危废焚烧装置耐火材料在选择施工运行中容易出现的故障原因分析及应对措施

危废焚烧装置耐火材料在选择施工运行中容易出现的故障原因分析及应对措施耐火材料锥形体试样在没有荷重情况下，抵抗高温作用而不软化熔倒的摄氏温度，称为耐火度。耐火度不低于1580的一类无机非金属材料，称为耐火材料。但随着耐火材料及其应用的发展，现在仅以耐火度来定义耐火材料已经不科学了，现在定义为：凡物理化学性质允许其在高温环境中使用的材料都成为耐火材料，1580也不是界定耐火材料的绝对温度界限了。耐火材料一般包括：刚玉、莫来石、碳化硅、锆铬、熔融石英、氮化硅结合碳化硅。一、耐火保温材料的选择表1 耐火保温材料的选择特点选材要求选材、锚固和施工回转窑窑头罩及给料装置窑头为进料部分，温度不高，开孔较多，形状复杂；接触潮湿或液态物料，腐蚀性较强；动静结合部位，对尺寸要求精密，密封要求高；给料装置对材料的耐腐蚀性、耐磨性、施工的精度要求高。耐磨、耐腐蚀、可以做成精密且复杂的形状，不易开裂脱落。锆镉刚玉耐磨耐火耐腐蚀浇注料：刚玉的主要成分为Al2O3，耐高温耐磨损耐腐蚀，加入氧化锆增加材料的抗热震稳定性，加入氧化镉增加材料的耐腐蚀性能，选用浇注料可以通过模板制作实现各形状尺寸的准确成型和控制。采用1Cr25Ni20Si2材质的扁钢耐热不锈钢抓钉进行锚固，制作模板进行浇注施工。回转窑前段（窑头、窑尾）该段为回转窑的干燥段，温度较低，物料量大，接触潮湿或液态物料，磨损和低温腐蚀是该部位的主要损坏原因。该部位主要考虑材料的耐磨损和抗腐蚀性能，同时考虑到施工工艺的要求，应该选用耐磨、耐腐蚀、不易开裂的浇注料，保温层选用轻质保温浇注料。加钢纤维刚玉莫来石耐磨耐火浇注料或加钢纤维锆镉刚玉耐磨耐火耐腐蚀浇注料。如果进料端不进液态腐蚀性物料，可以选择前者，成本较低。若进料端会进液态腐蚀性物料，最好选用后者，耐腐蚀性能和耐磨性能均优于前者，缺点是成本较高，保温层选用轻质保温浇注料。锚固采用Cr25Ni20材质的耐热不锈钢抓钉。建议在该部位用浇注料浇注导向齿，使物料能够被导向齿带动翻转同时向后快速移动，进入热解段。回转窑中段（除窑头和窑尾外）该部位主要是热解、燃烧过程，温度高800-1100，最高可达1300，磨损严重，融渣侵蚀严重，盐侵蚀和腐蚀严重。耐高温性能（能长期在800以上高温环境下运行），高强度和优良的耐磨性能（要有优良的机械性能，能承受高温时耐材本身的膨胀应力、回转窑壳体运转时产生的变形应力），良好的化学稳定性和热稳定性（能够抵抗物料高温熔渣及烟气的各种侵蚀和化学腐蚀，能够承受焚烧过程中温度变化产生的各种交变热应力）。无疑选用定型砖要比选用不定型的浇注料好得多。应该选用刚玉莫来石砖或锆镉刚玉莫来石砖：刚玉莫来石砖具有良好的耐磨性能，同时又兼备优异的热稳定性能。加入氧化锆可以进一步提高其热稳定性，加入氧化铬可以大大提高其耐腐蚀性能，可以根据入炉物料的化学特性进行选择。回转窑是运转设备，保温层要求具有一定的机械强度，防止“滑窑” ，因此可以选择致密黏土砖。二燃室二燃室下截段温度高，冷热交变频繁；有捞渣机产生的水蒸气吸收腐蚀性气体，产生各种酸碱腐蚀；结焦严重；形状相对复杂，特别是方接圆过渡段。耐高温，耐腐蚀，热振稳定性好，致密，气孔率低，抗结渣抗渣蚀性能优良，保温层保温性能好。好选用定型耐火砖制品，刚玉莫来石砖或锆镉刚玉莫来石耐腐蚀耐火砖是良好的备选材料。形状复杂，用耐火砖无法完成的部位可以选用同材质的耐火浇注料。背衬保温层选用高铝高强度耐火保温砖或高温硅酸钙板砌筑。最砖墙设置拉钩砖拉固，隔一层拉固一层。浇注炉墙采用Cr25Ni20材质的抓钉锚固。二燃室上截段及顶部温度高（超过1100），有液态物料加入，烟气腐蚀性强（特别是下部），易结焦。耐高温，耐腐蚀，抗结焦，不易倒塌。刚玉莫来石砖是最佳选择，其能耐受1750高温，有一定的耐腐蚀性，高吨位压力机压制且高温炉窑烧制而成，气孔率低，抗结焦性能优良，采用弧形砖或楔形砖圆形砌筑，抗倒塌。顶部易采用钢结构型钢框架焊接抓钉支撑拱形结构，不易脱落坍塌。保温层宜采用高温无石棉硅酸钙板和高铝质耐火保温砖砌筑烟道温度较高，转弯部位易冲刷磨损，主要损坏方式为开裂脱落。耐高温，热振稳定性好，具有一定的耐磨性能。刚玉莫来石耐磨耐火浇注料和轻质保温浇注料。采用Cr25Ni20材质的耐热不锈钢抓钉锚固余热锅炉灰斗温度较低，磨损不大，由一定的坡度，易积灰。一般耐火浇注料均可以符合要求，考虑到灰斗易积灰，建议采用高铝耐火浇注料进行整体浇注，要求模板光滑平整，拆模后用磨光机磨平模板接缝。急冷塔和脱酸塔温度不高，运行环境有水，对设备外壁温度有一定要求，主要损坏方式为脱落，有一定的腐蚀性。要求双层结构，满足设备保温要求；热振稳定性要好，长期运行在气水环境中不能开裂脱落；耐腐蚀。保温层采用耐酸保温浇注料，耐火层采用耐酸耐火浇注料或耐酸胶泥涂抹施工。锚固采用材质为1Cr18Ni9的V型抓钉。二、耐火保温材料的施工2.1 窑头罩浇注1) 安装就位前放在平地上进行浇注，方可保证浇注尺寸形状准确，浇捣密实。2) 抓钉焊接牢固，密度合理，模板制作安装精准到位。3) 严格安装材料厂家的配比加水搅拌，严禁为了方便施工随意多加水。4) 若维修施工无条件拆下窑头罩放置平地进行浇注，也需就位立模浇注，最后在浇口部位加密抓钉用同材质的可塑料填塞捣打密实。2.2 回转窑砌砖砖型设计：根据窑径与砌成尺寸的不同，通常有两种设计方式：1) 低壁温设计方式：保温层采用轻质高铝保温砖（T-3砖23011465立砌，厚度114mm），耐火层采用刚玉莫来石砖或锆镉刚玉莫来石耐磨耐火砖（楔形砖，带锁砖槽），运行时窑外壁温度在100以下。2) 高壁温设计方式：保温层采用致密黏土标准砖平砌，厚度65mm（也有适当增加保温层厚度至80mm），耐火层采用刚玉莫来石砖或锆镉刚玉莫来石耐磨耐火砖（楔形砖，带锁砖槽）。2.3 砌砖1) 焊接窑尾挡砖圈，最好采用材质为Cr25Ni20的耐热不锈钢挡砖圈，有Q235挡砖圈变形、脱碳烧毁的案例发生。2) 由于窑具有一定的倾斜度，应从后往前逐圈砌筑。3) 先砌筑保温层，在砌筑耐火层。4) 按照国家二级砌筑标准，灰缝2mm。要求五面打灰浆，灰浆细腻饱满，用木榔头或橡胶榔头轻轻敲实，赶出灰浆中的空气，防止形成气泡。5) 灰浆的材质要求与砖的材质一致或高于砖的材质。6) 每圈最后两块砖允许用切砖机根据实际需要加工，但每块加工砖的厚度不得低于原砖的1/3且加工平整。7) 锁砖：每圈最后一块砖称为锁砖，其尺寸应该加工准确，不打灰浆，用工具从一侧用力顶入或打入，不得有松动。8) 膨胀缝的留设：根据耐火砖的膨胀系数和运行最高温度，计算耐火砖的轴向膨胀量，决定几圈砖留设一道膨胀缝，砌筑时用陶瓷纤维纸进行填塞。9) 砌筑完最后一圈耐火砖后，紧贴耐火砖焊接窑头端挡砖圈。10) 翻窑：砌筑过程中用专用支撑工具用力支撑好已经砌好的耐火砖，保持耐火砖不松动，可以转动回转窑一定角度，方便砌筑施工。2.4 窑头窑尾浇注段施工1) 焊接抓钉：要求抓钉焊接牢固，焊缝高度符合设计要求，没有虚焊、漏焊。抓钉密度符合设计要求，抓钉开丫朝向分布均匀。2) 捣打轻质保温浇注料：要求捣打密实，五孔洞蜂窝等。3) 支立模板开始浇注，要求分段浇注，振动密实且不能发生过振层析现象，在初凝前用抹子将浇注料表面修整平整顺滑。4) 分弧段浇注，待浇注料初凝后转动回转窑一定角度后再行浇注。5) 注意：整圈浇注料的接口处一定要过渡自然顺滑。2.5 二燃室下阶段：1) 首先焊接抓钉，焊接要求同回转窑及窑头罩。2) 砌筑高温无石棉硅酸钙板，要求灰浆饱满，错缝压缝，抓钉处开口，砌筑完毕用轻质保温料填塞，浇注浇注料前在高温硅酸钙板上涂防水剂或贴隔水薄膜。3) 方接圆处要用长短组合抓钉锚固，浇注料圆滑过渡，防止出现棱角。4) 能用耐火砖砌筑的炉墙尽量使用耐火砖砌筑。直型砖墙一定要用拉钩砖拉固，防止倒塌。2.6 二燃室上截段1) 设置托砖架或浇注托架梁，分段卸载炉墙载荷。2) 先砌筑外层保温砖，要求灰缝饱满、均匀，尽量符合国家三级砌筑标准，灰缝3mm，若有两层保温砖，则要求错缝砌筑。3) 砌筑工作层耐火砖，一般为弧形砖或楔形砖，砌筑灰缝要求均匀饱满，灰缝2mm，交圈时最后两块砖允许用切砖机进行切割加工，但加工砖的最小厚度应1/3原砖。4) 为防止塌顶，应设置钢结构加固梁，用抓钉吊挂锚固，浇注成圆拱形顶，若紧急排放烟囱设置在顶部，则只能浇注成平顶，用抓钉锚固，不能用钢筋网。2.7烟道1) 烟道内径较小，大多平行于地面布置，浇注困难，最好地面浇注后分段吊装，接头处焊接抓钉用同材质可塑料手工捣打。2) 先焊接抓钉，捣打轻质保温浇注料，最后支立模板，浇注耐火浇注料。3) 如果无地面浇注后吊装的条件，则在烟道安装后分上下两半圆两次浇注，下半圆浇注完毕后，支立模板，在烟道顶部开浇注孔先浇注耐火浇注料，初凝后再浇注保温浇注料，最后补焊浇注孔。2.8 余热锅炉灰斗重点把握灰斗浇注料外表面平整度，模板接缝处在拆除模板后应用磨光机将浇注料磨平。2.9 急冷塔和酸洗塔1) 抓钉焊接要牢固，密度应足够。2) 保温层施工完毕，干燥后再施工耐火层。3) 耐火层浇注要整圈一次浇注成型，防止因施工缝而造成的酸性液体进入保温层，同时要求振捣密实，防止出现蜂窝麻面三、内衬运行过程中容易出现的故障、原因分析及应对措施表3 耐火材料运行过程中易出现故障和解决应对办法：故障现象及主要原因预防和应对方法回转窑塌窑耐火砖质量问题，运行过程中出现断裂、线性收缩大。砖型设计不合理，砌筑施工质量问题，灰缝超标，灰浆干缩后造成掉转；锁砖加工尺寸过小，无法锁住整圈砖。背衬保温砖机械强度不够，回转窑在运行过程中机械变形造成的反复交变应力造成保温砖碎裂，也是塌窑的主要原因之一。选用有研发、制造及施工实力的厂家进行合作，对设计单位的设计图纸进行严格会审及优化设计，严把设计、生产、安装质量关，将质量隐患消灭在运行之前。回转窑砖“滑窑”“滑窑”是指回转窑内衬窑砖完好，但运行中不能随回转窑同步转动甚至窑转砖不转，被迫停产。保温层机械强度不够，运行中产生磨损，使窑衬耐火保温材料与窑筒壁之间产生相对滑动。选用具有一定机械强度的保温砖，砌筑胶泥的各项技术指标要优于保温砖，砌筑时保温砖与窑筒壁之间灰浆要均匀饱满，必要时要在回转窑轴向筒壁上加装筋板。耐火砖被侵蚀、磨损现象：耐火砖局部或大面积减薄，窑壁温度逐渐升高直至“红窑”。原因分析：砖的质量不好，不能耐受回转窑运行时的高温、磨损、腐蚀、渣蚀等；运行中入炉物料成分超标，例如钠盐、钾盐超标，腐蚀性物料超标等；超温，运行温度接近耐火砖软化温度，磨损加速；运行中未挂窑皮保护耐火砖。选择具有强大的设计、研发、制造、检测、施工能力的优秀承包商尤其重要。严格把控入炉物料的配伍管理，严控钠钾等金属盐类以及腐蚀性物料的入炉指标。严格控制运行温度，在灰渣酌减率达标的前提下，尽量降低运行温度。挂窑皮运行，以最大限度的保护耐火材料，增加回转窑的运行寿命。窑尾端面浇注料磨损、脱落现象：窑尾端面浇注料容易磨损、脱落，露出端板。原因分析：窑尾落渣冲刷磨损，窑尾端板一般为耐热铸钢铸造而成，抓钉焊接难度很大，高温氧化后抓钉容易脱落；窑尾端板浇注料设计太厚；浇注料抗热振能力太差，受到冷热交变应力影响容易开裂脱落。选用耐磨性能、耐腐蚀性能、抗热震稳定性能优良的锆镉刚玉耐磨浇注料加耐热不锈钢纤维，进一步加强该部位浇注料的抗裂能力。将端板材质改为Cr25Ni20的耐热不锈钢钢板