耐火材料在爐排式垃圾焚燒爐損毀的原因及改進措施

1. 耐火材料要求

垃圾焚燒爐分：城市生活垃圾焚燒爐、間歇式焚燒爐、爐篦式焚燒爐、垃圾熱解氣化焚燒爐、流化床式焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯式工業(yè)垃圾焚燒爐、爐排型焚燒爐。

焚燒爐用耐火材料分耐火磚和澆注料兩類：耐火磚主要以粘土磚、高鋁磚和碳化硅磚為主。澆注料以粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)可塑料和粘土質(zhì)、碳化硅質(zhì)澆注料為主。

由于垃圾焚燒爐侵蝕性大，使用澆注料也在不斷進化，用碳化硅質(zhì)澆注料和磷酸鹽結(jié)合高鋁澆注料在逐漸增加，因為這兩種澆注料有良好的耐磨損性。

垃圾焚燒爐的使用溫度在1200℃-1400℃。焚燒時氣體對耐材的侵蝕性較強，爐底、推進器、側(cè)墻磨損和沖擊性非常大。所以，選擇質(zhì)內(nèi)襯也將不斷更新?lián)Q代。

 

當焚燒的垃圾為不同組成的非均勻性混合物時，其類型、數(shù)量和熱值方面也有很大不同。為此內(nèi)襯的物理和化學性能應適應操作期間不同階段的要求。垃圾焚燒爐的工作溫度一般不超過1200℃，但復雜的工作環(huán)境（如氣體的侵蝕、垃圾在高溫移動過程中對爐體內(nèi)部的磨損和沖擊）要求質(zhì)耐火材料內(nèi)襯，而且需求量也將不斷增加。對耐材的要求須具有以下幾點：

1) 以強度高、耐磨性強的產(chǎn)品，來抵抗磨損和強氣流的沖刷；

2) 須具有耐酸性和穩(wěn)定性，來抵御酸性侵蝕；

3) 熱震性也是不能忽視的重要因素；

4) 要具有抗煙氣和灰塵侵蝕，防止爐襯材料崩裂；

5) 選擇隔熱材料，要根據(jù)不同情況，選擇輕型隔熱更適合各部位的材質(zhì)。

 

 

 

 

2. 爐排式垃圾焚燒爐

焚燒爐燃燒室，由于溫度高達1000℃以上，廢棄物的投入然引起溫度的變化，因而要求耐火材料不僅耐磨、耐蝕、難附著，而且還要抗堿、抗氧化性。爐排的下部側(cè)墻還受到垃圾磨損、熔渣附著等作用。

因此，一般爐排爐爐墻損毀集中在前后拱區(qū)耐火材料以及二、三段爐排側(cè)墻耐火磚等，尤其是帶空冷結(jié)構(gòu)的爐墻容易出現(xiàn)凸起“鼓包”現(xiàn)象，嚴重時甚至倒塌。通過對這幾個關(guān)鍵部位的損毀進行分析，并提供相關(guān)對策僅供參考。

 

圖1 垃圾焚燒工藝流程

 

 

3. 焚燒爐燃燒室后拱部位用耐火材料

前、后拱區(qū)由于溫度較高，直接接觸高溫煙氣及飛灰，導致耐火材料侵蝕損毀嚴重，灰渣附著嚴重，甚至脫落。

 

4. 通道水冷壁管部位爐襯

目前用于前后拱區(qū)耐火內(nèi)襯材料大多是具有耐火、耐磨、抗熱震性好以及抗沖刷性強等的剛玉莫來石或莫來石系氧化物材料，在焚燒爐氣氛中，氧化物材容易與垃圾飛灰等反應，并侵蝕滲透，產(chǎn)生灰渣附著現(xiàn)象，因此焚燒爐內(nèi)襯運行過程中需要停爐清灰。與氧化物材料相比，二碳化硅等非氧化物材料，不僅具有耐火性好、硬度高以及抗熱震性好等特點，而且碳化硅材料不易潤濕且耐腐蝕性好，因此，具有良好的抗灰渣侵蝕及附著性，很大程度上解決了垃圾飛灰附著的問題。剛玉-碳化硅、碳化硅質(zhì)材料指標如表1所示，廣泛應用于通道和焚燒爐斜頂部位，如圖3、圖4所示，使用效果良好。

 

 

 

表 1 剛玉-碳化硅、碳化硅質(zhì)材料指標

 

 

 

對抗灰渣侵蝕實驗后試樣的顯微結(jié)構(gòu)進行分析，圖4結(jié)果表明，不含碳化硅的氧化物材料灰渣與本體材料反應界面不清晰，侵蝕滲透嚴重，而含碳化硅材料與灰渣反應界面清晰，灰渣很難侵蝕本體材料，不易附著；而且隨著碳化硅含量增高，界面越明顯，材料抗灰渣侵蝕性越好。

 

圖4 水冷式斜頂用碳化硅爐襯

 

5. 空冷式爐墻“鼓包”

希格斯爐排或者馬丁爐排在二、三及四段爐排側(cè)墻部位均采用空冷式爐墻，一般設(shè)有60m空氣夾層， 工作層耐火磚是 114mm和176mm耐火磚。這種結(jié)構(gòu)爐墻在使用過程中，由于垃圾濕度或者熱值波動導致爐內(nèi)溫差波動而引起的熱應力，以及反復停、起爐操作造成的結(jié)構(gòu)應力雙重作用下，容易導致高溫段爐墻因應力集中而“鼓包”，嚴重時出現(xiàn)脫落或倒塌現(xiàn)象。

采用增加4層的結(jié)構(gòu)單元中錨固磚個數(shù)，尤其是在焚燒爐爬坡處和不同爐排段爐墻連接處增加錨固磚，有利于提高單元的拉固力。另外，錨固磚的強度不符合要求、錨固磚的金屬件制作以及安裝不達標、爐墻砌筑水平較差也在很大程度上影響側(cè)墻的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需要加強產(chǎn)品生產(chǎn)和現(xiàn)場施工的管控。

 

6. 結(jié)論

前、后拱部位由于溫度較高，容易受煙氣和垃圾灰的侵蝕、滲透及沖刷嚴重，采用含碳化硅材料能大大提高爐襯的抗灰渣侵蝕滲透以及灰渣抗附著性。另外，可以采用增加錨固磚設(shè)計提高單元結(jié)構(gòu)的拉固力，能一定程度上緩解爐墻“鼓包”問題。另外，提高錨固磚的強度、錨固磚的金屬件制作和安裝質(zhì)量以及爐墻砌筑水平等，也在很大程度上改善側(cè)墻的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

總之，選用材料多數(shù)用戶廠家會選用粘土磚、高鋁磚、SiC磚、澆注料和可塑料，如果是流動床式焚燒爐的流動床部位，須先用耐磨、抗堿性的材料。

如果是回轉(zhuǎn)式焚燒爐，因不斷回轉(zhuǎn)廢棄物會引起溫度不斷變化，得先用耐磨、抗熱震的產(chǎn)品，就選用粘土磚、高鋁磚、SiC磚、SiC澆注料。

不過其他爐型的焚燒爐多是選用粘土、高鋁質(zhì)、碳化硅質(zhì)澆注料和高鋁質(zhì)可塑料為主。