生活垃圾机械炉排焚烧炉技术综述

1、生活垃圾机械炉排炉焚烧技术综述姓名：宁国东班级：14040302学号：2011040403072教师：李彦龙1我国生活垃圾概况 21.1我国城市生活垃圾特性 31.1.1城市生活垃圾物理成分 31.1.2城市生活垃圾化学成分 31.2垃圾焚烧处理概况 42机械炉排焚烧炉技术 42.1机械炉排焚烧炉 52.2机械炉排焚烧炉的重要组成部分及相关技术 62.2.1垃圾进料装置 62.2.2炉排 72.2.3炉膛 82.2.4燃烧空气系统 82.3几种主要的机械炉排炉简介  93炉排炉的优缺点及国内应用时出现的问题 133.1炉排炉的优点 133.2炉排炉的缺点 133.3炉排炉在国内应用时

2、出现的问题 131我国生活垃圾概况我国城市生活垃圾处理起步于80年代后期，其后，先后制定了不少相关标准。   在1990年前，全国城市垃圾处理率还不足2。进入90年代以后，我国城市垃圾处理水平不断提高。1999年，我国设市城市为668座，1999年全国城市年清运城市垃圾1.14亿吨，共有垃圾处理厂（场）696座，垃圾处理能力达到27.68万吨/日，垃圾处理率63.41。在19861999年期间，城市垃圾清运量年平均增长率为65，城市垃圾量的增长与城市人口增长基本同步。从近10年来我国城市垃圾处理所发生的变化可以看出，城市垃圾取得的成绩和进步是明显的，特别是先进的垃圾处理技术

3、开始逐步得到应用。例如，在近几年建设的许多填埋场中，为提高填埋场的防渗水平，采用高密度聚乙烯膜作为防渗材料；为提高填埋作业效率，一些大型的填埋场采用了填埋压实机；一些城市如杭州、广州、深圳等的填埋场开始对填埋气体进行回收利用，1998年10月，我国第一个填埋气体发电厂在杭州天子岭填埋场建成发电，1999年6月广州大田山利用填埋气体发电的一台机组投入运行，这些项目的实施，为我国填埋场填埋气体的开发利用奠定了基础。垃圾焚烧处理从无到有，不断发展。深圳市于1985年从日本三菱重工业公司成套引进两台日处理能力为150吨l日的垃圾焚烧炉，成为我国第一座现代化垃圾焚烧厂。1994年底开始扩建的三号炉，结合

4、国家“八五”攻关计划，完成了3炉国产化工程，设备国产化水平达到80以上，在技术性能方面达到或超过了原引进设备的水平，为我国大型垃圾焚烧设备国产化打下了基础。此外，还有一些城市如上海、广州、北京等目前已建和在建的焚烧发电厂在未来几年将投入运行，这些焚烧厂多为通过利用国外资金、引进关键技术或设备、按照较高污染控制标准来建设的现代化大型垃圾焚烧厂。堆肥处理是我国城市垃圾处理使用最早也是在早期阶段使用最多的方式。堆肥处理主要采用低成本堆肥系统，大部分垃圾堆肥处理场采用敞开式静态堆肥。“七五”和“八五”期间，我国相继开展了机械化程度较高的动态高温堆肥研究和开发，并取得了积极成果。九十年代中期先后建成的动

5、态堆肥场典型工程有常州市环境卫生综合厂和北京南宫堆肥厂。当然，我们也清醒地认识到，垃圾处理的投入与垃圾处理的需求相比明显不足，垃圾处理的水平还很低，从总体上讲，城市生活垃圾处理还处于由堆放到处理的发展阶段。主要表现为垃圾堆放现象普遍存在，垃圾处理场的二次污染相当普遍。 1.1我国城市生活垃圾特性1.1.1城市生活垃圾物理成分城市生活垃圾的物理组成成分与城市化程度相关，越是经济发达的城市，城市垃圾中可燃物以及可堆腐物所占比例越高。对于生活垃圾中可燃物含量，发达城市通常高于3%，而发展中城市却不到2%；生活垃圾中的可堆腐物发达城市与发展中城市之间差值更大，发达城市高于30%，发展中城市不

6、到20%；发展中城市生活垃圾中无机物含量偏高，发达城市无机物只有50%左右。  垃圾的含水率、有机质、碳氮比、热值随着垃圾产生种类的不同而不同，其中市场垃圾、商业垃圾含水率较高，居民垃圾含水率略低，垃圾含水率最高可达50%左右。城市生活垃圾碳氮比规律并不明显，居民生活垃圾常年变化不明显，市场垃圾夏季低于冬季，商业垃圾碳氮比冬季高于夏季。总体是市场垃圾最低，居民垃圾居中，商业垃圾略高；对于垃圾高位热值，居民垃圾最高，市场垃圾、商业垃圾略低。  城市生活垃圾组成还与城市所在地的燃料结构相关。根据我国国情，对于发展中的城镇，居民住宅不能完全实现“双气”（煤气、暖气，致使生活垃圾中

7、煤渣含量很高，甚至有些地区达50%，垃圾热值较低，再利用可能性小，利用价值不高。1.1.2城市生活垃圾化学成分城市生活垃圾化学成分与燃料结构相关，根据我国国情，燃料结构可以分为双气户、单气户、纯煤户3种类型。 1.2垃圾焚烧处理概况20世纪80年代后期，从日本引进了逆推式机械炉排焚烧炉技术，拉开了我国城市生活垃圾现代化焚烧处理的序幕。此后的20年间，又有一些不同炉型的焚烧炉相继从国外引进，国内也开发出了很多不同容量、不同工作原理的生活垃圾焚烧炉。垃圾焚烧处理在我国的应用正在稳步增长。我国生活垃圾焚烧厂的建设从“十一五”开始，进入快速发展阶段，各焚烧厂大致可分为引进设备焚烧厂、引进技术

8、焚烧厂、国产炉排炉焚烧厂、国产流化床焚烧厂四类，但大部分是机械炉排焚烧炉。2机械炉排焚烧炉技术主要技术介绍 ：机械炉排焚烧炉的主要特征是将垃圾堆放在炉排上，焚烧火焰从垃圾堆料层的着火面向未着火的料堆表面及内层传播，形成一层一层燃烧的过程；在炉排上，沿料堆进行方向，分为预热干燥区，主燃区和燃尽区三个温度不等的区段；在炉膛内，由不同区段的气体在炉排上方形成不同的温区，这些都是此类炉型共有的特点。图1 炉排上垃圾燃烧的进程和烟气温度分布炉排上垃圾的着火燃尽情况，很大程度上取决于炉膛的结构设计是否与燃料的特性相适应。对于任一种特定性质的燃料，原则上都应该进行专门的设计，以求达到尽快着火，彻底燃烧而又不

9、超温烧结的目的。当焚烧有相当热值，品质比较均匀稳定的垃圾燃料时，有较好的效果。 机械炉排焚烧炉所用的炉排有很多种，包括往复炉排炉，滚动炉排炉和推饲炉排炉，他们在推送垃圾的同时，对垃圾进行翻搅，以使垃圾层尽可能的烧透，是当前欧美地区采用较多的炉型，已经有30-40年的发展历史。 2.1机械炉排焚烧炉机械炉排焚烧炉的基本原理是以机械炉排构成炉床，靠炉排的运动使垃圾不断翻动、搅拌并向前或逆向推行。其主要处理过程是：垃圾由抓斗送进炉前料斗，通过料槽用液压式加料器按设定的速度将垃圾推进炉膛，垃圾随着炉排的运行向前移动，并与从炉排底部进入的热空气进行混合、翻动，使垃圾得以干燥、点火、燃烧以致燃烬。它正常运

10、行的炉温大于850，且烟气温度在大于850的高温下停留超过2秒钟，以保证烟气中有机成份的分解。机械炉排焚烧炉的主要特点是它对垃圾的适用范围广，它既能适应欧洲含水率较低的高热值垃圾，也能适合亚洲含水率较高的低热值垃圾。它对进炉的垃圾颗粒度没有特别的要求，一般由生活垃圾车收集车送来的垃圾无需经过破碎即可直接送入焚烧炉燃烧。且其燃烧效率较高，燃烧效率一般可达到7578%。炉渣的燃烬率可达到3%左右。 重庆三峰SITY2000炉排机械炉排类型有链条式、往复式、滚动式等针对城市生活垃圾的特点，大多数采用往复式（顺推/逆推）炉排。往复式（顺推/逆推）炉排采用活动炉排单元与固定炉排单元间隔布置。活动炉排的往

11、复运动由液压油缸或由其它机械方式推动。根据燃料的状况和生产中出现的具体情况调节往复的频率，但频率不能过大。往复式炉排的往复运动能将燃料层翻搅，一次风通过炉排片之间的孔洞注入，使空气与垃圾燃料充分接触，得到较好的燃烧效果。因此往复式炉排焚烧炉对焚烧处理含水量较高的垃圾、以表面燃烧和分解燃烧形态为主的固体废物的适应性强，但对细微粒状物和塑料等低熔点废物的适用性较差。往复顺推炉排炉以斯坦米勒公司、西格斯公司为典型。炉排沿长度方向分为干燥段、燃烧段和燃烬段。各段炉排为台阶式，每级台阶有一定的倾斜角度。垃圾层依靠自身重力和运动炉排单元的往复运动对垃圾层产生的纵向推力而前进，各级炉排之间也设置了较大的落差

12、（0.61m）。因此往复炉排可使垃圾有效地翻转、搅拌，燃烧条件较理想，有利于低热值、高水分的垃圾完全燃烧。已建成的上海江桥垃圾焚烧厂就是使用该炉型。往复逆推炉排炉以三菱-马丁焚烧炉排炉为典型。它采取固定炉排与活动炉排横向交错布置；在炉排上的垃圾在重力作用下沿炉排倾斜方向向下移动的同时，靠近下部的垃圾则受到活动炉排反向的推力，使得这部分垃圾沿炉排倾斜方向向上移动。令垃圾产生较好的翻滚和搅拌，燃烧效率高；炉排无明显的分段和阶梯跌落，炉排上整体的垃圾层厚度均匀，燃烧火层上的空气分布也比较均匀。已投入营运的广州李坑生活垃圾焚烧发电厂就是该炉型。2.2机械炉排焚烧炉的重要组成部分及相关技术应用机械炉排焚

13、烧炉的生活垃圾焚烧发电厂设备一般由垃圾贮存坑、机械炉排焚烧炉系统、余热锅炉、烟气处理系统、汽轮机发电系统等组成。而其中的机械炉排焚烧炉系统一般由垃圾进料装置部分、机械炉排和炉膛部分、燃烧空气系统等组成。下面以丹麦伟伦（BWV）的机械炉排焚烧炉（往复式炉排）作为介绍例子。2.2.1垃圾进料装置垃圾进料装置包括垃圾抓斗、垃圾进料斗及开关挡门、进料斜槽，推料器等。由于生活垃圾属于质地不均匀、流动性差的燃料，而且具有毒性和异味；使得垃圾焚烧炉的进料装置与一般的煤炭焚烧炉的进料装置有所不同。垃圾进料装置采用大倾斜度向下输送的布置。抓斗负责从垃圾坑抓起提升并在进料斗上方下落，开关挡门靠液压系统推动，由DC

14、S控制系统控制挡门开合。垃圾进料斗和开关挡门均采用耐磨钢板并设计成可更换。进料斜槽负责输送垃圾到推料器平台，在垃圾进入炉排前起暂时贮存垃圾的功能。为了防止空气进入，垃圾斜槽在系统运行中必须处于满载状态；为了保证斜槽的最小的供应量，斜槽配有料位测量器。测量器将测量数据输送到DCS系统，以控制挡门的开关来控制下落垃圾的高度。斜槽设计成矩形开口向下倾斜的锥体，开口朝向推料器，这样垃圾就不会阻塞。进料斜槽由厚钢板和平行加强筋板焊接而成，形成水冷室。斜槽注入循环水冷却从焚烧炉带来的高热量。斜槽与推料器连接部位有外护板，起支承和对外密封作用。斜槽设计的高度足够保证进料斗和焚烧炉之间的气密性。推料器安装在进

15、料斜槽下方，推动垃圾燃料进入燃烧炉排和炉膛中。推料器靠液压系统通过比例阀由DCS系统控制运动。DCS系统可确保并控制燃烧炉排上的燃料量达到最佳，从而使燃烧区域内的燃料量均匀。推进器是钢架制成的向下倾斜的平台，由炉排宽度决定设计若干个推料箱体，箱体靠液压驱动的推杆实现往复推料运动。箱体和运动导轨均用可更换的耐磨材料。2.2.2炉排整套炉排由几个有落差的台阶状分段组成，向下分布依次为干燥段、燃烧段和燃烬段。每段由若干条状活动单元炉排和固定单元炉排组成。活动单元的炉排运动是由炉排梁前后运动产生。炉排片安装并填满炉排梁单元之间的空间。炉排片从侧面看，类似带凸齿的锯片。当炉排梁向前运动时，它的锯齿夹住垃

16、圾燃料块并将它拖过相邻的静止炉排梁的齿部。然后，当炉排梁向后移动时，静止炉排梁齿部起相反作用，在运动炉排梁往回移动时阻止垃圾一起向后移动，保持垃圾的位置。炉排片的设计与制造是炉排的关键技术之一。炉排片是由合金铸钢材料制造，能承受机械磨损和燃烧高温并且耐腐蚀。炉排片有两种厚度规格，这样可以填满炉排单元之间的空间。炉排片有边缘开缺口形成开孔的设计和密闭的无缺口的设计。密闭的炉排片不能让一次风通过，而开缺口的炉排片可以让一次风通过。要特别说明的是，炉排片的制造公差和炉排片的排列缝隙有严格的要求，是长期经验的结果，它的好坏直接影响一次风量的进入，进而影响着燃烧工况。炉排和炉排片对于每种型式的焚烧炉来说

17、都是专用的，一般作为其厂家的专利技术2.2.3炉膛炉膛位于炉排上方，是焚烧垃圾燃料的燃烧室。炉膛的几何形状设计十分重要，一般以CFD（Computation Fluid Dynamics计算流体力学）为理论设计基础。它的形状可以根据燃烧烟气在炉膛里流动的燃烧方式而定，一般有对流式、中心流式、平行流式等形式（见附图1、2、3）。虽然对流式令烟气流动对达到较高燃烧温度和热效率最为优化，适合着火点较低、燃烧较容易、热值较高的燃料；但对于生活垃圾这种含水量高、热值低的燃料来说，采用平行流式更为合适。中心流式介乎于两者之间。采用平行流式或中心流具有下几个优点：a）固态或气态的可燃物都能有效地燃烧尽：b）

18、烟气通过高温区的停留时间较长，期间产生的可燃气体（CO等）可以充分燃烧；烟气温度场和速度也较均匀，降低了高温腐蚀的风险：c）NOx排放也较低。2.2.4燃烧空气系统燃烧空气系统一般包括一次风风机、二次风风机、辅助燃烧器及各类管道组成。一次风通过炉排底部从炉排片之间的孔洞穿出，为垃圾燃料提供燃烧必须的空气。各段炉排的一次风风量是不同的，配风比例一般是按：干燥段<燃烧段>燃烬段，由DCS系统根据燃烧工况实时控制风量。二次风出口布置在炉膛拱壁靠上方的位置，喷口数量与具体位置视设计而定。二次风的使用根据燃料热值、含水率、以及干燥和着火所需要的热量等实际情况而定。焚烧装置正常运行时，其内部必

19、须存在同时满足以下条件的气相空间高温燃烧区域：a）烟气温度不应低于850：b）烟气含氧量不应低于6；c）有足够的湍流强度，确保均匀混合。生活垃圾焚烧处理产生的烟气在区域的停留时间不低于2s。1二次风的作用是：a）将燃烧烟气从后膛高温区卷向前膛烘干垃圾使其着火；b）带动气流使燃烧段降低适当的温度以抑制NOx合成；c）给燃烬段带来充足的氧气使炉渣的可燃物燃尽；d）提高烟气湍流度，降低高温火焰对炉膛的高温腐蚀。炉排焚烧炉在开停车过程中炉温不可避免地要经过二恶英产生的温度区间（360820之间），而且开停车时间较长，这段时间内二恶英的排放量比较大。因此必须启动燃油辅助燃烧器工作以保持适当的炉温来抑制二

20、恶英的产生。这是保证环保指标的重要措施之一。综上所述，机械炉排焚烧炉是一套复杂的系统，其中专业的炉排和炉膛、适当的一次风和二次风配置是保证整套系统高效率和达到环保指标的关键技术。2.3几种主要的机械炉排炉简介 1）三菱马丁炉排炉 三菱马丁炉排炉是逆推式炉排炉。炉排的炉排片分为两种，一种是固定炉排，另一种是活动炉排，这两种炉排按一定的斜度依次排列，这样，当炉排片上的垃圾在重力作用下向下移动的同时，垃圾料层下部受与重力方向相反的倾斜推力，使得一部分垃圾沿炉排表面相反方向移动，产生了向上运动，由此完成垃圾层的充分搅拌。这种逆推式运动，具有许多传统顺推装置所不具备的特点： 

21、;a）灼热的物料沿炉排表面向上滑动，使新加入的垃圾与灼热层混合在一起，因此干燥和点火可在很短时间内完成。 b）在燃烧过程中，整个垃圾层被均匀搅拌，以达到完全燃烧。在后燃烧阶段，残留可燃物通过同样的逆推方式送回燃烧区，继续燃烧，使燃烧更充分。 c）从干燥到燃烧过程均在逆推炉排上进行，所以炉排的效率较高。 d）由于垃圾层能充分搅拌，因此料层非常平整，燃烧状态稳定。三菱-马丁炉排炉 2）西格斯（SEGHERS）炉排炉 比利时西格斯炉排是由不同炉排组件（或称单元）组成的倾斜往复阶梯式多级炉排。每个标准炉排单元都有3种炉排形式：滑动炉排，翻动炉排，固定炉

22、排。焚烧炉由4个标准炉排单元和1个较长的未端燃烬炉排单元构成，炉排通过液压装置驱动，每台炉配一套液压装置。垃圾焚烧后的炉渣通过刮板捞渣机进入炉渣处理系统，从炉排泄漏的细灰经输送机返回垃圾池。 西格斯炉排系统有以下的特点： a）它适应于宽范围热值变化的垃圾的燃烧，负荷变化范围为70%110%；b）采用垃圾输送和搅动/鼓风相互独立的垃圾集中燃烧系统，水平的垃圾输送与垂直的搅动/鼓风相互独立运动，使系统很容易根据垃圾成份变化做出相应调整，特别适合于低热值、高水分的中国垃圾； c）垃圾的干燥、气化、燃烧、燃烬及冷却的一系列过程都发生在多级炉排上，为了实现各个过程的完美控制

23、，整个炉子由长度不同的多个单元组成，并依次形成功能各不相同的三个区：干燥气化区燃烧区燃烬冷却区； d）采用计算机数值模拟技术（CFD）模拟焚烧炉膛中的烟气流动状态、烟气温度、压力分布等，根据不同垃圾成分、热值、垃圾量以及其它条件采用CFD优化其结构设计，无论垃圾量多少或热值高低，均能保证垃圾完全燃烬，且具有较大的垃圾处理能力、较高的连续产汽率及较低的废气生成量； e）完善的供风系统，采用不同的送风机针对炉排各燃烧区段单独提供一次风，调节性能较好，燃烧空气采用水平供风方式而不是垂直供风，这使炉排缝隙的漏风率降到最低。西格斯炉排炉3）德国马丁公司SITY2000炉排 

24、德国马丁公司SITY2000炉排为逆推炉排，炉排与炉排片均向下倾斜，整个炉排片无阶段落差，送气孔设在炉排片两侧，有自清作用。可动炉排片与固定炉排片呈阶梯式纵向交互配置。垃圾在炉排上靠重力向下滑落，底层垃圾受可动炉排片逆向运动的推力而涌向上层，达到翻搅作用。垃圾在炉内分为三段燃烧：干燥段、燃烧段和燃烬段，各段的供应空气量和运行速度可以调节。SITY2000炉排焚烧炉的主要特点： a）单台焚烧炉垃圾处理量120720t/h； b）适合中国垃圾高水分、低热值的特点； c）焚烧性能良好，灰渣未燃烬率0.72%，烟气中飞灰含量<3g/m3； d）运行过程燃烧

25、参数稳定； e）炉排空气冷却高效；f）维护成本低，炉排有效寿命>10年。德国马丁公司SITY2000逆推炉排4）德国诺尔（NOELL）炉排炉 诺尔顺推炉排炉的炉排区全部水平布置，并按台阶式分区，垃圾的干燥、着火、燃烧等在不同的区域完成，通过不同区域间的高度落差来打散垃圾，使中间的一些结团垃圾得到燃烧，但由于炉排顺列水平布置，垃圾处于相对的静止状态，不能充分搅拌均匀，燃烧效率低，较难实现规定的灰渣热灼减率指标。5）日本田熊Takuma炉排炉 日本Takuma炉排是阶梯往复摇动式炉排，该公司还生产顺推炉排。其摇动式炉排干燥、燃烧及后燃烧炉排均为倾斜床排，固定炉条

26、及可动炉条以纵向交替排列。可动炉条由炉条支架及连杆曲柄机构组成，由液压装置驱动。各炉排的可动炉条水平前后移动，使垃圾因重力而滑落及剪断垃圾，经过落差使垃圾产生混合搅拌。 该炉排特点是：空气供应的分室化，可结合垃圾燃烧特点进行空气合理分配；炉条内藏喷嘴，不受垃圾厚度的影响均匀供应空气；炉条高耐久性及拆装简便；垃圾在炉排上搅拌性能好，使高负荷燃烧成为可能。另外还有日立造船的顺推炉排（技术来源于瑞士冯诺）、日本JFE的顺推炉排（技术来源于丹麦伟伦）等，技术特点与诺尔、田熊等顺推炉排比较相似。 与其它类型炉排炉比较，西格斯炉排炉虽然是水平顺推炉排，但设计了翻动炉排，充分保证了垃圾的翻动，并且每级滑动炉排和翻动炉排均可根据实际垃圾特性和燃烧状况分别进行单独调节，用于处理我国高水分、低热值的垃圾燃烧非常有利；其炉膛形状、前后拱设计特别有利于垃圾的干燥、及时着火和燃尽。该炉型经深圳盐田、南山和宝安垃圾焚烧发电厂、苏州、常熟等垃圾焚烧发电厂的运行实践，其适应性和技术成熟程度已完全能满足要求，并在江阴、常州、天津贯庄、苏州二期等新建项目得到工程运用。目前西格斯炉排在国内采用进口炉排的垃圾焚烧发电工程项目上，已占据到了60%的市