大型机械炉排炉膨胀补偿结构设计

严梦帆

（上海康恒环境股份有限公司，上海　201703）

大型机械炉排炉膨胀补偿结构设计

严梦帆

（上海康恒环境股份有限公司，上海201703）

介绍了大型机械炉排炉概况及技术风险，着重指出了热膨胀风险，给出了正常运行情况下的膨胀量计算方法，并提出了膨胀补偿解决方案；结合实际提出了一种适用于垃圾焚烧大型机械炉排的膨胀补偿结构，该结构在有效补偿整体结构的膨胀同时，还能防止膨胀缝的渗沥液渗漏，并配以风冷防止补偿结构的烧损，且安装简便，易于拆装。

垃圾焚烧；大型机械炉排炉；膨胀补偿

1　大型机械炉排炉概况、技术风险与解决方法

1.1大型机械炉排炉概况

大型垃圾焚烧炉一般是指单条线额定处理能力在750 t/d及以上的焚烧炉。流化床式和回转窑式由于其本身技术及结构特点限制，都无法实现大型化应用，所以大型垃圾焚烧炉主要指机械炉排炉［1］。机械炉排炉采用层状燃烧方式。燃烧时可根据垃圾焚烧状况，调整炉排运行速度；炉排存在一定倾角，有利于燃烧及排渣；炉排燃烧接触面布置炉排块，炉排块选用耐高温、耐磨、耐腐蚀和抗冲击的材料，并在表面设置通风孔，满足风量要求且不易造成堵塞及漏灰。

1.2大型化的技术风险［2-3］

1）体积庞大，结构复杂。大型化机械炉排炉，伴随着处理量的增加，炉排面积也随之增加。炉排整体结构尺寸变大，驱动结构更复杂。热膨胀对驱动系统造成卡涩风险也随之增大。

2） 宽度较宽，易给料不均。由于大型化增加了炉排宽度、炉排面积、炉膛尺寸，垃圾料斗宽度、推料器宽度和炉排宽度相等，所以料斗宽度及推料器宽度也随之增加，过宽的宽度容易造成推料器给料不均匀，从而导致炉排布料不均匀，垃圾层厚存在差异，影响焚烧炉稳定燃烧。

1.3解决方法

推料器和炉排布置更多独立单元，推料器和炉排宽度方向上分为左中右3个部分，分别以独立驱动系统驱动，当垃圾层厚不同或燃烧状况存在差异时，可分别调整推料器及炉排运行速度，使宽度方向上垃圾布料均匀，燃烧更稳定。随之而来的各独立单元之间的膨胀补偿也显得更为重要。

2　大型机械炉排炉运行状况下的热膨胀

机械炉排长度方向通常分为3段：干燥、燃烧、燃尽。为了考虑到排渣效果，通常有固定角度的倾斜。大型化需增加炉排整体面积，无外乎增加炉排长度或宽度，但由于长度方向有固定角度的倾斜，长度增加会增高整体土建高度，从而大大提高土建投资成本，所以通常使用增加宽度的方式来增加整体面积。

大型垃圾焚烧炉炉排宽度可达9 m以上。由于长度方向基本保持不变，且已有特定的膨胀补偿吸收装置，所以笔者主要介绍宽度方向的膨胀补偿吸收结构。炉排宽度方向线性膨胀量按公式（1）计算：

△l=α×△t×l

式中：△l为线性热膨胀量（mm），α为线膨胀系数（mm/（℃·m）），△t为测量对象与大气温度（20℃）之差（℃），l为测量对象在20℃时的长度（mm）。

炉排运行状况下，炉排表面温度小于450℃，炉排宽度大于9 m，取α=0.013 mm/（℃·m），计算出膨胀量△l可达50 mm以上。若仅考虑以暴露的膨胀缝的方式吸收，会造成炉排的大量漏灰。

3　热膨胀补偿结构的设计需解决的问题

3.1材料选用

焚烧炉工况［4］：由于垃圾中含水率高达50%，燃烧时垃圾层厚度在500 mm左右，炉排表面温度在200～450℃，且垃圾中含有腐蚀性较强的渗沥液，炉排长度方向上干燥、燃烧、燃尽3段间存在1.2 m左右落差墙，垃圾从落差墙跌落时起到松散效果，但对膨胀结构会产生冲击。所以需选用一种耐高温、耐磨、耐腐蚀和抗冲击的材质。

3.2渗沥液防漏［5］

渗沥液是指堆积的准备用于焚烧的垃圾渗漏出的一种高浓度的有机废水，含有多种污染物，且浓度变化往往很大，包括耗氧有机污染物、金属离子、氨氮、有毒有害有机污染物等，水质十分复杂。渗沥液对炉排框架具有较强腐蚀性和粘度，易与灰渣混合成为固体渣块，落入膨胀缝或驱动机构，造成设备卡涩，甚至损坏。

3.3安装方式

安装中需考虑的问题有：①由于宽度方向上设置多道膨胀缝，且各炉排单元之间完全独立，导致膨胀缝2侧高度存在差异，安装后需考虑整个补偿结构在倾斜安装情况下的密封效果；②以宽度方向各单元间设立2条膨胀缝为例，膨胀量在50 mm以上，则单条膨胀缝约30mm，补偿装置需在热膨胀后留有一定的膨胀滑移空间，而不造成卡涩；③由于各炉排单元自重都有数十吨，如果使用先装一侧单元，再装补偿装置，然后再装另一侧单元炉排的方式，安装后微调困难，安装过程吊装难度较大，所以需考虑一种较简易，即插即装且固定可靠的安装方式。

4　补偿装置的设计方案及基本结构

4.1设计方案

1）大型机械炉排炉宽度一般不小于9 m，可采用中间设立多道膨胀缝的形式。膨胀缝上设置中部炉排盖板。由于中部炉排盖板直接与垃圾接触，且在炉膛中燃烧，所以选用耐高温、耐磨、耐腐蚀和抗冲击的高铬铸钢材质，布氏硬度HBW≈350。

2） 在膨胀缝上铺设有单侧固定的不锈钢板，起到密封且有利于热膨胀后的滑移作用。

3）考虑到安装简便，中部炉排盖板在竖直方向上分为长度相等的单元组件，下设有特殊卡板，使用旋转插入方式安装；为了防止高温对中部炉排盖板的烧损，盖板设置为半圆形截面，并且直通空冷梁，各盖板及不锈钢板形成空腔，冷却空气吹入，起到空冷效果。

4.2补偿装置基本结构

由侧面炉排块（即中部炉排）、顶端中部炉排盖板及下部密封板（不锈钢板）组成。膨胀缝2侧框架上布置有侧面炉排块，成方型内空结构，顶部宽度略大于膨胀缝宽度，内空部设有卡板。顶端盖瓦上部成半圆柱体状，内部成弧形空腔，中间为竖直筋板，下部有特殊形状卡板。下部密封板为单侧可固定不锈钢板。安装时只需膨胀缝上先铺设下部密封板，然后安装侧面炉排块，最后旋转顶端中部炉排盖板，插入膨胀缝，卡入卡槽便可固定。其剖面结构见图1，实物见图2。

图1　膨胀补偿结构剖面示意

图2　膨胀补偿结构实物

5　结论

该大型机械炉排炉膨胀补偿结构的优点在于下部密封不锈钢板可防止渗沥液及垃圾掉入膨胀缝；侧面炉排块及顶端中部炉排盖板安装后形成空腔，可直接连通通风梁有利于补偿装置冷却，从而延长补偿装置使用寿命；旋转式插入的方式安装简便，易于拆装，下部特制卡板结构也可保证护板在安装后固定牢靠。该结构完全可以把大型机械炉排分拆成符合膨胀量的多个并排模块，解决了大型、甚至特大型机械炉排炉热膨胀问题。

［1］ 生活垃圾焚烧炉及余热锅炉：GB/T 18750—2008［S］.北京：中国标准出版社，2008.

［2］ 陈善平，孙向军，宋尧，等.国内垃圾焚烧炉排炉单炉规模750 t/d可行性研究［J］.中国高新技术企业，2010，151（16）：88-90.

［3］ 石成芳，刘海.特大型机械炉排炉技术及其应用［J］.三峡环境与生态，2013，35（2）：21-23.

［4］ 林海，马晓茜，余昭胜.大型城市生活垃圾焚烧炉的数值模拟［J］.动力工程学报，2010，30（2）：128-132.

［5］ 宋灿辉，吕志中，方朝军.生活垃圾焚烧厂垃圾渗滤液处理技术［J］.环境工程，2008（S1）：148-150.

Design of Expansion Compensation Structure in Large-scale Mechanical Grate Waste Incinerator

Yan Mengfan
（Shanghai SUS Environment Engineering Co.Ltd.，Shanghai201703）

We introduced the general situation and technical risks of large-scale mechanical grate waste incinerator，emphasized the risk of thermal expansion and gave the calculating method of expansion volume under normal operation.We also put forward the solution of expansion compensation.According to the actual conditions，an expansion compensation structure in large-scale mechanical grate waste incinerator wasgiven.The structure could absorb the whole thermal expansion effectively，at the same time it also could prevent leakage of leachate from the joint.By air cooling，the structure was well protected from burning.It wasalso easy to assemble and disassemble.

waste incineration；large-scale mechanical grate waste incinerator；expansion compensation structure

X705；TK175

A

1005-8206（2016）04-0056-03

2016-01-19

严梦帆（1987—），注册二级建造师，研究方向为垃圾焚烧炉机械炉排。