耐火澆注料：在爐排式垃圾焚燒爐損毀的原因及改進措施

發布時間：2022/9/21 17:47:54

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、回轉窯式工業垃圾焚燒爐、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、高鋁磚和碳化矽磚為主。澆注料以粘土質、高鋁質可塑料和粘土質、碳化矽質澆注料為主。

由於垃圾焚燒爐侵蝕性大，使用澆注料也在不斷進化，用碳化矽質澆注料和磷酸鹽結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、側牆磨損和衝擊性非常大。所以，選擇優質內襯也將不斷更新換代。

當焚燒的垃圾為不同組成的非均勻性混合物時，其類型、數量和熱值方麵也有很大不同。為此內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℃，但複雜的工作環境（如氣體的侵蝕、垃圾在高溫移動過程中對爐體內部的磨損和衝擊）要求優質耐火材料內襯，而且需求量也將不斷增加。對耐材的要求必須具有以下幾點：

1) 以強度高、耐磨性強的產品，來抵抗磨損和強氣流的衝刷；

2) 必須具有耐酸性和穩定性，來抵禦酸性侵蝕；

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，要根據不同情況，選擇輕型隔熱更適合各部位的材質。

2. 爐排式垃圾焚燒爐

焚燒爐燃燒室，由於溫度高達1000℃以上，廢棄物的投入必然引起溫度的變化，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。爐排的下部側牆還受到垃圾磨損、熔渣附著等作用。

因此，一般爐排爐爐牆損毀集中在前後拱區耐火材料以及二、三段爐排側牆耐火磚等，尤其是帶空冷結構的爐牆容易出現凸起“鼓包”現象，嚴重時甚至倒塌。通過對這幾個關鍵部位的損毀進行分析，並提供相關對策僅供參考。

圖1 垃圾焚燒工藝流程

3. 焚燒爐燃燒室後拱部位用耐火材料

前、後拱區由於溫度較高，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. 第一通道水冷壁管部位爐襯

目前用於前後拱區耐火內襯材料大多是具有耐火、耐磨、抗熱震性好以及抗衝刷性強等的剛玉莫來石或莫來石係氧化物材料，在焚燒爐氣氛中，氧化物材容易與垃圾飛灰等反應，並侵蝕滲透，產生灰渣附著現象，因此焚燒爐內襯運行過程中需要停爐清灰。與氧化物材料相比，二碳化矽等非氧化物材料，不僅具有耐火性好、硬度高以及抗熱震性好等特點，而且碳化矽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-碳化矽、碳化矽質材料指標如表1所示，廣泛應用於第一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-碳化矽、碳化矽質材料指標

圖3 第一通道水冷壁管部位爐襯

對抗灰渣侵蝕實驗後試樣的顯微結構進行分析，圖4結果表明，不含碳化矽的氧化物材料灰渣與本體材料反應界麵不清晰，侵蝕滲透嚴重，而含碳化矽材料與灰渣反應界麵清晰，灰渣很難侵蝕本體材料，不易附著；而且隨著碳化矽含量增高，界麵越明顯，材料抗灰渣侵蝕性越好。

圖4 水冷式斜頂用碳化矽爐襯

5. 空冷式爐牆“鼓包”

希格斯爐排或者馬丁爐排在二、三及四段爐排側牆部位均采用空冷式爐牆，一般設有60m空氣夾層， 工作層耐火磚是 114mm和176mm耐火磚。這種結構爐牆在使用過程中，由於垃圾濕度或者熱值波動導致爐內溫差波動而引起的熱應力，以及反複停、起爐操作造成的結構應力雙重作用下，容易導致高溫段爐牆因應力集中而“鼓包”，嚴重時出現脫落或倒塌現象。

采用增加4層的結構單元中錨固磚個數，尤其是在焚燒爐爬坡處和不同爐排段爐牆連接處增加錨固磚，有利於提高單元的拉固力。另外，錨固磚的強度不符合要求、錨固磚的金屬件製作以及安裝不達標、爐牆砌築水平較差也在很大程度上影響側牆的結構穩定性，需要加強產品生產和現場施工的管控。

6. 結論

前、後拱部位由於溫度較高，受煙氣和垃圾灰的侵蝕、滲透及衝刷嚴重，采用含碳化矽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計提高單元結構的拉固力，能一定程度上緩解爐牆“鼓包”問題。另外，提高錨固磚的強度、錨固磚的金屬件製作和安裝質量以及爐牆砌築水平等，也在很大程度上改善側牆的結構穩定性。

總之，選用材料多數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，必須先用耐磨、抗堿性的材料。

如果是回轉式焚燒爐，因不斷回轉廢棄物會引起溫度不斷變化，得先用耐磨、抗熱震的產品，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、碳化矽質澆注料和高鋁質可塑料為主。