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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的影响?

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2018/7/7     浏览次数:    

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。


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