垃圾焚烧电厂专用抓斗起重机隐患分析与解决方案
焚烧是城市生活垃圾处理三大方法之一。以焚烧生活垃圾为目的，实现垃圾减容、灭菌和无害化处理并实现焚烧余热利用是一种新兴生活垃圾处置方式。深圳在1988年率先建成国内第一家城市生活垃圾焚烧厂——深圳市市政环卫综合处理厂。以此为开端上海、广州、杭州、北京、天津、宁波、温州、佛山等沿海地区经济较为发达城市和内地的重庆、哈尔滨等城市亦建成一批生活垃圾焚烧处理设施。至2007年底，全国已建成城市生活垃圾焚烧电厂67座，处理能力达4.58万t/日。当今，采用焚烧技术处理生活垃圾，已成为众多发达国家和地区城市最重要的垃圾处理方式。
垃圾抓斗起重机应用
垃圾抓斗起重机是垃圾焚烧电厂重要辅助设备，它的作用是对垃圾贮坑内的生活垃圾进行抓取、搅拌、分区堆酵，并将垃圾投入垃圾焚烧锅炉进行焚烧。垃圾抓斗起重机属于专用桥式起重机，其主要部件由抓斗、卷扬装置、行走装置、电缆悬挂装置、操作控制装置、称重装置和安全保护装置构成，全部机构在固定式操作室进行操控，通常称为垃圾吊车。
与抓吊单一物料的通用桥式起重机相比，垃圾抓斗起重机除抓吊具有不定型特征的生活垃圾外，还根据垃圾焚烧工艺要求，对垃圾贮坑内垃圾进行搅拌、分区堆放并实现生活垃圾初步发酵。国内生活垃圾低位热值大多在5000kJ / kg左右，含水率约为50%，与发达国家城市相比，其特征是热值低、含水率高、组分成分变化大，因此须对入炉焚烧前垃圾采取搅拌、堆酵处理方式，有效提高入炉垃圾中的可燃成分含量，减少入炉垃圾在烘干过程中热量损失，提高入炉生活垃圾低位热值。生活垃圾在搅拌过程中，大部分水分以渗滤液形式沥除，垃圾中混存的不可燃无机质成分在重力作用下逐渐下移并积存到垃圾贮坑坑底，避免过多不可燃成分投入垃圾焚烧炉内，确保了入炉垃圾热值及垃圾焚烧炉炉温相对稳定。通过垃圾吊车的操作，垃圾搅拌与堆酵成为低热值生活垃圾焚烧工艺中必不可少的重要环节。
垃圾抓斗起重机性能要求与作业环境特征
1.垃圾抓斗起重机各主要机构需频繁起停、反向切换和变速，作业强度大
根据工艺设计要求，垃圾抓斗起重机通过主令操作器操作，使垃圾抓斗在垃圾贮坑及焚烧炉投料口上方任意移动、开启与闭合动作，从而完成垃圾焚烧工艺要求的垃圾卸料门口垃圾抓空与堆放、堆放区垃圾搅拌与堆酵，以及焚烧炉供料等。为了避免垃圾抓斗起重机在工作中与垃圾贮坑周围建筑物碰撞，在其运行区域分别设置了上下、左右、前后常用限位开关和极限限位开关，当抓斗行至这些限位位置时，垃圾抓斗起重机就自行停止，反向操作，则重新启动运行。正常作业时，垃圾抓斗起重机各主要机构需频繁起停、反向切换和变速，作业强度较大。
2.抓斗抓取物组分不均匀，抓吊难度大
与通用抓斗抓取的其它单一物料不同，城市生活垃圾由不同类型固体废弃物混合构成，含有大量的橡塑、厨余和家庭生活织物以及一些工业品纤维和带状条状物品，通常还混有一些固体不可燃无机物。通常情况下，这些家庭生活垃圾和工业品废料等以不定的组分无规则地交织在一起，性质不稳定，且松弛或结块，软硬粘结交织，抓吊难度极大。
3．垃圾抓斗起重机起升高度和水平移距较大
按照垃圾焚烧锅炉结构，垃圾入炉投料口一般设置在较高位置，以便垃圾在其自身重力作用下向下滑落而松动，有利于垃圾焚烧。一般情况下，垃圾贮坑坑底低于负10m，投料口设置标高20m或更高，垃圾抓斗起重机实际起升高度均大于30M；水平移动距离则大于或等于垃圾焚烧炉投料口平台与两端检修平台的总长度，以利于投料作业和日常维护保养。正常作业时，垃圾抓斗起重机起升高度和水平移距较大。
4．垃圾抓斗起重机作业环境非常恶劣
作为垃圾焚烧电厂重要设施的垃圾贮坑中含有酸、硷性气体，并具有温度高、湿度大、灰尘多特点。由于生活垃圾在发酵过程中产生并逸出易燃易爆的烷类气体和硫化氢等腐蚀性气体，以及大量粉尘和水蒸汽充斥在垃圾贮坑上方，垃圾抓斗起重机作业区环境极差，对设备腐蚀严重，对作业人员身体健康有很大影响。无论是运行操作还是设备检修，不可避免在恶劣环境下工作。
垃圾抓斗起重机特殊性隐患成因与解决方案
1．垃圾抓斗起重机运行中频繁启停事故隐患及解决方案
垃圾抓斗起重机启动与停车过程中，一个显著特征是加速度a突然加大，此时机械部件所受的力或力矩突增，吊车机械部件在齿轮啮合处、联轴器、钢丝绳与抓斗连接处以及支承点受到集中冲击力，加剧机械部件疲劳，易导致塑性变形损坏。而电气设备在启动过程中由于启动负荷突然加大，电气回路中电流过大，容易导致电机和电气部件绝缘老化甚至过电流烧毁，电气设备故障大部分发生在设备启动阶段。（来源：环卫科技网）
通常情况下，机电设备启动和变速是硬启动，使用变频技术，利用变频器的软启动功能可使启动电流从零开始，实现无极调速和平滑调速，使电机最大电流不超过额定电流，可以有效消除频繁启动对机电设备的危害，且节能效果显著。同时，垃圾抓斗起重机在生产运行过程中需要完成繁多动作，通过采用PLC元件存储事先设定的各种指令，通过数字或模拟的输入或输出，完成确定的逻辑、顺序、定时、计数、运算和一些确定的功能，来控制设备运行。图一是对原日本进口垃圾吊车进行改造后的的电气控制系统结构图，基于PLC与变频技术在垃圾抓斗起重机的结合应用，将操作室主令控制器和现场中各常用行程开关、各及极限限位开关、称重位置开关及红外线防撞装置等信号送入PLC,经过PLC运算与比较，得出参数，送给变频器，由变频器控制电机的转速，达到调节垃圾抓斗起重机预期的启动与停止运行效果，并对入炉垃圾进行称重计量与打印。制动时，变频器从电网吸收少量电能用于电动机励磁，电动机处于发电状态，由发电时产生的制动力矩使机构减速，发电产生的电能经由与变频器配套的制动单元最终通过制动电阻以热能形式释放。PLC与变频技术在垃圾抓斗起重机的应用，提高了生产效率，可靠性强，大大延长了设备的使用寿命。
2．优化选择垃圾抓斗，提高生产效率
从结构上，抓斗分为叉式和爪式两种。叉式抓斗有两个宽爪，由于叉式抓斗仅依靠互为对面的两个宽爪收拢和抓取垃圾，斗容有限，多用于规模较小的垃圾发电厂；爪式抓斗则有五个以上的爪，抓取垃圾时，各个爪同时收拢，相互靠紧，形成一个斗状，斗容较大；抓斗爪的开闭动力分为液压驱动和机械驱动二种形式，液压驱动由于具有力量大和稳定性好等特点，易于分离和抓取粘结交织的城市生活垃圾，抓取斜面垃圾效果好，生产效率高。同时，使用液压驱动方式，液压油缸具有良好的伸缩性，可以自动调节抓爪闭合程度以利于抓取包括大小、形状和硬度等组分和性质不同的城市生活垃圾，还能够有效对垃圾贮坑内垃圾进行搅拌作业。通过不同结构和不同驱动方式的抓斗在生产中使用实践表明，垃圾抓斗起重机采用多爪式液压抓斗，生产效率高，可以较好满足工作强度较大的垃圾前处理工作需要。抓斗液压系统采用液压集成控制中心，可从根本上解决液压系统发热及开闭无力现象。
3．垃圾抓斗起重机起升高度与水平移距对生产率影响及解决方案
垃圾抓斗起重机生产率可按下式计算：
Q=8×60×60，其中q是额定起重量（t）,α是时间利用系数，β是起重量利用系数，T是每一个工作循环延续时间（s）；
T=t1+t2 + H1/V1 + H2/V2 + L3/V3 + L4/V4
上式中，t1、t2分别是抓料、投料时间（s）；
H1、H2分别是向上、向下运输高度（m）；
V1、V2分别是向上、向下运输速度（m/s）；
L3、L4分别是水平移动运输、空回的距离（m）；
V3、V4分别是水平移动运输、空回的速度（m/s）；
从上式可知，由于垃圾抓斗起重机起升高度与水平移动距离较大，通过增大抓斗向上、向下运行速度V1与V2 ，以及水平移动速度V3与V4，可以有效提高生产率，为此，主令控制器在各个运行方向上设置了4-0-4档位，实际运行中，当运输路程较长时，通过主令控制器进行有级给定，加大运输速度，可以显著提高生产率。
使用通用电动电缆卷筒来实现抓斗油泵马达供电电缆随抓斗升降而收放时，由于抓斗起升高度大，电缆收起与制动时受到较大拉力，经常出现断芯或电缆绝缘被破损现象，导致垃圾抓斗起重机停运。解决方案是改造电缆卷筒，在原有通用电动电缆卷筒的基础上，增加一套与电缆同样卷起方式和长度的绳索及附件，使电缆卷筒在收放时，绳索受力，而电缆不受力；从抓斗钢丝绳卷筒引伸出一条传动链到专用电缆卷筒，使电缆卷筒与抓斗钢丝绳卷筒保持同步且悬挂的电缆留出适度的冗余，由于电缆随着抓斗升降而同步收放，电缆不再受到自重之外拉伸力。该技改项目已在国内多家垃圾焚烧发电厂推广应用。
4．垃圾抓斗起重机操控环境的改善
垃圾贮坑温度高、湿度大、灰尘多，生活垃圾在发酵过程中产生的易燃易爆烷类气体和硫化氢等腐蚀性气体，对设备和作业人员有较大危害性。为了确保操作人员身体健康，操作室应设计成远程控制固定操作室，使操作室与垃圾贮坑完全隔离并通过正压换风，保持良好的操作环境。远程控制固定操作室须具有良好视角，通过玻璃视窗，操作人员可以方便观察到整个垃圾贮坑垃圾分布情况以及垃圾投料口料位堆积状况。垃圾抓斗起重机电气控制系统各组件容易受到垃圾贮坑恶劣环境污染和侵蚀，其电气控制柜应设置在与垃圾贮坑隔离的远程控制固定操作室及其附近位置，并保持良好通风和必要空调的环境条件，垃圾吊车电机和控制开关均按防爆标准配置，所有电气控制系统供电均应采用电缆式配电。
参考文献：
[1]《城市生活垃圾焚烧处理技术》龚伯勋张洪波郑昆明等--中国建筑工业出版社2004年1月第一版
[2] 《环卫机械设备合理选择与经济使用》钟振洋阿世孺等--中国建筑工业出版社1999年8月第一版
[3]《城市垃圾管理与处理处置标准规范应用》林援朝--光明日报出版2006年
[4]《起重机设计手册》张质文，虞和谦，包起帆等--中国铁道出版社 2005年
（作者单位：深圳市市政环卫综合处理厂1、深圳市专家联合会2、中国光大环境工程有限公司3）
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