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北极星固体废物网络新闻:指南:中国废物焚烧发电技术起步晚，发展迅速。采用炉排炉和流化床等不同技术。目前，垃圾焚烧炉向炉膛排放的趋势明显。结合日本垃圾焚烧炉尾气的发展历史，总结了炉排炉的设计要点，阐述了各炉排的技术特点和研发过程。确定了垃圾焚烧炉排放技术的研究方向:大型炉排的研发、高热值炉排的研发和炉排稳定运行的提高。为我国垃圾焚烧炉尾气技术的研发和引进提供参考和启示。
1前言
根据《2016年城乡建设统计年鉴》，截至2016年底，已有250座生活垃圾焚烧发电厂投入运行，总处理能力为23.7万吨/日，总装机容量约为4880兆瓦。有168座采用炉排锅炉的焚烧发电厂，总处理能力为164，000 t/d，装机容量为3040MW。其余主要为流化床焚烧发电厂，共有82座发电厂，总处理能力为73，000 t/d，装机容量为1840MW。
从焚烧发电厂的数量、总处理能力和装机容量来看，炉排炉已经占据了2/3的市场份额。据中国环保产业协会统计，近两年新投入运行的垃圾焚烧设施统计不完整。炉排炉是焚烧炉的主流技术，占49项，其中只有3项焚烧炉采用流化床技术，其余采用炉排炉技术，占93.88%。垃圾焚烧炉正在排放，趋势是显而易见的。
由于日本拥有最先进的生活垃圾焚烧技术，垃圾焚烧炉尾气技术的实际应用已有50多年的历史。本文探讨了几个有代表性的企业的不同技术。通过不同企业的研发过程和当前模式的专业研究，结合日本整个垃圾焚烧行业的发展历史，包括废热值的变化、排放标准的提高、垃圾发电系统热回收的高效性等对炉排研发的影响。
阐明了我国炉排炉技术的研究和发展方向。我希望它对我们国内的研发有价值。
2日本垃圾焚烧技术的变化
2.1日本垃圾焚烧技术概述
日本的垃圾处理技术，从垃圾填埋到现场焚烧再到有文件证明的工业焚烧厂，可以追溯到1897年邓河市的10t/d间歇炉项目。焚烧炉技术大致经历了四个阶段:间歇炉、机械化间歇炉、准连续炉和全连续炉。然而，全连续炉排炉是目前使用最广泛的，我们通常指炉排炉技术。
自敦和项目完成以来，日本政府对国民健康的关注也达到了一个新的高度。随着1900年日本《污物清除法》的颁布，间歇炉的发展受到了极大的鼓励。当时，间歇炉的运行主要是基于8小时工作日。
然而，由于间歇炉的恶劣工作条件和环境，自然通风和人工搅拌不时导致不完全燃烧和黑烟。邻避问题正在出现。
此外，在水分较多的季节，炉渣的还原效果不如一次垃圾明显。从大正时代末期到昭和初期(约20世纪20年代末和30年代初)，间歇炉的研发达到全盛时期，机械化间歇炉应运而生。
所谓机械化间歇炉是对垃圾加料、燃烧搅拌、出渣、风机供气等设备的机械改进。同时，它还具有简单的尾气控制设施，如水洗和过滤网过滤。
大阪木豆川的第三家工厂建于1938年，采用起锚机进料，这是当今垃圾桶和抓斗组合进料的原型。然而，1918年成立的大阪木豆川第二家工厂，是风扇在垃圾焚烧供气模式中的首次应用。
为了提高处理能力和降低建设成本，大型机械配合炉逐渐提上日程，通过并排布置单个燃烧室和协调充放电，成为燃烧系统的主流形式。但是，操作时间仍然相对保守，仍然基于8小时工作制。
19世纪60年代初，随着垃圾数量的增加和技术的不断进步，欧美已经实现了24小时连续运行的性能，日本的连续炉研发和引进也迎来了一个机遇。然而，所谓的准连续炉和全连续炉之间最明显的区别是操作时间的不同。全连续炉运行24小时，而准连续炉运行16小时。出于提高性能、增强成本竞争力和快速商业化等原因。许多制造商已经引进了技术，其技术来源如下表所示。
表2日本引进炉排炉的技术关系
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2.2主流炉排的形式
随着炉排炉技术的发展和普及，炉排的布置根据垃圾的不同特性，逐渐形成干燥段炉排，然后燃烧段的三级布置。最后，为了满足还原要求，建立了全烧渣燃烧段。这种三级布置已经成为光栅布置的常见模式。
为了应对垃圾成分的季节性波动，同时确保稳定连续的运行，炉排的形式因房屋而异。此外，随着垃圾热值的增加，炉排的倾角也会发生变化，甚至炉排的水平布置也很常见。同时，为了降低土建成本，应尽可能降低炉膛的整体高度，这也成为炉排设计中需要考虑的一个方面。
其次，为了更好地适应干燥、燃烧、燃尽三段的功能和不同风量的要求，炉排各段下设置不同数量的灰斗和气室也成为主流。
炉排的主要类型有推运行式、推运行式、推反转式、滚筒旋转式等。这将在下面详细描述。此外，还有一些组合，甚至试图在炉排后面安装一个回转窑，以便完全烧掉垃圾。但是，为了操作和维护的方便，同一焚烧线最好使用一个炉排。
3光栅技术类型
3.1俱乐部炉排技术
1960年，h俱乐部与丸红和VonRoll一起成立了三方合资公司，正式进入垃圾焚烧发电行业。凭借沃恩罗尔在欧洲丰富的技术经验，它于1965年完成了日本最早的发电和互联网连接项目以及西递清洁厂。加工能力的市场份额是世界上最大的(2008 ~ 2010年)。h俱乐部现有的炉排技术主要分为l型炉排和r型炉排。所谓的“L”形炉排是带有剪切刀装置的往复炉排。R型炉排是具有向前推动作用的往复炉排。
3.1.1 l型炉排
l形炉排的结构如图1所示，切刀通常设置在燃烧段。三段炉排之间设有1.2m以上的下降壁，依靠垃圾下落时的冲击力达到转弯的效果。
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图1h球杆l形炉排结构图。
在移动过程中，可移动梁沿水平方向向上移动10度，并进行往复运动。剪切刀装置的操作方式见图2。
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图2切刀装置的操作模式
L型炉排的优点是剪切刀的设置对垃圾具有更突出的破碎效果，更有利于高含水量低热值垃圾的焚烧。然而，当燃烧高热废物时，由于废物层厚度的减小和炉排表面温度的升高，将导致切刀装置的燃烧损失。因此，当燃烧高热废物时，也存在不提供切刀的情况。
由于炉排热膨胀结构的限制，单节炉排模块的最大长度为5.6m，最大宽度为4m。单模块三级炉排的最大处理能力为300吨/天，日立最大的L形炉排是宽度方向左右分开的两模块结构，最大处理能力为600吨/天，自此，H-club技术转移到上海康恒。经过康恒团队对篦机传动和热膨胀结构的改进，L型篦机的最大规模现在是在宽度方向，布置了三个模块，最大处理能力为900 t/d
3.1.2 R型炉排
随着生活水平的不断提高，垃圾中纸、塑料、铝罐等的比例逐渐增加，垃圾的含水量逐渐降低，垃圾的热值也大大提高。为了防止熔化的塑料和铝从炉栅间隙中滴落，导致发生火灾和灰斗堵塞等。H club和VonRoll开始研发r型炉排。
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图3h球杆r型炉排结构图
r型炉排的结构如图3所示。对于热值较高的垃圾，随着落壁高度降低到1m，炉排梁垂直于垃圾输送方向设置，分为活动梁和固定梁，活动梁和固定梁交替设置。为了减小炉排间隙和防止熔渣滴落，在宽度方向上使用弹簧约束。为了防止炉排片燃烧，炉排片底部的导向筋板是专门为达到一次风强制风冷却的目的而设计的。单模块炉排长2m，宽1.8 ~ 2.6m，设计的三段最大加工规模可达1000吨/日
与L型炉排相比，R型炉排更适合燃烧高热垃圾，但就垃圾含水率和混合效果的适应性而言，L型炉排更好。
3.2俱乐部炉排技术
关于K俱乐部的炉排技术，从与德国DBA俱乐部合作开发的鼓式炉排到后来的倒置炉排(类似于H俱乐部L形炉排的剪切刀结构)，再到后来的太阳形炉排和阶梯式往复炉排的过程见图4。
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图4k球杆格栅的更换
其中，太阳炉栅是目前k俱乐部的主流模式。具体结构如图5所示。
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图5太阳式炉排结构图
单个模块的最大宽度为4m，现有最大规模为1000 t/d，SUN型炉排的运行方式不同于传统往复炉排的直线运动，其运动轨迹是以炉排下方的前驱动轴和后支撑座为支点的弧形运动。减少了驱动部件的磨损。
3.3 M俱乐部炉排技术
M club的炉排技术经历了四个阶段，从60年代的TGR式链条炉排炉到60年代后期的2TB式(2级链条炉排+往复炉排)，到70年代初期的准连续炉排F型，最后到70年代从德国马丁公司转来的MATIN炉排。
3.3.1 MATIN炉排
MATIN炉排是典型的反推往复炉排。在垃圾运输过程中，炉排的反推作用会使垃圾在炉排表面有更好的混合效果。原理见图6。
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图6反向垃圾混合原理
炉排燃烧热负荷率可达350公斤/平方米·小时，炉排行程为420毫米，炉排单模块最小宽度为1.5米，最大宽度为2.5米，还采用多模块宽度方向的组合方式，达到规模化的目的。日本最大的6模块布局，宽12.8米，日本在国外最大的8模块性能，最大的1200吨/天
3 . 3 . 2 F型炉排(图7)
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图7 f型炉排结构图
它是MATIN炉排的中大型补充。f光栅是目前中小型m俱乐部的模式。F型炉排为往复式，具有向前推动作用。炉排液压系统采用与MATIN炉排相同的液压驱动系统。每段炉排之间设置0.9m的下降壁。炉排的倾角可以满足垃圾在炉排上的停留时间。水平布置也是可以接受的。
单模块光栅的最小宽度为1.5m，最大宽度为3m。最大性能为双模块布置，单线最大宽度为6m。MATIN炉排对垃圾的混合效果比简单的推式炉排好。然而，由于垃圾输送方向与炉排驱动方向相反，在同样的情况下，为了控制垃圾在炉排上的停留时间，炉排的倾角会更大，导致焚烧炉的高度上升。一般来说，MATIN炉排适用于大型项目，而F型炉排适用于相对较小的项目。
3.4俱乐部炉排技术
球棍炉排技术经历了四个阶段:间歇炉、机械化间歇炉、准连续炉和全连续炉。我们先后引进了美国和意大利数据库协会的技术。炉排的倾角也是60年代的两级式，第一级炉排为40度，第二级炉排为10度。到70年代末，是21岁；到20世纪80年代初的20岁；到80年代末，气温是15度。最后，横向布局到1994年。炉排倾角的设计逐渐减小，这也从另一方面反映了垃圾热值的不断提高。机械负荷也从最早的180公斤/平方米小时到现在的300公斤/平方米小时。
目前E club的炉排类型为HPCC21，采用独特的强制风冷设计。炉排为往复式，具有向前推动作用。具体结构见图8。
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图8强制空冷炉排结构图
炉排水平布置。在活动和固定炉排梁内，有冷却空空气管。冷却空空气从炉外气管吹入，并通过活动炉篦梁和固定炉篦梁从炉篦段下部的喷嘴喷出。强制空冷态空空气比是一次空气比的20% ~ 40%，[/k0/]空气比是1.25 ~ 1.4，炉排的低压是1.0 ~ 2.0千帕。
强制风冷炉排的优点是更适合低空气比燃烧，同时也增强了炉排片的冷却效果，从而延长了炉排片的使用寿命和维护周期。但是炉排送风系统比较复杂，前期投资和维护费用会上升。
3.5其他炉排技术
在过去半个多世纪里，日本的主要制造商都有自己艰苦的研发过程，无论是独立研发、技术引进，还是在生产、学习和研究方面的合作。包括t俱乐部、j俱乐部、s俱乐部、k俱乐部、I俱乐部、SK俱乐部、KT俱乐部和SW俱乐部，都为垃圾焚烧行业的发展做出了贡献。可以说所有的花都在盛开。由于空间限制，很难一一介绍。例如，球杆s的W+E型格栅(图9)和球杆t的SN型格栅(图10)都是独立的。其他与炉排炉相关的设备也在努力研发中，其中j俱乐部炉膛中的拱(图11)也是独一无二的。放一些图片供学习和参考。
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图9s球杆格栅结构图
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图10球杆t SN型炉排结构图
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图11j俱乐部二级回流焚烧炉
结论与展望
日本的大多数制造商拥有相对成熟的炉排炉技术。然而，中国垃圾焚烧炉技术的发展在许多方面与日本相似。它也是通过从技术引进到自主研发的方式。根据日本不同制造商的研发历史，我国垃圾焚烧炉尾气技术的研究方向如下:
4.1炉排的大规模研发
大型机械炉排炉具有较大的单线垃圾处理能力，可以大大降低工程投资、运行维护成本，从而提高经济效益。大规模是势在必行的。
4.2高热值炉排的开发
随着生活水平的不断提高和垃圾分类的推进，提高垃圾热值也是必然趋势。此外，园区垃圾处理也为各种垃圾的掺烧提出了新的课题，包括农林垃圾、医疗垃圾、工业垃圾等高热值垃圾的掺烧，这也对炉排的耐高温性能提出了新的要求，炉排水冷的研发也将提上日程。
4.3炉排稳定运行的改进
从炉排的结构出发，减少损坏部件的磨损和故障率，可以有效延长炉排的使用寿命和停机时间，从而降低运行成本，提高焚烧炉的累计运行时间，增加发电量。这种研究将大大提高垃圾焚烧厂的经济效益。
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