生活垃圾焚燒水冷爐排爐技術(shù)

盛慶偉

(江蘇天楹環(huán)保能源成套設(shè)備有限公司，江蘇 南通 22600)

1 機(jī)械爐排爐特點(diǎn)及主要問題

1.1 機(jī)械爐排爐特點(diǎn)

機(jī)械爐排爐焚燒是目前國內(nèi)外比較流行的垃圾焚燒方式。機(jī)械爐排爐的技術(shù)特點(diǎn)在于：生活垃圾全部焚燒，啟動時需少量輔助燃料，焚燒穩(wěn)定后不需輔助燃料，進(jìn)料垃圾不需要預(yù)處理；運(yùn)行維護(hù)方便，可燃燒低熱值、高水分的生活垃圾，通過爐排的機(jī)械運(yùn)動實現(xiàn)垃圾的混合與攪拌，使垃圾充分燃燒。機(jī)械爐排系統(tǒng)是垃圾焚燒爐的核心部件，負(fù)責(zé)爐內(nèi)垃圾輸運(yùn)，同時提高垃圾與空氣的混合和擾動度，從而提高燃燒效率。機(jī)械爐排垃圾焚燒爐的爐排一般分為3個區(qū)域：干燥區(qū)、燃燒區(qū)和燃燼區(qū)。在推料器的作用下，垃圾首先進(jìn)入干燥區(qū)，通過爐排的動作，垃圾在爐排上往前移動到燃燒區(qū)，最后到達(dá)燃燼區(qū)。

1.2 機(jī)械爐排爐主要問題

翻轉(zhuǎn)爐排因爐排片變形或磨損經(jīng)常不能正常翻轉(zhuǎn)，經(jīng)?？ɑ蚍D(zhuǎn)不動，造成垃圾不能充分燃燒，爐排片壽命縮短；爐排燃燒不充分，燃燒效率低。產(chǎn)生第一個問題的主要原因是垃圾分類不完善，垃圾的分類不好是中國國情所決定的，不是馬上就能改善得很好，因此對爐排片進(jìn)行適當(dāng)改造，使其它適應(yīng)中國垃圾燃燒，是最為經(jīng)濟(jì)實用的辦法。各個不同部位的爐排片燒損速度是不一樣的，在主燃燒部分，出現(xiàn)高溫的爐排片燒損最快。為解決這一問題，傳統(tǒng)方案為強(qiáng)制性空氣制冷，以空氣作為冷卻媒介，即采用一次助燃風(fēng)，從爐排下灰斗處進(jìn)風(fēng)，經(jīng)風(fēng)管從爐排下方爐排縫隙間噴入，助燃的同時對爐排片進(jìn)行風(fēng)冷，從而降低爐排片溫度，進(jìn)而減少爐排的高溫磨損。但是，一次助燃風(fēng)量是垃圾燃燒控制系統(tǒng)用于控制調(diào)節(jié)的一個非常重要的參數(shù)。而風(fēng)冷式爐排片的冷卻效果完全依賴于一次風(fēng)量的大小。由于燃燒控制系統(tǒng)對一次風(fēng)量的調(diào)節(jié)，使得爐排片的冷卻效果呈動態(tài)變化、不穩(wěn)定，也容易造成爐排片處于高低溫交替熱應(yīng)力作用狀態(tài)，進(jìn)而影響了其壽命。

2 垃圾焚燒強(qiáng)制水冷爐排片技術(shù)

2.1 垃圾焚燒強(qiáng)制水冷爐排片技術(shù)

Martin公司空冷式爐排片和水冷式爐排片如圖1所示。其中，水冷式爐排片的寬度和3個獨(dú)立的空冷式爐排片一樣。這樣設(shè)計可以保證水冷式爐排片不用考慮場地限制，就能很好地替代早期或原有的空冷式爐排片。水冷式爐排片使用高強(qiáng)度耐熱鑄鋼，內(nèi)部為中空設(shè)計，進(jìn)口的冷卻水在夾層通路流動冷卻爐排片表面隨后排出，與其它爐排片并聯(lián)后組成了一個閉合管路。

圖1 (左)三片空冷式爐排片，(右)水冷式爐排片

爐排爐安裝水冷式爐排片的逆推式爐排片分為2種，一種是固定爐排片，另一種是活動爐排片。這2種爐排片按一定的斜度(一般為24～26°)依次排列。當(dāng)爐排片上的垃圾在重力作用下向下移動的同時，垃圾料層下部受到與重力相反的傾斜推力，使得一部分的垃圾沿爐排表面相反方向移動，產(chǎn)生了向上運(yùn)動，由此完成垃圾層的充分?jǐn)嚢?。?dāng)釆用水冷式爐排片時，并聯(lián)設(shè)置的多個爐排片通過金屬軟水管與循環(huán)水泵、膨脹水箱、直產(chǎn)換熱器內(nèi)的冷介質(zhì)管路，和空氣換熱器的熱介質(zhì)管路串聯(lián)形成回路。該系統(tǒng)在高熱風(fēng)溫度、高燃燒負(fù)荷狀態(tài)下，能維持爐排內(nèi)部及表面溫度，因此非常適合于高熱值垃圾的焚燒。冷卻水回路的設(shè)計最大工作壓力為7bar，最高工作溫度為120℃，進(jìn)出管的最大值溫差為25℃。

2.2 Martin公司強(qiáng)制水冷式爐排片技術(shù)使用情況

Martin公司的水冷爐排片以水作為冷卻媒介，通過水循環(huán)冷卻布置在爐排片高溫區(qū)的傳熱塊，從而降低爐排片溫度。因為水的比熱容高于空氣，因此冷卻效果更好。此外在Martin爐排爐運(yùn)行過程中，所有通過冷卻水熱交換的能量可以用來加熱熱交換器中的燃燒空氣，這意味著更高的蒸汽發(fā)電效率。而且該技術(shù)非常靈活，爐排可以根據(jù)燃料的性質(zhì)進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整，即爐排的任何部分都可以使用風(fēng)冷或水冷，其標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計更適合于老舊垃圾焚燒廠的改造。

3 日本JFE工程公司爐排片混合冷卻式技術(shù)

3.1 JFE工程公司爐排片混合冷卻式技術(shù)

JFEHyper21爐排爐采用了JFE最新的垃圾焚燒技術(shù)，將JFE往復(fù)式爐排系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，釆用了混合式冷卻爐排，并利用中間隔板形成二次回流焚燒系統(tǒng)，通過自動燃燒控制系統(tǒng)實現(xiàn)了高溫空氣燃燒新技術(shù)，促進(jìn)了穩(wěn)定燃燒，減少熱損，并降低了煙氣量以及環(huán)境污染物質(zhì)。該爐排片材料為高銘耐熱耐磨鑄鋼，釆用空心一體型結(jié)構(gòu)設(shè)計。爐排由交替的固定爐排和移動爐排水平排列組成，其中水冷爐排安裝在相應(yīng)的主燃燒區(qū)(即在廢料流動方向上覆蓋上游區(qū)域的約2/3)，后燃燒區(qū)對應(yīng)的部分進(jìn)行風(fēng)冷。冷卻水從爐排的支撐端進(jìn)出，其冷卻水通道為U型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以保證冷卻水充分冷卻爐排的整個集熱表面，相鄰的爐排通過連接軟管連接。整個循環(huán)水路采用5～6Bar的加壓水，以防止高溫造成的汽化。從爐排排出的高溫水在爐排出口側(cè)的熱交換器冷卻至適當(dāng)?shù)乃疁睾笱h(huán)并供給到爐排。冷卻水系統(tǒng)的壓力由充入連接到循環(huán)回路的膨脹罐中的氮?dú)鈮毫μ峁?/p>

3.2 JFE工程公司爐排片混合冷卻式技術(shù)使用情況

JFE工程公司釆用水冷塑冷相結(jié)合的混合冷卻技術(shù)，能夠有效提升焚燒爐的工作效率，降低設(shè)備的投入成本和運(yùn)行成本。高效的冷卻技術(shù)提高了爐排的耐熱性，使得爐排的使用壽命提高到了5年或更長。苛刻的環(huán)境或復(fù)雜因素對爐排性能的影響小，對熱量變化，爐排上垃圾量的變化或持續(xù)的摩擦等都有較好的適應(yīng)性。

4 結(jié)語

本文結(jié)合垃圾焚燒現(xiàn)狀，首先介紹機(jī)械爐排爐特點(diǎn)及主要問題，然后介紹了垃圾焚燒強(qiáng)制水冷爐排片技術(shù)，希望為垃圾焚燒提供幫助。