前言:近年來，水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)風(fēng)起云涌，眾多傳統(tǒng)水泥生產(chǎn)企業(yè)紛紛涉足固體廢物處置。為規(guī)范水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染防治，國家制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和政策：HJ662—2013《水泥窯協(xié)同處置固體廢物環(huán)境保護(hù)技術(shù)規(guī)范》、GB30485—2013《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)》、《水泥工業(yè)污染防治技術(shù)政策》（環(huán)境保護(hù)部公告2013年第31號）、《水泥行業(yè)清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)體系》（發(fā)展改革委公告2014年第3號）、GB30760—2014《水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)規(guī)范》、《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染防治技術(shù)政策》（2017年環(huán)保部出臺(tái)）。政策鼓勵(lì)研發(fā)的新技術(shù)有：協(xié)同處置固體廢物的水泥窯在生產(chǎn)過程中的污染物減排技術(shù)；提高協(xié)同處置固體廢物量的水泥窯利用技術(shù)，如大投加量固廢離線燃燒系統(tǒng)；協(xié)同處置固體廢物的預(yù)處理技術(shù)，如高質(zhì)量垃圾衍生燃料（RDF）制備技術(shù)等。水泥窯協(xié)同處置生活垃圾是生活垃圾處理先進(jìn)方法之一。不同的工藝其二噁英生成幾率和產(chǎn)生量不同，不同的工藝的垃圾入爐水分、產(chǎn)生焚化氣（或熱解氣）熱值、點(diǎn)火啟動(dòng)方式、熱載體入爐溫度、渣冷卻方式、熱利用效率等也不同。正確分析各種工藝優(yōu)缺點(diǎn)有利于提高水泥窯協(xié)同處置生活垃圾技術(shù)水平，促進(jìn)該技術(shù)的發(fā)展。

1、回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)

示意圖1

1.1基本原理

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐，又稱回轉(zhuǎn)窯，是從水泥回轉(zhuǎn)窯演變而來的。主體是一種可旋轉(zhuǎn)的水平圓柱殼體，殼體由鋼板制成，襯耐火材料。管子的軸線和水位的保護(hù)。有一定的傾斜度，固體和半固體廢物從高的一端(頭部)通過進(jìn)料機(jī)進(jìn)入窯內(nèi)，隨著缸體的旋轉(zhuǎn)緩慢地向尾部移動(dòng)。窯體旋轉(zhuǎn)使物料在燃燒和燃燒空氣的過程中充分接觸，完成干燥、燃燒、燃燒、氣缸體的整個(gè)過程，進(jìn)入燃燒室和燃料渣的特性，由飛機(jī)的灰和渣排放。根據(jù)爐氣和固體流動(dòng)方向的不同，或回轉(zhuǎn)窯中熱源(燃燒器)的位置，回轉(zhuǎn)窯可分為上游和下游兩種形式，在回轉(zhuǎn)窯的前進(jìn)方向上進(jìn)行保存。煙道氣體流量相同，也稱為逆流?；剞D(zhuǎn)窯的設(shè)計(jì)適合于進(jìn)料和預(yù)處理，可增加煙氣的時(shí)間，在危險(xiǎn)廢物焚燒系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。逆流回轉(zhuǎn)窯更適用于含水率高或熱值低的危險(xiǎn)廢物(如污泥)。

1.2典型工藝

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐具有廣泛的材料適用性，可同時(shí)處理固體、液體和氣體的危險(xiǎn)廢物。回轉(zhuǎn)窯是一個(gè)中空的鋼瓶，有輕微傾斜的內(nèi)襯和耐火磚，通常很長。經(jīng)過預(yù)處理和兼容性的各類危險(xiǎn)廢物通過不同喂養(yǎng)方式進(jìn)入燃燒系統(tǒng),在自身重力和回轉(zhuǎn)窯的連續(xù)旋轉(zhuǎn),浪費(fèi)的推動(dòng)力下爐體翻轉(zhuǎn)和助燃空氣充分接觸,完成干燥(水蒸發(fā))、氣化和燃燒過程,殘留的預(yù)熱器成渣,渣通過水封機(jī)連續(xù)放電。

2、關(guān)鍵設(shè)備分析探討

2.1立式焚化爐

示意圖2

立式焚化爐是基于傳統(tǒng)立式爐開發(fā)的適合垃圾焚化的爐型。立式焚化爐以結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，處理量適中的特點(diǎn)在水泥窯協(xié)同處置生活垃圾工藝中得到應(yīng)用。其采用上部進(jìn)料、下部出料、上部出氣、下部（或腰部）供氧燃燒的運(yùn)行方式，是基本的傳統(tǒng)煅燒爐型之一。立式焚化爐的主要功能是燃燒或焚化。生活垃圾燃燒或焚化后的有機(jī)物灰渣隨焚化氣直接進(jìn)入水泥窯系統(tǒng)，無機(jī)渣的體積小于原垃圾體積的5%。無機(jī)渣中固體物為金屬、陶瓷片、磚瓦片、玻璃等，金屬物分揀回收；分揀剩余無機(jī)渣作為水泥原料使用；有機(jī)物燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔狻⒎蹓m和含有熱值的焚化氣送至水泥窯的預(yù)分解爐供熱和降解二噁英。

2.2回轉(zhuǎn)熱解爐

回轉(zhuǎn)熱解爐是基于回轉(zhuǎn)窯共性技術(shù)的油砂油頁巖煉油行業(yè)的ATP爐和噶勒特爐基礎(chǔ)上開發(fā)的垃圾熱解爐型。不同于常規(guī)用于煅燒的回轉(zhuǎn)窯，熱解爐是將升溫至較高溫度（650℃左右）的固體熱載體與常溫垃圾在熱解爐進(jìn)料端混合將熱量傳遞給垃圾，使垃圾在無氧或少氧的狀態(tài)下達(dá)到熱解溫度（400~450℃），生成二噁英含量少的熱解氣和渣。渣在窯頭（出料端）繼續(xù)加熱至較高溫度（650~750℃）后經(jīng)過爐內(nèi)篩分將部分高溫細(xì)渣再次送至窯頭進(jìn)料端與垃圾混合熱解。部分熱解氣作為燃料為熱解爐供熱；多余的熱解氣作為燃料送至水泥窯預(yù)分解爐，并在預(yù)分解爐中降解。熱解爐供熱端的熱解氣燃燒后產(chǎn)生含氧量較少的高溫?zé)煔猓?00℃以上）從窯頭到窯尾的流動(dòng)過程中也將熱量傳遞給垃圾，同樣達(dá)到熱解的功效。垃圾熱解的途徑基于上述的固體熱載體法和高溫?zé)煔饨佑|法。在整個(gè)熱解過程中，垃圾與氧氣接觸的幾率小，因而二噁英產(chǎn)生量也少。

2.3烘干機(jī)

垃圾烘干機(jī)的熱源來自篦冷機(jī)的部分或全部高溫廢氣（約250℃）。無論是篦式烘干機(jī)還是回轉(zhuǎn)烘干機(jī)，烘干機(jī)內(nèi)垃圾平均溫度都在150℃左右。烘干氣用于篦冷機(jī)作為冷卻氣體進(jìn)入窯中，使烘干氣余熱得到合理利用。

3、關(guān)鍵工藝分析探討

3.1爐型與二噁英生成

熱解爐與立式焚化爐功能的區(qū)別是熱解與焚燒。雖然產(chǎn)生的無機(jī)渣基本相同，但熱解與燃燒機(jī)理有著本質(zhì)區(qū)別。前者是將有機(jī)物在無氧或缺氧狀態(tài)下加熱，使高分子碳?xì)滏溋呀鉃榈头肿犹細(xì)浠衔餅橹鞯娜細(xì)?、中等分子的燃油以及碳黑混合物的化學(xué)分解過程，后者是碳?xì)浠衔镌谟醒趸蚋谎鯒l件下的氧化放熱反應(yīng)，生成CO2和H2O。焚燒法易產(chǎn)生大量二噁英和呋喃，而二噁英是目前世界上有毒性的有機(jī)物之一。燃燒的氧化反應(yīng)和塑料制品中的氯是二噁英生成的環(huán)境條件，800℃以上高溫雖能分解大部分二噁英，但燃燒中重金屬的熱態(tài)活躍原子又成為二噁英還原的觸媒，在300~500℃的溫度環(huán)境下重新生成二噁英。垃圾熱解是在無氧或缺氧環(huán)境下對垃圾進(jìn)行高溫加熱使其熱裂解的過程。垃圾熱解不僅杜絕了氧化反應(yīng)生成條件，而且減少二噁英前體物的生成，從根本上減少二噁英的產(chǎn)生。由于垃圾中的重金屬?zèng)]有高溫氧化的條件，不易生成促進(jìn)二噁英生成的催化劑，因而可以說從源頭杜絕二噁英的生成。

3.2用氧量

CO2的生成量立式焚化爐協(xié)同處置工藝的垃圾在焚化前未經(jīng)烘干脫水，含水量為20%左右（夏季含水量更高），甚至需要在垃圾中摻和適量的煤炭才能焚化。因此不預(yù)烘干處理垃圾的CO2生成量高。同時(shí)由于垃圾含水量高導(dǎo)致焚化氣熱值較低，焚化氣熱值低于3500kJ/Nm3對分解爐的穩(wěn)定性有一定的影響。

結(jié)語:近年來，隨著國家對危險(xiǎn)廢物的監(jiān)管力度加大。大型回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)將在危險(xiǎn)廢物處理中得到更廣泛的應(yīng)用。

1、我國危險(xiǎn)廢物無害化處置現(xiàn)狀

我國的危廢處置從1990年開始起步，到1996年初步形成相關(guān)管理體系，直至2008年才形成《國家危廢名錄》， 2013年，兩高司法解釋，“非法排放、傾倒、處理3噸以上危廢將入刑”，被視為我國危廢處理行業(yè)啟動(dòng)的關(guān)鍵點(diǎn)。2016年上半年，《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》、《國家危險(xiǎn)廢物名錄(2016年版)》等危廢處理相關(guān)專項(xiàng)規(guī)劃的相繼頒布實(shí)施,2017年，《“十三五”全國危險(xiǎn)廢物規(guī)范化管理督查考核工作方案》頒布， 2018年，生態(tài)環(huán)境部開展“清廢行動(dòng)2018”計(jì)劃、工信部開展長江經(jīng)濟(jì)帶工業(yè)綠色發(fā)展行動(dòng)，2019年11月12日，生態(tài)環(huán)境部辦公廳發(fā)布《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)（二次征求意見稿）》， 2020年3月10日，國家標(biāo)準(zhǔn)《固體廢物玻璃化處理產(chǎn)物技術(shù)要求（征求意見稿）》公開征求意見等，均讓危廢處理行業(yè)發(fā)展提速，進(jìn)一步催化危廢處理行業(yè)發(fā)展機(jī)遇。

隨著工業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)過程排放的危廢日益增多。2016年， 214個(gè)大、中城市工業(yè)危廢產(chǎn)生量達(dá)3344.6萬噸，其中，工業(yè)危廢綜合利用量占利用處置總量的45.3%，處置、貯存分別占比43.8%和10.9%，有效地利用和處置是處理工業(yè)危廢的主要途徑。2018年， 200個(gè)大、中城市工業(yè)危廢產(chǎn)生量達(dá)4643.0萬噸，預(yù)計(jì)2020年因?yàn)橐咔樵?，危廢將增至近1億噸。

2、我國危廢焚燒技術(shù)

實(shí)踐證明，回轉(zhuǎn)窯或水泥窯焚燒處理技術(shù)可以處理固體、液體和氣體狀態(tài)的工業(yè)危廢，是當(dāng)今處理危廢廣泛的處置技術(shù)。截至2019年7月，我國已取得危廢經(jīng)營許可證的水泥窯協(xié)同處置項(xiàng)目75個(gè)（不包含港澳臺(tái)地區(qū)），核準(zhǔn)規(guī)模462.52萬噸。目前水泥窯協(xié)同處理危廢主要包括固體危廢、廢液以及RDF替代燃料等，主要從預(yù)熱器、分解爐、后窯口以及窯頭罩等部位處理,與傳統(tǒng)填埋、焚燒的處理方式相比，水泥窯協(xié)同處置廢棄物有著明顯的優(yōu)勢，但由于起步晚，技術(shù)、運(yùn)營、監(jiān)管等多方面的體系構(gòu)建尚不健全。由于水泥工藝和產(chǎn)品質(zhì)量管控日趨嚴(yán)格，很多危廢禁止在水泥窯中協(xié)同處置，而且協(xié)同危廢處理后對運(yùn)營工況、煙氣成分、物料組份都造成很大變化和波動(dòng)，加劇了水泥窯筒體腐蝕和系統(tǒng)內(nèi)結(jié)圈或者結(jié)皮，縮短了耐火材料使用壽命，嚴(yán)重影響了水泥窯長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是危廢焚燒裝置，主體設(shè)備由回轉(zhuǎn)窯、二燃室、余熱鍋爐、急冷塔、脫酸、除塵系統(tǒng)構(gòu)成。經(jīng)過預(yù)處理的各類危廢通過不同喂養(yǎng)方式進(jìn)入燃燒系統(tǒng)，在自身重力和回轉(zhuǎn)窯的連續(xù)旋轉(zhuǎn)作用下，物料和助燃空氣充分接觸，完成干燥、氣化和燃燒過程，最后殘留部分淬冷成灰渣。

根據(jù)爐氣和固體流動(dòng)方向的不同，或回轉(zhuǎn)窯中燃燒器的位置，回轉(zhuǎn)窯焚燒爐可以分為逆流和順流兩種形式。其中，燃燒器熱源在回轉(zhuǎn)窯的進(jìn)料端，固體和煙氣走向相同，成為順流式；反之，燃燒器熱源在出料端，固體和煙氣走向相反，稱為逆流式。目前危廢焚燒系統(tǒng)主要是以順流式回轉(zhuǎn)窯的設(shè)計(jì)為主，逆流式回轉(zhuǎn)窯更適用于含水率高或熱值低的危廢等。回轉(zhuǎn)窯焚燒爐具有適用性廣特點(diǎn)，可同時(shí)處理固體、液體和氣體的危廢。環(huán)保要求日趨嚴(yán)格形勢下，回轉(zhuǎn)窯危廢焚燒爐優(yōu)勢明顯。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國回轉(zhuǎn)窯危廢焚燒系統(tǒng)約有800條處理生產(chǎn)線,處理能力從20t/d到120t/d不等。2018年我國危廢焚燒處置產(chǎn)能規(guī)模達(dá)到616萬t/年，其中回轉(zhuǎn)窯焚燒占比53%，主要分布在浙江、江蘇、山東、河北、福建等地。

3、回轉(zhuǎn)窯危廢焚燒爐耐火內(nèi)襯設(shè)計(jì)

1）回轉(zhuǎn)窯本體

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐關(guān)鍵設(shè)備即為回轉(zhuǎn)窯本體，因其是一種動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，對內(nèi)襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求較高，首先要確保耐火內(nèi)襯在動(dòng)態(tài)高溫狀態(tài)運(yùn)行下整體內(nèi)襯的穩(wěn)定性，防止耐火磚掉磚、抽簽等問題。對于危廢回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)而言，由于轉(zhuǎn)速比較慢，一般在1轉(zhuǎn)/分以下，可以根據(jù)廠房設(shè)計(jì)和節(jié)能要求選擇單層磚、雙層磚、復(fù)合磚和整體澆注等不同結(jié)構(gòu)，回轉(zhuǎn)窯耐火材料總厚度一般是250~300mm不等，其中工作層耐火磚材質(zhì)一般根據(jù)處理溫度和危廢種類不同，可以選擇高鋁質(zhì)、剛玉莫來石質(zhì)以及鉻鋯剛玉質(zhì)耐火材料等。采用厚度230~300mm單層結(jié)構(gòu)時(shí)，由于耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)大多在1.7~2.0以上，后期高溫區(qū)窯外壁溫度達(dá)到350℃以上，但是整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，適合于回轉(zhuǎn)窯在室外的項(xiàng)目。

采用隔熱磚和耐火磚雙層結(jié)構(gòu)，因?yàn)楦魺岽u導(dǎo)熱系數(shù)低，能起到降低窯皮溫度作用，窯外壁溫度可以控制在220℃左右甚至以下，節(jié)能效果好，但是對施工要求較高，適合于室內(nèi)項(xiàng)目。這里要注意隔熱磚強(qiáng)度一般要求大于20MPa，隔熱磚厚度設(shè)計(jì)不能低于50mm。

既要達(dá)到單層磚的穩(wěn)定性，又要降低外壁溫度，可以設(shè)計(jì)復(fù)合磚，即工作面是剛玉磚、鉻剛玉磚，背面是氧化鋁空心球、高鋁或者粘土質(zhì)，隔熱層厚度約為50~70mm。這種產(chǎn)品生產(chǎn)效率低，而且由于工作層和隔熱層材質(zhì)熱膨脹系數(shù)和燒結(jié)收縮率不同，因此，在連接處容易產(chǎn)生微裂紋，廢品率較高。

鑒于此，可以采用凹槽型復(fù)合磚設(shè)計(jì)，工作層材質(zhì)不變，尾部開槽后填充納米板等絕熱材料。這種凹槽磚型復(fù)合磚，不僅生產(chǎn)和施工方便，而且可以取得降低筒體外壁溫度30~50℃左右效果。

另外，部分回轉(zhuǎn)窯采用輕質(zhì)澆注料或者纖維板等作為隔材料，工作層采用重質(zhì)澆注料（金屬抓釘錨固）雙層澆注結(jié)構(gòu)，可以合理控制回轉(zhuǎn)窯外壁溫度。該結(jié)構(gòu)采用金屬件把耐火材料和筒體連為一體，不存在耐火磚脫落問題，但是金屬件焊接質(zhì)量和澆注料中水份烘干排出是關(guān)鍵。

相比較而言,耐火磚方案檢修和更換方便，受環(huán)境和人為因素影響較小?，F(xiàn)在新建項(xiàng)目回轉(zhuǎn)窯基本都是室外設(shè)計(jì),隨著提產(chǎn)和環(huán)保要求，采用單層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好,高溫區(qū)可以考慮凹槽復(fù)合磚方式，降低外壁溫度。而且從防腐蝕角度，筒體外壁溫度控制在160~320℃區(qū)間，比較合理。

2）二燃室

二燃室主要功能是對煙氣進(jìn)行二次燃燒處理，可燃成份、飛灰顆粒以及二噁英等焚燒分解，物理和化學(xué)反應(yīng)同時(shí)存在，反應(yīng)劇烈。二燃室一般包括耐火材料、保溫材料和絕熱材料。其中，耐火材料是指工作層重質(zhì)澆注料、可塑料或者耐火磚等，保溫材料是指保溫澆注料和保溫磚等，絕熱材料是指硅酸鈣板、陶瓷纖維板以及納米板等。目前二燃室內(nèi)襯

設(shè)計(jì)主要包括三種方式：

(1)方案一：包括耐火材料、保溫材料和絕熱材料；這種三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以總厚度450mm為例，外壁溫度為80~90℃。

(2)方案二：包括耐火材料和保溫材料。該結(jié)構(gòu)外壁溫度較高，以305mm總厚為例，溫度達(dá)到150~180℃。

(3)方案三：包括耐火材料和絕熱材料。這種方案介于前兩種方案之間，以270mm總厚為例，外壁溫度約為110~140℃。

一般而言，二燃室溫度約為1100~1200℃，燃燒器局部溫度甚至達(dá)到1300℃以上，所以工作層選擇剛玉莫來石質(zhì)即可滿足使用要求，燃燒器區(qū)域工作層建議使用剛玉質(zhì)或者鉻剛玉質(zhì)材料。相比較而言,方案一的三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性好，不容易因漏氣或者串火，導(dǎo)致筒體高溫腐蝕或者超溫變形而停爐檢修。

3）其他部位

余熱鍋爐部分主要是灰斗、集箱、頂部密封以及出口煙道需要使用部分耐磨澆注料，其中灰斗采用絕熱材料和耐磨澆注料雙層結(jié)果較多，總厚度一般在200~250mm。

急冷塔使用耐酸澆注料或者耐酸膠泥，頂部往下約2米區(qū)域溫度較高可以采用25mm絕熱材料作為隔熱層，內(nèi)襯總厚度100mm即可。

4、典型回轉(zhuǎn)窯危廢工藝與耐火材料設(shè)計(jì)優(yōu)化

建議根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，耐火材料損毀主要集中于回轉(zhuǎn)窯本體區(qū)域。危廢焚燒主要包括以下幾種典型處理工藝，針對此，提出以下設(shè)計(jì)優(yōu)化建議。

1）處理含水率高物料

進(jìn)窯物料含水率高，進(jìn)料端耐火材料熱剝落嚴(yán)重,熱震穩(wěn)定性好的莫來石質(zhì)、剛玉莫來石質(zhì)、剛玉碳化硅質(zhì)等耐火材料適用于此區(qū)域。

2）窯頭廢液處理量大、霧化不好

一般窯頭通過霧化槍處理廢液，焚燒區(qū)域主要在干燥段，受設(shè)備影響如果霧化效果不好時(shí)，該區(qū)域耐火材料也會(huì)出現(xiàn)剝落損毀，莫來石質(zhì)、剛玉莫來石質(zhì)、剛玉碳化硅質(zhì)材料同樣適用于此。運(yùn)行時(shí)，一般要增加檢查霧化設(shè)備頻次，同時(shí)廢液處理量不超過30%為宜。

3）鐵皮（桶）等硬料處理量大

鐵桶等物料硬度大，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速慢，物料在窯內(nèi)反復(fù)旋轉(zhuǎn)造成進(jìn)料區(qū)機(jī)械磨損嚴(yán)重。選擇強(qiáng)度高、耐磨性更好的剛玉碳化硅質(zhì)耐火材料使用效果良好。

4）含低熔點(diǎn)鹽量高的物料

物料含K、Na鹽量大于5%以上后，熔點(diǎn)較低，容易形成高溫熔渣，對耐火材料滲透、侵蝕嚴(yán)重。出現(xiàn)高溫熔渣時(shí)，高溫區(qū)耐火材料選擇鉻鋯剛玉質(zhì)較為合適，一般Cr203含量為3~10%不等。

5）含氟量高的物料

物料中含氟比例較高，達(dá)1~4%時(shí)，由于F和耐火材料中Si很容易反應(yīng)形成SiF4氣化，造成襯里基質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞，快速侵蝕；要嚴(yán)格控制耐火材料中雜質(zhì)含量尤其是二氧化硅含量，采用Cr203含量為9~15%鉻剛玉材料，可以滿足回轉(zhuǎn)窯正常運(yùn)行需要。

5、結(jié)束語

危廢焚燒是新興領(lǐng)域，其中危廢種類復(fù)雜繁多，物性、熱值差異較大，回轉(zhuǎn)窯和二燃室內(nèi)襯根據(jù)需要，設(shè)計(jì)形式多樣。隨著國家對危廢的監(jiān)管力度加大，大型回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)將在危廢處理中得到更廣泛的應(yīng)用，對回轉(zhuǎn)窯焚燒爐耐火材料選型和設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)高溫窯爐相比，耐火材料研究人員應(yīng)更多關(guān)注危廢物料特性、工況特點(diǎn)（焚燒溫度、煙氣成分）等。

耐火磚或澆注料用于工業(yè)窯爐內(nèi)襯時(shí)，由于受到溫度變化和溫度梯度形成的熱應(yīng)力的影響，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)襯結(jié)構(gòu)變形膨脹，因此在耐火磚和澆注料施工時(shí)要留設(shè)膨脹縫。

耐火磚和澆注料使用原料不同，受熱后產(chǎn)生的膨脹系數(shù)也不一樣，砌筑時(shí)膨脹的尺寸主要是根據(jù)使用耐火磚或是澆注料的性質(zhì)和承受的溫度而定。

1. 耐火澆注料膨脹縫的形式

耐火澆注料膨脹縫的形式基本上分為貫通縫和不貫通縫兩種，如圖1所示。

a、b-貫通膨脹縫;c-不貫通膨脹縫

2. 膨脹縫的留設(shè)

耐火澆注料膨脹縫的留設(shè)主要是選擇膨脹縫的間距、寬度和形式。預(yù)制件組裝的爐體和現(xiàn)場澆注的爐人本，其膨脹縫間距離有所不同。

①預(yù)制構(gòu)件組裝的爐體，如用預(yù)制件組裝，若爐體較短，預(yù)制件之間不必另留膨脹縫，只需要在爐體兩端留適當(dāng)縫隙即可;若爐體較長，可根據(jù)爐體各段溫度的情況，沿爐體長度方向每隔5~10m留一道膨脹縫，縫內(nèi)用浸過黏土泥漿的陶瓷纖維繩嵌填，以防爐內(nèi)在低、中溫時(shí)向外冒煙、冒火。

②現(xiàn)場澆注的爐體?，F(xiàn)場澆注的耐火澆注料爐體留設(shè)膨脹縫的間距和寬度?？蓞⒖急?所示。表中數(shù)值適用于黏土質(zhì)和高鋁質(zhì)耐火澆注料。

③填料的固定。耐火澆注料中膨脹縫的材料應(yīng)在澆注前固定到位或在澆注時(shí)仔細(xì)填入，當(dāng)分塊澆注施工時(shí)，宜將耐火澆注料按其膨脹縫劃分成數(shù)塊，用模板從膨脹縫處進(jìn)行分隔澆注，初凝后嵌入接縫填料，如圖2所示。

a：δ=3~4mm

b:δ=5mm

④防止位移。為阻止膨脹縫填料位移或發(fā)生局部耐火澆注料粘連，填料層應(yīng)裁制準(zhǔn)確，鋪貼嚴(yán)密，必要時(shí)可用釘子釘入澆注料以穩(wěn)固填料層。

⑤隔離措施。當(dāng)填料層在施工環(huán)境下處于冷態(tài)時(shí)分離、熱態(tài)時(shí)接觸，即成為滑移面時(shí)，宜增加隔離層以防止填料位移，阻止漏漿粘連或堵塞膨脹間隙。

3. 膨脹縫的允許誤差

(1)垂直膨脹縫的垂直度允許誤差為，每米高度不大于2mm，全高不大于15mm.

(2)水平膨脹縫的水平度允許誤差為，每米不大于2.5mm,全長不大于15mm.

(3)電站鍋爐膨脹縫的誤差允許為3~4mm.

(4)膨脹縫的寬度允許誤差見表2.

(5)現(xiàn)場澆注成型的各類耐火澆注料，均應(yīng)按設(shè)計(jì)圖的規(guī)定留設(shè)膨脹縫，其寬度誤差為+3mm，不得小于規(guī)定寬度。

4. 結(jié)語

耐火磚或澆注料在爐底施工時(shí)的膨脹縫，要在上下磚層和同層爐底中留成交錯(cuò)式互相錯(cuò)開。在砌筑爐墻時(shí)，留設(shè)的膨脹縫在內(nèi)外層間和上下層中也可留成交錯(cuò)式。園形墻施工時(shí)要在外殼間留設(shè)縫隙以補(bǔ)償膨脹。

在拱頂施工，耐火磚和澆注料留膨脹縫要在兩端留出直通。留設(shè)時(shí)考慮拱頂?shù)目v向膨脹和爐墻的向上膨脹。拱頂長度大于5米時(shí)，除在兩端留設(shè)膨脹縫外，還要根據(jù)拱長分段情況，在拱頂中部留設(shè)膨脹縫，錯(cuò)砌拱頂?shù)呐蛎浛p留成直通式。

多層拱頂各層膨脹縫要錯(cuò)開，膨脹縫上要用一層平砌磚層覆蓋。如果是硅磚干砌的拱頂，應(yīng)在拱頂?shù)妮椛淇p中，每隔3-5塊磚夾入1-2mm的紙板，以補(bǔ)償膨脹。

如果是懸掛式爐頂用耐火磚或澆注料，是要在沿爐頂周圍留設(shè)膨脹縫。

耐火材料是水煤漿加壓氣化爐的關(guān)鍵部件，其運(yùn)行效果是氣化爐能否長周期、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。本文就氣化爐在運(yùn)行過程中耐火材料出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，旨在找到影響壽命的關(guān)鍵因素，并從煤質(zhì)、操作、磚形等方面進(jìn)行改進(jìn)，以解決制約系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸問題。某公司采用GE水煤漿加壓氣化技術(shù)，運(yùn)行模式為兩開一備，設(shè)計(jì)的運(yùn)行壓力為6.5MPa，設(shè)計(jì)每臺(tái)氣化爐的處理煤量為1500t/d。氣化爐的耐火襯里采用國產(chǎn)化材料，依然是傳統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)。開車以來，氣化爐耐火襯里的向火面使用壽命一直較短，主要表現(xiàn)在錐底磚部分脫落和筒體磚侵蝕嚴(yán)重，現(xiàn)就這些現(xiàn)象進(jìn)行分析并介紹解決方案。

2. 耐火襯里損壞機(jī)理分析

耐火材料在使用過程中，由于經(jīng)受高溫或者溫度激變、氣氛變化以及熔渣等的腐蝕、侵蝕，因而其損毀形態(tài)復(fù)雜、損壞機(jī)理多樣。歸納起來耐火材料的損毀形態(tài)主要有機(jī)械損壞和化學(xué)侵蝕兩大基本類型。

2.1 機(jī)械損壞

耐火材料的機(jī)械損壞主要包括熱剝落、結(jié)構(gòu)剝落和高溫?zé)崞谝约皺C(jī)械沖擊等所造成的破壞。在氣化爐耐火材料使用過程中不可避免會(huì)出現(xiàn)“熱震”現(xiàn)象，這是造成耐火材料機(jī)械損壞的主要原因之一。

所謂熱震，即耐火材料的運(yùn)行溫度發(fā)生較大變化時(shí)對其產(chǎn)生的影響。GE公司有一個(gè)關(guān)于熱循環(huán)的定義，即當(dāng)溫度在1h內(nèi)發(fā)生100℃變化時(shí)的情況稱為一個(gè)熱循環(huán)，我們也可以歸為熱震。氣化爐在烘爐、投料、停車過程中都易發(fā)生熱震現(xiàn)象，特別是在投料和停車過程中。在烘爐過程中，由于負(fù)壓和烘爐燃料控制不當(dāng)可能會(huì)引起爐溫在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生較大變化，集中表現(xiàn)為氣化爐燃燒室上下溫差變大、局部溫度過高，此時(shí)整體的熱膨脹會(huì)出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，輕則導(dǎo)致局部出現(xiàn)裂紋，重則出現(xiàn)磚被擠碎現(xiàn)象。在投料過程中，由于煤漿和氧氣均為溫度較低的介質(zhì)，在1min內(nèi)先后進(jìn)入爐內(nèi)，此時(shí)爐溫一般在1000℃左右，從DCS上觀察爐溫的變化可以發(fā)現(xiàn)，在投料的瞬間，爐內(nèi)溫度發(fā)生了先降后升的變化，降是因?yàn)槔浣橘|(zhì)進(jìn)入高溫環(huán)境內(nèi)會(huì)大量吸收熱量，升是因?yàn)楫?dāng)煤漿和氧氣溫度達(dá)到一定值時(shí)會(huì)進(jìn)行劇烈的氧化反應(yīng)而燃燒，所以，每次投料相當(dāng)于對氣化爐的耐火材料進(jìn)行了兩次“熱震”。在停車過程中，為了保證氧氣管線和煤漿管線的清潔，要對兩條主要物料管線進(jìn)行氮?dú)獯祾摺Ｃ看瓮＼囘M(jìn)入氣化爐燃燒室內(nèi)的氮?dú)饩鶑?3MPa降至11.3MPa左右，約1000m3的氮?dú)膺M(jìn)入，同樣會(huì)使耐火材料的溫度發(fā)生驟然降低，所以每次停車過程也相當(dāng)于一次“熱震”。從運(yùn)行過程中可以得出這樣一個(gè)結(jié)論：氣化爐的開停車次數(shù)越多，耐火材料發(fā)生機(jī)械損壞的幾率越高。

在系統(tǒng)運(yùn)行的初期，由于大家對此種大型爐的認(rèn)識(shí)不足，爐子運(yùn)行不穩(wěn)定等諸多原因，導(dǎo)致氣化爐的開停車比較頻繁，個(gè)別時(shí)候還會(huì)進(jìn)行較低溫度的聯(lián)投操作，是耐火材料壽命短的原因之一。

2.2 化學(xué)侵蝕

水煤漿加壓氣化爐用的耐火材料由多種高熔點(diǎn)化合物構(gòu)成，其中主要成分均為Cr?O?，目前向火面所用耐火材料的Cr?O?含量可以高達(dá)90%以上，其余的為Al?O?、ZrO?等成分。在這些化合物中，有的具有同質(zhì)多晶現(xiàn)象，即同一化合物有多種晶體結(jié)構(gòu)(晶型)。當(dāng)條件變化時(shí)，會(huì)由一種晶型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶型。一種化合物若有幾種晶型，在一定溫度與壓力下只有自由能低的一種晶型能穩(wěn)定存在。例如，一種化合物有晶型I與晶型Ⅱ兩種，當(dāng)溫度低于某一值時(shí)，只有晶型I能穩(wěn)定存在；當(dāng)溫度升至某一值時(shí)，則發(fā)生晶型I與晶型Ⅱ之間的轉(zhuǎn)變，當(dāng)溫度高于這一溫度時(shí)，只有晶型Ⅱ能穩(wěn)定存在。對于水煤漿加壓氣化爐的耐火材料而言，在不考慮其他因素而只考慮溫度時(shí)，對溫度的要求為不大于1500℃。由于晶型轉(zhuǎn)變常伴隨有體積(或密度)與其他性質(zhì)的變化，因此，當(dāng)耐火材料內(nèi)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變時(shí)，就可能發(fā)生開裂、疏松或粉化現(xiàn)象，從而影響其整體使用壽命。

若熔渣浸透進(jìn)入耐火材料內(nèi)部的氣孔中，不僅會(huì)促進(jìn)耐火材料的熔解蝕損，而且是導(dǎo)致材料化學(xué)侵蝕而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)剝落進(jìn)而加快其損毀的重要原因。因?yàn)橐坏┤墼高M(jìn)入耐火材料內(nèi)部的氣孔，便會(huì)立即與之反應(yīng)，導(dǎo)致工作表面變質(zhì)，其結(jié)果則會(huì)在高溫條件下造成被浸透區(qū)域變得非常疏松。有人做過相關(guān)的試驗(yàn)，當(dāng)溫度達(dá)到1300℃時(shí)，熔渣對耐火磚內(nèi)部的滲透深度可以達(dá)到30mm。對于水煤漿加壓氣化技術(shù)本身而言，在現(xiàn)有的煤種范圍內(nèi)，絕大多數(shù)煤種的操作溫度無法達(dá)到1300℃以下，由此可以得出這樣一個(gè)結(jié)論：在正常的生產(chǎn)過程中熔渣對耐火材料的侵蝕幾乎是不可避免的。為了延長耐火材料的使用壽命，在經(jīng)過大量的工業(yè)化摸索試驗(yàn)后，我們發(fā)現(xiàn)，Cr?O?與渣中的Fe?O?、Al?O?、FeO、MgO反應(yīng)生成復(fù)合尖晶石(Mg、Fe)O(Al、Cr、Fe)?O?，在耐火材料表面形成一致密的保護(hù)層，可以阻止?fàn)t渣的進(jìn)一步侵蝕。阻止熔渣向耐火材料內(nèi)部浸透的有效的方法是提高熔渣的黏度，這可通過控制熔渣的粘溫特性來實(shí)現(xiàn)。

從表中的數(shù)據(jù)可知，達(dá)到渣臨界粘度25.42Pa·s的操作爐溫已經(jīng)到了1283℃，并且當(dāng)爐溫稍有降低時(shí)其粘度會(huì)陡增。為了保證排渣的順暢就提高操作爐溫，此時(shí)想形成保護(hù)層是困難的，耐火材料長期暴露在較高的溫度中對其損傷是非常大的!所以，高溫操作、不能形成保護(hù)層是導(dǎo)致耐火磚壽命短的另一主要原因。

3. 如何延長耐火襯里的使用壽命

耐火襯里的使用壽命直接關(guān)系到整個(gè)工廠的運(yùn)行成本和經(jīng)濟(jì)效益，為此，針對出現(xiàn)的問題，我們進(jìn)行了分類和總結(jié)，旨在運(yùn)行中不斷優(yōu)化各種指標(biāo)。

3.1 穩(wěn)定操作工況

(1)嚴(yán)格按照烘爐曲線烘爐，防止由于爐溫變化過快引起耐火磚產(chǎn)生位移，特別是冷態(tài)新磚的首次保養(yǎng)，一定要嚴(yán)格按照時(shí)間進(jìn)行，各階段的恒溫時(shí)間只能延長、不能縮短。

(2)正常運(yùn)行中每天進(jìn)行原料煤和入爐煤漿灰熔點(diǎn)的分析。根據(jù)分析數(shù)據(jù)來控制合適的氧煤比，控制好爐溫，既要防止渣口堵塞造成的熱量積聚，又要防止溫度過高對爐磚造成的直接傷害。

(3)運(yùn)行中定期進(jìn)行氣化爐的切換，氣化爐負(fù)荷盡量不要太高，保證燒嘴霧化良好，減少意外跳車的幾率。燒嘴運(yùn)行超過30d后不再進(jìn)行聯(lián)投操作，聯(lián)投時(shí)盡量保證爐溫在900℃以上，避免低溫投料可能造成的震動(dòng)。

(4)定期進(jìn)行耐火磚的測量。根據(jù)測量數(shù)據(jù)適時(shí)調(diào)整中心的比例，調(diào)整反應(yīng)中心區(qū)域的位置，保持耐火磚使用均勻，防止出現(xiàn)“木桶”效應(yīng)。

3.2 優(yōu)化灰渣的粘溫特性

由于煤種灰渣的粘溫特性差，造成操作彈性小，難以形成保護(hù)層。通過分析，煤灰成分中堿度不當(dāng)，在這里我們用(CaO+Fe?O?+MgO)/(SiO?+Al?O?)來衡量，此比例一般在0.1～1之間。當(dāng)比例為0.5左右時(shí)堿酸比例適中，而試驗(yàn)煤樣此比例為1.268，所以，應(yīng)當(dāng)向煤中導(dǎo)入部分酸性物質(zhì)。

經(jīng)過試驗(yàn)，向試驗(yàn)煤樣中加入當(dāng)?shù)厣衬械纳匙舆M(jìn)行堿酸比例的調(diào)整。通過試驗(yàn)可知，當(dāng)向試驗(yàn)煤樣中加入相當(dāng)于煤灰分40%的沙子時(shí)，煤的粘溫特性得到了改善，灰熔點(diǎn)同時(shí)也得到了降低，粘溫特性如圖1。

4. 運(yùn)行效果總估

(1)隨著對系統(tǒng)掌握能力的增強(qiáng)和對操作的不斷優(yōu)化，系統(tǒng)的開停車次數(shù)減少、聯(lián)投的次數(shù)也相應(yīng)減少，減少了對耐火磚產(chǎn)生“熱震”的次數(shù)。定期檢查耐火磚、更換工藝燒嘴保證了系統(tǒng)在可控范圍之內(nèi)。從幾次入爐檢查情況看，耐火襯里幾乎無較大裂紋，整體熱膨脹性良好。

(2)通過優(yōu)化灰渣的粘溫特性，氣化爐的溫度操作彈性增大，在耐火材料表面逐漸形成了保護(hù)層，磚的使用壽命有望增加。

1.燃燒室的防磨材料施工工藝

如圖1所示，為循環(huán)流化床鍋爐燃燒室下部水冷壁管上耐磨澆注料的施工工藝，耐磨材料是由焊在管子表面上的金屬銷釘固定。由于該區(qū)域?yàn)槿紵蚁虏棵芟鄥^(qū)，其物料濃度很高，混合及湍流流動(dòng)非常強(qiáng)烈，所以磨損非常嚴(yán)重。為了防磨，在下部密相區(qū)襯有一定厚度的耐火、耐磨澆注料。

需要敷設(shè)耐磨澆注料區(qū)域還有翼墻管式水冷壁下部，尤其是在管子穿墻處，因?yàn)樵搮^(qū)域的磨損相當(dāng)嚴(yán)重。如圖2所示，對爐內(nèi)耐火材料較厚的特殊區(qū)域，需要將耐火材料分層澆注。

2.回料裝置內(nèi)部的防磨材料施工工藝

回料裝置內(nèi)部的防磨材料施工工藝，主要是采取耐磨材料與保溫材料配合的結(jié)構(gòu)形式，有以下幾種基本型式：

(1)耐磨磚襯里+保溫磚型式

為解決膨脹每一定間隔留有膨脹縫，即耐磨磚與耐磨磚之間留有2mm的灰漿縫。而且為了把耐磨磚的質(zhì)量分層傳遞到鋼殼上，并在適當(dāng)高度設(shè)有高溫?zé)釓?qiáng)鋼制的托架。

(2)耐磨磚十保溫澆注料型式

同樣為了解決膨脹每一定間隔留有膨脹縫，即耐磨磚與耐磨磚之間也留有2mm的灰漿縫。同樣每間隔一定高度設(shè)磚托分層卸載。這種型式適合于鋼殼形狀較復(fù)雜及其他不適合保溫磚的部位。

(3)耐磨澆注料+保溫澆注料型式

如圖3所示，為耐磨澆注料+保溫澆注料型式，這種結(jié)構(gòu)型式是按一定規(guī)律布置“Y”形抓釘用以固定耐磨襯里，為解決金屬抓釘與耐磨澆注料之間的溫脹差異，抓釘上要涂1mm厚浙青，避免熱態(tài)下由于金屬銷釘與耐火材料的膨脹不同而引起耐火材料的開裂，同時(shí)耐磨澆注料需按2%的比例加入不銹鋼纖維，同樣耐磨襯里要留有適當(dāng)膨脹縫。

3.分離器內(nèi)部的防磨材料施工工藝

由于分離器是循環(huán)流化床鍋爐中的關(guān)鍵部件，對于高溫絕熱分離器，主要采用如下幾種防磨設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式：

(1)耐磨磚襯里+保溫磚型式

如圖4所示，為耐磨磚襯里+保溫磚型式，為解決膨脹每一定間隔留有膨脹縫，即耐磨磚與耐磨磚之間留有2mm的灰漿縫，耐磨磚分層采用焊在鋼殼上的拉鉤加固，而且為了把耐磨磚的質(zhì)量分層傳遞到鋼殼上，并在適當(dāng)高度設(shè)有高溫?zé)釓?qiáng)鋼制的托架。這種型式適合大面積平面或圓弧面。

示意圖4

(2)耐磨磚十保溫澆注料形式

如圖5所示，為耐磨磚十保溫澆注料形式，同樣為解決膨脹每一定間隔留有膨脹縫，即耐磨磚與耐磨磚之間留有2mm的灰漿縫，耐磨磚上有用于拉鉤固定的凹槽，而且為了把耐磨磚的質(zhì)量分層傳遞到鋼殼上，并在適當(dāng)高度設(shè)有高溫?zé)釓?qiáng)鋼制的托架。這種形式適合于鋼殼形狀較復(fù)雜及其他不適合保溫磚的部位。

(3)采用固定抓釘和高溫?zé)Y(jié)磚的澆注料結(jié)構(gòu)形式

如圖6所示，為采用固定抓釘和高溫?zé)Y(jié)磚的澆注料結(jié)構(gòu)形式，在耐磨耐火磚較難施工的位置，一般采用耐磨耐火澆注料來實(shí)現(xiàn)防磨設(shè)計(jì)，由于澆注料的養(yǎng)護(hù)過程要在分離器內(nèi)安裝完后進(jìn)行，受環(huán)境、加熱條件的限制，澆注料的耐磨性能要低于耐磨耐火磚。并在澆注料中加鋼纖維、還應(yīng)適當(dāng)加大抓釘密度。

示意圖6

(4)分層拉鉤磚結(jié)構(gòu)形式

如圖7所示，為分層拉鉤磚結(jié)構(gòu)形式，在分離器的圓筒部分及錐段部分均采取楔形耐磨磚與拉鉤磚配合的這種結(jié)構(gòu)，可有效防止耐磨耐火磚的脫落，使任何一塊獨(dú)立的耐磨耐火磚幾乎沒有可能脫落。

示意圖7

(5)拉鉤楔形磚結(jié)構(gòu)形式

如圖8所示，為拉鉤楔形磚結(jié)構(gòu)形式，是利用楔形拉鉤磚的角度，使兩塊楔形拉鉤磚之間的平面楔形磚的L1均小于L2，使其脫出困難，可確保運(yùn)行的安全。主要用在分離器的圓筒部分及錐段部分。

示意圖8

4.?耐火耐磨材料施工時(shí)應(yīng)注意的問題

(1)所有金屬與澆注料接觸面應(yīng)涂刷瀝青或纏上陶瓷纖維紙。

(2)拉鉤磚的拉鉤槽間隙應(yīng)全部用灰漿填滿。

(3)所有耐磨耐火磚之間的灰漿縫應(yīng)<2mm。

(4)每塊耐磨耐火磚之間的灰漿應(yīng)填滿，不可留有縫隙，否則鍋爐運(yùn)行時(shí)煙氣會(huì)乘隙而入，加劇耐磨耐火襯里的蝕損或剝落。

(5)在砌筑耐磨耐火磚時(shí)，原則上不要切割，如確需切割時(shí)，每塊磚不可<1/2，不能滿足時(shí)，可采取同時(shí)切割兩塊的方式。

(6)靠近推扳的自下而上的所有磚均各有拉鉤，所有支撐托板上，下一層磚均應(yīng)為長形磚并配合出膨脹縫，以形成一個(gè)整體穩(wěn)定的爐墻體。

(7)所有磚之間的灰漿縫均應(yīng)涂抹耐火灰漿，所有磚應(yīng)沿縫相砌，若磚角或端面發(fā)生破碎，裂紋時(shí)就更換好磚。

(8)砌磚時(shí)應(yīng)用膠錘或木錘輕敲，使磚緊密結(jié)合，不要使用鐵錘。

(9)耐磨耐火澆注料施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制加水量，一般加水量為6?8%，攪拌均勻，使用的水質(zhì)應(yīng)為潔凈的，其PH值應(yīng)在6?8，氯離子含量不應(yīng)超過150ppm，嚴(yán)禁使用超標(biāo)水和有懸浮物的水。

(10)澆注料施工過程使用的器具一定要清潔，不被污染，尤其避免化學(xué)污染。

(11)澆注料在施工時(shí)用應(yīng)用振動(dòng)機(jī)成型，振搗均勻，振動(dòng)時(shí)慢慢抽出振動(dòng)棒，以免使?jié)沧⒘袭a(chǎn)生空穴。

(12)注料在脫模后應(yīng)檢查澆注料的密實(shí)度，可用錘子輕敲擊，若發(fā)出清脆的回音，則表明澆注體較為密實(shí)。同時(shí)不可出現(xiàn)蜂窩、麻面。若蜂窩、麻面面積較大，則應(yīng)部分鑿掉重新施工。

(13)模后經(jīng)檢查合格的耐磨耐火澆注料襯里經(jīng)過常溫養(yǎng)護(hù)5?7天后，便可進(jìn)行烘爐。

循環(huán)流化床鍋爐使用耐火材料的主要區(qū)域有:燃燒室、高溫分離器、外置式換熱器、煙道及物料回送管路等。

1.內(nèi)襯磨損的主要部位

1.1燃燒室

①磨損原因

循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點(diǎn)之一就是具有較強(qiáng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)性能。在循環(huán)流化床鍋爐中，正常運(yùn)行時(shí)燃燒室溫度達(dá)到900℃～1000℃，為適應(yīng)負(fù)荷變化或調(diào)峰的需求，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng)而發(fā)生熱和溫度循環(huán)變化，或者由于調(diào)峰需求而進(jìn)行啟動(dòng)或停爐；如有時(shí)燃燒室內(nèi)溫度的變化在幾分鐘就可達(dá)到500℃，有時(shí)一周之內(nèi)可能有十幾次的啟動(dòng)、停爐，這些均會(huì)造成對燃燒室耐火材料的熱沖擊和熱應(yīng)力，使耐火材料受到破壞。

爐膛部分采用厚爐襯，由(75～150)mm的致密抗磨損的澆注料或可塑料覆蓋住相似厚度的保溫材料構(gòu)成，通常毀壞都由過度的裂縫和擠壓剝落而引起。干燥時(shí)的收縮、熱震、應(yīng)力下的塑性變形是產(chǎn)生裂縫的主要原因。不銹鋼纖維有助于減少裂縫，但是不能解決問題。當(dāng)床料被裂縫夾住時(shí)，爐襯反復(fù)的溫度循環(huán)變化時(shí)就會(huì)出現(xiàn)擠壓剝落。

②燃燒室常用襯里材料

磷酸鹽粘合的莫來石基耐火可塑料在燃燒區(qū)域內(nèi)經(jīng)久耐用，主要由于其體積穩(wěn)定(抗熱膨脹及收縮)及其良好的抗磨特性。鑒于磷酸鹽粘合劑與現(xiàn)成的材料結(jié)合力很好，因此常常用來修補(bǔ)有缺陷的區(qū)域。在使用時(shí)應(yīng)確保修補(bǔ)的區(qū)域有支撐，至少應(yīng)使用兩個(gè)銷釘。暴露在特高溫區(qū)的可塑料爐襯應(yīng)使用陶瓷或鑄造合金銷釘。另外，可以單獨(dú)使用銷釘來支撐保溫層。

位于爐膛上部的稀相區(qū)，常用碳化硅瓦來減少水冷壁管的磨損。在瓦的后面使用金剛砂灰漿來改進(jìn)對管子的傳熱，瓦一般用焊接的支撐件支撐在管子上。在水冷壁管子向下延伸到燃燒室底部這一段設(shè)計(jì)中，襯里通常都包括有一層薄的、密實(shí)的、熱導(dǎo)率高的、耐磨的可塑料或澆注料。

通常在焊有銷釘?shù)墓茏由隙际褂锰蓟杌鶟沧⒘?，因?yàn)檫@些澆注料可以用磷酸鹽粘合可塑料進(jìn)行修補(bǔ)，特別是含碳化硅的填料熱導(dǎo)率高。如果床料或循環(huán)灰含堿比較高的話，應(yīng)使用磷酸鹽結(jié)合的可塑料，原因是鋁酸鈣水泥在高溫下和堿作用后發(fā)生毀壞。

1.2旋風(fēng)分離器入口及筒體

①磨損原因

爐膛頂部及分離器入口段，旋風(fēng)筒弧面與煙道平面相交部位是磨損主要部位。在此部位煙氣發(fā)生旋轉(zhuǎn)，物料方向改變，速度高且粒度粗、密度大，磨損就很快。同時(shí)，該部位耐火材料較厚，一般情況下又不均勻，溫度梯度也不均勻，加之經(jīng)受900℃左右的高溫，偶爾也會(huì)達(dá)到1100℃以上，因此過度的熱沖擊會(huì)引起襯里材料的裂縫，造成耐磨材料的破壞。另外，分離器筒體和錐體都承受著相當(dāng)惡劣的工作條件，其中可能會(huì)承受幾分鐘之內(nèi)500℃～600℃的溫度沖擊、循環(huán)變化及磨損等。對許多襯里來說，反復(fù)的熱沖擊、溫度循環(huán)變化、磨損和擠壓剝落等共同導(dǎo)致了大面積損壞。當(dāng)裂紋或磨損發(fā)生時(shí)，表面更粗造或有凸起，磨損速度將進(jìn)一步加快。

②常用的耐火材料

從耐火材料結(jié)構(gòu)上來看，旋風(fēng)筒的澆注為分層分塊澆注，各層均用銷釘固定于金屬結(jié)構(gòu)上。每塊之間留有膨脹間隙，分層錯(cuò)開。一般情況下，對于爐膛頂部及分離器入口這兩個(gè)部位均使用密實(shí)且含有不銹鋼纖維絲的抗磨材料，這種材料具有令人滿意的使用壽命。若由于熱沖擊、溫度波動(dòng)等原因造成過多的裂縫或損壞時(shí)，可以采用熔氧化硅基澆注料取而代之。

對于旋風(fēng)分離器和錐體，一般采用澆注料。當(dāng)發(fā)生裂縫磨損時(shí)，修補(bǔ)方案之一是用耐磨莫來石磚覆蓋的耐火磚或耐火預(yù)制塊來代替澆注的厚襯里。也可以用磷酸鹽粘結(jié)可塑料進(jìn)行修補(bǔ)。另一種可能性是使用熱膨脹系數(shù)低的薄襯里，諸如熔氧化硅澆注料一類的材料用襯里。但是，與磷酸鹽粘結(jié)莫來石可塑料相比，大多數(shù)熔氧化硅抗磨性差，因而使用壽命較短。

1.3立管及返料器

在鍋爐實(shí)際運(yùn)行中，這一部分經(jīng)常出問題。熱沖擊、嚴(yán)重的磨損及循環(huán)變化導(dǎo)致了反復(fù)的損壞。原始設(shè)計(jì)是使用厚的密實(shí)保溫澆注料，不過因?yàn)楹茈y有足夠的施工空間，這種材料很難施工得當(dāng)。襯里的澆注料保溫層用振動(dòng)澆注法施工。在耐磨澆注料中應(yīng)考慮添加不銹鋼纖維絲。用保溫磚或澆注料打底，上鋪耐磨磚的襯里使用起來效果也不錯(cuò)。含有不銹鋼纖維絲的磷酸鹽粘結(jié)可塑料主要用在現(xiàn)有鍋爐襯里的修補(bǔ)上。

1.4膨脹節(jié)的磨損

有兩種重要的膨脹節(jié)(回料腿膨脹節(jié)和旋風(fēng)分離器進(jìn)口膨脹節(jié))，為了補(bǔ)償膨脹差異而設(shè)置，當(dāng)膨脹超過設(shè)計(jì)間隙或間隙內(nèi)進(jìn)入高溫物料時(shí)，造成膨脹節(jié)耐火材料摩擦或受力擠壓而損壞，這樣大量的高溫物料進(jìn)入膨脹節(jié)內(nèi)，加劇了磨損，甚至直接燒壞金屬物件，造成鍋爐不能運(yùn)行。

2.內(nèi)襯磨損機(jī)理

2.1熱應(yīng)力和熱沖擊造成的破壞

由于溫度循環(huán)波動(dòng)和熱沖擊以及機(jī)械的應(yīng)力造成耐火材料產(chǎn)生裂縫和剝落，是耐火材料被破壞的第一個(gè)原因。溫度循環(huán)波動(dòng)時(shí)，由于耐火材料骨料和粘合料間熱膨脹系數(shù)不同而形成內(nèi)應(yīng)力從而破壞耐火材料層，溫度循環(huán)波動(dòng)常常造成耐火材料內(nèi)襯的大裂縫和剝落。溫度快速變化造成的熱沖擊可使耐火材料內(nèi)的應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度而剝落。機(jī)械應(yīng)力所造成的耐火材料的破壞則主要是由于耐火材料與穿過耐火材料內(nèi)襯處金屬件間熱膨脹系數(shù)不同而造成，因而在設(shè)計(jì)時(shí)若不考慮適當(dāng)?shù)呐蛎浛臻g就會(huì)造成耐火材料的剝落。

2.2固體物料的沖刷造成的破壞

由于物料對耐火材料的沖刷而造成耐火材料的磨損，是耐火材料被破壞的第二個(gè)原因。循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)耐火材料易磨損區(qū)域包括邊角區(qū)、旋風(fēng)分離器和固體物料回送管路等。一般情況下，耐火材料磨損隨沖擊角的增大而增加；此外，在旋風(fēng)分離器、煙道等設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使沖擊角盡量地小。

2.3耐火材料性質(zhì)的變化造成的破壞

在運(yùn)行中，由于耐火材料的性質(zhì)發(fā)生變化而造成耐火材料的損壞是耐火材料被破壞的另一個(gè)原因。如因堿金屬的滲透而造成耐火材料漸衰失效和滲碳而造成的耐火材料的變質(zhì)破壞等，均屬于耐火材料性質(zhì)變化而引起的破壞。