垃圾焚燒鍋爐結(jié)渣原因分析

1、垃圾焚燒鍋爐結(jié)渣原因分析焚燒法處理城市生活垃圾主要有爐排爐焚燒、流化床爐焚燒和回 轉(zhuǎn)爐焚燒3 種形式。其中，爐排爐由于其處理垃圾量大，對(duì)垃圾變化 特性適應(yīng)性強(qiáng)而受到世界各國(guó)，特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家的廣泛關(guān)注。目 前，國(guó)內(nèi)一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市的垃圾焚燒廠多采用引進(jìn)國(guó)外的爐排爐焚 燒技術(shù)和設(shè)備，但由于對(duì)熱值低、水分高、成分復(fù)雜的中國(guó)城市垃圾 適應(yīng)性不好，有2/3 以上運(yùn)行不正常，積灰結(jié)渣問題十分嚴(yán)重。昆明理工大學(xué)的胡建杭、王華等分析了城市生活垃圾焚燒灰渣熔 融過程中 CaO、SiO2、Al2O3 等主要成分以及試驗(yàn)氣氛對(duì)熔融特性的 影響，得出了灰渣在酸堿度為1，弱還原性氣氛下的熔點(diǎn)最低。李潤(rùn) 東、聶永豐等

2、應(yīng)用能譜分析、灰熔點(diǎn)爐、XRD、壓汞儀等對(duì)國(guó)內(nèi)外8 種垃圾焚燒飛灰的成分、熔點(diǎn)、晶相結(jié)構(gòu)、顆粒特性等物化性質(zhì)進(jìn)行 了系統(tǒng)研究，表明飛灰成分因受原料、爐型、取樣位置等因素影響而 差異很大。浙江大學(xué)的李曉東、呂洪俊等研究采用流化床焚燒處理有 機(jī)濃縮廢液時(shí)，焚燒溫度對(duì)結(jié)焦結(jié)渣的影響，提出隨溫度升高，渣樣 晶相由以Na2S04、NaCl等為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐訬a2S04、Na2Si307等為主， 且 Na2Si3O7 在渣樣中的比重隨著焚燒溫度的升高而增加，結(jié)焦結(jié)渣 程度也逐漸增大。本文將從灰熔點(diǎn)、灰成分、物相3 個(gè)方面對(duì)爐排式 垃圾焚燒爐灰渣進(jìn)行分析，為減輕垃圾焚燒爐積灰結(jié)渣提供理論參 考，同時(shí)為進(jìn)一步尋找

3、實(shí)踐中可行的防積灰結(jié)渣方法奠定基礎(chǔ)。1 試驗(yàn)物料本文研究的灰渣為南方某廠焚燒爐現(xiàn)場(chǎng)取樣，其中大渣塊取自前后拱處形成的喉口部位，積灰取自2、3、4 煙道，飛灰取自除塵器出口，其中飛灰進(jìn)行過噴鈣C a(0H)2)脫硫。該焚燒爐為爐排式, 采用絕熱燃燒形式。在焚燒爐的煙氣出口設(shè)計(jì)了前后拱，故此在焚燒 爐出口形成一個(gè)類似于“斗”的結(jié)構(gòu)。鍋爐結(jié)焦主要集中在焚燒爐出 口部分，目前約2個(gè)月結(jié)焦即可堵住1/2以上通流截面積，同時(shí)在水 冷壁上也易結(jié)焦積灰。該焚燒爐焚燒垃圾成分有塑料、紙張、果皮、 廚余、布等。在弱還原性氣氛下測(cè)定垃圾灰渣的熔融特性溫度，并利用X射線 熒光光譜儀和X射線衍射儀對(duì)垃圾灰渣進(jìn)行成分和物

4、相分析?；以?分分析見表 1，灰渣熔點(diǎn)測(cè)試結(jié)果見表2。表1 灰渣成分分析SiOrCftOAhOi ZN-jOgKjOsuZnO弘0MnOCiCuQPbO擬230.3114.硏3.613.抽2, 26L52L090h530.530.250.17罠130.14OlQ4用昭帆33.2A L44C.&52,510,531蹈0.5J0.510JQOlds16 J0JQ,1S表2灰渣熔點(diǎn)測(cè)試結(jié)果C樣品DTCd)ST(/2JHT(i33FT(t4)渣塊1 111 1651偵1 V73飛灰謬加了飭411 483I 4 &71 48第趴3煙道朕1 2151 2281 2331 241第4煙道躱1 2X221

5、e命爵2 試驗(yàn)結(jié)果與分析基于灰熔點(diǎn)的熔融特性 一般認(rèn)為灰粒溫度低于軟化溫度時(shí)，在受熱面上，只能形成疏松的弱粘聚形灰渣，易脫落；當(dāng)灰?；蚍e灰溫度高于軟化溫度時(shí)，灰將以粘聚形較強(qiáng)的渣型粘附于受熱面上；灰層表面溫度進(jìn)一步升高時(shí)，就可 能形成熔渣。本試驗(yàn)取樣的焚燒爐出口煙溫平均保持在930950 C, 最高時(shí)達(dá)到1000C，低于渣塊的軟化溫度。可見，在遠(yuǎn)低于灰熔點(diǎn) 的條件下,灰渣內(nèi)部已經(jīng)有一部分礦物發(fā)生了燒結(jié),這些局部的熔融 是引起礦物質(zhì)顆粒相互粘連的原因之一。對(duì)于煙道積灰,其熔融溫度遠(yuǎn)高于通過煙道的煙氣溫度,所以煙 道中只有少量積灰,很容易用吹灰器吹掉。飛灰的各熔融特征溫度接 近1500C，應(yīng)與加入

6、的Ca(0H)2有關(guān)。另外，流動(dòng)溫度與初始變形 溫度差值與灰渣形態(tài)有關(guān)。該溫差小時(shí),管壁上可形成薄層熔渣,粘 結(jié)牢固,用吹灰器難于清除；溫差大時(shí),灰渣層會(huì)較厚,在灰渣熔融 前對(duì)管壁的粘附作用小,用吹灰器較易清除。對(duì)比以上各熔融溫度, 渣塊熔融溫度最低,與喉口處的嚴(yán)重結(jié)渣相應(yīng),且 t2-t1=4C, t4-t3 =6C，渣塊達(dá)到變形溫度后，迅速地軟化，流動(dòng)，更加重了結(jié)渣， 并難以清除?；以煞謴谋?可以看出，灰渣中主要含Si、Ca、Al、Fe、Na、K等元素， 其中渣塊中 SiO2、 CaO、 Al2O3、 Fe2O3 含量達(dá)85.77；因除塵器中 Ca(OH)2 的加入, K、 Na 化合物的

7、易揮發(fā)性,以及焚燒垃圾中含有較 多橡膠、塑料制品，飛灰中CaO含量達(dá)47.3%, K、Na化合物的含量 高于渣塊中的含量, Cl 含量很高,達(dá)16.3?；以煞秩埸c(diǎn)見表3。 SO3的熔融溫度與其它化學(xué)成分的熔融溫度不在一個(gè)數(shù)量級(jí)上；2O、 Na2O、 P2O5 高溫下不穩(wěn)定,且在灰中含量較低,一般在1%2%, 最高不超過 5%；ZnO、 BaO、 MnO、 CuO、 PbO 的含量在灰渣中都低于1。因此，這幾種組分可以忽略不計(jì)。表3灰渣成分的熔點(diǎn)C氣化物熔點(diǎn)化學(xué)性質(zhì)SiO1 715醴性AljOa2 043酸性1 5S&賊性CaU2 521MgO2 79&NaiOI 277開華堿性KfOTiS1

8、 SS8醸性PjOs300升舞怒韓尿基于灰渣成分的熔融特性研究表明，當(dāng)總堿性氧化物的百分比小于 38時(shí)，隨著堿性氧 化物百分比的增加，垃圾灰的流動(dòng)溫度下降；當(dāng)總堿性氧化物的百分 比大于 38時(shí)，隨著堿性氧化物百分比的增加，垃圾灰的流動(dòng)溫度 增 高 。 由 表 1 可 知 ， 渣 塊 和 飛 灰 的 總 堿 金 屬 含 量(CaO+Fe2O3+MgO+K2O+Na2O)百分比分別為 41.95%, 56.02%，所 以當(dāng)堿性氧化物增加時(shí)，渣塊和飛灰的熔點(diǎn)都會(huì)升高。酸性氧化物對(duì)垃圾灰渣熔點(diǎn)也有很大的影響,隨著酸性氧化物質(zhì) 量分?jǐn)?shù)的增加生活垃圾焚燒灰渣熔點(diǎn)升高。酸性氧化物的熔點(diǎn)一般在 1500-20

9、00C之間。渣塊和飛灰的酸性氧化物(Si02+Al203+Ti02)百 分比分別為 52.12%, 13.71%,單從酸性氧化物而言,渣塊應(yīng)該具 有高的熔點(diǎn),實(shí)際上渣塊熔點(diǎn)相對(duì)較低,因此僅從酸性氧化物或堿性 氧化物考慮,無法正確評(píng)價(jià)灰渣特征。當(dāng)灰渣所處的氣氛一定時(shí),灰渣熔融特性與灰渣組分有關(guān),灰渣中的A1203含量越多，硅鋁比（SiO2/Al2O3）越低，灰渣熔融溫度越 高。渣塊和飛灰的SiO2/Al2O3分別為3.4, 3.1?？梢娫鼔K和飛灰都 具有較低的熔點(diǎn)，且大渣塊熔點(diǎn)更低。胡建杭等通過試驗(yàn)指出堿酸比在近1 時(shí)生活垃圾焚燒灰渣熔點(diǎn)最低，渣塊和飛灰的堿酸比分別為0.8、0.40由表1可知，

10、飛灰中 Cl 含量很高，氯元素在積灰結(jié)渣中起著重要作用，氯 元素有助于堿金屬元素從燃料顆粒內(nèi)部遷移到顆粒表面與其它物質(zhì) 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的可揮發(fā)物質(zhì)氯化物。與那些非氯化物的堿 金屬相比，氯化物更趨向于沉積在燃燒設(shè)備的下游。因此，氯元素對(duì) 預(yù)測(cè)沉積物的特性很重要。2.4XRD 物相 水冷壁、煙道只有少量積灰，易清除，不影響焚燒爐的運(yùn)行，而焚燒爐“喉口”部位嚴(yán)重結(jié)渣，影響焚燒爐的正常運(yùn)行。圖1圖3分別為大渣塊內(nèi)表層（壁側(cè)）、外表層（火側(cè)）和中間層的XRD分析圖o u o D o o o Oo u o D o o o O8 6 4 7ftr Hi 度 2 ffiwwcn-hw,net圖1大渣塊

11、內(nèi)表層XRD圖譜丄*丄*4t：azMgSi/SlO?3_C 砧I。；， .J-NftFeStOJ,5Ca,ZnSi0/to 40 環(huán)歸科嗾闔M 忻射伯|空站樸w-s-hw n毗2大渣塊外表層XRD圖譜番O念唱吉足700番O念唱吉足700600500400300200)00圖3大渣塊中間層XRD圖譜2.5 基于物相的熔融特性灰渣中存在的主要物相有：硅酸鹽（鈣黃長(zhǎng)石、斜灰石、透輝石）、 氧化物（石英、赤鐵礦等）以及一些鹽類（氯化物和硫酸鹽）。由圖 1圖3可以看出，大渣塊內(nèi)表層（壁側(cè)）的主要晶相以石英（Si02） 為主，并出現(xiàn)鈣黃長(zhǎng)石（Ca2Al2Si07）和鈣硅石（CaSi03）,以及部 分的赤鐵

12、礦（Fe203 ）。大渣塊外層（火側(cè)）的主要晶相以鎂黃長(zhǎng)石 （Ca2MgSi207）和鋅黃長(zhǎng)石（CaV2ZnSi07）為主，SiO2較多，并含 有鈣硅石（CaSi03）和錐輝石（NaFeSi032）。大渣塊中間層的主要 晶相以 Ca2Al2SiO7 和斜輝石（CaMg，F(xiàn)e，AlSi, Al）為主, 并含有少量的Si02和CaSiO3。在SiO2-Al2O3-CaO三元相圖上 Ca2Al2SiO7和鈣長(zhǎng)石等含鈣化合物間容易形成1170C和1265C的低 溫共熔化合物，從而使煤灰熔點(diǎn)顯著降低。以上說明灰渣形成的初始 階段以單晶體（SiO2）為主，熔點(diǎn)較高，只有少量低熔點(diǎn)（Ca2Al2SiO7 和 CaSiO3 形成）的共熔體形成，并含有具有助熔作用的赤鐵礦，因 此使熔點(diǎn)降低。隨著渣層增厚，到中間層，低熔點(diǎn)共熔體（Ca2Al2SiO7 和斜輝石形成）增多，單晶體減少，灰渣最外層共熔體和單晶體都較 多，但以共熔體為主。從整個(gè)渣層來看，從內(nèi)（壁側(cè)）而外（火側(cè)，） 低熔點(diǎn)共熔物呈增加趨勢(shì)，雖然石英、赤鐵礦、鈣硅石等物質(zhì)的熔點(diǎn) 較高，但在爐內(nèi)高溫環(huán)境下以含鈣化合物形成的低熔點(diǎn)共熔物為主， 從而造成喉口部位嚴(yán)重結(jié)渣。以上說明，大渣塊的形成主要與SaO、 Al2O3/MgO/ZnO、SiO2 等反應(yīng)生成鈣化合物形成低熔點(diǎn)共熔物相的存 在有關(guān)。3 結(jié)論（1）在遠(yuǎn)低于灰熔點(diǎn)