赵绪平，李志波，李 宣

（北方重工集团有限公司，沈阳 110141）

机械炉排式生活垃圾焚烧炉技术研究

赵绪平，李志波，李 宣

（北方重工集团有限公司，沈阳 110141）

机械炉排式垃圾焚烧发电技术具有多种优点，适宜大规模处理未经分类的高热值城市生活垃圾。本文介绍了机械炉排式焚烧炉的国内外技术现状、发展趋势和分类，总结分析了常用机械炉排式焚烧炉的主要技术特点；详述了5种常用机械炉排式生活垃圾焚烧炉的工作原理，并对其功能进行技术分析和对比。这对于机械炉排式生活垃圾焚烧炉的设计、应用、研发和性能优化等具有重要的参考价值。

机械炉排；生活垃圾；焚烧炉；工作原理

2016年，我国城市生活垃圾的生产量已达1.9亿t，并仍以8%左右的速度递增，与日俱增的城市生活垃圾已经成为困扰城市发展、污染城市环境、影响居民生活的社会问题。传统的填埋、堆肥等垃圾处理工艺已经不能满足日常垃圾处理的要求，有效实现垃圾减量化、无害化和资源化的垃圾焚烧处理工艺是目前解决垃圾围城问题的首选方案[1-3]。

1 机械炉排式焚烧炉技术现状

机械炉排式垃圾焚烧发电技术具有处理量大、运行可靠度较高、处理周期短、减量化显著、无害化彻底以及可回收垃圾焚烧余热等优点，适宜大规模处理未经分类的高热值城市生活垃圾。在全球已建的2 300多座生活垃圾焚烧发电厂中，机械焚烧炉使用率在80%以上，是目前国内外城市生活垃圾焚烧发电处理的最佳处理方式[4-6]。

1.1 国外发展现状

机械炉排焚烧技术起源于欧洲和美国，在垃圾焚烧领域得到广泛利用，已成为垃圾焚烧的主要炉型，通过多年的积累，单台最大处理量已经达到1 200 t/d。德国马丁和日本三菱公司、日立造船和德国斯坦米勒公司、比利时西格斯焚烧发电设备的技术水平均处在世界前列，其产品具有燃烧稳定、自动化程度高、燃烧充分的特点。

1.2 国内发展现状

国内生产制造机械炉排焚烧发电设备的企业主要有重庆三峰、光大国际和绿色动力等，但单台焚烧炉处理规模相对较小，而且燃烧效果不甚理想。国内大型千吨以上级垃圾焚烧发电厂以引进国外技术和设备为主，需要花费大量外汇引进技术和垃圾焚烧炉等核心设备，但设备费及运行成本均较高，而且其对我国城市混合收集的生活垃圾低热值、高水分等特点适应性低。

1.3 发展趋势

大型机械焚烧炉具有单条生产线处理能力大、土地占用量少、单位垃圾发电量高、维护成本低的优点，随着垃圾焚烧发电工艺技术进步和土地资源越来越珍贵，机械炉排式垃圾焚烧炉将朝着大型化、智能化和高效化的方向发展。

2 机械炉排式焚烧炉技术特点

机械炉排式焚烧炉采用层燃技术，以机械式的炉排块构成炉床，将垃圾进行直接燃烧，炉排间的相对运动和垃圾本身的重力使垃圾不断翻动、搅拌并推向前进，整个燃烧过程在一个炉膛进行。垃圾首先进入干燥段，为了保证垃圾能够快速烘干、脱水，采用加热后空气从炉排底部对垃圾进行烘干，同时炉内燃烧垃圾也能对干燥段垃圾进行烘烤；当垃圾进入燃烧段后，垃圾在900℃左右进行高温燃烧，可使其中的可燃成分和有害成分被彻底分解，同时炉底进入空气对炉排进行冷却，从而防止高温对炉排的损害；当垃圾进入燃烬段后，垃圾处于降温过程并彻底燃尽，完全变成灰渣，垃圾燃烧整个流程完成。

2.1 机械炉排式焚烧炉的优点

一是单台炉的处理量大，单台最大处理量已经达到1 200 t/d，适用于大规模集中处理城市生活垃圾；二是垃圾适应性高，进料垃圾不需要预热、分拣和破碎处理，适合我国未分类收集的生活垃圾现状；三是燃烧状态稳定，依靠炉排的机械运动实现垃圾的搅动和混合，调整炉内垃圾焚烧状况和炉排转速，使垃圾在炉内分布均匀，料层稳定，控制垃圾在炉内的停留时间，确保垃圾充分燃烧，飞灰量小，热灼减率低；四是自动化程度较高，操作简单，提高了焚烧炉运行管理水平和检修效率，设备年运行时间≥8 000 h；五是运行成本低，垃圾在炉排上燃烧，而且不掺烧煤炭，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。

2.2 机械炉排式焚烧炉的缺点

一是投资成本高，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；二是热损失大，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，炉体的热损失增加；三是垃圾热值要求高，在垃圾热值偏低的情况下，为了维持燃烧，保证余热锅炉蒸汽参数及符合环保要求，需要向炉内喷入燃油或燃气，使运行成本升高。

3 常用机械炉排式焚烧炉分类

机械炉排式焚烧炉燃烧的基本原理大致相同，都是通过炉排的运动带动生活垃圾不断翻转、搅拌并向前或逆向移动。从炉排结构形式上，其可分成由炉排块构成的炉排和空心圆筒组成的炉排两类；从炉排的运动形式上，其可分成往复运动和滚动运动的炉排两类；从垃圾运动的方向上，其可分为逆推式炉排、顺推式炉排和多级式炉排；从炉排运动的方向上，其可分为倾斜式炉排和水平式炉排；从炉排片运动形式，其可分为行动式炉排和列动式炉排。目前应用的主要有逆推型炉排、顺推型炉排、滚筒型炉排等，其主要功能都是炉排做往复的机械运动，从而带动生活垃圾的运动和翻转。

4 常用机械炉排式焚烧炉技术对比

目前常用的机械炉排式焚烧炉主要有倾斜逆推往复式炉排、倾斜顺推往复列动式炉排、倾斜顺推往复行动式炉排、水平顺推往复式炉排、倾斜多级式炉排等。

4.1 倾斜逆推往复式炉排

倾斜逆推往复式炉排指垃圾燃烧过程中垃圾的运动方向与炉排运动方向相反，炉排整体前高后低，倾斜布置，工作原理如图1所示。

图1 倾斜逆推往复式炉排工作原理

固定炉排和活动炉排以行为单位倾斜交错布置，活动炉排行向往复运动，炉排上的垃圾在重力作用下向下移动，而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同时往相反方向移动，产生了向上运动，由此完成垃圾层的充分翻转、搅拌，使垃圾与空气充分接触，实现垃圾充分的燃烧。其优点是垃圾翻转搅拌能力强，占地面积小，投资少，缺点是垃圾可能会成块滚落，燃烧效果相对略差。

4.2 倾斜顺推往复列动式炉排

倾斜顺推往复列动式炉排指垃圾燃烧过程中垃圾的运动方向与炉排运动方向相同，炉排整体前高后低，倾斜布置，工作原理如图2所示。固定炉排与活动炉排列向交错布置，活动炉排列在前后往复运动的同时产生上下运动，炉排上的垃圾依靠自身重力和活动炉排列的往复运动对垃圾层产生的纵向推力及剪力不停地向倾斜方向翻动，各炉排段利用高落差使垃圾产生混合搅拌，并在燃烧段固定炉排列设置了剪切刀，它不仅起着充分搅拌垃圾的作用，而且帮助助燃空气和垃圾充分接触，使垃圾燃烧完全。其优点是炉排面积大，负荷调节能力强，漏渣率低，缺点是翻转搅拌能力差，占地面积大，投资高。

图2 倾斜顺推往复列动式炉排工作原理

4.3 倾斜顺推往复式炉排

倾斜顺推往复式炉排指垃圾燃烧过程中垃圾的运动方向与炉排运动方向相同，炉排行向水平布置，整体向下倾斜，工作原理如图3所示。固定炉排和活动炉排以行为单位交错布置，活动炉排行向水平往复运动，炉排上的垃圾在重力和活动炉排列对垃圾层产生的水平推力共同作用下不停地向倾斜方向翻动，通过落差使垃圾产生混合搅拌，由此完成垃圾层的充分翻转、搅拌，使垃圾与空气充分接触，实现垃圾充分的燃烧。其优点是炉排面积大，炉排片载荷小、寿命长，漏渣量低，缺点是燃烧效率差，占地面积大，投资高。

图3 倾斜顺推往复式炉排工作原理

4.4 水平顺推往复式炉排

水平顺推往复式炉排指垃圾燃烧过程中垃圾的运动方向与炉排运动方向相同，炉排整体水平布置，工作原理如图4所示。固定炉排和活动炉排以行为单位交错向上倾斜布置，活动炉排行向倾斜向上往复运动，炉排上的垃圾在活动炉排的推动下不停地向后上方向翻动、搅拌和运送，使垃圾与空气充分接触，实现垃圾充分的燃烧。其优点是翻转搅拌能力强，通风效果好，燃烧均匀，缺点是输送能力差，占地面积大，投资高。

图4 水平顺推往复式炉排工作原理

4.5 倾斜多级往复式炉排

倾斜多级往复式炉排指垃圾燃烧过程中垃圾的运动方向与炉排运动方向相同，炉排行向水平布置，整体向下倾斜，工作原理如图5所示。它由多级倾斜的标准炉排组构成，每个标准炉排组都由固定炉排、滑动炉排和翻动炉排相互结合而成。滑动炉排推动垃圾层向炉排末端运动，而翻动炉排使垃圾变得膨松并充满空气，炉排上的垃圾在滑动炉排的共同作用下不停地向斜下方翻动、搅拌和运送，使垃圾与空气充分接触，实现垃圾充分的燃烧。其优点是翻转搅拌能力强，控制灵活，燃烧效果好，缺点是输送能力差，占地面积大，投资高。

图5 倾斜多级往复式炉排工作原

4.6 炉排技术对比

逆推式焚烧炉垃圾翻转搅拌能力强，占地面积小，适用于高热值、低水分垃圾的处理，在欧洲和日本垃圾分类效果好的国家市场占有率高；顺推式焚烧炉负荷调节能力强，占地面积大，更适用于我国低热值、高水分、分类效果较差的垃圾现状，主要技术对比如表1所示。

5 结论

本文介绍了机械炉排式焚烧炉国内外技术现状和发展趋势，总结分析了常用机械炉排式焚烧炉主要技术特点。现阶段，机械炉排式焚烧炉呈现多元化发展趋势，各炉排企业根据垃圾本身的特点及用户的需要，研发出不同类型的机械炉排焚烧炉。此外，本文还介绍了常用机械炉排焚烧炉的分类，详述了倾斜逆推往复式炉排、倾斜顺推往复行动式炉排、倾斜顺推往复列动式炉排、水平顺推往复式炉排、倾斜多级式炉排等常用机械炉排焚烧炉的工作原理和技术特点，并对其功能进行技术分析和对比，这有助于我国机械炉排式生活垃圾焚烧炉的设计、应用、研发和性能优化等。

1 林 武，康 锋，周志勇.垃圾焚烧发电厂炉排炉选型和设计研究[J].中国环保产业，2016，（8）：25-30.

2 刘 海，石成芳.生活垃圾焚烧炉炉排技术及其应用[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2011，13（3）：153-155.

3 聂永丰.国内生活垃圾焚烧的现状及发展趋势[J].城市管理与科技，2009，（3）：18-21.

4 唐国勇，赵 兵.垃圾焚烧炉炉排技术现状与应用探讨[J].工业锅炉，2011，128（4）：11-14.

5 严 密，熊祖鸿，李晓东，等.中美城市生活垃圾焚烧处置现状和发展趋势[J].环境工程，2014，（3）：87-91.

6 张 燕.我国垃圾焚烧现状及焚烧炉型的技术比较[J].中国资源综合利用，2015，（1）：33-35.

Research on Technology of Mechanical Grate Waste Incinerators

ZhaoXuping, Li Zhibo, Li Xuan
(Northern Heavy Industries Group Co., Ltd., Shenyang 110141, China)

Mechanical grate-type waste incineration power generation technology has many advantages, suitable for largescale treatment of non-classified high calorie value of municipal solid waste. This paper introduces the current situation,development trend and classification of the domestic and international technology of the mechanical grate type incinerator,summarizes and analyzes the main technical characteristics of the commonly used mechanical grate incinerator. Details of the five kinds of commonly used mechanical grate solid waste incinerator Working principle, and its function for technical analysis and comparison. This is an important reference value for the design, application, development and optimization of mechanical grate incinerator.

mechanical furnace; domestic waste; incinerator; working principle

X705

A

1008-9500(2017)09-0135-04

2017-07-22

本文系沈阳市科技计划项目“大型高效生活垃圾机械焚烧炉关键技术攻关”（项目编号：17-18-2-00）的阶段性研究成果之一。

赵绪平（1979-），男，山东单县人，硕士研究生，高级工程师，从事产品研发工作。