1新型高温蓄热燃烧垃圾焚烧炉结构简介
大量的垃圾焚烧炉是利用机械炉排炉(包括顺推式机械炉排焚烧炉、逆推式机械炉排焚烧炉、履带式机械炉排焚烧炉)完成垃圾的燃烧过程，因为其发展历史较长，应用范围比较广，是一个比较经济和方便的垃圾处理方式。但是，由于中国垃圾的低热值特点，采用传统炉排冷风助燃时难以使焚烧炉稳定工作。若把蓄热燃烧技术应用于垃圾焚烧炉，则可以方便地实现低热值垃圾的稳定燃烧。因此，本文设计了兼容机械炉排炉和旋风炉二者优点的一种新炉型:旋风炉与炉排相结合的两段式垃圾焚烧炉。本焚烧炉分为两部分。第一部分为逆推式机械炉排(采用耐热钢)焚烧炉，也叫主燃烧室。高温空气由下部风箱进入炉排炉，与垃圾高温气化燃烧，燃烧后的烟气切向高速进入副燃烧室(旋风炉)。在旋风炉中补充部分高温空气和燃油，使副燃烧室的温度维持在1300℃以上，确保有害物质分解，并将飞灰彻底熔化，实现垃圾无害化处理。从旋风炉中出来的高温烟气经过余热锅炉产生蒸汽降温后进入旋转蓄热室产生800℃以上的高温空气供燃烧之用，其各部分具体设计详述如下。
1．1主燃烧室
主燃烧室四壁和顶部由耐火砖砌筑而成，底部运行机械往复式炉排。炉排作用有二:一是利用800℃以上的热空气使垃圾在炉排上快速燃尽;二是顺利排出炉内燃烧产生的灰渣。炉排采用耐热钢制造的往复炉排，使其可以在800℃以上热空气助燃的情况下不至于烧坏。可动炉排片与固定炉排片以阶梯式纵向交互配置，工作过程中可动炉排片同时以水平方向做前进与后退动作，以翻动、搅拌、推动垃圾的前进。送气孔设于炉排片前端的垂直面，有自清作用。炉排下鼓入800℃以上的热空气，确保垃圾快速着火并燃尽。燃尽后的垃圾残渣落入水封渣坑，再由除渣机捞出。
1．2副燃烧室
如图1所示，副燃烧室呈圆筒状，助燃空气(800℃以上)高速切向供入，供风口在圆筒中上部，沿炉壁圆周有4～8个供风口，切向风速在100m/s以上。由主燃烧室流出的烟气由副燃烧室上部进入副燃烧室，在炉内强烈的旋转燃烧。停留相对较长的时间。在此期间，由副燃烧室顶部喷入燃油助燃，使副燃烧室的温度始终保持在1300℃以上。不但可以使烟气中的残余可燃物完全燃尽，还可以使烟气中的有害气体完全分解，满足环保要求。烟气中的飞灰在高温下熔化，其有害成分被分解，最后形成液态渣流入渣坑。
1．3余热锅炉
余热锅炉采用自然循环方式，主要由水冷壁组成。水在其中流过后由常温水被加热为蒸汽，供给用户，大大地提高了垃圾燃烧释放的热量的利用率。
1．4空气预热系统
普通蓄热燃烧技术通过两个蓄热室交替切换工作状态来回收烟气中的余热。工作状态是左(右)侧蓄热体放热，加热通过左(右)侧蓄热体的空气;右(左)侧蓄热体吸热，回收通过右(左)侧蓄热体的烟气的显热。通过不断地切换工作状态，左右两侧的蓄热体可以把烟气中的显热传递给空气，使进入炉内的助燃空气达到很高温度，创造了一个良好的燃烧环境，使热值很低的燃料也很容易着火和稳定燃烧。但是这种产生高温空气的方法不适用于垃圾焚烧炉。如果使用常规的两个蓄热室分置就需要多个换向阀。但是，换向阀动作频繁，极易损坏，而且换向阀不允许高温空气或烟气通过，无法完成余热回收。本文采用回转式蓄热室来产生高温空气。在这种蓄热器中，空气与烟气都有单一的通道，无需换向阀，换向过程通过蓄热体的旋转完成，无停火现象发生。这种空气蓄热器由转动的转子蓄热体(陶瓷蜂窝体)和固定的外壳组成。工作时转子不停地转动，大约1．5r/min。固定在外壳上的扇形顶板及底板把转子的流通截面分隔成两部分。一部分让烟气自上而下的流过，一部分让空气自下而上的流过。扇形顶板及底板分别与外壳上部及下部的烟道及风道相接。这样烟气流过时把蓄热体加热，转子蓄热体转到空气流通部分时，蓄热体被空气冷却，同时把空气加热。因此转子转动一周完成一个传热过程。转子截面共分为三个部分:一是烟气流通部分，二是空气流通部分，另一个是由两个扇形板封闭起来的密封区。由于设计中烟气的体积比空气的体积大，因而转子中烟气的流动面积应大于空气的流动面积。实际中烟气的流通面积约占转子流动面积的50%，空气流通面积约占40%，密封区占10%左右。转子蓄热体中空气侧的压力大于烟气侧压力，两侧的压差可高达2～3kPa。转子又要不断地转动，转子与外壳间必然有间隙。为了防止漏风，在转与不转的交界部分采用压缩空气产生风帘进行密封。
2试验结果
在广东茂名搭建了小型热态试验炉，测试结果如下，燃用垃圾:热值4800kJ/kg，含水量＜40%，固体物尺寸＜200mm，余热锅炉蒸发量0．8t/h，蒸汽压力1．25MPa，蒸汽温度180℃，锅炉效率71%，热风温度810℃，排烟温度180℃，炉排面积2．4m2，尾气中:氮氧化物＜150mg/m3，一氧化碳＜150mg/m3，二恶英＜0．5ng－TEQ/m3满足国家排放要求。
3结论
(1)低热值且成分变化较大的中国城市垃圾，在高温空气助燃的环境下，可以实现顺利着火和稳定燃烧。(2)采用两级燃烧方式，炉内燃烧温度高，可以有效地分解烟气中的有害成分，这将大大减轻对周围环境的二次污染。(3)高温焚烧后的垃圾残渣是很好的建筑材料且垃圾焚烧后的热量可以产生高温高压的蒸汽用于发电和供热，能得到可观的经济效益。(4)高温蓄热燃烧垃圾焚烧炉具有众多常温空气燃烧所不具备的优点:燃料适应性广，燃烧稳定，燃烧速度快，炉内温度分布均匀，可极大地降低NOx和二恶英排放，并可方便地采用灰渣熔融技术。(5)垃圾焚烧使其减容90%，减重75%，同时可杀死病菌，还可以进行余热利用等，因此在垃圾焚烧炉上应用蓄热燃烧技术值得开发、利用和推广。
作者：李瑞宇 单位：广东工业大学 材料与能源学院
