垃圾焚烧炉设计计算大纲

2/2垃圾焚烧炉设计计算大纲一、编制依据与适用范围1.1编制依据本大纲严格遵循现行国家及行业垃圾焚烧炉相关规范标准，所有计算方法、公式及参数取值均以规范条文与工程通用理论为依据，确保计算结果的科学性与合规性，主要依据包括：《锅炉机组热力计算标准方法》《生活垃圾焚烧炉及余热锅炉》（GB/T18750-2022）《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》（CJJ90-2009）《焚烧炉及余热锅炉性能试验规程》（DL/T2429-2021）《火力发电厂燃烧系统设计计算技术规程》（DL/T5240-2010）《压力容器》（GB150-2011）《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000，2008年版）《锅炉安全技术监察规程》（TSGG0001-2012）《锅炉房设计标准》（GB50041-2020）1.2适用范围本大纲适用于生活垃圾、工业固废等各类固体废物的机械炉排焚烧炉设计计算工作，涵盖顺推、逆推、往复、滚筒等各类炉排型焚烧炉，配套余热锅炉与烟气净化系统的设计计算，可作为垃圾焚烧炉设计阶段计算工作的统一指导框架，与其他锅炉、换热设备设计大纲形成完整的锅炉与换热设计体系。二、基础设计参数计算2.1垃圾燃料基础参数垃圾焚烧炉的核心基础参数是垃圾的特性，核心参数及取值如下：垃圾元素分析：收到基碳Car，常规取收到基氢Har，常规取收到基氧Oar，常规取收到基氮Nar，常规取收到基硫Sar，常规取收到基氯Clar，常规取收到基水分War，常规取30%50%收到基灰分Aar，常规取15%30%垃圾发热量：收到基低位发热量Qnet,ar，常规生活垃圾取6\12MJ/kg垃圾特性参数：垃圾密度：常规取200\400kg/m³，松散堆积密度热灼减率：设计要求≤5%，国标强制要求，衡量燃尽程度2.2理论空气量与烟气量计算基于垃圾的元素分析，计算燃烧所需的理论空气量与理论烟气量：理论空气量：

V参数说明：V0：标准状态下的理论空气量（Nm³/kg其余为垃圾的元素分析成分（%）常规生活垃圾的理论空气量取3\6Nm³/kg，远低于燃煤，因为垃圾的发热量低。理论烟气量：

V参数说明：Vg0：标准状态下的理论烟气量（常规生活垃圾的理论烟气量取5\8Nm³/kg。2.3过量空气系数与实际风量垃圾焚烧的过量空气系数，考虑垃圾成分的复杂性与污染物控制需求：炉膛出口过量空气系数：αl实际空气量：Va=一次风（炉排下送风）比例：αpri=0.7∼0.8，即一次风占总风量的二次风（炉膛喷入）比例：αsec=0.2∼0.3，即二次风占总风量的规范依据：《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》（CJJ90-2009）第6.4条三、垃圾焚烧炉本体炉排设计计算3.1炉排选型根据垃圾的特性与处理量，选择合适的炉排类型：顺推炉排：结构简单，成本低，适用于热值较高的垃圾，垃圾从前往后推动，干燥、燃烧、燃尽分段进行逆推炉排：垃圾与炉排运动方向相反，促进垃圾翻滚，混合好，适用于高水分、低热值的垃圾，燃尽效果好往复炉排：通过炉排片的往复运动推动垃圾，结构简单，维护方便，适用于中小型焚烧炉滚筒炉排：滚筒转动，垃圾翻滚充分，燃尽效果好，适用于高热值垃圾3.2炉排热负荷与面积计算炉排的核心设计参数是炉排的热负荷，决定炉排的面积：炉排面积热负荷：

q参数说明：qA,grate：炉排面积热负荷（kW/m²），常规取150\300kW/m²B：垃圾的处理量（kg/s）Agrate：炉排的有效面积（m²炉排机械负荷：

q参数说明：qm,grate：炉排的机械负荷（kg/(m²・h)），常规取150\300kg/(m²・h)炉排面积计算：

根据热负荷反算炉排的面积：

A常规500t/d的焚烧炉，炉排面积约为60\80m²，300t/d的约为35\50m²。3.3炉排停留时间与速度计算垃圾在炉排上的停留时间，保证垃圾完全燃尽：炉排停留时间：

τ参数说明：τgrate：垃圾在炉排上的停留时间，常规取1\2hLgrate：炉排的有效长度（mvgrate：炉排的运动速度（m/h炉排速度计算：

根据停留时间反算炉排的速度：

v常规炉排的速度取1\5m/h，可根据垃圾的热值与水分调节，热值高的时候速度快，水分高的时候速度慢。3.4炉排分段设计炉排分为三个功能段，每个段的功能与参数不同：干燥段：长度占比：20%\30%，用于垃圾的干燥，蒸发水分功能：通过一次风的热量，将垃圾的水分从50%降低到10%以下，为燃烧做准备燃烧段：长度占比：50%\60%，垃圾的主燃烧区，释放大部分热量功能：垃圾的挥发分析出、燃烧，固定碳的燃烧，是炉排的核心区域燃尽段：长度占比：10%\20%，剩余的固定碳的燃尽功能：保证炉渣的热灼减率≤5%，满足国标要求3.5炉排冷却设计炉排的冷却，因为炉排工作在高温下，需要一次风冷却，防止炉排过热变形：一次风的冷却能力：一次风从炉排下送入，吸收炉排的热量，将炉排的温度控制在200\300℃以下一次风的温度：常规一次风的温度取20\200℃，不能太高，否则无法有效冷却炉排炉排材质：采用高温合金钢，保证高温下的强度与耐腐蚀性规范依据：《生活垃圾焚烧炉及余热锅炉》（GB/T18750-2022）第5.3条四、一次风配风系统设计4.1一次风风室设计一次风从炉排下送入，分为多个独立的风室，每个风室的风量可以独立调节，适应不同段的需求：风室数量：常规分为4\6个独立风室，对应干燥段、燃烧段、燃尽段，每个段的风室可以独立调节风量风室风量分配：干燥段风量：占一次风总量的20%\30%，用于干燥垃圾，风量较大，促进水分蒸发燃烧段风量：占一次风总量的50%\60%，主燃区的供氧，风量最大，满足燃烧的氧气需求燃尽段风量：占一次风总量的10%\20%，燃尽区的供氧，风量较小，防止过量空气遵循“中间大、两头小”的配风原则，保证燃烧的合理性4.2一次风风速与阻力计算一次风风速：

炉排下的一次风风速，穿过垃圾床层的风速：

v参数说明：vpri：一次风的表观风速，常规取0.5\1.5m/sQpri,i：第i个风室的风量（m³/sAgrate,i：第i个风室对应的炉排面积（m²床层阻力计算：

垃圾床层的阻力，是一次风的核心阻力：

Δ参数说明：ξbed：床层的阻力系数，常规取10\20常规床层的阻力取500\1500Pa，是一次风的主要阻力4.3一次风温度设计一次风的温度，用于调节垃圾的干燥速度：常温一次风：适用于高热值垃圾，不需要加热，直接送入，冷却炉排的效果好热风一次风：利用排烟的余热加热一次风，常规加热到150\200℃，用于高水分、低热值的垃圾，促进垃圾的干燥，提高炉温可以有效提高干燥段的效率，缩短干燥时间，提高焚烧炉的处理能力4.4一次风机选型计算一次风机的风量与风压，克服风室与床层的阻力：风量：Qfan=1.1⋅B⋅Vpri风压：Pfan=1.2⋅ΔP常规一次风机的风压为2000\4000Pa，满足床层的阻力需求规范依据：《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》（CJJ90-2009）第6.4条五、燃烧与热力计算5.1热平衡计算垃圾焚烧炉的热平衡，输入的热量等于输出的热量加各项热损失，考虑垃圾的高灰分与高水分：

Q参数说明：Qinput：输入的总热量（kWQoutput：余热锅炉的有效焓增（kWQg,out：出口烟气的热量（kWQloss：各项热损失之和（kW5.2各项热损失计算垃圾焚烧的热损失，因为垃圾的成分复杂，热损失远大于常规锅炉：排烟热损失：

q_2=\frac{I_{py}-\alpha_{py}I^0_a}{Q_{input}}\times100%参数说明：排烟带走的热损失，常规取15%\25%，是垃圾焚烧炉最大的热损失，因为过量空气系数大，排烟温度高化学不完全燃烧热损失：

q_3=\frac{V_{gy}(126CO+108H_2+358CH_4)}{Q_{input}}\times100%常规取0.5%\1.5%，因为垃圾的混合不均匀，存在局部缺氧机械不完全燃烧热损失：

q_4=\frac{32564\cdot(A_{ar}\cdotC_{sl}\cdot\alpha_{sl}+A_{ar}\cdotC_{fa}\cdot\alpha_{fa})}{Q_{input}}\times100%参数说明：Csl：炉渣中的含碳量，常规取Cfa：飞灰中的含碳量，常规取总机械不完全燃烧热损失，常规取3%\8%，远高于常规锅炉散热损失：

q_5=\frac{Q_{loss,surf}}{Q_{input}}\times100%常规取1%\2%，因为焚烧炉的表面积大，保温要求高灰渣物理热损失：

q_6=\frac{A_{ar}\cdotc_{sl}\cdott_{sl}\cdot\alpha_{sl}+A_{ar}\cdotc_{fa}\cdott_{fa}\cdot\alpha_{fa}}{Q_{input}}\times100%参数说明：炉渣与飞灰的物理热损失，因为炉渣的温度高达500\600℃，飞灰的温度高达200\300℃，所以损失大，常规取2%\5%5.3焚烧效率与热灼减率焚烧效率：

\eta_{burn}=100%-q_4常规垃圾焚烧炉的焚烧效率为92%\97%，衡量垃圾的燃尽程度热灼减率：

P=\frac{m_1-m_2}{m_1}\times100%参数说明：m1：炉渣的质量，m2设计要求P\leq5%，国标强制要求，保证炉渣的燃尽程度5.43T+E污染物控制校核垃圾焚烧的核心污染物控制，3T+E原则，是分解二噁英的核心：温度（Temperature）：炉膛内的温度≥850℃，保证二噁英的分解停留时间（Time）：烟气在850℃以上的停留时间≥2s，国标强制要求，保证二噁英充分分解湍流（Turbulence）：二次风的扰动，强化烟气的混合，保证温度与氧气的均匀过量空气（Excessair）：足够的过量空气，保证燃烧充分，分解二噁英规范依据：《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）第5.2条六、炉膛结构设计6.1炉膛容积热负荷计算炉膛的容积热负荷，决定炉膛的容积，保证烟气的停留时间：

q参数说明：qv,furnace：炉膛容积热负荷（kW/m³），常规取150\300kW/m³Vfurnace：炉膛的有效容积（m³6.2炉膛尺寸设计炉膛宽度：根据炉排的宽度确定，常规炉排的宽度为3\6m，所以炉膛的宽度略大于炉排，常规取4\7m炉膛深度：深度方向，从炉排到余热锅炉的入口，保证烟气的停留时间，常规取8\12m炉膛高度：炉膛的高度，从炉排到炉膛出口，常规取10\15m，保证烟气的上升流速在合理范围6.3烟气停留时间验算核心验算烟气的停留时间，满足二噁英的分解要求：

τ参数说明：τflue：烟气在炉膛内的停留时间，要求850℃以上的停留时间≥2sQg：烟气的体积流量（m³/s6.4炉膛出口参数设计炉膛出口烟温：常规取850\1100℃，保证二噁英的分解，同时不能太高，防止余热锅炉的高温腐蚀炉膛出口烟气流速：常规取4\8m/s，防止飞灰的磨损与积灰6.5炉膛耐火材料设计因为垃圾的烟气含有氯，腐蚀性强，所以炉膛的耐火材料需要特殊设计：主燃区：采用碳化硅砖，耐高温，耐氯腐蚀，防止高温腐蚀其他区域：采用高铝砖，耐高温，保温炉墙：采用保温层，降低散热损失规范依据：《生活垃圾焚烧炉及余热锅炉》（GB/T18750-2022）第5.4条七、二次风系统设计7.1二次风风量计算二次风的风量，用于分级燃烧、强化混合，保证烟气的均匀：

Q参数说明：Qsec：二次风的总风量（Nm³/sαsec：二次风的比例，常规取0.2\0.3，即总风量的B：垃圾的处理量（kg/s）V0：理论空气量（Nm³/kg7.2二次风风速与喷口设计二次风风速：

二次风需要有足够的动量，穿透烟气，强化混合，扰动流场，延长停留时间：

v参数说明：vsec：二次风喷口的流速，常规取40\70m/sn：二次风喷口的数量Anozzle：单个喷口的流通截面积（m²喷口布置：对冲布置：二次风喷口对冲布置，形成对冲气流，强化混合，延长停留时间，是目前的主流形式分层布置：分上下两层布置，上层为燃尽风，下层为主燃风，实现空气分级，降低NOx喷口倾角：向下倾斜10\20°，引导气流向下，延长烟气的停留时间，提高混合效果7.3二次风风压计算二次风的压力，克服风道的阻力与炉膛的压力：

P参数说明：ΔPductΔPnozzle：喷口的阻力，ΔP=ξ⋅ρPfurnace：炉膛的压力，常规取-20\-50Pa常规二次风机的风压为3000\5000Pa，满足压力要求7.4烟气再循环系统对于低氮要求高的项目，采用烟气再循环，降低NOx：再循环风量：

Q参数说明：rrec：烟气再循环率，常规取10%\20%，可降低NOx排放再循环风机：再循环风机的风量与风压，克服烟道的阻力，常规风压取1500\3000Pa规范依据：《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》（CJJ90-2009）第6.4条八、传热计算8.1炉膛传热计算炉膛内的传热，垃圾焚烧的炉膛，飞灰含量高，所以辐射传热占主导：

Q参数说明：Qf：炉膛的总传热量（Wσ0：黑体辐射常数，取5.67×10-8al：炉膛的黑度，垃圾焚烧炉取0.8\0.9Tf：火焰的温度（KTw：水冷壁的壁温（Kαc：对流传热系数，常规取50\100W/(m²・Aw：水冷壁的面积（m²8.2对流受热面传热计算对流受热面的传热，即配套的余热锅炉的受热面，和余热锅炉的传热类似：过热器传热：与常规锅炉的过热器计算一致，但是需要校核高温氯腐蚀，壁温不能超过550℃，防止高温氯腐蚀蒸发器传热：翅片管或者光管的传热，积灰热阻常规取0.005\0.01m²・K/W，因为垃圾的烟气容易积灰省煤器传热：校核低温腐蚀，垃圾的烟气露点高，常规取120\160℃，所以壁温要高于露点，防止低温腐蚀8.3腐蚀与磨损校核高温氯腐蚀校核：

垃圾的烟气含有氯，会导致高温腐蚀，所以校核壁温：

t保证壁温不超过550℃，防止高温氯腐蚀，因为氯在高温下会腐蚀金属磨损校核：

飞灰的磨损，校核烟气流速：

E=k⋅参数说明：E：磨损率（mm/1000h），常规要求不大于0.05mm/1000h所以烟气流速不能太高，常规取8\12m/s，防止磨损积灰校核：

垃圾的烟气容易积灰，所以需要清灰装置，蒸汽吹灰器，声波清灰器，保证受热面的清洁规范依据：《锅炉机组热力计算标准方法》第8章九、通风与介质系统阻力计算9.1各段阻力分解垃圾焚烧炉的总阻力，由风侧、烟侧、介质输送侧三个部分组成：

Δ参数说明：ΔPairΔPgasΔPtransport9.2风侧阻力计算一次风阻力：床层阻力：500\1500Pa风道阻力：300\800Pa总一次风阻力：800\2300Pa二次风阻力：喷口阻力：1500\3000Pa风道阻力：500\1000Pa总二次风阻力：2000\4000Pa9.3烟气侧阻力计算余热锅炉受热面阻力：过热器阻力：500\1000Pa蒸发器阻力：800\2000Pa省煤器阻力：400\900Pa烟气净化系统阻力：脱酸塔阻力：1000\2000Pa布袋除尘器阻力：1000\1500Pa脱硝阻力：500\1000P