摘要：垃圾焚燒爐排是城市生活垃圾處理的核心設(shè)備，對焚燒效果起著決定作用。為實現(xiàn)西格斯技術(shù)路線的爐排產(chǎn)品大型化，通過分析和總結(jié)產(chǎn)品開發(fā)及應(yīng)用的全過程，可以得知機(jī)械爐排系統(tǒng)的產(chǎn)品研究和設(shè)計環(huán)節(jié)最為關(guān)鍵，是提高產(chǎn)品性能、降低造價的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。重視產(chǎn)品設(shè)計、研制、安裝調(diào)試以及產(chǎn)品使用的問題及解決方案，能夠為新產(chǎn)品的開發(fā)提供改進(jìn)方向和有益經(jīng)驗，符合質(zhì)量控制PDCA理念。垃圾焚燒機(jī)械爐排爐技術(shù)裝備大型化完全能夠?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)化，達(dá)到國際水平。

用于城市生活垃圾焚燒處理的爐型有多種。建城〔2000〕120號規(guī)定“垃圾焚燒目前宜采用以爐排爐為基礎(chǔ)的成熟技術(shù)，審慎采用其他爐型的焚燒爐”，因此機(jī)械爐排是目前國內(nèi)垃圾發(fā)電廣泛應(yīng)用的一種爐型。對于以馬丁式爐排為典型的逆推式爐排及以瑞士馮諾技術(shù)為典型的順推式爐排，由于每列爐排的運動靠一支液壓缸驅(qū)動，其可動爐排片的速度相同，因而機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，液壓缸和運動部件數(shù)量較少。SITY2000逆推式爐排和綠動力多驅(qū)動逆推式爐排，主要結(jié)構(gòu)型式以列為模塊，其結(jié)構(gòu)也較為簡單，因此對其實現(xiàn)大型化的難度較低，單臺規(guī)?？梢赃_(dá)到1000t級以上。而西格斯技術(shù)路線的爐排具有獨立的運行翻轉(zhuǎn)爐排片，其結(jié)構(gòu)要比單純的逆推式或順推式爐排復(fù)雜很多，實現(xiàn)大型化所面對的困難更多、難度更大。本文以應(yīng)用于W垃圾發(fā)電站工程的西格斯技術(shù)路線的爐排為例，解析產(chǎn)品開發(fā)及應(yīng)用的過程。

1.產(chǎn)品開發(fā)任務(wù)輸入

1.1設(shè)計開發(fā)任務(wù)內(nèi)容

整套機(jī)械爐排系統(tǒng)包含3部分內(nèi)容，即爐排（組合系統(tǒng)+爐排片）、焚燒爐鋼結(jié)構(gòu)支撐、液壓系統(tǒng)。爐排組合系統(tǒng)指爐排中除去爐排片和液壓系統(tǒng)后剩余的鋼結(jié)構(gòu)及機(jī)械運動機(jī)構(gòu)部分。爐排安裝在焚燒爐鋼結(jié)構(gòu)支撐上。圖1為爐排系統(tǒng)示意圖。

整套爐排結(jié)構(gòu)包括給料爐排和焚燒爐排。其中，焚燒爐排分為第一單元、標(biāo)準(zhǔn)單元和末段單元。每套爐排包括第一單元1臺、標(biāo)準(zhǔn)單元3臺、末段單元1臺。爐排系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)及指標(biāo)如表1所示。

1.2設(shè)計開發(fā)任務(wù)流程

爐排系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用是一個復(fù)雜的組織過程，涵蓋設(shè)計、研制、安裝調(diào)試等多個環(huán)節(jié)，如圖2所示。

其中，系統(tǒng)方案設(shè)計、工程設(shè)計及評審是解決爐排系統(tǒng)的舊有問題、常見問題，是提高系統(tǒng)性能、減少制造及安裝返工、節(jié)約設(shè)備造價最重要的途徑，涉及產(chǎn)品工藝制作標(biāo)準(zhǔn)、材料選型、功能性計算、安全性計算等各方面。

因爐排設(shè)備屬大型機(jī)械設(shè)備，涵蓋爐排組合、支撐鋼結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)三大主要系統(tǒng)，主要系統(tǒng)的制造屬不同廠商，因而產(chǎn)品出廠之前需進(jìn)行分部件、系統(tǒng)的預(yù)組裝；設(shè)計開發(fā)方為保證產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行缺陷控制，通常需要對產(chǎn)品研制過程進(jìn)行監(jiān)督，重點對爐排組合系統(tǒng)的研制進(jìn)行監(jiān)督。國內(nèi)制造的液壓系統(tǒng)已完全適用，與國際水平相當(dāng)。安裝調(diào)試環(huán)節(jié)重點需要對工程實施的各方進(jìn)行施工、調(diào)試交底，對設(shè)計方案進(jìn)行修正。爐排系統(tǒng)調(diào)試的成功是整個垃圾發(fā)電站正常運行的必要條件。

2.設(shè)計開發(fā)

為達(dá)到設(shè)計要求，需制訂給料爐排（器）、焚燒爐排、給料漏斗、水冷溜槽、爐排漏灰斗、吊裝工具、焚燒爐鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等設(shè)備的設(shè)計方案。因垃圾發(fā)電站系統(tǒng)中除了有爐排系統(tǒng)外，還有余熱利用系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)、公共系統(tǒng)等，爐排系統(tǒng)與相關(guān)系統(tǒng)具有較多的交叉接口，為避免出現(xiàn)爐排系統(tǒng)的設(shè)計及安裝問題，通常需要與接口單位確認(rèn)。而為了使得爐排系統(tǒng)的產(chǎn)品適用性強(qiáng)，解決大型化熱膨脹等問題，就需要對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計創(chuàng)新。

2.1給料爐排（器）設(shè)計創(chuàng)新

為解決給料器走偏、卡住和脫落等問題，確定對如下內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計創(chuàng)新：

a)改變給料器支撐軌和支撐輪型式。一臺小車的一側(cè)是V形支撐軌和V形支撐輪，另一側(cè)是平面支撐軌和支撐輪，通過V形支撐軌和支撐輪的定位，進(jìn)一步確保移動架行走的定位準(zhǔn)確，防止出現(xiàn)走偏、卡塞的現(xiàn)象。

b)每個移動架均新設(shè)計有壓軌輪和特殊的壓軌軌道，防止移動架推送垃圾時出現(xiàn)尾部翹起、頭部啃咬接料平臺的現(xiàn)象，避免移動架卡住等故障發(fā)生。

c)改進(jìn)下部給料爐排片的刮板，增強(qiáng)固定該刮板的支撐，克服運行中因該刮板容易脫落而導(dǎo)致的卡死移動架或者爐排片脫落問題。

2.2焚燒爐排設(shè)計創(chuàng)新

為改善焚燒爐排底部輥輪潤滑效果，解決支撐桿斷裂、釋放焚燒爐排膨脹應(yīng)力等問題，確定對如下內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計創(chuàng)新：

a)輥輪潤滑方面。焚燒爐排底部一般需要通入一次風(fēng)以便助燃，溫度達(dá)到180°C以上，底部運動件油脂在通往加油點的較長油管中固化，造成油管堵塞加不進(jìn)油的問題。為解決該問題，設(shè)計了一種無需加油且可自潤滑軸承的輥輪，通過改進(jìn)設(shè)計，可以減少爐排維護(hù)及維修的工作量，減少運動件的故障點。

b)翻動驅(qū)動軸中部支撐方面。原翻動爐排驅(qū)動軸的中部支撐結(jié)構(gòu)由用于驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)中心定心的連桿和位于驅(qū)動軸中間段下部的支撐輥輪共同組成。由于爐排結(jié)構(gòu)尺寸大、受驅(qū)動軸自重?fù)隙鹊挠绊懸约盃t排自身結(jié)構(gòu)的特點，用這種方式尋找定心的基準(zhǔn)在實際制造及現(xiàn)場維修時難以找到，容易造成定心不準(zhǔn)的問題。這種問題會造成定心連桿容易發(fā)生斷裂，而連桿斷裂后，驅(qū)動軸中部的支撐就缺少了水平方向的約束，造成驅(qū)動軸的撓度增大，縮短該驅(qū)動大軸的壽命。連桿斷裂后還容易造成爐排內(nèi)部運動構(gòu)件的卡塞，進(jìn)而造成停爐事故。通過設(shè)計雙托輥組，以及通過該雙托輥組與驅(qū)動軸中間段的圓弧面自定心，代替原連桿定心結(jié)構(gòu)，便于在制造及維修期間進(jìn)行調(diào)整，結(jié)構(gòu)可靠。

c)爐排系統(tǒng)熱應(yīng)力釋放方面。為適應(yīng)大的爐排熱應(yīng)力，通過在爐排單元的下部增加一種滑動裝置，釋放爐排內(nèi)部受熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力，解決因焚燒爐排規(guī)格的擴(kuò)大而引起的鋼結(jié)構(gòu)尺寸方面的約束問題，并且可降低爐排自身的熱應(yīng)力水平，減少啟停爐對爐排自身使用壽命方面的不利影響。

在設(shè)計開發(fā)中，針對進(jìn)口零部件，選擇以國內(nèi)成熟的標(biāo)通件代替，例如油缸搖臂、平移驅(qū)動大軸以及翻動驅(qū)動大軸連接用的脹套采用國家標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品等。通過國內(nèi)制造供貨并嚴(yán)格規(guī)范產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，大幅降低爐排系統(tǒng)的造價。

2.3焚燒爐鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)新

原焚燒爐組合系統(tǒng)和焚燒爐鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)為一體，爐排鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)不僅承受爐排組合系統(tǒng)的載重以及垂直于垃圾運動方向的“橫向”膨脹力，還承受焚燒爐余熱鍋爐的載重，隨著焚燒爐的擴(kuò)大，橫向膨脹力將成為影響爐排大型化安全的關(guān)鍵因素。國內(nèi)已有通過膨脹補(bǔ)償方式解決熱膨脹問題的方案，該方案是將原爐排和焚燒爐部分的支撐與鍋爐的鋼結(jié)構(gòu)支撐分離，爐排在熱態(tài)狀態(tài)下可以獨立于鍋爐鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限膨脹。鋼結(jié)構(gòu)支撐的這種變化，解決了大型爐排受熱應(yīng)力限制的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)瓶頸，但同時使鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)生了很大變化，因而在制造和安裝方面的技術(shù)要求更多、更高、更復(fù)雜。

2.4液壓系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)新

液壓系統(tǒng)性能的提高，可以通過優(yōu)化設(shè)計來實現(xiàn)，具體包括：

a)將爐排閥站的電源獨立開，直接在爐排閥站電控柜中設(shè)立一個獨立的電源，避免供電電源的線路損失對爐排閥站造成影響。

b)簡化泵站的電控柜。將泵站現(xiàn)有的保護(hù)控制功能改為由DCS（集散控制）系統(tǒng)進(jìn)行控制，便于設(shè)備的檢查、維護(hù)和人員的操作。

c)增強(qiáng)蓄能器系統(tǒng)的能力，減少液壓油路壓力的波動。

d)去掉蓄能器系統(tǒng)斷電后自動卸荷功能，使得液壓缸能在非正常斷電后有足夠的時間全部回退至初始位置。

e)為優(yōu)化焚燒系統(tǒng)的動力源以便于控制，爐排液壓系統(tǒng)還分出兩條油路為其他設(shè)備提供動力，例如給料口擋板裝置和用于輸送爐渣至渣坑的除渣設(shè)備等。

2.5研制及監(jiān)造創(chuàng)新

爐排研制過程中，單條線設(shè)備的研制周期通常為3耀6個月，國內(nèi)的設(shè)計、研發(fā)制造能夠大大縮短工藝周期。限制爐排系統(tǒng)制作周期的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于爐排運動件的大軸、鑄造爐排片的鑄造工藝等。大軸通常需要經(jīng)過鍛造、熱處理、機(jī)加工等多個環(huán)節(jié)，500t級爐排的大軸長度達(dá)到10m，一般的機(jī)加工、熱處理工具很難滿足制造需求。制造廠的制造能力非常關(guān)鍵。由于爐排片是鑄造件、運動件和易損件，為保障爐排片的質(zhì)量評估，整套爐排片通常有成百上千片，每片進(jìn)行無損缺陷的檢查將大大增加制造成本。通過制訂工裝、抽檢標(biāo)準(zhǔn)，能夠大幅提高效率。爐排片通常為鎳鉻合金，檢測中最為重要的指標(biāo)是硬度和晶相結(jié)構(gòu)。鑄造工藝和爐排片的材料是決定爐排片壽命的關(guān)鍵因素。

3.安裝和調(diào)試

為使W垃圾發(fā)電項目爐排系統(tǒng)的安裝調(diào)試順利進(jìn)行，設(shè)計開發(fā)方需與垃圾發(fā)電項目業(yè)主、安裝公司、施工監(jiān)理充分溝通，使其了解機(jī)械爐排系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點、設(shè)計安裝的意圖和注意事項。經(jīng)過為期半年的安裝調(diào)試，爐排系統(tǒng)通過了W項目的“72+24”驗收，圓滿完成了研制和應(yīng)用任務(wù)。

爐排系統(tǒng)安裝調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題主要有以下幾個：

a)制作構(gòu)件尺寸偏差大，例如焚燒單元出廠時的安裝尺寸偏差大，部分焚燒爐排單元的立柱間距偏差大，尤其是兩臺末端單元的尺寸偏差達(dá)到了5mm，造成吊裝就位后的安裝調(diào)整困難。

b)由于爐排規(guī)格的加大，爐排橫梁與給料接料平臺的間距偏小，造成移動架與導(dǎo)向爐排片之間的間隙只能調(diào)到4mm（保證值≥3mm，圖紙設(shè)計要求≤7.5mm）。這個偏差加大了維修和調(diào)整的工作量和調(diào)整的難度，易造成給料爐排的卡阻問題。

c)驅(qū)動軸主軸承的固定松動。在冷態(tài)運轉(zhuǎn)時，30個驅(qū)動軸中有8個驅(qū)動軸發(fā)生了偏移，引起偏移的原因是主軸承沒有與驅(qū)動軸固定牢固。因此在調(diào)試期間，對60個主軸承全部進(jìn)行了調(diào)整和緊固。

d)脹緊套打滑。在W垃圾發(fā)電項目的爐排冷態(tài)調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)個別脹緊套打滑的現(xiàn)象，當(dāng)時采取的措施是將螺栓緊固，使其不再打滑。經(jīng)過10d以上的冷態(tài)運行，沒有發(fā)現(xiàn)再打滑。但在熱態(tài)調(diào)試過程中，新出現(xiàn)的打滑脹緊套越來越多，嚴(yán)重影響了垃圾的焚燒，不得不停爐對60個脹緊套全部拆卸清洗，通過扭矩扳手和三道安裝步驟重新安裝。重新安裝的脹緊套未再出現(xiàn)打滑問題。

e)給料爐排與焚燒爐排接口處堵料。試運行過程中發(fā)現(xiàn)給料爐排堵料的問題，按照液壓系統(tǒng)10MPa計，單臺移動架前推的推力為12.2t，4臺小車的推力為48.8t，推力足夠。通過分析發(fā)現(xiàn)，W工程垃圾中的渣土量較大，水分含量較高，來自爐膛的輻射熱對推料器內(nèi)的垃圾進(jìn)行干燥，垃圾受熱膨脹，壓縮后密度增大，導(dǎo)致給料器不能推動垃圾團(tuán)前進(jìn)，出現(xiàn)堵料現(xiàn)象。

原爐膛設(shè)計是針對較為干燥的垃圾而言，而濕垃圾較易出現(xiàn)堵料現(xiàn)象，推料過快則可能引起垃圾燃燒不完全，出現(xiàn)生渣現(xiàn)象。為解決這個問題，在爐膛前、后、左、右側(cè)擴(kuò)口，使得垃圾受熱后能夠出現(xiàn)一定程度的膨脹。

4.產(chǎn)品應(yīng)用及評估

通過W垃圾發(fā)電項目爐排系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)、研制及安裝調(diào)試一系列過程，可以確保垃圾穩(wěn)定而充分地燃燒，有效抑制垃圾焚燒過程中二口惡英的生成，燃燒時無需添加輔助燃料，再結(jié)合煙氣凈化技術(shù)，可確保垃圾焚燒后的煙氣排放指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。其中，主要技術(shù)指標(biāo)為：爐膛出口煙氣溫度躍850°C，850°C煙氣停留時間躍2s，熱灼減率≤3%，使垃圾減量80%、減容90%以上；各種有毒有害物質(zhì)被高溫氧化破壞，并能實現(xiàn)余熱利用，完全達(dá)到了設(shè)計任務(wù)的要求。通過對產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)、研制、安裝調(diào)試的全面評估，可以為公司開發(fā)下一代的系列爐排產(chǎn)品提供有益經(jīng)驗，也遵循了產(chǎn)品質(zhì)量管理PDCA（計劃、執(zhí)行、檢查、處理）循環(huán)理念。

5.結(jié)語

垃圾焚燒爐排系統(tǒng)的研制應(yīng)用是一個復(fù)雜的過程，設(shè)計開發(fā)階段是節(jié)約產(chǎn)品造價、減少維護(hù)量最為重要的環(huán)節(jié)。技術(shù)設(shè)計必須提高到制造圖設(shè)計深度，同時建議采用三維設(shè)計，減少設(shè)計的失誤和差錯，提高設(shè)計質(zhì)量，為制造方的工藝劃分和工藝編制提供便利，為爐排的制造質(zhì)量提供設(shè)計保障。材料方面盡量采用國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)件制作，能夠減少成本。產(chǎn)品研制過程中需要嚴(yán)格把控產(chǎn)品質(zhì)量，建議設(shè)計方參與產(chǎn)品研制監(jiān)造，通過對爐排大軸、爐排片等進(jìn)行重點監(jiān)督檢查，能夠有效縮短工期；同時產(chǎn)品安裝過程中，要著重考慮各單元、構(gòu)件之間的接口關(guān)系和安裝關(guān)系。為了便于檢修維護(hù)，盡可能設(shè)計配套的專用工具。嚴(yán)格按照機(jī)械爐排系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)及應(yīng)用流程，嚴(yán)格的設(shè)計、制造以及安裝調(diào)試質(zhì)量體系管理，可以使?fàn)t排系統(tǒng)的技術(shù)達(dá)到國際水平。

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