一种储热式缓冲冷却往复炉排及其使用方法

技术领域

本发明属于焚烧装置技术领域，涉及一种储热式缓冲冷却往复炉排及其使用方法。

背景技术

随着居民生活水平的不断提高，城市生活垃圾产量越来越大，生活垃圾热值也在不断提高。垃圾炉排因其技术完善可靠、处理规模大等特点已被广泛应用于垃圾焚烧行业。但在同样处理量情况下，垃圾热值升高导致焚烧炉超负荷运行，造成炉膛内部温度上升，垃圾焚烧炉运行环境变得更加恶劣，炉排寿命降低，从而缩短生产运行周期。为了提高炉排片寿命，结构上为增加强制冷却通常采用强制空冷炉排及强制水冷炉排。强制空冷炉排是以空气作为冷却媒介，在炉排片高温部位下部设计强制空气冷却管路，以低空气量集中吹敷降温。

强制水冷炉排是以水作为冷却媒介，通过水循环冷却布置在炉排片高温区的传热块，从而降低炉排片温度。但是，国外的技术设备主要是针对发达国家高热值、高度分类收集的生活垃圾而开发的。我国城市生活垃圾存在热值低、水分高、灰分大、成分复杂、未分类收集等特点，引进的国外垃圾焚烧炉并不能对我国城市混合收集的组分复杂的生活垃圾进行有效的处理。

CN105805760A公开了一种垃圾焚烧炉用往复滚动炉排片，它包括炉排固定支架、炉排可动支架、固定炉排片、可动炉排片、耐热铸件本体、滚轮、销轴和紧固件；所述耐热铸件本体安装在炉排片往复运动的接触面上，滚轮中心穿置销轴，滚轮设置于耐热铸件本体凹槽内，并由销轴固定在耐热铸件本体凹槽壁上，在销轴末端安装紧固件固紧滚轮；所述可动炉排片与固定炉排片在滚轮接触面上往复滚动摩擦以降低摩擦系数减少磨损。

CN205279104U公开了一种组合式往复炉排片，包括炉排片本体，其中，所述的炉排片本体包括前段炉排片和后段炉排片，所述的前段炉排片与后段炉排片螺栓连接，所述的前段炉排片和后段炉排片上均均匀设有空气通孔；所述后段炉排片的后部设有用于与锅炉支撑结构螺栓连接的第一螺孔。

CN103453535A公开了一种提高层状燃烧下点火方式稳燃能力的往复运动机械炉排，包括：由上至下呈阶梯状布置的上部固定炉排片、上部活动炉排片、下部活动炉排片和下部固定炉排片，所述上部活动炉排片与下部活动炉排片通过驱动装置往复运动；其中，上部活动炉排片往复运动的速度与行程均小于下部活动炉排片；并且上部活动炉排片的朝向燃料运动方向一侧的端部不与下部活动炉排片的朝向燃料运动方向一侧的端部重叠。

因此，为解决我国城市生活垃圾焚烧难题，亟需设计符合我国垃圾特点的机械炉排系统及其关键部件，为炉排系统的优化设计与控制提供有效依据。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种储热式缓冲冷却往复炉排及其使用方法，有效降低了炉排片的表面温度，解决了高温环境下炉排片因冷却效果差导致的烧损速度过快的技术难题，并且减少了炉排片表面积灰结垢现象的发生，延长了炉排的使用寿命。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种储热式缓冲冷却往复炉排，所述的储热式缓冲冷却往复炉排包括沿物料流向呈阶梯式逐级向下的至少两级动静炉排片组。

所述的动静炉排片组包括沿物料流向呈阶梯式逐级向下的动炉排片和静炉排片，所述的动炉排片与驱动组件传动连接，所述的驱动组件用于带动动炉排片沿水平方向往复运动；所述动炉排片的顶面为斜面，所述的动炉排片内部中空，所述的动炉排片的空腔内设置有第一换热盘管，所述空腔内填充第一储热材料，动炉排片顶面的物料热量转移至第一储热材料储存，所述的第一换热盘管内注入第一冷却介质，所述第一冷却介质与第一储热材料换热，将第一储热材料的热量转移再利用。

所述的静炉排片内部中空，所述的静炉排片的空腔内设置有第二换热盘管，所述空腔内填充第二储热材料，静炉排片顶面的物料热量转移至第二储热材料储存，所述的第二换热盘管内注入第二冷却介质，所述第二冷却介质与第二储热材料换热，将第二储热材料的热量转移再利用。

本发明通过在动炉排片与静炉排片内部空腔内填充储热材料，并设置换热盘管，将炉排片表面吸收的热量先快速转移到储热材料里，然后再进行储热材料降温处理，以防止炉排温度过高而烧损。这一结构不仅可以有效减少炉排的钢材耗量，降低成本，更有利于减小炉排热应力疲劳损耗，延长使用寿命，有效降低了炉排片的表面温度，解决了高温环境下炉排片因冷却效果差导致的烧损速度过快的技术难题。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的第一换热盘管的进口端和出口端位于动炉排片的同一端。

优选地，所述的第一冷却介质包括水或导热油。

优选地，所述的第一储热材料包括复合熔盐类或合金类。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的第二换热盘管的进口端和出口端分别位于静炉排片的两端。

优选地，所述的第二冷却介质包括压缩空气或压缩氧气。

优选地，所述的第二储热材料包括复合熔盐类或合金类。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的静炉排片的空腔内设置有气室，所述的第二换热盘管的出口端接入气室一端，所述气室另一端开设有至少两个出口通道，所述的出口通道正对下一级动静炉排片组的动炉排片，流经第二换热盘管的第二换热介质由气室出口通道喷出后对下一级动炉排片顶面进行喷吹清扫。

本发明通过设置具有多出口通道的气室，在实现取热的同时，利用第二换热介质的流速由气室出口喷出对下一级动炉排片顶面进行喷吹清扫，有利于炉排片表面积灰清除，减少人工干预。

优选地，所述的气室设置于静炉排片远离动炉排片的一端。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的驱动组件包括活动横梁和伺服电机，所述的活动横梁固定于动炉排片底部，所述的伺服电机与活动横梁传动连接，用于驱动活动横梁沿水平方向往复运动，所述的动炉排片在往复运动过程中将静炉排片顶面的物料推落至下一级动静炉排片组。

优选地，所述的活动横梁固定于动炉排片远离静炉排片的一端。

作为本发明一种优选的技术方案，所述动炉排片的顶面为斜面；

优选地，所述的动炉排片的顶面斜面与水平面之间的夹角为20～22°，例如可以是20℃、20.2℃、20.4℃、20.6℃、20.8℃、21℃、21.2℃、21.4℃、21.6℃、21.8℃或22℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的动炉排片和静炉排片之间保留空隙，所述空隙内设置有垫脚，所述垫脚位于动炉排片靠近静炉排片的一端底面，所述垫脚底面与静炉排片顶面直接接触。

在本发明中，通过设置垫脚使得动炉排片和静炉排片之间存在较大空隙，更有利于炉排底部一次风的进入，使得物料燃烧更充分。此外，在动炉排片水平往复运动的过程中，垫脚还能作为刮板对静炉排片顶面的积灰进行刮擦，有利于炉排片表面积灰清除，减少人工干预。

第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的储热式缓冲冷却往复炉排的使用方法，所述的使用方法包括：

(Ⅰ)动炉排片顶面的物料沿斜面滑落至静炉排片顶面，在滑落过程中，物料的热量被第一储热材料吸收储存，第一换热盘管内流动的第一冷却介质与第一储热材料接触换热，第一储热材料内储存的热量转移至第一冷却介质；

(Ⅱ)落入静炉排片顶面的物料的热量被第二储热材料吸收储存，第二换热盘管内流动的第二冷却介质与第二储热材料接触换热，第二储热材料内储存的热量转移至第二冷却介质；动炉排片在驱动组件的传动下在水平方向往复运动，动炉排片在往复运动过程中将静炉排片顶面的物料推落至下一级动静炉排片组；

(Ⅲ)推落至下一级动静炉排片组的物料重复步骤(Ⅰ)和步骤(Ⅱ)。

作为本发明一种优选的技术方案，动炉排片在往复运动的过程中，动炉排片底面的垫脚刮擦静炉排片顶面，清除静炉排片顶面的积灰。

作为本发明一种优选的技术方案，向静炉排片内腔中设置的第二换热盘管中注入第二冷却介质，第二冷却介质流经第二换热盘管后由气室出口通道喷出后对下一级动炉排片顶面进行喷吹清扫。

示例性地，本发明提供的往复炉排的工作原理为：

(1)处在动炉排片表面的垃圾燃料，由于动炉排片顶部表面为斜平面，一部分垃圾燃料在自身重力作用下，沿斜平面滑落到下游与之对接的静炉排片顶面，活动横梁在相应的伺服电机的驱动下，带动动炉排片在静炉排片的顶面作水平方向的往复运动，将落入静炉排片顶面的垃圾燃料推送到下游与之对接的动炉排片顶面上；

(2)在动炉排片往复运动的过程中，动炉排片底面固定的垫脚与静炉排片顶面直接接触，并刮擦附着在静炉排片顶面的积灰。随着焚烧炉内垃圾燃烧的持续进行，动炉排片和静炉排片表面的温度会随之升高，设置在动炉排片内部的第一储热材料会快速吸收来自动炉排片表面传递的热量，与此同时，向第一换热盘管内通入第一冷却介质，第一冷却介质通过第一换热盘管吸收这部分热量后流出，将第一储热材料吸收的热量转移出去，使第一储热材料温度降低，防止了动炉排片温度过高而烧损；

(3)设置在静炉排片内部的第二储热材料会快速吸收来自静炉排片表面传递的热量，与此同时，向第二换热盘管内通入第二冷却介质，第二冷却介质通过第二换热盘管吸收这部分热量后进入气室，经气室的多个出口通道高速喷出，冲刷动炉排片顶面，第二储热材料吸收的热量被第二冷却介质带走后温度降低，防止了静炉排片温度过高而烧损；

(4)下一级动静炉排片组所包含的动炉排片和静炉排片重复步骤(1)～(3)。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过在动炉排片与静炉排片内部空腔内填充储热材料，并设置换热盘管，将炉排片表面吸收的热量先快速转移到储热材料里，然后再进行储热材料降温处理，以防止炉排温度过高而烧损。这一结构不仅可以有效减少炉排的钢材耗量，降低成本，更有利于减小炉排热应力疲劳损耗，延长使用寿命，有效降低了炉排片的表面温度，解决了高温环境下炉排片因冷却效果差导致的烧损速度过快的技术难题。

附图说明

图1为本发明一个具体实施方式提供的往复炉排的结构示意图。

其中，1-第一动静炉排片组；2-动炉排片；3-第一换热盘管；4-第一储热材料；5-活动横梁；6-垫脚；7-静炉排片；8-第二储热材料；9-第二换热盘管；10-气室；11-第二动静炉排片组。

具体实施方式

需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本领域技术人员理应了解的是，本发明中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本发明的主要发明点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型，进而可以自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在一个具体实施方式中，本发明提供了一种储热式缓冲冷却往复炉排，所述的储热式缓冲冷却往复炉排如图1所示，包括沿物料流向呈阶梯式逐级向下的至少两级动静炉排片组，示例性地，如图1所示，包括第一动静炉排片组1和第二动静炉排片组11，第一动静炉排片组1与第二动静炉排片组11的结构完全相同，以下，以第一动静炉排片组1为例：

第一动静炉排片组1包括沿物料流向呈阶梯式逐级向下的动炉排片2和静炉排片7。

动炉排片2与驱动组件传动连接，驱动组件用于带动动炉排片2沿水平方向往复运动。驱动组件包括活动横梁5和伺服电机，活动横梁5固定于动炉排片2远离静炉排片7的一端底部，伺服电机与活动横梁5传动连接，用于驱动活动横梁5沿水平方向往复运动，动炉排片2在往复运动过程中将静炉排片7顶面的物料推落至第二动静炉排片组11。

所述动炉排片2的顶面为斜面，顶面斜面与水平面之间的夹角为20～22°。

动炉排片2内部中空，动炉排片2的空腔内设置有第一换热盘管3，空腔内填充第一储热材料4，动炉排片2顶面的物料热量转移至第一储热材料4储存，第一换热盘管3内注入第一冷却介质，第一冷却介质包括水或导热油，第一储热材料4包括复合熔盐类或合金类。第一冷却介质与第一储热材料4换热，将第一储热材料4的热量转移再利用。第一换热盘管3的进口端和出口端位于动炉排片2的同一端。

静炉排片7内部中空，静炉排片7的空腔内设置有第二换热盘管9，空腔内填充第二储热材料8，静炉排片7顶面的物料热量转移至第二储热材料8储存，第二换热盘管9内注入第二冷却介质，第二冷却介质包括压缩空气或压缩氧气，第二储热材料8包括复合熔盐类或合金类。第二冷却介质与第二储热材料8换热，将第二储热材料8的热量转移再利用。第二换热盘管9的进口端和出口端分别位于静炉排片7的两端。

静炉排片7的空腔内设置有气室10，第二换热盘管9的出口端接入气室10一端，气室10设置于静炉排片7远离动炉排片2的一端。气室10另一端开设有至少两个出口通道，出口通道正对第二动静炉排片组11的动炉排片2，流经第二换热盘管9的第二换热介质由气室10出口通道喷出后对下一级动炉排片2顶面进行喷吹清扫。

动炉排片2和静炉排片7之间保留空隙，空隙内设置有垫脚6，垫脚6位于动炉排片2靠近静炉排片7的一端底面，垫脚6底面与静炉排片7顶面直接接触。

第二动静炉排片组11的结构与第一动静炉排片组1的结构完全相同，在此不再赘述。

在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种上述具体实施方式提供的储热式缓冲冷却往复炉排的使用方法，所述的使用方法包括：

(1)处在动炉排片2表面的垃圾燃料，由于动炉排片2顶部表面为斜平面，一部分垃圾燃料在自身重力作用下，沿斜平面滑落到下游与之对接的静炉排片7顶面，活动横梁5在相应的伺服电机的驱动下，带动动炉排片2在静炉排片7的顶面作水平方向的往复运动，将落入静炉排片7顶面的垃圾燃料推送到下游与之对接的动炉排片2顶面上；

(2)在动炉排片2往复运动的过程中，动炉排片2底面固定的垫脚6与静炉排片7顶面直接接触，并刮擦附着在静炉排片7顶面的积灰。随着焚烧炉内垃圾燃烧的持续进行，动炉排片2和静炉排片7表面的温度会随之升高，设置在动炉排片2内部的第一储热材料4会快速吸收来自动炉排片2表面传递的热量，与此同时，向第一换热盘管3内通入第一冷却介质，第一冷却介质通过第一换热盘管3吸收这部分热量后流出，将第一储热材料4吸收的热量转移出去，使第一储热材料4温度降低，防止了动炉排片2温度过高而烧损；

(3)设置在静炉排片7内部的第二储热材料8会快速吸收来自静炉排片7表面传递的热量，与此同时，向第二换热盘管9内通入第二冷却介质，第二冷却介质通过第二换热盘管9吸收这部分热量后进入气室10，经气室10的多个出口通道高速喷出，冲刷动炉排片2顶面，第二储热材料8吸收的热量被第二冷却介质带走后温度降低，防止了静炉排片7温度过高而烧损；

(4)第二动静炉排片组11所包含的动炉排片2和静炉排片7重复步骤(1)～(3)。

本实施例提供了一种如图1所示的储热式缓冲冷却往复炉排，所述的往复炉排包括沿物料流向呈阶梯式逐级向下的第一动静炉排片组1和第二动静炉排片组11，本实施例仅对第一动静炉排片组1的具体结构做出详细说明，第二动静炉排片组11的具体结构与第一动静炉排片组1完全相同，在此不再赘述。

第一动静炉排片组1包括沿物料流向呈阶梯式逐级向下的动炉排片2和静炉排片7。动炉排片2与驱动组件传动连接，驱动组件用于带动动炉排片2沿水平方向往复运动。驱动组件包括活动横梁5和伺服电机，活动横梁5固定于动炉排片2远离静炉排片7的一端底部，伺服电机与活动横梁5传动连接，用于驱动活动横梁5沿水平方向往复运动，动炉排片2在往复运动过程中将静炉排片7顶面的物料推落至第二动静炉排片组11。

动炉排片2的顶面为斜面，顶面斜面与水平面之间的夹角为20°。

动炉排片2内部中空，动炉排片2的空腔内设置有第一换热盘管3，空腔内填充第一储热材料4，动炉排片2顶面的物料热量转移至第一储热材料4储存，第一换热盘管3内注入第一冷却介质，第一冷却介质为导热油，第一储热材料4为复合熔盐。第一冷却介质与第一储热材料4换热，将第一储热材料4的热量转移再利用。第一换热盘管3的进口端和出口端位于动炉排片2的同一端。

静炉排片7内部中空，静炉排片7的空腔内设置有第二换热盘管9，空腔内填充第二储热材料8，静炉排片7顶面的物料热量转移至第二储热材料8储存，第二换热盘管9内注入第二冷却介质，第二冷却介质为压缩空气，第二储热材料8为合金类。第二冷却介质与第二储热材料8换热，将第二储热材料8的热量转移再利用。第二换热盘管9的进口端和出口端分别位于静炉排片7的两端。

静炉排片7的空腔内设置有气室10，第二换热盘管9的出口端接入气室10一端，气室10设置于静炉排片7远离动炉排片2的一端。气室10另一端开设有至少两个出口通道，出口通道正对第二动静炉排片组11的动炉排片2，流经第二换热盘管9的第二换热介质由气室10出口通道喷出后对下一级动炉排片2顶面进行喷吹清扫。

动炉排片2和静炉排片7之间保留空隙，空隙内设置有垫脚6，垫脚6位于动炉排片2靠近静炉排片7的一端底面，垫脚6底面与静炉排片7顶面直接接触。

一种由实施例1提供的往复炉排的使用方法，以第一动静炉排片组1的工艺路线为例，第二动静炉排片组11的工艺路线与第一动静炉排片组1做相同理解，所述的使用方法具体包括如下步骤，

(1)温度为400℃的燃烧中的垃圾燃料由动炉排片2沿斜平面滑落到下游与之对接的静炉排片7顶面，活动横梁5在相应的伺服电机的驱动下，带动动炉排片2在静炉排片7的顶面作水平方向的往复运动，将落入静炉排片7顶面的垃圾燃料推送到下游与之对接的动炉排片2顶面上；

(2)在动炉排片2往复运动的过程中，动炉排片2底面固定的垫脚6与静炉排片7顶面直接接触，并刮擦附着在静炉排片7顶面的积灰。随着焚烧炉内垃圾燃烧的持续进行，动炉排片2和静炉排片7表面的温度随之升高，设置在动炉排片2内部的第一储热材料4会快速吸收来自动炉排片2表面传递的热量，与此同时，向第一换热盘管3内通入35℃的导热油，导热油通过第一换热盘管3吸收第一储热材料4的热量后升温至85℃，第一储热材料4吸收的热量被导热油带走后温度降低至90℃；

(3)设置在静炉排片7内部的第二储热材料8快速吸收来自静炉排片7表面传递的热量，与此同时，向第二换热盘管9内通入25℃的压缩空气，压缩空气通过第二换热盘管9吸收第二储热材料8的热量升温至90℃后进入气室10，经气室10的多个出口通道高速喷出，冲刷第二动静炉排片组11的动炉排片2顶面，第二储热材料8吸收的热量被压缩空气带走后温度降低至95℃；

(4)第二动静炉排片组11所包含的动炉排片2和静炉排片7重复步骤(1)～(3)。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。