哪一种耐火材料能适应垃圾焚烧炉内化学多变性的影响？

　　医疗垃圾是指医疗机构在医疗、预防、保健以及其他相关活动中产生的具有直接或间接感染性、毒性以及其他危害性的废物。当今已有多种技术可用于对医疗垃圾的处置,焚烧法适用于各种传染性医疗垃圾,是医疗垃圾处理领域的主流技术。回转窑式垃圾焚烧炉即是其中一种焚烧处理设备,它能完全保证医疗垃圾的稳定化、安全化、减量化和无害化的环保要求,同时又符合当代医疗垃圾处理的发展趋势。

　　垃圾焚烧炉内温度通常在1400~1600℃,局部达1700℃;炉内与热面区接触的熔渣包含Na2O、K2O、Cl-、SO2-4等,碱度0.3~1.5;回转窑旋转方式为正反摆动;炉内气氛不断变化;垃圾种类、含水量等变化大。因此,需要耐火材料具有优良的抗熔渣侵蚀、渗透性,高强度,耐冲刷,耐磨损以及良好的抗热震性能,以适应机械应力和热应力的冲击。目前,垃圾焚烧炉使用的耐火材料主要有高铬、镁铬、铝铬、高铝、碳化硅等材质,但由于受炉内气氛、使用温度、炉渣内钙硅比的不确定性及垃圾种类的多变性,使得以上性能较好的材料很难达到其预期的使用效果。

　　在本研究中,制备出了结构致密、耐压强度高、抗热震性好的Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖,并介绍了其在处理医疗垃圾的直筒型回转窑式焚烧炉上的应用情况。

　　1试验

　　1.1原料

　　试验所用原料为白刚玉、棕刚玉、Al2O3微粉、锆英砂、高铬废砖粉、添加剂、改性剂等。部分原料的化学组成如表1所示。

　　1.2制备及性能检测

　　将各种原料及添加剂、改性剂等按表2配料后,在湿碾机中先加大、中颗粒混合,再加入2/3的结合剂混合5 min,再加入细粉混约5 min,最后加入剩余结合剂混匀。用630 t摩擦压砖机压制成250 mm×202 mm×102/87 mm的砖样,砖坯经自然干燥24 h后,再在干燥箱内于110℃干燥24 h。将干燥后的砖样在梭式窑内于1 700℃烧成。

　　按国标检测烧后砖样的体积密度、显气孔率、常温耐压强度,抗热震性按DIN 51068标准进行检测,950℃,水冷,以试样断裂时的热循环次数表征。

　　2 Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖的性能

　　表3示出了烧后Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖的性能及与国外同类产品的对比。可以看出,Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖在保证具有优良耐压强度的同时保持了优良的抗热震性能,其理化指标达到甚至优于国外产品的典型值。

　　3、Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖的应用

　　3.1应用

　　实例目前,中钢耐火公司生产的Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖已用于国内某公司的回转窑式垃圾焚烧炉。该窑为4300mm的直筒型回转窑,其转动方式为摇摆转动,即正转一段时间,再反转一段时间。所处理的医疗废物种类繁多,且含水量(w)大于17%。Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖在该焚烧炉上使用10余月后,由于窑头罩与回转窑接口处有部分浇注料脱落,造成锚固件暴露,进行了停窑修补。

　　3.2使用情况分析

　　该回转窑为圆柱体结构,由内到外所使用的炉衬材料依次为Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖、黏土砖、钢壳。各层的内径分别为R1=1.83 m、R2=2.08 m、R3=2.15m,钢壳外半径为R=2.178 m,设各层的内表面温度分别为t1、t2、t3,钢壳外壁温度为tw,热导率分别为λ1=3.1 W·(m·K)-1,λ2=1.3 W·(m·K)-1,λ3=37.5 W·(m·K)-1,传热计算选取燃烧室附近的高温区域,工作温度约1 400℃,外界极限温度为t=40℃。传热计算公式[2]如下:

　　采用迭代法,带入数据计算结果如下:

　　(1)当耐火砖基本无明显侵蚀剥落时,即工作面内径R1=1.83 m,此时外壁温度约为260℃。

　　(2)当耐火砖侵蚀剥落60 mm时,即工作面内径R1=1.89 m,此时外壁温度约为281℃。

　　(3)当耐火砖侵蚀剥落200 mm时,即工作面内径R1=2.03 m,此时外壁温度约为355℃。

　　由此计算可知,从理论来讲工作面耐火砖的选择完全能够满足使用要求;从回转窑运行情况来看,工作面耐火砖的损毁情况基本正常。按传热公式计算并结合窑外壁温度及理论上可使用的厚度计算推测,正常状况下,耐火砖再使用6~10个月没有问题。

　　在使用过程中耐火砖的损毁情况受炉内温度、气氛、操作负荷等因素影响很大,尤其是温度非正常的频繁波动会加剧耐火材料的剥落,因此建议在使用过程中尽量避免炉内温度的频繁剧烈变化。

　　4结论

　　Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖在保证具有高强度的情况下,还具有优良的抗热震性能。该砖在国内某公司的直筒型回转窑式垃圾焚烧炉试用10余月后无剥落,预计还能继续使用6~10个月,完全可以满足医疗垃圾焚烧炉的使用要求。