具有以下特点：
　　·垃圾的横向及跌落运动，使垃圾的翻转与搅拌比不分段的炉排和滚动炉排要更加充分，能保证新进入炉膛的垃圾及未燃烧的垃圾暴露在燃烧空气之中，得到充分燃烧。
　　·由于垃圾成分复杂，热值随季节变化，采用对炉排运动的分段调节，对燃烧工况的控制更方便，达到完全燃烧的处理效果。
　　2.2滚动炉排
　　滚动炉排是由1组直径为1.5m的空心圆筒组成的机械炉排，滚筒呈20。倾斜，自上而下排列。垃圾在加料机的推动下进入炉膛，在滚筒的旋转作用下，慢慢前行，由于滚筒面的起伏而得到翻转和搅拌，与来自滚筒下面的空气充分接触燃烧。该炉排的特点是：
　　·每个滚筒都配有一套单独的调速系统，进风根据滚筒单独分区，通过调整滚筒转速和进风量，控制垃圾在该阶段的驻留和燃烧。因此，在处理不同种类的垃圾时，适应范围较广。
　　·滚筒炉排旋转的工作形式，使圆筒处于半周工作、半周冷却的状态，可以用一般的铸铁材料制造，因此费用低，使用寿命长。
　　·受热面上没有移动部件，可以减少磨损和被垃圾中的铁器卡住的现象。
　　·由于进风阻力较小，进风压力较低，节省风机的能耗，同时减少了炉膛出口的飞灰及相应造成的随后对受热面的磨损。
　　该炉排技术的典型代表是德国BABCOCK。
　　2.3水平双向逆动炉排
　　水平双向逆动焚烧炉的特点是采用水平式炉排，双层给料，给料厚度均匀。在垃圾运动方向，炉排片一排固定，一排运动。通过调整驱动机构，使炉排交替运动，垃圾得到充分的搅拌和翻滚，达到完全燃烧的目的。
　　水平双向逆动炉排具有如下特点：
　　·成熟的燃烧控制（ACC）能保证稳定的燃烧条件和灰渣的燃尽。
　　·炉排片双向逆动的机械结构使垃圾输送可以控制。
　　·水平结构使燃料向前运动，并且不存在个别大件垃圾从入口处直接滚落到出口处的问题。
　　·紧凑的炉排使整个炉排上的燃烧空气分布均匀。
　　·炉排漏灰比例很小。
　　·可用率高、操作安全、维修方便。
　　该炉排技术为ABB公司的专利技术。
　　3垃圾焚烧发电产业化
　　3.1投资
　　垃圾焚烧通常的资金来源和管理形式如下：
　　·政府投资，企业管理，政府给予政策性扶持和补贴。
　　·政府、企业共同投资，企业管理，政府给予政策性扶持和补贴。
　　·企业投资，企业管理，政府给予政策性扶持和补贴。
　　3.2还贷
　　发达国家对于垃圾焚烧处理的投资回收形式主要有4个途径：
　　·销售收入：包括发电，供热，从垃圾中分选出的金属和塑料等再生资源销售以及利用垃圾烧结渣制作建材。
　　·垃圾收费：对居民和企事业单位实行垃圾收费，用于垃圾焚烧厂的补贴。
　　·其他税收补贴：政府从其他税收中提取部分资金用于垃圾焚烧厂的补贴。
　　·制定资源循环利用法，向企业征收资源回收税，用于垃圾焚烧厂的补贴。
　　就国内情况而言，垃圾焚烧厂资金回收的途径较少，可实现的仅有销售收入一项。垃圾收费、其他税收补贴和资源循环利用法这3种投资方式，如果将来得以实现，政府和企业共同投资兴建垃圾焚烧厂，即由政府借用和偿还外国政府优惠贷款，企业筹措配套建设资金，由企业管理和运营，这样可以减少政府一次性建设资金的投入量，同时促使企业承担一定的风险。待垃圾焚烧厂运营走入良性轨道，政府可以出售股份，使合建的垃圾焚烧厂实行企业化运营。
　　4结论
　　4.1生活垃圾焚烧处理符合国家实施可持续发展战略，是今后我国大中型城市固体废弃物处理的发展方向。
　　4.2与流化床和回转窑焚烧炉相比，机械炉排焚烧炉以其技术完善可靠、容量大、对垃圾适应性强、运行维护方便等特点，更适合我国垃圾热值低、含水率高的特点。
　　4.3鉴于建设垃圾焚烧厂一次性投资巨大，现阶段宜利用国外政府优惠贷款，引进国外先进的焚烧工艺、关键设备和管理经验，国内配套资金由当地政府解决，垃圾焚烧厂由企业运行和管理。

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1、生活垃圾的性质

生活垃圾的热值、组成成分及外形尺寸是影响生活垃圾焚烧的主要因素。热值越高，燃烧过程越易进行，焚烧效果也就越好。生活垃圾组成成分的尺寸越小，单位质量或体积生活垃圾效果越好，燃烧越完全；反之，传质及传热效果较差，易发生不完全燃烧。进厂垃圾在贮坑内停留一定的时间，通过自然压缩及部分发酵作用，以提高进炉垃圾的热值，改善垃圾的焚烧效果，同时亦是垃圾焚烧好坏的关键所在。合理贮存让垃圾充分发酵和干燥。

进厂生活垃圾并不是直接送入垃圾焚烧炉，而是必须经过贮存这一道工序。设置垃圾贮坑，一是贮存进厂垃圾，起到对垃圾数量的调节作用；二是对垃圾进行搅拌、混合、脱水等处理，起到对垃圾性质的调节作用。

另外，进厂垃圾在贮坑内停留一定的时间，通过自然压缩及部分发酵作用 ，可以减低垃圾的含水量，以提高进炉垃圾的热值，改善垃圾的焚烧效果。生活垃圾在贮坑内停留时间为3～5天较为合适，气温低和湿度大的可以适当延长停留时间。

2停留时间

停留时间有两方面的含义：一是生活垃圾在焚烧炉内的停留时间，它是指生活垃圾从进炉开始到焚烧结束，炉渣从炉中排出所需的时间；二是生活垃圾焚烧烟气在炉中的停留时间，它是指生活垃圾焚烧产生的烟气从生活垃圾中逸出到排出二燃室所需的时间。

实际操作过程中，生活垃圾在炉中的停留时间必须大于理论上干燥、热分解及燃烧所需的总时间。同时，焚烧烟气在炉中的停留时间应保证烟气中气态可燃物达到完全燃烧。当其他条件保持不变时，停留时间越长，焚烧效果越好，但停留时间过长会使焚烧炉的处理量减少，停留时间过短会引起垃圾燃烧不完全。

所以，停留时间的长短应由具体情况来定。合理调整垃圾在炉内的停留时间垃圾种类的不同，在炉内的停留时间也不一致。司炉必须根据垃圾的干燥程度、种类和焚烧效果，合理调整停留时间才能让垃圾稳定燃烧和彻底焚烧。

垃圾进入锅炉后首先利用炉膛热量在第一级炉排上干燥，然后在第二、三级炉排上焚烧，最后在四级炉排上燃尽。各级炉排的停留时间太长影响垃圾处理量，太短又影响垃圾焚烧效果。经过笔者一年多生产经验的总结，得出结果：为了让垃圾在炉内得到充分干燥，垃圾在第一级炉排上的停留时间应在100～110秒之间比较合适，为了让垃圾在炉内充分焚烧，第二、三级炉排停留时间一般应在80～100秒之间比较合适，为使垃圾完全烧透，第四级炉排的停留时间应在180～200秒之间比较合适。

另外，随着季节的变化、垃圾含水量、干燥程度、种类的不同，炉排的往复动作停留时间必须进行调整，通常在雨季和气温较低时，炉排停留的时间需适当增加。总之，合理调整垃圾在炉内的停留时间才能使垃圾稳定燃烧。

3温度

由于焚烧炉的体积较大，炉内的温度分布是不均匀的，即炉内不同部位的温度不同。这里所说的焚烧温度是指一燃室(燃烧区)垃圾焚烧所能达到的最高温度，一般来说位于燃烧段垃圾层上方并靠近燃烧火焰的区域内的温度最高，可达850～1100℃。

生活垃圾的热值越高，可达到的焚烧温度越高，则越有利于生活垃圾的焚烧。同时，温度与停留时间是一对相关因子，在较高的温度下适当缩短停留时间，亦可维持较好的焚烧效果。

保持炉膛温度稳定和尽可能提高一次风的风温

垃圾焚烧所需的一次风是经过蒸汽空气加热器和烟气空气加热器后才进入锅炉的。因为一次风的温度越高，垃圾干燥越快，燃烧就越好，因此，要保持一次风的温度稳定。另外，炉膛温度和一次风的温度是互相影响的，炉膛温度越高，垃圾焚烧效果越好，一次温度也就越高。只有炉膛温度稳定，才能保证垃圾稳定燃烧和锅炉稳定运行，产生稳定的蒸汽和烟气，保证空气预热器正常工作，从而保证一次风的温度稳定，当炉膛温度较低时要及时投油助燃，保证炉膛温度稳定，才能建立良性循环，保证垃圾稳定燃烧。

4湍流度

湍流度是表征生活垃圾和空气混合程度的指标。湍流度越大，生活垃圾和空气的混合程度越好，有机可燃物能及时充分获取燃烧所需的氧气，燃烧反应越完全。湍流度受多种因素影响。当焚烧一定时，加大空气供给量，可提高湍流度，改善传质与传热效果，有利于焚烧。

5过量空气系数

按照可燃成分和化学计量方程，与燃烧单位质量垃圾所需氧气量相当的空气量称为理论空气量。为了保证垃圾燃烧完全，通常要供给比理论空气量所需的更多的空气量，即实际空气量，实际空气量与理论空气量之比值为过量空气系数，亦称过量空气率或空气比。

过量空气系数对垃圾燃烧状况影响很大，供给适当的过量空气是有机物完全燃烧的必要条件。增大过量空气系数，不但可以提供过量的氧气，而且可以增加炉内的湍流度，有利于焚烧。但过大的过量空气系数可能使炉内的温度降低，给焚烧带来副作用，而且还会增加输送空气及预热所需的能量。实际空气量过低将使垃圾燃烧不完全，继而给焚烧带来一系列的不良后果。

6合理配风，选择合适的过量空气系数

垃圾焚烧炉焚烧时所需空气由一次风和二次风供给，一次风布置在炉排下方的同一侧，共由八个电动风门控制，二次风布置在炉膛、正上方的前、后拱水冷壁上，共有十二个喷嘴，分别由四个电动风门控制。通过空气动力场试验和总结前阶段的焚烧经验，一次风和二次风的比例应为6∶4比较合适，这样才能保证垃圾焚烧效果和烟气中可燃物充分燃烧分解，同时一次风配风应满足中间大两头小的原则，既是中间风门的开度应该调大，两头风门的开度应该调小，因为二、三级炉炉排是主燃区，四级炉排是燃尽区，这样才能满足垃圾炉炉膛内燃烧所需的空气。

另外，还可以根据锅炉水平烟道烟气含氧量来进行合理配风，一般水平烟道中烟气含氧量应控制在10～12%之间比较合适，故只有合理配风才能保证垃圾稳定燃烧。保持稳定的炉膛负压垃圾焚烧炉炉膛负压应控制在-20～-50Pa之间。若炉膛负压太小，炉膛容易向外喷尘，既影响环境卫生，又可能危及设备和操作人员的安全；且负压太小，炉膛漏风量增大，增大了引风机电耗和烟气热量损失。因此，稳定炉膛负压对保证锅炉稳定燃烧有着十分重要的意义。

7合理调整喂料器的停留时间和选择合适的行程

垃圾进入锅炉是通过喂料器往返运动来实现的，故喂料器的运动时间和方式，直接影响进炉的垃圾量，选择合适的喂料器停留时间才能保证均匀地给料。根据经验，喂料器的停留时间为400s左右比较合适。但是应根据不同类型的垃圾进行调整，灵活选择合适的行程也非常重要，若行程太大，一次进入炉膛的垃圾过多，造成炉温波动大，影响焚烧效果；若行程过小，则造成供料不上或缺料。根据经验，喂料器的行程为500mm左右比较合适。

8合理调整料层的厚度

不同的垃圾在炉内的厚度也不一致，司炉必须根据垃圾在炉内的焚烧效果，合理调整料层厚度才能使垃圾稳定燃烧。厚度太大，可能导致不完全燃烧和不稳定燃烧，厚度太薄又会减少焚烧炉的处理量。笔者认为第一级炉排料层厚度在0.8～1米之间比较合适，第二、三级炉排料层厚度在0.6～0.8米之间比较合适，第四级，炉排料层厚度在0.2～0.4米之间比较合适。但是不同结构炉排垃圾料层厚度也是不一样的，这要根据不同类型炉排而确定。

9结论

1．垃圾的焚烧发电可使垃圾的处理达到无害化、减容化、资源化的目的，国内应积极推广，以改变目前单一的垃圾填埋处理方式，实现生活垃圾处理的可持续发展。

2．对国内低热值、水分高、成分复杂且没有经过分捡生活垃圾的焚烧，政府部门应采取相应鼓励的措施，确保生活垃圾焚烧发电行业的健康发展。

3．垃圾焚烧技术在我国应用刚刚开始，在垃圾焚烧技术的推广上，应充分利用国外先进技术及国内已有技术，做到技术先进、投资合理。

综上所述，在生活垃圾的焚烧过程中，应在可能的条件下合理控制相关的各种影响因素，使其综合效应向着有利于生活垃圾完全燃烧的方向发展。但同时应该认识到，这些影响因素不是孤立的，它们之间存在着相互依赖、相互制约的关系，某种因素产生的正效应可能会导致另一种因素的负效应，所以应从综合效应来看待问题。