上拉下推式逆推爐排爐技術研究

陳金強，王憲周

在垃圾焚燒設備中，機械爐排爐因具有對垃圾預處理要求不高，對垃圾熱值適應范圍廣，運行及維護簡便等優點而受到國內用戶歡迎，但爐排爐核心技術一直掌握在國外公司手中，制約了我國垃圾焚燒事業的發展。中國一重經過多年摸索，掌握了爐排爐核心設計技術，已經開發出適合我國高水分、低熱值國情的機械爐排爐。中國一重研發的上拉下推式逆推爐排已獲得國家知識產權局授予實用新型發明專利，專利號ZL20112029108.4。

1 背景

（1）我國有600多個大中型城市，人均年產垃圾440 kg，生活垃圾年排放量接近1.5億噸，占用土地，污染空氣、江河、土壤及地下水源，每年經濟損失高達300億元，垃圾處理已到了刻不容緩的地步。

（2）環保行業作為國家治污減排的重要支柱，在政策和資金上將得到前所未有的支持。“十二五”期間，我國城市生活垃圾處理行業將進入“黃金發展期”。

（3）垃圾焚燒處理已成固廢處理主流，開發有自主知識產權的、具有國際先進水平的爐排爐技術，盡快實現裝備國產化，對我國垃圾焚燒環保事業具有非常重要的意義。

2 垃圾焚燒工藝流程

一重研發的上拉下推逆推式機械爐排爐，采取逆流式爐型，特殊而科學的爐排設計，特別適合中國高水分、低熱值的垃圾理化特性，進爐垃圾經活動爐排片攪動，燃燒更加徹底。

垃圾焚燒爐的工藝流程為：由城市收集來的垃圾在貯坑中存放一段時間，脫水以后，由垃圾起重機投入給料斗及給料槽，在給料機構的推送下進入爐膛落在傾斜的逆推爐排上。爐排為一整體工作面，垃圾整個燃燒過程均在爐排上完成。當爐排移動時，表層垃圾向后滑落，底部的垃圾被擠向上，在重力分力和爐排片推擠作用下，燃燒的垃圾在爐排上不斷地翻滾、跌落，與新推上的垃圾攪拌、混合，完成干燥、點火、燃燒過程，形成垃圾層移動的周期循環，隨后在逆推爐排的末端繼續翻滾直到完全燃盡。在干燥段，由爐排下部吹入的高溫空氣及爐排上部燃燒產生的高溫氣體將垃圾干燥、分解并產生還原性氣體，使得垃圾進入到燃燒段后能夠迅速燃燒，隨后通過靜態燃燒（表面燃燒），最終在燃燼段將燃燒段送過來的固定碳及燃燒爐渣中未燃燼部分完全燃燒。燃燒產生的渣由除渣機清除并排出爐排體（見圖1、表1）。

3 上拉下推式逆推爐排爐結構組成

上拉下推式逆推爐排爐主要由進料系統、給料系統、爐排本體及傳動系統、風室系統、落渣井系統、爐墻系統、出渣機、助燃系統、液壓系統、電氣ACC自動控制系統等組成（見圖2）。

3.1 進料系統

進料系統包括垃圾抓斗、垃圾進料斗及開關擋門、進料斜槽等。垃圾進料斗和開關擋門均采用耐磨鋼板，進料斜槽裝有液壓擋板封閉門，在焚燒爐啟停及緊急狀態下關閉，可在必要情況下將料斗與焚燒爐垃圾入口隔離，在停機及漏斗未盛滿垃圾時可將外部空氣隔斷，避免爐內火焰竄出。進料斗設置有防止垃圾堆積的破橋裝置。進料斜槽有3 m左右高度的料層用于密封，以免空氣滲進爐內。進料斜槽采用水夾套冷卻以防止垃圾與爐內高溫煙氣在進料斜槽處混合燃燒。進料斜槽內設料位探測裝置，在低料位狀態下報警。

3.2 給料系統

圖1 垃圾焚燒處理工藝流程圖

表1 主要技術參數

圖2 上拉下推式逆推爐排爐結構示意圖

推料器安裝在進料斜槽下方，由液壓系統驅動，通過比例閥控制垃圾供應量，以保證燃燒均勻。運行結束時給料平臺上殘留的垃圾可以通過推桿推到最大行程而清理干凈；推料平臺為鋼制結構，推料箱體和運動導軌均用可更換的耐磨材料制成。給料機由數塊耐熱鑄件組裝而成，可吸收熱膨脹。接料斗水夾層可以避免溫度過高。另外，在推料器下面設有滲濾液收集裝置。

3.3 爐排本體及傳動系統

爐排本體分為干燥段、燃燒段、燃燼段，沒有明顯的分段和階梯跌落。整個爐排安裝在與水平面傾斜25°的斜面支撐上，爐排體傳動系統分上傳動系統和下傳動系統。上傳動系統驅動干燥段、燃燒段，下傳動系統驅動燃燼段。爐排體由一排固定爐排與一排活動爐排交替安裝構成，動排的頭部緊靠在上一個靜排的尾部上，動排的尾部又被下一個靜排的頭部壓緊，依次交替安裝排列，形成完整的工作爐排面。

工作時，動爐排片在上、下傳動裝置帶動下前后不停地移動，帶動爐排上的垃圾不斷地運動；靜爐排片在動爐排片之間起阻斷垃圾運動的作用。由于有傾斜25°傾角，垃圾將不斷地下滑翻轉，而在底部的垃圾焚燒層則在爐排向前逆推時被推擠到表層；新加入的垃圾與焚燒中的垃圾在不斷混和、翻轉和攪拌過程中與空氣充分接觸，在爐排大段區域，處于各個處理階段的垃圾混和在一起燃燒。

爐排片分為凸包爐排片和平爐排片兩種，凸包爐排片在逆向運動中，爐排片表面的金字塔形突起具有碾碎、壓碎熔渣作用。凸包爐排片和平爐排片交錯布置組成靜爐排和動爐排結構可增強逆推運動及攪拌的效果。一次風高速通過爐條下面的冷卻筋板，有很好的冷卻效果，保證爐條不會因高溫燃燒而被腐觸（見圖3）。

3.4 風室系統及排灰系統

爐排下方設有獨立風室，獨立風室分別與爐排的干燥段、燃燒段和燃燼段相通。每個獨立風室設有進風管道，進風管道上的電動風門可以控制每個獨立風室的進風量，電動風門與控制電器連接，根據燃燒狀況進行調節。

從爐排片運動縫隙跌落、碾碎的殘留物會下落到風室內。故在風室下部設有排灰槽，由氣缸伸出將放灰閥門打開，使風室內堆積的落灰落入排灰槽中，打開氣動脈沖閥吹掃管道，由脈沖氣流將落灰通過排灰槽吹到出渣機內。

一次風先由蒸汽預熱器加熱后再進入位于鍋爐內部的煙氣預熱器，最高可加熱至300℃，然后從爐排下部分段送風。在焚燒爐的前后拱噴入加熱后的二次風用于加強煙氣擾動。

3.5 落渣井系統和出渣機

垃圾焚燒后形成的爐渣通過落渣井進入出渣機，經擠壓脫水后由撈渣機推出到渣坑內。出渣機的主要作用：冷卻爐渣并加濕爐排下的細灰以降低粉塵排放；冷卻爐渣并形成水封，確保焚燒爐與外界隔絕，保護爐內的負壓狀態；將灰渣推到渣坑中，便于運出。出渣機的出口寬度是逐漸增大的，能有效避免爐渣堵塞。

3.6 爐墻系統及耐火材料布置

本焚燒爐爐體采取逆流型。在爐體容積設計時充分考慮煙氣的滯留時間、煙氣的混合效果、二次風的噴入、燃燒器的布置等。焚燒爐采用耐火絕熱材料，不對燃燒室進行冷卻，以盡量減少第一煙道的換熱。根據溫度的分布、焚燒灰渣的性質、煙氣的成分等合理布置耐火材料保證大于850℃的煙氣在第一煙道內停留時間大于等于2 s。

圖3 爐排本體及傳動系統結構示意圖

3.7 助燃系統（啟動及輔助燃燒器）

本焚燒爐采用輕柴油作為點火及輔助燃料。設啟動、輔助燃燒器各2臺。

啟動燃燒器布置在焚燒爐爐內側壁，起點火升溫和停爐保溫的作用。輔助燃燒器布置在爐膛的后墻，當溫度低于850℃時，可根據燃燒室的溫度情況自動投運。

3.8 液壓系統

焚燒爐的液壓系統控制著爐排上、下傳動機構、給料器、料槽密封隔離門、破橋傳動機構、除渣機的所有動作。液壓站除2臺主油泵和油箱外還設有冷卻及過濾系統、加熱器、雙接點液位計，恒溫器和壓力開關等輔助系統及控制器。

液壓系統主進油管道壓力為16 MPa，進油管道布置有減壓閥，可調節工作壓力；爐排、給料器及除渣機的運動方向和周期由比例電磁閥控制。爐排、給料器及除渣機等通過微分放大器同步；密封隔離門由流量分配器和流量調節閥控制方向、運動周期及同步性。

3.9 電氣ACC自動控制手段

（1）計算蒸汽蒸發量。 （2）控制給料速度。（3）控制爐床速度。（4）控制助燃空氣量。（5）控制輔助燃油。（6）控制二次空氣流量。

4 技術特點

（1）該爐排適應國內城市垃圾成分特點，上、下段爐排驅動系統可單調調速，即使垃圾品質發生變化，仍然可以保證穩定燃燒；爐排機械負荷較低，垃圾焚燒非常徹底。

（2）焚燒爐可以兩列至若干列自由組合，形成具有不同處理能力的焚燒爐，每列爐排單獨驅動，互不干涉，有利于生產制造、安裝和調試。

（3）獨特凸包錐體爐排片和平爐排片犬牙交錯結構容易將垃圾分離、剝落、打斷、破碎，使纏繞的垃圾團散開，使垃圾混合攪拌均勻，燃燒徹底。

（4）兩列爐排之間設有熱膨脹吸收裝置保證爐排片不會因膨脹卡死，同時能保證風壓穩定；避免一次風偏流導致出現燃燒不均現象，避免爐排“燒穿”并產生垃圾熔融結塊現象。

（5）爐排下方的獨立風室，其風量可根據燃燒工況單獨自動調節。

（6）一次風采用煙氣預熱器加熱至300℃，大大提高對垃圾的干燥脫水能力和燃燒效果；二次風最高可加熱至200℃，可加強煙氣擾動，促進空氣與煙氣進一步混合，促使煙氣徹底燃燒。

5 結語

該上拉下推式逆推爐排爐的方案合理、可行，是適合我國國情的垃圾焚燒設備，值得在國內的垃圾焚燒項目上應用推廣。