垃圾焚烧发电厂灰渣输送系统设计方案研究

傅崇振

（上海康恒环境股份有限公司，上海 201703）

0 引言

随着国内垃圾焚烧发电技术快速发展，越来越多的垃圾发电厂即将建设并投入使用，灰渣输送系统是整个垃圾发电厂中重要的一部分。本文将通过对比分析几种常规灰渣输送布置方案，总结出更合理高效的布置方案。

1 炉渣、飞灰的产生和特性

焚烧过程产生的灰渣（包括炉渣和飞灰），一般为无机物质，它们主要是金属的氧化物、氢氧化物和碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐以及硅酸盐。大量的灰渣特别是其中含有重金属化合物的灰渣，对环境会造成很大的危害。

垃圾焚烧设施灰渣的产量，与垃圾种类、焚烧炉型式、焚烧条件有关。一般焚烧1 t垃圾会产生100～150 kg炉渣，余热锅炉室飞灰为10 kg左右。表1所示为炉渣、飞灰的产生机理和特性[1]。

2 输灰设备选型

2.1 炉渣输送

炉渣输送分为两部分：一部分是炉排间隙漏下的漏渣，另一部分是炉排排出的炉渣。

2.1.1 漏渣输送设备

由于漏渣量较小，此处输送机输送能力考虑2 t/h即可满足现场需求。漏渣输送机有两种形式：干式和湿式。

（1）干式输送机

干式输送机需要在每个渣斗下面布置1个气动挡板阀，通过挡板阀来控制漏渣的排放和焚烧炉风室的密封。沿焚烧炉深度方向在双重挡板下面设置刮板输送。垃圾焚烧产生的漏渣首先通过漏渣斗收集，然后依靠漏渣斗的双重挡板落入刮板输送机，最后刮板输送机将漏渣输送至渣坑[2]。图1所示为刮板输送机外形图。

表1 炉渣、飞灰的产生和特性

图1 刮板输送机

刮板输送机的输送能力与机槽宽度、机槽承载高度、刮板链条的运行速度即输送效率有关。输送量的计算方法有两种：精确计算法和概略计算法。两种方法既可按体积输送量计算，也可按质量输送量计算。精确计算法主要指系数计算法，所谓系数计算法是指考虑到各种影响输送量大小的因素，在计算中分别乘上有关系数加以修正。例如由于外摩擦力的影响，物料运动速度相对于刮板链条的运行速度有滞后性；由于刮板链条有一定的体积，要占据一部分机槽空间，减少了装载物料的空间；由于物料的压结性，在加料口处以松散状态进入机壳内的物料被压紧成为密实状态，此方法选取的系数多，计算结果也并非绝对精确，为使计算简化，采用概略计算法更简便实用。

概略计算法的公式为[3]：

Q=3 600Bhρvη

式中：Q为质量输送量，t/h；B为机槽宽度，m；h为机槽承载高度，m；ρ为物料的堆积密度，t/m3；η为输送效率；v为刮板链条的运行速度，m/s。

v=vLNL

式中：vL为头轮转速；N为头轮齿数；L为节距。

所以，YD430刮板输送机输送能力为：

Q=3 600Bhρvη=3 600BhρvLNLη=2.82 t/h＞2 t/h

故选用YD430即可满足要求。

（2）湿式输送机

湿式输送机即输送机内装满水，水既可以给漏渣降温，又可以密封风室，防止臭气外泄。图2所示为湿式输送机GZS750外形图。

图2 湿式刮板输送机

输送能力计算：

Q=3 600Bhρvη=3.1 t/h

故选用GZS750即可满足要求。

2.1.2 出渣机选型

炉排直接排出的炉渣温度大约400℃，所以出渣机基本采用水浴式，不但可以冷却灰渣，亦可以封闭炉膛，防止臭气外泄。常用出渣机形式有液压式和电机式两种。

液压式出渣机采用液压驱动，分单缸驱动和双缸驱动，利用刮板推出湿渣，如图3所示。单台除渣机输送能力正常处理量约3 t/h，最大处理量约11 t/h，按焚烧炉吨位确定出渣机数量。

图3 水浴式液压出渣机

电机式出渣机算是放大版的湿式刮板输送机，工作原理一样，通过电机驱动链条刮板输送湿渣，如图4所示。单台出渣机输送能力为12.5 t/h，按焚烧炉吨位确定出渣机数量。

图4 水浴式电机出渣机

2.2 飞灰输送

余热锅炉有两个出灰区域，一个是二三烟道，另一个是水平烟道（立式锅炉则是第四烟道），两处总出灰量不到垃圾量的1%。

2.2.1 锅炉灰渣选型

在垃圾焚烧发电行业，应用最为广泛的是LS型螺旋输送机。LS型螺旋输送机由驱动装置、螺旋体、机槽、机架和轴承组成。设备结构简单、体积小、密封性能好、安装维修比较方便；能多点加料、多点卸料，工艺选型及布置较为灵活；在输送飞扬性、有毒、高温、易燃易爆的物料时，可改善工作条件，减少环境污染[4]。

二三烟道温度较高，灰渣温度可达700℃以上，故此处一般选用LS型高温螺旋输送机，图5所示为LS高温螺旋输送外形图。表2所示为常用LS高温螺旋输送机型号。

图5 LS高温螺旋输送外形图

表2 常用LS高温螺旋输送机型号表

输送能力计算如下：

Q=π/4×D1×N×L1×η×ρ

式中：D1为叶片直径；N1为螺旋轴转速；L1为螺距；η为物料填充系数；ρ为物料密度。

代入数字计算得：Q=4.05 t/h。

当输送物料和输送倾角确定后，如果增加填充系数η、转速N或输送管径D1，都可以增加输送能力。为了减轻输送机造价和自重，在满足输送能力，不影响输送效率的情况下，能尽量减小输送机的直径。如果增大填充系数或增加转速，会使物料在输送机中翻滚，影响输送效果，降低输送效率，一部分能量消耗在无用的物料翻滚和摩擦中[5]。考虑到输送机直径过小可能导致堵灰，所以一般选用直径不小于500 mm，故选用LS500。每条焚烧线一般布置2台，总处理量为8.1 t/h，所以LS500可满足现场需求。

另外，螺旋输送机也有水冷和风冷形式的，运行原理一样，只是增加了对螺旋轴的冷却，不在此逐一介绍。

2.2.2 水平烟道输送机

水平烟道温度较低，为200～400℃，可采用刮板输送机。型号参考漏渣输送机。

3 输灰系统布置

3.1 炉渣输送设备

常规有3种布置形式：干式漏渣输送机+液压式除渣机；湿式漏渣输送机+液压式除渣机；湿式电机出渣机。

（1）干式漏渣输送机+液压式除渣机

干式漏渣输送机+液压式除渣机布置如图6所示，此方案用干式漏渣输送机收集各渣斗的漏渣，输送至液压出渣机，最后送入渣坑。方案优点：价格便宜；设备运行稳定可靠，运行成本低；检修方便，可在压火的状态下检修设备；维护费用低，检修周期短且零件便宜易获取。方案缺点：气密性不好，炉膛内臭气易泄漏；配套挡板阀易损坏，检修频率较高。

图6 干式漏渣输送机+液压式除渣机布置图

（2）湿式漏渣输送机+液压式除渣机

湿式漏渣输送机+液压式除渣机布置如图7所示，此方案利用湿式输送机收集各渣斗漏渣并送入液压出渣机，最终送入渣坑。方案优点：设备价格低；可降低设备高度；气密性好，利用水封隔断风室和外界环境；运行成本较低。方案缺点：水蒸气上窜易腐蚀渣斗，且漏渣易板结在渣斗壁造成堵灰；检修较麻烦，需排尽设备内水才能检修，有时可能需要停炉。

图7 湿式漏渣输送机+液压式除渣机布置图

（3）湿式电机出渣机

湿式电机出渣机布置如图8所示，此方案直接布置一台湿式电机出渣机，收集所有渣斗漏灰，连同炉排下落渣一同输送至渣坑。方案优点：减少设备数量，减少检修点；有效降低厂房高度，节约土建成本。方案缺点：设备易卡塞，检修频率较高，由于刮板靠齿轮、链条带动，垃圾落渣中常带有细石子、螺栓等坚硬小块垃圾，卡入传动结构中造成设备停运报警；运行成本高，设备耗水耗电量较高；设备检修较难，需停炉后检修；设备维护费用较高，链条更换周期短，且单价高。

图8 湿式电机出渣机布置图

3.2 锅炉飞灰输送设备

3.2.1 二三烟道

图9 二三烟道输灰方案一

此处灰有两种布置方案，一种是直接用溜灰管从后拱上方插入炉膛，灰管上依次布置手动插板阀、电动双层翻板阀和不锈钢金属膨胀节，如图9所示。此方案优点是设备简单，成本低，检修方便，但缺点是落灰会挡住火焰监视器，影响监测。另一种方案是用高温螺旋输送机先将灰渣引至炉膛两侧，然后用溜灰管从侧面引入炉膛或直接引到出渣机，如图10所示。此方案需考虑膨胀量及支撑形式，若螺旋输送机是以钢架支撑的，则需要在输送机入口和出口处各设置一道膨胀节，入口处设置耐高温膨胀节，膨胀量根据余热锅炉大小一般考虑60～85 mm；出口处设置不锈钢金属膨胀节，膨胀量按50 mm考虑。若螺旋输送机是悬吊在灰斗上的，则只需要在输送机出口处设置一道不锈钢金属膨胀节，膨胀量按60～85 mm考虑。此方案虽然成本比前面方案高，但有效解决了遮挡监视器的问题。

图10 二三烟道输灰方案二

3.2.2 水平烟道

由于余热锅炉有多种炉型，如立式锅炉、卧式锅炉和π型锅炉，所以输送设备布置也不一样。

（1）立式锅炉

这里主要看第四烟道灰斗出口位置，若比较靠前，则可以直接用溜灰管穿过后墙平台引入出渣机，如图11所示。若灰斗出口位置偏后，溜灰管在保证至少60h倾角的情况下不足以绕过渣坑间土建平台，则需要增加一台螺旋输送机或者刮板输送机，将飞灰水平输送一段距离后再溜至出渣机，如图12所示。

图11 第四烟道输灰方案一

图12 第四烟道输灰方案二

（2）卧式锅炉

卧式锅炉由于烟道水平布置，灰斗数量较多，此时需要用刮板输送机将各灰斗的落灰收集起来，再用溜灰管穿过后墙平台溜至出渣机，如图13所示。

（3）π型锅炉

图13 水平烟道输灰方案

π型锅炉布置可参照卧式锅炉布置方案，只是选择刮板输送机布置平台时考虑最低灰斗出口高度，其余较高灰斗则需要加长溜管引至输送机，如图14所示。

图14 π型锅炉水平烟道输灰布置方案

4 结束语

对于焚烧炉输送系统而言，湿式输送机配液压刮板出渣机为最优方案。湿式输送要优于干式输送，不仅气密性更好，而且相对于干式减少了锁气阀的成本和降低厂房高度的成本；针对炉渣物料的多样性，液压刮板输送机运行稳定性远高于水浴式电机出渣机，且制作成本和运行维护成本更低。

对于余热锅炉输送系统而言，二三烟道确定采用螺旋输送机，后续烟道灰斗需根据不同的锅炉形式选用不同的输送方案。立式锅炉优先考虑溜管直接送入出渣机；卧式锅炉和π型锅炉采用刮板输送机最佳。