麦电网讯：摘要：本文重点介绍了目前垃圾焚烧发电厂中常用的三种焚烧炉：机械炉排焚烧炉、回转窑焚烧炉和循环流化床焚烧炉。从设备结构、运行原理等方面进行了对比和分析。对影响垃圾焚烧炉选型的主要因素进行了分析讨论。从对垃圾热值的适应性、燃烧效率、污染物控制和热能利用效率等方面综合考虑，循环流化床焚烧炉是一种较为合适的垃圾焚烧炉。

随着社会经济的发展，人们的日常生活水平也在逐步提高。随之而产生的城市生活垃圾也越来越多。目前，全球垃圾历年存储总量己达60亿t。以北京市为例，2005年垃圾产量为14710t/d，并且垃圾的产生量呈高速增长趋势。据专家预测及数据统计分析，2010年北京市每天产生的垃圾量为19000t。随着生活水平的提高，人们对居住环境的要求也越来越高，大量的垃圾给人们的生活质量造成极大的影响。垃圾中含有大量的细菌及有害物质，对人的身体健康产生极大的威胁。因此，城市垃圾必须集中存储、处理。大中型城市附近经常可以看见一座座的垃圾山，堆放这些垃圾需要占用大量的土地资源，使得可耕种的土地资源越来越少。同时，垃圾中有色金属资源、有效能量不能回收，造成资源的巨大浪费，不符合国家提倡的发展循环经济的方针政策。因此，垃圾处理问题己成为影响我国实现可持续发展战略目标的障碍之一。

表1国内部分城市典型城市垃圾组分

城市垃圾的成分随地域的不同也不尽相同。表1给出了国内五个大中型城市的垃圾成分分析。由表1可知，我国城市垃圾的主要特点为：①水分高。由表中可以看出，五个城市的垃圾含水率均在45%以上，到了夏季随着食物结构及含水量的变化，垃圾中的水分还会继续升高。②热值低。由表1可知，垃圾热值一般在2000kJ/kg～7000kJ/kg左右。目前，业内同意认为，垃圾热值在3349kJ/kg以上时才具有开发利用价值。较为适宜进行焚烧发电的垃圾热值在6000kJ/kg以上。我国垃圾热值普遍较低，因为垃圾中高热值的成分较少，大量为低热值或惰性成分。随着我国城镇居民生活水平的不断提高，城市垃圾热值水平正在逐步提高。③非均质性，从表1中列举的五个城市的垃圾成分来看，垃圾成分变化较大，与各城市的发展水平有很大关联。同时，一个城市的垃圾成分随着季节的变化、产业结构的变化也将发生重大改变。

目前，城市垃圾的处理方式主要有三种：堆肥、填埋和焚烧。随着人们生活水平的不断提高，垃圾中的适宜堆肥的有机质成分逐渐下降，己经不满足堆肥的要求。同时，堆肥所产生肥料的利用问题也难以解决。因此，堆肥方式已极少采用。填埋方式主要分为两种：自然填埋和卫生填埋。自然填埋方式中，垃圾中的细菌及有害成分将扩散至土壤和地下水，对环境造成极大的污染。卫生填埋，需要对填埋坑进行防渗透、防扩散处理，垃圾坑表面需要进行绿化处理，投资巨大。且土地循环利用周期长，需要大量的土地资源来建造填埋场。就目前的社会现状，进行卫生填埋难度较大。焚烧处理方式充分体现了垃圾处理的无害化、资源化、减量化的原则。焚烧方式具有以下显著的优点：①处理垃圾速度快，处理量大。以一个中型垃圾焚烧发电厂为例，单炉日处理垃圾量为500t～600t。②垃圾焚烧后减容量大，残留物仅为原有垃圾体积的10%~20%。③在高温焚烧过程中，垃圾中的大量细菌病原体等被消灭，具有改善城市环境卫生的积极意义。④垃圾中的低品位化学能可以转化为高品位的热能，变废为宝，具有可观的经济效益。以此，焚烧方式已经成分处理城市垃圾的主要方式。

垃圾焚烧方式主要有三类：垃圾直接焚烧、垃圾衍生物焚烧和垃圾热解气化焚烧。垃圾直接焚烧就是将垃圾置于合适的燃烧设备中，直接燃烧发电。垃圾衍生物焚烧就是将垃圾充分分拣分类，将其中的无机物及不可燃成分拣出，形成具有较高热值的燃料，然后再进行燃烧。热解气化焚烧是指先将垃圾置于热解炉中升温热解，其中的轻质成分热解析出，形成热解气。热解气与垃圾半焦分别燃烧。不论是上述哪一种焚烧方式，焚烧设备对于垃圾的正常燃烧、污染物治理和能量利用都起着重要的作用。垃圾衍生物焚烧方式对垃圾的分拣和筛选有较为严格的要求，以我国目前的垃圾分类回收状况，精确地实现垃圾的分类及分拣难度较大。热解气化焚烧工艺虽然在理论上应用价值较高，单其系统复杂，大型化、工业化应用较为困难。因此，本文将对垃圾直接焚烧工艺中焚烧炉的选型进行详细的分析说明。

1垃圾焚烧炉

较为常用的垃圾焚烧炉有三类：机械炉排焚烧炉、回转窑焚烧炉和流化床焚烧炉。

1.1机械炉排炉

机械炉排焚烧技术起源于欧洲和美国，在垃圾焚烧领域得到广泛利用，已成为垃圾焚烧的主要炉型。机械炉排焚烧炉按炉排运动的方式主要分为：脉冲抛动式炉排炉、往复逆推式炉排炉和滚筒式炉排炉。

1.1.l脉冲抛动式炉排炉

道斯脉冲抛动式炉排炉是该炉型的典型代表。垃圾在炉内主要经历四个阶段：干燥热解、燃烧、燃尽和排渣。

垃圾由给料装置送入干燥架，在干燥架上垃圾受炉内辐射热量的作用，水分迅速蒸发，完成干燥过程。垃圾温度迅速上升至300℃～400℃，此处送风量较少，其中的轻质成分热解，以热解气的形式挥发析出，热解气随烟气进入再燃室。经干燥和部分热解的垃圾被送至第一级炉排，炉内辐射热量增大，垃圾温度继续上升并开始着火。由于空气的搅动和炉排的抛掷作用，垃圾被抛向下一级炉排。在抛掷的过程中，垃圾得到翻转、疏松，其中低熔点的物质形成的结渣在抛动中被破坏，防止炉排表面形成大面积结焦。在不断的抛掷过程中，垃圾得到充分燃烧。在末级炉排的抛动作用下，垃圾燃烧后形成的灰渣被送入渣坑，由除渣设备处理。

道斯炉在燃烧室中设置一定的膜式水冷壁，控制炉膛温度在860℃～900℃，保证二恶英、呋喃等有毒物质充分分解的同时防止结渣的产生。在燃烧室后设置再燃室，实行绝热燃烧。部分可燃气体和高温烟气在其中进行二次燃烧，燃烧室温度可以达到1000℃以上，充分保证有毒物质的燃烧和分解。烟道内设置半辐射、对流受热面。尾部烟道设置石灰石吸收、活性炭吸附和布袋除尘器等烟气净化装置。

1.1.2往复逆推式炉排炉

往复逆推式炉排炉示意图如图1。该炉的炉排一般采用往复逆推加顺推的方式，其炉排呈倾斜布置，垃圾入炉后在自身重力及炉排的推动力作用下，沿炉排运动方向前进，并不断被翻转、疏松。炉排与水平面的夹角依设计要求有所不同，炉排的长度及炉排的级数由垃圾质量及燃尽率要求决定。根据炉排的宽度，将炉排分为若干列，列之间设置固定的分隔带，每列固定炉排与运动炉排相间布置。炉排的头部设有各种型式的凸台，炉排运动时使其上的垃圾得到均匀的翻转与搅动，对于燃烧过程中产生的结渣有一定的破碎作用。

往复逆推式炉排炉在燃烧室设置大量的卫燃带，控制炉膛温度在860℃以上，保证二恶英、呋喃等有毒物质的充分分解。尾部烟气净化装置与抛动式炉排炉的布置基本相同。

图1往复逆推式炉排炉示意图

1.1.3滚筒式炉排炉

滚筒式炉排是在一个中空的圆柱体表面安装着炉排片，每个炉排片呈弧形，若干个炉排片覆盖了一圈，片数根据不同的设计方式而不同。炉排片之间存在间隙，一次风通过间隙吹出，在滚筒整个宽度上均匀喷出。滚筒的数量根据设计需要和垃圾处理量是可以变化的，一般为6个～7个。滚筒之间设有挡板，防止垃圾和灰渣落下。

整个炉排呈倾斜布置，垃圾随滚筒的转动而被翻动、疏松，得到充分的燃烧。滚筒本身得到一次风的冷却，工作温度仅为200℃~300℃，材质及加工要求等较抛动式和逆推式炉排低，可以有效的降低设备投资。

1.2回转窑焚烧炉

回转窑焚烧炉是一个卧式圆筒形、有耐火砖衬里可以旋转的炉子，其轴心线与水平线略成角度。可以使用天然气、油或煤粉作为辅助燃料。垃圾加热及干燥所需热量由燃烧过程产生的烟气和窑壁等提供。回转窑焚烧炉系统由回转窑、二次燃烧室和余热锅炉组成，以保证垃圾得到充分燃烧，有害物质充分分解，热能得到充分利用。回转窑完成垃圾的燃烧工作，垃圾中的可燃成分在窑内充分燃烧，垃圾随窑体的转动上下翻动，并向窑尾方向前进，燃烧后形成的灰渣自窑底排出。燃烧过程中形成的烟气进入二次燃烧室，在辅助燃料的作用下，烟气进行二次燃烧。由于回转窑焚烧炉的垃圾处理量较小，一般采用小容量的、低压余热锅炉。

回转窑焚烧炉排渣方式可分为干排渣和熔渣式。熔渣式回转窑在运行中能耗高，易产生“粘窑”等现象，故在垃圾焚烧发电项目中较少使用。干排渣回转窑炉内温度低于1000℃，二次燃烧室温度达到1200℃以上，保证二恶英、呋喃等有害物质的充分分解。

回转窑焚烧炉技术较为成熟，操作灵活简便，适宜处理不同形状的固液体垃圾，还可以处理危险废弃物。国家环保总局环境规划院2004年6月编制的《危险废物和医疗废物处置设施建设项目复核大纲(试行)》的有关要求，即“危险废物焚烧炉型应优先采用对废物种类适应性强的回转窑焚烧炉。医疗废物焚烧炉型选择时，单台处理能力在10t/d以上的焚烧炉应优先采用回转窑焚烧炉;小于10t/d，优先采用连续热解焚烧炉、高温蒸煮等工艺，严禁采用单燃烧室焚烧炉和炉排炉。”因此，在处理危险废弃物及医疗垃圾时，回转窑焚烧炉是一种理想的焚烧设备。

1.3循环流化床焚烧炉

与炉排炉的层燃方式不同，循环流化床锅炉采用流态化燃烧，气、固之间呈强紊流态。同时，未完全燃烧的大颗粒经分离后返回炉膛循环燃烧。

循环流化床锅炉由炉膛、水平烟道、分离器、回料装置、尾部烟道和冷渣器等部分组成。炉膛自下而上分为密相区和稀相区。其结构示意图如图2。

图2循环流化床焚烧炉结构示意图

经预处理后的垃圾以一定的粒度被送入炉膛的密相区，炉内灼热的床料呈沸腾状流动。垃圾进入炉内后，与床料充分混合，温度迅速升高，开始着火。在强紊流作用下，垃圾中轻质成分热解析出，随烟气进入上部稀相区。垃圾中较重的可燃成分在密相区中强烈燃烧。完全燃烧后的灰渣比重增大，到达密相区的下部，经冷渣器选择性排出炉外。可燃性气体随烟气到达炉膛的稀相区，在稀相区内，助燃的二次风被及时送到，燃烧强度加大，温度达到850℃以上，加速二恶英、呋喃等有害物质的分解。烟气在稀相区完成燃烧后，烟气携带部分固体颗粒经水平烟道进入下排气式旋风分离器，较大的固体颗粒被分离出来，收集后经回料装置送回炉膛循环燃烧。含部分细小粉尘的烟气进入尾部烟道，与辐射受热面、对流受热面进行热交换后，进入除尘系统。

燃烧过程中的酸性气体部分可采用炉内加石灰石中和法，尾部采用半干法脱除技术除去。活性炭吸附法除去二恶英、呋喃等有害物质除去，布袋除尘器捕捉飞灰。灰渣统一收集后集中处理。

循环流化床锅炉的优点：

(1)操作方便，运行稳定。由于流化床床料为石英沙或炉渣，蓄热量大，燃烧稳定。

(2)对燃料适应性强，当垃圾热值变化时，可以保持稳定燃烧。

(3)可采用全面的防二次污染的措施，对焚烧时产生的有害物质进行处理。在不增加太多投资的前提下，可将NOx、SO2等气体排放控制在国家标准内。

(4)燃烧效率高，底渣灼减率小于2%。

(5)垃圾在燃烧过程中呈流态化运动，气、固接触良好，燃烧充分。

(6)设备寿命长。炉内没有机械运动部件，使用寿命长。

目前，国内垃圾焚烧发电厂选用循环流化床作为焚烧炉时，存在一个较大的障碍：垃圾分拣及预处理。由于循环流化床采用流态化燃烧方式，因此垃圾中比重较大或直径较大的组分在床内难以流化，影响燃烧效果，垃圾在入炉前需要将比重较大或直径较大的组分分拣出来。循环流化床内没有专门的垃圾干燥阶段，垃圾入炉后直接参与燃烧。因此，要求垃圾水分控制在20%以下。垃圾入炉前需要进行渗沥、陈化处理。在进行有效的垃圾分拣和预处理后，循环流化床就可以充分的发挥它的优越性了。

2影响垃圾焚烧炉选型的因素

2.1垃圾水分

垃圾焚烧炉在处理垃圾水分时有两个要求：(1)可以快速的除去垃圾水分，将垃圾烘干：(2)对不同水分的垃圾均能保持稳定的燃烧。炉排炉在烘干垃圾这个方面有其突出的优势，沿炉排长度，依次分为干燥段、燃烧段和燃烬段。在给料装置与炉膛连接部分，该处的温度要比炉内略低一些，约400℃～500℃。垃圾在此处不能正常燃烧，但是对于垃圾的干燥非常有利.400℃～500℃的高温、30%～50%的送风量，都使得垃圾中的水分可以迅速蒸发，在1m～2m的距离内完成垃圾的干燥阶段。回转窑焚烧炉也有类似的干燥段，但是大量的水分将对窑内的燃烧造成一定的影响。垃圾进入循环流化床锅炉后直接参与燃烧，没有干燥阶段，因此，循环流化床锅炉对入炉垃圾的水分有严格的要求，含水量不超过30%。大量的水分进入炉膛，严重影响炉内的燃烧工况，甚至造成灭火、床面结焦等严重的问题。在使用循环流化床锅炉作为焚烧炉的垃圾发电厂，一般需要对垃圾进行陈化处理，使其中的有机质、水分分离，以渗沥液的形式留在垃圾仓内。这样不仅可以降低垃圾的含水量，同时可以提高垃圾的单位热值，有利于锅炉的正常运行。综合以上分析，高水分垃圾适合在炉排炉中进行燃烧。

2.2垃圾的热值

垃圾热值是决定各种焚烧炉能否正常燃烧的关键因素，同时也影响着辅助燃料的使用情况。垃圾热值高，炉内燃烧稳定，辅助燃料用量小;反之，炉内燃烧不稳，辅助燃料用量大，生产成本增加。炉排炉对垃圾热值较为敏感，低热值垃圾在炉内燃烧时需要使用大量燃油作为辅助燃料，同时低热值燃料将危及再燃室及余热锅炉的工作状况。因此，在炉排炉内敷设大量的卫燃带，增加炉排上垃圾层的厚度等措施均是为保证低热值垃圾可以稳定着火燃烧。回转窑燃用低热值垃圾时，也存在相同的问题，需要辅助燃料的帮助才能稳定燃烧，因其燃烧空间大，炉体排气量大等问题，回转窑需要的辅助燃料量要远大于炉排炉。循环流化床锅炉在燃用低热值垃圾方面具有独特的优势，其炉膛内储有大量的高温床料，蓄热量大。新加入的垃圾量仅占床料仅占床料量的5%左右。垃圾发热量对炉内总热量的影响不大。只要垃圾热值达到焚烧炉要求的基本热量，循环流化床锅炉就可以实现其稳定燃烧。因垃圾燃料灰分较低，为保证足够的物料循环量，需要加入部分灰分较高的辅助燃料，以形成稳定的物料循环。循环流化床锅炉一般使用烟煤作为辅助燃料，辅助燃料的成本远低于炉排炉和回转窑焚烧炉。因此，低热值垃圾适宜在循环流化床锅炉中进行燃烧。

2.3停留时间

停留时间有两重含义：①烟气在炉内的停留时间。国家标准中关于烟气在炉内的停留时间由明确的规定：“垃圾焚烧炉的烟气在不低于860℃的环境中的停留时间不小于2s”。炉排炉设置有燃烧室和再燃室，保证烟气在炉内高温部分有足够的停留时间，最高温度可以达到1000℃，保证烟气中的有毒成分可以充分分解。回转窑内烟气行程长，其中燃烧段和燃烬段的温度都可以达到860℃以上，最高可达1300℃，可以保证烟气中的有毒物质分解。因回转窑中特有的高温段，特别适宜焚烧某些有毒、有害的垃圾，如医疗垃圾。循环流化床锅炉的烟气再炉内的停留时间也可以达到2秒以上，但是其烟温、烟气停留时间都要略低于上述两种炉型。综上所述，有毒有害的垃圾适宜在回转窑中进行焚烧。②垃圾自入炉至灰渣排出炉外的总时间。各炉型在保证稳定燃烧的情况下，均有调节次停留时间的手段，炉排炉调整炉排转速，回转窑调整窑体转速，循环流化床锅炉调整循环倍率，均可以达到焚烧要求中关于垃圾在炉内停留时间的规定.

2.4炉内气流的湍流度

炉内气流的湍流度对垃圾的充分燃烧有决定性作用。炉内气流的湍流度越大，气固接触就越充分，可燃物与氧气接触几率增加，燃烧更为充分。炉排炉中，增大气流的湍流度，可以对成团垃圾进行翻动，使层内垃圾得到更多的燃烧空气，以提高燃烬度。炉排炉内气流的湍流度在三种炉型中式最差的。回转窑中，由于垃圾随炉体转动至炉体轴线斜上方时被抛下，垃圾可以充分被翻转打散。炉内气流也随炉体做螺旋式前进，与垃圾运动方向追垂直交叉，垃圾中可燃物与空气接触更为充分，湍流度增大。循环流化床锅炉中，炉内呈流态化沸腾燃烧，是所有炉型中湍流度最大的。垃圾入炉后，即随同气流一起形成沸腾状流动，在强湍流中迅速完成换热、传质、燃烧。因此，循环流化床锅炉在气体湍流度方面有其独特的优势。

2.5炉内过量空气系数

炉内过量空气系数关系到炉内燃烧、有害物质分解、排烟温度、锅炉效率等，是焚烧炉选型中的重要因素。炉排炉因其层状燃烧，为使气体可扩散至垃圾层内，炉内过量空气系数极大，导致锅炉排烟温度升高，最高可达280℃，锅炉效率下降，一般炉排炉的热效率仅为50%～60%，能量浪费严重。加装余热锅炉后，热效率仅为70%~75%。同时，由于炉排炉中存在转动机械，炉膛漏风系数较大，造成炉内过量空气系数进一步增大。回转窑内过量空气系数与炉排炉类似，但其炉膛漏风较小。在循环流化床锅炉中，垃圾在炉内呈流态化燃烧，气固接触充分，可以在较小的过量空气系数条件下实现高燃烬率，且炉膛严密，漏风系数小于0.05，排烟温度可以控制在140℃～160℃之间，锅炉效率可以达到90%左右。循环流化床锅炉在控制炉内过量空气系数方面有独特的优势。

2.6气体污染物的脱除条件

垃圾燃烧后产生的气体污染物主要有：酸性污染物HCL、SOx，氮氧化物NOx，有毒物质二恶英、呋喃等。三种炉型均能有效的控制二恶英、呋喃等有毒物质的排放，同时，采用碱中和、活性炭吸附、布袋除尘等手段进行烟气净化。循环流化床锅炉还可以采用在炉膛中加石灰石法除去部分酸性气体污染物，在炉后处理其余污染物。在燃烧的同时，除去部分污染物。因此，循环流化床锅炉在气体污染物的治理方面有独特的优势。

3结论

通过以上对三种垃圾焚烧炉的比较及影响焚烧炉选型因素的分析，现得出结论如下：

(1)现阶段垃圾焚烧设备呈现多元化发展，不同的设计者从不同的角度出发，根据垃圾本身的特点及用户的需要，开发设计出不同类型的垃圾焚烧炉。主要分为三大类：机械炉排焚烧炉、回转窑焚烧炉和循环流化床焚烧炉。目前热解气化焚烧炉在垃圾发电行业中使用较少。

(2)机械炉排焚烧炉、回转窑焚烧炉和循环流化床焚烧炉均能有效的控制二额英、呋喃等有毒物质的排放，排放量均在国家标准要求范围内。

(3)不同的垃圾焚烧炉有其各自的适用性和优势。炉排炉在燃用高水分垃圾时优势明显，基本不需要对垃圾进行预处理，简化了垃圾分拣、渗沥液的处理工作。回转窑焚烧炉在危险废弃物及医疗垃圾焚烧中应用较为广泛，二次燃烧室1200℃的高温可以将病菌、病原体等有害物质彻底消灭。循环流化床焚烧炉能燃用不同热值的垃圾，尤其是低热值垃圾。同时，它可以在炉膛内吸收、中和酸性污染性气体，污染物脱除及控制方面效果良好。

(4)在对垃圾进行有效的分拣和预处理后，循环流化床焚烧炉是垃圾焚烧发电行业中性能较为优良的垃圾焚烧设备，它对燃料适应性强，安装、运行维护方便，易于大型化。