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垃圾焚燒爐用耐火材料

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關鍵詞

隨著世界人口的不斷增加和經濟的高速發展,城市垃圾和工業廢物的數量急劇增多。垃圾的存在不僅占用大量的空間,而且對地球環境造成嚴重污染,危害人類和動植物的環境。因而城市垃圾和產業廢棄物的處理是一個亟待解決的問題。
目前,世界各國為實現“綜合的垃圾經濟”所做的努力越來越多,這一概念的主要內容是避免產生垃圾和重新利用垃圾。西方一些國家對垃圾處理所做的努力取得了顯著成績,研究開發了各種處理垃圾的方法:生物處理、熱處理以及生物處理和熱處理相結合。比較研究各種垃圾處理的方法后表明,目前還沒有哪一種技術能夠代替焚燒法,該法具有減容量大、處理及時、無害化程度高且可以回收熱能等一系列優點而倍受關注,已成為發達國家處理垃圾的主要方式。
為適應環保產業的日益發展,滿足焚燒爐的需要,世界各國開發使用了各種優質耐火材料,并取得了顯著的使用效果,因而繼續研究開發性能優異的耐火材料已成為當務之舉。
1垃圾焚燒爐的類型和特點
常見的焚燒爐有:間歇式焚燒爐、爐箅式焚燒爐、CAO焚燒系統、流化床式焚燒爐、回轉爐式焚燒爐等。圖1是垃圾焚燒設備的流程圖。
圖1垃圾焚燒設備流程圖
1.平臺;2.垃圾裝入門;3.垃圾坑;4.垃圾吊車;5.垃圾料斗;6.焚燒爐;7.鍋爐;8.反應塔;9.除塵裝置;10.抽風機;11.煙囪;12.強制鼓風機;13.蒸汽式空氣預熱器;14.運灰機;15.磁選機;16.灰坑;17.灰吊車;18.金屬運送機;19.金屬坑;20.除塵粉塵運送機;21.反應塔下粉塵運送機;22.集中粉塵運送機;23.飛灰處理裝置;24.飛灰坑;25.防止白煙用鼓風機;26.蒸汽式空氣加熱器;27.垃圾污水槽;28.垃圾水中間槽;29.高壓蒸汽儲汽器;30.蒸汽汽輪機;31.中央控制室;32.控制傳感器室;33.受電變電室;34.鍋爐副機室;35.閘門操作室
1.1間歇式焚燒爐
間歇式焚燒爐一般分為小型爐和大型爐,目前使用的焚燒爐多半是小型爐,一次性投入垃圾,焚燒結束后,再次投入垃圾,日處理垃圾量在25t以下,一般按規定的時間出灰。爐下部設有爐箅、氣體冷卻、廢氣排出和送風裝置;若是大型爐,常設有垃圾投入和排灰裝置。無論是大型爐還是小型爐,其特點為:結構簡單,建設費用少、使用時間長;但氣體量和氣體溫度波動大,熱量有效利用差,灰份殘渣多等。
1.2爐箅式焚燒爐
爐箅式焚燒爐也稱爐排式焚燒爐,是一種連續式焚燒爐,因其優良的使用性能而逐漸取代了間歇式焚燒爐。目前城市垃圾焚燒爐大多數為這種焚燒爐(約占70%),其日處理量為80-200t,大型爐為300-600t。爐箅式焚燒爐底部設有多段爐算,爐箅上堆放用料斗供給的垃圾,在移動爐箅的同時,在其下部吹入燃燒空氣,進行干燥、燃燒。爐箅式焚燒爐的特點是:爐身高大,造價較高;只有一個燃燒室,對進入爐內的垃圾不必分選、破碎;固體垃圾在爐內停留約1-3h,氣體停留約幾秒種;垃圾的表層溫度為800℃,煙氣溫度為800-1000℃;要求爐排耐高溫、耐腐蝕、機械性能好。
為減少焚燒爐產生的有害氣體(如二惡英、NO、NO2、CO等),日本鋼管公司采用NKK技術開發了雙回流爐箅式焚燒爐,使來自副煙道的還原性氣體與主煙道的燃燒氣體進行再燃燒,從而抑制NOx氣體的發生,促進燃氣的完全燃燒,減少二惡英的發生。
1.3CAO(Controlled Air Oxidation控制空氣燃燒)焚燒系統
該系統是一種新型垃圾焚燒爐,采用的是垃圾熱氧化分解技術,其特點是:垃圾在燃燒前要經過熱解、氣化;對垃圾的熱值沒有嚴格要求(不像其他類型的焚燒爐);有兩個燃燒室,固體垃圾在燃室,氣體在第二燃室,前者溫度為600-800℃,停留時間約3-6h,后者溫度為800-1000℃,停留時間約為1-3s;整個系統結構緊湊,占地面積小,爐排固定,造價低。
1.4流化床式焚燒爐
流化床式焚燒爐其關鍵技術為鼓風機和空氣輸送裝置,爐體有圓形和方形,垃圾在進人爐內須進行粉碎(10-30cm),氣體冷卻方式有鍋爐式和噴水式,全連續燃燒式大型爐采用鍋爐式冷卻方式。爐內沸騰化的載體沙子(600-800℃)不僅使垃圾懸浮燃燒,而且使沸騰層溫度均勻。其特點是:爐內熱容量大,可燃燒熱值較低的垃圾;爐內溫度均勻,燃燒充分,垃圾停留時間長,日處理量小(約2000t)。
1.5回轉窯式工業垃圾焚燒爐
500万彩票 回轉窯式工業垃圾焚燒爐由回轉窯本體、廢棄物供給裝置、驅動裝置、燒嘴、二次燃燒爐等組成,在其后部設有焚燒爐箅,并配有出灰運輸機,頂部有二次燃燒氣體鼓入裝置。其特點是:適合處理大型垃圾和產業廢棄物(如污泥、燃油、瀝青、涂料渣和塑料等);垃圾在回轉窯中回轉燃燒,溫度約為900℃,二次燃燒爐溫度為1100-1200℃。

垃圾焚燒爐的技術性能和經濟效益主要受到爐襯用耐火材料的影響,而爐內氣氛、使用溫度、熔融物的侵蝕以及應力在不同程度上影響了耐火材料的使用壽命,從而影響了整個焚燒爐的使用壽命。因此,分析探討其影響因素顯得尤為重要。
(1)爐內氣氛的影響
不同的爐內氣氛對耐火材料的侵蝕程度不同,垃圾焚燒爐多為氧化氣氛,在選擇材質之際,很難對非氧化物系耐火材料(如SiC)的使用氣氛界限加以定義,這不僅由于某些氣體(包括堿金屬蒸汽)的濃度,而且由于溫度、壓強等也將發生微妙的變化。研究表明:SiC磚的耐蝕性在氧化氣氛下比在還原氣氛下約大10倍。
(2)使用溫度的影響
焚燒爐的最高溫度為1400℃,一般隨溫度的增加侵蝕率急劇增加。當溫度超出1400℃時,情況更為如此,特別是粘土、高鋁質耐火材料更容易受溫度的影響。
(3)CaO/SiO2的影響
爐渣作為焚燒爐焚燒產生的殘余物,其主要成分是Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3以及堿性氧化物、碳酸鹽和堿土金屬。CaO/SiO2成為其主要影響因素。相比之下Al2O3-Cr2O3等中性耐火材料比堿性耐火材料更易受其影響,隨著CaO/SiO2的增大,侵蝕程度加大,一般C-SiC磚比SiC磚更難受CaO/SiO2的影響。通常CaO/SiO2=1.0為臨界點,高于此點,可選用MgO、尖晶石、C系耐火材料;低于此點,選用Al2O3、Cr2O3、SiC系耐火材料最佳。
(4)應力的影響
焚燒爐所承受的應力主要有以下幾種:①溫度梯度所引起的熱應力;②金屬框架和耐火材料膨脹差在接觸部位產生的機械應力(包括摩擦);③氧化、腐蝕(HCl、Cl2)、外來成分引起的化學變化和結晶轉移等引發的構造應力;④腐蝕、支柱先行遭到破壞引起的支撐應力喪失。
經驗表明,焚燒爐的數個應力區域內其應力基本均衡,應力的大小取決于工藝過程。隨著焚燒爐用耐火材料內襯柵要求的穩步提高,抵抗應力的方法有如下幾種:
①優化焚燒爐的操作工藝,如通過調節過剩的空氣系數以及垃圾混合物;②改進耐火材料以提高內襯壽命;③使用優質耐火材料。

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