垃圾焚烧锅炉结渣原因分析

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1、垃圾焚烧锅炉结渣原因分析焚烧法处理城市生活垃圾主要有炉排炉焚烧、流化床炉焚烧和回 转炉焚烧3 种形式。其中，炉排炉由于其处理垃圾量大，对垃圾变化 特性适应性强而受到世界各国，特别是经济发达国家的广泛关注。目 前，国内一些经济发达城市的垃圾焚烧厂多采用引进国外的炉排炉焚 烧技术和设备，但由于对热值低、水分高、成分复杂的中国城市垃圾 适应性不好，有2/3 以上运行不正常，积灰结渣问题十分严重。昆明理工大学的胡建杭、王华等分析了城市生活垃圾焚烧灰渣熔 融过程中CaO、Si02、A1203等主要成分以及试验气氛对熔融特性的 影响，得出了灰渣在酸碱度为1，弱还原性气氛下的熔点最低。李润 东、聂永丰等应用

2、能谱分析、灰熔点炉、XRD、压汞仪等对国内外8 种垃圾焚烧飞灰的成分、熔点、晶相结构、颗粒特性等物化性质进行 了系统研究，表明飞灰成分因受原料、炉型、取样位置等因素影响而 差异很大。浙江大学的李晓东、吕洪俊等研究采用流化床焚烧处理有 机浓缩废液时，焚烧温度对结焦结渣的影响，提出随温度升高，渣样 晶相由以Na2S04、NaCl等为主转变为以Na2S04、Na2Si3O7等为主， 且Na2Si3O7在渣样中的比重随着焚烧温度的升高而增加，结焦结渣 程度也逐渐增大。本文将从灰熔点、灰成分、物相3 个方面对炉排式 垃圾焚烧炉灰渣进行分析，为减轻垃圾焚烧炉积灰结渣提供理论参 考，同时为进一步寻找实践中可

3、行的防积灰结渣方法奠定基础。1 试验物料本文研究的灰渣为南方某厂焚烧炉现场取样，其中大渣块取自前后拱处形成的喉口部位，积灰取自2、3、4 烟道，飞灰取自除尘器出口，其中飞灰进行过喷钙C a(0H)2)脱硫。该焚烧炉为炉排式, 采用绝热燃烧形式。在焚烧炉的烟气出口设计了前后拱，故此在焚烧 炉出口形成一个类似于“斗”的结构。锅炉结焦主要集中在焚烧炉出 口部分，目前约2个月结焦即可堵住1/2以上通流截面积，同时在水 冷壁上也易结焦积灰。该焚烧炉焚烧垃圾成分有塑料、纸张、果皮、 厨余、布等。在弱还原性气氛下测定垃圾灰渣的熔融特性温度，并利用X射线 荧光光谱仪和X射线衍射仪对垃圾灰渣进行成分和物相分析。

4、灰渣成 分分析见表 1，灰渣熔点测试结果见表2。表1 灰渣成分分析SiOrCftOAhOi ZN-jOgKjOsuZnO弘0MnOCiCuQPbO拟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灰渣熔点测试结果C样品DTCd)ST(/2JHT(i33FT(t4)渣块1 111 1651侦1 V73飞灰谬加了饬411 483I 4 &71 48第趴3烟道朕1 2151 2281 2331 241第4烟道躱1 2X221 e命爵2

5、 试验结果与分析2.1 基于灰熔点的熔融特性 一般认为灰粒温度低于软化温度时，在受热面上，只能形成疏松的弱粘聚形灰渣，易脱落；当灰粒或积灰温度高于软化温度时，灰将以粘聚形较强的渣型粘附于受热面上；灰层表面温度进一步升高时，就可 能形成熔渣。本试验取样的焚烧炉出口烟温平均保持在930950 C, 最高时达到1000C，低于渣块的软化温度。可见，在远低于灰熔点 的条件下,灰渣内部已经有一部分矿物发生了烧结,这些局部的熔融 是引起矿物质颗粒相互粘连的原因之一。对于烟道积灰,其熔融温度远高于通过烟道的烟气温度,所以烟 道中只有少量积灰,很容易用吹灰器吹掉。飞灰的各熔融特征温度接 近1500C，应与加入

6、的Ca(0H)2有关。另外，流动温度与初始变形 温度差值与灰渣形态有关。该温差小时,管壁上可形成薄层熔渣,粘 结牢固,用吹灰器难于清除；温差大时,灰渣层会较厚,在灰渣熔融 前对管壁的粘附作用小,用吹灰器较易清除。对比以上各熔融温度, 渣块熔融温度最低,与喉口处的严重结渣相应,且 t2-t1=4C, t4-t3 =6C，渣块达到变形温度后，迅速地软化，流动，更加重了结渣， 并难以清除。2.2 灰渣成分从表1可以看出，灰渣中主要含Si、Ca、Al、Fe、Na、K等元素， 其中渣块中 SiO2、 CaO、 Al2O3、 Fe2O3 含量达85.77；因除尘器中 Ca(OH)2 的加入, K、 Na

7、化合物的易挥发性,以及焚烧垃圾中含有较 多橡胶、塑料制品，飞灰中CaO含量达47.3%, K、Na化合物的含量 高于渣块中的含量, Cl 含量很高,达16.3。灰渣成分熔点见表3。 SO3的熔融温度与其它化学成分的熔融温度不在一个数量级上；2O、 Na2O、 P2O5 高温下不稳定,且在灰中含量较低,一般在1%2%, 最高不超过 5%；ZnO、 BaO、 MnO、 CuO、 PbO 的含量在灰渣中都低于1。因此，这几种组分可以忽略不计。表3灰渣成分的熔点C氣化物熔点化学性质SiO1 715醴性AljOa2 043酸性1 5S&贼性CaU2 521MgO2 79&NaiOI 277开华碱性KfO

8、TiS1 SS8醸性PjOs300升舞怒韓尿2.3 基于灰渣成分的熔融特性研究表明，当总碱性氧化物的百分比小于 38时，随着碱性氧 化物百分比的增加，垃圾灰的流动温度下降；当总碱性氧化物的百分 比大于 38时，随着碱性氧化物百分比的增加，垃圾灰的流动温度 增 高 。 由 表 1 可 知 ， 渣 块 和 飞 灰 的 总 碱 金 属 含 量(CaO+Fe2O3+MgO+K2O+Na2O)百分比分别为 41.95%, 56.02%，所 以当碱性氧化物增加时，渣块和飞灰的熔点都会升高。酸性氧化物对垃圾灰渣熔点也有很大的影响,随着酸性氧化物质 量分数的增加生活垃圾焚烧灰渣熔点升高。酸性氧化物的熔点一般在

9、 1500-2000C之间。渣块和飞灰的酸性氧化物(Si02+Al203+Ti02)百 分比分别为 52.12%, 13.71%,单从酸性氧化物而言,渣块应该具 有高的熔点,实际上渣块熔点相对较低,因此仅从酸性氧化物或碱性 氧化物考虑,无法正确评价灰渣特征。当灰渣所处的气氛一定时,灰渣熔融特性与灰渣组分有关,灰渣中的A1203含量越多，硅铝比（SiO2/A12O3）越低，灰渣熔融温度越 高。渣块和飞灰的S102/A1203分别为3.4, 3.1。可见渣块和飞灰都 具有较低的熔点，且大渣块熔点更低。胡建杭等通过试验指出碱酸比在近1 时生活垃圾焚烧灰渣熔点最低，渣块和飞灰的碱酸比分别为0.8、0.

10、40由表1可知，飞灰中 C1 含量很高，氯元素在积灰结渣中起着重要作用，氯 元素有助于碱金属元素从燃料颗粒内部迁移到颗粒表面与其它物质 发生化学反应，形成稳定的可挥发物质氯化物。与那些非氯化物的碱 金属相比，氯化物更趋向于沉积在燃烧设备的下游。因此，氯元素对 预测沉积物的特性很重要。2.4XRD 物相 水冷壁、烟道只有少量积灰，易清除，不影响焚烧炉的运行，而焚烧炉“喉口”部位严重结渣，影响焚烧炉的正常运行。图1图3分别为大渣块内表层（壁侧）、外表层（火侧）和中间层的XRD分析图o u o D o o o O8 6 4 7ftr Hi 度 2 ffiwwcn-hw,net图1大渣块内表层XRD图

11、谱丄*41 t：azMgSi/2 SlO?3_C 砧I。；， .J-NftFeStOJ,5Ca,ZnSi0/to 40 环归科嗾阖M 忻射伯|空站朴w-s-hw n毗2大渣块外表层XRD图谱番O念唱吉足700600500400300200)00图3大渣块中间层XRD图谱2.5 基于物相的熔融特性灰渣中存在的主要物相有：硅酸盐（钙黄长石、斜灰石、透辉石）、 氧化物（石英、赤铁矿等）以及一些盐类（氯化物和硫酸盐）。由图 1图3可以看出，大渣块内表层（壁侧）的主要晶相以石英（Si02） 为主，并出现钙黄长石（Ca2Al2Si07）和钙硅石（CaSi03）,以及部 分的赤铁矿（Fe203 ）。大渣块外

12、层（火侧）的主要晶相以镁黄长石 （Ca2MgSi207）和锌黄长石（CaV2ZnSi07）为主，SiO2较多，并含 有钙硅石（CaSi03）和锥辉石（NaFeSi032）。大渣块中间层的主要 晶相以 Ca2Al2SiO7 和斜辉石（CaMg，Fe，AlSi, Al）为主, 并含有少量的Si02和CaSiO3。在SiO2-Al2O3-CaO三元相图上 Ca2Al2SiO7和钙长石等含钙化合物间容易形成1170C和1265C的低 温共熔化合物，从而使煤灰熔点显著降低。以上说明灰渣形成的初始 阶段以单晶体（SiO2）为主，熔点较高，只有少量低熔点（Ca2Al2SiO7 和 CaSiO3 形成）的共熔

13、体形成，并含有具有助熔作用的赤铁矿，因 此使熔点降低。随着渣层增厚，到中间层，低熔点共熔体（Ca2Al2SiO7 和斜辉石形成）增多，单晶体减少，灰渣最外层共熔体和单晶体都较 多，但以共熔体为主。从整个渣层来看，从内（壁侧）而外（火侧，） 低熔点共熔物呈增加趋势，虽然石英、赤铁矿、钙硅石等物质的熔点 较高，但在炉内高温环境下以含钙化合物形成的低熔点共熔物为主， 从而造成喉口部位严重结渣。以上说明，大渣块的形成主要与SaO、 Al2O3/MgO/ZnO、SiO2等反应生成钙化合物形成低熔点共熔物相的存 在有关。3 结论（1）在远低于灰熔点的条件下，灰渣内部已经有一部分矿物发生了 烧结，这些局部的熔融是引起矿物质颗粒相互粘连的原因之一。（2）大渣块和飞灰中的总碱金属含量和酸性氧化物较高SiO2/Al2O3 较高，都具有较低的熔点，且大渣块熔点更低。（3）从整个渣层来看，从内（壁侧）而外（火侧，）低熔点共熔物呈 增加趋势，其中 CaO、 Al2O3/MgO/ZnO、 SiO2 等反应生成钙化合物形 成低熔点共熔物相的存在是灰渣形成的主要原因。