大處理量的垃圾爐排焚燒爐的設計優化

曹 琳曹麗娜

（1天津市尚拓環保科技有限公司，天津 300400;2雪佛龍天津潤滑油有限公司，天津 300450）

隨著城市化進程的加快，城市垃圾排放量與日俱增。垃圾焚燒處理以其具有明顯的減量化、無菌化、資源化等優點，近年來得到了廣泛的應用[1,2]。爐排式垃圾焚燒爐占地較少，二次污染危害小，在國內垃圾焚燒處理中的比重日益增加。爐排式焚燒爐自進入中國固體廢棄物焚燒發電行業迄今為止，在中國已應用于超過上百條垃圾焚燒線，每天垃圾處理量以萬噸計，單條垃圾焚燒線的規模從最初200噸/日擴展到750噸/日，目前市場上在建的垃圾焚燒電廠單條焚燒線規模可達800噸/日。垃圾焚燒處理能力的快速增長對爐排焚燒爐的設計提出了更高的要求。針對此類大大處理量的垃圾焚燒線，以及考慮到城市垃圾水分高，熱值范圍跨度大等特點，對爐排焚燒爐進行設計優化。

1 系統設計優化

垃圾抓斗起重機將垃圾坑內的垃圾投入進料斗，沿著落料套管進入焚燒爐，垃圾在焚燒爐的爐排上著火燃燒，一次風和二次風為垃圾燃燒提供所需氧量，焚燒爐燃燒產生的熱煙氣經過余熱鍋爐換熱后，進入煙氣凈化處理系統，潔凈煙氣通過引風機排入煙囪。

1.1 焚燒爐設計優化

爐排是焚燒爐的核心裝置，其功能是為水平燃燒過程提供運輸載體。爐排由液壓系統驅動。針對大的垃圾處理量，爐排設計增加組件數量，加長爐排的長度，以改善燃燼控制，進一步降低機械負荷，提高處理量靈活性。同時調整爐排驅動液壓缸的位置，優化該區域的通風條件，降低周邊的空氣溫度，改善維修條件。

燃燒風的布風系統是焚燒爐穩定運行的關鍵。為保證全部熱值范圍內垃圾的充分燃燒，一次風由空氣預熱器加熱后注入到爐排燃燒區下方，二次風被多層注入第一通道內。針對大的垃圾處理量，一次風設計采用多臺變頻風機，保證一次風在爐排組件上的精確分布。二次風布置通過兩層供風進行優化，選擇脈沖效果最大的噴嘴，確保空氣和初始煙氣混合良好。噴嘴以向下的角度安裝布置，在鍋爐的入口截面形成一個氣幕。設計通過流體動力學計算詳細評估二次風噴入設計。

爐膛的設計主要針對垃圾的特性，采用逆流設計。爐膛形狀和前后拱位置的設計確保足夠地輻射熱到達第一爐排組件，加速垃圾的干燥和燃燒。同時此爐膛設計還提高了煙氣進入鍋爐之前的混合效果。煙氣強制回流所產生的干燥效果將過量空氣系數降到最低，也減輕了進入煙氣處理系統的煙氣量。

1.2 鍋爐設計優化

焚燒爐燃燒所產生的熱能，被蒸汽鍋爐中所產生的蒸汽吸收，蒸汽鍋爐是整套系統設備的關鍵部分，在設計時格外關注。針對大的垃圾處理量，設計采用水平布置式鍋爐，優化鍋爐的配置。

鍋爐設計采用立式省煤器。立式省煤器的管束水平布置，將產生更高的煙氣湍流特性，減少鍋爐重量，增加換熱效率。與水平式省煤器相比，立式省煤器煙氣旁路有限，性能更好，更容易保證鍋爐出口煙溫的穩定，人工清灰之間的連續運行時間更長。針對立式省煤器，采用蒸汽清灰在線清灰系統，通過來自鍋爐的蒸汽以及安插在省煤器管束中間的大量的吹灰噴嘴進行清灰。吹灰噴嘴運行時產生的動能有效去除聚集在水平受熱面頂部的集灰。

鍋爐過熱器部分的設計，增加了末級過熱器管的節距，并與第一蒸發屏的節距一致。此設計有助于減少最高溫管束的集灰，并減低鍋爐結焦。水平段優化灰斗設計，每個水平通道管束設有各自的灰斗，以將煙氣短路減低到最少，并助于更好的飛灰清除。

1.3 燃燒控制系統設計優化

燃燒控制系統是全廠控制系統中最精確、最復雜的部分。針對大處理量的垃圾焚燒線，設計采用全自動化控制系統，其主要目的是使焚燒廠在操作人員設定的條件下，在最少的人工干預下，在恒定的蒸汽產量條件下運行。全自動化控制技術通過以下幾個方面進行工作：

（1）沿爐排寬度和長度方向，在爐膛和鍋爐內不斷調整和分配燃燒風；

（2）通過調整給料爐排各組運動速度和頻率，確保垃圾沿燃燒爐排寬度均勻分配；

（3）在燃燒爐排上適時調整爐排片的運動和翻動；

（4）根據檢測到的垃圾低位熱值，不斷調整一次風溫度。

采用全自動化控制系統的，能夠持續穩定的產生蒸汽，生產更高品質的爐渣，延長焚燒廠的運行壽命，降低煙氣中CO含量和化學品的消耗，減少焚燒廠運行時的人工干預，進一步降低運行成本。

2 結論

針對大處理量的垃圾爐排焚燒爐，通過優化爐排、燃燒風、鍋爐、控制系統等的設計，實現對各子工藝的先進控制。焚燒爐排的設計為水平燃燒工藝提供的完美支持；燃燒風系統的設計，提高垃圾燃燒效率；鍋爐設計提供更高的效率和更大的可靠性。綜上所述，通過先進的控制技術、自動化和機械設計的獨特結合帶來了真正智能化的系統。