[科普中国]-垃圾焚烧炉

简介

垃圾焚烧适用于生活垃圾、医疗垃圾、一般工业垃圾（一般工业垃圾采用高温燃烧，二次加氧，自动卸渣的高新技术措施，达到排污的监控要求）等。

与填埋和堆肥相比，垃圾焚烧更节约土地，不会造成地表水和地下水污染。1在城市化加速推进、建设用地指标接近极限的情况下，对于中东部人口稠密、用地紧张、垃圾围城的大中型城市来讲，垃圾焚烧逐渐成为一种现实选择。

发展从十九世纪下半叶开始，西方发达国家已着手设计和开发垃圾焚烧设备。

世界上第一台固体废弃物焚烧设备诞生在第二次技术革命时期的欧洲。十九世纪下半叶，英国的Paddington已经发展成为一座人口密集的工业化城市。1870年，一台垃圾焚烧炉在Paddington市投入运行。当时的垃圾水分和灰分均很大，故其发热量低而难以焚烧，因此这台焚烧炉的运行状况不良，不久即停止运营。针对垃圾品质低劣、焚烧困难的问题，先是采用双层炉排（下炉排上为强烈燃烧的煤层），进而在1884年试图将垃圾与煤混烧，以改善垃圾燃料的燃烧特性。然而两种尝试均未获得令人满意的结果，而且由于烟囱低矮，使得附近的环境受到刺激性烟气的污染。

为了解决刺激性烟气和炭黑污染的问题，首先采取的措施是将焚烧温度提高到700℃，后来又进一步提高到800～1100℃。当时人们已经知晓燃烧空气量和投入方式对烟气温度的影响，因此相继采用了加高烟囱、配置送风机和引风机等措施，以增加通风量和满足焚烧过程对燃烧空气量的需求。烟囱加高后，同时也解决了烟气中刺激性有害物质的扩散问题。

由于垃圾的种类和成分随着地域和季节的不同而可能发生很大的变化，垃圾焚烧设备必须具有良好的燃料适应性。在这方面，当时所采取的技术措施是在焚烧炉中增设垃圾干燥区以及采用燃烧空气预热。

设备分类焚烧系统主要是垃圾焚烧处理中的核心工艺，在目前垃圾焚烧项目中得到运用的设备主要有机械炉排炉、流化床焚烧炉以及回转式焚烧炉。2

机械炉排工作原理

垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排（炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区），由于炉排之间的交错运动，将垃圾向下方推动，使垃圾依次通过炉排上的各个区域（垃圾由一个区进入到另一区时，起到一个大翻身的作用）。通过一次风机在垃圾储坑的上部将垃圾发酵堆积所产生的臭气引出，然后经过蒸汽 （空气）预热器的加热处理，将其作为助燃空气送入到焚烧炉之中，保证垃圾在较短的时间内得到干燥处理。燃烧空气从炉排下部进入并与垃圾混合；高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽，同时烟气也得到冷却，最后烟气经烟气处理装置处理后排出。

特点

不需要添加煤或是其他辅助性的燃料，产生的煤渣也就相对较少。而且，其容量相对较大，在处理中不需要对垃圾进行分类处理。通过炉排的机械运用，可以保证炉内垃圾的稳定燃烧，而且燃烧的过程较为完全，炉渣的热灼现象逐渐降低。

然而机械炉排焚烧炉存在着初投资、运行以及维修费用较高的现象，而且，排炉片的磨损腐蚀现象较为严重。因此，在垃圾处理技术选择的过程中，需要对该技术的优缺点进行系统性的分析，保证垃圾处理的安全性及高效性3。

流化床工作原理

燃烧的原理主要是通过流态化技术进行垃圾的燃烧，并借助砂进行安全处置。

在流化床焚烧垃圾的过程中，需要将垃圾进行破碎处理，使垃圾达到一定的粒度状态，通过短时间的流化焚烧，借助燃风作用将其在短时间内进行处理。焚烧过程中过程中，空气会从流化床底部喷入，并实现砂介质的合理搅动，使垃圾形成流态性。系统板上装有载热的惰性粒子，并在床下布风的同时使惰性颗粒呈现出沸腾的状态，并形成流化床床段。

特点

流化床焚烧燃烧炉的效率相对较高，未燃物的排除率只有 1%。在炉内燃烧中，炉内没有机械运动部件，且耐久性相对良好，可以延长机械的使用寿命。

然而流化床焚烧炉主要是依靠空气进行垃圾的处理及燃烧，对进炉的垃圾进行有粒度的要求。垃圾在炉内沸腾的状态会全部依靠大风量高压的空气，存在着电耗大、生产灰量大的问题，为下游烟气净化带来了一定的负荷。且在运行及操作的过程中，专业性的技术相对较高。

回转式工作原理

回转式焚烧炉是用冷却水管或耐火材料沿炉体排列，炉体水平放置并略为倾斜。通过炉身的不停运转，使炉体内的垃圾充分燃烧，同时向炉体倾斜的方向移动，直至燃尽并排出炉体。

特点

设备利用率高，灰渣中含碳量低，过剩空气量低，有害气体排放量低。但燃烧不易控制，垃圾热值低时燃烧困难。

实例说明整套处理系统由下列几部分组成：助燃系统、焚烧系统、尾气处理系统，电控系统。

助燃系统助燃系统主要设备为燃气燃烧器。

助燃系统的作用是点火开炉和辅助物料焚化(当物料热值较低时，不能维持自身的燃烧时)，天燃气燃料和空气在燃烧器燃烧头内混合燃烧并可以通过调节燃烧空气和燃烧头获得最佳的燃烧参数，燃烬气体在燃烧头内再循环，可以使污染物，尤其是氮氧化物（NOx）的排放降到最低。具有全自动管理燃烧程序、火焰检测、自动判断与提示故障等功能。燃烧器能在程控器的控制下，进行自动点火。燃烧器具有自动点火、灭火保护、故障报警等功能和火焰强度大，燃烧稳定，安全性好，功率调整大等特点。燃烧器可以手动调节空气流量从而改变火焰大小；内置调压阀，保证出口气压稳定；同时也可通过调整供气压力来调节燃气量的大小。

焚烧系统（1）炉本体

炉本体是由耐火材料、保温材料、绝热材料砌筑在炉排上部的腔体，外包钢板以防烟气泄漏并使炉本体表面温度小于50℃。在炉本体侧面设有检修门，辅助点火燃烧器也在侧面。炉本体设有操作台。

在炉膛内烟气从下向上冲刷物料，将物料中的水分烘干，使物料及时着火．而且前后拱耐火材料蓄热又辐射物料，从而保证了物料燃烧温度。延长了烟气的停留时间，使物料及飞灰中的有机物燃烧完全，提高了有害物质的销毁率。

炉本体以高温耐火材料做衬，中间是隔热材料，外层是保温材料，可减少炉本体的热损失，提高焚烧效率；外表用钢板作保护层，防止漏风；采用的耐火材料是我司与建筑材料科学研究院共同开发的一种耐酸性烟气腐蚀、耐高温、高强度的耐火材料。

（2）影响焚烧炉性能的因素

作为一个焚烧系统，最主要的指标是焚烧装置有害物的销毁率，影响销毁率的主要有以下几个因素：焚烧温度、滞留时间，扰动和空气过量系数。

1焚烧温度

焚烧温度是指废物中的有害成份在高温下氧化、分解、直至破坏达到的温度。一般来说提高焚烧温度有利于废物有害物质的破坏并可抑制黑烟的产生，但温度过高不仅加大燃料耗量，还增加了烟气中氮氧化物的含量。因此，在保证销毁率的前提下采用适当的温度较为合理。

废物中的有害微生物在70～100℃左右大部分不能生存，处理一般短链有机物的焚烧温度在700～800℃，所以在本方案中炉体温度能够满足此类废物的焚烧温度。

2滞留时间

滞留时间是指废物中有害成份在焚烧条件下发生氧化、分解，最后完成无害化物质所需的时间，停留时间的长短直接影响焚烧的销毁率，也决定炉膛的具体尺寸。影响滞留时间的因素很多，如焚烧温度、空气过剩系数和空气在炉内同废物的混合程度等。为保证废物及燃烧产物全部分解，废物在焚烧炉内600℃左右停留约1小时左右。

3扰动

为使废物及燃烧产物全部分解，必须加强空气与废物、空气与烟气的充分接触混合，扩大接触面积，使有害物在高温下短时间内氧化分解．焚烧炉有独特的供风系统，且有足够的风压以加强系统与废物和烟气的混合程度。

4过剩空气系数

物料燃烧所需空气量是由理论空气量和过剩空气量两部分组成。两者的总和决定了焚烧过程中的氧气浓度，而过剩空气量决定了最后烟气中的含氧量。炉膛中的氧气浓度、物料及烟气同氧的混合程度严重影响着物料的燃烧速度和烧净率．过量空气量过大可提高燃烧速度和烧净率，但会增大辅助燃料量、鼓风量、引风量以及尾气处理规模，是不经济的．反之，过量空气量太小，则燃烧不完全，甚至产生黑烟，有害物质分解不彻底．一般空气过剩量取理论空气值的30～50% 。

尾气处理系统集尘器系统

本方案都采用离心式除尘器――旋风除尘器，对焚烧后的烟气进行除尘。集尘系统分别由三部份组成：集尘圆筒、倒锥和排气风管组成。集尘系统的作用是将焚烧物料产生的烟气中含有的颗粒粉尘收集在一起，便于集中清理，同时，可减少对大气的污染，起到净化环境的作用。

集尘系统工作原理： 焚烧物料产生的烟气中含有的颗粒粉尘在引风机强大的吸力作用下到达旋风除尘器（俗称集尘桶）。旋风除尘器是利用离心降落原理从气流中分离出颗粒粉尘的设备。旋风除尘器上半部份为圆锥形，当含尘气体从圆筒上侧的进气管的切线方向进入时，获得旋转逆动，分离出粉尘后从圆筒顶的排气管排出，粉尘颗粒自锥形底落入集尘圆筒中。

电控系统配电柜包括：全套设备的供电主电源、单台设备的分供电控开关；全套设备和单台设备的起停控制以及保护回路、报警等；操作面板等．采用集中控制，其中有些设备为了操作观察的方便设置在现场控制。

实现了所有设备的手动操作的功能和控制柜面板操作，实现了对整个系统监视、报警等功能，提高了系统控制的可靠性。

最重要的功能，保证了对不同的物料，在不同的燃烧过程中的优化控制，从而保证了物料的充分燃烧和排除烟气的质量。对于燃烧机的优化控制还降低了燃烧机的用油量，使运行成本大幅降低。

操作步骤

1、注入燃料，接通电源，启动助燃开关，炉内温度达到自燃温度，将病害畜禽肉尸及其产品投入炉内，关闭助燃开关，启动自燃开关，病害肉体保持自燃状态不能剖割的病害畜禽尸体整体投入焚烧炉中，启动自燃开关，尸体自燃至完全碳化为止。

2、整尸焚毁：不能剖割的病害畜禽尸体整体投入焚烧炉中，启动自燃开关，尸体自燃至完全碳化为止。

3、肉尸分割焚毁：允许分割的病害肉品分割后投入焚烧炉中，启动自燃开关，肉块自燃至完全碳化为止。

4、脏器焚毁：病害畜禽脏器整体投入焚烧炉中，启动助燃开关，使脏器在助燃状态下燃烧至完全碳化为止。

5、焚烧后的碳化物需要选择地点（远离水源地和居民区）进行掩埋，彻底杜绝病菌的传播。

焚烧炉的使用需要考虑环保的要求：

尾气排放需要达到无黑烟、无异味、无大颗粒粉尘等有关环保标准。

垃圾焚烧现状在现阶段城市进程发展的背景下，城市生活垃圾焚烧主要是通过机械炉排焚烧炉以及流化床焚烧炉进行的。通过调查可以发现， 欧洲国家有 90%的焚烧厂会采用机械炉排路的垃圾方式，日本大型城市的垃圾焚烧厂会采用机械炉排路的方式。

随着生产的飞速发展和经济的迅速崛起，我国已经步入城市生活垃圾高产国的行列。据统计，1990年中国城市垃圾的总产量为6900万吨，1995年全国城市垃圾的总产量已达1亿吨。根据对418个大、中城市的调查统计，我国城市的垃圾产量以每年10%的速度递增。至2014年，全国垃圾的历年堆存量已达60多亿吨，侵占土地面积多达5亿m2（合75万亩）。全国600多座城市中，有200多座已为垃圾山所包围。垃圾的长期露天堆放对大气环境、地下水和土壤等已经造成了明显的威胁和危害。因此，大力发展我国城市垃圾焚烧技术的研究和设备的开发应用势在必行。

我国于 2014 年建成 178 座生活垃圾焚烧发电厂，并采用机械排炉技术，采用流化床技术的电厂为 67 家。其中循环流化床技术的垃圾焚烧厂 主要分布在东部地区，采用机械排炉技术的垃圾焚烧厂多分布在东部沿海区域。同时，在人们环境观念逐渐提升的过程中，热解气化焚烧技术在近年环境保护中得到了运用4。

城市生活垃圾含有可燃和不可燃垃圾两大部分，其中可燃部分包括废弃纸张、破布、竹木、皮革、塑料和动植物残余物等。而不可燃部分为各类废弃金属、沙石、玻璃陶瓷碎片等。我国城市消费水平较低，垃圾不可燃成分比例较高，热值远低于发达国家。而且垃圾的成分因地域、季节、城市消费水平以及年份的不同而变化，因此要求垃圾焚烧设备对于垃圾成分的变化（特别是水分和热值的变化）具有很强的适应应性，可以根据垃圾成分的波动对燃烧过程进行及时、有效的调整，以保证垃圾的及时引燃和稳定燃烧。

随着我国城市生活水平正在不断提高，城市垃圾正向着含水率降低、可燃成分逐渐增加的趋势发展，中等以上城市的垃圾热值一般在2512～4605 kJ/kg，个别地区已达3349～6280 kJ/kg，已达到或接近垃圾焚烧的要求（热值不小于3350 kJ/kg）。自1985年深圳市从日本引进马丁式垃圾焚烧炉以来，我国珠海、广州等城市也相继采用了国外垃圾层燃焚烧系统，上海浦东新区生活垃圾焚烧厂也将引进法国公司提供的倾斜往复炉排焚烧炉。应该通过引进国外先进设备，积累运行经验，逐步消化国外先进技术，再结合我国的实际情况，开发和研制适合我国国情的垃圾焚烧设备。

分析各种城市垃圾焚烧设备的特点可知，结合我国国情来发展倾斜往复推饲炉排焚烧炉是合理可行的。在设计中，除了要考虑受热面传热效率外，还应考虑受热面和炉墙的腐蚀和磨损、烟气净化以及自动控制等问题。在炉拱和炉膛设计和燃烧空气布置、分配方面，应该充分考虑到我国城市垃圾热值低、水分含量高的特点。考虑到我国的实际情况，在研制大型垃圾锅炉、建设大规模垃圾焚烧厂的同时，应该鼓励开发中、小型垃圾焚烧设备。