化肥厂丙烯酸装置废水焚烧炉属于典型的立式液体喷射焚烧炉,炉体主要由燃烧室、混合反应区、主反应区、残余反应区与急冷回收处理室构成。炉内正常工作温度为950℃,工作时,焚烧炉在顶部助燃气体下点火,废液从上斜段的孔中进入,在压缩空气的作用下喷射雾化为细小的液滴,以悬浮态连续燃烧,燃烧后产物在下部进行急冷回收,并将达标的烟气直接排放。
该焚烧炉焚烧的主要介质是装置的浓缩废水、废液、汽提气及废气等废物,其主要成分是水、醋酸钠、丙烯酸钠、氢氧化钠、丙烯酸和醋酸、甲苯磺酸钠、氮气、氧气、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲醇、乙醇及浮油物等物质。这些物质一是本身有的具有较强的腐蚀性,二是它们在燃烧转化反应中产生的未被燃烧气带走的钠盐与焚烧炉的炉砖发生反应,使焚烧炉的衬里材料发生破坏,影响焚烧炉的正常运行。因此,选取合适的内衬材料对焚烧炉的长周期运行起着至关重要的作用。
焚烧炉内衬材料的选取及材料特性
丙烯酸废水焚烧炉内衬原由日本的Krosaki Harima Corpora-tion进行设计施工的,内衬层仅使用了一年就发生了严重的侵蚀剥离,尤其是上斜段与中间直段的上1/4部位,侵蚀剥离最为严重。
针对这一现状,我们进行了分析。
1、当废液喷射雾化正常时,焚烧炉内衬的侵蚀剥离主要是由于部分未充分燃烧的废液和废液燃烧产物与炉壁内衬接触发生了反应,在炉内衬表面上产生了会使其损坏的化合物,使内衬产生裂纹,反应后的化学物易于从内衬表面剥离,从而带离走发裂的部分内衬,使炉内衬逐渐变薄,而上斜段与中间直段上1/4部位是混合主反应区,是雾化废液与燃烧产物在炉壁聚集量最多的场所,接触反应最为严重,因此,侵蚀剥离最严重;
2、当废液喷射雾化不正常时,大部分废液直接喷射到炉内衬上,使受冲刷的局部内衬温度急剧降低,与周围的炉内衬层形成温度差,从而产生内应力,当内应力超过炉内衬强度时,即产生裂纹,随着时间的推移,裂纹不断扩展延伸,发生断裂,造成炉内衬不断剥落变薄,而上斜段与中间直段上1/4部位是冲刷侵蚀最直接接触的部位,因此侵蚀剥离最严重。为此,我们必须选用耐蚀性能好、抗热震性高、高温体积稳定性好的的耐火材料作为焚烧炉的内衬材料。
1内衬材料的选取
结合焚烧炉的内衬在上斜段及中间直段的上1/4部位最容易受到损坏,且损坏最严重的情况,综合考虑材料的理化性能与经济成本,我们选用锆刚玉莫来石砖、重质高铝砖与高铝轻质隔热砖及相应配套的耐火胶泥材料,在焚烧炉7050mm(中间直段的2/3处,以残余反应区底部为基准面)以上的内衬面层砌筑锆刚玉莫来石砖,0-7050mm的内衬面层砌筑重质高铝砖,整个焚烧炉内衬中间层砌筑高铝轻质隔热砖。
2材料的特性
选用的锆刚玉莫来石砖、重质高铝砖与高铝轻质隔热砖对比锆刚玉莫来石砖与重质高铝砖的理化性能指标,可以看出锆刚玉莫来石砖含有ZrO2,重质高铝砖不含ZrO2,锆刚玉莫来石砖的常温耐压强度、0.2MP荷重软化温度比重质高铝砖的高,说明锆刚玉莫来石砖在温度和负荷同时作用下抵抗变形的能力比重质高铝砖强,耐蚀性比重质高铝砖好;锆刚玉莫来石砖的重烧线变化率(1500℃×3h)比重质高铝砖的小,说明锆刚玉莫来石砖在高温作用下外形线度和体积保持稳定而不发生永久变形的性能比重质高铝砖好,即锆刚玉莫来石砖的高温体积稳定性更好。高温体积稳定性好,可以保证砌体的稳定性,避免砌体开裂,造成设备损坏。
焚烧炉内衬的施工
1具体施工
(1)对焚烧炉进行检查测量,看拖砖板是否完好,设备有无变形,炉子各部位尺寸是否与设计标准相符,整个炉子是否符合砌筑要求。
(2)炉子符合砌筑要求时,将炉壁清理干净,然后涂刷沥青脂高温密封胶。
(3)待密封胶干后,测量确定焚烧炉的中心线与主要标高控制线,明确划出7050mm位置的定位线。
(4)按照图纸,以炉壳为导面从下向上依次砌筑高铝轻质隔热砖、重质高铝转与锆刚玉莫来石砖,砌筑过程严格按照工业炉砌筑工程施工规范进行,每种砖用配套的专用胶泥进行粘结砌筑。
(5)每砌筑完一层重质高铝转与锆刚玉莫来石砖用水平仪、水平管检查单块砖与局部砖的水平情况、用卷尺沿预先确定的中心线测量内衬层的直径,看是否符合要求,对不满足要求的及时进行调整整改。
(6)在斜段内衬砌筑还剩5层砖左右时,选4~6个点将剩余砖层的砖进行预放样,看斜段是否能很好的与直段衔接好,然后再砌筑。
(7)砌筑过程中,遇到焚烧炉炉壳局部凸起变形时,即实际直径尺寸小于设计制造尺寸,当变形量较小时,砌筑时,将面层重质高铝砖或锆刚玉莫来石砖与中间层高铝轻质隔热砖接触处的灰缝留小,同时,面层重质高铝砖间或锆刚玉莫来石砖间的水平缝靠近高铝轻质隔热砖端的胶泥稍厚一些,工作面端的胶泥薄一些,这样砌筑几层砖,将凸起变形引起的尺寸偏差找正,确保内衬面层砖面不出现台阶,内衬尺寸符合要求,当变形量较大时,则切割加工砖,使内衬尺寸与正常段的内衬尺寸保持一致,满足要求;遇到焚烧炉炉壳局部凹陷变形时,即实际直径尺寸大于设计制造尺寸,当变形量较小时,在面层重质高铝砖或锆刚玉莫来石砖与中间层高铝轻质隔热砖的间隙处直接用胶泥填补来弥补变形尺寸偏差,当变形量较大时,在面层重质高铝砖或锆刚玉莫来石砖与中间层高铝轻质隔热砖间隙处灌注锆刚玉莫来石浇注料,找回变形尺寸偏差。
(8)施工中,胶泥应均匀的抹在砖的砌筑面上,通过挤压将胶泥挤出,确保砖缝胶泥饱满,砌筑完后,内衬表面进行勾缝处理。
结束语
丙烯酸装置废水焚烧炉采用这种内衬结构取得了良好的效果,衬里使用了3年才进行更换。这为同类焚烧炉的炉衬选取施工提供了一个好的参考。
衬里层之所以能使用这么久主要是因为锆刚玉莫来石砖中含有Zr O2,锆刚玉莫来石砖中的Zr O2阻止了焚烧炉燃烧产生的钠盐与Al2O3、Si O2等物质的反应,减缓了腐蚀速率,从而延长了衬里的使用寿命。
焚烧炉的炉衬在上斜段与中间直段的1/4部位损坏最严重,锆刚玉莫来石砖的耐蚀性、抗热震性与高温体积稳定性比重质高铝砖好,因此在7050mm以上的内衬面层用锆刚玉莫来石砖,0-7050mm的内衬面层用重质高铝砖,7050mm位置的选取确定依据原来炉衬的损坏情况,并加以一定的富余量。
整个内衬面层没有全部用锆刚玉莫来石砖,是因为锆刚玉莫来石砖的价格昂贵,它是重质高铝砖价格的2~4倍,焚烧炉下部损坏较上部轻,重质高铝砖已具备防护作用,这样比全部用锆刚玉莫来石砖可以节约几十万的经济成本。如果生产运行平稳,尽可能减少焚烧炉的开停车次数,则内衬的使用寿命会更加长久。
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