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02焚燒系統(tǒng)-垃圾焚燒發(fā)電技術分享
垃圾焚燒系統(tǒng)
一、垃圾焚燒基本理論
一、垃圾燃燒的相關術語
（一）熱酌減率
熱灼減率是指爐渣經灼熱減少的質量占原爐渣質量的百分數(shù)，它是衡量垃圾是否完全燃燒的指標。熱灼減率反映了垃圾的焚燒效果，減少爐渣熱灼減率，可降低垃圾焚燒的機械未燃燒損失，提高燃燒的熱效率，減少垃圾殘渣量，爐渣熱灼減率可以通過焚燒爐燃燒調整來控制。GB18485-2014《生活垃圾焚燒污染控制標準》規(guī)定爐渣熱灼減率小于或等于5％。原生垃圾由灰分A+可燃分B+水分W組成，燃燒后的爐渣中依然含有部分可燃分，熱灼減率的測定方法是先將爐渣經110℃干燥2h，其中還含有未燃燒的物質，然后將爐渣經600℃±25℃、3h灼熱后冷卻至室溫，B'是殘渣中未燃分。垃圾減量率和爐渣熱酌減率計算方法如圖1所示。
（二）過剩空氣系數(shù)λ
實際空氣量與理論空氣量之比稱為過剩空氣系數(shù)。
垃圾焚燒爐的過剩空氣系數(shù)一般為1.2~1.4。過剩空氣系數(shù)大小與垃圾熱值、燃燒方式和燃燒設備的運行情況有密切關系。為滿足燃燒需要，對于不同的焚燒爐和不同品質的垃圾需要采用不同的過剩空氣系數(shù)。
過剩空氣系數(shù)過大或過小對燃燒都不利，過剩空氣系數(shù)過小使鍋爐產生不完全燃燒，產生過量的CO和碳粒，使鍋爐效率降低，CO排放超標，飛灰中可燃物增加。過剩空氣系數(shù)過大，不但使爐膛溫度降低，著火延遲，風機電耗和排煙損失增加，氮氧化物、二氧化硫的生成量增加，嚴重的會使氮氧化物、二氧化硫的排放超標。1kg垃圾燃燒需要的空氣量和過剩空氣系數(shù)的關系如圖2所示。
（三）垃圾氣化
垃圾氣化是有氧參與的熱解過程，將垃圾氧化轉化成可燃氣體的熱化學過程。生活垃圾氣化就是利用氣化劑，將生活垃圾中的碳氧化生成可燃氣體的過程。
氣化劑可以是氧也可以是水，在理想的氣化過程中，C只被氧化成CO，但實際中，總會有部分C被氧化成CO2，剩余的C以固態(tài)形式出現(xiàn)，如炭黑和焦炭。
（四）垃圾熱解
垃圾熱解指垃圾在無氧狀態(tài)下將垃圾轉化成焦油、焦炭和低分子氣體，CO和CO2產生的數(shù)量較多。垃圾的種類和熱解的溫度及反應時間都會影響熱解產物數(shù)量和特性。
二、影響垃圾燃燒速度的因素
燃燒速度反映的是焚燒爐單位時間燒掉垃圾的數(shù)量。由于燃燒是復雜的物理化學過程，燃燒速度的快慢取決于可燃物與氧的化學反應速度以及氧和可燃物的接觸混合速度。
（一）化學反應速度
氧與可燃物的反應速度稱化學反應速度，化學反應速度與燃燒室的溫度、垃圾熱值等有關。對于垃圾焚燒爐的實際燃燒，影響化學反應速度的主要因素是燃燒室的溫度。爐溫越高，化學反應速度越快。
（二）物理混合速度
氧和可燃物的接觸混合速度稱物理混合速度，燃燒速度也取決氣流向碳粒表面輸送氧氣的快慢，即物理混合速度的快慢。而物理混合速度取決于空氣氣流擾動情況、擴散速度、垃圾的翻滾狀態(tài)等，物理混合速度與以上因素成正比關系。化學反應速度、物理混合速度是相互關聯(lián)的，對燃燒速度均起制約作用。例如，高溫條件下應有較高的化學反應速度，但若物理混合速度低，氧氣濃度下降，可燃物得不到充足的氧氣供應，燃燒速度也必然下降。因此，只有在化學條件和物理條件都比較適應的情況下，才能獲得較快的燃燒速度。
（三）揮發(fā)分的含量
垃圾中揮發(fā)分含量會影響著火速度，揮發(fā)分越高，對燃燒越有利，揮發(fā)分含量與燃燒速率的關系如圖3所示。
三、垃圾燃燒的條件
保證垃圾完全燃燒，首先要實現(xiàn)垃圾快速、穩(wěn)定著火，理論上應該使燃燒室的燃燒工況達到兩個條件：
1、放熱量和散熱量達到平衡。
2、放熱速度大于散熱速度。
如果不具備這兩個條件，即使在高溫狀態(tài)下也不能保證垃圾穩(wěn)定著火，垃圾的燃燒過程將因火焰熄滅而中斷，并不斷向緩慢氧化的過程發(fā)展。
在運行中，實現(xiàn)垃圾完全燃燒意義重大，既可以提高能源轉化效率，提高整個垃圾電廠的運行經濟性，還可以減少有害氣體的產生量，減少排放，減輕二次煙氣處理的負擔和成本。
二、垃圾直接燃燒技術類別
目前，生活垃圾直接焚燒廣泛應用以下五大燃燒技術類別，即層狀燃燒技術、流化燃燒技術、回轉窯燃燒技術、熱解燃燒技術、氣化燃燒技術。其中，層狀燃燒技術和流化燃燒技術得到了廣泛的應用。
一、層狀燃燒技術
（一）層狀燃燒定義
層狀燃燒是垃圾在爐排上呈層狀分布的燃燒方式，爐排上的垃圾在爐排運動和自身重力作用下，沿爐排表面翻轉、移動，但不離開爐排表面，高溫空氣以較低的速度自下而上通過垃圾層為燃燒提供氧氣。二次風從燃燒室喉部噴入，來加強氣流的擾動，保證完全燃燒。一次風通過爐排進入垃圾層，當達到一定溫度時，垃圾析出揮發(fā)分變成焦炭，揮發(fā)分等可燃氣體與空氣混合燃燒形成火焰，隨燃燒反應的不斷強化，焦炭和揮發(fā)分得到完全燃燒。
（二）層狀燃燒過程
從垃圾進入焚燒爐開始，至垃圾完全燒盡為止，垃圾的燃燒可分為干燥階段、燃燒階段、燃盡階段3個階段。
1、干燥階段
干燥階段也是著火前準備階段，從垃圾入爐至達到著火溫度這一階段稱干燥階段。入爐垃圾通常含40％~60％的水分，因此，不除去這些水分，垃圾就不能燃燒。垃圾的干燥過程在干燥爐排上完成，干燥爐排的作用就是讓垃圾得到干燥。這一階段需要的時間比較長。在這一階段內，要完成水分蒸發(fā)，揮發(fā)分析出并與空氣混合。顯然，這一階段是吸熱過程，熱量來源是燃燒室內火焰輻射、高溫煙氣回流和一次風的熱量。影響干燥階段時間長短的因素除垃圾品質外，主要是爐內熱煙氣熱量的強弱，煙氣流量、溫度，氧氣濃度，揮發(fā)分含量及垃圾翻動情況等。
2、燃燒階段
垃圾中的有機質在一定溫度和條件下，受熱分解后產生的可燃性氣體被稱為揮發(fā)分，揮發(fā)分是CH4、O、C、H2、N、S、Cl、一氧化碳和水蒸氣的混合物。可燃性氣體中除了一氧化碳和氫氣外，主要是碳氫化合物，還有少量的酚和其他成分。垃圾的熱分解是垃圾的燃燒過程的一個重要的初始階段，對著火有極大的影響，影響熱分解的主要因素包括活化能、溫度及升溫速率等。
燃燒階段是強烈的放熱過程，溫度升高較快，化學反應強烈，當達到著火溫度后，揮發(fā)分首先著火燃燒，放出熱量，使焚燒爐溫度升高，揮發(fā)分的燃燒主要在二燃室內完成，揮發(fā)分一旦起火，燃燒的速度非常快。焦炭被加熱到較高溫度后開始燃燒，這時碳粒表面往往會出現(xiàn)缺氧狀態(tài)。
強化燃燒階段的關鍵是加強混合，使氣流強烈擾動，以便向碳粒表面提供氧氣，同時將碳粒表面的二氧化碳擴散出去。
3、燃盡階段
燃盡階段主要是將燃燒階段未燃盡的碳燒完。燃盡階段的剩余碳的量不多，但要完全燃盡卻很困難，主要是存在著諸多不利于完全燃燒的因素，如少量的固定碳被灰包圍著、氧氣濃度已較低、燃盡段爐排上方的氣流的擾動和溫度強度不高。如果垃圾的揮發(fā)分低、灰分高、塊大，碳完全燃盡將更困難。
層狀燃燒在理論上劃分為以上3個階段，在垃圾實際燃燒過程中，3個階段是同時進行的，無明顯的界限劃分。爐排爐燃燒過程如圖4所示，垃圾在爐排上不同燃燒階段特征如表1所示。
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階 段 |
干燥點火 | 燃燒 | 燃燒與燃燼 | ||
| 預熱 | 水分蒸發(fā) | 升溫著火 | 揮發(fā)分析出燃燒 | 固定碳燃燒 | |
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現(xiàn) 象 |
從常溫加熱到水蒸發(fā)平衡溫度 | 水分吸熱蒸發(fā)，進入氣相 | 水分蒸發(fā)，加熱到著火溫度 | 氣相成分析出，伴有快速失重過程 | 固態(tài)物質反應放熱，灰渣生成 |
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作 用 |
提供垃圾水分蒸發(fā)的條件 |
驅除水分，為垃圾穩(wěn)定燃燒創(chuàng)造條件 |
為垃圾著火提供條件，快速燃燒反應開始 |
垃圾焚燒重要階段之一。熱分解部分垃圾，為繼續(xù)燃燒提供熱量 |
垃圾焚燒重要階段之一。熱量釋放，灰渣生成 |
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表 征 參 數(shù) |
ΔT=TE-TC K; ΔT升溫，K TE平衡溫度，K； TC環(huán)境溫度，K |
W∝（TE,P,S,t……） W垃圾含水量，%； P蒸發(fā)環(huán)境壓力，MPa； S蒸發(fā)結構參數(shù)， t時間，s |
ΔT=TI-TE ΔT升溫，K； TI著火溫度,K
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ΔV=V0-V（%） ΔV析出的揮發(fā)分； V0初始揮發(fā)分含量； V即時揮發(fā)分含量 |
T∝T(mg,Qg,t...) m∝m(mg,Qg,t...) |
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伴 隨 效 應 |
1、吸熱 ΔQ=mCPΔT m垃圾堆密度，kg； CP垃圾比熱，kJ/kg； 2、垃圾堆密度改變 |
1、失重 ΔW=mW(TE,P,S,t...) ΔW失重，kg； 2、吸熱 ΔQ2=qmW(kJ) ΔQ2 水分蒸發(fā)吸熱量； q水分汽化潛熱，kJ/kg |
1、吸熱升溫 ΔQ3=mgCPΔT mg垃圾干堆積密度； 2、開始由吸熱轉為放熱 3、質量變化加劇 4、揮發(fā)分開始析出，有火焰 |
1、質變 Δm=mΔV(kg) 2、熱量釋放 ΔQ4=q(Vi)Δm(kJ) q(Vi)第I組分析出時的放熱系數(shù) |
1、質變 Δm=KCS（kg) KC燃燒比速度，kg/m2; S燃燒反應當量表面積，m2; 2、熱量釋放 ΔQ5=QgΔm（kJ） Qg干基高位發(fā)熱量 |
（三）層狀燃燒技術的代表爐型
層狀燃燒的爐型包括滾動爐排爐、往復爐排爐、鏈條爐等爐型，其中在垃圾發(fā)電行業(yè)廣泛使用的是往復爐排爐。往復爐排爐又分為逆推爐排和順推爐排兩種爐型。
1、往復爐排爐的工作原理
往復爐排爐是通過爐排移動，推動垃圾從上層向下層移動，爐排的運動對垃圾起到切割、翻轉和攪拌的作用，實現(xiàn)垃圾的預熱干燥、起火和完全燃燒。爐排面由獨立的爐排片連接而成，爐排片上下重疊，爐排片通過驅動機構實現(xiàn)交替運動，從而使垃圾得到充分的攪拌、翻滾及與一次風的充分混合，達到完全燃燒的目的，爐排由特殊合金鋼制成，耐磨、耐高溫、耐腐蝕，爐排片的工作溫度不超過450℃。
垃圾在爐排上著火，熱量不僅來自焚燒爐的輻射和煙氣的對流，還來自垃圾層的內部。爐排上己著火的垃圾通過爐排的往復運動，使垃圾翻轉和攪動。連續(xù)的翻轉和攪動也使垃圾層松動、透氣性加強，有利于垃圾和空氣的充分混合，利于垃圾的干燥、著火、燃燒和燃盡。
一次風從爐排下方通過爐排之間的空隙或爐排上的一次風噴嘴進入，一次風在給垃圾提供預熱、燃燒氧氣的同時，也對爐排片起到了冷卻和清潔一次風噴嘴的作用。二次風從前、后拱喉口處給風，二次風在提供完全燃燒所需空氣的同時，也對煙氣起到攪拌和擾動的作用，使爐內空氣動力場均勻，揮發(fā)分的燃燒更完全，使二燃室溫度均勻分布，且可調整煙氣溫度，為選擇性非催化還原法（SNCR）脫銷系統(tǒng)提供最佳反應溫度。一部分的二次風可以用凈化后的循環(huán)煙氣替代，這將有利于實現(xiàn)低氮燃燒，減少NOx、SO2等氣體的產生量。
一次風提供60％~70％的燃燒空氣，二次風可以提供30％~40％的燃燒空氣，爐排爐由于二次風的采用，過剩空氣系數(shù)相對較高，具體的風量應根據(jù)燃燒工況進行調整。層狀燃燒技術發(fā)展較為成熟，很多生活垃圾焚燒爐都采用這種燃燒技術，層狀燃燒的核心是爐排的形式、爐排運動模式和爐排上一次風噴嘴的布置方式。
2、垃圾在爐排上的燃燒演變過程
（1）垃圾在干燥爐排上的燃燒演變過程。
1）垃圾在爐排上移動時，垃圾將被破碎。
2）垃圾被850~950℃的燃燒煙氣干燥。
3）預熱到70~300℃之間的一次風通過爐排下部吹入，垃圾得到干燥。
4）垃圾開始起火，首先是易燃物，如紙類先起火。
5）所需的助燃風量（燃燒空氣）是可以調整的，爐排速度可以在較大的范圍內調節(jié)，兩者都是遠程控制。這種特點結合空氣預熱措施，在整個預熱過程達到較大的精確控制。
（2）垃圾在燃燒爐排上的燃燒演變過程。
1）垃圾首先在干燥爐排上點燃，然后通過爐排驅動運動到燃燒爐排。垃圾從落差段落下過程中可以破碎垃圾塊，增大空氣與垃圾接觸，有利于增強垃圾的燃燒。
2）由于爐排的交錯運動，垃圾被很好地破碎和剪散以促進垃圾的燃燒。
3）垃圾主要成分的燃燒將在燃燒爐排上完成。
（3）垃圾在燃盡爐排上的燃燒演變過程。未被完全燃燒的垃圾在燃盡爐排上完全燃燒。垃圾在爐排爐上燃燒演變過程如圖5所示。
3、層狀燃燒優(yōu)點
（1)對入爐垃圾的質量要求不高。
（2）對垃圾熱值適應范圍廣。
（3）環(huán)保排放指標好。
（4）單爐處理量大。
（5）運行操作簡單。
（6）設備維護量小。
（7）設備運行穩(wěn)定可靠，運行周期長。
（8）運行成本較低。
（9）爐排布置方式靈活多樣。
（10）飛灰產率低。
二、流化燃燒技術
（一）流化燃燒相關術語
1、燃燒室
爐膛空間被一塊板從下部某一高度處一分為二，上面的空間稱為燃燒室。
2、配風室
爐膛空間被一塊板從下部某一高度處一分為一，下面的空間稱為配風室。
3、布風板
分隔燃燒室和一間的板稱為布風板。布風板的主要作用是支承物料、合理分配一次風。
（1）風帽。布風板上有很多小孔，每個小孔上都裝有風帽。
（2）床料。在布風板上面均勻放置一定厚度的固體小顆粒，稱作床料。
（3）一次風。由風機向配風室供應空氣，使空氣從配風室通過布風板風帽自下而上均勻進入燃燒室，這股空氣叫做一次風。
（二）流化床工作原理
爐床由多孔分布板組成，爐渣或石英砂鋪設在床面上，并在爐底鼓入200℃以上的一次熱風（一次風機向配風室供應空氣，空氣從配風室通過布風板風帽自下而上均勻進入燃燒室，隨著風室風壓的升高，向上流動的空氣速度逐漸增大，當空氣速度達到某一臨界值時，布風板上的固體顆粒就會在燃燒室中漂浮起來，處于一種懸浮狀態(tài)，并呈現(xiàn)出一種上下翻騰的現(xiàn)象），使床料沸騰起來。用燃燒器加熱床料或加熱一次風提高爐溫，當床料加熱到850℃以上時投入垃圾，由于床料的熱容量高，床料的導熱性能好，處于流化狀態(tài)，將使垃圾被干燥、著火和燃燒。未燃盡的垃圾比重較輕，繼續(xù)沸騰燃燒；燃盡的垃圾比重較大，落到爐底，經排渣口排出，渣經過冷卻后，用分選設備將粗渣、細渣送到廠外綜合利用，少量的中等尺寸的爐渣和石英砂通過提升設備送回爐中繼續(xù)使用。
流化床焚燒爐由于其熱強度高、導熱性能好，更適宜燃燒低熱值、高水分的垃圾。為了保證入爐垃圾的充分流化，對入爐垃圾的尺寸要求較為嚴格，要求垃圾進行一系列篩選及破碎等處理，使其尺寸、狀況均一化。為了保證流化效果，通常入爐垃圾的尺寸小于15cm。
床內燃燒溫度為850~950℃，氣流斷面流速冷態(tài)為2m/s、熱態(tài)為4.5~6m/s。一次風經風帽通過布風板送入流化層，二次風由流化層上部送入。流化床工作過程如圖6所示。
（三）層狀燃燒和流化燃燒的差異
1、一次風速和風壓的差異
層狀燃燒和流化燃燒的一次風速和風壓有較大的差異，不同燃燒方式與風速的關系如圖5一14所示。流化床鍋爐的風速較高，一次風機的電耗也高。
2、燃燒溫度的差異
層狀燃燒的燃燒室溫度為850~1100℃，流化燃燒的燃燒室溫度為850~950℃。
3、輔助燃料的差異
層狀燃燒不需要添加輔助燃料；流化燃燒需要添加輔助燃料，如燃煤。
4、產灰率的差異
由于流化床的風壓大、流速快，一些大顆粒的飛灰會被帶走，所以造成流化燃燒產灰率高；層狀燃燒產灰率低。
5、燃燒率的差異
流化床爐的燃燒率比爐排爐大，焚燒同樣數(shù)量的垃圾，流化床爐的體積更小。
6、入爐垃圾尺寸的差異
流化床爐對入爐垃圾的尺寸要求高。
7、熱灼減率的差異
流化床爐飛灰中的可燃物含量高，但爐渣的熱灼減率低。
（四）流化床焚燒爐的分類
1、固定流化床
當風速較低時，垃圾層固定不動，表現(xiàn)出層燃的特點。當風速增加到一定值（即最小流化風速或初始流化風速），布風板上的垃圾將被氣流“托起”，從而使整個垃圾層具有類似流體沸騰的特性，形成密相區(qū)，具有一定的物料密度。
2、循環(huán)流化床
循環(huán)流化床爐膛內的氣流速度比固定流化床要高。當風速繼續(xù)增加時，大量未燃盡的熾熱的物料被氣流帶出爐膛，進入分離器，然后再被分離下來重新送入爐膛再次經歷燃燒過程，進而建立起大量灰顆粒的穩(wěn)定循環(huán)，這就形成了循環(huán)流化床燃燒。經過多次循環(huán)后垃圾的燃盡度達到某個極限，爐膛中的物料密度足夠大，使得整個爐膛具有很均勻的溫度場。這兩種流化床燃燒方式均可在常壓下和正壓下實現(xiàn)。
（五）流化床焚燒爐特點
1、流化床焚燒爐的優(yōu)點
（1）爐膛熱容量大，具有十分優(yōu)良的傳質過程和優(yōu)良的傳熱特性。
（2）垃圾適應性廣，在摻燒燃煤的工況下，適合燃燒低熱值、高水分的垃圾。
（3）流化床焚燒爐燃燒效率高，垃圾燃燒完全，爐渣熱酌減率低。
（4）爐渣經濟價值高、利用范圍廣，不需要處理可以直接給予綜合利用。
（5）焚燒爐截面積小、負荷變化范圍大。
（6）由于密相區(qū)的氧濃度低，SO2、N排放指標低。
（7）采用干出渣，渣中不含水，渣的資源化利用過程中無二次污染問題。
2、流化床焚燒爐的缺點
（1）運行可靠性低。
1)設備磨損嚴重，四管（省煤器管、蒸發(fā)器管、過熱器管、水冷壁管）漏泄率高。
2）排渣口宜堵，由于排渣口尺寸小，垃圾中的鐵絲等雜物極易造成排渣口堵塞。
3）給料口宜堵。
目前國內流化床垃圾焚燒爐平均年累計運行小時數(shù)在6500h左右，爐排爐的年平均累計運行小時數(shù)在8000h以上。
（2）運行經濟性差。
1)需要摻加輔助燃料，燃料成本高。
2）廠用電率高。一次風壓頭高，造成電耗高，預處理系統(tǒng)耗電高。流化床爐噸垃圾廠用電電耗比爐排爐高20kW·h左右。
3）設備維護成本高。
4）垃圾預處理系統(tǒng)的投資和運行成本高。
5）飛灰產生量大，處理成本高。
在分離器中無法分離的較大顆粒，直接被氣流帶入除塵器，造成飛灰產量大，飛灰的處置成本遠高于往復爐排爐。
（3）流化床焚燒爐燃燒工況不易控制，運行操作難度大。
（4）要得到好的流化工況，對入爐垃圾尺寸要求高，需配備功能可靠的垃圾預處理系統(tǒng)，需要對垃圾進行篩選和破碎。
（5）爐膛溫度為850~950℃，排渣口和給料口的堵塞，容易引起爐膛溫度大的波動。
（6）鍋爐在微正壓下運行，冒煙情況嚴重，影響廠房內的環(huán)境。
（7）飛灰中可燃物含量高。
（8）人員配置多，勞動強度大。
配置流化床焚燒爐的垃圾電廠工藝流程如圖7所示。
三、回轉窯燃燒技術
（一）回轉窯工作原理
回轉窯焚燒爐與水泥工業(yè)的回轉窯相類似，回轉窯的燃燒過程是由氣體流動、垃圾燃燒、熱量傳遞和物料運動等過程所組成的，垃圾的干燥、著火、燃燒、燃盡均在筒體內完成。回轉窯直徑為3～6m，長度為10~20m，具體尺寸根據(jù)焚燒的垃圾量確定，滾筒傾斜放置，滾筒上設置燃燒器，用于點火或穩(wěn)燃。
回轉窯的本體是一個旋轉的滾筒，其內壁可采用耐火材料砌筑，用以保護滾筒，垃圾由滾筒一端送入，通過滾筒緩慢轉動，然后靠垃圾自重落下，垃圾在筒內翻滾時可與空氣和高溫煙氣充分混合，熱煙氣對垃圾進行干燥和加熱，在達到著火溫度后燃燒，隨著筒體滾動，垃圾得到翻滾并向下移動，燃盡的爐渣到筒體末端的出渣口排出。在塔燒過程中，可根據(jù)筒體的轉速調整，調節(jié)垃圾在窯內的停留時間。可在回轉窯尾部增加一級爐排，回轉窯的爐渣進入爐排繼續(xù)燃燒用來保證垃圾完全燃盡。排出的煙氣，進入燃盡室（二燃室）。燃盡室內送入二次風，保證煙氣中的可燃成分在此得到充分燃燒。二燃室溫度為900~1100℃。回轉窯結構如圖8所示。
（二）回轉窯的應用
回轉窯常用于處理成分復雜、有毒有害的工業(yè)廢物和醫(yī)療垃圾。
（三）回轉窯的特點
回轉窯式垃圾燃燒裝置投資費用低，廠用電耗與其他燃燒方式相比也較少，但燃燒熱值低于5000kJ/kg、含水分高的垃圾時有一定的難度，回轉窯的處理量也較小。
四、熱解燃燒技術
（一）熱解的基本原理
熱解是指垃圾在一密封爐膛內，加熱產生高溫，在缺氧情況下，垃圾中的有機物通過物理和化學過程分解為固體炭、熱解油和熱解氣體。3種成分的產生比例由運行溫度和垃圾組分決定。熱解分為高溫熱解、中溫熱解和低溫解熱3種工藝，低溫熱解的產油量高于產氣量，高溫熱解的產氣量高于產油量。
熱解氣引入燃燒室內燃燒，燃燒產生的熱量在余熱鍋爐內產生蒸汽用于發(fā)電或供熱。體殘余物主要是爐渣、碳化物。
（二）熱解產物組分
1、熱解氣組分
熱解氣組分包括CO、H2、CH4、C2~C6等。
2、熱解油組分
熱解油組分包括C、H、O等。
3、焦炭組分
焦炭組分包括C、H、O等。
（三）熱解工作過程
熱解是一種控制空氣燃燒的技術，垃圾熱解過程分為加熱干燥、熱解、可燃氣燃燒3個階段。
在熱解室中，無氧工況下，熱解爐溫度升高時，首先干燥垃圾，垃圾經過長時間停留，當溫度達到200~300℃時，產生熱解即部分氣化、部分分解，熱解速率隨著溫度升高而加速。當溫度達到670℃時，大部分揮發(fā)分析出，熱解速度迅速下降。熱解質量損失主要發(fā)生在高溫區(qū)。爐渣和不能熱解的物體（如金屬、玻璃等）經過除渣系統(tǒng)排出。熱解產生的可燃氣進入熱解室上部的燃燒室，再送入空氣，在超過1000℃的高溫下經過大于2s的充分燃燒，燃燒后的高溫煙氣進入余熱鍋爐產生蒸汽，用于發(fā)電和供熱。熱解技術在日本、加拿大有一些應用，采用熱解技術的垃圾焚燒廠工藝流程如圖9所示。
（四）熱解技術特點
1、熱解技術優(yōu)點
（1）設備結構簡單。
（2）垃圾不用分選，垃圾適用范圍廣。
（3）熱解法煙氣中NOx、SO2含量相對較低。
2、熱解技術缺點
（1)由于生活垃圾組分波動較大，熱解產生的可燃混合氣性質（熱值、成分等）不穩(wěn)定，所以燃燒不易控制。
（2）設備處理能力較小，單臺處理能力一般在150t／日以下。
（3）熱解氣產量不高，產出無法形成好的經濟效益。
（4）熱解爐不適應高水分、低熱值垃圾的處置。
（5）熱解過程慢，垃圾處理速度慢。
五、氣化燃燒技術
（一）氣化原理
利用高溫將垃圾氧化使其轉化成為可燃氣體稱為氣化。氣化是在熱解基礎上，為了提高熱解產氣效率，增加產氣量，開發(fā)了更高溫度的熱解過程。氣化溫度在800℃以上，氣化介質是氧氣。從能量平衡觀點還可分為兩種氣化形式。
1、自熱式氣化
自熱式氣化過程中外界沒有熱量輸入，主要發(fā)生放熱反應。反應溫度必須通過部分碳的燃燒來維持。
2、外熱式氣化
外熱式氣化過程依賴外部輸入熱，主要發(fā)生吸熱反應。
（二）氣化技術工作過程
垃圾在氣化爐內在高溫有氧工況下，產生合成氣，合成氣通過旋風分離器從氣化爐送到燃燒室，在旋風分離器內將灰塵和合成氣分離，灰回到氣化爐的底部與富氧空氣混合。合成氣在過剩空氣的工況下，在燃燒室燃燒產生高約1100℃的煙氣。
配置氣化爐的垃圾電廠工藝流程如圖10所示。
（三）氣化產物組分
氣化產物合成氣含CO、H2和少量CH4，在理想的氣化過程中，C只被氧化成CO，但實際運行中，總會生成一部分CO2,剩余的C以固態(tài)形式出現(xiàn)，如炭黑和焦炭。
（四）氣化技術特點
1、氣化的優(yōu)點
（1）減少了焦油產生量。
（2）減少了二噁英、有害氣體的排放量。
（3）減少了飛灰的產量。
2、氣化的缺點
（1）處理速度沒有燃燒快。
（2）處理規(guī)模較小。
（3）產氣量隨垃圾品質波動大，尚未產生較好的經濟效益。
（五）氣化技術形式
有幾種工藝適合于垃圾氣化，即固定床氣化爐、流化床氣化爐和等離子氣化爐。
1、固定床氣化
固定床氣化適合較大尺寸的垃圾。
2、等離子氣化
等離子氣化適合細顆粒垃圾
六、垃圾熱解與氣化區(qū)別
（1）熱解是一種低溫熱轉化技術，在無氧的環(huán)境下加熱，產生熱解油、可燃氣體和焦炭、炭黑等。
（2）氣化是在高溫下進行的，有氧參與，過剩空氣系數(shù)為0.2~0.7。
（3）氣化產物以合成氣為主，也會產生少量的液體和固體產物。與燃燒完全不同的是，氣化是將固態(tài)的垃圾氧化成氣態(tài)的可燃氣體。
七、熱解和氣化技術的發(fā)展方向
熱解和氣化技術有更好的環(huán)境效益，形成低排放的生產方式。該技術目前還存在一些局限性，如處理量小、經濟效益差等。隨著運行周界條件的改善和技術的突破，熱解、氣化技術將得到越來越多的關注，未來有可能與垃圾直接焚燒技術一樣得到廣泛應用。
八、不同燃燒技術特性比較
（1)回轉窯爐的優(yōu)點是適用中小容量、爐內垃圾攪拌、干燥性佳等，燃燒完成后爐渣顆粒小、爐渣熱酌減率低、設備利用率高、過剩空氣量低、有害氣體排放量低：其缺點是垃圾的種類受到限制，焚燒熱值較低、水分高的垃圾困難，爐內的耐火材料易損壞等。回轉窯爐適合于工業(yè)廢物、醫(yī)療垃圾的焚燒處置。
（2）熱解、氣化爐總體環(huán)境效益好，煙氣和飛灰中二噁英排放低，產飛灰的比例低；不足之處在于，用于垃圾處理時，處理速度慢，運行成本較高，尚未形成經濟效益。
（3）往復爐排爐的優(yōu)點是適應焚燒低熱值、高水分的垃圾，單爐處理量較大，宜于燃燒組分復雜的生活垃圾，往復爐排爐運行穩(wěn)定，處理能力強，運行可靠性高，煙氣經處理后排放達標：往復爐排爐的缺點是煙氣處理系統(tǒng)較復雜、能耗高、投資成本高。
（4）流化床爐的優(yōu)點是對垃圾的熱值要求不高。缺點是為了保證入爐垃圾的充分流化，對入爐垃圾的尺寸要求較為嚴格，要求垃圾在入爐前進行一系列篩選及粉碎等處理，使其顆粒尺寸均勻化；流化床爐故障率高，動力消耗大，流態(tài)化焚燒導致煙氣粉塵含量高，飛灰的無害化處置費用高；需要摻加煤輔助燃燒，運行成本高，由于床料不斷循環(huán)流化，煙氣流速高，對焚燒爐的沖刷和磨損嚴重，排渣口小，堵塞頻繁。運行可靠性相對較低，流化床爐的操作相對復雜，爐膛微正壓運行，現(xiàn)場環(huán)境差。這些都導致了流化床垃圾焚燒技術在我國的應用和發(fā)展受到一定制約。流化床爐適合焚燒污泥。
以上4類常見生活垃圾焚燒爐性能及特點比較見圖11。
九、生活垃圾焚燒爐爐型選擇
生活垃圾發(fā)電己成為我國處理生活垃圾的主流技術，在實際工程應用中，焚燒爐的選擇對垃圾電廠的安全、經濟、環(huán)保運行都有著較大的影響。應根據(jù)垃圾特性及工程實際情況優(yōu)先選擇環(huán)保排放好、運行效率高、操作簡單、運行成本低、運行可靠穩(wěn)定的焚燒爐。
從國外的運行經驗來看，對于生活垃圾焚燒，往復爐排爐是一個成熟的、應用最廣的焚燒技術，中低熱值的垃圾不需要預處理即可使用爐排爐直接焚燒。
國家環(huán)保總局以及科學技術部聯(lián)合發(fā)布的《城市生活垃圾處理及污染防治技術政策》（建城〔2000〕120號）中建議垃圾焚燒采用往復爐排爐技術，審慎采用其他爐型的焚燒爐。
2015-2016年新投運29個焚燒項目平均處理規(guī)模為833t／日，往復爐排爐依然是焚燒爐的主流工藝，只有吉林松原、濰坊壽光兩項目采用流化床工藝，其余的項目均采用往復爐排爐工藝，占比為93％。
經過近百年的實踐，綜合來看，往復爐排爐焚燒技術己經非常成熟，在設備運行可靠性、運行經濟性和環(huán)保達標排放等方面占有較大優(yōu)勢。
十、對爐排爐的性能要求
1、能保證垃圾完全燃燒，燃燒效率高，爐渣的熱灼減率小于或等于5％。
2、垃圾燃燒時，SO2、NOx等有害氣體的產生量較低，煙氣中的有害物能夠得到有效處理，煙氣排放優(yōu)于國家和地方的有關標準，爐膛溫度大于850℃，停留時間大于2s。
3、運行可靠，能實現(xiàn)長周期運行。
4、對垃圾的適應性強。
5、具有較高的運行效率。
十一、爐排爐選型原則
爐排是焚燒爐最重要的設備之一，其功能和經濟性是確定一套垃圾焚燒裝置價值的主要因素。爐排選擇時要滿足如下要求：
1、創(chuàng)造良好的著火、穩(wěn)燃條件，并使垃圾在爐內完全燃盡。
（1）適當增加爐排長度，延長垃圾在爐排上的停留時間。在機械負荷一定的情況下，爐排長度決定垃圾在爐內停留時間的長短，從而影響其完全燃燒程度，焚燒熱值較低的垃圾時，要適當加長爐排長度，延長垃圾在爐內的停留時間。
（2）適當提高風溫。一次風溫度由垃圾熱值決定，對于嚴寒和垃圾熱值低的地區(qū)，一次風溫度可以設計在300℃左右，一次風配風要確保空氣在爐排上垃圾層均勻分布。
（3）增加爐排級數(shù)和級間的落差。爐排應多級布置，各段爐排之間設置落差墻，有利于垃圾的翻轉、攪拌及破碎。
（4）低熱值垃圾優(yōu)先采用逆推爐排。從國內垃圾電廠的運行經驗來看，逆推爐排的燃燒效果明顯好于順推爐排。爐排的運動方向和垃圾的移動方向相反，更有利于垃圾的攪拌和翻轉，同時一次風和垃圾也能良好混合。對于同樣熱值的垃圾，一某地逆推爐排噸垃圾發(fā)電量比順推爐排高12kW·h/t，逆推焚燒爐的經濟效益明顯占優(yōu)勢，逆推爐排更適合于低熱值的垃圾。
（5）爐排調整靈活。爐排能夠分級、分段、分區(qū)調整，除了各級能夠獨立調整以外，每組爐排也應該能夠調整，這樣單個爐排組運動速度和進風量都可以單獨調解，確保調整的靈活性。有利于垃圾的燃燒和提高焚燒爐的運行效率。
（6）優(yōu)化爐排片結構。特殊的爐排片結構有利于加強爐排片對垃圾的攪拌、翻動。
（7）合理的焚燒爐爐拱形狀。根據(jù)垃圾熱值情況，選擇實用的爐拱。在設計焚燒爐時，應該根據(jù)垃圾的熱值選擇爐拱的類型。逆流布置適用低熱
值垃圾，交叉流動布置適用中熱值垃圾，順流布置適用高熱值垃圾。
2、防止焚燒爐結焦。燃燒室的設計應能避免結焦，焚燒爐內側側墻設置水冷壁或空冷墻，用來降低焚燒爐內墻壁的溫度，避免結焦。
3、減少爐排片的漏渣量。爐排片之間間隙小，爐排邊緣與爐墻處采用柔性板密封，可以減小漏灰、漏渣。防止爐排下部的一次風斗堵塞和黏結。
4、爐排片的材質應具有耐磨、耐高溫、耐腐蝕、抗裂性能。
5、爐排在車間預組裝，縮短現(xiàn)場安裝周期。
6、確定合理的焚燒爐機械負荷和熱負荷。針對我國垃圾組分復雜、熱值低、水分含量高的特點，爐排的設計應優(yōu)化機械負荷，對于低熱值的垃圾機械負荷不易過大，一般情況下，機械負荷為220~260kg/（m2·h）。焚燒爐能夠在60％~100％的機械負荷和熱負荷的工況下運行。
7、提高焚燒爐自動控制水平。實現(xiàn)自動燃燒控制，可以保證焚燒爐穩(wěn)定燃燒，從而提高燃燒效率。
8、對垃圾有較寬的熱值適用性。目前，我國多數(shù)地區(qū)的垃圾熱值較低，隨著人們生活的改善，垃圾熱值的增長速度也較快。由于焚燒爐禁止超熱負荷運行，隨著垃圾熱值的增長，垃圾的焚燒量是下降的。在設計焚燒爐時，既要滿足運行初期垃圾熱值較低工況下燃燒穩(wěn)定，也要滿足將來垃圾熱值提高以后的焚燒爐焚燒產量的需求。
9、爐膛嚴密性好，減少爐膛漏風，能夠維持正常的爐膛負壓。
10、布置足夠的蒸發(fā)受熱面，并不發(fā)生傳熱惡化。
11、焚燒爐在結構上能保證煙氣在850℃的工況下在焚燒爐內停留2s以上。
12、保證除渣系統(tǒng)運行可靠，爐渣能夠順暢排除，渣中含水率較低。
13、燃燒室需有足夠的容積滿足燃燒熱負荷，并能提高燃燒效率。
14、送風調節(jié)靈活。靈活的一次風、二次風配風方式，便于根據(jù)垃圾燃燒工況，對風量、風壓進行調整、控制。
15、一次風風斗和煙道設計合理。一次風的風斗和鍋爐的煙道在結構設計上能夠減輕灰堵，延長焚燒爐的運行周期，保證一次風正常供應。
16、爐排片的一次風噴嘴設計合理。一次風從爐排片的噴嘴進入焚燒爐，運行一段時間后，爐排片的一次風噴嘴有被堵塞的情況，使進入焚燒爐的一次風量下降、一次風的剛性減弱，影響垃圾的燃燒。優(yōu)化的爐排片一次風噴嘴的設計可以減輕一次風噴嘴堵塞情況，保證長時間運行時一次風的剛性和風量不受影響。
一次風也對爐排片起冷卻作用，防止爐排片溫度高于450℃，發(fā)生高溫腐蝕。
17、均勻給料。垃圾給料器的行程和運動速度能根據(jù)燃燒狀況靈活調整，滿足垃圾完全燃燒的需要。
18、實現(xiàn)低氮燃燒，減少垃圾燃燒過程中有害氣體的產生量。
十二、爐排爐未來發(fā)展方向
總之，往復式爐排爐將是未來相當長的時間內的主流技術，爐排爐未來的發(fā)展方向如下：
1、大型化。
2、高效率。
3、高度自動化運行。
4、超低排放值。
5、對低熱值垃圾適應性強。
6、設備可靠性高。
7、運行經濟性好。
決定垃圾電廠運行效果好壞的因素，除了要選擇能優(yōu)良的焚燒爐外，還要從源頭上提高入廠垃圾的品質。
十三、生活過圾熱值
（一）焚燒爐設計時垃圾熱值的確定
焚燒爐設計點垃圾熱值的確定，關系到整個垃圾電廠壽命期間的運行效率與運行收益。若設計點垃圾熱值定得過低，則當垃圾熱值較高時為保證焚燒爐的熱負荷不超標，垃圾處理量將下降，滿足不了垃圾處理量的需求；反之，若設計點垃圾熱值定得過高，導致爐膛容積熱負荷長期處于低水平運行，造成焚燒爐運行效率下降。
確定設計點垃圾熱值的基本指導原則如下：
生活垃圾熱值目前處于從低熱值向穩(wěn)定的高熱值過渡期，按整個運行期考慮，前期垃圾熱值較低，后期垃圾熱值較高。垃圾熱值不僅隨著年份的變化而不同，而且每年不同季節(jié)垃圾特性也明顯不同，需保證焚燒爐在垃圾熱值波動范圍內都能穩(wěn)定地運行。因此，確定設計點垃圾熱值需要適當超前考慮，并根據(jù)目前垃圾熱值波動情況確定垃圾熱值的負荷適應范圍。
根據(jù)垃圾特性分析，并充分考慮上述因素，一般將運營7~10年后的垃圾熱值定為焚燒爐設計熱值。
（二）垃圾發(fā)酵對熱值的影響
垃圾通過在垃圾池內的堆放，一方面，垃圾中游離水可逐步滲出，通過滲瀝液收集系統(tǒng)收集后進行處理；另一方面，垃圾在存儲中有一定的發(fā)酵過程，使部分高含水有機質降解，使細胞組織中的水轉化為游離水。
垃圾在垃圾池內發(fā)酵除了要有足夠的堆放時間外，還要有適合的發(fā)酵溫度，垃圾倉內的溫度高于15℃時，就能促進垃圾在垃圾池內的發(fā)酵，北方地區(qū)的垃圾池要有足夠的保溫采暖設施，為垃圾發(fā)酵提供必要的條件。
垃圾的堆放會使垃圾的水分發(fā)生變化，進而影響其熱值。一般垃圾水分每降低1％，其熱值增加126kJ/kg。對含水率為50％的低熱值生活垃圾，在入爐燃燒前經過5～10天堆放、發(fā)酵，可去除5％以上的滲瀝液；如含水率超過55％，則可去除8％左右的滲瀝液。根據(jù)垃圾特性分析，按去除8％滲瀝液考慮，則實際入爐垃圾低位熱值增加1005kJ/kg。
三、爐排爐技術
一、爐排爐類型
爐排爐類型很多，它們之間是有區(qū)別的。主要的爐排爐類型有：
1、固定爐排爐。
2、鏈條爐排爐。
3、滾動爐排爐。
4、往復爐排爐等。往復爐排爐又分為順推往復爐排爐和逆推往復爐排爐。
經過近百年的運行實踐證明，滾動爐排、振動爐排等技術將不會再被大規(guī)模的應用，往復爐排爐技術越來越得到廣泛的應用，往復爐排爐約占80％以上的市場份額。
二、爐排的作用和組成
爐排的作用是將給料器送來的垃圾在爐排上翻滾、攪拌、切割，并與一次風充分混合，使垃圾在爐排上燃燒的同時將爐渣送往爐渣井。為了保證垃圾充分燃燒，爐排的運動速度應根據(jù)垃圾燃燒工況進行調整。爐排由活動爐排和固定爐排組成，通過活動爐排的動作，爐排反復進行前進、后退動作。
爐排系統(tǒng)組成包括：
（1）干燥爐排。
（2）燃燒爐排。
（3）燃盡爐排。
（4）爐排液壓驅動裝置。
（5）驅動裝置的潤滑系統(tǒng)。
三、爐排形式
爐排的形式多種多樣，不同生產廠商有不同形式的爐排。爐排可水平布置，也可呈傾斜15°~26°布置。爐排有一體布置，也有分段布置，一體布置的沒有落差；分段布置的爐排段與段之間有垂直落差。不管爐排如何布置，爐排都分為預熱段、燃燒段、燃盡段，不同類型的爐排如圖12所示。
四、爐排燃燒室
爐排上方及前后拱喉部下方區(qū)域被稱為一燃室。二次風噴口上方的垂直輻射煙道被稱為二燃室。一燃室、二燃室結構如圖13所示。
二燃室以上部分的垂直煙道即爐膛，二燃室的水冷壁用耐火材料覆蓋，一方面，可以防止水冷壁金屬的高溫腐蝕：另一方面，可以減少水冷壁的吸熱量，強化垃圾的燃燒，保證爐膛溫度在850℃以上。
二燃室的空間設計和結構充分考慮最優(yōu)氣流分布和能保證煙氣在高于850℃的區(qū)域停留時間不低于2s。一燃室燃燒產生的熱煙氣進入二燃室，二次風經過流量優(yōu)化后渦流噴射注入二燃室，憑借二次風噴嘴的分布在二燃室內產生渦流，進一步加強煙氣擾動狀況。由于渦流的作用，氣流中溫度、速度和濃度方面都呈均勻分布。溫度、速度和濃度的峰值都被極小化，保證煙氣完全燃燒和產生較低的污染物。
二燃室從結構布置和配風上要有利于實現(xiàn)以下的運行工況：
（1）保證煙氣實現(xiàn)完全燃燒，降低一氧化碳的濃度和其他有害氣體的產生濃度。
（2）二燃室溫度場均勻分布。
（3）減少對無防護的金屬表面造成腐蝕的風險。
（4）減少二噁英和NOx的形成。
（5）為SNCR脫硝系統(tǒng)提供最優(yōu)的反應環(huán)境。
（6）煙氣流速小于4.5m/s，煙氣停留時間大于2s。
五、往復爐排爐主要技術指標
不論選用順推爐型還是逆推爐型，都要滿足一定的焚燒爐技術指標要求，往復爐排爐的主要技術指標見表2。
| 序號 | 指標 | 數(shù)值 |
| 1 | 負荷變化范圍（機械負荷，%） | 60~110 |
| 2 | 進爐垃圾低位發(fā)熱量變化范圍（kJ/kg） | 4600~10000 |
| 3 | 焚燒爐年累計運行時間（h） | ≥8000 |
| 4 | 煙氣在＞850℃的條件下停留時間（s） | ≥2 |
| 5 | 焚燒爐渣熱灼減率（%） | ≤5 |
| 6 | 爐排機械負荷[kg/（m2·h）] | 230~260 |
| 7 | 超熱負荷運行能力（110%熱負荷，h/日） | ＜4 |
| 8 | 煙氣再循環(huán)風入爐溫度（設計工況，℃） | ＞150 |
| 9 | 焚燒爐NOx出口濃度（標準狀況，mg/m3) | ＜250 |
| 10 | 焚燒爐CO出口濃度（標準狀況，mg/m3) | ＜40 |
| 11 | 爐排漏渣率（%） | ＜1 |
| 12 | 焚燒爐效率（%） | ＞98 |
| 13 | 垃圾在爐排上停留時間（h) | 2 |
四、焚燒爐組成
焚燒爐由本體和輔助系統(tǒng)組成，包括爐排液壓站、潤滑油泵、一次風斗和焚燒爐墻體等。
一、爐排驅動
（一）液壓站作用及組成
焚燒爐包括液壓驅動給料器、爐排、料斗架橋破解裝置及出渣機等設備。液壓驅動系統(tǒng)由液壓泵、油箱、液壓油冷卻器等組成。液壓驅動系統(tǒng)的主要特點是結構簡單、設備數(shù)量少、易于維修。
（二）爐排驅動機構工作原理
驅動機構位于爐排下部，爐排片安裝在驅動機構的格柵上，格柵類似于一套樓梯，每個格柵條在水平方向和垂直方向上交替排列。格柵條依次安裝在傳動桿上，這樣相鄰的兩個軸的桿可以連接在一起，形成一個連續(xù)的格柵面。液壓裝置帶動傳動桿，傳動桿驅動格柵運動，從而帶動爐排片移動。對于從爐排片間隙送風的焚燒爐，當爐排片移動時，在相鄰的爐排片間形成2mm的間隙，并通過間隙提供燃燒空氣，爐排片的運動防止顆粒物堵塞間隙。爐排驅動原理如圖14所示，爐排組裝結構及運動原理如圖15所示。
（三）爐排驅動機構的控制方式
爐排驅動機構有遙控運行和就地運行兩種控制方式。遙控運行時，在自動模式下，各爐排重復前進、后退動作；在手動模式下，僅作1個循環(huán)的動作。各爐排在就地控制時，可以按下前進、停止、后退各按鈕進行微動。
二、爐排片
（一）爐排片的材質
為了延長爐排的壽命，爐排片采用特種高鉻耐熱鋼鑄件制造，具有極強的耐熱、耐磨損性能。
（二）爐排片的保護
爐排片的保護應該從爐排片的冷卻、驅動裝置的潤滑和防止超機械負荷等方面開展。
1、爐排片的冷卻
爐排片的冷卻可以采用水冷和空冷兩種冷卻模式。遮蔽板和雙重梁需要專用的冷卻管道，通過從一次風風道分支出來的冷卻空氣管道和支撐爐排的雙重梁向設置在各爐排最上游的遮蔽板提供冷卻空氣。
為了防止爐排片的高溫腐蝕，爐排片設計的最高工作溫度小于450℃，一般采用空冷模式進行爐排的冷卻。一次風經過設置在爐排下面的風斗，從活動爐排和固定爐排之間以及設置在爐排片上的通風孔均勻地吹出，在提供燃燒空氣的同時，也起到冷卻爐排的作用。若爐排片長期在450℃以上的溫度區(qū)域內使用，會因垃圾及焚燒爐渣中的堿分和氯元素造成腐蝕。
爐排片溫度上升時，調節(jié)一次風風量、燃燒空氣溫度、燃燒負荷等，采用增加垃圾層厚減少輻射熱的影響、增加燃燒空氣提高冷卻效果的運行方法，保證爐排不超溫運行。某型爐排片結構如圖16所示。
2、驅動裝置的潤滑
潤滑油泵向驅動機構的軸承供應潤滑脂。潤滑油泵可以采用自動或手動方式，定期向潤滑點供油。
3、防止超負荷
焚燒爐有機械負荷和熱負荷之分，焚燒爐可以每日超10％的機械負荷和熱負荷運行4h。
三、焚燒爐本體
焚燒爐本體由水冷壁管、耐火磚墻、空冷風箱和鋼結構等組成。空冷風箱降低爐墻溫度，防止在爐壁上結焦。為避免高溫煙氣腐蝕和強化垃圾的燃燒，水冷壁管被耐火材料覆蓋。焚燒爐本體的形狀是在考慮煙氣流型基礎上進行設計的。爐體鋼結構具有足夠的強度支撐爐體。焚燒爐本體結構如圖17所示。
（一）耐火材料
焚燒爐不同部位使用不同的耐火材料，在耐火磚層與爐外護板之間充填巖棉和硅酸鹽板。荷重較高的地方宜使用硅酸鹽板。
（1）在給料器側面的爐墻、爐排上方側墻底部等與爐渣和垃圾有接觸的地方，使用耐磨損性能良好的SiC-85耐火磚和耐火材料。
（2）高氧化鋁磚(AL-60C)用于干燥段的上部，防止因吸收垃圾產生的水分而膨脹造成的損傷。
（3）SiC—50的傳熱率較高，用于燃燒段空冷壁的上部，以降低壁溫，防止結焦。
（4）為了保持爐內溫度，一燃室上部使用SK-34耐火磚，它的傳熱性較低，有益于垃圾的燃燒。
（5）Si3N5-SiC的耐磨損性非常高，因而用于干燥爐排到燃燒爐排、燃燒爐排到燃盡爐排的落差部位，防止與垃圾和爐渣接觸而引起的磨損。
（6）碳化硅耐火材料用于與垃圾和爐渣接觸的部位。黏土質耐火材料用于各爐排的上部。在焚燒爐二燃室的爐膛中使用碳化硅耐火材料。
（7）隔熱耐火磚砌在爐壁的第2層或第3層，降低一燃室的散熱。
（二）支撐和保溫
爐膛采用全懸吊結構，位于焚燒爐的上方，由鋼結構支撐。整個爐膛采用輕型爐墻結構，燃燒室內的水冷壁向爐內側敷設耐高溫、抗磨、抗腐的耐火材料'向爐外側敷設保溫材料，最外側包覆彩色的外護板，其表面的溫度不超過50℃。
（三）一次風斗
一次風斗設置在爐排的下面，一次風斗既把從爐排的間隙處掉下的爐渣收集后輸送到渣井，又分配一次風，從爐排的一次風口向焚燒爐均勻供應燃燒空氣。為了避免漏渣的架橋現(xiàn)象，一次風斗設計足夠的傾斜角度，如果發(fā)生焦油、滲瀝液等黏著的情況，可以用設置在風斗上的噴嘴定期噴水，沖落黏著物，并且使用溫度儀和自動噴水閥應對斗內可能發(fā)生的火災。
五、焚燒爐輔助系統(tǒng)
一、給料系統(tǒng)
（一）給料系統(tǒng)的作用
垃圾給料系統(tǒng)的作用是將垃圾料斗內的垃圾，順暢、連續(xù)和均勻地輸送到干燥爐排，并將料斗內的滲瀝液及時排出。給料斗應能防沖撞、耐腐蝕及耐磨損，設置破橋裝置防止垃圾在料斗內架橋。
（二）給料系統(tǒng)組成
給料系統(tǒng)由垃圾料斗、料斗擋板兼破橋裝置、垃圾落料管、給料器、料位計、料斗冷卻和消防系統(tǒng)等構成。
1、垃圾料斗
垃圾料斗內設置料斗擋板、垃圾料斗壁測溫計、消防水和冷卻水等。給料斗進料口位于垃圾池內，其下部與焚燒爐連接，垃圾料斗安裝在混凝土料斗平臺的開口中，料斗開口的尺寸比抓斗完全打開時的尺寸大1m以上，呈漏斗形，可防止上料過程中垃圾飛濺。料斗的傾角為40°，使垃圾料斗內的垃圾能夠自然下滑，保證供料順暢。料斗容積應保證焚燒爐2h的額定焚燒量。
垃圾料斗采用碳鋼制作，垃圾料斗承受落料的投料處安裝有耐磨板，并設計了加強結構，使其能承受抓斗的偶爾撞擊或大塊垃圾掉下時的沖擊。另外，在焚燒爐進口處設置了可更換的保護板。給料斗和溜槽之間用密封性較好的柔性膨脹節(jié)連接，可以充分吸收爐內熱膨脹。料斗的底部及落料管處設置了水冷夾套，以防止爐內熱輻射或回火對設備造成的熱損傷，當冷卻水進口和出囗之間的溫度差變高時，可開啟補水閥補充冷水來降低溫度。
料斗底部設置有液壓給料器，將料斗內的垃圾推向焚燒爐的干燥爐排。給料器在推料過程中擠壓出來的滲瀝液由其下方的收集斗收集，排到滲瀝液收集池，由于滲瀝液輸送管道宜堵，管道端頭設有檢修孔。
為便于觀察進料斗中的垃圾狀況，在進料斗上方安裝有攝像頭，便于操作人員在垃圾吊操作室內監(jiān)視給料斗內的料位。垃圾料斗、給料器及爐排結構如圖18所示。
2、料斗擋板兼破橋裝置
料斗擋板兼破橋裝置裝在垃圾料斗落料管靠焚燒爐一側，由液壓缸驅動，若發(fā)生垃圾架橋，可開關破橋裝置破橋。破橋裝置兼有料斗門的作用，停爐時可以隔斷爐膛與垃圾池，防止臭氣外溢和冷空氣進入爐膛。
在下列任一情況下，系統(tǒng)會發(fā)出料斗架橋的報警：
（1）垃圾料斗中的料位在超過某個規(guī)定的時間（約10min）時還不變化。
（2）垃圾落料管的溫度升高。
3、垃圾落料管
給料器與進料斗之間設置落料管，使垃圾從給料斗進入給料器。落料管垂直于給料器，這樣能夠減少垃圾在溜槽內的堵塞，為防止堵塞，落料管從給料斗末端到給料器的錐度尺寸逐漸增加。落料管有足夠的高度以保證給料器與垃圾料斗之間形成良好氣鎖。能夠有效地防止火焰回竄和外界空氣的漏入。落料管采用防腐耐磨材料，垃圾料斗和落料管之間設置可以充分吸收熱膨脹的、高密封性的膨脹節(jié)。
4、給料器
（1）給料器的作用。給料器位于落料管的底部，保證定量、均勻地將垃圾送到干燥爐排上。通過給料器的前后運動將垃圾落料管內的垃圾推向爐排。當給料器后退到盡頭時，垃圾因重力而掉落到剛騰出的空間，接著由給料器的下一個前進動作，把垃圾推到爐排上。給料器的供料能力完全滿足焚燒爐的垃圾處理量的需求。
（2）給料器的驅動。給料器為液壓驅動，液壓油缸由液壓站提供動力，安裝在完全封閉的防塵罩內。給料器可通過控制系統(tǒng)調節(jié)給料器的運動速度、給料器的行程和間隔時間。給料器由2~3組給料推塊構成，每組用1個液壓缸驅動，給料器的行程在就地設置，一般在調試階段就設置好了給料器的行程，正常運行中不對行程進行調整。在焚燒爐停爐時，需要將行程調整到最大行程的位置，以便將垃圾清理干凈。
（3）給料器的運行調整。給料器既可遠程操作，也可就地操作。當遠程操作時，可以使其重復前進和后退的動作；當就地操作時，可以通過按動前進/停止/后退的按鈕，進行微動。在DCS上給料器的速度控制有聯(lián)動/自動/手動3種控制模式。前進和后退的速度由DSC發(fā)出的速度控制信號控制，該信號在自動模式下由燃燒自動控制系統(tǒng)（ACC）決定，經過放當放大器和/或電磁比例流量調節(jié)閥發(fā)生故障時，可以在就地通過手動調節(jié)閥和速度控制閥進行給料器操作。
料斗的垃圾料位由超聲波式料位計監(jiān)測，低低位(LL)、低位(L)和高位(H)警報傳送到垃圾抓吊及低低位警報是為了防止喪失氣密性，高位警報是為了及時發(fā)現(xiàn)架橋。冷卻水從高位水箱送到垃圾落料管的水冷套，排出的冷卻水送至降溫池。在出口管道設置溫度傳感器和變送器，在入口管道設置流量傳感器和變送器，進行實時監(jiān)測。高溫報警和低流量報警送至DCS。
二、除渣系統(tǒng)
（一）除渣系統(tǒng)的作用
除渣系統(tǒng)的作用是把從燃盡爐排排出的爐渣、爐排漏入一次風斗的渣和二的粗灰從渣井通過出渣機、振動篩、運輸皮帶等設備運送到渣坑臨時存放，后續(xù)綜合利用。
（二）濕法除渣系統(tǒng)的組成
濕法除渣系統(tǒng)主要由爐排漏渣輸送機（氣力輸送或機械輸送），旋輸灰機，落渣井，出渣機，渣輸送皮帶，振動篩，電磁除鐵器，渣坑及排水泵等組成。
1、出渣機
濕法除渣系統(tǒng)的核心設備是出渣機，出渣機有水浴刮板出渣機、液壓頂渣出渣機、撈渣機等不同形式。
出渣機的作用是將焚燒爐內燃盡的爐渣推到渣輸送皮帶、振動篩上，送入渣池。從我國垃圾電廠的運行經驗來看，液壓頂渣出渣機（馬丁出渣機）的運行效果較好，馬丁出渣機特點如下：
（1）水封結構氣密性好，無漏風。
（2）出渣含水量低。
（3）出渣機的側板和滑動面都采用耐磨鋼襯，壽命長。
（4）出渣機結構簡單，設備維護量小，運行可靠性高。
（5）出力大。
（6）與爐排驅動共用一個液壓系統(tǒng)，不用單獨配置驅動設備。
（7）設備尺寸小，占地面積小。
2、落渣井
落渣井設置在燃盡爐排的下游，從燃盡爐排排出的爐渣通過落渣井進入出渣機。落渣井采用堅固的結構，為避免爐渣發(fā)生架橋現(xiàn)象，設計了充分的傾斜角度和足夠大尺寸。為了防止熱輻射以及爐渣燃燒引起的熱損傷，設置水冷夾套和溫度傳感器，操作人員可根據(jù)溫度警報分析是否發(fā)生冷卻水管堵塞、水量不足或爐渣架橋。
（三）出渣工藝流程
垃圾焚燒爐可以采用濕法出渣和干法出渣兩種工藝流程，其中濕法應用較為廣泛，但對渣中的熱能不能回收利用。干法在流化床鍋爐廣泛應用，在爐排爐上應用較少，干法出渣可以回收渣中的熱能，且便于渣的綜合利用。
垃圾在爐排上燃盡后變成爐渣，大顆粒的爐渣大都被推到燃盡爐排，從燃盡爐排尾的落渣井落入出渣機。小顆粒的爐渣會從各爐排片的間隙落入爐排下部的一次風斗，再進入落料管，經爐排漏渣輸送機或者用壓縮空氣送到出渣機。焚燒爐二、三、四通道來的粗灰通過卸灰閥進入落渣井。爐渣、漏渣和粗灰首先進入出渣機里冷卻，然后過振動篩和金屬分選器送到渣坑。
濕法出渣工藝流程如圖19（a）所示。干法出渣工藝流程如圖19（b）所示。
三、點火及助燃燃燒器
（一）點火及助燃燃燒器的作用
（1）在焚燒爐啟動時，啟動點火燃燒器，按照爐膛升溫曲線，緩慢提高爐膛溫度，當爐膛溫度達到850℃時，可以啟動垃圾給料器，向爐排輸送垃圾。
（2）正常運行時，由于垃圾品質的變化，造成焚燒爐燃燒工況不穩(wěn)定時，啟動助燃燃燒器（也可以啟動點火燃燒器），穩(wěn)定焚燒爐的爐溫在850℃以上。點火燃燒器和輔助燃燒器按照滿足焚燒爐每小時升溫50℃，具有使焚燒爐從冷態(tài)升溫到850℃的能力設計，為了減少NOx的產生量，可以采用低NOx型燃燒器。每臺焚燒爐設置2臺點火燃燒器和2臺助燃燃燒器，點火燃燒器安裝在燃燒室后墻上，輔助燃燒器安裝在二燃室的側墻上，使用0號柴油（或者天然氣）。
（二）燃燒器組成
燃燒器由柴油槍單元、點火器、柴油閥單元、燃燒空氣單元、控制附件組成。遠程和就地均可對燃燒器進行操作。燃-的仝氣量由設置在空氣風道中的燃燒空氣控制擋板控制。
（三）輔助燃燒器控制
輔助燃燒器具有在爐膛溫度低于850℃時自動點火的功能。在上設置程序，選擇燃燒器的優(yōu)先順序'被選為優(yōu)先的輔助燃燒器首先點火，為了燃燒器的負荷盡可能地平均，非優(yōu)先的輔助燃燒器也跟隨著點火，自動地分擔負荷，保證二燃室內火焰均衡。
1、輔助燃燒器程序控制啟動的條件
（1）瞬時溫度TR<800℃。
（2）TR<850℃（連續(xù)5min）。
2、輔助燃燒器程序控制停止的條件
（1）TR>880℃（連續(xù)5min）。
（2）瞬時溫度TR>900℃。
四、燃燒空氣系統(tǒng)
焚燒爐的燃燒空氣分為一次風系統(tǒng)和二次風系統(tǒng)。爐排爐一次風、二次風流程如圖20所示。
（一）燃燒空氣的作用
（1）提供垃圾燃燒所需氧氣。垃圾的固相燃燒發(fā)生在爐排上，在燃燒過程中，一次風起著非常重要的作用，它提供燃燒所需要的氧氣，使垃圾能干燥、起火，并充分燃燒。
（2）冷卻爐排。
（3）一次風取自垃圾池，可以使垃圾池和卸料大廳保持負壓，避免臭味氣體的擴散。
（4）二次風提供揮發(fā)分完全燃燒所需要的氧氣，并使煙氣強烈擾動。
由于垃圾含水率高、組分復雜，且在爐排上分布不均，很容易造成燃燒不穩(wěn)定，產生不完全燃燒的煙氣，因此，在燃燒室出口的前后拱噴入二次風進行混合擾動，形成旋流，延長煙氣燃燒行程，保證煙氣在爐膛停留2s以上，使煙氣得以完全燃燒。燃燒空氣在爐內擾動狀況如圖21所示。
（二）燃燒空氣系統(tǒng)組成
燃燒空氣系統(tǒng)由一次風機、二次風機、空氣預熱器及風管門擋板組成。每臺爐配置1臺一次風機和1臺二次風機。
（三）一次風系統(tǒng)
一次風取自垃圾倉，采用蒸汽一空氣預熱器加熱，經過加熱的一次風經爐排下方的風斗進入焚燒爐，可以根據(jù)不同的垃圾熱值確定一次風溫度。燃燒低熱值垃圾時，可以將一次風溫設定在280℃以上，保證低熱值垃圾的燃燒要求。
爐排底部的送風管道上的調節(jié)閥可以對各個區(qū)域的送風量和送風壓力進行單獨調節(jié)，以便滿足燃燒調整的要求。一次風系統(tǒng)流程如圖22所示。
為了加熱一次風，設置一次風空氣預熱器。一次風空氣預熱器采用兩級加熱，第一級加熱的熱源來自汽輪機的一級抽汽，第二級加熱的熱源是過熱蒸汽。過熱蒸汽疏水送至空氣預熱器疏水擴容器，而后進入除氧器，一級抽汽疏水直接送至除氧器。
（四）二次風系統(tǒng)
二次風取自鍋爐間，二次風噴嘴布置在爐拱上部與燃燒室結合部，由于二次風噴嘴的特殊布置，會引起煙氣的雙渦流，使一通道內產生強烈的煙氣擾動，促使可燃性氣體完全燃燒，同時減少二噁英、NOx等的產生量。二次風量隨負荷、燃燒工況的變化加以調節(jié)，二次風占總風量的30％左右，爐膛溫度低時，要減少二次風量。
二次風預熱器和一次風預熱器一樣采用兩級加熱，使用相同的熱源。
（五）爐墻冷卻風系統(tǒng)
焚燒爐爐墻采用空氣冷卻，焚燒爐側墻由耐火材料保護，在爐排片表面高度處的側墻設置側墻冷卻風箱。冷卻風通過一臺爐墻冷卻風機注入側墻冷卻風箱，排風進入一次風總管，以回收能量。其優(yōu)點如下：
（1）回收側墻冷卻能量。
（2）節(jié)省一次風預熱所需能量。
（六）煙氣再循環(huán)風系統(tǒng)
每臺焚燒爐配置1臺煙氣再循環(huán)風機，在袋式除塵器出口抽取煙氣回流至焚燒爐，替代部分的二次風，從而有效地降低了該區(qū)域的氧氣濃度，有效地抑制了NOx的生成，同時減少了排煙氣總量。
煙氣再循壞風使用不當會降低爐膛的溫度，對燃燒有負而的影響。當垃圾熱值較低時，不易使用煙氣再循環(huán)。實際運行時,可根據(jù)爐膛溫度和省煤器出口的氧氣濃度來決定噴入焚燒爐內的二次風及煙氣再循壞風量。煙氣冉循環(huán)流程如圖23所示。
五、ACC
為了實現(xiàn)垃圾完全燃燒，需要調整一次風、二次風、爐膛負壓、煙氣中的O2濃度；調整垃圾給料器的運行，保證均勻給料；調整爐排的運行速度，控制垃圾層厚度、垃圾的燃燒位置及鍋爐的蒸發(fā)量等。針對不同的垃圾特性和不同季節(jié)性垃圾熱值的變化，ACC設置了不同的控制手段以滿足不同工況下的穩(wěn)定運行需要。下面對ACC進行簡要論述。
（一）主蒸汽流量控制
通過調整燃燒爐排的空氣流量來調整鍋爐的主蒸汽流量。通過爐排下各一次風支管調節(jié)閥門的開度來調整一次風供給，ACC依據(jù)不同的垃圾熱值、垃圾給料量以及主蒸汽流量設定值計算出一次風流量總和，一次風流量計儀表測量值與ACC所分配該風室的風量進行單回路PID控制以調節(jié)風門擋板的開度，同時主蒸汽流量的檢測值與設定值的差值也影響一次風系統(tǒng)供給。
（二）爐排料層厚度控制
通過協(xié)調給料器和爐排的運行周期和速度來實現(xiàn)垃圾料層厚度控制。通過余熱鍋爐蒸發(fā)量的設定值、垃圾熱值等參數(shù)來協(xié)調控制焚燒爐的給料系統(tǒng)以調整垃圾料層厚度趨于平穩(wěn)。
經過計算爐排上方和風斗一次風的壓力差可以得到垃圾料層的厚度。利用監(jiān)測到的一次風風量、二次風風量、垃圾處理量以及主蒸汽流量、煙囪處煙氣流量等參數(shù)，計算出一段時間內垃圾的平均低位熱值(LHV)，再根據(jù)設定好的主蒸汽流量，就可以計算出每天垃圾預處理量以及給料器、爐排等的運行速度和周期，經邏輯計算后發(fā)送指令給給料器和爐排的液壓驅動系統(tǒng)來調整給料系統(tǒng)。
給料器運動周期（速度）的調整是垃圾給料系統(tǒng)核心環(huán)節(jié)，數(shù)臺給料器具有一樣的運動行程，并且在每臺給料器旁邊安裝了測量給料器實時位移的位移傳感器。根據(jù)ACC計算給出的平均給料速度，結合位移傳感器測量的給料器位移，經PID計算，給料器會得到一個不斷修正的運行速度，保證給料的平穩(wěn)、均勻。
（三）爐內煙氣溫度控制
保持爐內穩(wěn)定的溫度，可以很好地維持鍋爐蒸汽穩(wěn)定地輸出，同時也能減少污染物的產生量。通過調整風量和垃圾量維持爐內溫度在設定值。
（四）煙氣中的氧氣濃度控制
通過調節(jié)二次空氣的流量和燃盡爐排下一次風流量來維持氧氣濃度在設定值。焚燒爐燃燒自動控制邏輯如圖24所示。
申明注意：
本篇所配圖表（圖1~圖24、表2）均來源于《垃圾焚燒發(fā)電技術及應用》【王勇 編著，中國電力出版社】，有所編輯修改。