全部商品分类
当前位置 >
首页 >
知识分享 >
垃圾焚烧发电回转窑磷酸盐砖特性及损坏机理研究
垃圾焚烧发电回转窑磷酸盐砖特性及损坏机理研究
磷酸盐结合高铝砖理化指标为:耐火度≥1 970℃，2 kgf/cm2荷重软化点温度大于1 350℃，体积容度≥2.75 g/cm2，常温抗压强度≥61.8 MPa。其高温抗压强度高，热震稳定性较好，耐磨损率低。其主要特性如下。
磷酸盐结合高铝矾土熟料中含有大量的α-Al2O3，当它与磷酸相混合，在0℃～120℃时，开始结合，在124℃～427℃范围内，生成磷酸铝和焦磷酸盐，在510℃时则大部分生成磷酸铝，成为高铝砖的连接骨料，Al PO4具有Si O2的空间骨架结构，[PO4]、[Al O4]均为四面体结构。根据1947年汤姆生定律“高温形成的磷酸盐中铝趋向于四次方组合。在低温或高压下形成的硅酸盐中铝趋向于六次方组合”。因此，在<1 500℃磷酸铝未分解以前具有稳定的结构，这种稳定结构在1 500℃以下具有化学稳定性，耐磨损性、热稳定性及高温强度较大等特点。 磷酸盐结合高铝砖中Al2O3含量一般在80%以上。因此，Al2O3在化学热力学性质上就起着主导作用。Ca O对氧的亲和力大于Al,Si则小于Al，但从Ca O-Al2O3-P2O5的相图分析，在1 440℃才能形成共熔物，这就为预热带、分解带、冷却带使用磷酸盐结合高铝砖提供了理论依据。 磷酸盐结合高铝砖其主要矿物成分的结构呈方石英型的Al PO4，此种物质在分解成Al2O3之前是稳定的，但在较高温度下，其机械强度稍有降低，这是因为在1 500℃以上AlPO4逐渐分解所致。其分解性质如表1。
由于Al PO4在1 500℃以上分解，使磷酸盐结合高铝砖的高温性能受到影响，热态强度会急剧下降，因此，降低了其热态抗磨损性。 磷酸盐结合高铝砖用于水泥回转窑烧成带、过渡带、冷却带，其中用于过渡带、冷却带有较长的使用寿命，而用于回转窑烧成带损坏成度要大些，其使用寿命相对短些，见表2。
磷酸盐结合高铝砖在垃圾焚烧水泥回转窑上作窑衬材料，其中过渡带和冷却带在大中型窑中比一般普通高铝砖使用寿命可延长2～3倍，在小型窑中可延长3～4倍。若用于烧成带可延长1～2倍。而磷酸盐结合耐磨砖用于冷却带，则抗磨损性较好，使用寿命较长。 从实践结果表明，磷酸盐结合高铝砖作垃圾焚烧回转窑窑衬材料，其使用寿命不仅取决于砖体本身的化学矿物组成、组织结构和外形尺寸，而且与窑体结构、砌筑技术、操作方法及外加水泥原料和煤粉和垃圾化学成份等因素有关。 磷酸盐结合高铝砖用于垃圾焚烧发电水泥回转窑机械损坏，主要是窑体变形和热膨胀引起的。窑体变形是由于窑轮带区断面的椭圆度，窑的径向变形以及开窑和停窑的巨大扭力对磷酸盐结合高铝砖窑衬造成压缩、弯曲、拉伸、剪切等应力作用，使砖与砖之间裂纹扩大，导致砖面整体结构损坏。热膨胀也是造成磷酸盐结合高铝砖窑衬材料损坏的重要原因，在点火烘窑时，窑衬和窑体会发生膨胀，窑体断面向外膨胀量少于磷酸盐结合高铝砖窑衬的膨胀，使磷酸盐结合高铝砖热面膨胀受阻，造成大面积的热面层炸裂剥落，同时，垃圾与水泥物料的运动也会造成砖面机械磨损。 磷酸盐结合高铝砖的化学浸蚀损坏主要是硅酸盐、铁酸盐及垃圾焚烧灰粉中K2O和N2O等碱性侵蚀及砖体中的二次莫来石化也是磷酸盐结合高铝砖损坏的原因之一。 温度800℃～1 200℃，石灰质与黏土质、物料和灰粉与衬砖之间通过表面固体物之间的相互扩散并发生固相反应。石灰质与黏土质之间比表面积远大于物料、灰粉与砖衬之间的比表面积，其固相反应速度比衬砖与物料之间要快得多。磷酸盐结合高铝砖的矿物组成主要是莫来石(3Al2O3·2SiO1)和刚玉(Al2O3)，石灰质组分与磷酸盐结合高铝砖窑衬之间反应主要生成Ca O·Al2O3和Ca O·Fe2O3，固相反应改变了磷酸盐结合高铝砖表面化学成份和组织结构。 在垃圾焚烧水泥回转窑内，因高温产生的熔融物液相渗入到窑衬砖内，使磷酸盐结合高铝砖热面脆化，其热震或机械应力作用，造成砖面炸裂损坏。因窑内垃圾焚烧灰粉和物料碱含量偏高加之窑内气流温度过高，致使液相量增多，使砖体表面窑皮烧流，引发掉砖红窑。 当窑内气温过高时，物料中的Si O2与磷酸盐结合高铝砖内的Al2O3生成莫来石，形成重结晶体，使磷酸盐结合高铝砖体积膨胀，造成砖体炸裂，适当控制窑温和原料各率值，不仅可以提高熟料质量，而且还可以提高窑衬的使用寿命。 窑内气流和物料温差过大，在回转窑旋转过程中，上下有300℃～500℃温差变化，使磷酸盐结合高铝砖窑衬承受的热负荷增加，致使窑衬磷酸盐结合高铝砖炸裂损坏。 1)高温过热。若垃圾和煤粉等燃料焚烧时间过长，温度过高，液相增多，易使窑内液相量增加致使窑皮烧流，造成局部掉砖。一般挂窑皮的厚度控制为150～200 mm厚，相对稳定不会过热损坏。
2)热震稳定。磷酸盐结合高铝砖窑内经高温二次烧结，改善了磷酸盐结合高铝砖高温使用性能，提高了热震稳定性，有利于挂好窑皮和保护窑衬材料不受损坏。 1)采用磷酸盐结合高铝砖和磷酸盐耐磨砖做垃圾焚烧发电水泥回转窑窑衬材料，在适当的垃圾与煤粉燃烧温度和融熔的煤灰参与下，在耐火砖表面形成15%～20%的液相，与此同时水泥熟料产生液相量大约为20%～25%。熟料和窑衬耐火砖表面之间液相和粘度达到一定程度，就开始粘挂第一层窑皮。窑皮与砖面之间，也就是垃圾焚烧灰粉与熟料、煤灰和耐火砖之间发生反应，其反应还向砖面一定深处渗透，其渗透深度主要取决于耐火砖和垃圾焚烧灰粉、熟料、煤灰的化学成分。当磷酸盐结合高铝砖Al2O3≥80%时，其生成的第一层窑皮和渗透层主要是C2AS。
2)磷酸盐结合高铝砖挂窑皮的牢固致密程度，主要取决于生成的C2AS,C2AS愈多，CAS2愈少，窑皮就愈坚实牢固，反之则愈疏松。熟料的硅率和铝率的变化也对窑皮能否挂牢起着决定性作用，熟料中Fe2O3和K2O+N2O含量越高，生成的熔质矿物越多，窑皮越疏松，所以磷酸盐结合高铝砖作垃圾焚烧发电水泥回转窑窑衬材料，其挂窑皮的性能取决于垃圾焚烧灰粉、煤灰及水泥物料中Al2O3和Fe2O3的含量及化学成分，物料中的Ca O向砖面变质层的供应和反应渗透深度也是直接影响窑皮的牢固和致密程度的重要原因。 3)磷酸盐结合高铝砖作垃圾焚烧发电水泥回转窑窑衬材料，实践证明，使用含Al2O3≥80%的磷酸盐结合高铝砖作窑衬材料，在温度低于1 450℃时，液相量不足，窑皮挂不上或挂不牢，当温度高于1 490℃时，液相量过多极易产生烧流，所以垃圾焚烧发电水泥回转窑正常挂窑皮控制温度差为20℃～30℃。 4)当温度偏低时，窑皮挂不上或挂不牢，使砖面与窑内灰粉、物料之间缺乏一层足够厚度的窑皮作保护。对于机压磷酸盐结合高铝砖因密度较大，导热系数也大，若窑衬砖体不厚，窑皮又挂得太簿，极易引起筒体红窑。 5)当工作人员操作不慎，少料或跑煤或垃圾掺量太少，不能及时拉大排风等情况，火焰向窑内深处延伸到窑皮不够厚位置，加之窑内物料堆积，还会致使窑内局部升温，造成窑皮及窑衬迅速熔蚀。所以采用磷酸盐结合高铝砖做分解带和预热带窑衬材料时，应防止窑内局部物料堆积和结块的现象。 6)磷酸盐结合高铝砖作垃圾焚烧发电回转窑窑衬材料，常出现开窑时砖衬烘烤升温过快，停窑时冷却过急等造成窑皮损坏。当窑皮脱落时，砖面温度迅速升高500℃～600℃，使砖体受到强热震性破坏;停窑时冷空气迅速进入窑内，使砖体温度急剧降低，使砖面原有裂纹迅速扩大造成炸裂。所以必须严格控制温度剧烈变化引起的热冲击。 采用水泥回转窑焚烧垃圾热能发电，由于垃圾焚烧产生的灰粉碱含量偏高，使窑内物料产生的液相增多，所以在水泥配料设计中应考虑减少熔剂矿物的生成量，防止液相过多，使砖体表面产生烧流。同时垃圾与煤粉的掺量要均匀，以免温度时高时低，致使窑内气流温度不稳定。当温度控制在1 450℃～1 490℃，耐火砖表面生成C2AS时，则可挂好窑皮，并且在频繁的停窑中也不炸裂和分层剥落。
易耐网公众号