大型機械爐排爐膨脹補償結構設計

嚴夢帆

（上海康恒環境股份有限公司，上海　201703）

大型機械爐排爐膨脹補償結構設計

嚴夢帆

（上海康恒環境股份有限公司，上海201703）

介紹了大型機械爐排爐概況及技術風險，著重指出了熱膨脹風險，給出了正常運行情況下的膨脹量計算方法，并提出了膨脹補償解決方案；結合實際提出了一種適用于垃圾焚燒大型機械爐排的膨脹補償結構，該結構在有效補償整體結構的膨脹同時，還能防止膨脹縫的滲瀝液滲漏，并配以風冷防止補償結構的燒損，且安裝簡便，易于拆裝。

垃圾焚燒；大型機械爐排爐；膨脹補償

1　大型機械爐排爐概況、技術風險與解決方法

1.1大型機械爐排爐概況

大型垃圾焚燒爐一般是指單條線額定處理能力在750 t/d及以上的焚燒爐。流化床式和回轉窯式由于其本身技術及結構特點限制，都無法實現大型化應用，所以大型垃圾焚燒爐主要指機械爐排爐［1］。機械爐排爐采用層狀燃燒方式。燃燒時可根據垃圾焚燒狀況，調整爐排運行速度；爐排存在一定傾角，有利于燃燒及排渣；爐排燃燒接觸面布置爐排塊，爐排塊選用耐高溫、耐磨、耐腐蝕和抗沖擊的材料，并在表面設置通風孔，滿足風量要求且不易造成堵塞及漏灰。

1.2大型化的技術風險［2-3］

1）體積龐大，結構復雜。大型化機械爐排爐，伴隨著處理量的增加，爐排面積也隨之增加。爐排整體結構尺寸變大，驅動結構更復雜。熱膨脹對驅動系統造成卡澀風險也隨之增大。

2） 寬度較寬，易給料不均。由于大型化增加了爐排寬度、爐排面積、爐膛尺寸，垃圾料斗寬度、推料器寬度和爐排寬度相等，所以料斗寬度及推料器寬度也隨之增加，過寬的寬度容易造成推料器給料不均勻，從而導致爐排布料不均勻，垃圾層厚存在差異，影響焚燒爐穩定燃燒。

1.3解決方法

推料器和爐排布置更多獨立單元，推料器和爐排寬度方向上分為左中右3個部分，分別以獨立驅動系統驅動，當垃圾層厚不同或燃燒狀況存在差異時，可分別調整推料器及爐排運行速度，使寬度方向上垃圾布料均勻，燃燒更穩定。隨之而來的各獨立單元之間的膨脹補償也顯得更為重要。

2　大型機械爐排爐運行狀況下的熱膨脹

機械爐排長度方向通常分為3段：干燥、燃燒、燃盡。為了考慮到排渣效果，通常有固定角度的傾斜。大型化需增加爐排整體面積，無外乎增加爐排長度或寬度，但由于長度方向有固定角度的傾斜，長度增加會增高整體土建高度，從而大大提高土建投資成本，所以通常使用增加寬度的方式來增加整體面積。

大型垃圾焚燒爐爐排寬度可達9 m以上。由于長度方向基本保持不變，且已有特定的膨脹補償吸收裝置，所以筆者主要介紹寬度方向的膨脹補償吸收結構。爐排寬度方向線性膨脹量按公式（1）計算：

△l=α×△t×l

式中：△l為線性熱膨脹量（mm），α為線膨脹系數（mm/（℃·m）），△t為測量對象與大氣溫度（20℃）之差（℃），l為測量對象在20℃時的長度（mm）。

爐排運行狀況下，爐排表面溫度小于450℃，爐排寬度大于9 m，取α=0.013 mm/（℃·m），計算出膨脹量△l可達50 mm以上。若僅考慮以暴露的膨脹縫的方式吸收，會造成爐排的大量漏灰。

3　熱膨脹補償結構的設計需解決的問題

3.1材料選用

焚燒爐工況［4］：由于垃圾中含水率高達50%，燃燒時垃圾層厚度在500 mm左右，爐排表面溫度在200～450℃，且垃圾中含有腐蝕性較強的滲瀝液，爐排長度方向上干燥、燃燒、燃盡3段間存在1.2 m左右落差墻，垃圾從落差墻跌落時起到松散效果，但對膨脹結構會產生沖擊。所以需選用一種耐高溫、耐磨、耐腐蝕和抗沖擊的材質。

3.2滲瀝液防漏［5］

滲瀝液是指堆積的準備用于焚燒的垃圾滲漏出的一種高濃度的有機廢水，含有多種污染物，且濃度變化往往很大，包括耗氧有機污染物、金屬離子、氨氮、有毒有害有機污染物等，水質十分復雜。滲瀝液對爐排框架具有較強腐蝕性和粘度，易與灰渣混合成為固體渣塊，落入膨脹縫或驅動機構，造成設備卡澀，甚至損壞。

3.3安裝方式

安裝中需考慮的問題有：①由于寬度方向上設置多道膨脹縫，且各爐排單元之間完全獨立，導致膨脹縫2側高度存在差異，安裝后需考慮整個補償結構在傾斜安裝情況下的密封效果；②以寬度方向各單元間設立2條膨脹縫為例，膨脹量在50 mm以上，則單條膨脹縫約30mm，補償裝置需在熱膨脹后留有一定的膨脹滑移空間，而不造成卡澀；③由于各爐排單元自重都有數十噸，如果使用先裝一側單元，再裝補償裝置，然后再裝另一側單元爐排的方式，安裝后微調困難，安裝過程吊裝難度較大，所以需考慮一種較簡易，即插即裝且固定可靠的安裝方式。

4　補償裝置的設計方案及基本結構

4.1設計方案

1）大型機械爐排爐寬度一般不小于9 m，可采用中間設立多道膨脹縫的形式。膨脹縫上設置中部爐排蓋板。由于中部爐排蓋板直接與垃圾接觸，且在爐膛中燃燒，所以選用耐高溫、耐磨、耐腐蝕和抗沖擊的高鉻鑄鋼材質，布氏硬度HBW≈350。

2） 在膨脹縫上鋪設有單側固定的不銹鋼板，起到密封且有利于熱膨脹后的滑移作用。

3）考慮到安裝簡便，中部爐排蓋板在豎直方向上分為長度相等的單元組件，下設有特殊卡板，使用旋轉插入方式安裝；為了防止高溫對中部爐排蓋板的燒損，蓋板設置為半圓形截面，并且直通空冷梁，各蓋板及不銹鋼板形成空腔，冷卻空氣吹入，起到空冷效果。

4.2補償裝置基本結構

由側面爐排塊（即中部爐排）、頂端中部爐排蓋板及下部密封板（不銹鋼板）組成。膨脹縫2側框架上布置有側面爐排塊，成方型內空結構，頂部寬度略大于膨脹縫寬度，內空部設有卡板。頂端蓋瓦上部成半圓柱體狀，內部成弧形空腔，中間為豎直筋板，下部有特殊形狀卡板。下部密封板為單側可固定不銹鋼板。安裝時只需膨脹縫上先鋪設下部密封板，然后安裝側面爐排塊，最后旋轉頂端中部爐排蓋板，插入膨脹縫，卡入卡槽便可固定。其剖面結構見圖1，實物見圖2。

圖1　膨脹補償結構剖面示意

圖2　膨脹補償結構實物

5　結論

該大型機械爐排爐膨脹補償結構的優點在于下部密封不銹鋼板可防止滲瀝液及垃圾掉入膨脹縫；側面爐排塊及頂端中部爐排蓋板安裝后形成空腔，可直接連通通風梁有利于補償裝置冷卻，從而延長補償裝置使用壽命；旋轉式插入的方式安裝簡便，易于拆裝，下部特制卡板結構也可保證護板在安裝后固定牢靠。該結構完全可以把大型機械爐排分拆成符合膨脹量的多個并排模塊，解決了大型、甚至特大型機械爐排爐熱膨脹問題。

［1］ 生活垃圾焚燒爐及余熱鍋爐：GB/T 18750—2008［S］.北京：中國標準出版社，2008.

［2］ 陳善平，孫向軍，宋堯，等.國內垃圾焚燒爐排爐單爐規模750 t/d可行性研究［J］.中國高新技術企業，2010，151（16）：88-90.

［3］ 石成芳，劉海.特大型機械爐排爐技術及其應用［J］.三峽環境與生態，2013，35（2）：21-23.

［4］ 林海，馬曉茜，余昭勝.大型城市生活垃圾焚燒爐的數值模擬［J］.動力工程學報，2010，30（2）：128-132.

［5］ 宋燦輝，呂志中，方朝軍.生活垃圾焚燒廠垃圾滲濾液處理技術［J］.環境工程，2008（S1）：148-150.

Design of Expansion Compensation Structure in Large-scale Mechanical Grate Waste Incinerator

Yan Mengfan
（Shanghai SUS Environment Engineering Co.Ltd.，Shanghai201703）

We introduced the general situation and technical risks of large-scale mechanical grate waste incinerator，emphasized the risk of thermal expansion and gave the calculating method of expansion volume under normal operation.We also put forward the solution of expansion compensation.According to the actual conditions，an expansion compensation structure in large-scale mechanical grate waste incinerator wasgiven.The structure could absorb the whole thermal expansion effectively，at the same time it also could prevent leakage of leachate from the joint.By air cooling，the structure was well protected from burning.It wasalso easy to assemble and disassemble.

waste incineration；large-scale mechanical grate waste incinerator；expansion compensation structure

X705；TK175

A

1005-8206（2016）04-0056-03

2016-01-19

嚴夢帆（1987—），注冊二級建造師，研究方向為垃圾焚燒爐機械爐排。