1 概述

生活垃圾焚燒技術起源於歐洲(zhou)，隨後美國、日本等發達國家(jia)也相繼(ji)研(yan)發出(chu)適(shi)合生活垃圾焚燒的各種爐型，但與我國生活垃圾與國外生活垃圾存在很大不同。

我國生活垃圾來源多(duo)樣、成分複雜，其中廚餘占(zhan)有較大比例，加之飲食(shi)結構中水分較高，垃圾的含水量同廚餘比例有著較高的相關性(xing)，生活垃圾中總體含水量高，一般為40%～60%，高於歐美國家(jia)10%～30%的水平；

我國的總體發展(zhan)水平低於西方國家(jia)，紙類、塑料(liao)類等生活垃圾中的熱量源比例低，而(er)磚瓦(wa)陶瓷(ci)類的垃圾成分偏(pian)高，目前我國的生活垃圾平均熱值（高位）在5337kJ/kg，且不可燃質(zhi)的比例高。

同時，隨著我國經濟和(he)社會發展(zhan)水平的不斷提高，城市生活垃圾中可燃質(zhi)比例增加，垃圾的平均熱值也會不斷提高。

早(zao)期我國在引進國外時，有部分焚燒爐由(you)於不能適(shi)應我國的垃圾特性(xing)，不得不對原有爐型進行改造，因此研(yan)究(jiu)各大主流焚燒爐爐型及其各自的配(pei)風對燃燒的影響是十(shi)分必要的。

2 生活垃圾的燃燒過程

生活垃圾爐排爐焚燒技術是生活垃圾通(tong)過焚燒方式處理時使用最多(duo)、分布最為廣(guang)泛(fan)的技術，其基(ji)本過程如圖1所示。

圖1爐排爐焚燒過程示意圖

料(liao)倉中的生活垃圾經推(tui)料(liao)器推(tui)入(ru)爐膛(tang)中的爐排上，生活垃圾中的有機部分在爐排上充(chong)分燃燒轉化為氣體，可燃氣體在上部爐膛(tang)中繼(ji)續燃燒、燃盡，燃燒所產生的熱量通(tong)過換熱麵進行回收，煙氣被冷卻，最終(zhong)產生的煙氣經過煙氣處理設備淨化後排入(ru)大氣。

在爐排上，生活垃圾在進入(ru)爐排後，由(you)爐排片(pian)運動的驅使向前移動，大體上經過幹燥、熱解、焦炭(tan)的燃燒以及燃盡四個(ge)過程後成灰。

圖2爐排上生活垃圾燃燒過程

如圖2所示，生活垃圾在爐排片(pian)的混合作(zuo)用下，處在料(liao)層(ceng)不同高度的垃圾得以在一定(ding)程度上實現上述過程同步(bu)進行，因而(er)在爐排上可形成區別明顯的幾個(ge)區域：幹燥區、熱解與燃燒階段、燃盡階段。

3 的一般結構特點

垃圾焚燒的基(ji)本目的是實現垃圾減量、餘熱利(li)用並消除有害(hai)物質(zhi)，因而(er)垃圾焚燒爐設計的基(ji)本要求是高燃燒效率、低汙染(ran)物排放(fang)。

是垃圾焚燒爐中最成熟(shu)的爐型之一，通(tong)過合理的爐排、爐拱設計和(he)一次風、二次風布置，可以應對複雜多(duo)變的燃料(liao)性(xing)質(zhi)，並降低NOx、二惡英、CO等汙染(ran)物的排放(fang)，實現生活垃圾的清(qing)潔高效利(li)用。

3.1 爐排

生活垃圾直接(jie)同爐排接(jie)觸，在爐排上形成燃料(liao)層(ceng)進行燃燒，爐排的設計主要考慮生活垃圾的充(chong)分燃盡、氣體的燃盡，因此爐排需要具有以下幾個(ge)功能：

（1）輸運垃圾經過整個(ge)爐膛(tang)，使垃圾經過燃燒過程後減量化；

（2）垃圾的均勻分布，對垃圾的攪動、混合，並在垃圾燃燒過程中對其進行翻滾，可有效促進垃圾的幹燥、熱解和(he)燃燒的過程，使垃圾燃燒充(chong)分，所需空(kong)氣量少；

（3）輸送並布置一次風（國內(na)垃圾熱值較低一般為熱一次風）；

（4）控製(zhi)生活垃圾在不同燃燒階段的停留時間。

3.2 爐拱

爐拱是實現高效燃燒的關鍵結構，分為前拱和(he)後拱。前拱的主要作(zuo)用是輔助(zhu)新加入(ru)的原料(liao)幹燥和(he)著火。

前拱本身並不產生熱量，它的引燃作(zuo)用主要在於通(tong)過吸收來自火焰(yan)和(he)高溫煙氣的輻射熱量，並加以集中輻射到新燃料(liao)上，使之升溫、著火。後拱位於爐排的後部，其具體作(zuo)用包括：

（1）引燃。一方麵，輸送高溫煙氣至前拱區，提高爐溫、強化前拱的輻射引燃作(zuo)用；另一方麵，引導(dao)灼熱炭(tan)粒（飛灰）至前端，並使之散落在新燃料(liao)上產生明火引燃效果，可稱之為直接(jie)引燃。

（2）混合。後拱輸送富氧的煙氣至前拱區，使之與那(na)裏的可燃氣體相混合，是爐內(na)氣體大尺度混合的主要方式。由(you)於前拱一般不很長，因此後拱的輸氣路程較長。同時，由(you)於後拱煙氣的流動速度高，因而(er)所產生的擾動混合也大。

（3）保溫促燃。由(you)於焦炭(tan)的化學活性(xing)較差，因此必須在爐排後部保持高溫，才能保證那(na)裏以焦炭(tan)為主的燃料(liao)層(ceng)的燃盡。後拱的存在，可有效地防止爐排麵向爐膛(tang)上部放(fang)熱，所以能有效地提高爐排後部的爐溫。

3.3爐膛(tang)結構與配(pei)風

爐膛(tang)形式是影響主燃區燃燒的重要因素之一，爐膛(tang)形式與爐排上的焚燒相配(pei)合完成焚燒過程，也是進行燃燒優(you)化的重要途徑。通(tong)常依照(zhao)爐膛(tang)結構（包括爐拱）與爐膛(tang)內(na)一次風的流動形式將焚燒爐分為逆流式、順流式、混流式以及二次流式焚燒爐，如圖3所示。

圖3爐膛(tang)結構形式

逆流式焚燒爐將燃燒區上方高溫火焰(yan)向前驅使，使高溫區更靠(kao)近(jin)入(ru)爐的垃圾，利(li)於垃圾的幹燥過程，特別適(shi)用於含水量高的生活垃圾。

順流式焚燒爐的優(you)點則在於其在燃盡方麵具有極好的表(biao)現，熱解階段產生的大量的可燃氣體在拱的導(dao)流作(zuo)用下直接(jie)進入(ru)高溫區，因而(er)可燃氣體的燃燒溫度得到了保證；順流式爐膛(tang)中燃燒產生的高溫煙氣會經過爐排的燃燼區上方，使爐排燃燼區的溫度得到了提升，有利(li)於剩餘灰渣(zha)的燃盡。

但是順流式爐膛(tang)對於生活垃圾的幹燥作(zuo)用較低，適(shi)用於低水分、高熱值的垃圾。混流式焚燒爐將爐膛(tang)出(chu)口設置在爐排中部的上方，具有一定(ding)的靈(ling)活性(xing)，可根據生活垃圾的特性(xing)來調整具體的位置，熱值高時出(chu)口可向尾(wei)部移動，熱值低時出(chu)口可向進口處移動。

二次流式焚燒爐是將煙氣的上方和(he)下方隔(ge)開(kai)，同時具有順流和(he)逆流的效果，適(shi)用於垃圾性(xing)質(zhi)變化較大的垃圾，我國目前使用的生活垃圾的焚燒爐大多(duo)采用此種方式。

爐通(tong)常除了爐排底部供給的空(kong)氣外，在爐膛(tang)的上方還要噴入(ru)二次空(kong)氣來實現可燃氣體的燃盡。

首先，因為生活垃圾熱解氣體占(zhan)生活垃圾質(zhi)量比例較高，實現氣體的燃燒，需要供給足量的空(kong)氣，並有強度較高的混合效應實現可燃氣體同氧氣的混合；其次，較低的主燃區及總的空(kong)氣過量係數有利(li)於氮氧化物的控製(zhi)，降低主燃區的空(kong)氣過量係數、優(you)化二次風來降低總的空(kong)氣過量係數成為大多(duo)數焚燒技術發展(zhan)的關鍵。

有的焚燒爐采用了部分煙氣再(zai)循(xun)環的方式來加強爐內(na)氣體的混合、進一步(bu)降低總的空(kong)氣過量係數，並調節(jie)爐內(na)煙氣溫度。下麵分析幾種典型焚燒爐的爐膛(tang)結構。

（1）A型爐爐膛(tang)結構與配(pei)風，如圖4所示。

圖4 A型結構

A型垃圾焚燒爐采用順推(tui)爐排，可以分為幹燥段、熱解燃燒段和(he)燃盡段，其中幹燥段與熱解燃燒段、熱解燃燒段與燃盡段之間各設置一級階梯，使得幹燥後的垃圾經過跌落後進行翻滾與碰(peng)撞，防止垃圾抱團(tuan)成塊(kuai)，使料(liao)層(ceng)不斷翻鬆、更為均勻，減少床(chuang)層(ceng)阻力，也有助(zhu)於揮發份(fen)的析出(chu)與焦炭(tan)的燃燒。

另外，在幹燥段與熱解燃燒段采用傾斜(xie)爐排，在爐排推(tui)動和(he)重力作(zuo)用下不斷翻滾、揮發份(fen)析出(chu)更為均勻，並具有較快(kuai)的下料(liao)速度。

A型爐的前後拱呈“八”字，對爐排形成了有效的覆蓋。其中，前拱可以將其從爐膛(tang)火焰(yan)中吸收的熱量，通(tong)過再(zai)輻射的形式向濕垃圾傳(chuan)熱，輔助(zhu)幹燥與著火過程；後拱遮擋了此部分爐排向換熱麵的傳(chuan)熱、將高溫區輻射而(er)來的熱量轉移到爐排上提高了該區域的溫度水平，有利(li)於垃圾的燃盡。

前後拱之間向上呈收縮形式形成喉口，可將爐排前後端的剩餘空(kong)氣輸送到燃燒段上方可燃氣體含量高的區域，使煙氣聚攏、提高了煙氣的混合效果：

一方麵有利(li)於揮發分的燃盡，提高爐膛(tang)的整體溫度，來促進垃圾的幹燥熱解過程；另一方麵將後端過氧區生成的NOx與前端缺氧區的NOx前驅物（NH3與HCN）混合，實現煙氣中NOx的自身脫除。

A型垃圾焚燒爐所采用的爐排片(pian)開(kai)孔(kong)率低，風倉風壓大（1～2kPa），通(tong)過爐排片(pian)的風速高，這樣爐排片(pian)本身的空(kong)氣阻力係數對總阻力係數占(zhan)主要貢(gong)獻(xian)。即使料(liao)層(ceng)局部的阻力係數發生變化，對總阻力係數影響不大，從而(er)保證了爐排配(pei)風的均勻程度，垃圾在爐內(na)的燃燒可同步(bu)進行。

A型采用的高速燃燒爐排片(pian)技術，減少了料(liao)層(ceng)燃盡所需的空(kong)氣量，可將床(chuang)層(ceng)所需的空(kong)氣過量係數控製(zhi)在1.2～1.3的水平上。

A型垃圾焚燒爐使用空(kong)氣分級和(he)煙氣再(zai)循(xun)環的方式，在保證爐排末端垃圾和(he)爐排上可燃氣體燃盡的前提下，將總空(kong)氣量中的一部分作(zuo)為二次風在焚燒爐的上部送入(ru)爐膛(tang)，盡可能降低一次風的空(kong)氣過量係數。

在拱的導(dao)流和(he)流體自身混合作(zuo)用下，幹燥段和(he)燃盡段爐排上的過剩空(kong)氣在主燃燒區同熱解燃燒段上方的可燃氣體進行混合燃燒時，可以將整體氧濃度維持在一個(ge)較低的水平，實現NOx的低濃度排放(fang)。

（2）B型爐爐膛(tang)結構與配(pei)風。

B型垃圾焚燒爐屬於順推(tui)爐排。同其他(ta)順推(tui)爐排不同的是，爐排片(pian)為縱向布置，即固定(ding)爐排列與活動爐排列交(jiao)錯布置，如圖5所示，每列爐排片(pian)由(you)多(duo)塊(kuai)相互搭接(jie)的爐排片(pian)構成，活動爐排片(pian)在推(tui)動垃圾的同時也對垃圾進行了鬆動，使氣流均勻；活動爐排片(pian)同固定(ding)爐排片(pian)爐排中設置了兩(liang)層(ceng)階梯落差，將整個(ge)爐排分隔(ge)為幹燥、燃燒和(he)燃盡三段，落差達到了1.3m，垃圾在爐排之間的落差段處跌落時能對結塊(kuai)的垃圾起到較好的破(po)碎作(zuo)用，有效改善(shan)同空(kong)氣接(jie)觸。

圖5 B型垃圾焚燒爐結構

三個(ge)燃燒段爐排設置獨立的液壓驅動裝置，活動爐排的最大行程為150mm，三個(ge)爐排麵平行布置，傾角都為15°，每塊(kuai)爐排片(pian)前端麵設置了風孔(kong)，一次風經此風孔(kong)進入(ru)爐膛(tang)。

B型垃圾焚燒爐的前拱類似(si)於前述的A型生活垃圾焚燒爐類似(si)：前拱通(tong)過從爐膛(tang)火焰(yan)中吸收的熱量，以再(zai)輻射的形式向濕垃圾傳(chuan)熱，加強幹燥過程。後拱結構長而(er)低，覆蓋率高，非常高效地遮擋了此部分爐排向換熱麵的傳(chuan)熱，保持燃盡段的溫度，有利(li)於剩餘焦炭(tan)的燃盡。

前後拱之間形成喉口，可將爐排前後端的空(kong)氣輸送到燃燒段上方，使煙氣聚攏、提高了煙氣的混合效果。該爐拱的特點是：前拱較短、覆蓋率較小；後拱低長，在利(li)於焦炭(tan)燃盡的同時作(zuo)為通(tong)道(dao)輸送高溫煙氣至幹燥段，加強原料(liao)的幹燥並輔助(zhu)著火。

在爐排的熱解燃燒段與幹燥段上方，由(you)於該區域劇烈的揮發分析出(chu)，因而(er)可燃氣體含量較高。為了實現可燃氣體的充(chong)分燃燒，B型設置了四處二次風噴口。

其中，二次風-1與二次風-2主要用於維持床(chuang)層(ceng)上方氧量，起到消煙的作(zuo)用，並將床(chuang)層(ceng)析出(chu)的揮發分與空(kong)氣均勻混合；二次風-3與二次風-4用於提供燃盡氣相中可燃氣體的空(kong)氣量，實現可燃物的充(chong)分燃盡。

（3）C型爐爐膛(tang)結構與配(pei)風。如圖6所示是C型垃圾焚燒爐的結構示意圖，該垃圾焚燒爐的爐排結構是其最具特點的部分。該爐排屬於順推(tui)爐排。由(you)結構相近(jin)的多(duo)級傾斜(xie)的模(mo)塊(kuai)化爐排組構成，爐排一個(ge)麵布置．傾角為21°。

圖6 C型垃圾焚燒爐結構示意圖

每個(ge)爐排組模(mo)塊(kuai)包括2排固定(ding)爐排片(pian)、2排水平滑(hua)動爐排片(pian)和(he)2排上下翻動的爐排片(pian)，每台焚燒爐一般由(you)四個(ge)左(zuo)右的爐排組模(mo)塊(kuai)組成，每個(ge)爐排組模(mo)塊(kuai)的框(kuang)架兩(liang)側分別設置獨立的三組液壓，其中一組驅動爐排片(pian)的水平運動，另外兩(liang)組分別驅動兩(liang)行爐排片(pian)的上下翻轉運動，翻轉爐排片(pian)前端設置多(duo)個(ge)風孔(kong)，一次風燃燒空(kong)氣從爐排底下經過該風孔(kong)進入(ru)爐膛(tang)，水平滑(hua)動爐排片(pian)做(zuo)水平的運動，推(tui)動垃圾向前，其最大行程240mm。

作(zuo)用為輸送垃圾，翻動爐排片(pian)向上擺動的最大角度為30°，其作(zuo)用是在此處實現垃圾在的翻動和(he)並有利(li)於之後的通(tong)風。

C型焚燒爐是唯一能夠(gou)將輸送動作(zuo)（水平運動）、翻攪和(he)通(tong)風動作(zuo)（垂直運動）區分開(kai)的爐排控製(zhi)係統(tong)，相互獨立，操(cao)作(zuo)靈(ling)活性(xing)高。其獨特的爐排技術，使滑(hua)動爐排推(tui)動垃圾向前運動並決定(ding)了垃圾層(ceng)厚(hou)度及停留時間；擺動爐排則起到攪動垃圾層(ceng)的作(zuo)用。

使係統(tong)很容易根據垃圾成份(fen)變化做(zuo)出(chu)相應調整，特別適(shi)合於低熱值、高水分的垃圾。C型垃圾焚燒爐的前拱較小，位置過高，其對料(liao)層(ceng)的再(zai)輻射幹燥和(he)引燃性(xing)能不佳。

C型垃圾焚燒爐的後拱采用長而(er)低的設計，保溫效果好，整體上有利(li)於焦炭(tan)的燃盡；後拱也能作(zuo)為煙氣通(tong)道(dao)，將後部富氧高溫煙氣導(dao)流至前端輔助(zhu)熱解、促進均相燃燒。此外，C型焚燒爐在喉口處設置了兩(liang)個(ge)二次風噴口，有助(zhu)於可燃氣體與空(kong)氣的充(chong)分混合與燃盡。

4 結束語

通(tong)過前文對幾種典型爐排所具有的爐排結構、爐拱形式以及配(pei)風方式的分析，每種爐排都有其特有的結構特點，但其設計的宗(zong)旨(zhi)是相同的。

（1）通(tong)過爐排的驅動形式、爐排的傾角以及爐排上各種輔助(zhu)結構使得爐排上方垃圾料(liao)層(ceng)能夠(gou)分布均勻；

（2）通(tong)過前後拱的合理設置，充(chong)分發揮輔助(zhu)著火燃燒、導(dao)流爐內(na)煙氣的作(zuo)用，並形成喉口、加強湍動，配(pei)合二次風或循(xun)環煙氣以保證燃盡；

（3）通(tong)過合理的一次風進風口布置形式，保證垃圾料(liao)層(ceng)燃燒過程得到充(chong)足的氧量，並配(pei)合二次風以及煙氣再(zai)循(xun)環風等實現爐膛(tang)中可燃氣體的充(chong)分混合，使得熱解段大量析出(chu)的可燃氣體能夠(gou)充(chong)分燃盡，同時降低整個(ge)燃燒過程的過量空(kong)氣係數。