生活垃圾焚燒水冷爐排爐技術

盛慶偉

(江蘇天楹環保能源成套設備有限公司，江蘇 南通 22600)

1 機械爐排爐特點及主要問題

1.1 機械爐排爐特點

機械爐排爐焚燒是目前國內外比較流行的垃圾焚燒方式。機械爐排爐的技術特點在于：生活垃圾全部焚燒，啟動時需少量輔助燃料，焚燒穩定后不需輔助燃料，進料垃圾不需要預處理；運行維護方便，可燃燒低熱值、高水分的生活垃圾，通過爐排的機械運動實現垃圾的混合與攪拌，使垃圾充分燃燒。機械爐排系統是垃圾焚燒爐的核心部件，負責爐內垃圾輸運，同時提高垃圾與空氣的混合和擾動度，從而提高燃燒效率。機械爐排垃圾焚燒爐的爐排一般分為3個區域：干燥區、燃燒區和燃燼區。在推料器的作用下，垃圾首先進入干燥區，通過爐排的動作，垃圾在爐排上往前移動到燃燒區，最后到達燃燼區。

1.2 機械爐排爐主要問題

翻轉爐排因爐排片變形或磨損經常不能正常翻轉，經常卡或翻轉不動，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，因此對爐排片進行適當改造，使其它適應中國垃圾燃燒，是最為經濟實用的辦法。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，出現高溫的爐排片燒損最快。為解決這一問題，傳統方案為強制性空氣制冷，以空氣作為冷卻媒介，即采用一次助燃風，從爐排下灰斗處進風，經風管從爐排下方爐排縫隙間噴入，助燃的同時對爐排片進行風冷，從而降低爐排片溫度，進而減少爐排的高溫磨損。但是，一次助燃風量是垃圾燃燒控制系統用于控制調節的一個非常重要的參數。而風冷式爐排片的冷卻效果完全依賴于一次風量的大小。由于燃燒控制系統對一次風量的調節，使得爐排片的冷卻效果呈動態變化、不穩定，也容易造成爐排片處于高低溫交替熱應力作用狀態，進而影響了其壽命。

2 垃圾焚燒強制水冷爐排片技術

2.1 垃圾焚燒強制水冷爐排片技術

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個獨立的空冷式爐排片一樣。這樣設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度耐熱鑄鋼，內部為中空設計，進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，產生了向上運動，由此完成垃圾層的充分攪拌。當釆用水冷式爐排片時，并聯設置的多個爐排片通過金屬軟水管與循環水泵、膨脹水箱、直產換熱器內的冷介質管路，和空氣換熱器的熱介質管路串聯形成回路。該系統在高熱風溫度、高燃燒負荷狀態下，能維持爐排內部及表面溫度，因此非常適合于高熱值垃圾的焚燒。冷卻水回路的設計最大工作壓力為7bar，最高工作溫度為120℃，進出管的最大值溫差為25℃。

2.2 Martin公司強制水冷式爐排片技術使用情況

Martin公司的水冷爐排片以水作為冷卻媒介，通過水循環冷卻布置在爐排片高溫區的傳熱塊，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電效率。而且該技術非常靈活，爐排可以根據燃料的性質進行單獨調整，即爐排的任何部分都可以使用風冷或水冷，其標準化的設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

3.1 JFE工程公司爐排片混合冷卻式技術

JFEHyper21爐排爐采用了JFE最新的垃圾焚燒技術，將JFE往復式爐排系統進行了改進，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，通過自動燃燒控制系統實現了高溫空氣燃燒新技術，促進了穩定燃燒，減少熱損，并降低了煙氣量以及環境污染物質。該爐排片材料為高銘耐熱耐磨鑄鋼，釆用空心一體型結構設計。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的主燃燒區(即在廢料流動方向上覆蓋上游區域的約2/3)，后燃燒區對應的部分進行風冷。冷卻水從爐排的支撐端進出，其冷卻水通道為U型結構，該結構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的熱交換器冷卻至適當的水溫后循環并供給到爐排。冷卻水系統的壓力由充入連接到循環回路的膨脹罐中的氮氣壓力提供。

3.2 JFE工程公司爐排片混合冷卻式技術使用情況

JFE工程公司釆用水冷塑冷相結合的混合冷卻技術，能夠有效提升焚燒爐的工作效率，降低設備的投入成本和運行成本。高效的冷卻技術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。苛刻的環境或復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的摩擦等都有較好的適應性。

4 結語

本文結合垃圾焚燒現狀，首先介紹機械爐排爐特點及主要問題，然后介紹了垃圾焚燒強制水冷爐排片技術，希望為垃圾焚燒提供幫助。