生活垃圾焚燒爐的選型與設(shè)計(jì)的研究

固廢網(wǎng)訊:摘要：目前，我國生活垃圾主要的處理方式便是焚燒處理。對(duì)此，本文分析了垃圾焚燒爐的主要構(gòu)成部分，并著重介紹了機(jī)械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐的機(jī)理與選型，以機(jī)械爐排焚燒爐為例，對(duì)其機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)分析。

關(guān)鍵詞：生活垃圾；焚燒爐；選型；設(shè)計(jì)

引言：隨著人們生活水平的不斷提升，生活垃圾的規(guī)模日漸龐大，如何有效處理生活垃圾已經(jīng)成為一個(gè)重要課題。目前，生活垃圾主要用焚燒爐進(jìn)行焚燒處理，為了提高垃圾處理效率，需要對(duì)焚燒爐進(jìn)行科學(xué)選型與設(shè)計(jì)。本文將針對(duì)設(shè)備選型與機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，力求為我國垃圾焚燒提供一些幫助。

1.垃圾焚燒爐簡介

在垃圾焚燒系統(tǒng)中主要包括垃圾接收系統(tǒng)、儲(chǔ)存系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、熱能利用系統(tǒng)與飛灰收運(yùn)系統(tǒng)，在各個(gè)子系統(tǒng)共同運(yùn)行的情況下才能夠完成對(duì)生活垃圾的有效處理。在設(shè)備運(yùn)行中，各系統(tǒng)各司其職，如若任意一個(gè)系統(tǒng)發(fā)生了故障或者效率降低，則勢必會(huì)影響到整個(gè)垃圾焚燒系統(tǒng)的正常運(yùn)行與效率提升。在該系統(tǒng)中，垃圾接收與儲(chǔ)存系統(tǒng)是垃圾進(jìn)入與存儲(chǔ)的地點(diǎn)；煙氣處理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)處理焚燒中產(chǎn)生的煙氣；熱能利用系統(tǒng)負(fù)責(zé)將燃燒的能量轉(zhuǎn)化為熱能；飛灰收運(yùn)系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)垃圾燃燒后的灰渣進(jìn)行處理。對(duì)于不同類型的焚燒爐來說功效不一，因此在使用前需要慎重的選擇與設(shè)計(jì)。

2.垃圾焚燒爐的運(yùn)行機(jī)理與選型

對(duì)于不同垃圾來說，成分、熱值等方面存在差異，焚燒爐作為垃圾處理的主要設(shè)備，在選擇與設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮到焚燒時(shí)間、溫度等，使垃圾得到充分燃燒，避免出現(xiàn)二惡英。目前，較為常用的焚燒爐有以下幾種。

2.1機(jī)械爐排焚燒爐

此類焚燒爐主要由爐排、進(jìn)料斗、爐膛、配風(fēng)機(jī)構(gòu)、爐排傳機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。垃圾從進(jìn)料口進(jìn)入后，在爐排上燃燒，再經(jīng)過冷卻、干燥處理后，將灰渣排出爐外，設(shè)備通過機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式使料層不斷松動(dòng)，使空氣從爐底部進(jìn)入，與垃圾充分接觸，達(dá)到最佳燃燒效果。按照機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式不同，可將焚燒爐劃分為以下類型，即滾動(dòng)爐排、脈沖拋動(dòng)爐排、往復(fù)推動(dòng)爐排等，目前使用頻率較多的是滾動(dòng)與往復(fù)推動(dòng)爐排。

在設(shè)備選型上，從當(dāng)前焚燒爐應(yīng)用現(xiàn)狀來看，機(jī)械爐排焚燒爐得到了廣泛應(yīng)用，市場份額大于80%，究其原因，該類型焚燒爐的應(yīng)用時(shí)間較長，在技術(shù)與體系上較為成熟完善，具有較強(qiáng)的可靠性，使用起來方便快捷。同時(shí)，該類型焚燒爐以層狀燃燒，對(duì)垃圾的適應(yīng)度較高，充分符合焚燒爐的相關(guān)要求，能夠?qū)嶂递^低、水分較高的垃圾充分處理。但是，在選型時(shí)也要注意此類焚燒爐在使用中存在的不足。該設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，液壓作動(dòng)機(jī)構(gòu)較多，經(jīng)過長期運(yùn)行后很可能出現(xiàn)爐排卡頓問題，從而影響了設(shè)備的使用效率。對(duì)此，需要相關(guān)人員定期進(jìn)行維護(hù)與保養(yǎng)，以此延長其使用壽命[1]。

2.2流化床焚燒爐

此類焚燒爐包括分選機(jī)、進(jìn)料口、流化床、破碎機(jī)等部分，爐內(nèi)利用石英砂為熱載體，垃圾在流化床中進(jìn)行焚燒，在焚燒之前通過噴油方式對(duì)石英砂進(jìn)行加熱，使其溫度超過600℃，這時(shí)利用破碎機(jī)對(duì)垃圾進(jìn)行粉碎處理，使其粒度在5cm以內(nèi)，然后將其投入到爐中，當(dāng)石英砂與垃圾充分混合后，開始快速燃燒。

在設(shè)備選型上，這種焚燒爐在市場中的應(yīng)用頻率較低，因?yàn)樵撛O(shè)備的垃圾處理量較少，且對(duì)垃圾的要求較高。在使用該設(shè)備之前，需要將垃圾送入破碎機(jī)中進(jìn)行粉碎處理，由于破碎機(jī)械系統(tǒng)的復(fù)雜度較高，進(jìn)而阻礙了該設(shè)備的廣泛應(yīng)用。另外，在垃圾處理中，對(duì)設(shè)備的磨損度較高，在運(yùn)行時(shí)消耗的能源較大，當(dāng)處理熱值較低的垃圾時(shí)需要加入大量煤炭輔助處理，由于處理工序復(fù)雜、難度大，使流化床焚燒爐的應(yīng)用范圍較為狹窄，市場份額自然較低。

2.3旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐

此類設(shè)備主要構(gòu)成圍進(jìn)料口、冷卻水管、鋼制旋轉(zhuǎn)筒、排渣裝置等，在圓筒的內(nèi)部放置耐火涂料，筒體以軸線方向微微傾斜。在垃圾處理過程中，垃圾從上方進(jìn)料口進(jìn)入，筒體緩慢的旋轉(zhuǎn)，使垃圾在筒中不斷翻滾后移，逐漸燃燒、冷卻、干燥后，從排渣裝置中將渣灰排出。在設(shè)備選型上，此種焚燒爐主要適用于工業(yè)固體垃圾焚燒，由于該設(shè)備的處理工序與環(huán)節(jié)具有一定的特殊性，在燃燒時(shí)容易失控，對(duì)熱值較低的垃圾進(jìn)行處理時(shí)燃燒難度較大[2]。

3.生活垃圾焚燒爐的機(jī)械設(shè)計(jì)

本文以上文中介紹的機(jī)械爐排爐為例，對(duì)該設(shè)備的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。該設(shè)備主要包括進(jìn)料斗、爐膛、爐排、液壓連桿機(jī)構(gòu)等部分，只有各個(gè)分支機(jī)構(gòu)能夠科學(xué)的設(shè)計(jì)，才可確保整個(gè)爐體順暢運(yùn)行，本文將對(duì)該設(shè)備中主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

3.1進(jìn)料斗設(shè)計(jì)

在該焚燒爐中進(jìn)料斗的儲(chǔ)存量應(yīng)在0.5—1h范圍內(nèi)，在尺寸設(shè)計(jì)上應(yīng)在抓斗全部張開的基礎(chǔ)上，增加1.0m進(jìn)行計(jì)算；在傾斜角的設(shè)計(jì)上，側(cè)壁傾角應(yīng)超過45°，內(nèi)壁保持光滑整潔；采用普通碳鋼作為擋板門、進(jìn)料口的主材料即可，在厚度上應(yīng)超過12mm；進(jìn)料斗可通過超聲波、紅外線、微波等料位檢測器對(duì)料位的實(shí)際情況進(jìn)行檢測。

3.2爐膛的設(shè)計(jì)

對(duì)于垃圾焚燒爐來說，爐膛的設(shè)計(jì)主要包括體積、高度、單臺(tái)規(guī)模、噴射裝置等方面。爐膛體積是指從爐膛的上方到高溫?zé)煔饨禍亟孛骈g的全部體積。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)以垃圾處理能力、爐內(nèi)熱負(fù)荷為依據(jù)，爐膛的體積大，垃圾處理能力自然也隨之增加。在熱負(fù)荷燃燒是指單位體積、時(shí)間內(nèi)的熱容量，是衡量爐膛體積的重要標(biāo)準(zhǔn)，通常設(shè)置為33.50×104KJ/m3h—83.73×104KJ/m3h；在高度設(shè)計(jì)上，應(yīng)確保煙氣自然流速狀態(tài)下，煙氣的溫度能夠達(dá)到850℃，煙氣在爐內(nèi)的停留時(shí)間超過2s；為了提高高溫?zé)煔饬鲃?dòng)的穩(wěn)定性，在爐膛設(shè)計(jì)中還應(yīng)設(shè)置可以更改截面的喉部；對(duì)于單臺(tái)焚燒爐來說，處理規(guī)模應(yīng)超過400t/d，并重視爐膛冷卻的問題；在爐體的前方設(shè)計(jì)觀察孔與噴射裝置，觀察孔的作用是對(duì)爐內(nèi)的運(yùn)行情況進(jìn)行觀察和分析，而噴射裝置是在必要的情況下，將各類添加劑噴入其中，如尿素等，使NOX的排放量被大大削減。

3.3爐排的設(shè)計(jì)

在垃圾焚燒爐中，爐排是該設(shè)備的重要部分，設(shè)計(jì)的科學(xué)性將對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行效率產(chǎn)生直接影響。

（1）爐排長度與面積

爐排的長度、面積設(shè)計(jì)并非隨意設(shè)計(jì)，而是與設(shè)備的機(jī)械負(fù)荷、處理規(guī)模、垃圾含水量等具有較大關(guān)聯(lián)。對(duì)于垃圾數(shù)量龐大、機(jī)械負(fù)荷過大的情況，應(yīng)適當(dāng)?shù)难娱L設(shè)備長度，設(shè)備面積也自然隨之延長；對(duì)于垃圾中含水量較大的情況，也應(yīng)適當(dāng)?shù)脑黾釉O(shè)備長度與面積，使垃圾能夠得到充分的燃燒。

（2）爐排片的裝配

爐排是由多個(gè)爐排片組合而成，將各個(gè)爐排片按照橫向排放后，用螺栓進(jìn)行固定后形成爐排組，從類型上可分為固定組與運(yùn)動(dòng)組。在裝配時(shí)，將兩種類型的組合交替放置，一同固定在鋼結(jié)構(gòu)框架中，由此形成一個(gè)完整的爐排。值得注意的是，在爐排片的安裝中還要注重角度的大小，爐排整體朝下與水平面間成24°傾角。在爐排使用過程中，由于受到使用期限長、操作不規(guī)范等多種因素影響，很可能導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生損壞，為了降低維修難度，應(yīng)確保爐排片的尺寸固定不變，且保障加工精度，這樣才可以尋找標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行替換[3]。

（3）上風(fēng)孔設(shè)計(jì)

為了提高生活垃圾的燃燒效率，可以在爐排片的上方設(shè)置風(fēng)孔，使空氣從上方進(jìn)入，從爐排的后方排出，使垃圾與空氣充分接觸，起到幫助燃燒的作用。同時(shí)，風(fēng)口的設(shè)計(jì)還有利于垃圾燃燒后的鑄件冷卻，減少對(duì)爐排片的損害。在上風(fēng)孔的設(shè)計(jì)上最好采用迷宮式，使鑄件得到最佳冷卻效果，確保其溫度被控制在400℃以內(nèi)。

（4）爐排材質(zhì)的選擇

對(duì)于機(jī)械爐排爐來說，在爐排的材質(zhì)、加工質(zhì)量上的要求較為嚴(yán)格。要求選擇Cr、Ni、Mo等合金元素作為鑄鐵件，此類鑄件具有較強(qiáng)的耐磨、抗腐蝕、耐熱性能，能夠使鑄件的使用壽命更長。爐排間應(yīng)的接觸面應(yīng)保持光滑，且二者間的間隙應(yīng)控制到最低，避免灰渣進(jìn)入，為后期清理帶來諸多不便。對(duì)此，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)利用數(shù)控機(jī)床對(duì)爐排的表面與側(cè)面進(jìn)行細(xì)致的打磨處理，避免在使用過程中發(fā)生磨損。大量實(shí)踐證明，科學(xué)選擇爐排材質(zhì)、保障加工精度能夠使設(shè)備的使用壽命得到顯著延長，達(dá)到80 000h。

3.4液壓連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在焚燒爐設(shè)備運(yùn)行時(shí)，其中大多數(shù)機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行著翻轉(zhuǎn)、往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這將需要一套強(qiáng)有力的液壓系統(tǒng)來完成這一操作。本文設(shè)計(jì)的焚燒爐中，液壓系統(tǒng)主要包括爐排液壓缸、給料器、主油泵、連桿機(jī)構(gòu)、料層調(diào)節(jié)液壓缸等，在液壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下完成給料器、推料器、爐排、擋板等機(jī)械動(dòng)作，該系統(tǒng)中的各項(xiàng)參數(shù)如下所示：爐排液壓缸的數(shù)量為8個(gè)，行程為420mm，連桿速度為0.008m/s，壓力為180bar；給料器液壓缸的數(shù)量為8個(gè)，行程為1500mm，連桿速度為0.025m/s，壓力為100bar。

結(jié)論：綜上所述，生活垃圾焚燒與我國城市化建設(shè)息息相關(guān)，而焚燒爐作為垃圾焚燒處理的重要設(shè)備，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行合理的選型與設(shè)計(jì)，使垃圾得到完全燃燒，保障焚燒爐的安全使用。另外，還應(yīng)使能量能夠充分轉(zhuǎn)化，起到發(fā)電作用，為我國節(jié)能減排事業(yè)貢獻(xiàn)更大的力量。

參考文獻(xiàn)：

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[3]張莉莉. 城市生活垃圾發(fā)電焚燒設(shè)備的選型[J]. 天津科技, 2015, 36(3):22-24.

原標(biāo)題:生活垃圾焚燒爐的選型與設(shè)計(jì)的研究