摘要：目前，我國生活垃圾主要的處理方式便是焚燒處理。對此，本文分析了垃圾焚燒爐的主要構成部分，并著重介紹了機械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、旋轉窯焚燒爐的機理與選型，以機械爐排焚燒爐為例，對其機械設計進行重點分析。

關鍵詞：生活垃圾；焚燒爐；選型；設計

引言：隨著人們生活水平的不斷提升，生活垃圾的規(guī)模日漸龐大，如何有效處理生活垃圾已經成為一個重要課題。目前，生活垃圾主要用焚燒爐進行焚燒處理，為了提高垃圾處理效率，需要對焚燒爐進行科學選型與設計。本文將針對設備選型與機械設計的相關內容進行分析，力求為我國垃圾焚燒提供一些幫助。

1.垃圾焚燒爐簡介

在垃圾焚燒系統(tǒng)中主要包括垃圾接收系統(tǒng)、儲存系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、熱能利用系統(tǒng)與飛灰收運系統(tǒng)，在各個子系統(tǒng)共同運行的情況下才能夠完成對生活垃圾的有效處理。在設備運行中，各系統(tǒng)各司其職，如若任意一個系統(tǒng)發(fā)生了故障或者效率降低，則勢必會影響到整個垃圾焚燒系統(tǒng)的正常運行與效率提升。在該系統(tǒng)中，垃圾接收與儲存系統(tǒng)是垃圾進入與存儲的地點；煙氣處理系統(tǒng)主要負責處理焚燒中產生的煙氣；熱能利用系統(tǒng)負責將燃燒的能量轉化為熱能；飛灰收運系統(tǒng)負責對垃圾燃燒后的灰渣進行處理。對于不同類型的焚燒爐來說功效不一，因此在使用前需要慎重的選擇與設計。

2.垃圾焚燒爐的運行機理與選型

對于不同垃圾來說，成分、熱值等方面存在差異，焚燒爐作為垃圾處理的主要設備，在選擇與設計時應充分考慮到焚燒時間、溫度等，使垃圾得到充分燃燒，避免出現(xiàn)二惡英。目前，較為常用的焚燒爐有以下幾種。

2.1機械爐排焚燒爐

此類焚燒爐主要由爐排、進料斗、爐膛、配風機構、爐排傳機構等構成。垃圾從進料口進入后，在爐排上燃燒，再經過冷卻、干燥處理后，將灰渣排出爐外，設備通過機械運動方式使料層不斷松動，使空氣從爐底部進入，與垃圾充分接觸，達到最佳燃燒效果。按照機械運動方式不同，可將焚燒爐劃分為以下類型，即滾動爐排、脈沖拋動爐排、往復推動爐排等，目前使用頻率較多的是滾動與往復推動爐排。

在設備選型上，從當前焚燒爐應用現(xiàn)狀來看，機械爐排焚燒爐得到了廣泛應用，市場份額大于80%，究其原因，該類型焚燒爐的應用時間較長，在技術與體系上較為成熟完善，具有較強的可靠性，使用起來方便快捷。同時，該類型焚燒爐以層狀燃燒，對垃圾的適應度較高，充分符合焚燒爐的相關要求，能夠將熱值較低、水分較高的垃圾充分處理。但是，在選型時也要注意此類焚燒爐在使用中存在的不足。該設備內部結構較為復雜，液壓作動機構較多，經過長期運行后很可能出現(xiàn)爐排卡頓問題，從而影響了設備的使用效率。對此，需要相關人員定期進行維護與保養(yǎng)，以此延長其使用壽命[1]。

2.2流化床焚燒爐

此類焚燒爐包括分選機、進料口、流化床、破碎機等部分，爐內利用石英砂為熱載體，垃圾在流化床中進行焚燒，在焚燒之前通過噴油方式對石英砂進行加熱，使其溫度超過600℃，這時利用破碎機對垃圾進行粉碎處理，使其粒度在5cm以內，然后將其投入到爐中，當石英砂與垃圾充分混合后，開始快速燃燒。

在設備選型上，這種焚燒爐在市場中的應用頻率較低，因為該設備的垃圾處理量較少，且對垃圾的要求較高。在使用該設備之前，需要將垃圾送入破碎機中進行粉碎處理，由于破碎機械系統(tǒng)的復雜度較高，進而阻礙了該設備的廣泛應用。另外，在垃圾處理中，對設備的磨損度較高，在運行時消耗的能源較大，當處理熱值較低的垃圾時需要加入大量煤炭輔助處理，由于處理工序復雜、難度大，使流化床焚燒爐的應用范圍較為狹窄，市場份額自然較低。

2.3旋轉窯焚燒爐

此類設備主要構成圍進料口、冷卻水管、鋼制旋轉筒、排渣裝置等，在圓筒的內部放置耐火涂料，筒體以軸線方向微微傾斜。在垃圾處理過程中，垃圾從上方進料口進入，筒體緩慢的旋轉，使垃圾在筒中不斷翻滾后移，逐漸燃燒、冷卻、干燥后，從排渣裝置中將渣灰排出。在設備選型上，此種焚燒爐主要適用于工業(yè)固體垃圾焚燒，由于該設備的處理工序與環(huán)節(jié)具有一定的特殊性，在燃燒時容易失控，對熱值較低的垃圾進行處理時燃燒難度較大[2]。

3.生活垃圾焚燒爐的機械設計

本文以上文中介紹的機械爐排爐為例，對該設備的設計進行分析。該設備主要包括進料斗、爐膛、爐排、液壓連桿機構等部分，只有各個分支機構能夠科學的設計，才可確保整個爐體順暢運行，本文將對該設備中主要的結構設計進行分析。

3.1進料斗設計

在該焚燒爐中進料斗的儲存量應在0.5—1h范圍內，在尺寸設計上應在抓斗全部張開的基礎上，增加1.0m進行計算；在傾斜角的設計上，側壁傾角應超過45°，內壁保持光滑整潔；采用普通碳鋼作為擋板門、進料口的主材料即可，在厚度上應超過12mm；進料斗可通過超聲波、紅外線、微波等料位檢測器對料位的實際情況進行檢測。

3.2爐膛的設計

對于垃圾焚燒爐來說，爐膛的設計主要包括體積、高度、單臺規(guī)模、噴射裝置等方面。爐膛體積是指從爐膛的上方到高溫煙氣降溫截面間的全部體積。在設計中，應以垃圾處理能力、爐內熱負荷為依據(jù)，爐膛的體積大，垃圾處理能力自然也隨之增加。在熱負荷燃燒是指單位體積、時間內的熱容量，是衡量爐膛體積的重要標準，通常設置為33.50×104KJ/m3h—83.73×104KJ/m3h；在高度設計上，應確保煙氣自然流速狀態(tài)下，煙氣的溫度能夠達到850℃，煙氣在爐內的停留時間超過2s；為了提高高溫煙氣流動的穩(wěn)定性，在爐膛設計中還應設置可以更改截面的喉部；對于單臺焚燒爐來說，處理規(guī)模應超過400t/d，并重視爐膛冷卻的問題；在爐體的前方設計觀察孔與噴射裝置，觀察孔的作用是對爐內的運行情況進行觀察和分析，而噴射裝置是在必要的情況下，將各類添加劑噴入其中，如尿素等，使NOX的排放量被大大削減。

3.3爐排的設計

在垃圾焚燒爐中，爐排是該設備的重要部分，設計的科學性將對系統(tǒng)的運行效率產生直接影響。

（1）爐排長度與面積

爐排的長度、面積設計并非隨意設計，而是與設備的機械負荷、處理規(guī)模、垃圾含水量等具有較大關聯(lián)。對于垃圾數(shù)量龐大、機械負荷過大的情況，應適當?shù)难娱L設備長度，設備面積也自然隨之延長；對于垃圾中含水量較大的情況，也應適當?shù)脑黾釉O備長度與面積，使垃圾能夠得到充分的燃燒。

（2）爐排片的裝配

爐排是由多個爐排片組合而成，將各個爐排片按照橫向排放后，用螺栓進行固定后形成爐排組，從類型上可分為固定組與運動組。在裝配時，將兩種類型的組合交替放置，一同固定在鋼結構框架中，由此形成一個完整的爐排。值得注意的是，在爐排片的安裝中還要注重角度的大小，爐排整體朝下與水平面間成24°傾角。在爐排使用過程中，由于受到使用期限長、操作不規(guī)范等多種因素影響，很可能導致設備發(fā)生損壞，為了降低維修難度，應確保爐排片的尺寸固定不變，且保障加工精度，這樣才可以尋找標準件進行替換[3]。

（3）上風孔設計

為了提高生活垃圾的燃燒效率，可以在爐排片的上方設置風孔，使空氣從上方進入，從爐排的后方排出，使垃圾與空氣充分接觸，起到幫助燃燒的作用。同時，風口的設計還有利于垃圾燃燒后的鑄件冷卻，減少對爐排片的損害。在上風孔的設計上最好采用迷宮式，使鑄件得到最佳冷卻效果，確保其溫度被控制在400℃以內。

（4）爐排材質的選擇

對于機械爐排爐來說，在爐排的材質、加工質量上的要求較為嚴格。要求選擇Cr、Ni、Mo等合金元素作為鑄鐵件，此類鑄件具有較強的耐磨、抗腐蝕、耐熱性能，能夠使鑄件的使用壽命更長。爐排間應的接觸面應保持光滑，且二者間的間隙應控制到最低，避免灰渣進入，為后期清理帶來諸多不便。對此，在設計過程中應利用數(shù)控機床對爐排的表面與側面進行細致的打磨處理，避免在使用過程中發(fā)生磨損。大量實踐證明，科學選擇爐排材質、保障加工精度能夠使設備的使用壽命得到顯著延長，達到80 000h。

3.4液壓連桿機構的設計

在焚燒爐設備運行時，其中大多數(shù)機構都在進行著翻轉、往復運動，這將需要一套強有力的液壓系統(tǒng)來完成這一操作。本文設計的焚燒爐中，液壓系統(tǒng)主要包括爐排液壓缸、給料器、主油泵、連桿機構、料層調節(jié)液壓缸等，在液壓系統(tǒng)的驅動下完成給料器、推料器、爐排、擋板等機械動作，該系統(tǒng)中的各項參數(shù)如下所示：爐排液壓缸的數(shù)量為8個，行程為420mm，連桿速度為0.008m/s，壓力為180bar；給料器液壓缸的數(shù)量為8個，行程為1500mm，連桿速度為0.025m/s，壓力為100bar。

結論：綜上所述，生活垃圾焚燒與我國城市化建設息息相關，而焚燒爐作為垃圾焚燒處理的重要設備，應對其進行合理的選型與設計，使垃圾得到完全燃燒，保障焚燒爐的安全使用。另外，還應使能量能夠充分轉化，起到發(fā)電作用，為我國節(jié)能減排事業(yè)貢獻更大的力量。

參考文獻：

[1]顧恬, 曹漢鼎, 胡興勝. 城市生活垃圾焚燒爐結構對燃燒的影響及結構選型的研究[J]. 動力工程學報, 2016, 23(1):2185-2195.

[2]林武, 康鋒, 周志勇. 垃圾焚燒發(fā)電廠爐排爐選型和設計研究[J]. 中國環(huán)保產業(yè), 2016(8):25-30.

[3]張莉莉. 城市生活垃圾發(fā)電焚燒設備的選型[J]. 天津科技, 2015, 36(3):22-24.