固废利用分析：炉排炉料层厚度及灰渣厚度调整装置及方法

查看全部 · 发表于 2021-3-30 20:08:41

垃圾焚烧发电较好地达到垃圾处理减量化、资源化和无害化的治理目标，目前世界各地应用的各种型号垃圾焚烧炉有200多种，应用广泛、具有代表性的垃圾焚烧炉技术主要有4大类，即：炉排型焚烧炉、流化床焚烧炉、回转窑焚烧炉、垃圾热解气化焚烧炉(CAO)。

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，是目前垃圾焚烧炉市场上的主导产品，其数量占全世界垃圾焚烧市场总量的80%以上。

该类炉型的最大优势在于技术成熟，运行稳定、可靠，适应性广，绝大部分固体垃圾不需要任何预处理可直接进炉燃烧。

机械炉排焚烧炉的运行原理：垃圾通过相关的控制和操作后，垃圾进入焚烧炉，经过干燥、燃烧和燃烬三个阶段，其中的有机物在高温下完全燃烧，排放的污染物有粉尘、HCl、SO2、NOx、重金属(Hg、Cd、Pb等)、多环芳烃和二噁英(Dioxin)，焚烧炉污染物的排放控制以二噁英控制最为重要。

目前对其在燃烧过程中生成的控制主要采用‘3T+E’的原则，即：炉温(temperature)、停留时间(time)、紊流程度(turbulence)和空气量(excessair)，可通过在燃烧中保持850～1000℃高温，并且烟气在高温下停留时间2s以上，烟气含O2在6%以上来实现。

满足3T+E其中很重要的一个因素是料层的厚度。不同的垃圾在炉内的厚度也不一致，司炉必须根据垃圾在炉内的焚烧效果，合理调整料层厚度才能使垃圾稳定燃烧。

一般干燥段和燃烧段，料层厚度约为0.6米-1.0米，燃尽段灰渣厚度约为0.2米-0.4米。厚度太大，可能导致燃烧不完全和不稳定，厚度太薄又会减少焚烧炉的处理量。

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不同结构炉排垃圾料层厚度也是不一样的，这要根据不同类型炉排而确定，除了动炉排片的运动频率外，需要采用相应的装置以更好的控制灰渣和料层厚度。
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几种垃圾料层及灰渣厚度控制调整装置与方法：

1回转式挡板装置：

该装置由1液压油缸，2曲柄，3转轴，4轴座，5挡板等部件组成，其中3转轴外圆与垃圾接触处焊接螺纹状切齿，5挡板为结构件与3转轴焊接。

通过5挡板相对于炉排在小于180°范围内的旋转，即可实现在垃圾焚烧炉的炉排上建立起不同的料层高度。

调节换向阀，1液压油缸尾端供油，前端回油，油缸活塞推动活塞杆向外伸展，则2曲柄带着3转轴旋转一角度，而3转轴的转动又即时带动了固定在其上的5挡板沿着逆时针方向旋转向上，5挡板在炉排上的相对高度增加，炉排上被阻挡的料层厚度增厚，从而能延长垃圾在炉排上的燃烧时间;反之，1液压油缸尾端回油，前端供油，则活塞杆缩回油缸，驱动2曲柄带着3转轴反向转动，固定在3转轴上的5挡板沿顺时针方向旋转向下，5挡板对垃圾的阻挡高度减小，料层高度下降。即司炉可通过控制1液压油缸活塞杆的行程位置而调整灰渣厚度和料层厚度。

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其特点是：

1.1结构简单，仅由液压油缸、曲柄、转轴、轴座和挡板等组成，驱动机构除了液压驱动机构也可以电力传动机构，或是气动机构。

1.2操作简便，根据炉内燃烧情况及信号反馈信息，远程控制油缸的行程及运动周期，当灰渣和料层偏厚时，挡板往顺时针方向转动，当灰渣和料层偏薄时则反之。

1.3灰渣块的破碎具有一定的效果，转轴外圆与垃圾接触处焊接螺纹状切齿。

1.4对灰渣和料层厚度的控制缺乏稳定性和及时性，当灰渣和料层厚度出现偏差时挡板转动，使得调整存在一定滞后性，以及料层不均匀。

2熔渣滚筒装置：

该装置由1熔渣滚筒，2棘轮，3轴座，4曲柄，5棘爪，6液压油缸等部件组成，其中1熔渣滚筒为外圆为一定规则凹凸形状的耐热铸钢圆筒，末级炉排片搭在圆筒外圆，并用带蝶形弹簧的拉杆拉紧。

1液压油缸往复运动，驱动4曲柄带动5棘爪运动，从而拨动2棘轮圆周运动，使1熔渣滚筒单转向圆周运动。故司炉可通过调节6液压油缸的往复运动频率，控制1熔渣滚筒转动速度大小控制灰渣厚度和料层厚度。

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其特点是：

2.1结构相对复杂，除了液压油缸、曲柄等，还运用了棘轮、棘爪驱动结构零件。

2.2操作简便，根据炉内燃烧情况及信号反馈信息，远程控制油缸往复运动频率。

2.3灰渣块的破碎效果良好，熔渣滚筒在转动时，末级炉排片在熔渣滚筒外圆凹凸状和带蝶形弹簧拉杆的作用下出现周期性震动，使得灰渣块易于破碎。

2.4对灰渣和料层厚度的控制有一定的稳定性和及时性，因熔渣滚筒连续转动，其转动周频率，能及时对灰渣和料层厚度做调整，且料层均匀。

3测厚仪装置

原理：通过在炉膛上安装垃圾厚度测量仪表，测量炉排上的垃圾厚度，根据蒸汽控制回路中计算出来的需要的垃圾的重量，得出垃圾的体积，根据炉排和推料器的尺寸得出垃圾给料的基准速度，进而得出推料器和各段炉排的基准速度;根据垃圾厚度的设定值与测量值的偏差，若测量的厚度值偏高，此时就要减慢推料器和干燥炉排的速度，同时增加燃烧炉排的速度;若测量的厚度值偏低，此时就要加快推料器和干燥炉排的速度，同时减慢燃烧炉排的速度，实现在生活垃圾热值偏低，热值变化时焚烧炉能够自动调节并稳定运行，提高焚烧炉自动燃烧控制，大幅减少运行人员的工作强度的目标。

其特点是：

3.1结构形式简单，只需在炉膛上安装垃圾厚度测量仪表，并将信号反馈至ACC控制系统，以此调节相关炉排速度，来调整灰渣和料层厚度，易存在料层厚度不均情况。

3.2仅具料层测厚信号反馈功能，且单个测点数据仅反应局部点厚度，具有一定局限性，采集数据亦易偏差。

3.3造价相对较高，需要根据炉排面积在炉膛多处安装测厚仪，测厚仪一般为耐高温防腐型进口仪表，且需要配置相应的冷却装置，造价较高。

3.4无灰渣破碎功能，灰渣块的破碎仍需其他破碎装置。

以上三种灰渣与料层控制调整方法中：回转式挡板装置结构简单，操作简便，转轴外圆切齿对灰渣块起到一定的破碎作用，能够对灰渣和料层厚度较好的控制调整，但调整存在料层厚度不均匀性和滞后性;测厚仪装置能够直观的显示厚度并反馈信号至ACC控制系统，控制炉排运行速度实现，但存在数据偏差，仪表昂贵，无灰渣块破碎功能，且易造成料层厚度不均等情况;熔渣滚筒装置虽然相对回转式挡板装置结构复杂，但操作简便，对灰渣和料层厚度控制调整及时、稳定，保持料层厚度均匀，且对灰渣块破碎具有良好的效果，造价低。

综和经济性及控制调整效果，我及团队选择采用对灰渣和料层厚度及均匀性控制调整相对较好的熔渣滚筒装置，并研究和突破了熔渣滚筒装置中的技术关键点：

3.4.1各列炉排中熔渣滚筒之间的同轴度。同轴度低，熔渣滚筒轴套磨损快，影响使用寿命;严重时造成卡滞不转，破坏炉排支架结构及其性能强度。

3.4.2带蝶形弹簧拉杆对末级炉排片的拉力分析。拉力小时，熔渣滚筒在转动时，末级炉排片震动幅度小，灰渣破碎效果不好，且末级炉排片与熔渣滚筒之间贴合不紧密而易落灰;拉力大时，末级炉排片和熔渣滚筒之间摩擦力增大，炉排片磨损快，且蝶形弹簧因受力大寿命下降，以致增加停炉检修周期频率。

3.4.3驱动中心轴与轴套、轴座之间材料选择及配合公差。此项决定了备件及其更换频率。

3.4.4熔渣滚筒引风冷却。熔渣滚筒表面的温度达400～600℃，表面为耐热铸钢件，而内部因加工和成本而选择非耐热钢材，需要对内部包括轴、轴座、轴套进行引风冷却降温，以保证正常使用及寿命。