機(jī)械爐排式生活垃圾焚燒爐爐排專利技術(shù)綜述

黃健

摘 要：爐排是機(jī)械爐排式生活垃圾焚燒爐最核心的組件，文章通過對相關(guān)領(lǐng)域?qū)＠墨I(xiàn)收集、標(biāo)引和梳理，分析了國內(nèi)外機(jī)械爐排相關(guān)專利的申請量變化趨勢，作者在文章中著重分析了機(jī)械爐排的演進(jìn)路線、專利技術(shù)在原創(chuàng)國的分布以及國外垃圾焚燒爐排技術(shù)主要申請人及其主要特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：生活垃圾；焚燒；爐排；主要申請人；專利

中圖分類號：T-18 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）31-0004-02

引言

機(jī)械爐排式生活垃圾焚燒爐形式多種多樣，其使用占垃圾焚燒市場總量的80%以上。該類爐型技術(shù)成熟，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，適應(yīng)性廣，可直接燃燒大部分垃圾，特別是應(yīng)用于大規(guī)模垃圾集中處理，可使垃圾焚燒發(fā)電或供熱。

爐排是機(jī)械爐排式生活垃圾焚燒爐最核心的組件，通常作為其廠家的專利技術(shù)。

爐排主要分為：滾動爐排、鏈條爐排、往復(fù)爐排等，其中，往復(fù)爐排分為順推傾斜往復(fù)、逆推傾斜往復(fù)爐排等。

1 專利申請量變化趨勢

機(jī)械爐排式生活垃圾焚燒爐的爐排的專利申請最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代初，其爐排等方面的技術(shù)逐漸有了現(xiàn)在的形式。自20世紀(jì)70年代，隨著煙氣處理技術(shù)和焚燒設(shè)備的發(fā)展，促使垃圾焚燒技術(shù)進(jìn)入成熟階段。隨著人們物質(zhì)水平的提高，垃圾中可燃物、易燃物的含量增多，即提高了垃圾的熱值，為應(yīng)用和發(fā)展生活垃圾焚燒技術(shù)提供了條件，這一階段機(jī)械爐排式生活垃圾焚燒爐作為主要焚燒爐代表之一，其爐排技術(shù)也獲得迅速發(fā)展，爐排技術(shù)的全球申請量穩(wěn)步增長。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，隨著對二惡英、呋喃等焚燒廢氣中的有害物質(zhì)給健康造成危害的進(jìn)一步認(rèn)識，各國開始注意焚燒廢氣排放控制及污染治理研究，焚燒設(shè)備及其控制技術(shù)也隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步而不斷完善，爐排技術(shù)的全球申請量出現(xiàn)了大幅度的增長。

20世紀(jì)80年代，中國設(shè)立專利法，因此這一時期的爐排專利申請量極少。90年代，我國隨著生產(chǎn)的快速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，已漸漸步入城市生活垃圾高產(chǎn)國的行列，一方面引進(jìn)國外垃圾焚燒技術(shù)和設(shè)備，一方面結(jié)合我國實(shí)際情況，消化國外先進(jìn)技術(shù)，開始著力發(fā)展我國垃圾焚燒技術(shù)和設(shè)備。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著中國加入了WTO，我國涉及機(jī)械爐排式生活垃圾焚燒爐的爐排的申請數(shù)量開始逐步增長，雖然我國在這一領(lǐng)域起步較晚，然而近年來，特別是2006年以后發(fā)展異常迅速，自2012年，國家發(fā)改委關(guān)于完善垃圾焚燒發(fā)電價格的通知（發(fā)改價格【2012】801號）規(guī)范了生活垃圾焚燒發(fā)電市場，國家政策帶動了該行業(yè)的發(fā)展，其中，機(jī)械爐排式生活垃圾焚燒爐占據(jù)了該行業(yè)絕大部分，爐排專利申請量持續(xù)增加，爐排技術(shù)也是不斷的完善和更新。

2 技術(shù)路線演進(jìn)

上世紀(jì)約60年代，國外有在垃圾焚燒爐中采用鏈條爐排（如SU383967A1鏈條爐排），鏈條爐排雖然應(yīng)用多年并且局部有改進(jìn)，但整體上大致未改變，且鏈條爐排在燃燒技術(shù)上存在缺陷（著火條件差、拔火作用弱、配風(fēng)能力差等環(huán)保問題），隨著往復(fù)爐排的出現(xiàn)（如DE1817436B2往復(fù)爐排），使鏈條爐排逐漸被往復(fù)爐排替代，且往復(fù)爐排技術(shù)仍在持續(xù)更新與逐步發(fā)展，這一時期出現(xiàn)了如US4170183A逆推傾斜往復(fù)爐排、US4018168A順推傾斜往復(fù)爐排、US4136624A水冷爐排、DE2338370A1爐排高度可調(diào)等技術(shù)。從約80年代開始，隨著國外先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備的引進(jìn)，我國爐排技術(shù)的應(yīng)用開始普及并應(yīng)用于各生活垃圾焚燒廠。上世紀(jì)約七八十年代，出現(xiàn)滾動爐排（如滾動爐排DE2839536A1），起初，滾動爐排應(yīng)用于燃煤，后來逐步用于垃圾焚燒，上世紀(jì)約八十年末，中國開始研制滾動爐排（如滾動爐排CN104266201A）。經(jīng)過二十幾年的不斷改進(jìn)完善，技術(shù)已相對成熟，尤其是其配風(fēng)方式，冷空氣經(jīng)過風(fēng)箱進(jìn)入軸輥的空心筒，通過輥軸的外壁配風(fēng)孔后再經(jīng)滾套上的配風(fēng)孔進(jìn)入燃料層底部和燃料充分基礎(chǔ)，既冷卻了輥軸、輥套，又提高了送風(fēng)溫度，滾動爐排為層燃爐提供了新的燃燒方法，逐漸被社會接受。

焚燒的控制技術(shù)是從20世紀(jì)70年代以后開始的，逐步隨著自控技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，通過控制液壓系統(tǒng)的電磁閥控制爐排啟停、運(yùn)動速度、運(yùn)動方向、啟停周期和間隔運(yùn)行時間，以及爐排與推料機(jī)、鼓引風(fēng)機(jī)連鎖控制等。近十幾年來，隨著儀表等在線檢測的發(fā)展和應(yīng)用，自動化理論的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)水平的大幅度提高，非線性建模技術(shù)、多變量預(yù)測等控制技術(shù)，結(jié)合鍋爐的熱力計(jì)算方法，根據(jù)鍋爐效率平衡原理，在線進(jìn)行鍋爐各參數(shù)的自尋優(yōu)，進(jìn)而自動整定爐排啟停時間、運(yùn)行速度等參數(shù)，達(dá)到優(yōu)化垃圾焚燒的自動控制水平。例如根據(jù)爐排冷卻液溫度控制爐排拔火時間、爐排運(yùn)動時間、裝料的專利文獻(xiàn)WO9521353A1；控制爐排速度控制著火位置專利文獻(xiàn)的JP特開2000-320824A；檢測爐排溫度控制爐排速度的CN103423750A等。

3 申請?jiān)瓌?chuàng)國分布

中國、日本、德國、美國、韓國是專利申請的主要原創(chuàng)國，上述5個國家的申請量占到了全球申請總量的8成以上，其中中國占全球申請總量約二分之一，日本占全球申請總量約五分之一。由于垃圾焚燒爐排主要應(yīng)用在垃圾焚燒（發(fā)電）廠，且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的不斷增長以及生活水平的日益提高，“垃圾圍城”日益嚴(yán)重，全世界垃圾焚燒（發(fā)電）廠的數(shù)量也在不斷增加，垃圾焚燒技術(shù)的發(fā)展對爐排產(chǎn)生巨大的使用需求。在垃圾焚燒以及轉(zhuǎn)化能源方面，歐洲歷來是比較大的市場，其以德國、法國、瑞士、英國、丹麥、荷蘭等為代表，涉及垃圾焚燒爐排技術(shù)的申請量也走在該領(lǐng)域前列；雖然美國工業(yè)化程度非常高，但由于得天獨(dú)厚的地理?xiàng)l件，垃圾填埋相比其他處理方式長期占優(yōu)，其涉及垃圾焚燒爐排技術(shù)的申請量雖大，但并不特別突出，俄羅斯與美國情況較為類似，是否焚燒垃圾顯得并不急迫；日本資源匱乏，幾乎未進(jìn)行垃圾填埋，所以日本大規(guī)模推廣垃圾焚燒技術(shù)，其涉及垃圾焚燒爐排技術(shù)的申請量也是相當(dāng)突出；韓國與日本情況較類似，其申請量約占全球申請量的4.97%；而我國的申請量大則是由于我國對垃圾焚燒技術(shù)的重視程度逐漸增加，爐排爐作為主流焚燒爐型之一，越來越多的企業(yè)、科研院所以及個人將研發(fā)投入到該領(lǐng)域，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步、市場化機(jī)制的逐步健全以及城市經(jīng)濟(jì)實(shí)力的快速提升，垃圾焚燒行業(yè)實(shí)現(xiàn)了較快發(fā)展。endprint

4 國外垃圾焚燒爐排技術(shù)主要申請人及其主要特點(diǎn)

（1）馬丁、三菱逆推往復(fù)式爐排：從底部送入空氣并從爐排間的縫隙吹出，逆向推動延長垃圾停留時間；爐排片分活動和固定爐排，按照特定的角度傾斜并依次排列，垃圾受重力向下移動時，下層受相反的推力作用，使得部分垃圾反向向上運(yùn)動，從而攪拌充分。

（2）日立造船、馮羅爾順推往復(fù)式爐排爐：適于垃圾干燥；有效松解垃圾；爐排面積充足；配置剪切刀以破碎大塊垃圾；高溫的一次風(fēng)溫度；升溫的二次風(fēng)；耐火磚結(jié)構(gòu)的爐壁。中國上?？岛悱h(huán)境工程有限公司引進(jìn)日本日立造船株式會社的焚燒技術(shù)，其技術(shù)轉(zhuǎn)讓內(nèi)容涉及爐排鑄造、爐排組裝調(diào)試等。

（3）JFE工程株式會社超級往復(fù)式爐排（技術(shù)來源于丹麥偉倫）：爐排片側(cè)面進(jìn)行精加工，爐排沒有縫隙，爐排上落下的灰渣量減少到最低程度；高壓損爐排；中間隔板產(chǎn)生二次回流充分燃燒，降低NOx和二惡英；采用低空氣比燃燒技術(shù)，減少廢氣排放量。

（4）株式會社田熊SN往復(fù)式順推爐排：采用多風(fēng)室進(jìn)行配風(fēng)，并在爐排內(nèi)設(shè)置噴嘴，爐排間隙小，內(nèi)側(cè)設(shè)置有鱗片，來回運(yùn)動翻起、攪拌垃圾，采用嵌入式拆裝結(jié)構(gòu)，分干燥、燃燒、燃燼三段。

（5）株式會社荏原制作所HPCC型爐排：爐排片間間隙極小，爐排整體水平布置，爐排片順推向上傾斜20°，從干燥至燃燼段共分4段，分別獨(dú)立驅(qū)動，可根據(jù)垃圾的變化分別控制推進(jìn)速度。

（6）德國BABCOCK巴考克公司輥底爐排，由多個爐篦滾筒組成。通過驅(qū)動裝置使每個爐篦滾筒旋轉(zhuǎn)，其中相鄰的爐篦滾筒的轉(zhuǎn)動方向是相同的。這些爐篦滾筒沿著一個傾斜的平面彼此軸向平行地并以一定距離地布置。在這些爐篦滾筒之間總具有一個燃物艙，由爐篦滾筒傳送的燃燒物在該艙中翻滾。該燃物艙在下方由堅(jiān)硬的剝離器封閉，該剝離器被固定在設(shè)在爐篦滾筒下方的剝離器支架上。剝離器總是相對一個爐篦滾筒很小的距離，用以形成一個剝離縫隙。該剝離器的作用是將在爐篦滾筒上可能形成的粘連物剝離下來。

5 結(jié)束語

文章分析了國內(nèi)外垃圾焚燒爐排技術(shù)，國外對于爐排的起步較早，而我國雖然對爐排的研究起步較晚，但通過近二十年的發(fā)展，我國在爐排技術(shù)的研究上取得了顯著的進(jìn)步，在引進(jìn)、吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，同樣有了一定的創(chuàng)新，同時我們同樣需要看到在該領(lǐng)域的不足，與國外大型企業(yè)在爐排技術(shù)的研發(fā)以及專利的保護(hù)意識上還存在一定的差距。希望我國企業(yè)和高校加強(qiáng)在爐排技術(shù)上的研發(fā)，從而在同類市場中占據(jù)有利地位。

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