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机械炉排式垃圾焚烧炉及耐火材料配置

2022-06-30 16:15:22
随着各国工业化的快速进展和城市人口的迅速膨胀,给城市管理带来的重大问题之一是:城市垃圾和工业废弃物的急剧增多对城市自然环境和居民生活环境造成的严重污染 ,这致使人们的工作和生活乃至人们的精神状态都受到严重的不良影响。因此,对城市垃圾和工业废弃物的妥善处理已成为城市管理工作亟待解决的一个紧迫的问题。

近年来,世界各国为缓解与日俱增的城市生活垃圾和工业废弃物给城市管理和居民生活带来的严重不利影响,相继投入大量的人力物力与资金,积极研究和开发了各种处理措施,探讨了多种途径,不仅积累了丰富的成功经验,而且取得了较好的效果,大幅度地减少了垃圾处理用地,并可实现部分资源再利用,使之变废为宝,为改进城市卫生状况和加强环境管理创造了有利条件,为创建文明城市提供了基本保证。

机械炉排焚烧炉是较早发展的垃圾焚烧炉型式,经过长期的发展, 技术也日臻完善, 运行可靠性高, 是目前垃圾焚烧炉市场上的主导产品, 其数量占全世界垃圾焚烧市场总量的 80%以上。该类炉型的优势在于技术成熟,运行稳定、可靠、适应性广,绝大部分固体垃圾不需要任何预处理可直接进炉燃烧。

1、机械炉排式垃圾焚烧炉简介

机械炉排垃圾焚烧炉的炉排分为三个区域:干燥区、燃烧区和燃烬区。在推料器的作用下,垃圾首先进入干燥区,通过炉排的动作,垃圾在炉排上往前移动到燃烧区,最后到达燃烬区。

机械炉排是分为固定炉排、滑动炉排和翻转炉排,炉排的往复运动通过液压连杆机构驱动完成,固定炉排与翻动炉排之间的相对运动推动垃圾向上翻滚,使垃圾在移动的过程中得以均匀混合,有利于着火和燃烧。

一次风从炉排片背面通过前端设置的水平孔吹入。炉排片的侧面经过精加工。每排炉排片相互为固定装配,成为一个整体,空气无法通过间隙,这样的设计能有效减少漏灰量,同时也避免了任何被抬起的可能。每列炉排都由形状特别的耐火铸铁件分隔,炉排片和分隔的铸铁件都采用含Cr、Ni、Mo 等合金元素的耐热、 耐蚀、耐磨铸件,使用寿命长。 

炉排片的侧面和上表面经过精加工,有效避免了磨损,同时活动炉排和固定炉排都与侧墙之间留有合理的膨胀间隙,保证运行期间炉排不会与侧墙摩擦。由于炉排材质的选用和结构设计比较合理,炉排的整体使用寿命能达到 80000 小时。

2、机械炉排式垃圾焚烧炉工作原理

垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排(炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区),由于炉排之间的交错运动,将垃圾向下方推动,使垃圾依次通过炉排上的各个区域(垃圾由一个区进入到另一区时, 起到一个大翻身的作用),直至燃尽排出炉膛。燃烧空气从炉排下部进入并与垃圾混合,高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽,同时烟气也得到冷却,最后烟气经烟气处理装置处理后排出。


图片图注:机械炉排式焚烧炉示意图

3、机械炉排式垃圾焚烧炉耐火材料的选择

当焚烧的垃圾为量同组成的非均匀性混合物时 , 其类型、数量和热含量方面也有很大量同。为此内衬的物量和化学性能应适应操作期间量同阶段的要求。垃圾焚烧炉的工作温度一般量超过1400 ℃ ,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的磨损和冲击)要求优质的耐火材量内衬,而且需求量也量断增加。

通常要求耐火材量有如下特点: 1)高强度和良好的耐磨性 , 以抵抗固体物量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量的破坏;4)良好的抗侵蚀能量 , 以避免侵蚀而引起炉衬崩裂;5)良好的高温强度和耐热、隔热性。

机械炉排垃圾焚烧炉依据垃圾燃烧过程可以分为干燥区、燃烧区和燃尽区,按照位置可以分为垃圾推料器给料口区、炉排侧墙、前后拱区和排渣口;这些不同的区域炉衬所受的温度、机械强度和气氛都不相同,需要根据各自的特点选用相应的耐火材料。

垃圾给料口,位于焚烧炉干燥区,烟气温度一般在500~600℃,受垃圾的磨损和水分的影响易产生热剥落,其工作层一般使用强度较高的低水泥浇注料或耐磨强度较好的莫来石浇注料;焚烧炉燃烧区,由于温度高达1000℃左右,靠炉排侧墙还受到垃圾磨损、熔渣附着等作用,普遍使用耐磨损、难附着、抗化学侵蚀性强的SiC挂砖。

上部侧壁、炉顶等部位受火焰的热冲击和燃烧废气的侵蚀并且此处的烟温更高,多使用高铝质材料的铬刚玉、 SiC或莫来石预制挂砖及浇注料。排渣口部位温度较低(400~500℃),通常使用强度较高的高铝质浇注料。总之,焚烧炉的燃烧温度< 1200℃时,由于硅质结合剂结合的SiC制品在应用中形成环绕SiC晶粒的致密永久惰性层,SiC含量不同的材料均适于作其内衬;燃烧温度>1250℃时,焚烧炉内熔融侵蚀气氛较为强烈,高铝制品的铬刚玉等耐火材料优于SiC质的制品。

4、结语

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质量的稳定和可靠性, 更取决于耐火材料的合理设计、选材以及高效维护。目前,以铝矾土、黏土原料为主的耐火材料产品已经不能满足焚烧炉大型化和日益恶化的工况需要,焚烧炉用耐火材料的产品结构也逐渐发生了变化。 

同时,在国家环保管控日趋严厉的形势下,耐火材料行业面临前所未有的新机遇和新挑战。鉴于此,建议垃圾焚烧炉用耐火材料研究从以下几个方向发展:1)完善炉排式垃圾焚烧炉用耐火材料体系,合理设计炉墙结构,提高炉墙稳定性;2)开发焚烧炉关键部位耐火材料产品,解决垃圾磨损、飞灰附着、熔渣侵蚀以及剥落严重等问题;3)研究湿法喷涂、泵送等施工技术在焚烧炉上的应用,提高施工效率,同时提高不定形产品比例;4)研究焚烧炉用后废弃耐火材料再利用技术,实现资源的循环利用。
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