炉排式生活垃圾焚烧炉用耐火砖砖型设计标准化研究

摘  要 : 根据我国各种炉排炉耐火砖砖型进行设计，将耐火砖分成方砖、拉固砖、镶嵌式空冷砖、落差墙顶部砖、 起脚砖、出风口砖和锚固砖等主要砖型。 通过归类总结和优化设计，标准化了炉排炉炉墙耐火砖砖型设计和尺 寸特征。 同时，结合膨胀设计需要和炉墙结构特征，将炉墙划分为若干个模块化设计单元，每个单元是独立又 相互连接的一个整体。 实践证明，砖型标准化以及炉墙模块化设计，适用于各种炉排炉炉墙设计。 这不仅显著 提高了生产和施工效率，降低成本，缩短备货和检修周期，同时多层拉固灵活的设计方案和局部高温炉墙独立 采用的风冷设计，进一步提高了炉墙的稳定性，减少了停炉清灰频次，显著提高了焚烧炉运转率。

关键词 : 炉排式焚烧炉; 砖型标准化; 炉墙模块化; 燃烧区; 风冷炉墙

中图分类号 : TQ175                         文献标识码 : A                         文章编号 : 1001－1935 (2021) 02－0155－06

DOI : 10．3969 /j．issn．1001－1935．2021．02．015

目前，我国有近五百多个生活垃圾焚烧发电项 目，约有一千五百多台焚烧炉，其中机械炉排炉约占 80% 以上。 它不仅处理能力大，而且对各区域垃圾适 应性较好。 我国现役炉排式焚烧炉炉型有比利时西 格斯、日本荏原、日本三菱、日本日立、海螺川崎、德国

巴高克、重庆三峰、丹麦伟伦，以及绿动力、杭州新世  纪、光大环保、温州伟明等。 但是，各个炉型设计的砖  型尺寸不一，有的多达上百种砖型。 即使同一种炉排  炉，不同锅炉厂家设计的砖型仍然不同。 国内外典型  炉排式生 活 垃 圾焚烧炉用耐火砖砖型数量见表 1。

表 1    国内外典型的垃圾焚烧炉

各个炉型的耐火砖规格尺寸均不一致，不仅生产 难度大，成本高，备货周期长，而且无法交互使用。 现 场安装施工进度慢，砌筑容易出现差错，施工进度缓.

经过对国际标准(ISO)、德国标准( DIN)、日本标准(JIS)、美国标准 ( ANSI) 查阅，未见相关的规范标 准，国内外未见到垃圾焚烧炉用耐火砖砖型设计优化 研究报道。 为了保证耐火砖在所有炉型上具有普遍 适应性，在重庆三峰、西格斯以及日立等焚烧炉现有 砖型设计的基础上，进行了尺寸优化设计，使其结构 合理，具有更强的适应性和通用性。

1   炉排炉耐火砖砖型设计优化可行性分析

对我国炉排炉类型与数量、炉排炉的钢壳尺寸参  数、内衬结构以及工作衬类型进行调查，涉及炉排炉  类型 19 种，涵盖日处理容量 250 ～820 t，包括 140 家  炉排式生活垃圾焚烧发电厂，共计 268 台炉排式生活  垃圾焚烧炉。 16 种炉排炉侧墙采用砖砌，其中有部  分同时也采用了风冷炉墙砌筑 ; 3 种炉排炉采用水冷  结构，侧墙采用整体浇注。 炉排炉壳体尺寸参数 : 炉  排炉最大、最小宽度分别为 14 950、5 111 mm ; 炉排炉  最大、最小长度分别为 19 286、10 603 mm ; 炉排炉最  大、最小高度分别为 14 877、6 935 mm ; 炉排炉前拱最  大、最小高度分别为 5 300、1 333 mm ; 炉排炉后拱最  大、最小高度分别为 9 850、3 547 mm ; 烟气出口最大、 最小长度分别为 6 080、3 000 mm。 炉排炉侧墙框架  与水平夹角一般为 0°、8°、10°、15°、21°、25°。  目前， 内衬结构主要分为风冷炉墙和绝热炉墙，水冷炉墙基  本不使用耐火砖。 一 般 隔 热 层、保温层采用轻质材  料，只有工作层采用 重 质 耐 火 砖。 工作层厚度最薄

114 mm，最厚 230 mm。 炉排炉落差墙、左右侧墙、后 墙等竖直墙砌筑用耐火砖主要为方砖、拉固砖 (拉固

砖用于拉固立墙)。 起脚位置如果为倾斜角，需要通 过专用的起脚砖找水平。 采用风冷炉墙时，如果加热 后的热空气直接作为二次热风进入炉内，需要采用专 门的出风口砖。 采用镶嵌式风冷炉墙时，炉排框架需 要采用镶嵌式空冷砖。 侧墙、顶部等不定形衬里需要

设计专用的锚固砖。

从上述调查情况可以看出，目前我国炉排炉工作 衬仍然以砖墙结构为主。 尽管各种炉排炉砖型不具 备通用性，数量差异较大，但是可以根据设计功能进 行分类，所用耐火砖的形状包括方砖、拉固砖、镶嵌式 空冷砖、落差墙顶部 砖、起 脚 砖、出风口砖和锚固砖 等。 侧墙砌筑主要采用方砖和拉固砖，其余砖型为专 用砖。 因此，对砖型进行归类总结和优化设计，可以 提高砖型简易性和通用性。

2    砖型设计优化

根据上述分析和归类总结，炉排炉工作层耐火砖 砖型可以优化为方砖、拉固砖及专用砖三大类型。

根据收集的比利时西格斯、日本日立、重庆三峰  卡万塔、绿色动力、杭州新世纪等 10 多种常用炉排式  焚烧炉炉型进行的归类整理、统计分析和现场考察， 对耐火砖砖型进行功能分类和优化设计研究。 将炉  排炉用耐火砖分为方砖、拉固砖和专用砖，竖直墙采  用方砖、拉固砖。 镶嵌式风冷炉墙采用镶嵌式空冷  砖，落差墙顶部采用落差墙顶部砖，炉排炉框架起脚  位置采用起脚砖，风冷炉墙出风口位置采用出风口  砖，不定形衬里采用锚固砖。

2．1   方砖

方砖是指带凸 (齿) 凹 (沟) 结构的直型砖，主要  包含主 体 砖、错缝调节砖和堵头砖，示 意 图 见 图 1。 炉衬砌筑时使用的主要是主体砖，用于调整砖缝位置  的方砖为错缝调节砖，堵头砖是用于封堵风冷炉墙结

构的方砖。 根据研究分析，可以对各类砖作如下尺寸 分类 : 1) 方 砖 按 照 砖长分为两个系列，一 砖 长 230 mm，半砖长 114 mm，半砖主要用于砌筑时两层耐火 砖错缝 ; 每一系列又按照砌筑时有效工作衬厚度分为

115、150、176、200 和 230 mm 五组砖型，这样能满足 不同容量炉排炉的砖墙砌筑需要。

和传统的直型砖相比，优化后的方砖具有以下特 点 : 1) 凸(齿) 凹 (沟) 结构能提高炉墙自身锚固力，不 仅能抵抗因垃圾挤压导致的炉墙滑移，同时有效抑制

炉墙受高温热应力导致的炉墙鼓包甚至倒塌的风险 ;   2) 该结构方砖采用高温胶泥砌筑后，密封效果更好， 有效抑制炉内热烟气通过砖缝向外扩散。

2．2   拉固砖

拉固砖是用于拉固立墙的异形砖，齿 ( 凸)  沟( 凹) 部分埋在方砖中，尾部带有拉固的槽，外端通过 金属锚固件固定(或连接) 在炉壳钢结构上，示意图见 图 2。 拉固砖根据砌筑厚度分为 175、210、236、260 和

290 mm 五组砖型。

和传统拉固砖相比，采用齿 (凸) 沟 ( 凹) 结构同 样具有上面提到的方砖的作用效果 ; 同时，拉固件的 设计不仅拉固力强，方便安装施工，而且能起到保护 拉固件的作用，防止受烟气腐蚀。

2．3   镶嵌式空冷砖                                

外端通过螺栓或者侧拉环固定在炉壳钢结构上

2．4   落差墙顶部砖

焚烧炉炉排采用多级分布，各级炉排之间设置落  差。 落差墙采用耐火砖砌筑，起到隔热和耐磨作用。

落差墙顶部砖是用于落差墙顶部的异形砖，下端面带 有凸(齿) 凹(沟) 结构，上、左、右端面为平面，一个端 面与相邻的一个侧面弧形连接，左、右端面后端带有 拉固的孔，外端通过金属锚固件固定(或连接) 在炉壳 钢结构上。 落差墙顶部一般砌筑一组

230 mm 厚的砖。 垃圾翻滚下落运动对落差墙耐火砖 墙有挤压作用，采用凸 (齿) 凹 (沟) 结构可以稳定炉 墙，同时防止烟气外漏。

2．5   起脚砖

起脚砖是用于侧墙与炉排框架起脚位置的异形  砖，下端面和炉排框架配合，上 端 面 带 有 凸 (齿)  凹  (沟) 结构，左右端面带有拉固的孔，外端通过金属锚  固件固定(或连接) 在炉壳钢结构上。

左右侧墙起脚砖是对称正反关系，上部为固定形式卯 榫，根据常用的炉排框架角度分为 15°、21°、25°三个系列 ; 每一系列根据砌筑时有效工作衬厚度分为 125、 160、186、210 和 240 mm 五组砖型。

2．6    出风口砖

3    炉墙模块化设计及应用实践

根据功能对耐火砖砖型和尺寸特征进行分类研  究设计，不仅对炉排炉砖型进行了规范标准化，同时， 利用以上砖型中若干类别，可以实现对炉墙进行模块  化设计。 焚烧炉炉墙实际是由若干个模块化设计单  元组成，每个单元是独立又相互连接的一个整体炉  墙。 这种模块化设计，适用于新建各种炉排炉或者检  修工程，施工简单，通用性强。

例如 : 由主体砖、错缝砖、调节砖、封头砖和拉固  砖按照一定数量和相应砌筑方式形成一个两层砖墙  模块化单元，如图 8 (a) 所示的两个模块砌筑效果图。 依 次由多个模块单元就可以组成整体炉墙， 如  图 8 (b) 所示。 砖型优化和模块化设计方案已经在国  内外垃圾焚烧炉上进行了大量实践。

结果表明，砖型标准化和炉墙模块化设计除了具 有缩短生产周期和维修周期的优点外，还包括 :

( 1) 采用多层拉固模块化设计方案，增加拉固力，

解决了炉墙普遍存在的受热凸起、鼓包问题，提升了 炉墙结构稳定性。 以普吉岛垃圾发电项目为例，该焚 烧炉采用日处理 2 ×500 t 的日立炉排炉，原炉墙设计 共需 74 种砖型，每年因燃烧区炉墙鼓包需要停炉检 修 1 次。 采用标准化砖型和模块化设计方案后，砖型 减少至 5 种，多层拉固结构设计合理，炉墙使用寿命

提升至 4 年以上。

(2) 炉墙模块化，各段炉墙之间可以封闭独立，这 样可以实现在局部高温区域设置风冷炉墙结构。 采

用风冷结构，进一步降低炉墙温度，提高稳定性和耐 火材料使用寿命。 如 图 9 所 示，冷风对高温炉墙冷 却，并带走热量，一般形成 170 ～200 ℃热风，既可以 直接进入炉内做助燃风，也可以引出炉外，然后作为 二次风进入炉内。 例如，北京某垃圾发电项目采用三 菱炉排式焚烧炉，按照原设计共需 260 种砖型，采用 优化模块化设计方案后，砖型减少至 13 种。 同时在 高温区模块采用风冷结构改造设计，明显降低了耐火 材料表面温度。 这不仅提高了炉墙稳定性，还有效抑 制了炉内飞灰在炉墙表面的附着，停炉清灰频次由 1 月 1 次减少为 4 月 1 次，降低了劳动强度，提高了焚 烧炉运转率。

优化方案已经申报了中国材料与试验团体标准，并获 批准发布(T/CSTM 00199—2020) 。

4    结语

对国内主要焚烧炉用户企业做了充分调研，累计 大量样本数据，并结合施工及维修工程实践，证明了 砖型优化设计和标准化工作的可行性。 根据各种炉 排炉耐火砖砖型进行设计，将耐火砖分为方砖、拉固 砖、镶嵌式空冷砖、落差墙顶部砖、起脚砖、出风口砖 和锚固砖等主要砖型。 通过归类总结和优化设计，标 准化了炉排炉炉墙耐火砖砖型设计和尺寸特征。 砖 型的标准化有利于实现焚烧炉炉墙模块化设计。 实 践证明，砖型标准化以及炉墙模块化设计，适用于各 种炉排炉炉墙设计。 这不仅显著提高了生产和施工 效率，降低成本，缩短备货和检修周期，同时多层拉固 的模块化设计和局部高温炉墙采用独立风冷设计，进 一步提高了炉墙的稳定性，减少了停炉清灰频次，显著提高了焚烧炉运转率。

参考文献

［1］    占华生，蔡斌利，王峰裕，等．我国炉排式垃圾焚烧炉耐火材料应

用现状［J］．耐火材料，2020，54 (3) :271－276．

［2］   李金雨，占华生，，刘淑焕，等．垃圾焚烧炉用矾土均质料－ 碳化硅

质抗飞灰附着浇注料的研究［J］．耐火材料，2020，54 (3) : 246－

249．

［3］   张晓明，王颖．垃圾焚烧技术的发展状况［J］．建筑与预算，2017，

252 (4) : 31－33．

［4］   赵继增，刘忠选，陈路兵，等．垃圾焚烧炉用耐火材料的现状与发

展［J］．耐火材料，2000，34 (6) : 353－355．

［5］    占华生，夏银凤，赵燕，等．均质料在垃圾焚烧炉用耐磨浇注料中

的应用研究［C］/ /2011 全国不定形耐火材料学术会议论文集，

上海，2011 : 540－542．

［6］   吴永新．生活垃圾机械炉排焚烧炉结焦积灰的问题分析及控制

对策研究［D］．北京 : 清华大学，2013．

［7］   李存弼，董舜杰．垃圾焚烧炉用耐火材料的性能［J］．耐火材料，

2011，45 (6) : 477－478．

Standardization  research   of   refractory   brick   type   design   for   household   refuse   grate   incinerators /  Wang Fengyu，Zhan  Huasheng，Zhang Tiqiang，Jiang Zixing，Xiao  Dayong，Wang Tianshuai，Yuan Zhen- qiang，Deng Xinkai，Zhang Haiyuan，Gao Changhe / /Naihuo Cailiao．－2021，55 (2) : 155

Abstract : According to the refractory brick types of various grate incinerators in China，the refractory bricks  were classified into square brick，pulled anchor brick，mosaic air-cooled brick，drop wall top brick，starting  brick，air outlet brick，anchor brick，etc．By categorizing summary and design optimization，the refractory  brick type design and dimensional characteristics of the grate incinerator walls were standardized．In com- bination with the expansion design needs and the furnace wall structural features，the furnace walls were  divided into several modular design units，each unit is an independent and interconnected whole．Practice  proved that the brick type standardization and the modular design of the furnace wall were suitable for the  design of various grate furnace walls，which significantly improved production and construction efficiency， reduced costs，and shortened the stocking and  maintenance cycle．Meanwhile，the multi-layer anchoring  flexible design and independently air-cooled design of the local high-temperature furnace wall further im- proved the stability of the furnace wall and reduced the frequency of furnace shutdown for ash removal， significantly extending the operating rate of the incinerator．

Key words : grate incinerator ; brick type standardization ; modularization of furnace wall ; combustion zone ; air-cooled furnace wall

First author’s address : Tongda Refractory Technology Co．，Ltd．，Beijing 100041，China