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危废焚烧回转窑用耐火材料

发布日期:2019-10-14 16:30

在危险废物焚烧回转窑内部砌筑耐火砖,用来保护危险废物焚烧时的高温及腐蚀对回转窑产生直接的危害。耐火砖的性质取决于其物相的组成、分布及各相的化学特性,即取决于化学矿物化学成分。一般危险废物焚烧回转窑所采用的耐火砖的主要化学成分有高铝砖、镁砖、镁铝砖及硅砖等。高铝砖中Al?O?含量比较高,一般在70%左右;镁砖主要为MgO及其他金属氧化物组成的矿物质;硅砖主要为SiO?及其他金属氧化物形成的稳定的非晶态物质。因此危险废物焚烧回转窑耐火材料应同时具备如下特点:
(1)耐火度要高。即耐高温性,需要能够长期在850℃以上的高温环境下运行而不会达到荷重软化温度。
(2)良好的耐磨性和抗折强度,需要耐火材料在3点弯曲装置上受弯时所能承受的最大应力而不会出现折断现象。
(3)良好的化学稳定性,以阻止高温烟气中酸性、碱金属等物质的侵蚀减薄。有关试验研究发现,碱金属(K、Na)、卤素(F、Cl)和硫(S)的化合物等是耐火材料侵蚀减薄的主要因素。
(4)良好的热稳定性,能够承受焚烧状态的交变热应力,一般要求抗热震次数不低于20次,即在1100℃加热炉内进行加热保温15min后,迅速将其受热端嵌入5-35℃流动水中覆盖冷却约3min后取出,观察耐火砖的损坏率进行折算次数。
(5)受热膨胀稳定性要好。受热膨胀性决定了耐火砖砌筑时预留的膨胀空间,当预留空间不足时造成耐火砖在高温运行中产生膨胀挤压而出现炸裂现象;预留膨胀空间过大可能造成回转窑整体性不佳,中间间隙过大造成非整体性而出现局部松垮的现象甚至可能脱落。
(6)显气孔率要尽量低。显气孔率是指带有气孔的材料中所有开口气孔的体积与其总体积的比值;故显气孔率越高说明耐火材料内含有的开口气孔体积越大,渗透性物质侵入耐火材料内部的几率就越大,对耐火材料的侵蚀也就越大,故需要控制气孔率越低越好。目前国内生产耐火砖普遍显气孔率在20%及以上。
回转窑耐火材料的应用
进入危险废物回转窑的物料主要为工业残渣、化学废弃物等有机废物为主,在焚烧过程中,危险废物中有机硫经过高温氧化,主要以SO?、SO?形式存在。回转窑中危险废物焚烧时的温度可以达到800~1300℃在高温环境中,烟气中的SO?、SO?很容易和耐火砖表面矿物质发生反应,生产低熔点的共聚物。硫的反应方程式如下所示:
这些低熔点聚合物,结合的腐蚀导致耐火砖的结合强度严重丧失,形成新的低共融物质,没有结合强度,进而导致耐火砖表面形成低熔点聚合物、低熔点物质,在物料运动摩擦带动下,最终表面脱落,造成耐火砖的减薄。
河北理工大学张勇研究总结出硅铝质耐火材料的主要成分为莫来石和刚玉,主要成分为SiO?和Al?O?,危险废物中含有的碱金属可以和耐火砖反应生成霞石类物质而造成耐火砖发生体积膨胀的现象,还有可能造成熔点降低,进而加重了对耐火砖的腐蚀作用,而加速耐火砖的减薄率,缩短使用寿命。
纯镁质耐火材料对碱性残渣的抗渗透性能非常差,但当把镁铝尖晶石加入到镁质材料中就可以很好地阻止碱性残渣对耐火材料的渗透性;而且会随着镁铝尖晶石加入量的增加,抗渗透性会逐渐变强,但加入量不可超过20%。
钠盐物质对碳镁质类的耐火材料侵蚀能力很强,可以在较低温度下就有可能使碱类物质的影响作用达到较高程度。
对碱金属与耐火材料的反应特性进行研究,结果表明温度、过量空气系数、Cl含量、S含量的变化均会对碱金属的迁移起到影响,因此建议在选择成型耐火材料时,需要根据实际情况尽量选择复合成分的耐火材料性质已对抗多种侵蚀因素的共同作用。
以碳酸钠盐为研究对象,从腐蚀热力学和动力学方面对耐火材料的腐蚀机制进行研究,结果表明含镁耐火材料比含铬耐火材料具有更好的热稳定性。
随机采取焚烧炉渣作为试样,通过一些研究及论证得出以下结论:
(1) 分别采用高铝砖、 高铝砖、 含铬高铝砖进行侵蚀性测试,结果表明含铬高铝砖耐侵蚀性优于高铝砖,优于黏土砖;考虑到铬为有毒物质而选择高铝砖为生产用砖;(2) 优化砌筑方法,严把砌筑关键点,减少侵蚀性渗入, 以延长耐火砖使用寿命;(3) 通过摸索挂窑皮配方与方法,提升挂窑皮质量,延长挂窑皮周期进而增加对耐火砖的保护而减少磨损、侵蚀作用;(4) 通过优化液体废物喷枪,摸索最佳喷枪设计,以减少液体废物直接喷射到耐火砖表面而引起耐火砖侵蚀与减薄。
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