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垃圾焚烧炉用耐火耐磨材料探讨

  垃圾焚烧炉的安全可靠运行在很大程度上取决于耐火材料的稳定性,近年来,许多垃圾焚烧炉都因为耐火耐磨材料的选用不当或不合格造成停炉事件,给垃圾焚烧厂造成一定损失。垃圾焚烧炉的工作温度一般不超过1200℃,但焚烧时产生的气体(如HCL,SO2,CL2,CO及碱金属蒸汽等)对耐火材料的侵蚀性较强。同时,垃圾在高温移动中对焚烧炉的某些部位(如炉底、落料口及侧墙等)的磨损和热冲击较大,尤其是循环流化床垃圾焚烧炉,垃圾及循环床料对炉膛布风板,燃烧区炉墙,炉膛出口与分离器进口等部位的磨损和热冲击更为强烈;因此要求焚烧炉用耐火材料具有以下特点:(1)高强度和良好的耐磨性,以抵抗固体物料的磨损和热气流的冲刷;
(2)良好的体积稳定性和耐酸性,以抵抗炉内酸性物质的侵蚀;
(3)良好的热震稳定性,以抵抗炉温的变化对材料的破坏;
(4)良好的CO侵蚀能力,以避免因CO侵蚀而引起炉衬崩裂;
(5)良好的高温强度和耐热、隔热性。
  由于不同的垃圾焚烧炉对耐火材料的需求不同,下面仅对目前应用最广的炉排炉和循环流化床垃圾焚烧炉用耐火耐磨材料进行探讨。
 
1、炉排垃圾焚烧炉用耐火材料:
炉排垃圾焚烧炉依据垃圾燃烧过程可以分为干燥区、燃烧区和燃尽区,按照位置可以分为垃圾推料器给料口区、炉排侧墙、前后拱区和排渣口;这些不同的区域炉衬所受的温度、机械强度和气氛都不相同,需要根据各自的特点选用耐火材料。垃圾给料口,位于焚烧炉干燥区,烟气温度一般在500-600℃,受垃圾的磨损和水分的影响较易产生热剥落,其工作层一般使用强度较高的低水泥浇注料或耐磨强度较好的莫来石浇注料,焚烧炉燃烧区,由于温度高达1000℃左右,靠炉排侧墙还受到垃圾磨损、熔渣附着等作用,普遍使用耐磨损、耐附着、抗化学侵蚀性较强的SiC挂砖。上部侧壁、炉顶等部位受火焰的热冲击和燃烧废气的侵蚀并且此处的烟温更高,多使用高铝质材料的铬刚玉、SiC或莫来石预制挂砖及浇注料。排渣口温度较低,(400-500℃),通常使用强度较高的高铝质浇注料。总之,焚烧炉的燃烧温度<1200℃时,由于硅质结合剂结合的SiC制品在应用中形成环绕SiC晶粒的致密永久惰性层,SiC含量不同的材料均适用于作其内衬;燃烧温度>1250℃时,焚烧炉内熔融侵蚀气氛较为强烈,高铝制品的铬刚玉等耐火材料优于SiC质的制品。
 
2、流化床垃圾焚烧炉用耐火材料:
循环流化床垃圾焚烧炉耐火耐磨材料主要应用为一下几个区域:风室、炉膛下部密相区、燃烧区、给料口、高温旋风分离器和回料管等。和炉排垃圾焚烧炉一样,不同的区域要根据气氛选用不同的耐火耐磨材料。一般来说,规则区域选用耐火砖为好,难于施工的不规则区域采用浇注料或可塑料。水冷风室一般设计为单层衬里的防磨机构,材料可选用中质耐磨可塑料,布风板采用自流式刚玉浇注料或刚玉耐磨可塑料。对于流化床垃圾焚烧炉,床料和垃圾密度相差比较大,垃圾主要集中在稀相区燃烧,密相区的温度相对较低,磨损比较强烈,一般采用刚玉浇注料或耐磨可塑料,此处欠氧燃烧,还原性气氛强烈,应严格控制材料的Fe2O3含量,以提高该材料抗CO侵蚀的能力。垃圾落料口和落煤口位于密相区和稀相区交接处,这两个部位属于易磨损区,可采用更耐磨的刚玉结合SiC浇注料或采用莫来石和刚玉的混合浇注料。燃烧区,也就是投料口以上,此处的烟气温度比较高,一般在850℃以上,可采用SiC耐磨耐火材料浇注料或刚玉耐磨材料浇注料。炉膛出口和分离器进口为易磨损部件,尤其是分离器进口,可采用高强度耐磨浇注料或SiC砖,由于此处为非规则区域,施工的方法和经验尤为重要。回料管也是循环流化床的关键部位,一般设计为多层衬里的防磨结构,材料选用高强耐火耐磨浇注料、刚玉耐磨砖等,并且根据管径的大小觉得具体的施工方式。
总之,耐火耐磨材料是决定垃圾焚烧炉能否长期安全稳定运行的关键性因素之一,为满足我国今后焚烧炉事业的发展需求,研发更高效、经济的耐火耐磨材料,是大力推广垃圾焚烧技术的重点课题之一。