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1、机械炉排式焚烧炉床面垃圾层厚计算及运行分析床面垃圾层厚是影响生活垃圾焚烧炉焚烧状态的一个重要参数，床面垃圾层厚通过影响焚烧炉的配燃空气量和搅拌着火容易度，进而直接影响到生活垃圾烧透程度、床面停留时间与烟气污染程度。本文分析了生活垃圾样本焚烧所需的理论燃烧空气量，并测得配燃空气穿过生活垃圾层时引起的渗透压降，利用达西公式计算床面垃圾层厚，并通过实际应用中的焚烧炉数据开展比照验证。结果说明：达西公式可用于计算生活垃圾焚烧炉床面垃圾层厚。随着我国城市化程度的日益提高，居民物资消耗增加，由此产生的生活垃圾也日益增加。现阶段我国人均产出生活垃圾已经到达约每年400kg的水平，且逐年以8%10%的增长率增
2、加。直至20*年，我国生活垃圾储存量将近60亿吨，共侵占土地5亿平方米。生活垃圾焚烧处理作为最有效的减容方式，逐渐成为生活垃圾处理的最主要选择。国内已建、在建及将建生活垃圾焚烧厂使用的炉排主要有机械炉排、流化床以及其他炉排，而在日处理生活吨量方面，机械炉排：流化床：其他炉排的比例为14.92:3.25:1,可见机械炉排是未来生活垃圾焚烧处理的发展方向。机械炉排一般具有单炉处理量大，无需预处理等优点。影响机械炉排垃圾焚烧的因素有生活垃圾的性质、停留时间、焚烧温度、配燃空气湍流度以及过量空气系数。生活垃圾配燃空气的供应量影响生活垃圾在焚烧炉床面的停留时间、烟气在炉膛的停留时间、生活垃圾的燃烧温度与
3、配燃空气湍流度、生活垃圾烧透与否。而垃圾层厚是影响配燃空气供应的最关键因素，其表现为配燃空气穿透垃圾层时产生压降。而压降与生活垃圾层的固有渗透率、穿透空气量、空气的物理特性以及垃圾层厚有关。生活垃圾堆体是一种孔隙构造材料，由于覆载荷与生物降解作用，垃圾堆体发生骨架变形时孔隙率变化会导致生活垃圾的固有渗透率产生变化。时间越长，生物降解作用越显著。新鲜生活垃圾的生物降解作用较弱，多孔介质特性相对趋于稳定。本文以YQZXH600型焚烧炉为例，利用测得配燃空气穿透垃圾层时产生的压降与新鲜生活垃圾的典型固有渗透率计算某一时段生活垃圾焚烧炉床面垃圾层厚，为焚烧炉的运行提供定量分析。1研究方法本文分析了国内
4、特定地区的生活垃圾组分，通过计算得到生活垃圾可燃组分完全燃烧的理论需氧量和配燃空气量。在此根底上分析了加热膨胀后配燃空气穿透生活垃圾层时的流速，生活垃圾层的空气渗透率。并利用测得的配燃空气穿透生活垃圾层时产生的压降计算生活垃圾层厚。设计同等条件的生活垃圾摊铺试验开展实际厚度与计算厚度比照研究。2生活垃圾样本本文计算的生活垃圾样本来自*某生活垃圾焚烧厂，原生垃圾成分为厨余46.83%,渣土17.8%,塑料15.71%,纸张11.56%,竹木522%,织物3.15%。原生垃圾的含水率为46.21%,经过一个星期的发酵（也叫生化降解）处理后，含水率降至30%左右。发酵处理后的生活垃圾由抓斗抛洒入生活
5、垃圾焚烧炉开展摊铺焚烧。3配燃空气量该生活垃圾样本的组分元素以及水分、灰分分析：表1生活垃圾样本元素含量及含水、灰分、可燃分百分比可燃组分其反应过程及耗氧量该生活垃圾焚烧厂设计焚烧量是600000kg/天，即是25000kg/小时。则每小时焚烧该生活垃圾样本所需理论配燃空气量。焚烧25000kg的该生活垃圾样本理论需氧量生活垃圾焚烧炉在焚烧生活垃圾时，具有一定厚度的生活垃圾堆层均匀铺在炉排床面上，燃烧从生活垃圾堆层的上方开始，以层燃的方式向下燃烧。生活垃圾焚烧炉的布风孔设置在炉排上，即位于生活垃圾堆层的下表面，一次配燃空气穿过布风孔后透过生活垃圾堆层参与燃烧。二次配燃空气则直接在生活垃圾上层吹
6、入参与补充燃烧。本文介绍的生活垃圾焚烧炉在实际运行中，一次配燃空气体积流量：二次配燃空气体积流量比例设定为4:1,二次配燃空气体积流量在自动控制中设定为跟随一次配燃空气体积流量。则一次配燃空气体积流量计算生活垃圾焚烧炉炉排床面从前端到后端按照生活垃圾燃烧过程共分为四个区：干燥区、燃烧区一、燃烧区二、燃烬区，见图Io图1压力测点布置与焚烧炉示意在生活垃圾焚烧炉的实际运行中，按照生活垃圾在焚烧炉床面完整的燃烧过程分析，干燥区、燃烧区一、燃烧区二、燃烬区的配燃空气体积流量比例设为3:2.5:2.5:2,对应地,各区的面积比例设置为与各区的配燃空气流量比例一致，依顺序测得各区布风孔面积分别为73606
7、、65948、65948、62392mm2o4压降及垃圾层厚气均匀透过生活垃圾焚烧炉床面摊铺的生活垃圾层。布风孔引起的压力损失按短孔压力损失模型计算（见表2）o表2布风孔压降4.2生活垃圾堆层层厚计算4.2.1新鲜生活垃圾堆层孔隙率城市生活垃圾是一种大孔隙构造的多孔介质，其孔隙率受到生化降解与压缩的共同影响。从长期来看，生化降解将使生活垃圾的孔隙率增加，而覆应力则使生活垃圾有压实趋势。国内城市现阶段新鲜生活垃圾在覆应力不大(WlOKPa,可认为是国内生活垃圾1米深堆层覆应力)的情况下，孔隙率在=0.650.75左右。4.2.2新鲜生活垃圾堆层最大压降5固有渗透率与Klinkenberg影响多孔
8、介质材料固有渗透率是表征多孔介质材料容许流体通过能力的一个参数，与通过介质的流体性质无关。影响多孔介质材料固有渗透率大小的因素有：孔隙率、孔道尺寸与几何形状等。实验室测定多孔介质材料的固有渗透率时,采用达西定律作为测试理论依据。达西定律由法国工程师H.P.G达西通过实验总结得到，描述饱和砂中水的渗流速度与水力坡降之间呈线性关系，因而又称线性渗流定律。其基本形式为1.J.Klinkenberg(1941)发现用气体作为测试多孔介质渗透率的流体时，测得的多孔介质渗透率要比使用液体作为测试流体时更大。这是由于使用气体作为测试流体存在“滑动效应(slipflow)即是在多孔介质通流孔道半径接近气体分子
9、平均自由程，通流孔道对气体分子的输运起到一个加强作用。该现象被称为KIinkenberg现象。同一多孔介质，其气体测得的渗透率与液体测得的渗透率关系为：根据曾刚等提出的新鲜生活垃圾固有渗透率计算模型,计得新鲜生活垃圾渗透率为：选取焚烧炉床面干燥区为对象计算(见表3)。文中介绍的焚烧炉床面干燥区摊铺生活垃圾层厚为O.58m,计算得到的生活垃圾焚烧炉床面生活垃圾堆层厚与实际摊铺厚相差小于10%,结果对于焚烧炉运行控制是可以承受的。6结论本文通过压差传感器测得配燃空气穿过生活垃圾层时引起的渗透压降，利用固有渗透率模型计算得到国内新鲜生活垃圾的固有渗透率K1.,从而得到生活垃圾的气体渗透率Kair,最后通过达西公式计算得到床面垃圾层厚。结果说明,通过达西公式计算得到的生活垃圾焚烧炉床面垃圾层厚与实际应用中焚烧数据误差小于10%,达西公式可有效用于生活垃圾焚烧炉床面垃圾层厚计算。
