1、前言

　　目前，城市生活垃圾已成為全球性的環(huán)境問題之一；近20年來, 隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人口不斷向城市集中，城市化進(jìn)程加快且數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市生活垃圾對(duì)環(huán)境污染的影響越來越大。但由于環(huán)境衛(wèi)生保護(hù)基礎(chǔ)建設(shè)嚴(yán)重滯后，使得城市生活垃圾對(duì)城市生態(tài)環(huán)境的污染日益嚴(yán)重。現(xiàn)在我國每年產(chǎn)近1.5億噸城市生活垃圾， 而且還以年平均8%左右的速度增長，它們中的80%～90%來自大、中城市。在我國668個(gè)大、中城市中，有2/3處于垃圾圍城之中；垃圾的歷年堆存量達(dá)60億噸，侵占土地多達(dá)5億m2；而我國城市垃圾處理率僅為50%左右，無害化處理率更低。因此，城市垃圾的無害化、減容化已成為政府和公眾非常關(guān)心的問題。目前我國生活垃圾處理的常用方法是衛(wèi)生填埋、焚燒和堆肥三種；垃圾焚燒方法與其他兩種方法相比，能更好地達(dá)到垃圾處理減量化、資源化和無害化的治理目標(biāo)，已成為我國當(dāng)前發(fā)展最快的垃圾處理方式。

2、常用垃圾焚燒技術(shù)分析比較

　　垃圾焚燒處理已有100多年歷史，但出現(xiàn)有控制的焚燒以及煙塵綜合處理、余熱再利用等是從20世紀(jì)70年代以后開始的。目前世界各地應(yīng)用的各種型號(hào)垃圾焚燒爐達(dá)到200多種，但應(yīng)用廣泛、具有代表性的垃圾焚燒爐技術(shù)主要有四大類，即：爐排型焚燒爐、流化床焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐、垃圾熱解氣化焚燒爐(CAO)。

　　機(jī)械爐排焚燒爐是較早發(fā)展的垃圾焚燒爐型式，經(jīng)過長期的發(fā)展，技術(shù)日臻完善， 運(yùn)行可靠性高是目前垃圾焚燒爐市場(chǎng)上的主導(dǎo)產(chǎn)品，其應(yīng)用占全世界垃圾焚燒市場(chǎng)總量的80%以上。該類爐型的最大優(yōu)勢(shì)在于技術(shù)成熟，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，適應(yīng)性廣，絕大部分固體垃圾不需要任何預(yù)處理可直接進(jìn)爐燃燒。流化床焚燒爐可以對(duì)任何垃圾進(jìn)行焚燒處理，最大優(yōu)點(diǎn)是可以得到完全的燃燒效果并對(duì)有害物質(zhì)進(jìn)行徹底的破壞，一般排出爐外的未燃物均在1%左右，是幾種方式中最低的，對(duì)環(huán)境保護(hù)很有利。其缺點(diǎn)是：飛灰量大，垃圾必須分選破碎，分選及破碎系統(tǒng)復(fù)雜；動(dòng)力消耗量大，流態(tài)化固體顆粒對(duì)爐墻磨損嚴(yán)重，此技術(shù)有待于進(jìn)一步完善。

　　回轉(zhuǎn)窯焚燒爐因?yàn)檗D(zhuǎn)速的改變，可以影響垃圾在窯中的停留時(shí)間，并且對(duì)垃圾在高溫空氣及過量氧氣中施加較強(qiáng)的機(jī)械碰撞，能得到可燃物質(zhì)含量很低的爐渣。但該技術(shù)也有一些明顯的缺點(diǎn)：垃圾處理量不大，燃燒不易控制，這使它很難適應(yīng)發(fā)電的需要；旋轉(zhuǎn)焚燒爐較多使用在熱值較高的工業(yè)固體廢棄物的焚燒上，在生活垃圾的焚燒中應(yīng)用較少。

　　目前,世界發(fā)達(dá)國家開始采用的較先進(jìn)垃圾焚燒處理技術(shù)是垃圾熱解氣化焚燒爐。垃圾熱解氣化焚燒爐(Controlled Air Oxidation 可控空氣氧化技術(shù),簡稱CAO技術(shù))， 是一種控制空氣燃燒技術(shù)。CAO系統(tǒng)可分為加熱干燥、熱解氣化、殘?zhí)既紵⒖扇細(xì)馊紵?個(gè)區(qū)域。CAO燃燒系統(tǒng)在一定程度上解決了城市垃圾的處理問題，垃圾不用分選就可以充分地分解和燃燒，但對(duì)于水分超過50%的垃圾，在不投油助燃時(shí)則不能穩(wěn)定燃燒。中國城市垃圾成分十分復(fù)雜、熱值較低且含水率高，而且地區(qū)差別大，因此在我國廣泛應(yīng)用垃圾熱解氣化焚燒爐技術(shù)還有一定困難。

3、垃圾焚燒技術(shù)中的一些問題

　　20?世紀(jì)八十年代末開始，我國沿海經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的大中型城市逐步開始建造垃圾焚燒廠，用以焚燒城市生活垃圾，以減輕垃圾填埋場(chǎng)的壓力。除了一些國產(chǎn)的垃圾焚燒爐外，還先后引進(jìn)了十幾套焚燒設(shè)備，由于城市生活垃圾中可燃物很復(fù)雜，由許多成分所組成，而且各種成分有不同的燃燒特性。因此，城市生活垃圾焚燒爐的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和控制比單一固體燃料如煤的要困難得多，我國城市生活垃圾焚燒爐運(yùn)行及設(shè)計(jì)上的一些問題討論如下：

3.1 高溫腐蝕

　　垃圾焚燒爐中腐蝕環(huán)境十分復(fù)雜，燃燒的不同區(qū)段和過程既包括煙氣引起的高溫氧化、硫化、氯化、碳化等氧化性或還原性氣氛腐蝕，還有焚燒灰和熔融灰引起的熔鹽腐蝕，而最主要的則被認(rèn)為是含氯介質(zhì)引發(fā)的氯化腐蝕^[6]。高溫腐蝕造成垃圾焚燒爐難以提高過熱蒸汽參數(shù)，目前爐排垃圾焚燒爐常用的蒸汽參數(shù)為中壓次中溫或更低的參數(shù)， 流化床垃圾焚燒爐由于摻燒一定的輔助燃料從而改變了煙氣成分，可以采用更高的蒸汽參數(shù)，目前常用的過熱蒸汽參數(shù)為中溫中壓。因此高溫腐蝕不僅降低了垃圾焚燒電廠的熱效率而且大大縮減了設(shè)備的使用壽命，成為制約垃圾焚燒技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵性因素。

3.2 污染物排放的控制

　　生活垃圾焚燒爐排放的污染物有粉塵、HCl、SO2、NOx、重金屬(Hg、Cd、Pb等)、多環(huán)芳烴和二噁英(Dioxin)?,焚燒爐污染物的排放控制以二噁英控制最為重要，目前對(duì)其在燃燒過程中生成的控制主要采用‘3T+E’的原則，即：（爐溫(temperature)；停留時(shí)間(time)；紊流程度(turbulence)；和空氣量(excess?air)），可通過在燃燒中保持 850～1000℃高溫，煙氣在高溫下停留時(shí)間 2s以上，煙氣含O2在 6%以上來實(shí)現(xiàn)^[7]。提高焚燒爐的燃燒溫度，可以使生成的二噁英在高溫下分解，但升高焚燒溫度，圾焚中的重金屬大部分以氣態(tài)氯化物等形式存在與煙氣中，反而增加了重金屬處理的難度。同時(shí)爐膛出口溫度增加，又會(huì)加劇受熱面的高溫腐蝕。由此看來，垃圾焚燒爐內(nèi)的高溫腐蝕、二噁英和重金屬污染排放這三個(gè)問題相互影響并耦合在一起的，并且都與垃圾中的氯存在直接或間接的關(guān)系，因此，氯組分去除是垃圾焚燒技術(shù)中又一關(guān)鍵問題。

3.3 垃圾成分復(fù)雜且熱值較低

　　我國垃圾分類收集和處理體系還比較落后，尚處于初級(jí)狀態(tài)，垃圾多為混合收集， 這給垃圾處理帶來了極大的困難，尤其對(duì)于循環(huán)流化床垃圾焚燒爐，混合垃圾中的金屬等不燃物在燃燒過程中會(huì)逐漸堆積在布風(fēng)板上產(chǎn)生流化不良，這樣會(huì)導(dǎo)致結(jié)焦、影響焚燒爐的正常運(yùn)行，目前國內(nèi)的垃圾焚燒流化床一般運(yùn)行2個(gè)月左右需停爐清理。雖然我國部分城市(鎮(zhèn))和地區(qū)的垃圾熱值總體已可滿足焚燒要求，但垃圾中的可燃物主要是廚余類垃圾，塑料、廢紙等高熱值垃圾的含量較小，與國外相比垃圾熱值仍然較低。由于廚余類垃圾含水量的季節(jié)性波動(dòng)大，導(dǎo)致垃圾熱值季節(jié)性的變幅較大，且垃圾中灰分也占較大比例。因此，爐排垃圾焚燒爐要維持焚燒室出口850℃的高溫，離不開輔助燃料， 輔助燃料費(fèi)已成為垃圾焚燒廠的一項(xiàng)主要開支，降低輔助燃料費(fèi)用是降低焚燒廠運(yùn)行費(fèi)用、維持焚燒廠正常運(yùn)行的重要保證。

3.4 垃圾焚燒技術(shù)相對(duì)落后

　　城市垃圾焚化技術(shù)比較復(fù)雜，我國在這方面的研發(fā)起步較晚，到目前為止還不能完全掌握，尤其是爐排爐技術(shù)，國內(nèi)一些大城市在考慮垃圾焚化處理時(shí)，國外技術(shù)和進(jìn)口設(shè)備仍然是首選。從 20 世紀(jì) 80 年代末開始，我國已先后引進(jìn)了十幾套不同型式的焚燒設(shè)備，如：杭州鍋爐廠引進(jìn)日本三菱的改進(jìn)型的馬丁爐排技術(shù)和產(chǎn)品；上海引進(jìn) ALSTOM 和 Steimuller 爐排和余熱鍋爐技術(shù)；寧波引進(jìn)德國諾爾—克爾茨爐排爐；北京國華荏原引進(jìn)了日本 EBARA?的內(nèi)循環(huán)流化床技術(shù)以及深圳引進(jìn)的 SEGHERS?的擺動(dòng)爐排技術(shù)等。雖然引進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)種類繁多，但我們至今還沒有掌握大型城市生活垃圾爐排爐焚燒的核心技術(shù)；根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，照搬過來進(jìn)行焚燒處理沒有經(jīng)過分揀、成分雜、熱值低、含水率高且變化范圍較大的中國城市垃圾時(shí)，處理效果并不理想。相比之下， 與垃圾焚燒爐相配的余熱鍋爐更容易進(jìn)入市場(chǎng)，國內(nèi)垃圾電廠的余熱鍋爐基本上都實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)制造，或外方設(shè)計(jì)國內(nèi)制造；與煤粉爐和工業(yè)鍋爐相比，我國在垃圾焚燒余熱鍋爐的設(shè)計(jì)上理論基礎(chǔ)還不完善，基本上還是參照現(xiàn)有的鍋爐設(shè)計(jì)規(guī)范，仍需針對(duì)垃圾焚燒特性做大量的研究工作，來完善垃圾焚燒余熱鍋爐的設(shè)計(jì)。

4、垃圾焚燒爐用耐火材料

　　垃圾焚燒爐的安全可靠運(yùn)行在很大程度上取決于耐火材料的穩(wěn)定性，近年來，許多垃圾焚燒爐都因?yàn)槟突鹉湍ゲ牧系倪x用不當(dāng)或不合格造成停爐事件，給垃圾焚燒廠造成一定的損失。垃圾焚燒爐的工作溫度一般不超過1200℃，但焚燒時(shí)產(chǎn)生的氣體（如HCl、SO₂、Cl₂、CO及堿金屬蒸氣等）對(duì)耐火材料的侵蝕性較強(qiáng)。同時(shí)，垃圾在高溫移動(dòng)中對(duì)焚燒爐某些部位（如爐底、落料口及側(cè)墻等）的磨損和熱沖擊較大，尤其是循環(huán)流化床垃圾焚燒爐，垃圾及循環(huán)床料對(duì)爐膛布風(fēng)板、燃燒區(qū)爐墻、爐膛出口與分離器進(jìn)口等部位的磨損和熱沖擊更為強(qiáng)烈；因此要求焚燒爐用耐火材料具有以下特點(diǎn):

　　(1)高強(qiáng)度和良好的耐磨性，以抵抗固體物料的磨損和熱氣流的沖刷；

　　(2)良好的體積穩(wěn)定性和耐酸性， 以抵抗?fàn)t內(nèi)酸性物質(zhì)的侵蝕；

　　(3)良好的熱震穩(wěn)定性，以抵抗?fàn)t溫的變化對(duì)材料的破壞；

　　(4)良好的抗CO侵蝕能力，以避免因CO侵蝕而引起爐襯崩裂；(5)良好的高溫強(qiáng)度和耐熱、隔熱性。

　　由于不同的垃圾焚燒爐對(duì)耐火耐磨材料有不同的要求，下面僅對(duì)目前國內(nèi)應(yīng)用最廣的爐排爐和流化床垃圾焚燒爐用耐火耐磨材料進(jìn)行探討。

4、1 爐排垃圾焚燒爐用耐火材料

　　爐排垃圾焚燒爐依據(jù)垃圾燃燒過程可以分為干燥區(qū)、燃燒區(qū)和燃盡區(qū)，按照位置可以分為垃圾推料器給料口區(qū)、爐排側(cè)墻、前后拱區(qū)和排渣口；這些不同的區(qū)域爐襯所受的溫度、機(jī)械強(qiáng)度和氣氛都不相同，需要根據(jù)各自的特點(diǎn)選用相應(yīng)的耐火材料。垃圾給料口，位于焚燒爐干燥區(qū)，煙氣溫度一般在500～600℃，受垃圾的磨損和水分的影響易產(chǎn)生熱剝落，其工作層一般使用強(qiáng)度較高的低水泥澆注料或耐磨強(qiáng)度較好的莫來石澆注料；焚燒爐燃燒區(qū), 由于溫度高達(dá)1000℃左右，靠爐排側(cè)墻還受到垃圾磨損、熔渣附著等作用，普遍使用耐磨損、難附著、抗化學(xué)侵蝕性強(qiáng)的SiC掛磚。上部側(cè)壁、爐頂?shù)炔课皇芑鹧娴臒釠_擊和燃燒廢氣的侵蝕并且此處的煙溫更高，多使用高鋁質(zhì)材料的鉻剛玉、SiC或莫來石預(yù)制掛磚及澆注料。排渣口部位溫度較低(400～500℃)，通常使用強(qiáng)度較高的高鋁質(zhì)澆注料。總之，焚燒爐的燃燒溫度< 1200℃時(shí), ?由于硅質(zhì)結(jié)合劑結(jié)合的SiC 制品在應(yīng)用中形成環(huán)繞SiC晶粒的致密永久惰性層，SiC含量不同的材料均適于作其內(nèi)襯；燃燒溫度> 1250℃時(shí)，焚燒爐內(nèi)熔融侵蝕氣氛較為強(qiáng)烈，高鋁制品的鉻剛玉等耐火材料優(yōu)于SiC質(zhì)的制品。

4、2 流化床垃圾焚燒爐用耐火材料

　　循環(huán)流化床垃圾焚燒爐耐火耐磨材料的應(yīng)用主要分為以下幾個(gè)區(qū)域：風(fēng)室、爐膛下部密相區(qū)、燃燒區(qū)、給料口、高溫旋風(fēng)分離器和回料管等。與爐排垃圾焚燒爐一樣，不同的區(qū)域應(yīng)根據(jù)氣氛條件選用合理的耐火耐磨材料，一般來說，規(guī)則區(qū)域利用耐火磚為好，難于施工的不規(guī)則區(qū)采用澆注料或可塑料。水冷風(fēng)室一般設(shè)計(jì)為單層襯里的防磨結(jié)構(gòu)，材料可采用中質(zhì)耐磨可塑料，布風(fēng)板采用自流式剛玉澆注料或剛玉耐磨可塑料。對(duì)于流化床垃圾焚燒爐，床料和垃圾密度相差比較大，垃圾主要集中在稀相區(qū)燃燒，密相區(qū)的溫度相對(duì)較低，磨損比較強(qiáng)烈，一般采用剛玉澆注料或耐磨可塑料，此處欠氧燃燒， 還原性氣氛強(qiáng)烈，應(yīng)嚴(yán)格控制材料的Fe₂O₃含量，以提高該材料抗CO侵蝕的能力。垃圾落料口和落煤口處于密相區(qū)和稀相區(qū)交接處，這兩個(gè)部位屬于易磨損區(qū)，可采用更耐磨的剛玉結(jié)合碳化硅的澆注料或利用莫來石和剛玉混合澆注料。燃燒區(qū)，也就是投料口以上，此處煙氣溫度比較高，一般在 850℃以上，可為采用碳化硅耐磨耐火澆注料或剛玉耐磨澆注料。爐膛出口和分離器進(jìn)口為易磨損部件，尤其是分離器進(jìn)口，可采用高強(qiáng)度耐磨澆注料或碳化硅磚，由于此處為非規(guī)則區(qū)域，施工的方法和經(jīng)驗(yàn)尤為重要。回料管也是循環(huán)流化床的關(guān)鍵部件，一般設(shè)計(jì)為多層襯里的防磨結(jié)構(gòu)，材料采用高強(qiáng)耐磨耐火澆注料、剛玉耐磨磚等，并根據(jù)管徑的大小決定其具體施工方式。

5、結(jié)語

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，垃圾焚燒產(chǎn)業(yè)快速成長，然而我國目前還沒有完全掌握先進(jìn)的垃圾焚燒技術(shù)，尤其是大型爐排爐技術(shù)；在高溫腐蝕的預(yù)防及處理，垃圾焚燒特性數(shù)據(jù)的積累及分析，以及引進(jìn)垃圾焚燒爐消化吸收等方面有許多工作要做。而耐火耐磨材料也是決定垃圾焚燒爐能否安全長期運(yùn)行的關(guān)鍵性因素，為滿足今后我國垃圾焚燒業(yè)發(fā)展的需求,研究開發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)的焚燒爐用耐火材料，是大力推廣垃圾焚燒技術(shù)的關(guān)鍵課題之一。