垃圾焚烧炉及耐火耐磨材料探讨

环保技术与装备

垃圾焚烧炉及耐火耐磨材料探讨

王　雷,　张运翘

(上海电气环保集团,上海201108)

摘　要:介绍和比较了目前国内外常用垃圾焚烧炉的运行工况,并对垃圾焚烧中存在的高温腐蚀、污染物排放控制、运行等问题进行了分析;系统地阐述了炉排炉和循环流化床垃圾焚烧炉不同部位所用耐火耐磨材料的种类及其性能。

关键词:能源与动力工程;环境保护;焚烧炉;生活垃圾;耐火耐磨材料

中图分类号:X 705 文献标识码:A 文章编号:16712086X (2007)0420316204

Municipal Solid W aste I ncinerators and Erosion R esistant R efractory

W ANGLei ,　ZH ANG Y un 2qiao

(Shanghai Electric Environment Protection G roup ,Shanghai 201108,China )

Abstract :Different m odes of operation of s olid waste incinerators at present generally used abroad and within the country,are described ,together with an analysis of problems like :high temperature corrosion ,control of pollutant emission ,etc.to be met with in waste incinerator operation.Different kinds of abrasion resistant refractories ,used in differents parts of grate furnaces and circulating fluidized bed furnaces ,are systematically elucidated together with an explanation of their properties.

K eyw ords :energy and power engineering ;environment protection ;incinerator ;garbage ;erosion resistant refractory material

收稿日期:2007205208

作者简介:王　雷(1977-),男,工程师,主要从事可再生能源利用及烟气净化。

目前,城市生活垃圾已成为全球性的环境问题之一。近20年来,随着我国经济的迅速发展和人口不断向城市集中,城市化进程加快且数量和规模不断扩大,城市生活垃圾对环境污染的影响越来越大。另外由于环境卫生保护基础建设严重滞后,使得城市生活垃圾对城市生态环境的污染日益严重。现在我国每年产近1.5亿t 城市生活垃圾,还以年平均8%左右的速度增长,它们中的80%～90%来自大、中城市。在我国668个大、中城市中,有2Π3处于垃圾围城之中,垃圾的历年堆存量达60亿t ,侵占土地多达5亿m 2

,而我国城市垃圾处理率仅为50%左右,无害化处理率更低

[1,2]

,因此,城市垃圾的无害化、减容化已成为政

府和公众非常关心的问题。目前我国生活垃圾处理的常用方法是卫生填埋、焚烧和堆肥3种,垃圾焚烧方法与其它2种方法相比,能更好地达到垃圾处理减量化、资源化和无害化的治理目标,已成为我国当前发展最快的垃圾处理方式。

1　常用垃圾焚烧技术分析比较

垃圾焚烧处理已有100多年历史,但出现有控制的焚烧以及烟尘综合处理、余热再利用等是从20世纪70年代以后开始的。目前世界各地应用的各种型号垃圾焚烧炉有200多种,应用广泛、具有代表性的垃圾焚烧炉技术主要有4大类,即:炉排型焚烧炉、流化床焚烧炉、回转窑焚烧炉、垃

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圾热解气化焚烧炉(C AO)[3]。

机械炉排焚烧炉是较早发展的垃圾焚烧炉型式,经过长期的发展,技术日臻完善,运行可靠性高,是目前垃圾焚烧炉市场上的主导产品,其数量占全世界垃圾焚烧市场总量的80%以上。该类炉型的最大优势在于技术成熟,运行稳定、可靠,适应性广,绝大部分固体垃圾不需要任何预处理可直接进炉燃烧。

流化床焚烧炉可以对任何垃圾进行焚烧处理,最大优点是可以得到完全的燃烧效果,并对有害物质进行彻底破坏,一般排出炉外的未燃物均在1%左右,是几种方式中最低的,对环境保护很有利。其缺点是:飞灰量大,垃圾必须分选破碎,分选及破碎系统复杂;动力消耗量大,流态化固体颗粒对炉墙磨损严重,此技术有待于进一步完善[4,5]。

回转窑焚烧炉因为转速的改变,可以影响垃圾在窑中的停留时间,并且对垃圾在高温空气及过量氧气中施加较强的机械碰撞,能得到可燃物质含量很低的炉渣。但该技术也有一些明显的缺点:垃圾处理量不大,燃烧不易控制,这使它很难适应发电的需要;旋转焚烧炉较多使用在热值较高的工业固体废弃物的焚烧上,在生活垃圾的焚烧中应用较少。

目前,世界发达国家开始采用的较先进垃圾焚烧处理技术是垃圾热解气化焚烧炉。垃圾热解气化焚烧炉(C ontrolled Air Oxidation可控空气氧化技术,简称C AO技术)是一种控制空气燃烧技术。

C AO系统可分为加热干燥、热解气化、残碳燃烧、可燃气燃烧等4个区域。C AO燃烧系统在一定程度上解决了城市垃圾的处理问题,垃圾不用分选就可以充分地分解和燃烧,但对于水分超过50%的垃圾,在不投油助燃时则不能稳定燃烧。中国城市垃圾成分十分复杂,热值较低且含水率高,而且地区差别大,因此在我国广泛应用垃圾热解气化焚烧炉技术还有一定困难。

2　垃圾焚烧技术中的一些问题

20世纪80年代末开始,我国沿海经济比较发达的大、中型城市逐步开始建造垃圾焚烧厂,用以焚烧城市生活垃圾,以减轻垃圾填埋场的压力。除了一些国产的垃圾焚烧炉外,还先后引进了十几套焚烧设备,由于城市生活垃圾中可燃物很复杂,由许多成分所组成,而且各种成分有不同的燃烧特性,因此,城市生活垃圾焚烧炉的设计、运行和控制比单一固体燃料如煤要困难得多,有必要对城市生活垃圾焚烧炉运行及设计上的一些问题进行讨论。

2.1　高温腐蚀

垃圾焚烧炉中腐蚀环境十分复杂,燃烧的不同区段和过程既包括烟气引起的高温氧化、硫化、氯化、碳化等氧化性或还原性气氛腐蚀,还有焚烧灰和熔融灰引起的熔盐腐蚀,而最主要的则被认为是含氯介质引发的氯化腐蚀[6]。高温腐蚀造成垃圾焚烧炉难以提高过热蒸汽参数,目前炉排垃圾焚烧炉常用的蒸汽参数为中压、次中温或更低的参数。流化床垃圾焚烧炉由于掺烧一定的辅助燃料,从而改变了烟气成分,可以采用更高的蒸汽参数,目前常用的过热蒸汽参数为中温、中压。因此高温腐蚀不仅降低了垃圾焚烧电厂的热效率,而且大大缩减了设备的使用寿命,成为制约垃圾焚烧技术发展的关键性因素。

2.2　污染物排放的控制

生活垃圾焚烧炉排放的污染物有粉尘、HCl、S O2、NO x、重金属(Hg、Cd、Pb等)、多环芳烃和二　英(Dioxin),焚烧炉污染物的排放控制以二　英控制最为重要。目前对其在燃烧过程中生成的控制主要采用‘3T+E’的原则,即:炉温(tem perature)、停留时间(time)、紊流程度(turbulence)和空气量(excess air),可通过在燃烧中保持850～1　000　°C 高温,烟气在高温下停留时间2　s以上,烟气含O

2在6%以上来实现[7]。提高焚烧炉的燃烧温度,可以使生成的二　英在高温下分解,但升高焚烧温度,垃圾焚烧中的重金属大部分以气态氯化物等形式存在于烟气中,反而增加了重金属处理的难度。同时炉膛出口温度增加,又会加剧受热面的高温腐蚀。由此看来,垃圾焚烧炉内的高温腐蚀、二　英和重金属污染排放这3个问题是相互影响并耦合在一起的,并且都与垃圾中氯的存在直接或间接的关系,因此,氯组分去除是垃圾焚烧技术中又一关键问题[8]。

2.3　垃圾成分复杂且热值较低

我国垃圾分类收集和处理体系还比较落后,尚处于初级状态,垃圾多为混合收集,这给垃圾处

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