关于生活垃圾焚烧发电焚烧炉的选型总结

关于生活垃圾焚烧发电焚烧炉的选型总结

从专业技术角度对生活垃圾焚烧发电项目中的焚烧炉选型工作做一次全面总结：

垃圾的焚烧过程，本质上是质量传递、热传递、动量传递、化学反应、结构变化等物理化学反应综合在一起的一个复杂过程。从固体燃料燃烧理论的角度分析，固体燃料燃烧可定性的分为预热、水份蒸发、升温、挥发物析出、着火和固定碳燃烧等过程。伴随这些过程的开始、发展、结束、交替，垃圾先吸取热量，温度上升，失去水份，局部分解析出可燃成份，然后着火燃烧，放出热量。直到燃烬冷却。垃圾的质量随着焚烧过程逐步减少，直到残留灰渣。

垃圾焚烧的影响主要有停留时间、燃烧温度、湍流度和过量空气系数。其中停留时间、燃烧温度、湍流度，通常被称为“三T（即time、temperature、turbulence）”要素。垃圾在焚烧过程中要求适宜的燃烧温度。燃烧温度过低，会使垃圾燃烧不完全；二恶英分解温度要求不低于850摄氏度。燃烧温度愈高，反应速度愈快，垃圾在焚烧炉内的停留时间则可以缩短，但过高的燃烧温度会加快焚烧炉的内壁和炉内机械结构的腐蚀速度，会使灰渣熔结，影响炉壁的使用寿命及炉内机械的运行。此外，还会促成氮氧化物的生成。所以

燃烧温度不宜过高。焚烧炉是垃圾焚烧处理工艺中的核心设备，它对整体工艺路线、焚烧效果、工程造价、经济效益等，都起至关重要的作用。为此，在焚烧炉型选择上，务必十分慎重。

目前国内外应用较多、技术比较成熟的生活垃圾焚烧炉炉型主要有机械炉排炉、流化床焚烧炉、热解焚烧炉、回转窑焚烧炉等四类。

1、机械炉排炉

机械炉排炉采用层状燃烧技术，具有对垃圾的预处理要求不高，对垃圾热值适应范围广，运行及维护简便等优点。是目前世界上技术成熟、处理规模较大的生活垃圾焚烧炉。在欧美等国家得到广泛使用，单台处理量最大可以达1200t/d。

机械式炉排炉是以机械式的炉排块构成炉床，靠炉排间的相对运动使垃圾不断翻动、搅拌并推向前进。垃圾在炉排上通常经过三个区段：预热干燥段、燃烧段和燃烬段。垃圾在炉排上着火，热量来自上方的辐射和烟气的对流，以及垃圾层的内部。炉排上已着火的垃圾通过炉排的特殊作用，使垃圾层强烈的翻动和搅动，引起垃圾底部的燃烧。连续的翻动和搅动，也使垃圾层松动，透气性加强，有利于垃圾的燃烧和燃烬。正常运行时，炉温维持在800℃～950℃，垃圾进入炉内与热空气接触、升温、干燥、着火、燃烬。一般情况

下，燃烧发出的热量可以维持炉温，在垃圾热值偏低的情况下，需要喷入燃料油作为辅助燃料。

炉排炉的优点：

1)单台炉的处理量大，国内目前已有 800t/d 焚烧炉在运行。

2)进料口大，一般不需要破碎，适合我国未分类收集的生活垃圾。

3)在炉内分布均匀，料层稳定，燃烧完全。运行时可视炉内垃圾焚烧状况调整。

4)可调节炉排转速，控制垃圾在炉内的停留时间，使其燃烬。

5)由于鼓风机压头小，风机所需功率小，故动力消耗少。

6)因为垃圾在炉排上燃烧，而且不掺燃煤，所以烟气中粉尘含量低，减轻了除尘器的负担，降低了运行成本。

该技术最大的优点是稳定、可靠，应用时间久。

炉排炉的缺点：

1)由于活动炉排和固定炉排等关键部件由耐热合金钢制造，所以设备造价较高。

2)由于燃烧速度慢，炉床的负荷小，所以炉子的体积较大，厂房面积增大，且炉体的热损失增加。

2、流化床焚烧炉

流化床技术在70年前便已被开发，之后在20世纪60

年代用来焚烧工业污泥，在70年代用来焚烧生活垃圾，80年代在日本得到一定的普及，市场占有率达10%以上，但在90年代后期，由于烟气排放标准的提高和自身的不足，在生活垃圾焚烧上的应用有限。在国内，近些年来流化床焚烧炉得到了一定程度的应用，但该炉型多用于日处理垃圾500t 以下规模的垃圾处理项目，且存在一定争议，有待进一步完善。

流化床炉的炉内没有运动的炉排，取而代之的是一块固定的多孔布风板，同时在炉内加入一定量的砂粒作为热媒。空气由布风板下方经风帽进入炉膛，调节空气量使砂粒处于流化（沸腾）状态。正常运行时炉温维持在850～950℃之间。垃圾进入炉内与砂粒接触而升温、干燥、着火、燃尽，同炉排炉一样靠垃圾燃烧放出的热量保持炉温，点火时使用燃料油（柴油），在垃圾热值偏低时，补充燃煤来维持燃烧达到设计工况。

流化床炉的优点：

1)流化床可以使垃圾与空气充分接触，所以，垃圾不仅燃烧速度快而且燃烧完全，焚烧残余物的热灼减率低，可以达到≤3%的效果。

2)能够保证炉温均匀，不至出现局部过热或熔融堵塞。

3)以砂子作为载热体，热容量大，焚烧强度高，单位炉床面积的垃圾处理量大。

4)流化床炉的炉体体积小，热损失小，厂房尺寸较小。

5)飞灰是球形的，不易附在锅炉壁上。

6)结构简单，炉内无运动部件，故噪音小，维修方便。

流化床炉的缺点：

1)对垃圾有严格的破碎预处理要求，否则容易发生故障。

2)受进料的限制，单台焚烧炉的处理能力比炉排炉小，一般处理规模在 300～500t/d 左右。

3)由于流化风机需要较高的压头（风机压头一般在20000Pa 左右），故风机所需功率较大，动力消耗也随之增大。

4)由于飞灰量比较大，烟气对过热器管束等受热面的磨损也较大。

5)稳定燃烧需要的热值为 2000～2500kcal/kg，通常必须加煤等辅助燃料。

6)垃圾和砂子在炉内呈流化状态，加上补充燃煤，所以烟气中的粉尘含量较大，除尘器负担加重，飞灰量增多，随之处理费用增加。

7)燃烧空间温度没有炉排炉高，过高容易结焦。

8)稳定性差，最大连续运行时间比炉排炉少10%左右。

3、热解焚烧炉

热解焚烧炉是指在缺氧或非氧化气氛中以一定的温度（500℃～600℃）分解有机物，有机物将发生热裂解过程，

使之变成热分解气体（可燃混合气体）；再将热分解气体引入燃烧室内燃烧，从而分解有机污染物，余热用于发电、供热。热解技术使用范围广，可用来处理多种垃圾。但是，由于受到垃圾特性的影响，后续热解气的特性（热值，成分等）也不稳定，所以燃烧控制难，灰渣难以燃烬，且环保不易达标。此技术在加拿大和美国部分小城市得到少量应用。

另外，在欧洲和日本，热解炉多应用旋转窑，流化床等炉型，然后加上燃烧熔融炉，将灰渣完全燃烬且熔融为玻璃质灰渣。此技术得到部分应用，但是其要求垃圾热值较高，工厂建设成本较高，且运行成本约为机械炉排的两倍以上。

静态热解炉的优点如下：

1)与其它焚烧炉相比，占地面积小、厂房高度较低。

2)设备结构简单，维修方便。

3)无需对垃圾进行分选。

静态热解炉存在的主要问题是：

1)当垃圾热值偏低或含水量过高时，须加入较多的辅助燃料。

2)易受垃圾特性的影响而使燃烧难以控制，灰渣难以燃烬。

3)环保不易达标，运行成本可达炉排炉的 2 倍以上。

4)热解-氧化控制范围小，对控制系统的可靠性要求及管理水平比机械炉型高。

4、回转窑焚烧炉

回转窑焚烧炉的燃烧机理与水泥工业的回转窑相类似，主要由一倾斜的钢制圆筒组成，筒体内壁采用耐火材料砌筑，也可采用管式水冷壁，用以保护滚筒。垃圾由入口进入筒体，并随筒体的旋转边翻转边向前运动，垃圾的干燥、着火、燃烧、燃烬过程均在筒体内完成。并可根据筒体转速的改变调节垃圾在窑内的停留时间。回转窑常用于成分复杂、有毒有害的工业废物和医疗垃圾，在生活垃圾焚烧中应用较少。

回转式焚烧炉的主要优点：

1)机械零件少，故障率低，可以长时间连续运行，运行和维修的费用较低。

2)焚烧过程中，废物在炉内能得到充分的搅拌、翻滚，与空气混合效果好，湍流好，炉内不存在因废物分布不均匀或料层太厚而产生废物未烧到的死角。

3)对燃料的适应性广，可焚烧不同性质的废弃物。

回转式焚烧炉的主要缺点：

1)炉身较长，单台炉子和焚烧锅炉间所占面积较大，与同样处理能力的固定床式焚烧炉相比，一次性建设费用稍高。

2)保温效果不如固定床炉，热损失稍高，所需补充的燃料较多。

对日益严格的环保要求，垃圾焚烧必需满足以下要求：1）垃圾焚烧处理达到稳定的着火与燃烧；

2）必须平稳、安全运行；

3）确保达到环保标准，并与后续烟气净化配套；

4）维护方便、操作简便；

针对本项目除满足上述要求外，还需符合以下要求：

5）垃圾的充分翻转和搅动；

6）炉床的干燥区、燃烧区和燃烬区的合理分配；

7）对垃圾成份波动的适应性强；

8）一、二次风温及风量的合理配置；

9）分室供风燃烧、均匀配风和相对低氧燃烧；

10）热膨胀得到合理解决；

11）烟气在850℃以上停留2 秒和渣热灼减率3%以下

通过以上比较，针对垃圾焚烧必须满足的要求，机械炉排炉相对其它炉型有以下几个特点：

机械炉排炉技术成熟，国内外大部分垃圾焚烧厂均采用该炉型，国内也有不少成功的先例。

机械炉排炉更能够适应国内垃圾高水分、低热值的特性，确保垃圾的完全燃烧。操作可靠方便，对垃圾适应性强，不易造成二次污染。经济性高，垃圾不需要预处理直接进入炉内，运行费用相对较低。设备寿命长，稳定可靠，运行维护方便，国内已有成熟的技术和设备。

机械炉排炉的关键设备是焚烧炉排，各种炉排炉的最大区别也在于炉排的结构型式和运动方式，国内几种应用较广

的型式有：逆推式炉排炉、顺推式炉排炉及往复翻动式炉排炉等。著名的日本三菱、比利时西格斯（SEGHERS）、法国ALSTOM（SITY2000 焚烧技术已被德国马丁公司收购）、德国DBA、日本田熊、丹麦VOLUND、瑞士VON-ROLL 等均开发、制造出适应中国高水分、低热值垃圾的大型炉排炉，如：广州李坑一期、深圳清水河、中山长青等垃圾焚烧发电厂（日本三菱逆推式炉排炉）、深圳盐田、南山及宝安老虎坑等垃圾焚烧发电厂（比利时西格斯倾斜往复阶梯式炉排炉）、上海御桥生活垃圾焚烧厂（法国阿尔斯通SITY2000 倾斜逆推式炉排炉）、上海江桥生活垃圾焚烧厂（德国DBA 液压顺推往复式炉排炉）、宁波枫林生活垃圾焚烧发电厂（德国诺尔阶梯顺推炉排炉）、北京高安屯垃圾焚烧发电厂、天津双港生活垃圾焚烧发电厂（日本Takuma 阶梯往复顺推式炉排炉）、徐州垃圾焚烧发电厂（国产二段式炉排炉）。

国产炉排炉生产厂家单位充分吸收了国内外同类型垃圾焚烧炉排炉成熟、先进技术经验的基础上，自行开发设计出新型垃圾焚烧设备——二段式垃圾焚烧炉。该焚烧炉第一段是逆推炉排，由固定炉排片和活动炉排片组成，活动炉排片在纵向作往复运动，逆推炉排面呈25°倾斜布置，固定炉排片和活动炉排片以交错方式配置，末端设有调节料层厚度的挡板。垃圾在该段上实现干燥、着火燃烧。第二段是顺推炉排，炉排面呈水平布置，固定炉排片和活动炉排片以交错

方式配置。该炉排为燃烬炉排。两段炉排之间有约800mm 的阶段落差。该公司还有将第二段水平顺推炉排改为倾斜顺推炉排技术。二段式炉排的主要特点:

1）采用逆推炉排和顺推炉排相组合，可使垃圾燃烧更可靠，更完全。通过逆推炉排的逆向运动，使新加入的垃圾与灼热层内的垃圾混合在一起，可在短时间内完成干燥和着火。

2）在逆推炉排上，垃圾层能充分得到搅拌，料层非常平整，燃烧状态稳定，炉膛温度的波动可以控制在很小的范围内。

3）逆推炉排与顺推炉排之间，设置了台阶，使燃尽与未燃尽的垃圾灰渣能够进一步地搅动，使之燃烧完全，保证了垃圾焚烧的低灼减率。

4）通过对料层调节档板的控制，能够有效地建立料层高度，确保焚烧炉具有较高超负荷能力。

通过对垃圾焚烧炉的选型研究，结合国内垃圾焚烧发电项目的实际情况，对垃圾干燥、翻动、搅拌良好的顺推式往复式炉排炉将会得到更广泛的应用。