用于SPF炉推料装置的空气冷却系统的设计与开发

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（收稿日期：2016-10-25）

空气进出气管与设备壳体的连接可以采用密封可靠性很高的法兰静密封结构，如图5。3 结束语在SPF炉研制完成并在武安新峰市政污泥及生活垃圾处置项目上投运后，SPF炉推料装置的密封效果非常令人满意，从环保部门进行的环保检测结论中可以看到，整个装置没有任何物料泄漏，装置周围也没有发现任何废弃物在焚烧时容易产生的二噁英等有毒有害气体。目前，该装置已经运行一年有余，装置整体的密闭性依然良好如初，这也是该装置研制成功的重要标志之一。

中图分类号：TQ172.9 文献标识码：A 文章编号：1008-047󰀳(2016)增刊-0040-04 DOI编码：10.16008/j.cnki.1008-047󰀳.2016.增刊.010用于SPF炉推料装置的空气冷却系统的设计与开发黄 伟 敬清海 童 聪 张子豪 成都建筑材料工业设计研究院有限公司，四川 成都 610051

摘 要 SPF炉是成都建筑材料工业设计研究院有限公司针对多相态废弃物焚烧系统自主研发的核心装

备之一，在该装备的研发过程中，必须突破的一项关键技术就是要实现对频繁进入高温炉体内的推料装置推头进行在线持续冷却。经过技术人员长时间的探索和攻关，开发出了一套适用于SPF炉推料装置的空气冷却系统，该冷却系统具有结构简单，实用性强，稳定可靠，维护方便等优点。关键词 SPF炉 推料装置 空气冷却系统 设计 开发

0 引言成都建筑材料工业设计研究院有限公司（后续简称成都院）、清华大学、武安市新峰水泥有限责任公司共同承担了“十二五”国家科技支撑计划课题 “50万吨／年跨行业废弃物水泥窑协同利用技术及示范”，在该课题中，成都院承担了水泥窑协同处置多相态废弃物技术与装备研究，并开发出了一系列核心装备，而SPF炉便是其中的核心装备之一。作为废弃物焚烧处置的核心装备，由于实际工况的特殊性，要求其具有很高的可靠性，应尽可能减少停机检修和维护。SPF炉在安装时直接与新型干法水泥生产线窑尾分解炉相接，加之SPF炉工作时炉体内的温度在950~1 200 ℃之间，这对需要频繁进入SPF炉内的推料装置的推头来说是一个严峻的考验。虽然市场上很容易就能找到能耐1 000 ℃

图5 进出油管、冷却风进出风管与设备壳体的密封连接

新世纪水泥导报 2016年增刊1 Cement Guide for New Epoch 废弃物水泥窑协同处置技术专辑41高温的耐热钢，但除了造价昂贵外，长时间暴露在1 000 ℃以上的高温中，即使是优质的耐热钢依然会出现加速氧化、寿命缩短的现象，这将降低SPF炉的长期运行可靠性。因此，找到一个合理的能对推料装置推头进行在线持续冷却的方案就成了必须突破的一项关键技术。经过我院专业研发团队不懈的努力，成功开发出了一套适用于SPF炉推料装置的空气冷却系统，并已申报了多项国家专利。该冷却系统以其简单的结构和较强的实用性实现了对推料装置推头进行在线持续冷却的功能，大大提高了推料装置的可靠性和使用寿命，同时降低了推头的制作成本。1 系统组成和工作原理SPF炉推料装置的空气冷却系统主要由图1中1.冷却风机，2.外部气体输送管，3.气体输送动态连接装置，4.推头内部冷却风室组成。图1 SPF炉推料装置的空气冷却系统组成图从图1中能看到，为整个冷却系统提供冷却风的是冷却风机1，它是整个系统的冷却风源，冷却风从冷却风机出来后经外部气体输送管2，从气体输送动态连接装置3中的气体输入口进入，再经推头内部冷却风室4到达推料装置推头的高温端部，对空心推头的内部空间和壳体壁进行充分的热交换，以实现对推头内部和壳体壁充分的散热降温，最后气体经气体输送动态连接装置3中的气体输出口流出封闭式机体之外，将推头内部的热量散发至外界。该冷却系统的输送通道完全独立，全程与设备内部空间隔绝，确保了冷却空气从进入设备到排出外界的全过程不会受到设备内部有害物质的污染。2 结构特点和核心技术本SPF炉推料装置的空气冷却系统构造巧妙，形式独特新颖，多处进行了原创性的开发设计，这些原创性的设计均已申请国家专利，它们也组成了系统中最核心的技术。2.1 气体输送动态连接装置众所周知，在当前的工业自动化中，对于向密封壳体内往复运动的部件密闭输送气体，典型的方案主要有：①在设备的运动部件上直接开孔插入钢管，钢管与运动部件衔接处的密封采用机械动密封，类似液压油缸的设计。②在设备运动部件和固定外壳之间直接接柔性软管，通过软管进行输送。虽然这些常规的设计大多也能实现基本的输送功能，但像方案①就会使钢管在设备运动部件的运动过程中反复插入运动部件内部，对运动部件内部的结构有一定的限制，加之钢管的表面加工要求和防污染要求高，而且动密封本身结构复杂，维护成本高昂，使用寿命不长，如果是在高温环境，使用寿命会更短。方案②虽然将动密封转化成了静密封，密封性更好，使用寿命更长，结构也很简单，但柔性软管缺乏保护，在来回的往复运动中容易与设备壳体产生磨损，而且软管的频繁弯曲没有规律，弯曲半径、弯曲方向和弯曲部位不能固定和有效制约，最终还是会导致软管局部磨损或疲劳破裂，如果环境温度较高，更会加速软管的破裂，另一方面，SPF炉的推料装置行程较长，自由悬吊的软管需要较大的活动空间，而现场实际空间无法满足。为了解决当前工业中关于向密封壳体内往复运动的部件密闭输送气体的常规设计中的不足，本系统在开发时巧妙地设计了一种特殊的气体输送动态连接装置，该装置的气体输入输出连接均属于静密封连接，有较高的密封可靠性。2.2 高温空心推头内部的冷却风室高温空心推头内部的冷却风室是本系统的又一原创性设计。由于推头是一个扁平的空心长方体，水平面较宽，因此如果简单地设置两个进出口，直接将冷却空气从进口输入再从出口自然排出的话，气体在循环过程中推头内部空腔就容易出现局部气流盲区，导致推头局部降温效果较差。另外，推头在工作时前端温度较高，后端温度相对较低，如果简单地设置两个进出口，就很容易出现前端温度较高的部位降温效果不理想的现象。为避免出现上述缺陷，在设计中为推头内部的空腔设置多块风隔板，通过风隔板将空腔分成很多较小的风室。这些由风隔板形成的风室能引导冷却空气依次流经推头内部腔体的每一处，同时风隔板能将推头腔体各外壁的温度传导开来，增大散热

黄伟，等：用于SPF炉推料装置的2016年增刊1

空气冷却系统的设计与开发废弃物水泥窑协同处置技术专辑42面积，增强冷却效果。用有限元分析软件对推头内部进行压力分析，其结果如图2所示。图2 推头内部压力分析根据图2可以看出，依靠风隔板将空心推头内部分隔成若干较小风室能使冷却空气流经每个风室时，各风室内部气体压差变得尽可能小，分布也更均匀，并且从进风到出风的各个风室气压成规律下降走势，这有利于通过优化进气位置来提高推头高温部分的冷却效果。这种利用风隔板快速散热和优化进气位置提高推头高温部位冷却效果的设计，能让整个推头的温度得到快速散发和释放，并能延长推头的使用寿命，降低对推头材质的要求，节省推头的制作成本。2.3 为高温空心推头高效散热的布风板虽然将高温推头内部空腔用风隔板分成很多小的风室，从宏观上实现了对推头各部位整体降温的效果，但每个风室内部气流的微观分布是否合理却能直接决定降温效果的好坏。为了达到理想的降温效果，本系统在设计时在风隔板上设置了一种特殊的布风装置使其兼作布风板，布风板能引导冷却气流尽可能贴近需要冷却的推头钢板内表面流动。在运用有限元分析软件对推头腔体内部进行流场分析后，根据分析结果反复优化布风板上布风装置的位置分布和形状，最终获得了较为理想的气体流线和流速。优化布风板后的分析结果显示，推头风室中气流分布均匀，流动迹线密实，整个推头内部无气流盲区，并尽可能地强化了冷却空气在各个单元格内的扰动，提高了热交换效果。同时，推头各风室内部气流速度稳定，气体在空间和各散热表面流速均匀，从进风到出风各风室内无明显的流速差，保证了整个推头的冷却稳定性。推头内部气体流速分布如图3所示。3 工程应用情况本空气冷却系统是专门为SPF炉而开发设计，在武安新峰市政污泥及生活垃圾处置项目中得到了应用，图4是现场的应用情况。

图3 推头内部气体流速分析

图4 SPF炉推料装置的空气冷却系统在现场的应用情况从投产运行的情况来看，整体效果比较理想，在工作时，空气出口的温度比较稳定，推头表面的温度控制在能确保推头长时间安全工作的许可范围内。在连续投料运行一年后，推头表面整体很光滑，没有丝毫被高温氧化的痕迹，武安市新峰水泥有限责任公司的技术人员对此给予了很高的评价。4 结束语SPF炉是我院针对多相态废弃物焚烧生产线自主研发的核心装备之一，而用于SPF炉推料装置的空气冷却系统又是SPF炉中最重要的部件之一，在冷却系统的研发过程中，整个研发团队从实际工况出发，经过长时间的探索和攻关，最终取得突破并

新世纪水泥导报 2016年增刊1 Cement Guide for New Epoch 废弃物水泥窑协同处置技术专辑4󰀳中图分类号：TQ172.9 文献标识码：A 文章编号：1008-047󰀳(2016)增刊-004󰀳-04 DOI编码：10.16008/j.cnki.1008-047󰀳.2016.增刊.011生活垃圾筛上物细碎工艺及实践研究董 贝成都建筑材料工业设计研究院有限公司，四川 成都 610051

摘 要 生活垃圾细破碎机主要用于RDF、SRF等替代燃料制作的预处理阶段，破碎对象主要是塑料等轻

质物料。针对生活垃圾细破碎机的选择，应结合后续处理工艺分析，在满足要求处理量的情况下，尽量优先选择转子高速破碎机，保证出料粒径。但需要注意的是，进入细破碎机前，要对处理物料进行有效分选处理，尽量减少灰土、石块等物料进入细破碎系统，保证出料质量。细破碎系统对后续水泥窑协同处置系统至关重要，在保证细破碎系统处理量10 t/h的前提下，该套系统可有效保证出料粒度及出料比例，即90%物料粒径小于25 mm，满足水泥厂窑头喷射协同处置要求。关键词 生活垃圾 细破碎机 协同处置 应用研究

0 引言破碎是生活垃圾预处理的核心工艺，其破碎效果直接关系到后续处理方式的选择和效果。对垃圾进行破碎，一方面可以减小垃圾颗粒尺寸，使垃圾颗粒变得均匀，有效增大物料颗粒表面积，有利于提高燃烧效率，这一点在垃圾焚烧或水泥窑协同处置应用中表现明显；另一方面，较小的垃圾颗粒利于后续干燥、压缩、成型等其他工艺操作，这一点在成品RDF制作及固体燃料回收等处置方式中表现明显，尤其是成品RDF、垃圾煤等替代燃料制作，物料粒径直接决定了最终成品的成型效果及热值，是前端工艺中最关键的处理环节。生活垃圾成分复杂，具有低硬度、低脆性、高韧性、高弹性、高水分的特点。目前，针对生活垃圾破碎，国内外应用较多的是剪切式破碎机和高速转子破碎机，尤其是双轴剪切式破碎机应用最为