回转窑危险废物焚烧炉耐火材料的应用现状

危险废物（以下简称危废）种类繁多、成分复杂、区域差异化严重，处理不当会带来一系列民生和社会问题。我国自20世纪90年代逐步开始使用回转窑焚烧系统处理危废。近年来，因耐火材料损毁导致的停窑事故多有发生，严重影响了危废焚烧生产线的稳定运转率，对回转窑危废焚烧炉耐材的创新化、绿色环保以及运行等提出了迫切需求。

 

1、我国危废无害化处置现状

近年来，我国工业危废产生量快速增加。据统计，2018年200个大、中城市工业危废产生量达4643万t，无害化处置量2482.5万t。2020年，因新冠肺炎疫情的影响，产生的医疗危废大量增加，危废总量增至近1亿t。焚烧法是非常有效的无害化处置方法之一，包括回转窑焚烧炉和水泥窑协同两种方式。据统计，2018年我国危废焚烧处置产能规模达到每年616万t，其中回转窑焚烧占比53%，主要分布在浙江、江苏、山东、河北、福建等地。

 

2、回转窑焚烧炉系统

回转窑焚烧系统示意图见下图，由回转窑、二燃室、余热锅炉、急冷塔、脱酸、除尘系统构成。

 

图1注：回转窑式焚烧炉系统

我国回转窑危废焚烧系统约有800条处理生产线，处理能力从每天20t到每天120t不等，主要是以顺流式为主。

 

3、回转窑内衬耐材设计现状

回转窑危废焚烧炉处理的危废主要为含Cl、S、P、卤素材料、无机盐、氟化物等一些化学物料，同时处理一些废气和废水，物料特性复杂。回转窑本体是回转窑焚烧炉关键的设备。

 

根据厂房设计和节能等要求，可选择单层砖、双层砖、复合砖和整体浇注等不同设计方案。根据处理温度和危废种类不同，工作层耐火砖材质一般可以选择高铝砖、刚玉莫来石砖、铬锆刚玉砖等。设计总厚度根据需要，从200mm到350mm不等。

图2注：回转窑设计示意图

 

4、内衬耐火材料损毁状况

回转窑工作温度为800~1200℃，实际窑内烟气温度达到1300℃以上，部分内衬直接接触熔渣、窑内喷射渗滤液等，对耐火材料的抗侵蚀性、抗热震性以及耐腐蚀性等要求较高。

图3注：回转窑焚烧炉区域分布示意图

回转窑焚烧炉区域分布示意图见图3，分为进料区、干燥区、燃烧区和燃烬区。各个区域是根据回转窑长径比或尺寸、物料特性和操作工艺不同而变化的。

图4注：回转窑耐火材料残砖厚度

图4示出了某危废项目使用1年后耐火砖残余厚度情况。主要损毁以热剥落、物理磨损和化学侵蚀为主，窑头进料端以热剥落和机械磨损为主，干燥段均匀磨损，高温区以化学侵蚀、机械磨损为主。其中，高温区耐火材料快速损毁是停炉检修的主要原因。某项目铬刚玉砖使用1年后的残砖X射线衍射分析（见图5）显示，产生了大量的霞石类矿物，同时检测出有六价铬存在。其显微结构分析（见图6）显示，致密耐火砖内部玻璃相较多，可以推断物料中钠盐与耐火材料发生反应，侵蚀并导致耐火材料损毁，同时会产生破坏性体积膨胀，破坏耐火材料结构。

图5注：回转窑残砖的XRD图谱

图6注：铬钢玉残砖的SEM照片

 

5、结语

危废回转窑内衬根据需要，设计形式多样，要关注废液量、含水率、铁桶硬料、盐含量和氟含量等因素。对于熔渣式回转窑焚烧炉高温燃烧区，铬刚玉质耐火材料抗侵蚀势明显。但危废焚烧工况下六价铬形成问题突出，应开展无铬化研究。随着对危险废物的监管力度的加大，大型回转窑焚烧技术将在危废处理中得到更广泛的应用，对回转窑焚烧炉耐火材料化和设计提出了挑战。