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城市生活垃圾焚烧发电技术及焚烧炉的选型,日

发布时间:2019-11-03 02:18编辑:新能源浏览(133)

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    导读:我国垃圾焚烧发电技术起步晚,发展快,采用炉排炉、流化床等不同的技术,目前垃圾焚烧炉排炉化,趋势明显。结合日本垃圾焚烧炉排炉的发展历史,概述了炉排炉的设计要点,阐述了各家炉排的技术特点及研发历程。明确了垃圾焚烧炉排技术的研究方向:炉排的大型化研发、高热值炉排的研发以及炉排的稳定运行改进。为我国垃圾焚烧炉排炉的技术研发及引进提供参考和启示。1前言根据《2016城乡建设统计年鉴》显示,截止2016年年底,投入运行的生活垃圾焚烧发电厂有250座,总处理能力为23.7万t/d,总装机约为4880MW。其中采用炉排炉的焚烧发电厂有168座,合计处理能力达到16.4万t/d,装机达到3040MW;其余主要为采用流化床的焚烧发电厂,总计有82座,合计处理能力为7.3万t/d,装机达到1840MW。可见,无论从焚烧发电厂的数量、总处理能力及装机容量看,炉排炉都已占据了2/3的市场份额。根据中国环境保护产业协会统计数据,对近两年新投运的垃圾焚烧设施不完全统计,炉排炉是焚烧炉的主流工艺,统计了49个项目,其中仅3家焚烧厂使用流化床工艺,其余均采用炉排炉工艺,占比93.88%。垃圾焚烧炉排炉化,趋势明显。 而作为拥有最先进生活垃圾焚烧技术的日本,垃圾焚烧炉排炉技术的实际运用已拥有了超过50年的历史,本文探究了比较有代表性的几家企业的不同技术,通过对不同企业的研发历程,以及现行机种的特长研究,结合日本整个垃圾焚烧行业的发展历史,包括垃圾热值的变化、排放标准的提高、垃圾发电系统热回收高效化等对炉排研发的影响情况。明确了我国在炉排炉技术的研发方向。希望对我们国内的相关研发有学习和借鉴的价值。2 日本垃圾焚烧技术的变迁 2.1 日本垃圾焚烧技术概况日本的垃圾处理技术,从填埋到野外焚烧,再到有记载的工业化焚烧厂,最早可追溯到1897年的敦贺市10t/d批次炉项目。焚烧炉技术大致经历了批次炉、机械化批次炉、准连续炉和全连续炉,4个阶段。而全连续炉排炉即是现在泛用度最高的,我们通常所讲的炉排炉技术。自敦贺项目建成,日本政府对国民卫生情况的关注也到了一个新高度,1900年随着日本“污物扫除法”的颁布,批次炉的发展大受鼓舞。当时批次炉的运行情况多为白天8h工作制。然而由于批次炉的工作条件和环境较差,采用自然通风,加之使用人工搅拌的方式,导致不完全燃烧,冒黑烟的情况时有发生,邻避问题初露端倪。 而且在水分多的季节,炉渣较之原生垃圾的减量化效果不甚明显。大正时代末期到昭和初期(约19世纪20年代末,30年代初),批次炉的研发到达全盛时期,机械化批次炉应运而生。所谓的机械化批次炉便是在垃圾上料、燃烧搅拌、炉渣出渣、风机供风等设备的机械化改进,同时也有了简单的水洗、滤网过滤等尾气控制设施。1938年建设的大阪市木津川第3工厂使用了卷扬机上料方式,便是现今的垃圾池和抓斗结合上料的原形。而在此前1918年建立的大阪市木津川第2工厂则是风机在垃圾焚烧送风模式的首次应用。为了增加处理量及降低建设费用,机械批次炉大型化也逐渐提上议程,采取单燃烧室并排布置,统筹上料及出渣的的方式,成为燃烧系统的主流形式。而运行时间上仍相对保守,依然以8h工作制为主。19世纪60年代初,随着垃圾量不断增加,技术的不断进步,欧美已有24h连续运行的业绩,日本的连续炉相关研发及引进也迎来了契机。而所谓的准连续炉与全连续炉最明显的区别方法在于运行时间的差别,全连续炉为24h运行,而准连续炉为16h运行。出于提高性能,增强成本竞争力,快速商业化等原因。多家厂家都进行了技术引进,其技术出处如下表所示。表 日本主要引进炉排炉技术关系QQ截图20190814132330.jpg2.2主流炉排的形式随着炉排炉技术的发展及普及,炉排的配置也逐渐形成了由干燥段炉排根据垃圾的不同特性干燥,再到燃烧段燃烧,最后为了达到减量化需求,设置使炉渣充分燃尽的燃烬段的三段式布置方式。这种三段式的配置已成为炉排布置的常用模式。为了应对垃圾成分的季节性波动,仍能保证稳定连续地运行,各家的炉排形式也大相径庭。另外,随着垃圾热值的提升,炉排倾斜角度的变化,甚至炉排水平布置的方式也屡见不鲜。同时炉膛整个高度的尽可能降低,以期降低土建成本,也成为了炉排设计需要考量的方面。其次,为了更好的对应干燥、燃烧、燃烬三段的功能及不同风量的需求,在每段炉排下采用数量不一的灰斗兼风室的布置方式也成为主流。主要的炉排形式有顺推列动式、顺推行动式、逆推式、滚筒回转式等,将在下文进行详述。此外,也有组合的方式,甚至有为了使垃圾充分燃尽,在炉排后设置回转窑的尝试。不过,为了运行与维护的便利,同一焚烧线,还是以单一的炉排形式为宜。3 炉排技术类型3.1 H社的炉排技术1960年,H社与丸红、VonRoll一起,成立了三方合资公司,正式进军垃圾焚烧发电行业,依托VonRoll在欧洲积累的丰富的技术经验,于1965年建成了日本最早的发电上网项目,西淀清扫工厂。处理能力市场份额世界第一(2008——2010)。H社现行炉排技术主要分为L型炉排和R型炉排。所谓的L型炉排为顺推列动往复式炉排,带剪切刀装置;而R型炉排为顺推行动往复式炉排。3.1.1 L型炉排L型炉排结构如图1所示,剪切刀通常设置在燃烧段。三段炉排间,设置有1.2m以上的落差墙,依靠垃圾跌落时的冲击力,起到翻动的效果。QQ截图20190814132625.jpg图 1 H社L型炉排结构图活动梁在运动过程中,沿水平方向向上10°,做往复式运动。剪切刀装置的运作方式,详见图2。QQ截图20190814132634.jpg图 2 剪切刀装置运作方式L型炉排的优点在于,剪切刀的设置,对垃圾的破碎效果更为突出,更有利于含水率高的低热值垃圾焚烧。但在燃烧高热值垃圾时,由于垃圾层厚的降低,炉排表面温度的提升,会造成剪切刀装置的烧损,因此在燃烧高热值垃圾时,也存在不设置剪切刀的情况。由于受到炉排热膨胀结构的限制,单段炉排模块最大长度为5.6m,最大宽度为4m。单模块3段炉排的最大处理能力为300t/d。日立最大的L型炉排为宽度方向上,左右分体的双模块结构,最大处理能力为600t/d。此后,H社技术转让给上海康恒,经过康恒团队对炉排驱动及热膨胀结构的改良,现L型炉排的最大规模为宽度方向上,三模块排列,最大处理能力为900t/d。3.1.2 R型炉排随着生活水平的不断提高,垃圾中的纸、塑料、铝罐等的比重逐步增加,垃圾的含水率逐渐降低,垃圾热值也有了大幅的提升,为了防止熔融塑料及铝,从炉排间隙滴落,造成灰斗的起火及堵塞等情况的发生。H社和VonRoll开始了R型炉排的相关研发。QQ截图20190814132808.jpg图 3 H社R型炉排结构图R型炉排的结构如图3所示,由于面向热值更高的垃圾,落差墙的高度降低到1m,炉排梁垂直垃圾输送方向布置,分为活动梁和固定梁,两者交错布置。为了减小炉排间隙,防止熔渣的滴落,宽度方向上使用弹簧拘束方式;为了防止炉排块的烧损,炉排块底部的导流筋板做了特殊的设计,以起到一次风强制风冷的目的。单模块炉排长度2m,宽度为1.8——2.6m的多重组合方式。设计三段最大处理规模可达1000t/d。R型炉排,较之L型炉排,更适合于高热值垃圾的燃烧,但对于垃圾含水率的适应性与搅拌效果方面,选用L型炉排会更好。3.2 K社的炉排技术K社的炉排技术,由最早与德国DBA社,协同研发的滚筒炉排,到后来的翻转炉排(类似于H社L型炉排的剪切刀构造),到之后的SUN型炉排,及阶梯往复式炉排,历程详见图4。QQ截图20190814132854.jpg图 4 K社炉排的变迁其中SUN型炉排为K社现行的主流机种,具体结构详见图5。QQ截图20190814132924.jpg图 5 SUN型炉排结构图单模块最大宽度为4m,现有最大规模为1000t/d。SUN型炉排的运行方式,不同于传统的顺推列动式往复炉排的直线运动,其运动轨迹为以炉排下的前部驱动轴及后部支撑座为支点的弧线运动。驱动部分的磨耗有所减少。3.3 M社的炉排技术M社的炉排技术大致经历了4个阶段,从1960年代的TGR型链条炉,到60年代末的2TF型(2段式链条炉+往复式炉排),再到70年代初的准连续炉排F型,最后便是70年代通过与德国马丁公司技术转让而来的MATIN炉排。3.3.1 MATIN炉排MATIN炉排是典型的逆推行动式往复炉排,垃圾在输送过程中,通过炉排的逆推效果,使垃圾在炉排表面有更好的搅拌效果,原理详见图6。该炉排的燃烧热负荷率可达350kg/m2·h。炉排的行程420mm。炉排单模块最小宽度1.5m,最大宽度2.5m,同样采用多模块宽度方向上组合的方式,以达到大型化的目的。日本国内最大6模块排列,宽度12.8m,日本国外最大有8模块的业绩,最大规模1200t/d。与面向中、大型化的MATIN炉排向互补,F型炉排为M社在中、小型规模的现行机种。F型炉排为顺推行动往复式,炉排的液压系统采用与MATIN炉排相同的液压驱动系统。各段炉排间设置0.9m的落差墙,炉排倾角已满足垃圾在炉排上的停留时间为前提,水平布置也可。单模块炉排宽度最小1.5m,最大3m,最大的业绩为双模块排列,单条线最大宽度6m。MATIN炉排较之单纯的顺推的F型炉排而言,对垃圾的搅拌效果更佳,但由于垃圾输送方向与炉排驱动方向相反,相同情况下,为控制垃圾在炉排上的停留时间,炉排倾角会更大,造成焚烧炉高度升高的情况。总体而言,MATIN炉排适合大型化,F型适合相对较小规模的项目。3.4 E社的炉排技术E社的炉排技术,经历了所有从批次炉、机械化批次炉、准连续炉和全连续炉,四个阶段。先后引进过美国,以及意大利db社的技术。炉排倾角也从20世纪60年代的两段式,第一段炉排40°,第二段炉排10°;到70年代末的21°;至80年代初的20°;再到80年代末的15°;最后到1994年的水平布置。炉排倾角的设计不断变缓,也从另一侧面体现了垃圾热值的不断提升。机械负荷也从最早的180kg/m2·h到现在的300kg/m2·h。E社炉排的现行机种,为HPCC21型,采用了独有的强制风冷设计。该炉排为顺推行动往复式,具体结构见图8。炉排为水平布置,活动与固定炉排梁内部,都有冷却空气管,冷却空气由炉外风管吹入,同时通过活动炉排梁和固定炉排梁,由炉排片下部的喷嘴喷出。强制空冷空气比例为一次风比例的20%——40%,空气比为1.25——1.4,炉排下部压力为1.0——2.0kPa。强制风冷炉排的的优点在于更适合低空气比燃烧,同时也增强了炉排片的冷却效果,从而延长了炉排片寿命及炉排维护的周期。但炉排的供风系统更复杂,前期的投资与维护成本会有上浮。3.5其他炉排技术在过去的半个多世纪,无论是自主研发、技术引进,或是产、学、研合作,日本的各大厂家都有着自己艰辛的研发历程。包括T社、J社、S社、K社、I社、SK社、KT社、SW社等,各自都为垃圾焚烧行业的发展作出了贡献,可说是百花争艳,由于篇幅所限,难以一一介绍,诸如S社的W+E型炉排(图9)、T社的SN型炉排等(图10),也都自成一派。在炉排炉相关的其他设备上各家也做着孜孜不倦的研发,其中J社的炉膛中拱(图11),也是独树一帜。放上部分图片供学习、借鉴。4 结论与展望日本的大部分厂家都有相对成熟的炉排炉技术。而我国的垃圾焚烧炉排炉技术的发展,与日本的历程有很多相似之处,也是通过从技术引进到自主研发的方式。结合日本不同厂家的研发历程,我国垃圾焚烧炉排技术的研究方向为:4.1炉排的大型化研发大型机械炉排炉凭借其单条线垃圾处理能力大的特点,可大大降低项目投资、运行、维护的成本,从而增加经济效益,大型化势在必行。4.2高热值炉排的研发随着生活水平的不断提高,以及垃圾分类的推广,垃圾热值得升高也是必然的趋势。另外,垃圾处理的园区化,也对多种垃圾的掺烧,提出了新课题,包括农林废弃物、医疗废弃物、工业废弃物等高热值垃圾的掺烧也对炉排的耐高温性能提出了新的要求,炉排的水冷化研发也将提上日程。4.3炉排的稳定运行改进从炉排的结构出发,减少已损件的磨耗及故障率,可有效延长炉排使用寿命和停炉周期,从而降低运行成本,并提高焚烧炉的累计运行时间,增加发电量。此类研究将对垃圾焚烧厂的经济效益有明显的提高。

    随着近年来我国经济的飞速发展,城市化率水平也逐年提高,城市生活垃圾的收集、消纳及处理问题变得日益紧迫。相比于传统的卫生填埋方式,生活垃圾焚烧方式更加环保、高效,且经济效益显著。根据发改委印发的《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》中,垃圾焚烧在全国城镇生活垃圾处理方式中所占比例将由2015年的31%提高至2020年的54%。目前,越来越多的传统电力企业将目光投向了生活垃圾焚烧发电项目。与传统火力发电项目类似,生活垃圾焚烧发电项目最关键的设备是垃圾焚烧炉(以下简称焚烧炉),本文针对现阶段几种主流焚烧炉技术路线进行对比,并对几种炉型的优缺点进行分析,提出了炉型选择建议。

    本文介绍了国内外生活垃圾焚烧发电技术的特点现状和发展趋势,重点论述了关键设备焚烧炉的种类和选型,下面请大家跟小编一起来看一下吧。

    不同焚烧炉技术对比

    目前,城市垃圾的处理方式主要有填埋、焚烧和堆肥三种方式。其中垃圾焚烧方式节约土地资源,对垃圾处理彻底,自动化程度高,几乎不存在二次污染,并可供热、发电回收能源,其特点是减量性好、无害化程度高、防污染彻底、实现综合利用,且有一定的经济回报,已成为我国环保技术政策大力支持推广的一种垃圾处理方式。

    生活垃圾焚烧技术在我国起步较晚,在西方发达国家已有几十年甚至上百年的应用和发展。受各个国家地理位置、工业技术特点及垃圾特性的影响,目前产生了几十种不同的垃圾焚烧处理工艺。根据《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》(GJJ90—2009)的相关要求及合理的商业运行需要,焚烧炉选型考虑要满足以下要求:

    1.垃圾焚烧发电的现状及特点

    (1)焚烧线的数量及单条焚烧线的规模应根据焚烧厂的处理规模、炉型的技术成熟程度等因素确定,宜设置2?4条焚烧线。

    垃圾焚烧发电技术的应用始于20世纪50年代。最先应用的国家是联邦德国和法国,其后美国、日本、韩国等均建有相当数量的垃圾焚烧电站。我国于1985年开始首次引进垃圾焚烧发电技术,近几年也发展很快。

    (2)所选锅炉应适合特大类、Ⅰ类、Ⅱ类垃圾焚烧厂。

    1985年深圳市市政环卫综合处理厂引进日本三菱重工生产的垃圾处理能力为150t/d的垃圾焚烧炉2台,该炉利用焚烧垃圾余热产生饱和蒸汽,配500kW发电机组进行发电、供热。其3号焚烧炉由我国杭州锅炉厂引进日本三菱株式会社垃圾锅炉制造技术设计制造的,垃圾处理能力为150t/d,利用过热蒸汽发电,配置1台3000kW发电机组,于1995年6月投入商业运行,全厂总装机容量为4000kW。

    特大类垃圾焚烧厂:全厂总焚烧能力2000t/d及以上。

    近几年,随着我国经济的发展,城市燃料结构的变化及垃圾热值和垃圾产量的提高,垃圾焚烧发电技术越来越受到人们的关注,目前通过技术引进我国已基本实现了垃圾焚烧炉的国产化,国产化垃圾焚烧炉作为垃圾处理资源化、减量化和无害化设备,在社会效益和经济效益方面都十分可观,而且较进口设备在设备安装、备件、培训等方面的费用都大大降低。继深圳垃圾焚烧电厂后,国内相继建成了珠海垃圾电站、广东顺德垃圾电站、浙江宁波垃圾电站等多家垃圾焚烧电站。其中珠海垃圾电站工程规模为3×200t/d,焚烧炉由无锡锅炉厂引进美国Temporlla炉本体设计技术,采用美国DetroitStoker公司炉排生产的,发电设备及辅机全部采用国内产品。于2001年投产的浙江宁波垃圾电站是目前国内最大的垃圾电站,其处理能力是1000t/d,北京、上海、深圳、苏州、无锡和常州等国内许多城市都已对拟建垃圾电站完成初步设计。北京市第1个采用垃圾发电的项目已由国家计委正式批复,位于朝阳区高安屯的一个垃圾场不久将崛起一座我国最大的垃圾发电站,处理能力为1300t/d年发电量136GW.h。

    Ⅰ类垃圾焚烧厂:全厂总焚烧能力1200?2000t/d(含1200t/d);

    2.垃圾焚烧炉的选型

    Ⅱ类垃圾焚烧厂:全厂总焚烧能力600?1200t/d(含600t/d)。

    机械炉排焚烧炉是较早发展的垃圾焚烧炉型式,经过长期的发展,技术日臻完善,运行可靠性高,对垃圾的适应性较强,可燃烧低热值高水分的垃圾,在燃烧系统上及炉体结构上采取一定的措施,可以适应国内高水分低热值的垃圾燃烧。往复推动炉排炉与滚动炉排炉是目前世界垃圾焚烧炉市场上的主导产品,占有市场份额80%以上,往复推动炉排炉单台处理量为75~850t/d,滚动炉排炉单台处理量为150~1000t/d,其处理能力都可以满足国内垃圾焚烧工程的处理量,且其技术成熟。

    (3)垃圾在焚烧炉内应得到充分燃烧,燃烧后的炉渣热灼减率≤5%,二次燃烧室内烟气温度在≥850℃的条件下滞留时间不小于2s。(避免二噁英产生)

    根据目前垃圾焚烧发电运行的经验,国内垃圾焚烧发电技术正逐步成熟,但各种技术水平参差不齐,主要应用的技术有炉排炉和流化床炉。炉排炉有直接引进国外设备,有引进国外技术国内制造,也有国内自行研制的炉排炉,国内研制的流化床焚烧炉采用垃圾与煤混烧的方式。

    (4)在设计垃圾低位热值与下限低位热值范围内,应保证垃圾设计焚烧能力,并应适应全年内垃圾特性变化的要求。

    采用流化床焚烧技术比炉排炉焚烧技术投资低。虽然流化床垃圾焚烧炉能提高垃圾的燃烧效率,提升垃圾发电厂的上网电量,但实际上是通过牺牲煤的发电效率来提高垃圾的发电效率,垃圾发电行业应避免借处理垃圾为由,为小火电提供复苏的机会。旋转焚烧炉较多使用在热值较高的工业固体废弃物的焚烧上,在生活垃圾的焚烧中应用较少。

    (5)焚烧炉有超负荷处理能力,垃圾进料应可调节。

    通过对技术先进性、运行可靠性、投资成本、环保效益等因素综合比较,福州市红庙岭垃圾焚烧发电厂选用倾斜往复逆推机械炉排炉。该炉引进德国MARTIN公司技术,由国内制造。该炉技术先进,运行可靠,且国产化后投资额相对较低。

    目前主流的焚烧炉的型式可分为机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉、旋转焚烧炉。

    结论

    1 机械炉排焚烧炉

    对于我国,城市生活垃圾焚烧发电可以说是一个很有前途的产业,尤其是大城市的生活垃圾产量较大,有机成分相对较高,经济、技术力量相对较强,宜采用大型焚烧炉发电技术处理生活垃圾,回收电能。由于机械炉排焚烧炉技术成熟,适应性强,结构简单,所以应成为我国垃圾焚烧发电的主力炉型。

    机械炉排属于垃圾层燃焚烧炉,以炉排块构成炉床,靠炉排间的相对运动使垃圾不断翻动、搅拌并推向前进。原生垃圾投入料斗后进入炉排,在自身重力及炉排推动力作用下,不断被翻转疏松,使之干燥,以充分燃烧。炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区,垃圾依次通过炉排上的各个区域,直至完全燃尽排出。燃烧空气从炉排下部或侧面引入,并与垃圾充分混合,保证燃烧效率。正常运行时,炉温维持在850℃?950℃,一般情况下,燃烧发出的热量可以维持炉温,垃圾热值偏低的情况下,需要喷入燃料油作为辅助燃料。

    城市生活垃圾焚烧发电技术,无论是从处理过程固有的工艺特性还是从技术的完善程度来看,均不能说是完美的城市生活垃圾处理技术,但它具有许多优势,会使其在相当长的时间内作为城市生活垃圾的处理技术而存在。全球范围内,生活垃圾焚烧发电技术仍将有较大的发展空间。

    机械炉排炉的优点

    (1)单台炉的处理量大,国内目前已有800t/d的焚烧炉运行业绩,最大可达1200t/d。

    (2)垃圾在焚烧炉内分布均匀,燃烧充分。运行时可根据炉内垃圾焚烧状况调整给料情况。

    (3)—般情况下,无需添加辅助燃料即可使炉内烟气温度在850C的条件下滞留时间不小于2s。烟气中粉尘含量低,减轻了后续烟气净化系统的负荷,降低了运行成本。

    (4)技术成熟,设备运行时间达8000h/a以上。

    机械炉排炉的的缺点

    (1)因炉排活动和固定等关键部件需高温合金钢制造,所以设备造价较高。

    (2)焚烧炉体积相对较大,相应的占地面积增加。

    (3)垃圾需要连续焚烧,不宜经常起炉和停炉。

    2 流化床焚烧炉

    不同于机械炉排炉的层燃方式,流化床焚烧炉采用流态化技术进行垃圾焚烧。通常在炉内设置石英砂作为热载体,亦称之为床料。在焚烧垃圾前,先将炉内的热载体加热至600℃以上,使之呈沸腾状流动,垃圾经破碎后投入炉内,流态化的垃圾与热载体充分混合,垃圾水分蒸发,温度升高后开始燃烧。

    流化床焚烧炉由于有热载体的存在,燃烧稳定、对垃圾变化适应性好、燃烧热效率高。其缺点是对进炉垃圾粒度有要求,由于流化床焚烧炉采用流态化燃烧方式,因此垃圾中比重较大或直径较大的成分难以实现流态化,进行影响燃烧效率。因此要求垃圾在入炉前需将比重较大或直径较大的成分筛除,故需要增设大功率的垃圾破碎装置。此外,因垃圾入炉后直接燃烧,为提高燃烧效率,需要对入炉垃圾的含水量进行控制,在入炉前对垃圾进行预处理,降低含水率。此外,流化床锅炉检修相对较多,年运行时间相对较短,通常只有6000?8000h。

    3 回转窑焚烧炉

    回转窑焚烧炉是在钢制圆筒内部衬设耐火涂料的可旋转锅炉,其沿轴线方向略有倾斜。垃圾由锅炉上部投入,炉体缓慢旋转,使垃圾不断翻转,并向炉尾移动。垃圾在炉内逐渐干燥、燃烧,燃烬后排至除渣装置。有时除旋转筒体外还配有前置推动炉排或后置推动炉排,前置炉排起干燥,后置炉排起燃烬作用。但其燃烧不易控制,垃圾热值低时燃烧困难。回转焚烧炉较多使用在热值较高的工业固体废弃物的焚烧上,在生活垃圾的焚烧中应用较少。

    几种典型焚烧炉型特点见表1。

    目前我国生活垃圾焚烧发电项目的垃圾来源主要依靠市政卫生系统对城镇垃圾的集中回收,垃圾来源渠道单一且分类收集规范化程度低,这导致入炉垃圾成分复杂、含水率较高且热值不稳定。基于此,机械炉排炉最适合我国垃圾特点。其不仅进料口宽,无需对垃圾分选和破碎,垃圾焚烧充分,运行稳定。烟气净化系统进口粉尘浓度低,降低了烟气净化系统$飞灰处理费用,是最适合我国城市生活垃圾焚烧发电项目的焚烧炉型。流化床焚烧炉与传统的燃煤流化床锅炉类似,燃烧效率高、投资成本低。但需对入炉垃圾进行分选及处理。如结合项目特征,在燃煤储量资源丰富的的地区可考虑采用流化床焚烧炉,在煤价较低的区间适当掺煤燃烧,可提高系统的经济效益。

    主要机械炉排炉型机械炉排炉根据其设计结构及运行方向不同,可大体分为倾斜逆向推动型(以下简称逆推型)和倾斜顺向推动型(以下简称顺推型)两大类,逆推型炉排主要特点是炉排的前进方向与垃圾的输送方向相反,炉排在运行中对垃圾有较好的搅拌和疏松作用,确保原生垃圾在炉排上持续得到翻转,有利于垃圾的干燥,提高燃烧效率;顺推型炉排则通常配合不同运动方式如往复运动、滑动、翻倒、阶梯跌落等,以达到充分燃烧垃圾,提高燃烧效率的目的。目前国内外应用最广的几种主要机械炉排炉特性对比见表2。

    表2 几种主要机械炉排炉特性对比

    1 MARTIN式逆推炉排炉

    MARTIN(马丁)焚烧炉由德国MARTIN公司研发,在世界范围内得到了广泛应用,目前国内多个项目采用的是日本三菱公司生产的马丁焚烧炉,见图1。炉排为一体式倾斜逆推往复式炉排,固定炉排与活动炉排按一定的倾角(一般为26°)依次排列,由于倾斜和炉排逆推作用,底层垃圾上行,上层下行,形成不断地翻转、搅拌,疏松后垃圾快速干燥,并与空气充分接触,以达到高效的燃烧效率。燃烧空气从炉底部送入并从炉排块的缝隙中吹出,对炉排有良好的冷却作用。

    图1 MARTIN(马丁)焚烧炉

    炉排的特点:

    (1)逆推式设计,燃烧效率较高。垃圾沿炉排表面向上滑动,使新入炉的垃圾的干燥燃烧可在很短时间内完成。

    (2)垃圾在炉内停留时间较长,燃尽区残留可燃物可通过逆推方式送回燃烧区,使燃烧更充分。

    (3)垃圾层充分搅拌,燃烧状态稳定。

    2 SITY-2000式逆推炉排炉

    SITY—2000型焚烧炉由法国Alstom公司开发,炉排整体结构与MARTIN炉排相近,其在燃烬段又增加了一段炉排,使整个炉排分成二段,分别采用二套液压传动装置驱动,见图2。炉排与炉排片均向下倾斜,炉排的下倾角为24°。活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。目前,重庆三峰卡万塔环境产业有限公司引进该技术炉型并进行自主生产。

    图2 SITY-2000型焚烧炉

    炉排的特点:

    (1)改进型的马丁炉,燃烧效率更高,适合中国垃圾高水分、低热值的特点;

    (2)焚烧性能良好,灰渣未燃烬率0.7%?2%,烟气中飞灰含量3g/m3;

    (3)运行过程燃烧状态稳定,炉排空气冷却高效;

    (4)投资、维护成本低。

    3 SEGHERS式多级炉排炉

    SEGHERS(西格斯)炉排炉是由比利时SEGHERS公司开发的由不同炉排单元组成的顺推往复阶梯式多级炉排炉。每个标准炉排单元都有3种形式:滑动、翻动和固定,见图3、图4。炉排共分5段,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,每段都有各自的液压调节机构,且助燃空气也可根据垃圾在炉排上的燃烧情况进行多段分别调节。垃圾在炉排上的运动方向与炉排运动方向相同,靠多段跌落实现垃圾的充分翻倒和搅拌,以提高锅炉燃烧效率。

    图3SEGHERS(西格斯)焚烧炉(1)

    SEGHERS炉排炉的每一段炉排不仅具有往复运动的功能,而且具有翻动的功能。滑动炉排推动垃圾向前运动并决定了垃圾层厚度及停留时间,摆动炉排则起到搅动垃圾层的作用。目前,深圳市能源环保有限公司引进该技术炉型并进行自主生产。

    炉排特点:

    (1)燃烧效率高,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%;

    (2)水平的垃圾输送与垂直的搅动、鼓风相互独立运动,各部位独立控制,使系统燃烧状况易于控制调整。特别适应于我国低热值、高含水率的垃圾;

    (3)各燃烧段由不同的送风机单独供风,调节性强。采用水平供风而非垂直供风,降低炉排缝隙的漏风率。

    4 TAKUMA-SN型炉排炉

    TAKUMA—SN型炉排是由日本田熊株式会社开发的顺推阶梯式往复摇动炉排,其组成为给料装置、干燥段、燃烧段、燃烬段炉排,见图5。其中干燥炉排设计成倾斜的,燃烧及燃烬炉排均为水平布置.既可有效输送垃圾,同时又降低了焚烧炉的整体高度。沿垃圾前进方向交替设置固定段和可动段,垃圾边搅拌边被推动向前。为有效进行垃圾的翻转搅拌,各炉排间设计有落差,使垃圾中的可燃成分与燃烧空气充分接触,完全燃烧。

    干燥炉排设计成8°的倾斜角,干燥炉排与燃烧炉排间有650mm的落差,燃烧炉排与燃烬炉排间有500mm的落差。采用四个驱动单位:一个在干燥阶段,二个在燃烧阶段,一个在燃尽阶段,通过调整各独立驱动单位的速度,能控制垃圾和灰层的厚度。垃圾每前进一段即沿25°倾角被向上抬起,反复翻转搅拌,使垃圾高效燃烧。

    因日本的垃圾分类系统成熟,垃圾热值较高,此种焚烧炉的特点能够得以充分发挥。根据国内已建成的项目实际使用情况,其对中国热值低、含水率高的垃圾适应性不十分满意,冬季炉膛温度有时达不到设计值。

    结 论

    生活垃圾焚烧发电符合国家实施可持续发展战略,是今后我国大中型城市固体废弃物处理的发展方向。其中机械炉排焚烧炉技术完善可靠、焚烧容量大、对垃圾适应性强、运行维护方便,更适合我国垃圾热值低、含水率高的特点,是大中城市生活垃圾焚烧发电项目的首选。SEGHERS炉排、SITY—2000型炉排技术,可实现垃圾良好的搅动,配合良好的炉排出风方式,和较高的一次风压,可保证垃圾在炉排上的充分燃烧,最大程度提高燃烧效率。且二者均已由国内公司引进生产,有多个成功投运案例,无论是初期投资还是后期运行维护成本均有明显优势。

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