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焚烧炉耐火材料的技术水平和发展趋势

作者:admin 发布日期: 2021-03-04 二维码分享


为适应环保产业的日益发展,满足焚烧炉的需要,各国开发使用了各种高质量耐火材料,并取得了显著的使用效果,继续研究开发性能好的耐火材料已成为当务之急。

A 碳化硅材料

SiC耐火材料由于其良好的性能而常用于生活垃圾焚烧炉中,其优良性能主要表现在抗侵蚀性和抗冲刷能力强、抗热震性良好、抗磨损性较高。通常使用的SiC块或砖是以硅酸盐或氮化物结合的,其中SiC的含量各不相同,在温度和不同气氛的影响下,SiC大于800℃时容易分解,这对易挥发SiC制品的开发极其不利,而在SiC表面形成的氧化硅层可以保护SiC晶粒免于进一步的侵蚀。氧化硅的形成受氧气化学作用的同时也受水蒸气的促进作用,SiC大于1000℃时,由于结晶和形成获得的鳞石英与方石英其表面有许多裂纹,从而使其抗侵蚀性减弱,降低了使用寿命。目前通常采用冷却燃烧室内衬,使燃烧室表面温度低于1000℃,从而抑制上述的不良影响。在焚烧炉内温度达到1100℃的区域内,采用硅质结合剂结合的特殊SiC制品,其优点是在局部形成封闭的玻璃状硅酸盐层以防侵蚀。在温度大于1200℃的条件下,氮化物结合的SiC砖具有良好的抗侵蚀性。相比之下,在表面温度为550~1050℃的区域内,硅质结合剂结合的SiC材料因其优化的稳定层而寿命高于氮化物结合的材料。研究表明:表面温度达到850℃时,SiC含量以50%~70为佳;在850~1100℃的区域内,SiC的含量为90%则更加适宜;而当在熔融侵蚀条件下(1250~1350℃),铬刚玉质的高铝制品优于SiC质的制品。一些实验的Al₂O₃-SiC质自流低水泥浇注料焚烧炉内衬,不仅简单而且有利于保护反应器锚固件免受侵蚀;多功能双层防护系统其热传导可以自由调节,但仍在探讨之中。

B 高铝质材料

氧化铝含量较高的材料主要用于特殊垃圾焚烧炉,不同的应力要求氧化铝的含量不同。实验证明,氧化铝含量大于60%的砖具有良好的抗侵蚀性,但要使氧化铝的含量高,基质结合需要特殊的条件,大量刚玉莫来石质晶体基质结合成为必然。通常,含有5%Cr₂O₃的铬刚玉制品可通过添加氧化铬或应用预反应铬刚玉颗粒而实现。采用无二氧化硅的主要原料刚玉和基质中形成的较高的氧化铬区段可使制品具有较高的抗侵蚀性。通过添加斜锆石(一般采用ZrSiO₄)以改进抗热震性,铬含量低于5%

高铝质材料(铬刚玉制品)的发展方向是把Cr₂O₃的含量增加到10%30%,把SiO的含量降低到小于2%以改进制品的抗侵蚀性,但随着Cr₂O₃含量的增加,大量3价稳定的铬在高温区域与渣中的CaONa₂OK₂O等碱类相反应,生成对人体有害的6价铬。因此从环保的观点出发,希望开发使用非铬系耐火材料,一般在氧化气氛下可选择Al₂O₃(熔点2050℃)、ZrO(熔点2950℃)、MgO(熔点2800℃)等氧化物系耐火材料;在还原气氛下可选择CSiC等非氧化物系耐火材料。可以尝试选择含氧化锆的添加剂替代铬铁矿而提高其在高温下的抗侵蚀性。

目前,一些机构正在开发使垃圾形成玻璃化的设备以使污染的废弃物产生惰性,要求内衬材料具有良好的结合弹性和较低的抗温度变化性。研究表明:选择多晶型的ZrO₂可产生抑制基质裂纹的结构,因而结构的弹性性能使制品具有较好的抗开裂性和良好的抗温度变化性。总之,焚烧炉的燃烧温度小于1250℃时,SiC含量不同的材料均适于作其内衬,而硅质结合剂结合的SiC制品,由于在应用中形成环绕SiC晶粒的惰性层而成为较好的选择;燃烧温度大于1250℃时,在较高应力区域,氮化物结合的SiC制品性能良好,也可选择高铝制品、铬刚玉制品。因而,开发SiC制品、高铝制品、铬刚玉制品以及含锆基质的高铝质刚玉制品称为今后发展的主要趋势。

随着我国垃圾焚烧炉的发展,经济的焚烧炉用耐火材料成为推广垃圾焚烧技术的关键。耐火材料的研制窑设法延长其寿命,降低其成本,提高其经济效益。此外,从环保考虑,期望开发出无铬的新型耐火材料。


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