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    哪一种耐火材料能适应垃圾焚烧炉内化学多变性

    2019-04-13

    医疗垃圾是指医疗机构在医疗、预防、保健以及其他相关活动中产生的具有直接或间接感染性、毒性以及其他危害性的废物 。当今已有多种技术可用于对医疗垃圾的处置,焚烧法适用于各种传染性医疗垃圾,是医疗垃圾处理领域的主流技术 。回转窑式垃圾焚烧炉即是其中一种焚烧处理设备,它能完全保证医疗垃圾的稳定化、安全化、减量化和无害化的环保要求,同时又符合当代医疗垃圾处理的发展趋势 。

    垃圾焚烧炉内温度通常在1400~1600℃,局部达1700℃;炉内与热面区接触的熔渣包含Na2O、K2O、Cl-、SO2-4等,碱度0.3~1.5;回转窑旋转方式为正反摆动;炉内气氛不断变化;垃圾种类、含水量等变化大 。因 此,需要耐火材料具有优良的抗熔渣侵蚀、渗透性,高强度,耐冲刷,耐磨损以及良好的抗热震性能,以适应机械应力 和热应力 的冲击 。目前,垃圾焚烧炉使用的耐火材料主要有高铬、镁铬、铝铬、高铝、碳化硅等材质,但由于受炉内气氛、使用温度、炉渣内钙硅比的不确定性及垃圾种类的多变性,使得以上性能较好的材料很难达到其预期的使用效果 。

    在本研究中,制备出了结构致密、耐压强度高、抗热震性好的Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖,并介绍了其在处理医疗垃圾的直筒型回转窑式焚烧炉上的应用情况 。

     

     

    1试验

     

    1.1原料

    试验所用原料为白刚玉、棕刚玉、Al2O3微粉、锆英砂、高铬废砖粉、添加剂、改性剂等 。部分原料的化学组成如表1所示 。

     

    表1原料的化学组成原料

    1.2制备及性能检测

    将各种原料及添加剂、改性剂等按表2配料后,在湿碾机中先加大、中颗粒混合,再加入2/3的结合剂混合5 min,再加入细粉混约5 min,最后加入剩余结合剂混匀 。用630 t摩擦压砖机压制成250 mm×202 mm×102/87 mm的砖样,砖坯经自然干燥24 h后,再在干燥箱内于110℃干燥24 h 。将干燥后的砖样在梭式窑内于1 700℃烧成 。

     

    表2试样配比

    按国标检测烧后砖样的体积密度、显气孔率、常温耐压强度,抗热震性按DIN 51068标准进行检测,950℃,水冷,以试样断裂时的热循环次数表征 。

     

     

    2 Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖的性能

     

    表3示出了烧后Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖的性能及与国外同类产品的对比 。可以看出,Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖在保证具有优良耐压强度的同时保持了优良的抗热震性能,其理化指标达到甚至优于国外产品的典型值 。

     

    表3 Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖的性能

     

     

    3、Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖的应用

     

    3.1应用

    实例目前,中钢耐火公司生产的Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖已用于国内某公司的回转窑式垃圾焚烧炉 。该窑为4300mm的直筒型回转窑,其转动方式为摇摆转动,即正转一段时间,再反转一段时间 。所处理的医疗废物种类繁多,且含水量(w)大于17% 。Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖在该焚烧炉上使用10余月后,由于窑头罩与回转窑接口处有部分浇注料脱落,造成锚固件暴露,进行了停窑修补 。

    3.2使用情况分析

    该回转窑为圆柱体结构,由内到外所使用的炉衬材料依次为Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖、黏土砖、钢壳 。各层的内径分别为R1=1.83 m、R2=2.08 m、R3=2.15m,钢壳外半径为R=2.178 m,设各层的内表面温度分别为t1、t2、t3,钢壳外壁温度为tw,热导率分别为λ1=3.1 W·(m·K)-1,λ2=1.3 W·(m·K)-1,λ3=37.5 W·(m·K)-1,传热计算选取燃烧室附近的高温区域,工作温度约1 400℃,外界极限温度为t=40℃ 。传热计算公式[2]如下:

     

    采用迭代法,带入数据计算结果如下:

    (1)当耐火砖基本无明显侵蚀剥落时,即工作面内径R1=1.83 m,此时外壁温度约为260℃ 。

    (2)当耐火砖侵蚀剥落60 mm时,即工作面内径R1=1.89 m,此时外壁温度约为281℃ 。

    (3)当耐火砖侵蚀剥落200 mm时,即工作面内径R1=2.03 m,此时外壁温度约为355℃ 。

    由此计算可知,从理论来讲工作面耐火砖的选择完全能够满足使用要求;从回转窑运行情况来看,工作面耐火砖的损毁情况基本正常 。按传热公式计算并结合窑外壁温度及理论上可使用的厚度计算推测,正常状况下,耐火砖再使用6~10个月没有问题 。

    在使用过程中耐火砖的损毁情况受炉内温度、气氛、操作负荷等因 素影响很大,尤其是温度非正常的频繁波动会加剧耐火材料的剥落,因 此建议在使用过程中尽量避免炉内温度的频繁剧烈变化 。

     

     

    4结论

     

    Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖在保证具有高强度的情况下,还具有优良的抗热震性能 。该砖在国内某公司的直筒型回转窑式垃圾焚烧炉试用10余月后无剥落,预计还能继续使用6~10个月,完全可以满足医疗垃圾焚烧炉的使用要求 。

    振明高科耐火

    专业从事钢铁、冶金、水泥、碳素、锅炉、稀土等行业所需的镁碳质、镁质、钢玉质、莫来石质、粘土质等定形、不定形耐火保温材料及相关辅助材料的生产 。

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