韓乃卿 李磊 付志臣 邵哲如

摘要：指出了垃圾焚燒發(fā)電廠主要采用爐排及流化床。對于爐排爐而言，無論順推或逆推大都采用空冷形式，對于高熱值垃圾，普通空冷爐排無法滿足冷卻效果，造成爐排壽命降低。為此，通過數(shù)值模擬及實驗的方法研究了一種水冷爐排，結(jié)果顯示，通過內(nèi)部添加導流板可有效解決內(nèi)部通道水流死區(qū)問題，數(shù)值模擬結(jié)果與實驗相符。

關(guān)鍵詞：垃圾;高熱值;爐排;水冷;壓損

中圖分類號：X799.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）22-0209-03

1 引言

隨著居民生活水平的不斷提高，城市生活垃圾產(chǎn)量越來越大，據(jù)統(tǒng)計年垃圾增長率在8%～10%[1]。垃圾圍城現(xiàn)象仍然屢見不鮮，因此垃圾處理已經(jīng)成為亟待解決的社會問題。另一方面，生活垃圾熱值也在不斷提高[2]。垃圾爐排因其技術(shù)完善可靠，處理規(guī)模大，垃圾適應(yīng)性好等特點，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于垃圾焚燒行業(yè)[3]。隨著垃圾熱值提高，在同樣處理量情況下，焚燒爐超負荷運行，造成爐膛內(nèi)部溫度上升，從而垃圾焚燒爐運行環(huán)境更加惡劣，導致爐排壽命降低，從而縮短生產(chǎn)運行周期。

因此，開發(fā)適合高熱值垃圾焚燒爐排是解決該問題的關(guān)鍵，必須引起重視。

2 空冷爐排現(xiàn)狀

空冷爐排是目前爐排爐應(yīng)用最廣泛的爐排形式，比利時西格斯、德國馬丁公司均采用該技術(shù)，國內(nèi)垃圾焚燒爐制造廠家也均采用空冷爐排。據(jù)運行經(jīng)驗及金屬性質(zhì)，一般順推爐排可耐受垃圾熱值大約9000kJ/kg，而對于逆推爐排因其運動方式，耐受的垃圾熱值最高約18000kJ/kg。當垃圾熱值高或者由于運行過程中誤操作造成垃圾爐排暴露在高溫煙氣下時，由于高溫的作用，爐排性能極易被破壞。金屬表面處于高溫狀態(tài)下時，金屬耐磨性下降，在一次風出風口處，由于風速高極易造成爐排出風口腐蝕變大，另一方面由于上層垃圾的磨損，也會造成爐排表面損壞如圖1所示。通過數(shù)值模擬定性分析了垃圾爐排在不同情況下表面溫度分布情況，如圖2所示。

爐排運行時，垃圾爐排最高運行溫度不得超過450℃，通?，F(xiàn)場運行人員將運行最高運行溫度控制在350℃以下。由圖2可知，當爐排上層由垃圾覆蓋時，爐排表面溫度最高溫度約400℃，滿足爐排運行要求。但是當爐排頭部一旦暴露，該部分溫度迅速上升至525℃，超過爐排允許運行溫度。

3 水冷爐排簡介

3.1 斯特福水冷爐排簡介

水冷爐排作為適合高熱值垃圾焚燒技術(shù)，在國外已經(jīng)研究多年，且有運行經(jīng)驗。因此水冷爐排研發(fā)以國外先進技術(shù)為基礎(chǔ)，優(yōu)化開發(fā)適合中國垃圾特色的水冷爐排。水冷爐排以斯特福水冷爐排為代表，與傳統(tǒng)鑄造爐排不同，該水冷爐排以焊接組裝為主可有效降低爐排成本（圖3）。

斯特福水冷爐排采用爐排頂部出風，一次風通道穿過水流通道，該技術(shù)可有效保證出風均勻性，但是，對于加工復雜。通過數(shù)值模擬手段，檢測內(nèi)部流場發(fā)現(xiàn)，在部分位置，其設(shè)計存在不合理處，存在優(yōu)化空間（圖4）。

由圖4可知，在爐排轉(zhuǎn)彎處，存在水流死區(qū)。造成該部分流動差，爐排溫度高。

3.2 水冷爐排優(yōu)化設(shè)計

通過對比分析，目前順推垃圾爐排及斯特度水冷爐排，對爐排出風方式及內(nèi)部通道進行優(yōu)化，運用CFD技術(shù)及實驗方式對爐排流動特性進行模擬研究，研究表明，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果相符（圖5）。

優(yōu)化后爐排采用爐排前端平吹出風，內(nèi)部焊接導流板，相對于斯特度水冷爐排進一步降低生產(chǎn)難度，采用非定常數(shù)值方法，對各時間點爐排內(nèi)部水流進行模擬，如圖6所示，導流板與水流方向存在一定夾角，在通道中起到一定的擾動左右，因此可有效改善旋流及水流死角問題。

3.3 爐排壓損實驗

加工爐排單元并進行通水水壓及水流壓損測試，爐排單元如圖7所示。

數(shù)值模擬結(jié)果顯示，隨著水冷爐排人口水流量的增加，水冷壓降也隨之增加。通過對比實驗數(shù)據(jù)，數(shù)值模擬與實驗結(jié)果吻合較好（圖8）。

4 結(jié)論

（1）隨著垃圾熱值的提升，爐膛內(nèi)部煙氣溫度升高，普通空冷爐排無法滿足爐排冷卻要求。

（2）水冷爐排能夠有效的對爐排起到保護作用，延長其壽命，通過合理有效的布置導流板，可解決爐排內(nèi)部水流死區(qū)。

（3）通過數(shù)值模擬及實驗方法得到爐排內(nèi)部水壓降特性。

參考文獻：

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收稿日期：2019-09-26

作者簡介：韓乃卿（1965-），男，高級工程師，主要從事環(huán)保相關(guān)工作。