危废处理回转窑的砌筑与烘炉技术探讨

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1、危废处理回转窑的砌筑与烘炉技术探讨第34卷第2期2012年3月工业炉IndustrialFurnaceVo1.34No.2Mar.2012危废处理回转窑的砌筑与烘炉技术探讨张绍坤(北京机电院高技术股份有限公司,北京100027)摘要:回转窑是危险废物处理最为有效的设备,在国内的应用越来越广泛.回转窑中耐火材料的质量影响了回转窑能否稳定运行.对危险废物处理回转窑耐火材料的选用,砌筑和烘炉进行了分析,对工程应用具有一定的参考价值.关键词:回转窑;耐火材料;砌筑;烘炉中图分类号:TQ172.6+22文献标识码:B文章编号:10016988(2012)02004604DiscussionofFurna

2、ceBuildingandBakingTechnologyinHazardousWasteTreatmentRotaryKilnZHANGShaokun(BeijingMachineryandElectricityInstituteCo.,Ltd,Beijing100027,China)Abstract:Therotarykilnisthemosteffectiveequipmentinthehazardouswastetreatment,anditisusedmoreandmorewidelyindomestic.Thequalityofrefractorymaterialaffectsth

3、estableoperationofrotarykiln.Thechoice,buildingandbakingoftherefractorymaterialforthehazardouswastetreatmentrotarykilnwereanalyzed,andithadsomecertainreferencevaluefortheengineeringapplication.Keywords:rotarykiln;refractorymaterial;building;baking回转窑是指旋转煅烧窑.是对散状物料进行加热处理的热工设备.问世已逾百年回转窑广泛用于有色冶金,黑色冶金,耐

4、火材料,水泥,化工等行业.目前,随着国家对危险废物的处置力度的加强,回转窑也开始应用于危险废物焚烧处置领域危险废物是指根据国家统一规定的方法鉴别认定的具有毒性,易燃性,易爆性,腐蚀性,化学反应等性质的.对人体健康和环境能造成危害的废物危险废物需经过处理才能进入环境.热处理法是最有效的危险废弃物处理方法.而回转窑是危险废弃物处理中最有效的设备之一1J用于危险废物处理的回转窑是一个略微倾斜,钢制外壳内衬耐火材料的空心圆筒危险废物可以从前端送人窑中进行焚烧.以定速旋转达到搅拌废物的目的.旋转时须保证适当倾斜度.以利危险废物下滑.此外.废液及废气可以从前段,中段,后段同时配合助燃空气送入.甚至于整桶装

5、的废物也可收稿日期:2011-l1一O2作者简介:张绍坤(198O一),男,工学硕士,工程师,主要从事热能利用相关的工程设计工作.以送入回转窑焚烧闼利用回转窑处理危险废物的主要优点:(1)可以处理的废物种类广泛.利用回转窑可以处理多种危险废物,能够同时处理固体废弃物,废液和废气,物料适应性广:(2)回转窑内焚烧工况易于控制.有利于危险废物充分分解:(3)回转窑设有一定倾角.除渣方便:(4)回转窑运行稳定,操作控制简便.鉴于以上优点.国内新建或在建的危险废物焚烧处置工程大多优先选用回转窑作为危险废物处理的一级焚烧炉.回转窑在危险废物焚烧处理中应用日益广泛回转窑耐火材料的选用根据危险废物集中焚烧处

6、置工程建设技术规范(HJ厂r1762005)的要求,危险废物焚烧处理炉渣热灼减率应<5%,因此,为了将危险废物焚烧充分.回转窑内的焚烧温度应不低于800oC.危险废物在回转窑中焚烧,一般要经历干燥,热工业炉第34卷第2期2012年3月解,燃烧,燃尽等几个阶段.经过这几个阶段,危险废物中的有害成分在高温作用下被充分分解和破坏.形成高温烟气和炉渣.这些高温烟气和炉渣会对回转窑内砌筑的耐火材料造成侵蚀性破坏.所以,危险废物焚烧处理用的回转窑的耐火材料应同时具备如下特点:(1)耐高温性.能够长期在800oC以上的高温环境下运行.(2)高强度和良好的耐磨性.回转窑内的耐火材料需要具有一定的机械强度

7、.以承受高温时的膨胀应力及回转窑壳体变形所造成的应力同时因为危险废物在窑内的运动及烟气中粉尘的磨擦.均会对窑内的耐火材料造成磨损.所以要求耐火材料具有较强的耐磨性(3)良好的化学稳定性.以抵抗烟气中化学物质的侵蚀.有关研究表明.对耐火材料质量影响最大的是碱(钾,钠),卤族(氯,氟)和硫的化合物等3J.(4)良好的热稳定性.能够承受焚烧状态的交变热应力.在停炉,起炉以及旋转运转状况不稳定的情况下.窑内的温度变化都比较大.这就要求耐火材料在温度变化剧烈的情况下.不能有龟裂或者是剥落的情况(5)受热膨胀稳定性要好.回转窑壳体(一般为碳钢板)的热膨胀系数虽然大于回转窑耐火材料的热膨胀系数.但是壳体温度

8、一般都在150300左右.而耐火材料承受的温度一般都在800以上,这样可能会导致耐火材料比回转窑壳体的热膨胀要大.而容易脱落.(6)气孔率要低.如果气孔率高,烟气会通过渗透进入耐火材料中,腐蚀耐火材料.目前.在国内外危险废物焚烧工程中.回转窑通常采用耐火砖砌筑.仅在窑两端采用耐火浇注料浇筑.通常采用的耐火砖主要有莫来石砖,高铝砖等,浇注料主要为高铝耐火浇注料.可根据危险废物的成分进行选择2回转窑耐火砖的砌筑回转窑砌筑质量的好坏.直接影响耐火材料的使用寿命.对整个危险废物焚烧处理系统的连续稳定运行至关重要.2.1回转窑的砌筑方法分类根据砌筑过程中是否使用湿状泥浆.砌砖可以分为干砌法与湿砌法两种.

9、通常情况下.用于处理危险废物的回转窑所用的高铝砖,莫来石砖等需要采用湿砌法根据砖的排布方式的不同.砌筑方法又可分为横向环形砌法与纵向交错砌法两种.采用纵向交错砌法砌筑的耐火砖的整体强度比校好.但发生问题时.一个较小的点破坏可能会造成一个较大的面破坏.目前应用较少横向环形砌法又可分为两相邻砖圈砖缝成一直线与砖缝交错两种砌法采用砖缝成一直线砌法时.因耐火砖尺寸的偏差可能使得砖缝不在一条直线上,当砖圈的错动时.砖的边角容易破损可能会造成强度不好因此.目前处理危险废物的回转窑砌筑多采用横向环形砌法中的砖缝交错的砌筑方法.根据砌筑过程中回转窑是否需要旋转.砌筑方法可以分为旋转法和固定法.利用旋转法砌筑时

10、,随着耐火砖的砌筑,需要旋转回转窑.多用于小型回转窑的砌筑.而固定法无需旋转回转窑,多用于大型回转窑用于危险废物处理的回转窑直径多在24m.长度在820m.属于小型回转窑.因此需要采用旋转法砌筑2.2砌筑根据上述分析.用于危险废物处理的回转窑主要采用横向环形砌法.既有利于施工.也有利于拆除和检修砌筑过程如下:(1)首先应仔细地将窑壳内清扫干净,然后做砌筑用基准线.轴向基准线要沿窑周长每1.5m放一条,每条线均要与回转窑壳体的轴线平行:环向基准线为与回转窑壳体中心线垂直的圆.每个施工段放一条.每个施工段长度为1m(2)耐火砖砌筑时.首先从回转窑壳体底部同时向两侧砌筑.直至超过半周12层砖处.每环

11、砖均如此砌筑.当砌筑长度为23m时.在回转窑中心水平设置厚140mm的长方形垫木.垫木应压在最上一层耐火砖砖厚3/4处.并每隔1m左右设置一顶杠顶在垫木上.旋出顶杠套管部分至垫木与耐火砖完全压实.如图1(a)所示.然后将回转窑旋转90,再从窑底砌筑到水平位置.进行第二道支撑加固.如图1(b)所示.继续旋转回转窑.进行最后1/4周的砌筑,如图1(c)所示.最后1/4圆周砌筑时,需注意要留46层砖.作为锁El区.并将锁口区旋转到底部附近(时钟的7:008:00的位置),进行锁口,如图1(d)47材料与施工:危废处理回转窑的砌筑与烘炉技术探讨所示.180.9O.0.(a】0.180.(c)(d)圈1

12、耐火砖砌筑过程不惹图(3)锁口区的砌筑应仔细进行,通常要先用几种不同厚度的砖进行组合预排和调整.以使砌体的锁口完全适合于最后一块砖的打入锁口时宜选用专用锁砖.需加工砖时.加工砖的厚度不得小于原砖厚度的2/3.并不得作为每环最后一块锁砖打入砌体.锁15砖应从侧面打人环内.在最后一块锁砖不能由侧面打入时.可将锁口外侧的一到两块砖进行加工,使锁口上下尺寸相等.然后将与锁口尺寸相适应的砖从上面打入.并将其两侧用钢板锁缝需要用几块薄形的锁砖时.要用标准的主砖将它们隔开:用钢板锁缝时.每条缝内只允许使用一块钢板.其厚度不宜大于3mm.各环锁口区不应超过4块锁缝钢板.并应把它们均匀地分布在整个锁砖区内.另外

13、,在砌筑时应尽量减少锁缝钢板的用量.并尽量避免在薄型的锁砖边打人钢板砌筑最后一环砖的锁口区时.由于挡砖板碍事.最后一块锁砖不能从侧面打人环内.可以通过选砖.再配合火泥调整邻近几块砖的灰缝的办法将锁口的尺寸调整到上下相等.然后将尺寸合适的锁砖从上面打入打人最后一块砖后.从上面打人13块一边磨尖的23mm厚的钢板将砖缝彻底锁紧2.3砌筑注意事项在回转窑砌筑过程中的几点注意事项:(1)回砖窑体安装完毕后,经检查和空转合格才能进行内衬施工.并仔细清除灰尘和渣屑.打磨平48整.焊缝高度应小于3mm(2)砌筑泥浆在调制时应通过试验来确定泥浆的稠度和加水量.同时检查泥浆的砌筑性能是否满足砌筑要求.搅拌水应采

14、用纯净水.由于使用泥浆为胶泥,应随砌随制.已初凝的不得使用.(3)砌筑内衬的纵向基线和控制线.应做明显标记于简体上,环向基准线按砌筑工作长度也画在简体上.(4)砌筑时砖缝内应泥浆饱满,表面勾缝.不得在砌体上砍凿砖,用木锤或橡胶锤找正.泥浆干涸后,不得敲打砌体加工耐火砖时不得采用宽度小于1/2或宽度小于2/3的砖并不得作为本环的最后一块砖打入砌体(5)当涉及多层耐火砖砌筑时,由外向内进行各层耐火砖砌筑,均采用环砌法应待上一层砖衬砌筑完成并检验合格后方可进入下道工序对不能满足下道工序施工的部位,用磨光机进行修理.确保里层的耐火砖的大头四个角与外层砖衬完全接触整体砌筑完成后.各层耐火砖均应与筒体可靠

15、地同心3烘炉回转窑整体砌筑完成后.砌体和浇注料中含有大量的游离水和结晶水,必须进行烘炉.通过烘炉,对砌体进行加热和干燥,使砌体所含水分逐渐析出.直至完全干燥为止.完成耐火材料相变形引起的膨胀及消除应力.保证回转窑正常运行中耐火材料不因温度剧变而爆裂或内裂3.1烘炉准备烘炉前的准备工作通常有以下几点:(1)检查耐火材料的砌筑和浇筑是否符合规范的要求:(2)准备烘炉所用材料,如燃料,工具,水,压缩空气等:(3)整套系统的其他准备工作,例如,消防系统,电气系统,环境条件等.3.2烘炉曲线烘炉所需时间及温度主要根据炉衬砌体的种类,性质,厚度,砌筑方法和施工时所处季节而定51.回转窑砌体的主要材料是高铝

16、砖,莫来石砖,高铝浇注料等,根据回转窑砌体的特点.典型的烘炉曲线如图2所示.由图可知.烘炉升温过程主要包括三个关键温度点工业炉第34卷第2期2012年3月越赠时间/Il图2典型烘炉曲线图第一个温度点:150oC.因为水在100cc时变为水蒸气,但蒸发不快.故必须大于100时才能有效干燥根据经验选150oC为宜.此阶段脱水量不能太大.不能太快.如果水分排出太快,内部残存水分扩散速度赶不上表面蒸发速度.内部水会受热变成蒸汽产生膨胀致使泥浆收缩发生龟裂.降低黏结强度.使砌体强度削弱.浇注料更是如此.因此由常温至150的过程中.升温不能太快.控制在10/h为宜.当达到150时还必须保温一段时间.保证砌

17、体充分干燥.第二个温度点:300.在此温度段,主要是完成耐火材料相变引起的膨胀及消除应力考虑到高铝砖的线膨胀系数较大.由150oC至300的过程中.升温也不宜太快高铝砖一般按3050几升温.这样可使耐火砖的膨胀均匀而且稳定第三个温度点:600c【=.此温度点为耐火材料的烧结温度点.耐火材料在此温度点持续一段时间后,即可达到彻底干燥根据厂家资料.高铝砖和耐火材料在150,300,600这三个温度点,内部反应比较剧烈,且膨胀较为均匀和温和为充分完成晶型转化和聚合作用,达到设计要求的烧结强度,完全释放热应力,必须在此三点恒温一段时间为了便于控制其膨胀性.防止耐火砖上下表面膨胀不均造成开裂.使耐火砖和

18、耐火物内部温度逐步均匀化.升温也必须缓慢进行.达到600时.保温足够的一段时间后,让砌体自然冷却,烘炉完成.3.3烘炉后的检查烘炉后的检查主要为耐火材料砌体的检查观察耐火材料烧结情况.检查耐火砖的砖缝.如果出现松动可用锁缝钢板紧固.检查耐火材料是否出现裂缝.如果出现裂缝大于3mm.应用耐火浇注料勾缝.另外.烘炉的过程也是整套工艺系统联动运行过程.烘炉后也应对系统设备的操作情况进行汇总,必要时进行检修4结语回转窑是危险废物处理最有效的设备.在国内的应用日益广泛回转窑耐火材料的质量直接影响了回转窑能否稳定运行.选用合适的耐火材料,用适当的砌筑方法砌筑.并按照科学的烘炉曲线烘炉,是保证回转窑耐火材料质量的三个重要环节,都需要掌控好随着回转窑在危险废物处理中应用的增多.回转窑的砌筑和烘炉技术将更加成熟.参考文献:1张绍坤.回转窑处理危险废物的工程设计J1_冶金设备,2010(2):58-62.2聂永丰.三废处理工程技术手册M】.北京:化学工业出版社,2000.【3冯运生,范泳,陶贵华.水泥窑固废处理对耐火材料的影响及对策J】.耐火材料,2007(9J):283289.4】中华人民共和国建设部.GB50211-2004工业炉砌筑工程施工及验收规范S.北京.5】卢淑娥.石灰石矿回转窑砌筑及烘炉实践J】_天津冶金,2007(2):57-6049