機械爐排式垃圾焚燒爐及耐火材料配置

隨著各國工業化的快速進展和城市人口的迅速膨脹，給城市管理帶來的重大問題之一是：城市垃圾和工業廢棄物的急劇增多對城市自然環境和居民生活環境造成的嚴重污染 ，這致使人們的工作和生活乃至人們的精神狀態都受到嚴重的不良影響。因此，對城市垃圾和工業廢棄物的妥善處理已成為城市管理工作亟待解決的一個緊迫的問題。
近年來，世界各國為緩解與日俱增的城市生活垃圾和工業廢棄物給城市管理和居民生活帶來的嚴重不利影響，相繼投入大量的人力物力與資金，積極研究和開發了各種處理措施，探討了多種途徑，不僅積累了豐富的成功經驗，而且取得了較好的效果，大幅度地減少了垃圾處理用地，并可實現部分資源再利用，使之變廢為寶，為改進城市衛生狀況和加強環境管理創造了有利條件，為創建文明城市提供了基本保證。
機械爐排焚燒爐是較早發展的垃圾焚燒爐型式，經過長期的發展， 技術也日臻完善， 運行可靠性高， 是目前垃圾焚燒爐市場上的主導產品， 其數量占全世界垃圾焚燒市場總量的 80%以上。該類爐型的優勢在于技術成熟，運行穩定、可靠、適應性廣，絕大部分固體垃圾不需要任何預處理可直接進爐燃燒。
1、機械爐排式垃圾焚燒爐簡介
機械爐排垃圾焚燒爐的爐排分為三個區域：干燥區、燃燒區和燃燼區。在推料器的作用下，垃圾首先進入干燥區，通過爐排的動作，垃圾在爐排上往前移動到燃燒區，最后到達燃燼區。
機械爐排是分為固定爐排、滑動爐排和翻轉爐排，爐排的往復運動通過液壓連桿機構驅動完成，固定爐排與翻動爐排之間的相對運動推動垃圾向上翻滾，使垃圾在移動的過程中得以均勻混合，有利于著火和燃燒。
一次風從爐排片背面通過前端設置的水平孔吹入。爐排片的側面經過精加工。每排爐排片相互為固定裝配，成為一個整體，空氣無法通過間隙，這樣的設計能有效減少漏灰量，同時也避免了任何被抬起的可能。每列爐排都由形狀特別的耐火鑄鐵件分隔，爐排片和分隔的鑄鐵件都采用含Cr、Ni、Mo 等合金元素的耐熱、 耐蝕、耐磨鑄件，使用壽命長。 
爐排片的側面和上表面經過精加工，有效避免了磨損，同時活動爐排和固定爐排都與側墻之間留有合理的膨脹間隙，保證運行期間爐排不會與側墻摩擦。由于爐排材質的選用和結構設計比較合理，爐排的整體使用壽命能達到 80000 小時。
2、機械爐排式垃圾焚燒爐工作原理
垃圾通過進料斗進入傾斜向下的爐排（爐排分為干燥區、燃燒區、燃盡區），由于爐排之間的交錯運動，將垃圾向下方推動，使垃圾依次通過爐排上的各個區域（垃圾由一個區進入到另一區時， 起到一個大翻身的作用），直至燃盡排出爐膛。燃燒空氣從爐排下部進入并與垃圾混合，高溫煙氣通過鍋爐的受熱面產生熱蒸汽，同時煙氣也得到冷卻，最后煙氣經煙氣處理裝置處理后排出。

圖片圖注：機械爐排式焚燒爐示意圖
3、機械爐排式垃圾焚燒爐耐火材料的選擇
當焚燒的垃圾為量同組成的非均勻性混合物時 , 其類型、數量和熱含量方面也有很大量同。為此內襯的物量和化學性能應適應操作期間量同階段的要求。垃圾焚燒爐的工作溫度一般量超過1400 ℃ ，但復雜的工作環境（如氣體的侵蝕、垃圾在高溫移動過程中對爐體內的磨損和沖擊）要求優質的耐火材量內襯，而且需求量也量斷增加。
通常要求耐火材量有如下特點： 1）高強度和良好的耐磨性 , 以抵抗固體物量的磨損和熱氣流的沖刷；2）良好的體積穩定性和耐酸性 , 以抵抗爐內酸性物質的侵蝕；3） 良好的熱沖擊穩定性 , 以抵抗爐溫的變化對材量的破壞；4）良好的抗侵蝕能量 , 以避免侵蝕而引起爐襯崩裂；5）良好的高溫強度和耐熱、隔熱性。
機械爐排垃圾焚燒爐依據垃圾燃燒過程可以分為干燥區、燃燒區和燃盡區，按照位置可以分為垃圾推料器給料口區、爐排側墻、前后拱區和排渣口；這些不同的區域爐襯所受的溫度、機械強度和氣氛都不相同，需要根據各自的特點選用相應的耐火材料。
垃圾給料口，位于焚燒爐干燥區，煙氣溫度一般在500～600℃，受垃圾的磨損和水分的影響易產生熱剝落，其工作層一般使用強度較高的低水泥澆注料或耐磨強度較好的莫來石澆注料；焚燒爐燃燒區，由于溫度高達1000℃左右，靠爐排側墻還受到垃圾磨損、熔渣附著等作用，普遍使用耐磨損、難附著、抗化學侵蝕性強的SiC掛磚。
上部側壁、爐頂等部位受火焰的熱沖擊和燃燒廢氣的侵蝕并且此處的煙溫更高，多使用高鋁質材料的鉻剛玉、 SiC或莫來石預制掛磚及澆注料。排渣口部位溫度較低(400～500℃)，通常使用強度較高的高鋁質澆注料?？傊?，焚燒爐的燃燒溫度< 1200℃時，由于硅質結合劑結合的SiC制品在應用中形成環繞SiC晶粒的致密永久惰性層，SiC含量不同的材料均適于作其內襯；燃燒溫度>1250℃時，焚燒爐內熔融侵蝕氣氛較為強烈，高鋁制品的鉻剛玉等耐火材料優于SiC質的制品。
4、結語
垃圾焚燒爐的安全可靠運行在很大程度上取決于耐火材料質量的穩定和可靠性， 更取決于耐火材料的合理設計、選材以及高效維護。目前，以鋁礬土、黏土原料為主的耐火材料產品已經不能滿足焚燒爐大型化和日益惡化的工況需要，焚燒爐用耐火材料的產品結構也逐漸發生了變化。 
同時，在國家環保管控日趨嚴厲的形勢下，耐火材料行業面臨前所未有的新機遇和新挑戰。鑒于此，建議垃圾焚燒爐用耐火材料研究從以下幾個方向發展：1）完善爐排式垃圾焚燒爐用耐火材料體系，合理設計爐墻結構，提高爐墻穩定性；2）開發焚燒爐關鍵部位耐火材料產品，解決垃圾磨損、飛灰附著、熔渣侵蝕以及剝落嚴重等問題；3）研究濕法噴涂、泵送等施工技術在焚燒爐上的應用，提高施工效率，同時提高不定形產品比例；4）研究焚燒爐用后廢棄耐火材料再利用技術，實現資源的循環利用。