垃圾焚烧炉用耐火材料

为适应环保产业的日益发展,满足焚烧炉的需要,世界各国开发使用了各种优质耐火材料,并取得了显著的使用效果,因而继续研究开发性能优异的耐火材料已成为当务之举。

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简介

为适应环保产业的日益发展,满足焚烧炉的需要,世界各国开发使用了各种优质耐火材料,并取得了显著的使用效果,因而继续研究开发性能优异的耐火材料已成为当务之举。

关键词

随着世界人口的不断增加和经济的高速发展,城市垃圾和工业废物的数量急剧增多。垃圾的存在不仅占用大量的空间,而且对地球环境造成严重污染,危害人类和动植物的环境。因而城市垃圾和产业废弃物的处理是一个亟待解决的问题。
目前,世界各国为实现“综合的垃圾经济”所做的努力越来越多,这一概念的主要内容是避免产生垃圾和重新利用垃圾。西方一些国家对垃圾处理所做的努力取得了显著成绩,研究开发了各种处理垃圾的方法:生物处理、热处理以及生物处理和热处理相结合。比较研究各种垃圾处理的方法后表明,目前还没有哪一种技术能够代替焚烧法,该法具有减容量大、处理及时、无害化程度高且可以回收热能等一系列优点而倍受关注,已成为发达国家处理垃圾的主要方式。
为适应环保产业的日益发展,满足焚烧炉的需要,世界各国开发使用了各种优质耐火材料,并取得了显著的使用效果,因而继续研究开发性能优异的耐火材料已成为当务之举。
1垃圾焚烧炉的类型和特点
常见的焚烧炉有:间歇式焚烧炉、炉箅式焚烧炉、CAO焚烧系统、流化床式焚烧炉、回转炉式焚烧炉等。图1是垃圾焚烧设备的流程图。
图1垃圾焚烧设备流程图
1.平台;2.垃圾装入门;3.垃圾坑;4.垃圾吊车;5.垃圾料斗;6.焚烧炉;7.锅炉;8.反应塔;9.除尘装置;10.抽风机;11.烟囱;12.强制鼓风机;13.蒸汽式空气预热器;14.运灰机;15.磁选机;16.灰坑;17.灰吊车;18.金属运送机;19.金属坑;20.除尘粉尘运送机;21.反应塔下粉尘运送机;22.集中粉尘运送机;23.飞灰处理装置;24.飞灰坑;25.防止白烟用鼓风机;26.蒸汽式空气加热器;27.垃圾污水槽;28.垃圾水中间槽;29.高压蒸汽储汽器;30.蒸汽汽轮机;31.中央控制室;32.控制传感器室;33.受电变电室;34.锅炉副机室;35.闸门操作室
1.1间歇式焚烧炉
间歇式焚烧炉一般分为小型炉和大型炉,目前使用的焚烧炉多半是小型炉,一次性投入垃圾,焚烧结束后,再次投入垃圾,日处理垃圾量在25t以下,一般按规定的时间出灰。炉下部设有炉箅、气体冷却、废气排出和送风装置;若是大型炉,常设有垃圾投入和排灰装置。无论是大型炉还是小型炉,其特点为:结构简单,建设费用少、使用时间长;但气体量和气体温度波动大,热量有效利用差,灰份残渣多等。
1.2炉箅式焚烧炉
炉箅式焚烧炉也称炉排式焚烧炉,是一种连续式焚烧炉,因其优良的使用性能而逐渐取代了间歇式焚烧炉。目前城市垃圾焚烧炉大多数为这种焚烧炉(约占70%),其日处理量为80-200t,大型炉为300-600t。炉箅式焚烧炉底部设有多段炉算,炉箅上堆放用料斗供给的垃圾,在移动炉箅的同时,在其下部吹入燃烧空气,进行干燥、燃烧。炉箅式焚烧炉的特点是:炉身高大,造价较高;只有一个燃烧室,对进入炉内的垃圾不必分选、破碎;固体垃圾在炉内停留约1-3h,气体停留约几秒种;垃圾的表层温度为800℃,烟气温度为800-1000℃;要求炉排耐高温、耐腐蚀、机械性能好。
为减少焚烧炉产生的有害气体(如二恶英、NO、NO2、CO等),日本钢管公司采用NKK技术开发了双回流炉箅式焚烧炉,使来自副烟道的还原性气体与主烟道的燃烧气体进行再燃烧,从而抑制NOx气体的发生,促进燃气的完全燃烧,减少二恶英的发生。
1.3CAO(Controlled Air Oxidation控制空气燃烧)焚烧系统
该系统是一种新型垃圾焚烧炉,采用的是垃圾热氧化分解技术,其特点是:垃圾在燃烧前要经过热解、气化;对垃圾的热值没有严格要求(不像其他类型的焚烧炉);有两个燃烧室,固体垃圾在燃室,气体在第二燃室,前者温度为600-800℃,停留时间约3-6h,后者温度为800-1000℃,停留时间约为1-3s;整个系统结构紧凑,占地面积小,炉排固定,造价低。
1.4流化床式焚烧炉
流化床式焚烧炉其关键技术为鼓风机和空气输送装置,炉体有圆形和方形,垃圾在进人炉内须进行粉碎(10-30cm),气体冷却方式有锅炉式和喷水式,全连续燃烧式大型炉采用锅炉式冷却方式。炉内沸腾化的载体沙子(600-800℃)不仅使垃圾悬浮燃烧,而且使沸腾层温度均匀。其特点是:炉内热容量大,可燃烧热值较低的垃圾;炉内温度均匀,燃烧充分,垃圾停留时间长,日处理量小(约2000t)。
1.5回转窑式工业垃圾焚烧炉
回转窑式工业垃圾焚烧炉由回转窑本体、废弃物供给装置、驱动装置、烧嘴、二次燃烧炉等组成,在其后部设有焚烧炉箅,并配有出灰运输机,顶部有二次燃烧气体鼓入装置。其特点是:适合处理大型垃圾和产业废弃物(如污泥、燃油、沥青、涂料渣和塑料等);垃圾在回转窑中回转燃烧,温度约为900℃,二次燃烧炉温度为1100-1200℃。

垃圾焚烧炉的技术性能和经济效益主要受到炉衬用耐火材料的影响,而炉内气氛、使用温度、熔融物的侵蚀以及应力在不同程度上影响了耐火材料的使用寿命,从而影响了整个焚烧炉的使用寿命。因此,分析探讨其影响因素显得尤为重要。
(1)炉内气氛的影响
不同的炉内气氛对耐火材料的侵蚀程度不同,垃圾焚烧炉多为氧化气氛,在选择材质之际,很难对非氧化物系耐火材料(如SiC)的使用气氛界限加以定义,这不仅由于某些气体(包括碱金属蒸汽)的浓度,而且由于温度、压强等也将发生微妙的变化。研究表明:SiC砖的耐蚀性在氧化气氛下比在还原气氛下约大10倍。
(2)使用温度的影响
焚烧炉的最高温度为1400℃,一般随温度的增加侵蚀率急剧增加。当温度超出1400℃时,情况更为如此,特别是粘土、高铝质耐火材料更容易受温度的影响。
(3)CaO/SiO2的影响
炉渣作为焚烧炉焚烧产生的残余物,其主要成分是Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3以及碱性氧化物、碳酸盐和碱土金属。CaO/SiO2成为其主要影响因素。相比之下Al2O3-Cr2O3等中性耐火材料比碱性耐火材料更易受其影响,随着CaO/SiO2的增大,侵蚀程度加大,一般C-SiC砖比SiC砖更难受CaO/SiO2的影响。通常CaO/SiO2=1.0为临界点,高于此点,可选用MgO、尖晶石、C系耐火材料;低于此点,选用Al2O3、Cr2O3、SiC系耐火材料最佳。
(4)应力的影响
焚烧炉所承受的应力主要有以下几种:①温度梯度所引起的热应力;②金属框架和耐火材料膨胀差在接触部位产生的机械应力(包括摩擦);③氧化、腐蚀(HCl、Cl2)、外来成分引起的化学变化和结晶转移等引发的构造应力;④腐蚀、支柱先行遭到破坏引起的支撑应力丧失。
经验表明,焚烧炉的数个应力区域内其应力基本均衡,应力的大小取决于工艺过程。随着焚烧炉用耐火材料内衬栅要求的稳步提高,抵抗应力的方法有如下几种:
①优化焚烧炉的操作工艺,如通过调节过剩的空气系数以及垃圾混合物;②改进耐火材料以提高内衬寿命;③使用优质耐火材料。

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