1、第 29 卷第 2 期工業爐Vol. 29 No. 22007 年 3 月Industrial FurnaceM ar. 2007灰熔融爐用耐火材料及使用呂春江, 趙俊國, 王文武, 劉春霞, 劉國華( 中鋼集團洛陽耐火材料研究院, 河南洛陽 471039)摘 要: 對垃圾焚燒灰渣熔融爐的種類及其主要耐火材料進行介紹, 從爐內氣氛、熔融灰種類、不同使用部位等方 面敘述了不同灰熔融爐用耐火材料的耐侵蝕性能, 同時從機理上對熔融溫度、熔渣沖刷等工作條件的影響進行了分析, 指出了灰熔融爐對耐火材料品質的一般要求及今后需要解決的問題。關鍵詞: 垃圾焚燒灰渣熔融爐; 耐火材料 ; 耐侵蝕性能中圖分類號:

2、 TF065 1+ 1文獻標識碼: B文章編號: 1001- 6988( 2007) 02 0044 04Refractories for Ash Melting Furnace of Incinerator and Their ApplicationLV Chun jiang, ZHAO Jun guo, WANG Wen wu, LIU Chun xia, LIU Guo hua( Luoyang Institute of Ref ractories Research, Sinosteel Corporation, Luoyang 471039, China)Abstract: The t

3、ype of ash melting furnaces and its main refractories are introduced. The erosion resistance of refractories for ash melting furnace of incinerator is described from different atmosphere, type of ash and using ar eas. The influence of operating conditions, such as melting temperture, the movement of

4、 slag etc is analyzed from the erosion mechanism. In the end, the general properties of refractories for ash melting furnace and some problems are pointed out.Key words: ash melting furnace of incinerator; refractories; erosion resistance用傳統垃圾焚燒技術處理城市生活垃圾后產生 的爐渣和煙塵量一般分別為原垃圾重量的 10% 20% 和 1% 5%, 如果再加上

5、煙氣凈化處理及焚燒 過程中加入的各種藥劑形成的總灰渣量占原垃圾量 的35% 45% 1 。又由于焚燒溫度不是很高, 在這 些灰渣中會含有一定量未燃盡可燃物、重金屬和二 惡英類等物質, 如果對它們處理不當會對土壤、地下 水以及大氣等造成嚴重污染。目前對這些灰渣進行 熔融固化的方法是世界上普遍采用的一種比較安全 的方法。熔融技術的主要優點: 對焚燒灰渣進一步 減容; 解決重金屬的二次污染問題; 控制二惡英的形 成; 實現資源的再利用。然而由于其能耗大、成本 高、系統結構復雜、規模龐大, 技術實現有一定難度。 我國在這方面的研究與應用相對其他發達國家而言 還有一定的差距, 因此有必要加強這方面的探索

6、。收稿日期: 2006- 11- 27作者簡介: 呂春江( 1979 ) , 男, 碩士研究生, 從事碳化硅耐火材 料的研究和應用工作.1 灰熔融爐的種類及其耐火材料廢棄物熔融爐可分為垃圾焚燒灰渣熔融爐和氣化熔融爐。氣化熔融是直接把廢棄物進行熱解與熔 融的一種垃圾處理方法, 是垃圾無害化處理的一個 發展方向。垃圾焚燒灰渣熔融爐, 簡稱為灰熔融爐, 是在垃圾焚燒爐的基礎上對焚燒灰進行熔融處理, 在國外特別是日本使用較為普遍?；胰廴跔t可根據加熱方式分為燃料加熱和電加 熱兩種, 其中電加熱方式又可分為: 電阻爐、等離子 爐、電弧爐、感應爐等。燒嘴加熱方式可分為: 表面 熔融爐、旋轉燃燒爐、回轉窯式熔

7、融爐等。圖 1 和圖2 分別為典型電加熱熔融爐和燒嘴加熱熔融爐的結 構示意圖 2 。根據各類熔融爐操作條件可選用不同種類的耐火材料。按照材質的不同可把它們分為含碳耐火材 料、碳化硅質耐火材料和氧化物耐火材料等3 大類,44工業爐 第 29 卷 第 2 期2007 年 3 月表1 為當前各類熔融爐用耐火材料的使用狀況, 表2 為部分耐火材料的性能指標 3 。圖 1電加熱灰熔融爐示意圖圖2 燒嘴加熱的灰熔融爐示意圖表 1 灰熔融爐類型、工作氣氛和典型耐火材料的使用爐型及特點爐內氣氛所用的主要耐火材料電弧加熱弱氧化Al2O3 Cr2O3、Al2O3 SiC、SiC電加熱熔融爐電阻加熱還原C SiC、

8、SiC等離子加熱氧化Al2O3 Cr2O3 ( ZrO2) 、MgO Cr2O 3、SiC還原C SiC、SiC表面熔融氧化Al2O3 Cr2O3 ( ZrO2) 、SiC燃料加熱熔融爐旋轉燃燒氧化Al2O3 Cr2O3 ( ZrO2) 、SiC回轉窯氧化Al2O3 Cr2O3 ( ZrO2) 、SiC表 2 灰熔融爐中一些耐火磚的主要性能指標材料種類SiCC SiCAl2O3 Cr2O3及其標號DRL 100FCZ 4SBN S100RSCX S90 13CBC 20AG 1CBC 15AG 1氣孔率/ %11. 011 517 518 015 5體密/ ( g cm- 3)2. 752 7

9、51 881 833 45C. C. S/ MPa1201403020120M . O . R/MPa44. 030. 010. 06. 019. 5線膨脹系數(1 000 ! ) / %0. 450. 40. 40. 40. 8熱導率( 1 000 ! ) / (W m- 1 K - 1) (350 ! ) 281426. 528. 03. 6Al 2O3/ %7472化學組成SiC/ %9590( SiC+ C) 86( SiC+ C) 88Cr2O3/ %18ZrO 2/ %3性能特點耐侵蝕性耐侵蝕性耐侵蝕性耐侵蝕性耐侵蝕性高熱導率高熱導率高熱導率高熱導率主要應用電弧爐等離子爐電阻爐電阻

10、爐等離子爐等離子爐等離子爐等離子爐旋轉燃燒爐2灰熔融爐用耐火材料的侵蝕時不同氣氛下一些熔融爐用耐火材料的侵蝕量對比, 結果碳化硅磚在氧化氣氛下的侵蝕程度是還原2. 1氣氛的影響氣氛下的10 倍左右, 而氧化物耐火材料在氧化氣氛通常電加熱方式的熔融爐是還原或弱氧化氣下使用的效果明顯比還原氣氛好。因此, 一般情況氛, 而燃料加熱的熔融爐是氧化氣氛, 它們是材料選下, 碳化硅質耐火材料主要用于還原或弱氧化氣氛,擇的一個重要條件。文獻 4 6 介紹了堿度0. 78而氧化物耐火材料則主要用于氧化氣氛。45材料與施工: 灰熔融爐用耐火材料及使用2. 2 焚燒灰的種類及耐火材料在不同使用部位的底灰和飛灰的化

11、學成分。在灰成分上, 主要根據灰的侵蝕堿度與灰中易揮發成分來選擇耐火材料的使用, 一般垃圾焚燒灰可分為爐底灰、飛灰和混合灰 3 種。隨堿度的升高或氯化物含量的增多, 渣接觸部位或氣因為爐底灰和飛灰在化學成分上差別很大, 所以它們相部位侵蝕增強, 材料使用壽命降低。下面從使用部對耐火材料的侵蝕強弱有很大差異。表3 為典型的爐位的角度對耐火材料的侵蝕性進行分析。表 3典型的飛灰和爐底灰的化學成分成分及飛灰爐底灰處理方法鈣處理水處理SiO2/ %13. 718 051 2Al2O3/ %7 88 913 7Fe2O3/ %1 72 74 1化學成分 CaO/ %31 015 316 1Na2O/ %

12、0 27 43 2K2O/ %0 22 90 8Cl/ %15 516 40 4CaCl 水合物X- 衍射檢測的主要鹽類CaCO3, Ca( OH) 2KCl, NaClNaCl, KCl堿度( CaO/ SiO2 重量比)2. 260. 850. 31在灰渣接觸部位, 主要研究渣堿度對不同材料 的侵蝕。一般爐底灰堿度低, 其侵蝕程度較弱, 而飛 灰堿度高, 容易對材料造成破壞。當然也不是所有 材料都如此, 如下面提到的堿性 MgO Cr2O3 材料就 是隨著堿度的增加侵蝕率減小。圖3 是各種材質耐火材料的侵蝕率與灰堿度的 關系, 實驗條件是用回轉滾筒侵蝕實驗法在還原氣 氛下, 于 1 650

13、 ! 保溫 4 h, 灰堿度分別為 0. 5、1. 0 和 2. 0。圖 3 還原氣氛下各材質耐火材料侵蝕率與 焚燒灰堿度的關系由圖 3 可見, 在整個堿度范圍內 C SiC 材料侵 蝕率一直很小, 但由于 C 的抗氧化性相對較弱, 它 只能用于還原氣氛條件。SiC 材料隨堿度升高侵蝕率有輕微的升高, 然而其抵抗氧化的能力與 C SiC 相比有所增強。對于Al2O3 Cr2O3 材料, 因為它在低堿度時侵蝕率 也較小, 通常在弱氧化氣氛、堿度較低時, 如只熔融爐 底灰時( 通常堿度為0. 5 左右) , 使用較為普遍。對于氧化氣氛, 上面提到一般不能使用 C SiC 磚和SiC 磚, 而使用含

14、 Cr2O3 或無鉻的氧化物系列材 料。這時Al2O3 Cr2O3 材料和MgO Cr2O3 材料都具有 非常優良的耐侵蝕性能。一般情況下, 對偏中性的 Al2O3 Cr2O3 材料隨堿度的提高侵蝕速率增大, 故主要用于堿度相對較低的熔融爐。而堿性的 MgO Cr2O3 材料隨堿度的提高侵蝕率同樣有減小趨勢, 故主要用在高堿度的環境, 如只熔融飛灰時( 堿度為 2. 0 左右) 經常使用, 但此種材料的抗剝落性較差, 不適合用在間歇操作的熔融爐中。2. 3其它操作條件變化時耐火材料的侵蝕耐火材料的選擇根據爐內操作條件的改變有所 不同, 上面已經對爐內氣氛、灰渣成分等方面進行了 分析, 但溫度、

15、熔融渣沖刷等條件對耐火材料的侵蝕 也有很大影響。使用溫度的影響: 一般灰熔融爐的工作溫度在 1 400 1 700 ! 之間。溫度對材料的使用壽命有很 大的影響, 在使用溫度升高時, 熔融灰渣及邊界層的 黏度變小, 導致材料在邊界層中的擴散速率增加, 侵46工業爐 第 29 卷 第 2 期2007 年 3 月蝕速率增大。熔融渣沖刷的影響: 對于流動的熔渣, 沖刷的作 用會使邊界層的厚度減小, 特別在流動方向突然變 化的區域材料表面的沖刷更加嚴重, 所以流動的熔 渣對材料的侵蝕更嚴重。冷卻內襯的作用: 使用熱導率較好的材料( 如 SiC 質材料) 作為內襯對耐火材料進行冷卻, 有利于 提高材料的

16、使用壽命。這是因為在使用冷卻壁時, 材料表面溫度降低, 邊界層黏度隨耐火材料表面溫 度降低而增加, 邊界層對材料起保護作用, 使材料侵 蝕速率減小。3 結語熔融爐內耐火材料的使用應考慮具體操作條件與材料本身的性能兩個方面。影響灰熔融爐內耐火 材料使用壽命的主要因素有: 灰成分、使用部位、爐 內氣氛、熔融溫度、熔融渣的沖刷程度、是否使用冷 卻壁以及是否間歇式運行等許多方面。它們對耐火材料的使用提出了較高的要求, 從總體上看, 灰熔融 爐用耐火材料應該具有的品質主要有 12 : 耐火材料對各種灰渣和金屬有較好的耐侵蝕、抗滲透性能;# 出渣區域與渣接觸的部位必須能夠抵抗高溫下熔 渣的沖刷; 應具有較

17、高的熱導率及很好的冷卻效 果; %大部分條件下應有很好的抗剝落性能以滿足 間歇式操作條件。參考文獻: 1 王 華, 何 方, 馬文會, 等. 二惡英低減化生活垃圾焚燒灰渣 熔融處理技術 J . 昆明理工大學學報, 2002, 27( 1) : 17- 21. 2 TAKEHARA Shigeru, NOBUHARA Keiichi, NISHIHARA Ken, et al . Incinerator J . Shinagawa Technical Report, 1993, 36: 119- 148. 3 KUBOTA Yukitoshi, IIDA Eishi, MATSUBARA Ken

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