瞿兆舟

（上?？岛悱h(huán)境股份有限公司，上?！?00040）

生活垃圾焚燒爐爐膛設(shè)計(jì)分析

瞿兆舟

（上?？岛悱h(huán)境股份有限公司，上海200040）

針對(duì)VONROLL-日立造船-上?？岛闵罾贌隣t的爐膛設(shè)計(jì)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算和分析。在燃燒爐排左右側(cè)墻設(shè)置空冷壁，在焚燒爐前后拱分別采用全絕熱、半絕熱和全水冷壁結(jié)構(gòu)的3種情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，得到不同垃圾低位熱值下的一次燃燒室、二次燃燒室爐膛溫度，對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而總結(jié)出一定條件下不同垃圾焚燒爐爐膛設(shè)計(jì)原則。

康恒環(huán)境；生活垃圾；焚燒爐；爐膛設(shè)計(jì)

城市生活垃圾焚燒技術(shù)因其良好的減量化、資源化和無害化效果，在我國得到較快的發(fā)展，目前已投入運(yùn)行的爐排式生活垃圾焚燒廠已達(dá)數(shù)百個(gè)，但在對(duì)國內(nèi)多座生活垃圾焚燒廠進(jìn)行調(diào)查后，發(fā)現(xiàn)隨著城市生活垃圾熱值的增長，已經(jīng)有一些焚燒廠開始出現(xiàn)爐膛高溫結(jié)焦或焚燒煙溫過高從而造成受熱面結(jié)焦的現(xiàn)象。為研究垃圾低位熱值與爐膛結(jié)焦、煙氣溫度超溫之間的關(guān)系，以在我國應(yīng)用十分廣泛的VONROLL-日立造船-康恒環(huán)境的焚燒爐排技術(shù)為例進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和分析，以期為城市生活垃圾焚燒爐的爐膛設(shè)計(jì)提供參考。

1　設(shè)計(jì)基礎(chǔ)條件

單臺(tái)焚燒爐規(guī)模 400 t/d；入爐垃圾焚燒量16.67 t/h（400 t/d）；焚燒爐形式為VONROLL-日立造船-康恒環(huán)境機(jī)械往復(fù)式爐排爐；左右側(cè)墻采用空冷磚墻結(jié)構(gòu)，冷卻風(fēng)量為13 600 m3/h，冷卻風(fēng)入口溫度為室溫，出口溫度為95℃；一、二次風(fēng)溫度根據(jù)入爐垃圾低位熱值自動(dòng)調(diào)節(jié)，風(fēng)溫調(diào)節(jié)曲線如圖1所示；對(duì)于配置了余熱鍋爐的焚燒爐，鍋爐第一煙道左右側(cè)面的水冷壁向下布置不超過二次風(fēng)的噴射點(diǎn)。

圖　一、二次風(fēng)溫度變化曲線

2　爐膛設(shè)計(jì)與計(jì)算

2.1全絕熱爐膛設(shè)計(jì)

全絕熱爐膛設(shè)計(jì)指的是左右側(cè)墻采用重型爐墻結(jié)構(gòu)（其中燃燒爐排段上左右側(cè)墻的部分區(qū)域采用空冷耐火磚墻結(jié)構(gòu)），一次燃燒室前后拱采用絕熱耐火材料而不設(shè)置水冷壁。

在全絕熱爐膛的條件下，分別對(duì)不同低位熱值情況下的一次燃燒室溫度和二次燃燒室溫度進(jìn)行計(jì)算，設(shè)置的基礎(chǔ)條件如下。

1）不同低位熱值垃圾的三成分，如表1所示。

表1　不同低位熱值垃圾三成分設(shè)定

2）不同低位熱值垃圾的元素分析，如表2所示。

表2　不同低位熱值垃圾元素分析

3） 對(duì)于不同低位熱值垃圾的燃燒條件，一、二次風(fēng)溫度按圖1的曲線選??；一次風(fēng)的過量空氣系數(shù)根據(jù)不同的低位熱值選擇合適的數(shù)值；為便于比較，二次燃燒室出口的氧氣濃度統(tǒng)一按6%（濕基）設(shè)置。通過數(shù)值模擬和設(shè)計(jì)計(jì)算，得到的結(jié)果如表3所示。

表3　全絕熱爐膛燃燒室溫度

2.2半絕熱爐膛設(shè)計(jì)

半絕熱爐膛設(shè)計(jì)指的是左右側(cè)墻采用重型爐墻結(jié)構(gòu)（其中燃燒爐排段上左右側(cè)墻的部分區(qū)域采用空冷耐火磚墻結(jié)構(gòu)），一次燃燒室前拱采用水冷壁結(jié)構(gòu)（水冷壁靠煙氣側(cè)鋪設(shè)耐火澆注料），后拱靠上部的一部分采用水冷壁（水冷壁靠煙氣側(cè)鋪設(shè)耐火澆注料），靠下的部分采用絕熱耐火材料而不設(shè)置水冷壁，半絕熱爐膛結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　半絕熱爐膛結(jié)構(gòu)示意

在半絕熱爐膛的條件下，分別對(duì)不同低位熱值情況下的一次燃燒室溫度和二次燃燒室溫度進(jìn)行計(jì)算，設(shè)置的基礎(chǔ)條件：①不同低位熱值垃圾的三成分按照表1。②不同低位熱值垃圾的元素含量按照表2。③對(duì)于不同低位熱值垃圾的燃燒條件，一、二次風(fēng)溫度按圖1的曲線選?。灰淮物L(fēng)的過量空氣系數(shù)根據(jù)不同的低位熱值選擇合適的數(shù)值；為便于比較，二次燃燒室出口的氧氣濃度統(tǒng)一按6%（濕基）設(shè)置。

通過數(shù)值模擬和設(shè)計(jì)計(jì)算，得到的結(jié)果如表4所示。

表4　半絕熱爐膛燃燒室溫度

2.3全水冷壁爐膛設(shè)計(jì)

全水冷壁爐膛設(shè)計(jì)指的是左右側(cè)墻采用重型爐墻結(jié)構(gòu)（其中燃燒爐排段上左右側(cè)墻的部分區(qū)域采用空冷耐火磚墻結(jié)構(gòu)），一次燃燒室前拱采用水冷壁結(jié)構(gòu)（水冷壁靠煙氣側(cè)鋪設(shè)耐火澆注料），后拱也采用水冷壁結(jié)構(gòu)（水冷壁靠煙氣側(cè)鋪設(shè)耐火澆注料），全水冷壁爐膛結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　全水冷壁爐膛結(jié)構(gòu)示意

在全水冷壁爐膛的條件下，分別對(duì)不同低位熱值情況下的一次燃燒室溫度和二次燃燒室溫度進(jìn)行計(jì)算，設(shè)置的基礎(chǔ)條件：①不同低位熱值垃圾的三成分按照表1。②不同低位熱值垃圾的元素含量按照表2。③對(duì)于不同低位熱值垃圾的燃燒條件，一、二次風(fēng)溫度按圖1的曲線選??；一次風(fēng)的過量空氣系數(shù)根據(jù)不同的低位熱值選擇合適的數(shù)值；為便于比較，二次燃燒室出口的氧氣濃度統(tǒng)一按6%（濕基）設(shè)置。

通過數(shù)值模擬和設(shè)計(jì)計(jì)算，得到的結(jié)果如表5所示。

表5　全水冷壁爐膛燃燒室溫度

3　計(jì)算結(jié)果與分析

3.1全絕熱爐膛

通過對(duì)表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，采用全絕熱爐膛結(jié)構(gòu)，入爐垃圾低位熱值達(dá)到3 762 kJ/kg時(shí)即能夠滿足二次風(fēng)噴入點(diǎn)之后煙氣溫度在850℃以上的停留時(shí)間超過2 s；隨著垃圾低位熱值的提升，當(dāng)?shù)臀粺嶂颠_(dá)到5 434～5 852 kJ/kg時(shí)，爐膛開始出現(xiàn)超溫的現(xiàn)象，當(dāng)?shù)臀粺嶂颠_(dá)到7 106 kJ/kg時(shí)，爐膛出現(xiàn)嚴(yán)重的超溫。

3.2半絕熱爐膛

通過對(duì)表4的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，采用半絕熱爐膛結(jié)構(gòu)，入爐垃圾低位熱值達(dá)到4 180 kJ/kg時(shí)即能夠滿足二次風(fēng)噴入點(diǎn)之后煙氣溫度在850℃以上的停留時(shí)間超過2 s；隨著垃圾低位熱值的提升，當(dāng)?shù)臀粺嶂颠_(dá)到6 688 kJ/kg時(shí)，爐膛開始出現(xiàn)超溫的現(xiàn)象，當(dāng)?shù)臀粺嶂颠_(dá)到7 524 kJ/kg時(shí)，爐膛出現(xiàn)明顯的超溫。

3.3全水冷壁爐膛

通過對(duì)表5的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，采用全水冷壁爐膛結(jié)構(gòu)，入爐垃圾低位熱值達(dá)到4 598 kJ/kg時(shí)能夠滿足二次風(fēng)噴入點(diǎn)之后煙氣溫度在850℃以上的停留時(shí)間超過2 s；隨著垃圾低位熱值的提升，當(dāng)?shù)臀粺嶂颠_(dá)到7 524 kJ/kg時(shí)，爐膛略微超溫。

4　結(jié)論與展望

4.1不同爐膛設(shè)計(jì)原則

對(duì)于一定條件下的生活垃圾焚燒爐的爐膛設(shè)計(jì)，當(dāng)生活垃圾低位熱值預(yù)期在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)均低于5 434 kJ/kg時(shí)，宜采用全絕熱爐膛；當(dāng)生活垃圾低位熱值預(yù)期在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)處于4180～6688 kJ/kg時(shí)，宜采用半絕熱爐膛；當(dāng)生活垃圾低位熱值目前或很快就將超過4 598 kJ/kg，并且未來很可能會(huì)超過6 688 kJ/kg時(shí)，宜采用全水冷壁爐膛。

4.2關(guān)于爐膛設(shè)計(jì)與焚燒爐運(yùn)行

在爐膛設(shè)計(jì)模擬計(jì)算中，設(shè)置了一些前提條件，實(shí)際上在實(shí)際運(yùn)行或者具體的設(shè)計(jì)中，也可以對(duì)其中的部分條件進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖儯热缦嗤臀粺嶂迪吕某煞?、一次風(fēng)溫度、二次風(fēng)溫度、一次風(fēng)過量空氣系數(shù)、煙氣的含氧量、空冷壁的通風(fēng)量、半絕熱面積比例和耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)等，在這些條件發(fā)生變化時(shí)，情況也會(huì)發(fā)生變化，但總體而言，3種爐膛設(shè)計(jì)其特點(diǎn)的相對(duì)趨勢是不變的。

4.3關(guān)于爐膛設(shè)計(jì)的變遷與展望

在我國剛開始建設(shè)垃圾焚燒廠時(shí)，生活垃圾低位熱值一般比較低，有些廠出現(xiàn)了投產(chǎn)時(shí)垃圾燒不起來的情況，因此，早期的垃圾焚燒廠設(shè)計(jì)的低位熱值一般較低，采用的爐膛一般也是全絕熱爐膛。隨著城市和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國生活垃圾中可燃分比例逐步提升，低位熱值也逐步提升，開始出現(xiàn)一些半絕熱形式的爐膛設(shè)計(jì)。到最近3～5 a，特別是在沿海發(fā)達(dá)地區(qū)，生活垃圾熱值已經(jīng)到了一個(gè)比較高的水平，有些生活垃圾焚燒廠的垃圾低位熱值甚至能達(dá)到7106 kJ/kg以上，而且還處于上升趨勢。

可以預(yù)測，未來在我國，焚燒廠采用全絕熱爐膛設(shè)計(jì)的將會(huì)越來越少，而采用半絕熱和全水冷壁設(shè)計(jì)的焚燒廠會(huì)越來越多。垃圾焚燒爐的爐膛設(shè)計(jì)，取決于當(dāng)前的垃圾特性以及對(duì)未來垃圾特性趨勢的預(yù)測，根據(jù)不同的情況應(yīng)選用不同的爐膛形式。

Design Calculation and Analysis of Domestic Waste Incinerator Chamber

Qu Zhaozhou
（Shanghai SUS Environment Co.Ltd.，Shanghai200040）

The waste incinerator chamber of VONROLL-Hitachi Zosen-Shanghai SUS was designed，calculated and analyzed.Air-cooled brick wall wasinstalled on both sidesof burning grate.The design calculation wascarried out in three cases which the fully adiabatic，semi adiabatic and fully water cooled wall structureswere applied respectively in front and back arch of the incinerator，resulting in different furnace temperature of primary and secondary combustion chamber under different refuse lower heat value.Through analyzing the temperature data，the design principles of different incinerator chambersin different conditionswere summarized.

SUS environment；domestic waste；incinerator；chamber design

·工程應(yīng)用·

X799.3；TK175

B

1005-8206（2016）04-0061-04

2015-12-16

瞿兆舟（1982—），工程師，主要從事環(huán)保設(shè)備的成套工作。