垃圾焚燒爐的工作溫度一般不超過1200℃,但復雜的工作環境(如氣體侵蝕、垃圾在高溫運動過程中對爐體內部的磨損和沖擊)要求質耐火材料,需求會不斷增加。廢棄物的投入然導致溫度變化,因此要求耐火材料不僅耐磨、耐腐蝕、難以附著,而且耐堿、抗氧化。爐排下側墻也受到垃圾磨損、熔渣附著等作用。因此,一般爐排爐墻的損壞集中在前后拱區的耐火材料和二、三段爐排側墻的耐火磚,特別是帶空冷結構的爐墻容易凸起鼓包,嚴重時甚至倒塌。以下是對這些關鍵部位損壞的分析,并提供相關對策,僅供參考。
鍋爐墻是鍋爐的重要組成部分,起到密封、絕熱、防磨、防腐、形成煙道的作用。使用的耐火材料通常需要良好的體積穩定性、強度和耐火性和絕熱性。垃圾焚燒鍋爐由于燃燒垃圾含水量高,成分復雜,垃圾燃燒產生的高溫煙氣含有大量腐蝕性氣體,垃圾中低熔點的物質容易熔化并附著在爐墻上。高溫移動的垃圾或流化床爐中的床料對爐墻造成磨損和沖擊,更容易造成耐火材料及其支撐金屬零件的嚴重損壞。隨著垃圾焚燒發電和氣化熔融技術的應用,垃圾焚燒煙氣溫度越來越高,HC1、H2S等濁氣濃度越來越高,耐火材料的使用條件越來越嚴格,這就要求耐火材料具有更好的耐熱震性、耐酸腐蝕性和耐熔渣腐蝕性,耐火層
具有更長的使用壽命和更經濟的施工和維護成本。垃圾焚燒爐內溫度一般不超過1400℃。爐墻通常根據耐火層、保溫層和保溫層進行多層設計,使爐墻外表面溫度低于70℃,可以改善焚燒爐周圍環境,減少散熱損失。垃圾焚燒鍋爐有特殊的工作環境,應根據不同部位的工作環境要求選擇合適的材料。保溫層和保溫層主要起保溫作用,保溫層可以同時起到保護保溫層的作用。在考慮耐酸腐蝕性和適當強度的基礎上,主要根據工作溫度和設計要求的導熱系數來選擇,通常是中輕耐火材料。作為工作層的耐火材料,在考慮工作溫度的基礎上,主要根據耐磨性、耐熱震性、耐酸腐蝕性和耐熔渣腐蝕性。耐火材料可分為定形材料(耐火磚)和非定形材料。不定形材料可分為塑料和澆注料。
垃圾焚燒鍋爐中,結構復雜、形狀不規則的部位通常采用非定形材料,否則可以采用定形材料。不定形耐火材料基本由顆粒骨料、粉末耐火材料和結合劑組成,可以由各種材料制成。每種成分的少量變化可以獲得不同的材料特性。因此,可以根據垃圾焚燒鍋爐各部分的要求選擇合適的材料和施工方法。由于施工方便、種類繁多、維護方便等原因,不定形耐火材料應用廣泛,而定形材料通常僅用于爐排爐燃燒室兩側壁下部等有限部位。不定形耐火材料的施工方法主要有澆注、搗打、噴涂、涂抹等。通常根據不同的施工方法可以細分為不同的材料。其中,噴涂塑料可用于噴涂施工,具有抗熱震性能好、耐熔渣侵蝕、施工容易等點。近年來在日本得到廣泛應用,從高強度耐火材料到低質量隔熱材料。
影響垃圾焚燒爐耐火材料使用壽命的因素有哪些?
垃圾焚燒爐的技術性能和經濟效益主要受爐襯耐火材料的影響,爐內氣氛、使用溫度、熔體侵蝕和應力不同程度地影響耐火材料的使用壽命,從而影響整個焚燒爐的使用壽命。因此,分析和探討其影響因素尤為重要。
(1)爐內氣氛的影響。不同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氮。在選擇材料時,很難定義非氧化物耐火材料的使用氣氛界限,這不僅是由于某些氣體的濃度,也是由于溫度和壓力的微妙變化。研究表明,SiC磚的耐腐蝕性是氧化氣氛中還原氣氛的10倍。
(2)使用溫度的影響。焚燒爐能達到的溫度為1400℃,一般溫度的侵蝕率急劇上升。當溫度超過1400℃時,尤其是粘土和高鋁耐火材料更容易受到溫度的影響。
(3)CaO/SiO影響。爐渣作為焚燒爐焚燒產生的殘留物,其主要成分是AlOSiO,CaO,FeOO以及堿性氧化物、碳酸鹽和堿土金屬,CaO/SiO成為其主要影響因素。相比之下,AlO-CrOO中性耐火材料比堿性耐火材料更容易受到影響。隨著CaO/SiO隨著侵蝕程度的增加,C-SiC磚一般更難受CaO/SiO?影響。CaO/SiO通常=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AlOCrOSiC耐火材料更好。
(4)應力的影響。
焚燒爐主要承受以下應力:
1.溫度梯度引起的熱應力;
2.接觸部位金屬框架和耐火材料膨脹差產生的機械應力(包括摩擦);
3.氧化、腐蝕、外來成分引起的化學變化和結晶轉移導致的結構應力喪失。經驗表明,焚燒爐的幾個應力區域的應力基本平衡,應力的大小取決于過程。
隨著焚燒爐耐火材料內襯要求的穩步提高,抵抗應力的方法有以下幾種:①化焚燒爐的操作工藝,如調整過剩的空氣系數和垃圾混合物;②改進耐火材料,提高內襯壽命;③使用更好的耐火材料。
垃圾焚燒爐耐火磚容易出現的問題及對策。
前后拱區耐材料腐蝕結灰。
由于前后拱區溫度較高,直接接觸高溫煙氣和飛灰,造成耐火材料侵蝕損壞嚴重,灰渣附著嚴重,甚至脫落。根據殘襯分析結果,灰渣與本體材料反應明顯,大量低融物的產生和侵蝕是后拱區鋼板燒紅被迫停爐的主要原因。
目前,前后拱區使用的耐火內襯材料大多是剛玉莫來石或具有耐火、耐磨、耐熱震性好、耐沖刷性強的莫來石氧化物材料。在焚燒爐的氣氛中,氧化物容易與垃圾飛灰反應,侵蝕滲透,產生灰渣附著。因此,焚燒爐內襯在運行過程中需要停止清灰。與氧化物材料相比,碳化硅等非氧化物材料不僅具有耐火性好、硬度高、耐熱震性好的特點,而且不易潤濕,耐腐蝕性好。因此,它具有良好的抗灰渣侵蝕和附著性,很大程度上解決了垃圾飛灰附著的問題。剛玉-碳化硅、碳化硅材料廣泛應用于通道和焚燒爐的斜頂,使用效果良好。
對抗灰渣侵蝕試驗后樣品的顯微結構進行分析。結果表明,不含碳化硅的氧化物材料灰渣與本體材料的反應界面不清晰,侵蝕滲透嚴重,而含碳化硅材料與灰渣的反應界面清晰,灰渣難以侵蝕本體材料,不易附著;而且隨著碳化硅含量的增加,界面越明顯,材料的抗灰渣侵蝕性越好。
空冷爐墻鼓包
空冷式爐墻用于希格斯爐排或馬丁爐排的二、三、四段爐排側墻,一般設有60mm空氣夾層,工作層耐火磚為114mm(希格斯)和176mm(卡萬塔)。在使用過程中,由于垃圾濕度或熱值垃圾濕度或熱值的波動,爐內溫差波動引起的熱應力,以及反復停止和起爐操作引起的結構應力,很容易導致高溫爐墻因應力集中而鼓包,嚴重時會脫落或倒塌。
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