垃圾焚烧炉各区域功能解析：从干燥到燃烬的精细化控制

垃圾焚烧技术作为城市固废处理的核心手段，通过高温热解实现垃圾减量化、无害化与资源化。其中，机械炉排焚烧炉凭借其技术成熟度与运行稳定性，占据全球80%以上市场份额。其核心设计理念在于将炉膛划分为干燥区、燃烧区与燃烬区三大功能模块，通过精准控制各区域温度、氧气浓度及物料运动状态，实现垃圾燃烧效率与污染物排放的双重优化。

一、干燥区：垃圾热解的预处理引擎

干燥区是垃圾焚烧流程的起始端，承担着水分蒸发与热解气化的双重任务。该区域通过炉排的往复运动，使垃圾在厚度约0.8-1.2米的料层中形成自然堆积。当垃圾从进料斗落入干燥区时，首先接触来自燃烧区的辐射热（约300-500℃），此时垃圾中的游离水开始蒸发。随着炉排的阶梯式推送，垃圾逐渐向燃烧区移动，在此过程中，结合水与部分挥发性有机物在400-600℃温度下发生热解反应，生成CO、H₂及低分子烃类气体。

技术关键点：

1. 热传导效率优化：采用阶梯式炉排设计，通过调整炉排倾角（通常为15-25°）与运动频率（0.5-2次/分钟），控制垃圾料层厚度与停留时间。某型焚烧炉数据显示，当料层厚度控制在1.0米时，干燥效率可达85%以上。
2. 气体收集系统：在干燥区顶部设置集气罩，通过负压抽吸将热解气体导入二次燃烧室，既防止可燃气体在低温区积聚引发爆燃，又实现能源的梯级利用。
3. 防粘结设计：炉排片表面采用高铬镍合金镀层，配合脉冲式空气吹扫装置，有效解决高湿度垃圾（含水率>50%）在炉排表面的粘附问题。

二、燃烧区：高温氧化的核心反应场

燃烧区是垃圾焚烧的能量释放中心，其设计直接决定燃烧效率与污染物生成量。该区域通常划分为高温燃烧区与稳定燃烧区两个子模块，通过精准控制氧浓度梯度实现燃烧过程的动态平衡。

（一）高温燃烧区（主燃区）

高温燃烧区位于燃烧区前端，温度控制在850-1100℃区间，氧气浓度维持在6-10%。垃圾在此区域经历三个关键反应阶段：

1. 挥发分燃烧：热解产生的可燃气体（CO、H₂、CH₄等）与二次风充分混合，在0.2-0.5秒内完成燃烧反应，释放大量热能。
2. 固定碳燃烧：垃圾中的碳颗粒在高温下与氧气发生表面反应，其反应速率受氧扩散速率控制。通过设置扰流板增强气体湍流度，可使碳燃烧效率提升15-20%。
3. 二噁英分解：在850℃以上高温与充足氧气条件下，垃圾中的前驱物（如氯苯、氯酚）发生开环断裂，二噁英分解率可达99.99%。

技术突破：某新型焚烧炉采用分级燃烧技术，在高温燃烧区设置两层燃烧器：底层燃烧器提供基础热源（温度≥850℃），上层燃烧器补充富氧空气（O₂浓度≥21%），使燃烧区温度均匀性提升至±15℃，有效抑制局部缺氧导致的CO生成。

（二）稳定燃烧区

稳定燃烧区位于高温燃烧区下游，温度维持在750-850℃，氧气浓度控制在4-6%。该区域的主要功能包括：

1. 残碳燃尽：通过延长垃圾停留时间（通常为30-60分钟），确保固定碳完全燃烧。某实测数据显示，当停留时间延长至45分钟时，灰渣含碳量可降至2%以下。
2. NOx控制：在缺氧环境下（O₂<5%），部分NOx被还原为N₂，配合SNCR脱硝系统，可使NOx排放浓度低于100mg/Nm³。
3. 飞灰捕集：通过设置折流板改变烟气流向，使粒径>10μm的飞灰颗粒在离心力作用下沉积于炉排表面，减少后续除尘系统负荷。

三、燃烬区：最终氧化的保障模块

燃烬区是垃圾焚烧流程的终端环节，其核心任务是确保未燃尽物质完全转化。该区域温度控制在600-750℃，氧气浓度维持在3-5%，通过以下设计实现高效燃烬：

1. 炉排结构优化：采用逆推式炉排设计，使垃圾在反向运动中实现充分翻滚。某型焚烧炉实测表明，逆推炉排可使灰渣热灼减率从8%降至3%以下。
2. 补燃系统：在燃烬区顶部设置天然气补燃装置，当温度低于600℃时自动启动，确保难燃物质（如玻璃、金属氧化物）中的有机物完全分解。
3. 灰渣冷却：通过炉排下方通入冷却空气（流量控制在5000-8000Nm³/h），使排出灰渣温度从600℃降至200℃以下，防止灰渣自燃与设备热变形。

四、区域协同控制：智能化的燃烧优化

现代垃圾焚烧炉通过DCS控制系统实现各区域动态协同：

1. 温度闭环控制：在干燥区、燃烧区、燃烬区分别设置热电偶，实时监测温度并反馈至PLC控制器。当燃烧区温度偏离设定值±20℃时，系统自动调整燃烧器功率与一次风量。
2. 氧浓度梯度管理：通过变频风机精确控制各区域送风量，使干燥区氧浓度<3%、高温燃烧区6-10%、稳定燃烧区4-6%、燃烬区3-5%，形成"缺氧-富氧-缺氧"的梯度燃烧环境。
3. 物料流动优化：采用液压驱动系统控制炉排运动频率（0.5-3次/分钟）与行程（50-200mm），结合垃圾热值（通常为6000-8000kJ/kg）动态调整推送速度，确保各区域停留时间符合设计要求。

五、技术演进方向

当前垃圾焚烧炉区域功能设计呈现两大趋势：

1. 超低排放技术：通过在燃烧区后端增设催化过滤装置，使二噁英排放浓度降至0.05ng-TEQ/Nm³以下，达到欧盟2019标准。
2. 资源化利用升级：在燃烬区设置金属分选系统，通过磁选与涡电流分选技术，可回收灰渣中95%以上的铁磁性物质与80%以上的有色金属，实现"焚烧-分选-再生"的闭环产业链。

垃圾焚烧炉的区域功能设计是热力学、流体力学与材料科学的交叉融合。从干燥区的热解预处理到燃烬区的最终保障，每个模块都承载着特定的物理化学过程。随着智能控制技术与新材料的应用，垃圾焚烧正从单纯的末端处理向能源化、资源化方向转型，为城市可持续发展提供关键支撑。