垃圾处理焚烧炉用耐高温耐腐蚀耐磨损耐火材料探讨

垃圾处理焚烧炉用耐高温耐腐蚀耐磨损耐火材料探讨20世纪80年代末开始，我国沿海经济比较发达的大、中型城市逐步开始建造垃圾焚烧厂，用以焚烧城市生活垃圾，以减轻垃圾填埋场的压力。除了一些国产的垃圾焚烧炉外，还先后引进了十几套焚烧设备，由于城市生活垃圾中可燃物很复杂，由许多成分所组成，而且各种成分有不同的燃烧特性，因此，城市生活垃圾焚烧炉的设计、运行和控制比单一固体燃料如煤要困难得多。垃圾焚烧炉中腐蚀环境十分复杂，燃烧的不同区段和过程既包括烟气引起的高温氧化、硫化、氯化、碳化等氧化性或还原性气氛腐蚀，还有焚烧灰和熔融灰引起的熔盐腐蚀，而最主要的则被认为是含氯介质引发的氯化腐蚀。高温腐蚀造成垃圾焚烧炉难以提高过热蒸汽参数，目前炉排垃圾焚烧炉常用的蒸汽参数为中压、次中温或更低的参数。流化床垃圾焚烧炉由于掺烧一定的辅助燃料，从而改变了烟气成分，可以采用更高的蒸汽参数，目前常用的过热蒸汽参数为中温、中压。因此高温腐蚀不仅降低了垃圾焚烧电厂的热效率，而且大大缩减了设备的使用寿命，成为制约垃圾焚烧技术发展的关键性因素。生活垃圾焚烧炉排放的污染物有粉尘、HCl、SO2、NOx、重金属(Hg、Cd、Pb等)、多环芳烃和二英(Dioxin)，焚烧炉污染物的排放控制以二英控制最为重要。提高焚烧炉的燃烧温度，可以使生成的二英在高温下分解，但升高焚烧温度，垃圾焚烧中的重金属大部分以气态氯化物等形式存在于烟气中，反而增加了重金属处理的难度。同时炉膛出口温度增加，又会加剧受热面的高温腐蚀。由此看来，垃圾焚烧炉内的高温腐蚀、二英和重金属污染排放这3个问题是相互影响并耦合在一起的，并且都与垃圾中氯的存在直接或间接的关系，因此，氯组分去除是垃圾焚烧技术中又一关键问题。垃圾多为混合收集，这给垃圾处理带来了极大的困难，尤其对于循环流化床垃圾焚烧炉，混合垃圾中的金属等不燃物在燃烧过程中会逐渐堆积在布风板上，产生流化不良，这样会导致结焦，影响焚烧炉的正常运行，目前国内的垃圾焚烧流化床一般运行2个月左右需停炉清理。虽然我国部分城市(镇)和地区的垃圾热值总体已可满足焚烧要求，但垃圾中的可燃物主要是厨余类垃圾，塑料、废纸等高热值垃圾的含量较小，与国外相比垃圾热值仍然较低。由于厨余类垃圾含水量的季节性波动大，导致垃圾热值季节性的变幅较大，且垃圾中灰分也占较大比例。因此，炉排垃圾焚烧炉要维持焚烧室出口850°C的高温，离不开辅助燃料，辅助燃料费已成为垃圾焚烧厂的一项主要开支，降低辅助燃料费用是降低焚烧厂运行费用、维持焚烧厂正常运行的重要保证。城市垃圾焚烧技术比较复杂，我国在这方面的研发起步较晚，到目前为止还不能完全掌握，尤其是炉排炉技术，国内一些大城市在考虑垃圾焚烧处理时，国外技术和进口设备仍然是首选。虽然引进的设备和技术种类繁多，但我们至今还没有掌握大型城市生活垃圾炉排炉焚烧的核心技术。根据实际运行经验，照搬过来进行焚烧处理没有经过分拣、成分杂、热值低、含水率高且变化范围较大的中国城市垃圾时，处理效果并不理想。相比之下，与垃圾焚烧炉相配的余热锅炉则容易进入市场，国内垃圾焚烧发电厂的余热锅炉基本上都实现了国内制造，或外方设计国内制造。与煤粉炉和工业锅炉相比，我国在垃圾焚烧余热锅炉的设计上理论基础还不完善，基本上还是参照现有的锅炉设计规范，仍需针对垃圾焚烧特性做大量的研究工作来完善垃圾焚烧余热锅炉的设计。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的损失。垃圾焚烧炉的工作温度一般不超过1200°C，但焚烧时产生的气体(如HCl、SO2、Cl2、CO及碱金属气体等)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)良好的热冲击稳定性，以抵抗炉温的变化对材料的破坏;(4)良好的抗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。