摘要：通过对机械炉排炉关键技术的研究，掌握炉排设计技术，提出炉排设计改进意见。 关键词：城市生活垃圾；机械炉排炉；关键技术
（Abstract ：Through the research on the key technology of mechanical grate furnace grate，master the design technology, and put forward the design improvements.
Keywords：city domestic waste；mechanical grate；key technology
中图分类号： [X705]文献标识码：A 文章编号：
随着国内城镇化的快速发展，采用露天填埋处理生活垃圾由于占用土地资源多、垃圾降解时间长、渗沥液污染地下水资源等问题已经不能满足城市发展需要。近年来，随着国家大力提倡绿色发展，建设资源节约型、环境友好型社会。能够节约土地资源、将垃圾处理无害化、减量化和资源化的垃圾处理方式-垃圾焚烧处理应用越来越广。
机械炉排炉是垃圾焚烧处理最常用的处理设施，占有国内80%的市场份额。随着国外先进技术引进，我国炉排炉技术应用开始普及，但是距离国际水平还存在一定差距，国内大型炉排炉仍然采用进口。通过对机械炉排炉关键技术的研究，找出适合国内设计制造的炉排炉技术，使机械炉排炉焚烧技术完善可靠，运行维护更加方便。
1机械炉排炉焚烧系统
1.1炉排炉特点
焚烧炉燃烧装置主要有炉排式、流化床式、回转炉式，其中炉排炉技术是目前业绩最多、最稳定的应用技术。
机械炉排采用活动炉排，使焚烧连续化、自动化运行，炉排形式主要有：逆推炉排、顺推炉排、往复翻动等。炉排炉包含干燥炉排、燃烧炉排、燃烬炉排三个区域，由给料装置提供生活固体垃圾，通过移动炉排使固体垃圾经过干燥段、燃烧段、燃烬段完成燃烧。
垃圾进入焚烧炉后，为了使垃圾可燃物质和有害物质在高温下完全分解，炉内温度达到850℃-1050℃。城市生活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，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，垃圾完全变成灰渣，垃圾处于降温过程，最后通过溜槽进入排渣机处理后，进入渣坑，垃圾燃烧整个流程完成。
为了保证垃圾的充分燃烧，同时保证垃圾中燃烧产生的有毒气体（特别是二噁英）完全分解，保证烟气和垃圾在炉内的停留时间决定了炉体的尺寸，是设计的关键因素，烟气温度不低于850℃，同时停留2S是垃圾焚烧必须满足的工艺要求。
1.2 国外技术
国外炉排炉的发展起步早，通过多年的技术积累，在欧美等国家已经广泛使用，单台最大处理量已经达到1200t/d。著名炉排有日本三菱重工-马丁炉排炉、日本田熊SN型炉排、日立造船VONROLL炉排、日本荏原的HPCC（High Pressure Combustion Control）炉排、日本杰富意JFE (Hyper Stoker) 超级往复式炉排、比利时（SEGHERS）炉排、意大利英波基洛公司STEINMULLER炉排等。几种主要机械炉排简述如下：
JFE (Hyper Stoker) 超级往复式炉排
杰富意(JFE)的炉排焚烧炉技术是在1970年从丹麦Volund公司引进的，采用倾斜顺推，其技术特点为：
（1）超级往复移动炉排面积大，分三段布置，其中干燥段、燃烧段具有一定的倾斜角度，燃烬段水平布置，有利于充分燃烧。
（2）中间隔板产生二次回流充分燃烧，对干燥段具有较强的辐射作用，稳定燃烧降低氮氧化物与二噁英。
（3）混合式自动燃烧控制系统具有较高的稳定性。
（4）焚烧炉采用低空气比燃烧技术，能够减少废气的排放量和环境污染，并提高余热回收率和发电效率。
意大利STEINMULLER炉排
意大利英波基洛公司STEINMULLER炉排，采用倾斜顺推，其特点为：
（1）整个炉排系统垂直于垃圾运动方向分成五组炉排，每组炉排有独立的液压驱动单元，单个炉排运动速度和进风量都可以单独调节，确保燃烧的灵活性。
（2）炉排设有两个阶梯，一般设在第二和第三炉排以及第四和第五炉排间，这样有利于垃圾的干燥着火，并使燃烧过程中垃圾能够得到充分的搅拌。
（3）整个炉排系统由四根拉杆悬吊，这样在运行过程中能有效减少热位移。
（4）炉排冷却方式为风冷，如果将来垃圾热值升高，炉排系统也可以改为水冷。
三菱重工马丁炉排
三菱重工在七十年代引进德国马丁公司的技术，采用倾斜逆推，其特点为：
（1）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。
（2）炉排推动时，炉排均能做到四周呈相对运动，可使粘结在炉排通风口上的一些低熔点熔融物质吹走，保持良好的通风条件。
（3）由于逆向推动可相应延长垃圾在炉内的停留时间，因此在处理能力相同的情况下，炉排面积可以小于顺推炉排。
（4）燃烧空气采用蒸汽加热到200℃，当垃圾热值低于设计热值时，也可采用辅助燃烧器来加热空气。
日本田熊SN型炉排
田熊SN型炉排，干燥段采用倾斜顺推，燃烧段采用水平顺推，其技术特点为：
（1）在往复炉排的基础上新改良开发的新型炉排—SN型炉排，设置两个阶梯，使垃圾在炉内翻滚并燃烧；
（2）具有较高的炉内通风能力，供气管不受垃圾层厚度的影响，它与各炉体组合，来均衡地提供空气。
（3）高耐久力：在每个炉条后有鳍状物，用来提高炉条降温效率，这样可以阻止炉条燃烧。炉条采用特殊难熔的铸钢来制造。
（4）燃烧过程采用四个驱动单位，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。
日立造船VONROLL炉排技术
日立造船VONROLL炉排采用倾斜顺推，其技术特点为：
（1）炉排分活动梁和固定梁，通过活动梁的动作，炉排反复进行前进、后退动作。同时增加了剪切刀，增加了对垃圾的剪切破碎效果。
（2）通过炉排的动作和炉排之间的落差，对垃圾进行松散和搅动，使垃圾充分燃烧，保证热灼减率。
（3）一次风从活动炉排和固定炉排之间以及设置在炉排片上的通风孔均匀地吹出，进行炉排冷却和助燃。
荏原HPCC炉排
所谓HPCC，即指高速(压)燃烧型炉排，采用了水平顺推，主要技术特点为：
(1) 炉排整体的安装角度为水平、可动炉排上倾20度角的斜上推动作用可确保垃圾的翻转、搅拌、打散，使燃烧控制简便。
(2) 无间隙的横向炉排。燃烧空气均等而全面地吹出，不会出现局部偏漏现象。
(3) 确保对垃圾层的控制，保证最佳燃烧状态。根据垃圾品质、垃圾量以及燃烧控制，炉排整体运行稳定。
(4) 利用炉排热膨胀吸收装置，恰当地吸收炉排片的热膨胀，不会对炉排的动作产生约束，同时炉排片间的缝隙能够经常地保持均匀，减少炉排片之间的磨损，增加炉排片的使用寿命。
国外炉排在国内应用过程中，针对城市垃圾高水分、高灰分、热值低、不稳定的特点，炉排均采用了4段或5段设计，保证垃圾能够有效的烘干、燃烧、燃烬；炉排采用独立驱动，能够通过自动控制程序根据垃圾特性调节燃烧速度；炉排段采用落差设计，保证垃圾翻滚，从而达到充分燃烧；炉排底部采用预热空气加热，起到烘干垃圾和冷却炉排作用，部分能够采用水冷技术。因此，在国内垃圾焚烧炉炉排应用上，对以上关键技术的实施，尤其关键。
2机械炉排关键技术
通过对机械炉排特征的了解和对国外炉排炉技术特征的分析，垃圾焚烧厂中炉排炉设计及运行中关键技术如下：
合理设计干燥段炉排、燃烧炉排、燃烬段长度及落差设计
国内城市生活垃圾普遍存在低热值、高水分特点，并且在南北城市、冬季夏季城市生活垃圾也存在特性差别大的问题，因此，通过炉排干燥段、燃烧段、燃烬段长度比例设置以及炉排断差设置，使垃圾烘干、燃烧、燃烬，满足炉内温度合理分布，同时满足850℃、2S的要求。
自动燃烧控制技术ACC（Auto Combustion Control）工艺优化
城市生活垃圾焚烧厂都配备了ACC系统，ACC系统主要用于确保焚烧炉运行的协调性，提高运行管理水平和检修效率，从而保证焚烧炉焚烧炉、蒸汽量、排放标准达到设计保证值。当进入炉排炉垃圾不稳定情况，通过ACC系统掌握炉排炉的运行情况，从而对炉排炉的调节，保证炉排炉运行稳定，防止出现烟气温度过低、过高等温度，从而保证系统稳定运行。
炉排片的设计和制造
炉排片多采用合金铸钢材料，炉排不仅承受较高热应力和机械磨损，还承受垃圾的腐蚀，炉排片是垃圾焚烧的核心部件。虽然我国现有运行一定数量炉排炉，但是早期炉排多采用进口件，因此采用国内采购的合金铸钢件能不能达到设计要求，同时满足垃圾焚烧厂的运行维护要求，是保证焚烧厂稳定运行的必要条件。炉排片既要满足炉排炉耐温、耐磨要求，同时保证正常运行的加工精度，设计合理的炉排形状，保证其合理的温度分布，防止局部热应力过大。炉排片和分隔的铸铁件都采用含Cr、Ni、Mo等合金元素的耐热、耐蚀、耐磨铸件，使用寿命长。炉排片的侧面和上表面经过精加工，有效避免了磨损，同时活动炉排和固定炉排都与侧墙之间留有合理的膨胀间隙，保证运行期间炉排不会与侧墙摩擦。如果炉排材质的选用和结构设计比较合理，炉排的整体使用寿命能达到80，000小时。
炉排的热膨胀
炉排炉受热单元包括炉排、炉框架以及炉排辅助主要受热单元、运动单元都采用了合金铸钢件，铸钢件在运行过程由于受热产生膨胀，因此在炉排设计中一般采用热膨胀吸收装置。既保证炉排炉的横向方向稳定运行，同时保证合理间隙，防止炉排卡滞，从而影响炉排的稳定运行。
3机械炉排存在问题
虽然炉排是目前最稳定的燃烧方式，通过关键技术的突破，解决炉排炉的技术瓶颈，然而在运行过程中，仍然存在如下问题：
炉排存在卡死 由于国内垃圾分类还没有普及，进入焚烧炉的垃圾可能包含螺丝、铁钉等部件，直接进入了炉排缝隙，导致炉排不能正常运行；通过垃圾分类管理，在未来逐步减少不可燃物进入垃圾焚烧厂。
炉排损伤及磨损 由于局部仍有存在燃烧不均匀，炉排承受高温及机械负荷，会加速炉排的损坏及磨损，只能通过炉内温度控制，使炉排热负荷均匀分布；另一方面，通过炉排的年度检修，对损坏炉排进行更换，从而保证炉排炉的运行。
4机械炉排应用前景
虽然炉排炉存在不足，但是炉排炉仍然是当今发展主流，随着未来大型化、自动化、低能耗比、环保化炉排技术的进一步成熟，炉排炉的应用将越来越广。
5结语
随着国内经济及城镇化持续稳定发展，机械炉排的应用将越来越多，大容量、能耗低、排放低、自动化程度高的垃圾焚烧厂是未来几年的发展趋势。只有严格满足环保要求，提高垃圾焚烧总体的运营效率，才能和谐发展。
参考文献
[1] 张益，赵由才。生活垃圾焚烧技术[M].北京：化学工业出版社，2000。
[2] 陈燕。几种垃圾焚烧炉及炉排的介绍[J].天津：环境卫生工程，2002，6（10）：77-80。
作者简介：张智（1980-），硕士，助理工程师，主要从事生活垃圾焚烧技术。