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, 隨著我國經濟的迅速發(fā)展和人口不斷向城市集中，城市化進程加快且數(shù)量和規(guī)模不斷擴大，城市生活垃圾對環(huán)境污染的影響越來越大。但由于環(huán)境衛(wèi)生保護基礎建設嚴重滯后，使得城市生活垃圾對城市生態(tài)環(huán)境的污染日益嚴重。現(xiàn)在我國每年產近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60億噸，侵占土地多達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，能更好地達到垃圾處理減量化、資源化和無害化的治理目標，已成為我國當前發(fā)展最快的垃圾處理方式。

2、常用垃圾焚燒技術分析比較

　　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70年代以后開始的。目前世界各地應用的各種型號垃圾焚燒爐達到200多種，但應用廣泛、具有代表性的垃圾焚燒爐技術主要有四大類，即：爐排型焚燒爐、流化床焚燒爐、回轉窯焚燒爐、垃圾熱解氣化焚燒爐(CAO)。

　　機械爐排焚燒爐是較早發(fā)展的垃圾焚燒爐型式，經過長期的發(fā)展，技術日臻完善， 運行可靠性高是目前垃圾焚燒爐市場上的主導產品，其應用占全世界垃圾焚燒市場總量的80%以上。該類爐型的最大優(yōu)勢在于技術成熟，運行穩(wěn)定、可靠，適應性廣，絕大部分固體垃圾不需要任何預處理可直接進爐燃燒。流化床焚燒爐可以對任何垃圾進行焚燒處理，最大優(yōu)點是可以得到完全的燃燒效果并對有害物質進行徹底的破壞，一般排出爐外的未燃物均在1%左右，是幾種方式中最低的，對環(huán)境保護很有利。其缺點是：飛灰量大，垃圾必須分選破碎，分選及破碎系統(tǒng)復雜；動力消耗量大，流態(tài)化固體顆粒對爐墻磨損嚴重，此技術有待于進一步完善。

　　回轉窯焚燒爐因為轉速的改變，可以影響垃圾在窯中的停留時間，并且對垃圾在高溫空氣及過量氧氣中施加較強的機械碰撞，能得到可燃物質含量很低的爐渣。但該技術也有一些明顯的缺點：垃圾處理量不大，燃燒不易控制，這使它很難適應發(fā)電的需要；旋轉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用較少。

　　目前,世界發(fā)達國家開始采用的較先進垃圾焚燒處理技術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,簡稱CAO技術)， 是一種控制空氣燃燒技術。CAO系統(tǒng)可分為加熱干燥、熱解氣化、殘?zhí)既紵⒖扇細馊紵?個區(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，但對于水分超過50%的垃圾，在不投油助燃時則不能穩(wěn)定燃燒。中國城市垃圾成分十分復雜、熱值較低且含水率高，而且地區(qū)差別大，因此在我國廣泛應用垃圾熱解氣化焚燒爐技術還有一定困難。

3、垃圾焚燒技術中的一些問題

　　20?世紀八十年代末開始，我國沿海經濟比較發(fā)達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，以減輕垃圾填埋場的壓力。除了一些國產的垃圾焚燒爐外，還先后引進了十幾套焚燒設備，由于城市生活垃圾中可燃物很復雜，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計、運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行及設計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，而最主要的則被認為是含氯介質引發(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備的使用壽命，成為制約垃圾焚燒技術發(fā)展的關鍵性因素。

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間 2s以上，煙氣含O2在 6%以上來實現(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。同時爐膛出口溫度增加，又會加劇受熱面的高溫腐蝕。由此看來，垃圾焚燒爐內的高溫腐蝕、二噁英和重金屬污染排放這三個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系，因此，氯組分去除是垃圾焚燒技術中又一關鍵問題。

3.3 垃圾成分復雜且熱值較低

　　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逐漸堆積在布風板上產生流化不良，這樣會導致結焦、影響焚燒爐的正常運行，目前國內的垃圾焚燒流化床一般運行2個月左右需停爐清理。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)性波動大，導致垃圾熱值季節(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， 輔助燃料費已成為垃圾焚燒廠的一項主要開支，降低輔助燃料費用是降低焚燒廠運行費用、維持焚燒廠正常運行的重要保證。

3.4 垃圾焚燒技術相對落后

　　城市垃圾焚化技術比較復雜，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，國內一些大城市在考慮垃圾焚化處理時，國外技術和進口設備仍然是首選。從 20 世紀 80 年代末開始，我國已先后引進了十幾套不同型式的焚燒設備，如：杭州鍋爐廠引進日本三菱的改進型的馬丁爐排技術和產品；上海引進 ALSTOM 和 Steimuller 爐排和余熱鍋爐技術；寧波引進德國諾爾—克爾茨爐排爐；北京國華荏原引進了日本 EBARA?的內循環(huán)流化床技術以及深圳引進的 SEGHERS?的擺動爐排技術等。雖然引進的設備和技術種類繁多，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；根據(jù)實際運行經驗，照搬過來進行焚燒處理沒有經過分揀、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，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入市場，國內垃圾電廠的余熱鍋爐基本上都實現(xiàn)了國內制造，或外方設計國內制造；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計上理論基礎還不完善，基本上還是參照現(xiàn)有的鍋爐設計規(guī)范，仍需針對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計。

4、垃圾焚燒爐用耐火材料

　　垃圾焚燒爐的安全可靠運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為耐火耐磨材料的選用不當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℃，但焚燒時產生的氣體（如HCl、SO₂、Cl₂、CO及堿金屬蒸氣等）對耐火材料的侵蝕性較強。同時，垃圾在高溫移動中對焚燒爐某些部位（如爐底、落料口及側墻等）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)床料對爐膛布風板、燃燒區(qū)爐墻、爐膛出口與分離器進口等部位的磨損和熱沖擊更為強烈；因此要求焚燒爐用耐火材料具有以下特點:

　　(1)高強度和良好的耐磨性，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， 以抵抗爐內酸性物質的侵蝕；

　　(3)良好的熱震穩(wěn)定性，以抵抗爐溫的變化對材料的破壞；

　　(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)良好的高溫強度和耐熱、隔熱性。

　　由于不同的垃圾焚燒爐對耐火耐磨材料有不同的要求，下面僅對目前國內應用最廣的爐排爐和流化床垃圾焚燒爐用耐火耐磨材料進行探討。

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、機械強度和氣氛都不相同，需要根據(jù)各自的特點選用相應的耐火材料。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生熱剝落，其工作層一般使用強度較高的低水泥澆注料或耐磨強度較好的莫來石澆注料；焚燒爐燃燒區(qū), 由于溫度高達1000℃左右，靠爐排側墻還受到垃圾磨損、熔渣附著等作用，普遍使用耐磨損、難附著、抗化學侵蝕性強的SiC掛磚。上部側壁、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，多使用高鋁質材料的鉻剛玉、SiC或莫來石預制掛磚及澆注料。排渣口部位溫度較低(400～500℃)，通常使用強度較高的高鋁質澆注料。總之，焚燒爐的燃燒溫度< 1200℃時, ?由于硅質結合劑結合的SiC 制品在應用中形成環(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襯；燃燒溫度> 1250℃時，焚燒爐內熔融侵蝕氣氛較為強烈，高鋁制品的鉻剛玉等耐火材料優(yōu)于SiC質的制品。

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用主要分為以下幾個區(qū)域：風室、爐膛下部密相區(qū)、燃燒區(qū)、給料口、高溫旋風分離器和回料管等。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。水冷風室一般設計為單層襯里的防磨結構，材料可采用中質耐磨可塑料，布風板采用自流式剛玉澆注料或剛玉耐磨可塑料。對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)的溫度相對較低，磨損比較強烈，一般采用剛玉澆注料或耐磨可塑料，此處欠氧燃燒， 還原性氣氛強烈，應嚴格控制材料的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，這兩個部位屬于易磨損區(qū)，可采用更耐磨的剛玉結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口為易磨損部件，尤其是分離器進口，可采用高強度耐磨澆注料或碳化硅磚，由于此處為非規(guī)則區(qū)域，施工的方法和經驗尤為重要。回料管也是循環(huán)流化床的關鍵部件，一般設計為多層襯里的防磨結構，材料采用高強耐磨耐火澆注料、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、結語

　　隨著我國經濟的迅速發(fā)展和城市化進程的加快，垃圾焚燒產業(yè)快速成長，然而我國目前還沒有完全掌握先進的垃圾焚燒技術，尤其是大型爐排爐技術；在高溫腐蝕的預防及處理，垃圾焚燒特性數(shù)據(jù)的積累及分析，以及引進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行的關鍵性因素，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、經濟的焚燒爐用耐火材料，是大力推廣垃圾焚燒技術的關鍵課題之一。