PDF《垃圾焚烧炉用炉排片研究及应用》

垃圾焚烧炉用炉排片研究及应用 通过对炉排型焚烧炉用炉排片产品的研究,阐述炉排片工作条件、结构特征、材质特征及其工作原理,从而提出炉 排片结构设计、材料应用技术要求.

随着国内城镇化的快速发展,能够节约土地资源、将垃圾处理无害化、减量化和资源化的垃圾处理方式-垃圾焚烧 处理应用越来越广.炉排型焚烧炉形式多样,其应用占全世界垃圾焚烧市场总量的80%以上.炉排型焚烧炉具有垃圾 预处理要求不高、垃圾热值适应范围广、连续稳定运行时间长、运行及维护简便等优点. 炉排片是炉排型焚烧炉核心部件,属于易损耗部件,炉排片稳定性对焚烧炉的连续稳定性运行起着决定性作用.通 过合理的炉排片结构设计和材料应用,设计适合国内垃圾热性的炉排片产品,减少炉排片卡滞、异常磨损、烧损等问 题,提高炉排型焚烧炉运行稳定性、可靠性. 1炉排片工作特征 机械炉排炉是以机械式的炉排片构成炉床,可动炉排片与固定炉排片之间的相对运动,使垃圾不断翻动、搅拌并推 向前进.往复焚烧炉用炉排片设计需要炉排片有规则的往复运动,从而保证垃圾进入炉内与热空气接触、升温、干燥 、着火、燃烬,往复炉排片工作示意如图1所示. 图1往复炉排片示意图 炉排往复运动不仅使垃圾均匀移动,也是对垃圾的一种搅动,使垃圾与已燃垃圾混合,致使往复炉排片垃圾具有下 部着火的因素,炉排运动能有效地搅动垃圾.炉排与垃圾的相对运动,可以使燃烧的垃圾松动,增加垃圾的透气性, 改善燃烧条件. 为了保证焚烧炉的连续稳定燃烧,炉温维持在950~1050℃,对炉排提出高温抗氧化性要求;

垃圾由于分类不完善, 进炉垃圾比重较大,炉排片机械负荷较大,对炉排片提出机械磨损需求;

垃圾由于成分复杂,通常含有CI、S等元素, 燃烧后形成酸性气体,对炉排片金属材质形成腐蚀性影响. 因此,炉排片工作环境具有如下特性:干燥段垃圾载荷较大,主要承受机械磨损,燃烧段属于环境温度高,主要承 受高温磨损,燃烬段不可燃物较多,固体颗粒物容易夹杂到炉排片之间缝隙中,主要承受偏磨等非正常磨损;

另外, 垃圾焚烧后形成气氛包含高温腐蚀性气体,对炉排片形成腐蚀作用;

炉排片磨损后,缝隙变大、漏渣增加,对垃圾热 灼减率带来负面影响;

炉排片翘起及烧损,如果频率太高,需要停炉检修处理,势必影响焚烧厂运营. 2炉排片设计要求 为了保证焚烧炉的稳定运行,在炉排片设计中,既保证炉排片材质具备高温耐热性、耐腐蚀性、耐磨性,在结构上 改善燃烧空气设计要求,减少漏渣率,尽可能避免偏磨及烧损,需要在结构和材质方面进行设计. 页面

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4 2.1结构设计 (1)炉排通风率.炉排通风率等于炉排面上通风孔总面积与整个炉排面积之比.炉排片是高温工作部件,工作条件 相当恶劣.尤其是往复炉排片长期工作在高温下,虽然炉排片与燃烧层间隔着一层"灰渣垫",可遮蔽部分热量,但 炉排片表面温度仍可达600~700℃以上,为保证炉排片安全可靠的工作,必须采取有效的空气冷却;

往复焚烧炉用炉排 片保证垃圾是在炉排片上均匀移动燃烧,空气从炉排片下的风室,自下而上地穿过炉排片及垃圾层,为垃圾燃烧提供 充足的氧气. 因此,炉排片上应布有均匀的通风通道,这就是所谓的通风率要求,在炉排片设计时,必须考虑如何控制和减少漏 渣,提高可燃物质的利用率.通常情况下往复炉排片在干燥段通风通道宽度控制在4mm以内,燃烧区域内通风道宽 度控制在3mm以内,燃烬段区域内通风宽度稍小,这样既能够有效地控制漏渣,同时能够大幅提高燃烧利用率. 很多相关资料中都认为往复炉排片的通风率应在3%~6%.当然通风率越大,通风通道截面越大,空气穿孔速度越 小,流阻越小.受制于漏渣及炉排片强度等因素的影响,通风率达到2%~4%,属于高压损炉排,实际使用效果很好 .总的来说,炉排片的进风需要综合考虑通风率、漏渣率、燃烧效率等重要因素. (2)炉排冷却度.炉排冷却度等于炉排片肋板总面积与炉排总面积之比.炉排片主要依靠空气对流对炉排片进行冷 却,从而降低炉排片温度.常见的炉排片外形图如图2所示. 图2炉排片外形图 炉排片肋板设计既是结构强度的考虑,同时也是强制冷却的考量.按照目前经验值,在满足炉排片本身强度设计前 提下,冷却度一般设计大于2.另外,低位热值超过8260kJ/kg,考虑采用水冷炉排,进一步增强强制冷却效果. (3)炉排片固定形式.炉排片安装形式多样,通常采用尾部固定形式.部分厂家在炉排片底部或者两侧设计螺栓或 者拉钩进行固定,防止炉排片翘起.可动炉排片与可动炉排片,固定炉排片与固定炉排片的连接形式多样,常见炉排 片之间采用有间隙装配、紧固装配两种,紧固装配能一定程度上防止炉排片翘起及偏磨,但是检修拆卸不便,间隙装 配拆卸检修方便,容易异物卡滞,间隙变大,出现偏磨,导致炉排片提前更换.炉排片固定形式要保证炉排片往复运 动不易卡滞,翘起,又要预留一定检修维护便利性. (4)辅助设计工具.炉排片通常服役时间长,一般设计寿命大于5年,新型炉排片的开发设计,如果采用实炉验证方 页面

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4 式,不仅周期太长,而且对工程应用带来不确定性,不利于产品的开发设计. 因此,在工程应用前,需要采用辅助设计软件进行分析,常见的有计算机辅助工程CAE(Computer Aided Engineering)软件如ANSYS进行热应力分析,优化炉排片的结构强度设计;

通过计算流体动力学CFD(computational fluid dynam-ics)如FLUENT进行流体分析,优化炉排片的通风率,冷却度等参数. 通过CFD类软件如FLUENT进行炉排片侧面或者炉排片本身的通风率模拟计算,实现炉排片压损和流速优化计算, 为炉排片的热应力分析提供对流换热边界条件,同时也为垃圾层厚的理论计算提供设计依据. 通过CAE类软件如ANSYS进行炉排片结构分析,在结构强度和传热方面进行仿真计算,通过耦合传热和结构应力分 析,避免炉排片局部出现大范围热应力集中,从而为炉排片结构优化提供设计依据.通过辅助设计软件应用,优化炉 排片结构形式,减少产品设计周期,提高炉排片的结构稳定性、可靠性,降低产品开发设计成本. 2.2材质应用 (1)材质要求.炉排片主要工作在高温、腐蚀性气氛中,往复运动中需要保持一定结构强度下,垃圾与炉排片之间 ,可动炉排片与固定炉排片之间相互磨损,因此对炉排片材质提出了如下要求: ①耐高温:要求燃烧段炉排在650~950℃具有优良的高温强度及组织稳定性;

②耐磨损:具有良好的抗高温磨损能力 ;

③抗氧化:要求炉排氧化后,其表面形成的氧化膜连续致密且不易脱落,以保证炉排不因腐蚀损失导致其尺寸性能 发生变化而失效;

④热膨胀系数适宜,即炉排材质的热膨胀不影响炉排的正常工作. 常见的炉排片都采用含Cr、Ni、Mo等合金元素的耐热、耐蚀、耐磨铸件,使用寿命长.如果炉排片材质的选用和 结构设计比较合理,整体使用寿命能达到80000小时. (2)材质应用发展方面.国外,德国、丹麦和日本等发达国家的城市生活垃圾焚烧技术发展的较早,对炉排材质的 研究也比较多.德国的NOELL公司进口的炉排炉的炉排片为耐热双相铸钢,专为城市生活垃圾焚烧研发的高温腐蚀 环境开发的高性能镍基合金材料,适用于燃烧温度在1000℃以下的垃圾焚烧炉的炉排.丹麦巴威-伟伦公司炉排及日 本三菱重工株式会社三菱-马丁逆推炉排等炉排生产商也采用镍基耐热材质,其使用性能好、韧性好,价格昂贵. 我国在炉排相关的领域研究起步较晚,常采用Cr系耐热材质,如3Cr18Mn12Si2N、2Cr20Mn9Ni等.这些材料经热 处理后抗拉强度可达490MPa,工艺简单易行,具有一定的优势.Si系耐热铸件如RTSi

5、RQTSi

4、RQTSi

5、RQT2Si4 Mo等属于中硅球墨铸铁,由于其铸造工艺性好,抗氧化性能优异,价格相对比较低,耐热温度在800℃左右,因此被 广泛用作炉排材料. 目前,一种新型焊接炉排片技术开始在垃圾焚烧炉应用,该炉排片采用复合材质,在燃烧炉内高温层采用高耐磨、 耐高温、耐磨材质金属,厚度一般不超过8mm,在进风低温层采用常规碳钢,通过堆焊完成复合要求,肋板采用常 规碳钢,炉排片整体焊接成型,不仅降低产品重量,而且提高产品的使用寿命. (3)材质选择.在材质应用上,国内垃圾焚烧设计单位通常在技术引进技术上进行国产化生产、制造,以适应国内 垃圾燃烧特性.目前垃圾焚烧厂大多采用铸件,部分焚烧厂采用焊接炉排目前,950~1200℃耐热炉排片常用高镍高 铬铸件,主要应用在高温区如燃烧段,在干燥段和燃烬段采用铸铁材质,从而保证整体炉排片性价比. 在炉排片材质的选择上,有研究单位通过成分配比优化设计,在抗氧化性与高温强度好的基体上分布有高温稳定性 好且硬度高的硬度相,以获得具有磨损、硬度、抗氧化性、拉伸、韧性等方面优良性能,达到国外产品的化学成分要 求和机械性能要求. 2.3炉排片总体性能 目前,炉排片是垃圾焚烧的核心部件,高温部分多采用合金铸钢材料,不仅承受较热变形和机械磨损,还承受垃圾 气氛的腐蚀.虽然我国目前现有运行较多炉排炉,但是早期炉排片多采用进口件,因此采用国内采购的合金铸钢件能 不能达到设计要求,同时满足垃圾焚烧厂的运行维护要求,是保证焚烧厂稳定运行的必要条件.炉排片既要满足炉排 炉耐温、耐磨要求,同时保证炉排片结构合理,保证其合理的温度分布,防止局部热应力过大. 3结束语 页面

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4 综上所述,垃圾焚烧炉用炉排片结构合理,材质耐用对焚烧炉稳定运行起到至关重要的作用.在结构设计上,既要 保证安装固定可靠,又要保证合理的通风性能,从而避免夹杂异物、异常翘起、偏移磨损. 在材质应用上,区分高温区和低位区,高温区采用高温稳定性、耐腐蚀性、耐磨损、高温氧化性优良的合金金属材 质,低温度采取铸铁材质,从而保证炉排系统不仅性价比高,而且性能优异,适合国内垃圾特性的炉排片产品. 原文地址:http://www.china-nengyuan.com/tech/139634.html Powered by TCPDF (www.tcpdf.org) 页面

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