设计与计算
10.3969/j.issn.1673-3355.2012.01.001
CFHI TECHNOLOGY
500t/d逆推式炉排炉工艺设计
李
静1，陈金强2，张福录3
摘要：介绍一种新研发500t/d逆推式炉排炉的特点以及相关工艺参数设计计算。关键词：垃圾焚烧；炉排炉；焚烧工艺中图分类号：X705
文献标识码：B 文章编号：1673-3355（2012）01-0001-05
ProcessDesignfor500t/dReverse-ActingGrateTypeIncinerator
and calculation of the process parameters are presented in the article. Key words:refuse incineration ；grate type incinerator ；incineration process
LiJing ，ChenJinqiang ，ZhangFulu
Abstract:The technical characteristic of a newly-developed 500t/dreverse-acting grate type incinerator and the design
垃圾焚烧炉是完成垃圾焚烧处理工艺的核心
设备。我国现有的和正在筹建的大型垃圾焚烧发电厂的核心设备主要是以引进国外技术和设备为主，设备费及运行成本均较高。虽然国内也有厂家自行开发焚烧炉并取得成功，但单台处理规模都比较小，而且燃烧效果不甚理想。鉴于此，我公司在借鉴、消化吸收德国马丁炉技术的基础上，针对我国生活垃圾源头不分类、热值低等特点，研发了单台焚烧量500t/d的上拉下推驱动逆推生活垃圾焚烧炉。
垃圾贮坑内存放5～6天，沥去部分水分后被垃圾吊车抓斗送入焚烧炉内进行焚烧。焚烧后产生的高温烟气进入余热锅炉进行换热，所产生的高温高压蒸汽用于发电或供热。经过换热降温后的烟气进入烟气净化系统处理后通过烟囱排放。焚烧所需的空气由鼓风机抽自垃圾贮坑。从焚烧炉下排出的灰渣由灰渣车外运进行填埋[1]（见图1）。
从生活垃圾焚烧处理工艺流程图可以看出整个垃圾焚烧系统的核心部分就是垃圾焚烧炉[2]，垃圾焚烧炉的焚烧效果直接决定了整个焚烧系统是否可靠。目前垃圾焚烧采用的主流炉型为机械炉排式焚烧炉，因此下面重点介绍我公司自主研发的500t/d上拉下推驱动逆推炉排炉的特点及工艺。
油泵
活性碳喷射装置
烟囱
1垃圾焚烧工艺简介
原生垃圾通过地磅称重后卸入垃圾贮坑，在
原生垃圾
鼓风机
SNCR 装置
称重垃圾贮坑垃圾吊车焚烧炉炉渣
余热锅炉汽轮发电机
半干式反应塔袋式除尘器引风机
飞灰收集
称重填埋
发电上网城市供热固化成型填埋
图1典型生活垃圾焚烧处理工艺流程图
1. 一重集团大连设计研究院有限公司助理工程师，辽宁116600；2. 一重集团大连设计研究院有限公司工程师，辽宁辽宁大连
116600
大连大连
116600；3. 一重集团大连设计研究院有限公司研究员级高级工程师，
2012年第1期（总145期）
1
CFHI
一重技术设计与计算
2
2.1
500t/d逆推式炉排炉的特点
中国低热值生活垃圾焚烧工艺研究
根据我国目前城市生活垃圾热值低、水分高、变化多等特点，焚烧时应采取以下工艺技术[3]：（1）生活垃圾在池中堆放时间不少于3d ；（2）适当增加干燥或燃烬段的炉排长度；（3）控制炉膛及二次燃烧室内的烟气温度不低于850℃，烟气在炉膛及二次燃烧室内的停留时间不小于2s ，合理控制助燃空气的风量、温度和注入位置；（4）控制烟气中的CO 浓度低于60mg/m3，O 2浓度不少于6%；（5）炉排上的垃圾料层厚
）提高一度保持在400～800mm 范围；（6
次风温度，保持生活垃圾充分预热烘干；
（7）燃烧室下部不设水冷壁，采用性能好的
1—进料斗；2—给料机构；3—上拉传动装置；4—逆推炉排；5—炉排下风室；6—电动调节风门；7—进风口；8—下推传动装置；9—落渣井；10—出渣机；11—炉膛。
图2500t/d逆推式炉排炉机构示意图
表1进炉垃圾元素组成
元素含量
C 20.33
H 2.26
O 13.76
N 0.83
S 0.16
Cl 0.34
Ash 19.12
耐火材料；（8）生活垃圾渗沥水集中后另行处理，不向燃烧室回喷；（9）在生活垃圾焚烧厂中设置先进、完善和可靠的全套自动控制系统，使焚烧和净化工艺得以顺利执行。2.2
500t/d逆推式炉排炉的特点
针对目前中国垃圾焚烧市场的需求，我公司研发的500t/d逆推式炉排炉具有以下特点（见图2）。
（1）各段炉排运动速度可调，炉排适当加长可保证垃圾燃烬。
（2）设有热膨胀吸收装置，防止炉排片卡死。（3）风室的风量可以由自动化系统分别自动调节，有利于垃圾稳定充分燃烧。
（4）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，通常炉排面积可小于顺推炉排。
（5）可组合成容量不同的焚烧炉，容量从250t/d，350t/d，500t/d，一体化设计，满足各种城市垃圾焚烧处理的需求；每一列炉排独立驱动，互不干涉，结构简单，模块化设计。
(6)与进口焚烧炉相比造价低。
本焚烧炉主要是针对中国城市生活垃圾而设计，故应首先收集相关资料，分析确定入炉垃圾相关参数（见表1），再据此进行后续相关工艺设计。
（1）垃圾设计热值为4500kJ/kg。
（2）垃圾含水率为50%。（3）垃圾堆积密度为250～350kg/m3。2
CFHI
（%）
W 43.2
（4）炉排长9.25m ，炉排宽8.46m 。
3
3.1
工艺参数的确定
炉排燃烧速率
炉排燃烧速率大小与焚烧炉处理能力、炉排类
型、垃圾特性和炉渣热灼减率等有关。针对我国目
前锅炉连续最大蒸发量MCR 点热值在7000kJ/kg以下的工况，典型燃烧速率值（225±45）kg/(m2·h) ，一般而言，当垃圾低位热值为4200kJ/kg时，燃烧速率不小于150kg/(m2·h) 。
由于我国垃圾含水量相对比较高，需要增加干燥段炉排的面积，因此燃烧速率要相应降低。参照目前国际上典型焚烧炉及炉排燃烧速率[4]（见表2），
2
本500t/d逆推式炉排炉燃烧速率定为280kg/m·h 。3.2
床层厚度
炉排上的垃圾层厚度是随着燃烧过程的进行而不断减薄的。床层厚度是指垃圾被推入炉排到初始燃烧阶段的平均厚度，正常床层厚度大约为800～1000mm 。实际运营的焚烧厂中逆推式炉排炉在
600～800mm 垃圾层厚时运行效果较好，关键是一次风能穿透垃圾层，垃圾烧得透，热灼减率低。
因此本设计500t/d逆推式炉排炉垃圾层厚度
2012年第1期（总145期）
设计与计算
表2一些焚烧厂的炉型及炉排燃烧速率参考值
厂名沃伦县深圳东京杉亚
-仓敷--焚烧炉型W+E马丁伟伦澳可那冯若尔田熊DBA
垃圾低位热值处理量炉排面积kcal/kg）（[***********]0010002500
（t/d）200×2150×2300×3120300×3100200×3
2
（m ）
CFHI TECHNOLOGY
(kg/m2·h)
焚烧速率315.6320.[**************]5
（℃）；F —辅助燃料量（kg/h）；Q f —辅助燃
kJ/kg）。料的低位发热量（
本设计500t/d逆推式炉排炉
1111
q v =20833×4500+3.4×1.307×220-20
=43×104kJ/(m3·h) 。3.5
垃圾在炉排上的停留时间
垃圾在炉排上的停留时间包括干燥点火、焚烧及燃烬过程在内，实现垃圾中有毒有害物质转化成无害物质，并达到完全燃烧的总停留时间。在我国引进技术设备的垃圾焚烧厂中，垃圾热值在6000kJ/kg以上的，停留时间多在60～90min ；垃圾热值在6000kJ/kg以下的，停留时间多在90～120min 。
本炉排炉的炉排油缸移动速度为2～8mm/s，炉排长度为9250mm ，垃圾从进入到排出的时间为9250/(2～8) =1156～4625s=20～77min ，由于逆推炉排垃圾移动速度几乎为炉排油缸的一半，加上运行中设置了油缸停顿不动设计，垃圾在炉排上的停留时间几乎是20～77min 的2倍，为40～154min ，满足停留时间90～120min 的要求，停留时间设计合理。
26.419.542.562731.124.527.3
定为500～800mm 。3.3
床层热强度
床层热强度也称炉排面积热负荷，指单位炉排面积在单位时间内焚烧垃圾所释放的热量，其值一般在277～694kW/m2。用R 来表示炉床层平均热强度，则
R ===4500×20833=332.8kW/m2本设计500t/d逆推式炉排炉床层平均热强度值在规定范围之内，焚烧炉设计合理。3.4
燃烧室容积热负荷
4
4.1
助燃空气系统工艺参数确定
作用及设备组成
燃烧室容积热负荷指燃烧室内单位时间、单位体积的设计热容量，是衡量炉膛大小是否合理的指标。燃烧室热负荷过大，或炉膛容积过小，将带来两方面的问题：一是炉膛内温度过高，导致结渣和加重对炉墙的损害；二是高温烟气在炉膛内停留时间过短，将导致CO 等燃烧气体向后漂移，发生再燃烧危险。燃烧室热负荷过小，或炉膛容积过大，则会因炉墙散热损失导致炉温降低，燃烧不稳定；还可能造成炉渣热灼减率升高。针对我国目前的垃圾特性及焚烧炉的特点，燃烧室容积热负荷建议值为142～551×104kJ/(m3·h) 。
燃烧室容积热负荷可按下式确定：
垃圾焚烧炉助燃空气的主要作用是：（1）提供垃圾干燥的风量和风温，为垃圾着火准备条件。
（2）提供垃圾充分燃烧和燃烬的空气量。（3）促使炉膛内烟气的扰动，使炉膛出口CO 的含量降至最低。（4）冷却炉排，避免炉排过热变形。（5）提供炉墙冷却风，以防炉渣在炉墙上结焦等[5]。
助燃空气系统的组成设备包括向垃圾焚烧炉提供空气的送风机（一次风机、二次风机以及传动杆冷却风机）、对助燃空气进行预热的空气预热器和空气系统中的各种管道、阀门等。4.2
燃烧所需空气量的计算
焚烧单位垃圾所需的理论空气量：
（1）根据垃圾元素组分计算
C +V o =×+→4.031632.060221
1B 1t α-t o 1+FQ f Q d +AC p 1
q v =
V
3
式中，q v —燃烧室容积热负荷（kW/m）；B —垃圾
y
焚烧量（kg/h）；Q d —垃圾低位热值（kJ/kg）；
3
V —燃烧室体积（m ）；A —单位燃烧空气量（m 3/kg）；C p —空气定压比热1kJ/(m3·℃) 1；t α—加热空气温度（℃）；t o —大气温度
y
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3
CFHI
一重技术
Cl -O
35.45331.9988
设计与计算
→+
8
=0.0889C +0.2647H +0.0333S +0.0301Cl －0.0333O
=0.0889×20.33+0.2647×2.26+0.0333×0.16+0.0301×0.34－0.0333×13.76=1.96N ·m 3/kg（2）根据垃圾低位热值估算L o =γQ dw
0.8197
=82.7～3. 48×104m 3/h
由此确定一次风机、二次风机参数（见表3）。
表3
名称一次风机二次风机
形式离心式离心式
风机参数
调速方式变频变频
（Pa ）60006000
（kW ）185132
额定风量额定电压电机功率（N ·m 3/h）6525426653
=1.97kg/kg=2.54N ·m 3/kg
一、二次风的空气量可根据垃圾性质及其在焚烧炉内的实际燃烧情况通过比例调节阀进行调节，以实现合理配风，保证垃圾的完全燃烧。
一次燃烧空气又分为干燥段、燃烧段和燃烬段三段。由于垃圾沿床层长度方向展开燃烧过程，且床层长度方向局部区域的燃烧过程各不相同，局部配风量多少也就不同。理论上，垃圾沿床层宽度方向燃烧是均匀一致的，配给的风量也应该是均匀一致的。进炉垃圾水分蒸发干燥过程是大量吸热但不耗氧的过程，需要由加热到一定温度的燃烧空气来提供热量；燃烧空气配给量最大的区域是挥发分剧烈析出，迅速燃烧并大量释放热量的区域；固定碳燃烬区则需要相对较少的燃烧空气。各段的空气量通过炉排配风孔进行调节。
由于干燥段、燃烧段和燃烬段的空气分配量为15%、75%、10%，则各段的空气量如下：
干燥段：V 1=L 01×15%=85.3～6. 58×104×15%
=80.80～0.988×104m 3/h
燃烧段：V 2=L 01×75%=85.3～6. 58×104×75%=83.98～4.888×104m 3/h燃烬段：V 3=L 01×10%=85.3～6. 58×104×10%
=80.53～0.658×104m 3/h
4.4
助燃空气的加热
选定过量空气系数m 为1.6～2.0，则理论上
500t/d的焚烧炉正常燃烧1h 所需的空气量为：
V o ′=mV o ×500×10
3
=81.6～2. 08×1.96×500×10
=86.53～8.178×104m 3/hL o ′=mL o ×500×10
24
3
3
=81.6～2. 08×2.54×500×10
24
=88.5～10. 68×104m 3/h
3
综上，选定500t/d的焚烧炉正常燃烧1h 所需
空气量V 为87.0～9. 08×104m 3/h，据此做后续计算。4.3
一、二次燃烧空气分配及风机参数确定一次助燃空气由炉排系统下方送入炉排各区段，这些区段包括干燥段、燃烧段和燃烬段。送往各区段的空气量随着不同区段的需求而改变，可根据燃烧控制器与炉排运动速度、废气中氧气及一氧化碳含量、蒸汽流量及炉内温度进行精密联控。
二次助燃空气需经过预热后从位于前方或后方炉壁上一系列的喷嘴送入炉内。二次助燃空气的作用主要是加强燃烧室内气体的扰动，促使未燃气体燃烬，增加烟气在炉膛中的停留时间以及调节炉膛的温度等。
一、二次风空气均从垃圾贮坑内抽取（可使垃圾池内压力维持在负压状态，防止臭气外逸）。
一次二次燃烧空气量的分配按下式确定：L 02=0.340102
则500t/d的焚烧炉一次燃烧空气量为L 01=V 81－0.348=87.9～9. 88×104×0.66=85.3～6. 58×104m 3/h二次燃烧空气量为：
L 02=V ×0.34=87.9～9. 88×104×0.344
CFHI
为了获得良好的干燥及助燃效果，助燃空气在
进入焚烧炉之前，必须先经过空气预热器加热到一定温度后从炉排下部分段送风（见表4）。为了提高燃烧效果及保持燃烧室的温度，对焚烧炉前后拱喷入的二次风也应进行加热，以加强烟气的扰动，延长烟气的燃烧行程，使空气与烟气充分混合，保证垃圾燃烧得更彻底。
由于入炉垃圾热值为4500kJ/kg，根据表3和实际燃烧工况，一次助燃空气干燥段需预热到250℃，燃烧段需预热到220℃；二次助燃空气需加热到180℃。
对二次风加热时采用蒸汽式空气预热器是因为
2012年第1期（总145期）
设计与计算
表4一次空气加热温度与垃圾低位热值的关系
垃圾低位热值LHV （kJ/kg）
≤50005000～8100＞8100
一次空气加热温度（℃）
200～250100～22020～100
CFHI TECHNOLOGY
则500t/d的焚烧炉每小时产生的烟气量V y ′为：
V y ′=V y ×500×10=9.89×104m 3/h
24
3
（2）引风机风量V o 的选择计算t V o =BV y 1+×=14.2×104m 3/h
b
（3）引风机的风压引风机分压选为4000Pa 。4.6
启动及辅助燃烧器系统
其翅片和基管接触良好，单位长度换热面积大，20G 的无缝钢管能耐高温、高温差和反复热交换，不易积灰，换热效率高，能够有效利用热能，提高
全厂热利用率。
一次风空气预热器的加热蒸汽来自汽轮机抽汽和汽包的饱和蒸汽；二次风空气预热器的加热蒸汽来自于汽轮机的抽汽。
（1）一次风空气预热器参数
·m 3/h额定风量65254N
布置型式水平布置、顺列
管子规格25×2.5mm 材料：20G
蒸汽来源第一级、第三级来自汽包饱和蒸汽，压力4.4MPa ，温度256℃，流量2341.9kg/h；第二级来自汽轮机抽汽，压力1.5MPa ，温度303℃，流量4293.0kg/h。
空气温度一次风进口温度18℃，第一级出口31℃，第二级出口180℃，第三级出口温度250℃。
（2）二次风空气预热器参数额定风量26653N ·m 3/h
布置型式水平布置、顺列
管子规格25×2.5mm 材料：20G
蒸汽来源来自汽轮机抽汽，压力1.5MPa ，温度303℃，流量1922.3kg/h。
空气温度一次风进口温度18℃，出口温度180℃。4.5
燃烧烟气量计算与引风机参数确定
本焚烧炉设计垃圾低位热值为5020kJ/kg，变化范围4500～9000kJ/kg。根据燃烧图，在生活垃圾热值低于4500kJ/kg时需添加辅助燃料。这里采用轻柴油作为点火和辅助燃烧燃料。每台焚烧炉共4台燃烧器，其中2台启动燃烧器，另2台为辅助燃烧器。
启动燃烧器布置在炉膛的侧壁，负责焚烧炉启动时的升温和停炉时的降温。辅助燃烧器布置在炉膛的后墙，当垃圾热值低时，辅助燃烧器可根据燃烧室的温度情况自动运行。
燃烧器包括以下设备：与焚烧炉相连的配风室、油枪、点火枪、火焰探测装置、提供燃烧冷却用的风机、相关的阀门及控制系统。在主厂房外设置独栋的油站，保证厂内的安全生产。轻柴油由油站的油泵加压输送到锅炉，经过比例调节阀、燃油速断阀到各燃烧器。
5结语
该焚烧炉是以马丁炉为基础，综合了各种逆推式炉排炉的优点，是一套真正适合于我国低热值、高水分、高灰分生活垃圾的焚烧处理设备，具有设计新颖、效果良好、造价低廉等特点，相信会有广阔的应用前景。
参考文献
[1]龚佰勋. 城市生活垃圾焚烧处理技术[M]. 北京. 中国建筑工业出
版社.2004，25～26.
[2]徐进. 垃圾焚烧发电工艺设计及技术装备研究[J]. 可再生能源.
2005.3：65～67.
[3]张益. 城市生活垃圾焚烧厂设计方案研究[J]. 城市环境与城市生
态.2000.13(3)：26～27.
[4]白良辰. 生活垃圾焚烧处理工程技术[M]. 北京. 中国建筑工业出
版社.2009，177.
[5]柴晓利，赵爱华，赵由才. 固体废物焚烧技术[M]. 北京. 化学工
业出版社.2006，34～35. 收稿日期：2011-12-08
（1）理论烟气量仍以烟气含氮量、理论水蒸气量和理论三原子气体量三项之和为基本依据，并根据实际经验进行适当修正确定的，实际烟气量考虑了过量空气。
V y =0.01867C +0.112H +0.007S +0.00315Cl
+0.008N + 1.0161a －0.21 V o +0.0124W =0.01867×20.33+0.112×2.26+0.007×0.16+0.00315×0.34+0.008×0.83+ 1.0161×2－0.21 ×1.96+0.0124×43.2=4.75m 3/kg
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5
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李
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摘要：介绍一种新研发500t/d逆推式炉排炉的特点以及相关工艺参数设计计算。关键词：垃圾焚烧；炉排炉；焚烧工艺中图分类号：X705
文献标识码：B 文章编号：1673-3355（2012）01-0001-05
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and calculation of the process parameters are presented in the article. Key words:refuse incineration ；grate type incinerator ；incineration process
LiJing ，ChenJinqiang ，ZhangFulu
Abstract:The technical characteristic of a newly-developed 500t/dreverse-acting grate type incinerator and the design
垃圾焚烧炉是完成垃圾焚烧处理工艺的核心
设备。我国现有的和正在筹建的大型垃圾焚烧发电厂的核心设备主要是以引进国外技术和设备为主，设备费及运行成本均较高。虽然国内也有厂家自行开发焚烧炉并取得成功，但单台处理规模都比较小，而且燃烧效果不甚理想。鉴于此，我公司在借鉴、消化吸收德国马丁炉技术的基础上，针对我国生活垃圾源头不分类、热值低等特点，研发了单台焚烧量500t/d的上拉下推驱动逆推生活垃圾焚烧炉。
垃圾贮坑内存放5～6天，沥去部分水分后被垃圾吊车抓斗送入焚烧炉内进行焚烧。焚烧后产生的高温烟气进入余热锅炉进行换热，所产生的高温高压蒸汽用于发电或供热。经过换热降温后的烟气进入烟气净化系统处理后通过烟囱排放。焚烧所需的空气由鼓风机抽自垃圾贮坑。从焚烧炉下排出的灰渣由灰渣车外运进行填埋[1]（见图1）。
从生活垃圾焚烧处理工艺流程图可以看出整个垃圾焚烧系统的核心部分就是垃圾焚烧炉[2]，垃圾焚烧炉的焚烧效果直接决定了整个焚烧系统是否可靠。目前垃圾焚烧采用的主流炉型为机械炉排式焚烧炉，因此下面重点介绍我公司自主研发的500t/d上拉下推驱动逆推炉排炉的特点及工艺。
油泵
活性碳喷射装置
烟囱
1垃圾焚烧工艺简介
原生垃圾通过地磅称重后卸入垃圾贮坑，在
原生垃圾
鼓风机
SNCR 装置
称重垃圾贮坑垃圾吊车焚烧炉炉渣
余热锅炉汽轮发电机
半干式反应塔袋式除尘器引风机
飞灰收集
称重填埋
发电上网城市供热固化成型填埋
图1典型生活垃圾焚烧处理工艺流程图
1. 一重集团大连设计研究院有限公司助理工程师，辽宁116600；2. 一重集团大连设计研究院有限公司工程师，辽宁辽宁大连
116600
大连大连
116600；3. 一重集团大连设计研究院有限公司研究员级高级工程师，
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1
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一重技术设计与计算
2
2.1
500t/d逆推式炉排炉的特点
中国低热值生活垃圾焚烧工艺研究
根据我国目前城市生活垃圾热值低、水分高、变化多等特点，焚烧时应采取以下工艺技术[3]：（1）生活垃圾在池中堆放时间不少于3d ；（2）适当增加干燥或燃烬段的炉排长度；（3）控制炉膛及二次燃烧室内的烟气温度不低于850℃，烟气在炉膛及二次燃烧室内的停留时间不小于2s ，合理控制助燃空气的风量、温度和注入位置；（4）控制烟气中的CO 浓度低于60mg/m3，O 2浓度不少于6%；（5）炉排上的垃圾料层厚
）提高一度保持在400～800mm 范围；（6
次风温度，保持生活垃圾充分预热烘干；
（7）燃烧室下部不设水冷壁，采用性能好的
1—进料斗；2—给料机构；3—上拉传动装置；4—逆推炉排；5—炉排下风室；6—电动调节风门；7—进风口；8—下推传动装置；9—落渣井；10—出渣机；11—炉膛。
图2500t/d逆推式炉排炉机构示意图
表1进炉垃圾元素组成
元素含量
C 20.33
H 2.26
O 13.76
N 0.83
S 0.16
Cl 0.34
Ash 19.12
耐火材料；（8）生活垃圾渗沥水集中后另行处理，不向燃烧室回喷；（9）在生活垃圾焚烧厂中设置先进、完善和可靠的全套自动控制系统，使焚烧和净化工艺得以顺利执行。2.2
500t/d逆推式炉排炉的特点
针对目前中国垃圾焚烧市场的需求，我公司研发的500t/d逆推式炉排炉具有以下特点（见图2）。
（1）各段炉排运动速度可调，炉排适当加长可保证垃圾燃烬。
（2）设有热膨胀吸收装置，防止炉排片卡死。（3）风室的风量可以由自动化系统分别自动调节，有利于垃圾稳定充分燃烧。
（4）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，通常炉排面积可小于顺推炉排。
（5）可组合成容量不同的焚烧炉，容量从250t/d，350t/d，500t/d，一体化设计，满足各种城市垃圾焚烧处理的需求；每一列炉排独立驱动，互不干涉，结构简单，模块化设计。
(6)与进口焚烧炉相比造价低。
本焚烧炉主要是针对中国城市生活垃圾而设计，故应首先收集相关资料，分析确定入炉垃圾相关参数（见表1），再据此进行后续相关工艺设计。
（1）垃圾设计热值为4500kJ/kg。
（2）垃圾含水率为50%。（3）垃圾堆积密度为250～350kg/m3。2
CFHI
（%）
W 43.2
（4）炉排长9.25m ，炉排宽8.46m 。
3
3.1
工艺参数的确定
炉排燃烧速率
炉排燃烧速率大小与焚烧炉处理能力、炉排类
型、垃圾特性和炉渣热灼减率等有关。针对我国目
前锅炉连续最大蒸发量MCR 点热值在7000kJ/kg以下的工况，典型燃烧速率值（225±45）kg/(m2·h) ，一般而言，当垃圾低位热值为4200kJ/kg时，燃烧速率不小于150kg/(m2·h) 。
由于我国垃圾含水量相对比较高，需要增加干燥段炉排的面积，因此燃烧速率要相应降低。参照目前国际上典型焚烧炉及炉排燃烧速率[4]（见表2），
2
本500t/d逆推式炉排炉燃烧速率定为280kg/m·h 。3.2
床层厚度
炉排上的垃圾层厚度是随着燃烧过程的进行而不断减薄的。床层厚度是指垃圾被推入炉排到初始燃烧阶段的平均厚度，正常床层厚度大约为800～1000mm 。实际运营的焚烧厂中逆推式炉排炉在
600～800mm 垃圾层厚时运行效果较好，关键是一次风能穿透垃圾层，垃圾烧得透，热灼减率低。
因此本设计500t/d逆推式炉排炉垃圾层厚度
2012年第1期（总145期）
设计与计算
表2一些焚烧厂的炉型及炉排燃烧速率参考值
厂名沃伦县深圳东京杉亚
-仓敷--焚烧炉型W+E马丁伟伦澳可那冯若尔田熊DBA
垃圾低位热值处理量炉排面积kcal/kg）（[***********]0010002500
（t/d）200×2150×2300×3120300×3100200×3
2
（m ）
CFHI TECHNOLOGY
(kg/m2·h)
焚烧速率315.6320.[**************]5
（℃）；F —辅助燃料量（kg/h）；Q f —辅助燃
kJ/kg）。料的低位发热量（
本设计500t/d逆推式炉排炉
1111
q v =20833×4500+3.4×1.307×220-20
=43×104kJ/(m3·h) 。3.5
垃圾在炉排上的停留时间
垃圾在炉排上的停留时间包括干燥点火、焚烧及燃烬过程在内，实现垃圾中有毒有害物质转化成无害物质，并达到完全燃烧的总停留时间。在我国引进技术设备的垃圾焚烧厂中，垃圾热值在6000kJ/kg以上的，停留时间多在60～90min ；垃圾热值在6000kJ/kg以下的，停留时间多在90～120min 。
本炉排炉的炉排油缸移动速度为2～8mm/s，炉排长度为9250mm ，垃圾从进入到排出的时间为9250/(2～8) =1156～4625s=20～77min ，由于逆推炉排垃圾移动速度几乎为炉排油缸的一半，加上运行中设置了油缸停顿不动设计，垃圾在炉排上的停留时间几乎是20～77min 的2倍，为40～154min ，满足停留时间90～120min 的要求，停留时间设计合理。
26.419.542.562731.124.527.3
定为500～800mm 。3.3
床层热强度
床层热强度也称炉排面积热负荷，指单位炉排面积在单位时间内焚烧垃圾所释放的热量，其值一般在277～694kW/m2。用R 来表示炉床层平均热强度，则
R ===4500×20833=332.8kW/m2本设计500t/d逆推式炉排炉床层平均热强度值在规定范围之内，焚烧炉设计合理。3.4
燃烧室容积热负荷
4
4.1
助燃空气系统工艺参数确定
作用及设备组成
燃烧室容积热负荷指燃烧室内单位时间、单位体积的设计热容量，是衡量炉膛大小是否合理的指标。燃烧室热负荷过大，或炉膛容积过小，将带来两方面的问题：一是炉膛内温度过高，导致结渣和加重对炉墙的损害；二是高温烟气在炉膛内停留时间过短，将导致CO 等燃烧气体向后漂移，发生再燃烧危险。燃烧室热负荷过小，或炉膛容积过大，则会因炉墙散热损失导致炉温降低，燃烧不稳定；还可能造成炉渣热灼减率升高。针对我国目前的垃圾特性及焚烧炉的特点，燃烧室容积热负荷建议值为142～551×104kJ/(m3·h) 。
燃烧室容积热负荷可按下式确定：
垃圾焚烧炉助燃空气的主要作用是：（1）提供垃圾干燥的风量和风温，为垃圾着火准备条件。
（2）提供垃圾充分燃烧和燃烬的空气量。（3）促使炉膛内烟气的扰动，使炉膛出口CO 的含量降至最低。（4）冷却炉排，避免炉排过热变形。（5）提供炉墙冷却风，以防炉渣在炉墙上结焦等[5]。
助燃空气系统的组成设备包括向垃圾焚烧炉提供空气的送风机（一次风机、二次风机以及传动杆冷却风机）、对助燃空气进行预热的空气预热器和空气系统中的各种管道、阀门等。4.2
燃烧所需空气量的计算
焚烧单位垃圾所需的理论空气量：
（1）根据垃圾元素组分计算
C +V o =×+→4.031632.060221
1B 1t α-t o 1+FQ f Q d +AC p 1
q v =
V
3
式中，q v —燃烧室容积热负荷（kW/m）；B —垃圾
y
焚烧量（kg/h）；Q d —垃圾低位热值（kJ/kg）；
3
V —燃烧室体积（m ）；A —单位燃烧空气量（m 3/kg）；C p —空气定压比热1kJ/(m3·℃) 1；t α—加热空气温度（℃）；t o —大气温度
y
2012年第1期（总145期）
3
CFHI
一重技术
Cl -O
35.45331.9988
设计与计算
→+
8
=0.0889C +0.2647H +0.0333S +0.0301Cl －0.0333O
=0.0889×20.33+0.2647×2.26+0.0333×0.16+0.0301×0.34－0.0333×13.76=1.96N ·m 3/kg（2）根据垃圾低位热值估算L o =γQ dw
0.8197
=82.7～3. 48×104m 3/h
由此确定一次风机、二次风机参数（见表3）。
表3
名称一次风机二次风机
形式离心式离心式
风机参数
调速方式变频变频
（Pa ）60006000
（kW ）185132
额定风量额定电压电机功率（N ·m 3/h）6525426653
=1.97kg/kg=2.54N ·m 3/kg
一、二次风的空气量可根据垃圾性质及其在焚烧炉内的实际燃烧情况通过比例调节阀进行调节，以实现合理配风，保证垃圾的完全燃烧。
一次燃烧空气又分为干燥段、燃烧段和燃烬段三段。由于垃圾沿床层长度方向展开燃烧过程，且床层长度方向局部区域的燃烧过程各不相同，局部配风量多少也就不同。理论上，垃圾沿床层宽度方向燃烧是均匀一致的，配给的风量也应该是均匀一致的。进炉垃圾水分蒸发干燥过程是大量吸热但不耗氧的过程，需要由加热到一定温度的燃烧空气来提供热量；燃烧空气配给量最大的区域是挥发分剧烈析出，迅速燃烧并大量释放热量的区域；固定碳燃烬区则需要相对较少的燃烧空气。各段的空气量通过炉排配风孔进行调节。
由于干燥段、燃烧段和燃烬段的空气分配量为15%、75%、10%，则各段的空气量如下：
干燥段：V 1=L 01×15%=85.3～6. 58×104×15%
=80.80～0.988×104m 3/h
燃烧段：V 2=L 01×75%=85.3～6. 58×104×75%=83.98～4.888×104m 3/h燃烬段：V 3=L 01×10%=85.3～6. 58×104×10%
=80.53～0.658×104m 3/h
4.4
助燃空气的加热
选定过量空气系数m 为1.6～2.0，则理论上
500t/d的焚烧炉正常燃烧1h 所需的空气量为：
V o ′=mV o ×500×10
3
=81.6～2. 08×1.96×500×10
=86.53～8.178×104m 3/hL o ′=mL o ×500×10
24
3
3
=81.6～2. 08×2.54×500×10
24
=88.5～10. 68×104m 3/h
3
综上，选定500t/d的焚烧炉正常燃烧1h 所需
空气量V 为87.0～9. 08×104m 3/h，据此做后续计算。4.3
一、二次燃烧空气分配及风机参数确定一次助燃空气由炉排系统下方送入炉排各区段，这些区段包括干燥段、燃烧段和燃烬段。送往各区段的空气量随着不同区段的需求而改变，可根据燃烧控制器与炉排运动速度、废气中氧气及一氧化碳含量、蒸汽流量及炉内温度进行精密联控。
二次助燃空气需经过预热后从位于前方或后方炉壁上一系列的喷嘴送入炉内。二次助燃空气的作用主要是加强燃烧室内气体的扰动，促使未燃气体燃烬，增加烟气在炉膛中的停留时间以及调节炉膛的温度等。
一、二次风空气均从垃圾贮坑内抽取（可使垃圾池内压力维持在负压状态，防止臭气外逸）。
一次二次燃烧空气量的分配按下式确定：L 02=0.340102
则500t/d的焚烧炉一次燃烧空气量为L 01=V 81－0.348=87.9～9. 88×104×0.66=85.3～6. 58×104m 3/h二次燃烧空气量为：
L 02=V ×0.34=87.9～9. 88×104×0.344
CFHI
为了获得良好的干燥及助燃效果，助燃空气在
进入焚烧炉之前，必须先经过空气预热器加热到一定温度后从炉排下部分段送风（见表4）。为了提高燃烧效果及保持燃烧室的温度，对焚烧炉前后拱喷入的二次风也应进行加热，以加强烟气的扰动，延长烟气的燃烧行程，使空气与烟气充分混合，保证垃圾燃烧得更彻底。
由于入炉垃圾热值为4500kJ/kg，根据表3和实际燃烧工况，一次助燃空气干燥段需预热到250℃，燃烧段需预热到220℃；二次助燃空气需加热到180℃。
对二次风加热时采用蒸汽式空气预热器是因为
2012年第1期（总145期）
设计与计算
表4一次空气加热温度与垃圾低位热值的关系
垃圾低位热值LHV （kJ/kg）
≤50005000～8100＞8100
一次空气加热温度（℃）
200～250100～22020～100
CFHI TECHNOLOGY
则500t/d的焚烧炉每小时产生的烟气量V y ′为：
V y ′=V y ×500×10=9.89×104m 3/h
24
3
（2）引风机风量V o 的选择计算t V o =BV y 1+×=14.2×104m 3/h
b
（3）引风机的风压引风机分压选为4000Pa 。4.6
启动及辅助燃烧器系统
其翅片和基管接触良好，单位长度换热面积大，20G 的无缝钢管能耐高温、高温差和反复热交换，不易积灰，换热效率高，能够有效利用热能，提高
全厂热利用率。
一次风空气预热器的加热蒸汽来自汽轮机抽汽和汽包的饱和蒸汽；二次风空气预热器的加热蒸汽来自于汽轮机的抽汽。
（1）一次风空气预热器参数
·m 3/h额定风量65254N
布置型式水平布置、顺列
管子规格25×2.5mm 材料：20G
蒸汽来源第一级、第三级来自汽包饱和蒸汽，压力4.4MPa ，温度256℃，流量2341.9kg/h；第二级来自汽轮机抽汽，压力1.5MPa ，温度303℃，流量4293.0kg/h。
空气温度一次风进口温度18℃，第一级出口31℃，第二级出口180℃，第三级出口温度250℃。
（2）二次风空气预热器参数额定风量26653N ·m 3/h
布置型式水平布置、顺列
管子规格25×2.5mm 材料：20G
蒸汽来源来自汽轮机抽汽，压力1.5MPa ，温度303℃，流量1922.3kg/h。
空气温度一次风进口温度18℃，出口温度180℃。4.5
燃烧烟气量计算与引风机参数确定
本焚烧炉设计垃圾低位热值为5020kJ/kg，变化范围4500～9000kJ/kg。根据燃烧图，在生活垃圾热值低于4500kJ/kg时需添加辅助燃料。这里采用轻柴油作为点火和辅助燃烧燃料。每台焚烧炉共4台燃烧器，其中2台启动燃烧器，另2台为辅助燃烧器。
启动燃烧器布置在炉膛的侧壁，负责焚烧炉启动时的升温和停炉时的降温。辅助燃烧器布置在炉膛的后墙，当垃圾热值低时，辅助燃烧器可根据燃烧室的温度情况自动运行。
燃烧器包括以下设备：与焚烧炉相连的配风室、油枪、点火枪、火焰探测装置、提供燃烧冷却用的风机、相关的阀门及控制系统。在主厂房外设置独栋的油站，保证厂内的安全生产。轻柴油由油站的油泵加压输送到锅炉，经过比例调节阀、燃油速断阀到各燃烧器。
5结语
该焚烧炉是以马丁炉为基础，综合了各种逆推式炉排炉的优点，是一套真正适合于我国低热值、高水分、高灰分生活垃圾的焚烧处理设备，具有设计新颖、效果良好、造价低廉等特点，相信会有广阔的应用前景。
参考文献
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版社.2004，25～26.
[2]徐进. 垃圾焚烧发电工艺设计及技术装备研究[J]. 可再生能源.
2005.3：65～67.
[3]张益. 城市生活垃圾焚烧厂设计方案研究[J]. 城市环境与城市生
态.2000.13(3)：26～27.
[4]白良辰. 生活垃圾焚烧处理工程技术[M]. 北京. 中国建筑工业出
版社.2009，177.
[5]柴晓利，赵爱华，赵由才. 固体废物焚烧技术[M]. 北京. 化学工
业出版社.2006，34～35. 收稿日期：2011-12-08
（1）理论烟气量仍以烟气含氮量、理论水蒸气量和理论三原子气体量三项之和为基本依据，并根据实际经验进行适当修正确定的，实际烟气量考虑了过量空气。
V y =0.01867C +0.112H +0.007S +0.00315Cl
+0.008N + 1.0161a －0.21 V o +0.0124W =0.01867×20.33+0.112×2.26+0.007×0.16+0.00315×0.34+0.008×0.83+ 1.0161×2－0.21 ×1.96+0.0124×43.2=4.75m 3/kg
2012年第1期（总145期）
5
CFHI