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耐火材料行业知识

炉排式垃圾焚烧炉用耐火材料损毁的原因及改进措施

  1. 耐火材料要求

  垃圾焚烧炉分:城市生活垃圾焚烧炉、间歇式焚烧炉、炉篦式焚烧炉、垃圾热解气化焚烧炉、流化床式焚烧炉、回转窑式工业垃圾焚烧炉、炉排型焚烧炉。

  焚烧炉用耐火材料分耐火砖和浇注料两类:耐火砖主要以粘土砖、高铝砖和碳化硅砖为主。浇注料以粘土质、高铝质可塑料和粘土质、碳化硅质浇注料为主。

  由于垃圾焚烧炉侵蚀性大,使用浇注料也在不断进化,用碳化硅质浇注料和磷酸盐结合高铝浇注料在逐渐增加,因为这两种浇注料有良好的耐磨损性。

  垃圾焚烧炉的使用温度在1200℃-1400℃。焚烧时气体对耐材的侵蚀性较强,炉底、推进器、侧墙磨损和冲击性非常大。所以,选择优质内衬也将不断更新换代。

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  当焚烧的垃圾为不同组成的非均匀性混合物时,其类型、数量和热值方面也有很大不同。为此内衬的物理和化学性能应适应操作期间不同阶段的要求。垃圾焚烧炉的工作温度一般不超过1200℃,但复杂的工作环境(如气体的侵蚀、垃圾在高温移动过程中对炉体内部的磨损和冲击)要求优质耐火材料内衬,而且需求量也将不断增加。对耐材的要求必须具有以下几点:

  1) 以强度高、耐磨性强的产品,来抵抗磨损和强气流的冲刷;2) 必须具有耐酸性和稳定性,来抵御酸性侵蚀;3) 热震性也是不能忽视的重要因素;

  4) 要具有抗烟气和灰尘侵蚀,防止炉衬材料崩裂;5) 选择隔热材料,要根据不同情况,选择轻型隔热更适合各部位的材质。

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  2. 炉排式垃圾焚烧炉

  焚烧炉燃烧室,由于温度高达1000℃以上,废弃物的投入必然引起温度的变化,因而要求耐火材料不仅耐磨、耐蚀、难附着,而且还要抗碱、抗氧化性。炉排的下部侧墙还受到垃圾磨损、熔渣附着等作用。

  因此,一般炉排炉炉墙损毁集中在前后拱区耐火材料以及二、三段炉排侧墙耐火砖等,尤其是带空冷结构的炉墙容易出现凸起“鼓包”现象,严重时甚至倒塌。通过对这几个关键部位的损毁进行分析,并提供相关对策仅供参考。

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  图1 垃圾焚烧工艺流程

  3. 焚烧炉燃烧室后拱部位用耐火材料

  前、后拱区由于温度较高,直接接触高温烟气及飞灰,导致耐火材料侵蚀损毁严重,灰渣附着严重,甚至脱落。

  4. 第一通道水冷壁管部位炉衬

  目前用于前后拱区耐火内衬材料大多是具有耐火、耐磨、抗热震性好以及抗冲刷性强等的刚玉莫来石或莫来石系氧化物材料,在焚烧炉气氛中,氧化物材容易与垃圾飞灰等反应,并侵蚀渗透,产生灰渣附着现象,因此焚烧炉内衬运行过程中需要停炉清灰。与氧化物材料相比,二碳化硅等非氧化物材料,不仅具有耐火性好、硬度高以及抗热震性好等特点,而且碳化硅材料不易润湿且耐腐蚀性好,因此,具有良好的抗灰渣侵蚀及附着性,很大程度上解决了垃圾飞灰附着的问题。刚玉-碳化硅、碳化硅质材料指标如表1所示,广泛应用于第一通道和焚烧炉斜顶部位,如图3、图4所示,使用效果良好。

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  表 1 刚玉-碳化硅、碳化硅质材料指标

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  图3 第一通道水冷壁管部位炉衬

  对抗灰渣侵蚀实验后试样的显微结构进行分析,图4结果表明,不含碳化硅的氧化物材料灰渣与本体材料反应界面不清晰,侵蚀渗透严重,而含碳化硅材料与灰渣反应界面清晰,灰渣很难侵蚀本体材料,不易附着;而且随着碳化硅含量增高,界面越明显,材料抗灰渣侵蚀性越好。

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  图4 水冷式斜顶用碳化硅炉衬

  5. 空冷式炉墙“鼓包”

  希格斯炉排或者马丁炉排在二、三及四段炉排侧墙部位均采用空冷式炉墙,一般设有60m空气夹层, 工作层耐火砖是 114mm和176mm耐火砖。这种结构炉墙在使用过程中,由于垃圾湿度或者热值波动导致炉内温差波动而引起的热应力,以及反复停、起炉操作造成的结构应力双重作用下,容易导致高温段炉墙因应力集中而“鼓包”,严重时出现脱落或倒塌现象。

  采用增加4层的结构单元中锚固砖个数,尤其是在焚烧炉爬坡处和不同炉排段炉墙连接处增加锚固砖,有利于提高单元的拉固力。另外,锚固砖的强度不符合要求、锚固砖的金属件制作以及安装不达标、炉墙砌筑水平较差也在很大程度上影响侧墙的结构稳定性,需要加强产品生产和现场施工的管控。

  6. 结论

  前、后拱部位由于温度较高,受烟气和垃圾灰的侵蚀、渗透及冲刷严重,采用含碳化硅材料能大大提高炉衬的抗灰渣侵蚀渗透以及灰渣抗附着性。另外,可以采用增加锚固砖设计提高单元结构的拉固力,能一定程度上缓解炉墙“鼓包”问题。另外,提高锚固砖的强度、锚固砖的金属件制作和安装质量以及炉墙砌筑水平等,也在很大程度上改善侧墙的结构稳定性。

  总之,选用材料多数用户厂家会选用粘土砖、高铝砖、SiC砖、浇注料和可塑料,如果是流动床式焚烧炉的流动床部位,必须先用耐磨、抗碱性的材料。

  如果是回转式焚烧炉,因不断回转废弃物会引起温度不断变化,得先用耐磨、抗热震的产品,就选用粘土砖、高铝砖、SiC砖、SiC浇注料。

  不过其他炉型的焚烧炉多是选用粘土、高铝质、碳化硅质浇注料和高铝质可塑料为主。


TAG标签: 粘土砖 高铝砖 刚玉莫来石 浇注料

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