垃圾焚燒發(fā)電廠灰渣輸送系統(tǒng)設(shè)計方案研究

傅崇振

（上海康恒環(huán)境股份有限公司，上海 201703）

0 引言

隨著國內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)快速發(fā)展，越來越多的垃圾發(fā)電廠即將建設(shè)并投入使用，灰渣輸送系統(tǒng)是整個垃圾發(fā)電廠中重要的一部分。本文將通過對比分析幾種常規(guī)灰渣輸送布置方案，總結(jié)出更合理高效的布置方案。

1 爐渣、飛灰的產(chǎn)生和特性

焚燒過程產(chǎn)生的灰渣（包括爐渣和飛灰），一般為無機(jī)物質(zhì)，它們主要是金屬的氧化物、氫氧化物和碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽以及硅酸鹽。大量的灰渣特別是其中含有重金屬化合物的灰渣，對環(huán)境會造成很大的危害。

垃圾焚燒設(shè)施灰渣的產(chǎn)量，與垃圾種類、焚燒爐型式、焚燒條件有關(guān)。一般焚燒1 t垃圾會產(chǎn)生100～150 kg爐渣，余熱鍋爐室飛灰為10 kg左右。表1所示為爐渣、飛灰的產(chǎn)生機(jī)理和特性[1]。

2 輸灰設(shè)備選型

2.1 爐渣輸送

爐渣輸送分為兩部分：一部分是爐排間隙漏下的漏渣，另一部分是爐排排出的爐渣。

2.1.1 漏渣輸送設(shè)備

由于漏渣量較小，此處輸送機(jī)輸送能力考慮2 t/h即可滿足現(xiàn)場需求。漏渣輸送機(jī)有兩種形式：干式和濕式。

（1）干式輸送機(jī)

干式輸送機(jī)需要在每個渣斗下面布置1個氣動擋板閥，通過擋板閥來控制漏渣的排放和焚燒爐風(fēng)室的密封。沿焚燒爐深度方向在雙重?fù)醢逑旅嬖O(shè)置刮板輸送。垃圾焚燒產(chǎn)生的漏渣首先通過漏渣斗收集，然后依靠漏渣斗的雙重?fù)醢迓淙牍伟遢斔蜋C(jī)，最后刮板輸送機(jī)將漏渣輸送至渣坑[2]。圖1所示為刮板輸送機(jī)外形圖。

表1 爐渣、飛灰的產(chǎn)生和特性

圖1 刮板輸送機(jī)

刮板輸送機(jī)的輸送能力與機(jī)槽寬度、機(jī)槽承載高度、刮板鏈條的運(yùn)行速度即輸送效率有關(guān)。輸送量的計算方法有兩種：精確計算法和概略計算法。兩種方法既可按體積輸送量計算，也可按質(zhì)量輸送量計算。精確計算法主要指系數(shù)計算法，所謂系數(shù)計算法是指考慮到各種影響輸送量大小的因素，在計算中分別乘上有關(guān)系數(shù)加以修正。例如由于外摩擦力的影響，物料運(yùn)動速度相對于刮板鏈條的運(yùn)行速度有滯后性；由于刮板鏈條有一定的體積，要占據(jù)一部分機(jī)槽空間，減少了裝載物料的空間；由于物料的壓結(jié)性，在加料口處以松散狀態(tài)進(jìn)入機(jī)殼內(nèi)的物料被壓緊成為密實狀態(tài)，此方法選取的系數(shù)多，計算結(jié)果也并非絕對精確，為使計算簡化，采用概略計算法更簡便實用。

概略計算法的公式為[3]：

Q=3 600Bhρvη

式中：Q為質(zhì)量輸送量，t/h；B為機(jī)槽寬度，m；h為機(jī)槽承載高度，m；ρ為物料的堆積密度，t/m3；η為輸送效率；v為刮板鏈條的運(yùn)行速度，m/s。

v=vLNL

式中：vL為頭輪轉(zhuǎn)速；N為頭輪齒數(shù)；L為節(jié)距。

所以，YD430刮板輸送機(jī)輸送能力為：

Q=3 600Bhρvη=3 600BhρvLNLη=2.82 t/h＞2 t/h

故選用YD430即可滿足要求。

（2）濕式輸送機(jī)

濕式輸送機(jī)即輸送機(jī)內(nèi)裝滿水，水既可以給漏渣降溫，又可以密封風(fēng)室，防止臭氣外泄。圖2所示為濕式輸送機(jī)GZS750外形圖。

圖2 濕式刮板輸送機(jī)

輸送能力計算：

Q=3 600Bhρvη=3.1 t/h

故選用GZS750即可滿足要求。

2.1.2 出渣機(jī)選型

爐排直接排出的爐渣溫度大約400℃，所以出渣機(jī)基本采用水浴式，不但可以冷卻灰渣，亦可以封閉爐膛，防止臭氣外泄。常用出渣機(jī)形式有液壓式和電機(jī)式兩種。

液壓式出渣機(jī)采用液壓驅(qū)動，分單缸驅(qū)動和雙缸驅(qū)動，利用刮板推出濕渣，如圖3所示。單臺除渣機(jī)輸送能力正常處理量約3 t/h，最大處理量約11 t/h，按焚燒爐噸位確定出渣機(jī)數(shù)量。

圖3 水浴式液壓出渣機(jī)

電機(jī)式出渣機(jī)算是放大版的濕式刮板輸送機(jī)，工作原理一樣，通過電機(jī)驅(qū)動鏈條刮板輸送濕渣，如圖4所示。單臺出渣機(jī)輸送能力為12.5 t/h，按焚燒爐噸位確定出渣機(jī)數(shù)量。

圖4 水浴式電機(jī)出渣機(jī)

2.2 飛灰輸送

余熱鍋爐有兩個出灰區(qū)域，一個是二三煙道，另一個是水平煙道（立式鍋爐則是第四煙道），兩處總出灰量不到垃圾量的1%。

2.2.1 鍋爐灰渣選型

在垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)，應(yīng)用最為廣泛的是LS型螺旋輸送機(jī)。LS型螺旋輸送機(jī)由驅(qū)動裝置、螺旋體、機(jī)槽、機(jī)架和軸承組成。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、體積小、密封性能好、安裝維修比較方便；能多點(diǎn)加料、多點(diǎn)卸料，工藝選型及布置較為靈活；在輸送飛揚(yáng)性、有毒、高溫、易燃易爆的物料時，可改善工作條件，減少環(huán)境污染[4]。

二三煙道溫度較高，灰渣溫度可達(dá)700℃以上，故此處一般選用LS型高溫螺旋輸送機(jī)，圖5所示為LS高溫螺旋輸送外形圖。表2所示為常用LS高溫螺旋輸送機(jī)型號。

圖5 LS高溫螺旋輸送外形圖

表2 常用LS高溫螺旋輸送機(jī)型號表

輸送能力計算如下：

Q=π/4×D1×N×L1×η×ρ

式中：D1為葉片直徑；N1為螺旋軸轉(zhuǎn)速；L1為螺距；η為物料填充系數(shù)；ρ為物料密度。

代入數(shù)字計算得：Q=4.05 t/h。

當(dāng)輸送物料和輸送傾角確定后，如果增加填充系數(shù)η、轉(zhuǎn)速N或輸送管徑D1，都可以增加輸送能力。為了減輕輸送機(jī)造價和自重，在滿足輸送能力，不影響輸送效率的情況下，能盡量減小輸送機(jī)的直徑。如果增大填充系數(shù)或增加轉(zhuǎn)速，會使物料在輸送機(jī)中翻滾，影響輸送效果，降低輸送效率，一部分能量消耗在無用的物料翻滾和摩擦中[5]。考慮到輸送機(jī)直徑過小可能導(dǎo)致堵灰，所以一般選用直徑不小于500 mm，故選用LS500。每條焚燒線一般布置2臺，總處理量為8.1 t/h，所以LS500可滿足現(xiàn)場需求。

另外，螺旋輸送機(jī)也有水冷和風(fēng)冷形式的，運(yùn)行原理一樣，只是增加了對螺旋軸的冷卻，不在此逐一介紹。

2.2.2 水平煙道輸送機(jī)

水平煙道溫度較低，為200～400℃，可采用刮板輸送機(jī)。型號參考漏渣輸送機(jī)。

3 輸灰系統(tǒng)布置

3.1 爐渣輸送設(shè)備

常規(guī)有3種布置形式：干式漏渣輸送機(jī)+液壓式除渣機(jī)；濕式漏渣輸送機(jī)+液壓式除渣機(jī)；濕式電機(jī)出渣機(jī)。

（1）干式漏渣輸送機(jī)+液壓式除渣機(jī)

干式漏渣輸送機(jī)+液壓式除渣機(jī)布置如圖6所示，此方案用干式漏渣輸送機(jī)收集各渣斗的漏渣，輸送至液壓出渣機(jī)，最后送入渣坑。方案優(yōu)點(diǎn)：價格便宜；設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，運(yùn)行成本低；檢修方便，可在壓火的狀態(tài)下檢修設(shè)備；維護(hù)費(fèi)用低，檢修周期短且零件便宜易獲取。方案缺點(diǎn)：氣密性不好，爐膛內(nèi)臭氣易泄漏；配套擋板閥易損壞，檢修頻率較高。

圖6 干式漏渣輸送機(jī)+液壓式除渣機(jī)布置圖

（2）濕式漏渣輸送機(jī)+液壓式除渣機(jī)

濕式漏渣輸送機(jī)+液壓式除渣機(jī)布置如圖7所示，此方案利用濕式輸送機(jī)收集各渣斗漏渣并送入液壓出渣機(jī)，最終送入渣坑。方案優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備價格低；可降低設(shè)備高度；氣密性好，利用水封隔斷風(fēng)室和外界環(huán)境；運(yùn)行成本較低。方案缺點(diǎn)：水蒸氣上竄易腐蝕渣斗，且漏渣易板結(jié)在渣斗壁造成堵灰；檢修較麻煩，需排盡設(shè)備內(nèi)水才能檢修，有時可能需要停爐。

圖7 濕式漏渣輸送機(jī)+液壓式除渣機(jī)布置圖

（3）濕式電機(jī)出渣機(jī)

濕式電機(jī)出渣機(jī)布置如圖8所示，此方案直接布置一臺濕式電機(jī)出渣機(jī)，收集所有渣斗漏灰，連同爐排下落渣一同輸送至渣坑。方案優(yōu)點(diǎn)：減少設(shè)備數(shù)量，減少檢修點(diǎn)；有效降低廠房高度，節(jié)約土建成本。方案缺點(diǎn)：設(shè)備易卡塞，檢修頻率較高，由于刮板靠齒輪、鏈條帶動，垃圾落渣中常帶有細(xì)石子、螺栓等堅硬小塊垃圾，卡入傳動結(jié)構(gòu)中造成設(shè)備停運(yùn)報警；運(yùn)行成本高，設(shè)備耗水耗電量較高；設(shè)備檢修較難，需停爐后檢修；設(shè)備維護(hù)費(fèi)用較高，鏈條更換周期短，且單價高。

圖8 濕式電機(jī)出渣機(jī)布置圖

3.2 鍋爐飛灰輸送設(shè)備

3.2.1 二三煙道

圖9 二三煙道輸灰方案一

此處灰有兩種布置方案，一種是直接用溜灰管從后拱上方插入爐膛，灰管上依次布置手動插板閥、電動雙層翻板閥和不銹鋼金屬膨脹節(jié)，如圖9所示。此方案優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，成本低，檢修方便，但缺點(diǎn)是落灰會擋住火焰監(jiān)視器，影響監(jiān)測。另一種方案是用高溫螺旋輸送機(jī)先將灰渣引至爐膛兩側(cè)，然后用溜灰管從側(cè)面引入爐膛或直接引到出渣機(jī)，如圖10所示。此方案需考慮膨脹量及支撐形式，若螺旋輸送機(jī)是以鋼架支撐的，則需要在輸送機(jī)入口和出口處各設(shè)置一道膨脹節(jié)，入口處設(shè)置耐高溫膨脹節(jié)，膨脹量根據(jù)余熱鍋爐大小一般考慮60～85 mm；出口處設(shè)置不銹鋼金屬膨脹節(jié)，膨脹量按50 mm考慮。若螺旋輸送機(jī)是懸吊在灰斗上的，則只需要在輸送機(jī)出口處設(shè)置一道不銹鋼金屬膨脹節(jié)，膨脹量按60～85 mm考慮。此方案雖然成本比前面方案高，但有效解決了遮擋監(jiān)視器的問題。

圖10 二三煙道輸灰方案二

3.2.2 水平煙道

由于余熱鍋爐有多種爐型，如立式鍋爐、臥式鍋爐和π型鍋爐，所以輸送設(shè)備布置也不一樣。

（1）立式鍋爐

這里主要看第四煙道灰斗出口位置，若比較靠前，則可以直接用溜灰管穿過后墻平臺引入出渣機(jī)，如圖11所示。若灰斗出口位置偏后，溜灰管在保證至少60h傾角的情況下不足以繞過渣坑間土建平臺，則需要增加一臺螺旋輸送機(jī)或者刮板輸送機(jī)，將飛灰水平輸送一段距離后再溜至出渣機(jī)，如圖12所示。

圖11 第四煙道輸灰方案一

圖12 第四煙道輸灰方案二

（2）臥式鍋爐

臥式鍋爐由于煙道水平布置，灰斗數(shù)量較多，此時需要用刮板輸送機(jī)將各灰斗的落灰收集起來，再用溜灰管穿過后墻平臺溜至出渣機(jī)，如圖13所示。

（3）π型鍋爐

圖13 水平煙道輸灰方案

π型鍋爐布置可參照臥式鍋爐布置方案，只是選擇刮板輸送機(jī)布置平臺時考慮最低灰斗出口高度，其余較高灰斗則需要加長溜管引至輸送機(jī)，如圖14所示。

圖14 π型鍋爐水平煙道輸灰布置方案

4 結(jié)束語

對于焚燒爐輸送系統(tǒng)而言，濕式輸送機(jī)配液壓刮板出渣機(jī)為最優(yōu)方案。濕式輸送要優(yōu)于干式輸送，不僅氣密性更好，而且相對于干式減少了鎖氣閥的成本和降低廠房高度的成本；針對爐渣物料的多樣性，液壓刮板輸送機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于水浴式電機(jī)出渣機(jī)，且制作成本和運(yùn)行維護(hù)成本更低。

對于余熱鍋爐輸送系統(tǒng)而言，二三煙道確定采用螺旋輸送機(jī)，后續(xù)煙道灰斗需根據(jù)不同的鍋爐形式選用不同的輸送方案。立式鍋爐優(yōu)先考慮溜管直接送入出渣機(jī)；臥式鍋爐和π型鍋爐采用刮板輸送機(jī)最佳。