生活垃圾焚烧发电项目垃圾焚烧炉的选型

杨建楠

(中国电力建设工程咨询有限公司，北京 100120)

生活垃圾焚烧发电项目垃圾焚烧炉的选型

杨建楠

(中国电力建设工程咨询有限公司，北京 100120)

本文通过对机械炉排焚烧炉、流化床炉排炉、回转窑焚烧炉等不同焚烧炉型特点的比较分析，论证了在我国建设生活垃圾焚烧发电项目焚烧炉选型的基本要点。并针对国内外应用较广的几种机械炉排炉技术特点做了说明。

生活垃圾焚烧发电；焚烧炉；机械炉排炉。

1 概述

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。

2 不同焚烧炉技术对比

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》(GJJ 90－2009)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)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。

(2)所选锅炉应适合特大类、Ⅰ类、Ⅱ类垃圾焚烧厂。

特大类垃圾焚烧厂：全厂总焚烧能力2000 t/d及以上。

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

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

(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2 s。(避免二噁英产生)

(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。

(5)焚烧炉有超负荷处理能力，垃圾进料应可调节。

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。

2.1 机械炉排焚烧炉

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。

2.1.1 机械炉排炉的优点

(1)单台炉的处理量大，国内目前已有800 t/d的焚烧炉运行业绩，最大可达1200 t/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)一般情况下，无需添加辅助燃料即可使炉内烟气温度在850℃的条件下滞留时间不小于2 s。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8000 h/a以上。

2.1.2 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。

2.2 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6000～8000 h。

2.3 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。

表1 几种焚烧炉技术特点对比

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和飞灰处理费用，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。

3 主要机械炉排炉选型

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

3.1 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。

3.2 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＜3 g/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。

3.3 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3 SEGHERS(西格斯)焚烧炉(1)

图4 SEGHERS(西格斯)焚烧炉(2)

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。

3.4 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。

图5 TAKUMA－SN焚烧炉

干燥炉排设计成8°的倾斜角，干燥炉排与燃烧炉排间有650 mm的落差，燃烧炉排与燃烬炉排间有500 mm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，一个在燃烬阶段，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，使拉圾高效燃烧。

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。

4 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。

[1]杨宏毅．中国城市垃圾焚烧处理厂建设和运营现状[R]．北京：中国·城市建研究院，2009．

[2]国家发展改革委，住房城乡建设部．“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划[Z]．北京，2016．

Type Selection of the Garbage Incinerator for Project Generating Electricity Throug Refuse Household Garbage

YANG Jian-nan
(China Electric Power Construction Engineering Consulting Co.,Ltd., Beijing 100120, China)

By comparing the characteristics amongstoke grate incineration technology, fluidized bed incineration technology androtary kiln incineration technology,this paper demonstrates the selectionof the incinerator. Moreover, there illustrates the stoke grate incinerator by differentsuppliers.

USW incineration plants; incinerator; stoke grate.

TM619

B

1671-9913(2017)04-0071-05

2017-02-01

杨建楠(1987- )，男，北京人，硕士，工程师，从事火力发电及新能源发电项目管理工作