城市生活垃圾機(jī)械爐排試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

【摘要】生活垃圾已經(jīng)成為全球治理污染物的重要課題，是影響自然環(huán)境保護(hù)的主要因素之一。焚燒法作為城市垃圾常用的處理方法，通過垃圾站機(jī)械爐排焚燒技術(shù)，可達(dá)到充分燃燒垃圾的目的，增強(qiáng)垃圾燃燒的熱效率，有效降低污染氣體排放。本文首先分析了爐排系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)，對(duì)生活垃圾機(jī)械爐排系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行研究，確保爐排系統(tǒng)的穩(wěn)定性和垃圾處理的無公害。

【關(guān)鍵詞】生活垃圾;機(jī)械爐排;試驗(yàn)裝置

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

16.124

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平質(zhì)量的不斷提高，城市化進(jìn)程速度的加快，城市生活垃圾已經(jīng)成為阻礙城市發(fā)展的因素之一。大量的生活垃圾堆砌在城市郊區(qū)，不僅侵占大量土地，還極容易造成土壤、地下水等環(huán)境的污染。如何合理地處理城市所生產(chǎn)的垃圾，實(shí)現(xiàn)無公害、無污染的綠色處理，成為政府亟需解決的問題。垃圾焚燒作為我國垃圾處理的成熟技術(shù)，具有垃圾填埋、垃圾堆肥所無法替代的優(yōu)勢(shì)，是政府對(duì)于生活垃圾首選的處理方式。鑒于此，本文對(duì)爐排系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，旨在提高垃圾處理效率。

1、爐排系統(tǒng)主要參數(shù)設(shè)計(jì)

1.1爐排機(jī)械負(fù)荷參數(shù)設(shè)計(jì)

爐排機(jī)械負(fù)荷就是爐排的燃燒速率，是指在指定的熱灼減率條件下，每小時(shí)每平方米的爐排面積能夠燃燒的垃圾重量，即單位爐排面積、單位時(shí)間內(nèi)燃燒的垃圾量kg/（m2·h）。爐排機(jī)械負(fù)荷是垃圾焚燒中具有代表性的指標(biāo)，數(shù)值高代表爐排的垃圾焚燒能力較強(qiáng)，反之，數(shù)值低代表爐排的垃圾焚燒能力較弱。但在實(shí)際垃圾處理的過程中，焚燒的熱效率并不能單純依靠面積來衡量，而且還與爐排系統(tǒng)的形狀、結(jié)構(gòu)等相關(guān)參數(shù)有著密切聯(lián)系。由于各國生活垃圾的處理方式不同，垃圾中的水分含量也不相同，對(duì)于水分較大的垃圾通常機(jī)械負(fù)荷較低，對(duì)于水分較小的垃圾通常機(jī)械負(fù)荷較高。按照我國生活垃圾的特點(diǎn)，水分含量較高，垃圾熱值較低，機(jī)械負(fù)荷通常位于150-300kg/（m2·h）之間。根據(jù)國內(nèi)外熱效率較高的垃圾焚燒爐型作為參考，本研究爐排機(jī)械負(fù)荷設(shè)計(jì)210kg/（m2·h）。

1.2燃燒室熱負(fù)荷設(shè)計(jì)

燃燒室熱負(fù)荷是衡量單位時(shí)間內(nèi)、單位容積所承受熱量的指標(biāo)，即表示燃燒火焰在燃燒室內(nèi)的燃燒程度，包括一次燃燒室和二次燃燒室。如果燃燒室的容積太小，室內(nèi)的溫度就會(huì)急劇上升，造成爐溫過熱，造成垃圾無法完全燃燒;如果燃燒室的容積過大，爐內(nèi)的火焰無法充分燃燒，就會(huì)造成爐渣熱灼減率過高。綜合考慮，本研究中熱負(fù)荷設(shè)計(jì)為420kj/（m2·h），燃燒熱負(fù)荷設(shè)計(jì)為1.2×105kcal/（m3·h）。

1.3垃圾停留時(shí)間

垃圾的停留時(shí)間有兩層含義，其一是焚燒的停留時(shí)間，是指垃圾進(jìn)入焚燒爐中由固態(tài)垃圾到殘?jiān)懦龅倪^程;其二是廢氣的停留時(shí)間，是垃圾在焚燒中產(chǎn)生的煙氣從焚燒爐中逸出的過程，通常煙氣在二次燃燒室中的過程應(yīng)該大于2秒。由于不同垃圾的組成不同，在焚燒爐中停留的過程也不一樣。本研究設(shè)計(jì)垃圾干燥的過程為30分，爐排停留時(shí)間為1.5小時(shí)。

1.4垃圾設(shè)計(jì)熱值

垃圾焚燒與垃圾的性質(zhì)有密切關(guān)系，由于不同地區(qū)人們的生活習(xí)慣、風(fēng)俗民情等因素的影響，垃圾的燃燒熱量也不相同。生活垃圾分為高熱量垃圾和低熱量垃圾，垃圾的熱值就是單位質(zhì)量垃圾燃燒后，所釋放出來的熱量就是垃圾的燃燒熱量。生活垃圾通常由碳、氫、氧、硫、水等物質(zhì)組成，根據(jù)垃圾的組成，本研究設(shè)計(jì)垃圾熱量為6700kj/kg。

2、生活垃圾機(jī)械爐排系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

機(jī)械爐排結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠有效促使垃圾在爐排中自由混合，充分?jǐn)噭?dòng)均勻，達(dá)到邊燃燒邊混合的垃圾焚燒效果。根據(jù)垃圾焚燒的工作原理，按照機(jī)械爐排內(nèi)部設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方向的不同，燃燒的效果也各不相同，因此，設(shè)計(jì)出有效的生活垃圾焚燒爐排系統(tǒng)尤為重要。機(jī)械爐排系統(tǒng)主要組成部分包括：爐排片結(jié)構(gòu)、爐排運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、一次風(fēng)風(fēng)室設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

2.1爐排片構(gòu)造的設(shè)計(jì)

爐排片通常由鑄鐵制作而成，是焚燒爐排系統(tǒng)最底層的結(jié)構(gòu)單元，由于其形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不同，對(duì)爐排系統(tǒng)的焚燒性能有著較大影響。本研究中將爐排片劃分為兩類：分別是前凸式爐排片和后凹式爐排片。爐排片出風(fēng)口設(shè)計(jì)在上部位置前段的凸臺(tái)位置，出風(fēng)口與下部的位置相連通，能夠促使氣體相互流通，增加垃圾與氧氣的接觸面積。在爐排片下部末端設(shè)計(jì)出弧形卡槽，可以促使橫梁與爐排片相互咬合，使其牢固為一體。在爐排片的左右兩側(cè)設(shè)置螺絲洞孔，用來保證相鄰的爐排片之間緊固牢靠，促使相鄰的爐排片之間可以形成緊密的連接狀態(tài)，以防止燃燒殘留物進(jìn)入到風(fēng)室。

前凸式爐排片與后凹式爐排片依次相互排列，由爐排片底端的固定咬合連接點(diǎn)形成統(tǒng)一的爐排板，在爐排左右兩端用中心支柱支撐固定，將活動(dòng)爐底端的活動(dòng)拉桿安置在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之中，如果拉桿前移，活動(dòng)爐按照既定的排列位置縱向橫移。這樣的設(shè)計(jì)方式，能夠?qū)⑼故脚c凹式之間的垃圾交替布置，減少了垃圾無序的排列，將垃圾打散和鋪設(shè)均勻，避免垃圾在爐排片中形成塊狀、團(tuán)狀等結(jié)構(gòu)，有利于垃圾的充分燃燒。

2.2爐排驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

機(jī)械爐必須在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)力，提供爐排反復(fù)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。它是機(jī)械爐排系統(tǒng)中的動(dòng)力組成部件，通過液壓油缸增加動(dòng)力性能，在通過滑動(dòng)的搖桿部件，促使?fàn)t排系統(tǒng)周而復(fù)始實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中爐排系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置通過橫梁與爐排相連接，橫梁底層連接板與拉桿相連接，依次將爐排片的不同部位形成統(tǒng)一的整體，根據(jù)驅(qū)動(dòng)設(shè)備中拉桿的反復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)爐排的反復(fù)運(yùn)動(dòng)。

2.3整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

爐排系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)是用來支撐系統(tǒng)內(nèi)各部件之間的連接，促使整個(gè)系統(tǒng)可以在正確的位置保持穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。

整個(gè)系統(tǒng)中5作為主要結(jié)構(gòu)，在保證提供外部支撐點(diǎn)的同時(shí)，系統(tǒng)還設(shè)置了支撐點(diǎn)1，能夠使整體結(jié)構(gòu)在具有傾斜角的前提下，也能夠牢固固定在水泥基礎(chǔ)之上。支撐點(diǎn)2用于保障驅(qū)動(dòng)油缸的穩(wěn)定。支撐點(diǎn)3用于保障滾筒設(shè)備的穩(wěn)定，該設(shè)備在驅(qū)動(dòng)設(shè)備中位于拉桿底部，一個(gè)驅(qū)動(dòng)設(shè)備有兩個(gè)滾筒設(shè)備作為配套，并且兩個(gè)滾筒設(shè)備的設(shè)計(jì)與地面之間成一定夾角，拉桿在滾筒中形成滾動(dòng)導(dǎo)軌，在驅(qū)動(dòng)力的作用下，拉桿沿著滾筒力的方向作為反復(fù)運(yùn)動(dòng)。支撐點(diǎn)4可支撐與驅(qū)動(dòng)軸的連接。支撐點(diǎn)6是整個(gè)系統(tǒng)的固定橫梁，該部位可保證爐排片底部的固定牢靠，從拉桿之中穿過，形成統(tǒng)一的排板整體。支撐點(diǎn)8是保證排片相互之間沒有空隙，是爐排系統(tǒng)下部的壓緊設(shè)備。液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力把爐排之間密切相接，防止兩塊爐排之間由于間距過寬而造成垃圾泄露。

2.4 一次風(fēng)風(fēng)室設(shè)計(jì)

在循環(huán)反復(fù)的爐排上，垃圾進(jìn)入到系統(tǒng)通過強(qiáng)烈的翻滾和攪拌，促使垃圾能夠有效分散布局，增強(qiáng)垃圾的松散分布，一旦與充足的氧氣相接觸，垃圾就會(huì)劇烈的燃燒。但因爐排片長(zhǎng)期在高溫之中運(yùn)動(dòng)，如果沒有良好的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)，就會(huì)縮短爐排的使用壽命，所以在一次風(fēng)風(fēng)室的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。一次風(fēng)在垃圾焚燒中的作用不言而喻，如果一次風(fēng)的風(fēng)量不足，就會(huì)造成垃圾的燃燒不充分，熱效率大幅度下降;如果一次風(fēng)的風(fēng)量過大，就會(huì)造成爐內(nèi)火焰過大，而且還會(huì)造成有毒有害氣體的大量排放。因此，爐排系統(tǒng)內(nèi)的進(jìn)氣量，是保證垃圾焚燒效率、減少環(huán)境污染的重要因素。在最優(yōu)化的環(huán)境中，本設(shè)計(jì)風(fēng)室均為上大下小的喇叭口形狀，便于增強(qiáng)排風(fēng)的效果，減少垃圾烘干的時(shí)間。

結(jié)語：

本文從生活垃圾焚燒爐排系統(tǒng)研究入手，根據(jù)我國城市生活垃圾的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出每日處理350噸生活垃圾的機(jī)械爐排系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)中機(jī)械負(fù)荷等參數(shù)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)定，確保系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。本次爐排的設(shè)計(jì)符合我國垃圾焚燒的規(guī)定要求，通過系統(tǒng)內(nèi)垃圾的攪拌、平鋪、翻滾等程序，使?fàn)t排內(nèi)部垃圾有序運(yùn)動(dòng)，垃圾充分燃燒，對(duì)于我國生活垃圾焚燒、降低環(huán)境污染具有重要指導(dǎo)作用。

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作者簡(jiǎn)介：

劉天任（1998-），男，河北省任丘市人，本科，主要研究方向?yàn)椴牧铣尚图翱刂乒こ獭?/p>

通訊作者：王飛（1989-），男，江蘇鹽城人，本科，實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。

基金項(xiàng)目：

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