CN110615615B - 耐高、低温腐蚀搪瓷材料、其制备方法、应用及高温沸腾转篦炉装置 - Google Patents

耐高、低温腐蚀搪瓷材料、其制备方法、应用及高温沸腾转篦炉装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于环保与资源化利用的固废焚烧工程技术领域，具体涉及一种耐高、低温腐蚀搪瓷材料、其制备方法、应用及高温沸腾转篦炉装置。本发明的高温沸腾转篦炉装置包括：沸腾床，沸腾床的一侧上部连通有垃圾投料器；分别与沸腾床的另一侧上部连通的是三燃腔和转篦碾，转篦碾位于三燃腔的下方，并与三燃腔上下连通，以降低进入到转篦碾内的灰渣中的固定碳含量；与三燃腔远离沸腾床的一侧的上部连通的空气预热器，空气预热器具有烟气去后处理口。本发明中沸腾段属于流化床，物料能够充分湍流起来，在热空气的温度上沸腾段高温，加快反应速率，易燃物快速燃烧，难燃的灰渣残碳在转篦碾内停留时间充足，降低灰渣残碳，并消除二噁英等有害气体排放。

Description

耐高、低温腐蚀搪瓷材料、其制备方法、应用及高温沸腾转篦 炉装置
技术领域
本发明属于环保与资源化利用的固废焚烧工程技术领域，具体涉及一种耐高、低温腐蚀搪瓷材料、其制备方法、应用及高温沸腾转篦炉装置。
背景技术
我国的生活垃圾低位发热值较低，并且复杂多样，此领域的技术仍有不少存在问题需要克服。现阶段，生活垃圾焚烧发电处理装置主要是用炉排炉，此类炉型有几个存在问题：1.炉排属于固定床，物料没有湍流起来，湍流程度差，而且停留时间不足，造成灰渣残碳高，热灼减率高，常常“夹生”，俗称生灰，难以资源化利用；2.空气的氧气利用率低，残余氧高，而炉膛内温度不够高，一般只达1000℃，燃烧不完全，可燃有害物多；3.热能利用不充分，单炉处理规模小，发电效率低。
本发明的理论依据为固废焚烧理论。人们把气固两相化学反应的大量经典工程实践应用到固废焚烧实践中，总结出三T理论，即，在多种垃圾固废焚烧中，要做到提高燃烧速率，增强燃烧强度，以达到固废分解完全的效果，就必须让反应物所处温度(Temperature)要高，湍流度(Turbulence)要强，停留时间(Time)要够，对于气固两相间要进行大量物质和能量交换的固废焚烧反应，其控制步骤必定是相间的传质传热，而上述三T就是强化传质传热的主要途径和方法。这是行业内公认的宗旨理论。
在这三个T中，第一个T是指高温，超常规的高温，是最有效的，因为垃圾的热值低，水分高，要想产生高温，唯有用热空气，空气预热不太难，行业内有成熟技术。真正的难点是炉膛内的设施如何耐受如此高的温度及腐蚀强度，这是现有技术还未克服的难题。第二个T是说湍流程度，如何提高湍流程度的问题，就是炉子的型式问题，至于停留时间，则取决于炉内有效燃烧空间的大小，是一个造价成本的高低问题，前两个T高了，第三个T-停留时间就可以小很多，可以大大降低炉膛空间，降低造价，提高效益。所以，重点在前两个T。
高炉膛温度的有益效果，即第一个T对燃烧速度的影响，我们用化学和数学来表述：从化学原理上来说，燃烧是一种可燃物(化学的叫法是还原剂)中各元素被氧化为终极氧化物(C→CO2,H→H2O,H+Cl→HCl,N→NOX,S→SO2等等)的强烈化学反应。与其他各种化学反应一样，其化学反应速度与温度的关系遵循如下比例，与反应温度(绝对温标)的4次方成正比：
V∝(T1/T2)4
这是一个经典的理论，从目前常见的循环流化床的800℃升到高温沸腾转篦炉的1500℃，燃烧速度将增加
〔(1500+273)/(800+273)〕4＝7.45倍
这个数字可以理解为，在如此高温下，燃烧速度强化了数倍，将带来诸多有益效果：二
Figure GDA0003467352320000021
英将迅速切底分解为CO2,H2O和HCl。没有二
Figure GDA0003467352320000022
英前体物残留，就不会在降温阶段再转变为二
Figure GDA0003467352320000023
英，此其一；其二，蒸汽参数通过特殊的炉管保护措施将可以大为提高，电厂热电效率大为提高；其三，强化了燃烧，炉膛空间可以大为缩小，设备造价可以降低。至此，提高炉膛温度的有益效果显而易见，但在浓HCl气氛下提高炉膛温度到1500℃是有很大的技术难度的，需要更为先进的高温防腐技术。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种耐高温腐蚀搪瓷材料、耐低温腐蚀搪瓷材料及高温沸腾转篦炉装置。
本发明所提供的技术方案如下：
一种耐高温腐蚀搪瓷材料，包括以下重量百分含量的各组分：65.5％～67.5％的SiO2，3.8％～5.2％的TiO2，1.8％～2.6％的ZrO2，3.2％～4.0％的B2O3，2.8％～3.6％的Al2O3，0.44％～0.56％的ZnO，3.8％～4.6％的CaO，13.0％～15.0％的Na2O，0.7％～0.9％的CaF2。。
上述技术方案所提供的耐高温腐蚀搪瓷材料，可耐1600℃的高温和五倍于生活垃圾锅炉内氯离子浓度的腐蚀。该搪瓷材料用于拦灰管屏及其他炉内锅炉管，为最优的选择。
本发明还提供了上一种耐高温腐蚀搪瓷材料的搪瓷方法，包括以下步骤：
1)对钢管材料表面进行前处理；
2)对钢管材料表面喷涂底浆并烘干，底浆包括底浆材料和成浆用的水，所述底浆材料包括以下重量百分含量的各组分：52.3％～54.3％的SiO2，0.63％～0.77％的CoO，0.63％～0.77％的NiO,13.5％～15.5％的B2O3，7.0％～8.6％的Al2O3，2.3％～2.7％的MnO2，4.2％～5.0％的CaO，14.9％～16.9％的Na2O；
3)烘干后进行底浆烧成，烧成制度为：烘干至温度达到105℃，然后以50℃/时的速度升温至350℃，恒温2小时，再以50℃/时的速度升温至900℃，控温在870～920℃下30分钟，然后以小于70℃/时的速度降温至常温；
4)以本发明所提供的耐高温腐蚀搪瓷材料与成浆用的水制备耐高温腐蚀搪瓷面浆，在由底浆烧成的基底上喷涂所述耐高温腐蚀搪瓷面浆，烘干后进行耐高温腐蚀搪瓷面浆烧成，烧成制度为：烘干至温度105℃，然后以50℃/时的速度升温至350℃，恒温2小时，再以50℃/时的速度升温至900℃，控温在920～940℃下30分钟，然后以小于70℃/时的速度降温至常温。
具体的，耐高温腐蚀搪瓷材料的搪瓷制作方法包括以下步骤：基底材料选择锅炉钢管P91，首先，在钢管外表面进行机械除锈，然后做化学除锈，化学除锈的酸液配比为：5.0～6.0％的工业硫酸，4.0～5.0％的工业硝酸，89～91％的工业盐酸，酸液需控温于27±5℃，浸泡时间8分钟，出浴后马上冲干净残酸，再于60±3℃风干3小时，然后马上喷涂底浆，底浆的配方为：52.3％～54.3％的SiO2，0.63％～0.77％的CoO，0.63％～0.77％的NiO,13.5％～15.5％的B2O3，7.0％～8.6％的Al2O3，2.3％～2.7％的MnO2，4.2％～5.0％的CaO，14.9％～16.9％的Na2O，底浆烘干时间2小时，温度105℃，然后以50℃/时的速度升温至350℃，恒温2小时，再以50℃/时的速度升温至900℃，控温在870～920℃30分钟，然后以小于70℃/时的速度降温至常温。然后按上述底浆的喷涂烧成方法做面浆的喷涂烧成，其烧成温度为920～940℃。
基于上述技术方案，可以在P91材料上制作耐高温腐蚀搪瓷，以耐受1600℃的高温和五倍于生活垃圾锅炉内氯离子浓度的腐蚀。
本发明还提供了一种耐低温腐蚀搪瓷材料，包括以下重量百分含量的各组分：55％～57％的SiO2，2.0％～2.4％的TiO2，2.2％～2.8％的ZrO2，2.5％～3.1％的B2O3，6.0％～7.2％的Al2O3，4.3％～5.3％的ZnO，2.0％～2.4％的CaO，18.6％～21.2％的Na2O，2.7％～3.3％的CaF2。
上述技术方案所提供的耐高温腐蚀搪瓷材料，可耐800℃的高温和酸露的腐蚀。
本发明还提供了一种耐低温腐蚀搪瓷材料的搪瓷制作方法，包括以下步骤：
1)对钢管材料表面进行前处理；
2)对钢管材料表面喷涂底浆并烘干，底浆包括底浆材料和成浆用的水，所述底浆材料包括以下重量百分含量的各组分：52.3％～54.3％的SiO2，0.63％～0.77％的CoO，0.63％～0.77％的NiO，13.5％～15.5％的B2O3，4.3％～5.3％的Al2O3，2.3％～2.7％的MnO2，4.2％～5.0％的CaO，14.9％～16.9％的Na2O，2.7％～3.3％的CaF2；
3)烘干后进行底浆烧成，烧成制度为：烘干至温度达到105℃，然后以50℃/时的速度升温至350℃，恒温2小时，再以50℃/时的速度升温至650℃，控温在620～670℃50分钟，然后以小于70℃/时的速度降温至常温；
4)以本发明所提供的耐低温腐蚀搪瓷材料与成浆用的水制备耐低温腐蚀搪瓷面浆，在由底浆烧成的基底上喷涂所述耐低温腐蚀搪瓷面浆，烘干后进行耐低温腐蚀搪瓷面浆烧成，烧成制度为：烘干至温度达到105℃，然后以50℃/时的速度升温至350℃，恒温2小时，再以50℃/时的速度升温至650℃，控温在620～640℃50分钟，然后以小于70℃/时的速度降温至常温。
具体得，耐低温腐蚀搪瓷材料的搪瓷制作方法包括以下步骤：
其基底材料是20G锅炉钢管，首先，在铸造的翅片钢管外表面进行机械除锈，然后做化学除锈，化学除锈的酸液配比为：5.0～6.0％的工业硫酸，4.0～5.0％的工业硝酸，89～91％的工业盐酸，酸液需控温于20±5℃，浸泡时间5分钟，出浴后马上冲干净残酸，再于60±3℃风干3小时，然后马上喷涂底浆，底浆的配方为：52.3％～54.3％的SiO2，0.63％～0.77％的CoO，0.63％～0.77％的NiO，13.5％～15.5％的B2O3，4.3％～5.3％的Al2O3，2.3％～2.7％的MnO2，4.2％～5.0％的CaO，14.9％～16.9％的Na2O，2.7％～3.3％的CaF2，底浆烘干时间2小时，温度105℃，然后以50℃/时的速度升温至350℃，恒温2小时，再以50℃/时的速度升温至650℃，控温在620-670℃50分钟，然后以小于70℃/时的速度降温至常温，然后按上述底浆的喷涂烧成方法做面浆的喷涂烧成，其烧成温度为620～640℃。
基于上述技术方案，可以在20G材料上制作耐低温腐蚀搪瓷，以耐受800℃的高温和酸露的腐蚀。
上述耐高、低温腐蚀的搪瓷材料及其制造方法是专为下述高温沸腾转篦炉装置中的炉管，比如下述拦灰管屏和所述空气预热器中的翅片热管适应恶劣工况而研制的，所述搪瓷材料及其制造方法是使整个发明具有更优异的工业价值的必要技术，所以，虽然本发明的主体是下述的高温沸腾转篦炉装置，亦要先作描述。
相应的，本发明还提供了耐高温腐蚀搪瓷材料的应用，作为拦灰管屏表面的耐高温腐蚀搪瓷材料。并且，提供了耐低温腐蚀搪瓷材料的应用，作为空气预热器的热交换管的耐低温腐蚀搪瓷材料。
本发明还提供了一种高温沸腾转篦炉装置，包括：
沸腾床，所述沸腾床的一侧上部连通有垃圾投料器；
分别与所述沸腾床的另一侧上部连通的转篦碾和三燃腔，所述转篦碾位于所述三燃腔的下方，并与所述三燃腔上下连通，用于降低进入到所述转篦碾内的灰渣中的固定碳含量；
以及，与所述三燃腔远离所述沸腾床的一侧的上部连通的空气预热器，所述空气预热器具有烟气去后处理口。
上述技术方案所提供的高温沸腾转篦炉装置，具有一燃腔、二燃腔和三燃腔共三个燃腔。一燃腔主体即为沸腾床。二燃腔为转篦碾，具有转篦式的构造，其主体是转篦碾，其作用是提供足够的灰渣停留时间，碾细灰渣以利于气化灰渣中的残余碳，并冷却灰渣。三燃腔是一燃腔沸腾床过来的挥发份和二燃腔转篦碾产生的类煤气的燃尽空间，三位一体。三个燃烧或气化空间由过渡节形成一个紧凑的统一体，便于制造施工，减少高温表面积，减少散热，一、二燃腔分别适用于易燃物、难燃物及灰渣。
具体的，全炉壳体按需要耐受的温度设置耐火耐磨保温层复合体。
上述技术方案所提供的结构能够适应垃圾的多样性，大部分金属和大块难熔物由于密度大，在沸腾腔被风选分出，易燃物在此腔基本燃尽，剩下的难燃物和渣中残碳需要到二燃腔中经转篦碾碾细并以水蒸汽气化为类煤气成份，于三燃腔烧化，温度达到1500℃以上，能复生二
Figure GDA0003467352320000061
英的前体物在此处已全部转化为氧化最终物质H2O，CO2，HCl,避免了合成二
Figure GDA0003467352320000062
英的可能。
具体的，所述沸腾床在下部横向设置有布风板，所述布风板上设置有若干向下凹陷的收集井，各所述收集井具有收集井塞，所述收集井塞具有收集井塞风管，所述布风板连通热风箱，各所述收集井塞风管连通冷风管。
一燃腔沸腾床是一座带收集井的沸腾床，其结构为：风箱中吹入的是经过空气预热器或其他方式预热的空气，以提高沸腾床的各床层温度，这是提高背景理论依据中所述第一个T的最有效方式，布风板上布置若干个大块炉渣和金属收集井，用于收集大块炉渣和金属，并通入冷空气降低此井物料温度，回收余热。井底设有出渣机构，需要时，金属渣和大块渣可以从开启的收集井塞排除，不必停炉，垃圾预处理过程中不必分选，节省成本。
进一步的，所述转篦碾包括：
倒圆台形的管状结构的转篦碾壳体，所述转篦碾壳体具有上开口和下开口，所述上开口连通所述三燃腔的下部；
竖向设置在所述转篦碾壳体内并贯穿所述下开口的转篦碾转子，所述转篦碾转子和所述转篦碾壳体之间形成转篦碾腔，所述转篦碾转子和所述下开口之间形成灰渣出口；
以及与所述转篦碾转子偏心设置的转篦碾转子轴，所述转篦碾转子轴与所述转篦碾壳体同轴设置，用于带动所述转篦碾转子与所述转篦碾壳体偏心转动。
本发明沸腾床是增强物料湍流度的主要方式，转篦碾又是增强湍流度的另一种方式。对难燃的灰渣中残余碳，转篦碾可增加足够长的停留时间。
进一步的，所述转篦碾转子表面设置有气化剂出孔和冷却水出孔，所述转篦碾转子内设置有气化剂进管和冷却水进管，所述气化剂出孔连通所述气化剂进管，所述冷却水出孔连通所述冷却水进管。
上述技术方案中，转篦碾是一个转篦式的利用残碳的氧化还原反应器，气化剂(H2O+O2)及冷却水从转篦碾转子轴中的管道通入，转篦碾转子轴还传递驱动转篦碾转子的扭矩。转篦碾中，由转子与转篦碾壳体构成一个空间，为转篦碾腔，转篦碾腔内表面可衬或砌有现有的耐磨材料。
二燃腔转篦碾整体上是包括转篦碾腔在内的装满炽热灰渣的上方下圆的倒圆台空间，是一个发生还原氧化反应的空间，上部发生的是还原反应：C+H2O+热能→CO+H2，C+CO2+热能→CO是都吸热反应，需要从中部发生的碳的氧化反应供热，中部发生的是：C+O2→CO2+热能，是碳的氧化反应，为上部的还原反供热，下部是灰渣被穿流而上的空气冷却，为中部的氧化反应预热空气。
二燃腔转篦碾中下部所发生过程是为了连续提高上升气流温度，使上部的水煤气化在高温下反应速率更快，即是前面理论所述的第一个T。
大块渣能进入倒锥体型的转篦碾腔内，下移中被强力挤压碾碎，不断地露出新的表面，以强化固定碳与气化剂(H2O+O2)间的传质传热和气化反应，这个碾磨过程相当于增加了湍流度和停留时间，即是前面理论所述的第二、第三个T，在三个T的协同作用下达到高效利用残碳，降低灰渣的热灼减率的效能。
关于转篦碾的结构为本发明首次提供，转篦碾运用了三T理论的三个T，大大强化了残余碳的气化反应，高效地处理灰渣中顽固的固定碳。
当然，上述转篦碾腔的构造可以有多种形式，除了上述特征，其碾磨线型可以是多样的，实施例一就是其中一种典型结构，实施方式予不以穷举。
进一步的：
所述三燃腔设置有拦灰管屏，所述拦灰管屏位于所述转篦碾的上方，用于将来自所述沸腾床的灰分拦截下来进入到所述转篦碾中；
所述三燃腔设置有高温旋风分离器，所述高温旋风分离器设置在所述三燃腔与所述空气预热器的连接口和所述拦灰管屏之间，用于将来自所述沸腾床的灰分收集后排入到所述转篦碾中。
具体的：
所述拦灰管屏的表面设置有本发明所提供的耐高温腐蚀搪瓷材料层；
所述空气预热器具有热交换管，所述热交换管为翅片热管，其表面设置有本发明所提供的所述的耐低温腐蚀搪瓷材料层。
三燃腔是挥发份和煤气燃尽腔，其结构为：一个长方体空间，下方由一个上方下圆的过渡节接到转篦碾，此三燃腔通入三次空气，发生的燃烧为三次补燃，温度可达1600℃，可燃有害物在此烧尽，大部分飞灰在拦灰管屏和高温旋风分离器拦截下来进入转篦碾气化其固定碳。烟气余热则由空气预热器回收预热一三燃腔所需空气，然后经烟气去后处理口离开本装置。
必须说明的是，炉膛内设置的拦灰管屏及其他蒸发过热管组件都必须是经特别防腐处理的，在浓HCl气氛下可抗1600℃腐蚀的管组；虽然，为了附图1的简洁，很多动力锅炉的管组未在图1中标示出来。
类似的防腐技术还用到了热管空器预热器的烟侧，诚然，空气预热还可以有其他方式。
这里需要指出的是，这个抗高温腐蚀防腐技术是本发明具有更优异的工业实施前景和价值的基础，这是因为以下二方面原因：
首先，没有高度预热的空气，甚于都不能产生1500℃以上的三燃腔温度，无法实现具有最强大效力的第一个T-高温燃烧。
其二，即使，通过其他空气预热方式，实现了上面所述第一个T-高温燃烧，如果没有造出能在浓HCl气氛下经受得住1600℃超高温腐蚀的经过特别防腐处理的管组，就没有更优异的可工业化的动力锅炉，本发明也就没有更优异的工业前景。
与现有技术相比，本发明突出的有益效果，其先进性是：
1.沸腾段属于流化床，物料能够充分湍流起来，在热空气的基础温度上，沸腾段已达高温，加快反应速率，易燃物快速燃烧，燃烧强度较之炉排炉强烈得多；而难燃的灰渣残碳在转篦碾内停留时间充足，降低灰渣残碳，热灼减率前所未有的低，生灰变熟灰，可以资源化利用，节省填埋用地；
2.空气的氧气利用率高，残余氧低，因而炉膛内温度足够高，可达1600℃，燃烧完全，可燃有害物几乎为0；
3.热能利用充分，发电效率高。
4.能适应垃圾的多样性，无需分捡，大部分金属和大块难熔物由于密度大，在沸腾腔被风选分出，可回收金属。
附图说明
图1是本发明所提供的高温沸腾转篦炉装置的结构示意图。
附图1中：1-一燃腔；11-垃圾投料器；12-沸腾床；121-收集井；1211-收集井塞；12111-收集井塞风管；122-布风板；123-风箱；2-二燃腔；21-转篦碾；211-转篦碾转子；2111-转子轴；212-转篦碾壳体；213-转篦碾腔；214-灰渣出口；3-三燃腔；31-拦灰管屏；32-高温旋风分离器；4-执管空预器；5-烟气去后处理口。
图2为本发明的实施例的转篦碾腔213的水平剖面图。
附图2中，2112-转篦碾转子剖面；2121-转篦碾壳体剖面。
图3为本发明的实施例的转篦碾腔213的垂直剖面图。
附图3中，2132-转篦碾腔竖向剖面。
图4为效果例实施过程中高温沸腾转篦炉装置的温区分布图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1
耐高温腐蚀搪瓷材料层的制作：
首先，在P91基底上，在钢管外表面进行机械除锈，然后做化学除锈，化学除锈的酸液配比为：6.0％的工业硫酸，4.0％的工业硝酸，90％的工业盐酸，酸液需控温于27±5℃，浸泡时间8分钟，出浴后马上冲干净残酸，再于60±3℃风干3小时，然后马上喷涂底浆，底浆的配方包括以下重量百分含量的各组分：54.3％的SiO2，0.63％的CoO，0.77％的NiO，13.5％的B2O3，7.0％的Al2O3，2.3％的MnO2，4.6％的CaO，16.9％的Na2O，底浆烘干时间2小时，温度105℃，然后以50℃/时的速度升温至350℃，恒温2小时，再以50℃/时的速度升温至900℃，控温在870-920℃30分钟，然后以小于70℃/时的速度降温至常温，然后按上述底浆的喷涂烧成方法做面浆的喷涂烧成，其烧成温度为920-940℃。
本例搪瓷材料的面浆配方包括以下重量百分含量的各组分：67.5％的SiO2，4.2％％的TiO2，2.2％的ZrO2，3.2％的B2O3，2.8％的Al2O3，0.44％的ZnO，4.0％的CaO，14.96％的Na2O，0.7％的CaF2。此搪瓷材料可用于拦灰管屏31及其他炉内锅炉管。
基于上述技术方案，可以在P91材料上制作耐高温腐蚀搪瓷，经实际点火试运行15天，可以耐受1600℃的高温和五倍于生活垃圾锅炉内氯离子浓度的腐蚀。
实施例2
耐高温腐蚀搪瓷材料层的制作：
首先，底材料是锅炉钢管P91，在钢管外表面进行机械除锈，然后做化学除锈，化学除锈的酸液配比为：5.0％的工业硫酸，5.0％的工业硝酸，90％的工业盐酸，酸液需控温于27±5℃，浸泡时间8分钟，出浴后马上冲干净残酸，再于60±3℃风干3小时，然后马上喷涂底浆，底浆的配方包括以下重量百分含量的各组分：53.3％的SiO2，0.7％的CoO，0.7％的NiO,14.5％的B2O3，8.0％的Al2O3，2.5％的MnO2，4.6％的CaO，15.7％的Na2O，底浆烘干时间2小时，温度105℃，然后以50℃/时的速度升温至350℃，恒温2小时，再以50℃/时的速度升温至900℃，控温在870-920℃30分钟，然后以小于70℃/时的速度降温至常温，然后按上述底浆的喷涂烧成方法做面浆的喷涂烧成，其烧成温度为920-940℃。
搪瓷材料的面浆配方包括以下重量百分含量的各组分：66.5％的SiO2，4.5％的TiO2，2.2％的ZrO2，3.8％的B2O3，3.2％的Al2O3，0.48％的ZnO，4.2％的CaO，14.32％的Na2O，0.8％的CaF2。此搪瓷材料可用于拦灰管屏31及其他炉内锅炉管。
基于上述技术方案，可以在P91材料上制作耐高温腐蚀搪瓷，经实际点火试运行15天，可以耐受1600℃的高温和五倍于生活垃圾锅炉内氯离子浓度的腐蚀。
实施例3
耐高温腐蚀搪瓷材料层的制作：
首先，在P91基底上，在钢管外表面进行机械除锈，然后做化学除锈，化学除锈的酸液配比为：6.0％的工业硫酸，4.0％的工业硝酸，90％的工业盐酸，酸液需控温于27±5℃，浸泡时间8分钟，出浴后马上冲干净残酸，再于60±3℃风干3小时，然后马上喷涂底浆，底浆的配方包括以下重量百分含量的各组分：52.3％的SiO2，0.77％的CoO，0.77％的NiO,15.0％的B2O3，8.0％的Al2O3，2.7％的MnO2，5.0％的CaO，15.46％的Na2O，底浆烘干时间2小时，温度105℃，然后以50℃/时的速度升温至350℃，恒温2小时，再以50℃/时的速度升温至900℃，控温在870-920℃30分钟，然后以小于70℃/时的速度降温至常温，然后按上述底浆的喷涂烧成方法做面浆的喷涂烧成，其烧成温度为920-940℃。
本例搪瓷材料的面浆配方包括以下重量百分含量的各组分：65.5％的SiO2，4.8％％的TiO2，2.4％的ZrO2，4.2％的B2O3，3.2％的Al2O3，0.52％的ZnO，4.4％的CaO，14.08％的Na2O，0.9％的CaF2。此搪瓷材料可用于拦灰管屏31及其他炉内锅炉管。
实施例1、2、3所提供的耐高温腐蚀搪瓷材料层进行耐高温和耐腐蚀试验：
试验步骤基于上述技术方案，可以在P91材料上制作耐高温腐蚀搪瓷，经实际点火试运行15天，炉温长期在1600℃上下，所燃为医疗垃圾，其所产生的氯离子浓度达生活垃圾锅炉的五倍，所以说，可以耐受1600℃的高温和五倍于生活垃圾锅炉内氯离子浓度的腐蚀，以低于80度/时速度冷下来，目测搪瓷面的粗糙度。
试验结果为：粗糙度无明显变化，无裂纹。
结论：实施例1、2、3所提供的耐高温腐蚀搪瓷材料层可以耐受1600℃的高温和五倍于生活垃圾锅炉内氯离子浓度的腐蚀。
实施例4
耐低温腐蚀搪瓷材料层的制作：
其基底材料是20G锅炉钢管，首先，在铸造的翅片钢管外表面进行机械除锈，然后做化学除锈，化学除锈的酸液配比为：5.0～6.0％的工业硫酸，4.0～5.0％的工业硝酸，89～91％的工业盐酸，酸液需控温于20±5℃，浸泡时间5分钟，出浴后马上冲干净残酸，再于60±3℃风干3小时，然后马上喷涂底浆，底浆的配方包括以下重量百分含量的各组分：52.3％的SiO2，0.77％的CoO，0.77％的NiO，14.5％的B2O3，5.3％的Al2O3，2.7％的MnO2，5.0％的CaO，15.36％的Na2O，3.3％的CaF2。底浆烘干时间2小时，温度105℃，然后以50℃/时的速度升温至350℃，恒温2小时，再以50℃/时的速度升温至650℃，控温在620-670℃50分钟，然后以小于70℃/时的速度降温至常温，然后按上述底浆的喷涂烧成方法做面浆的喷涂烧成，其烧成温度为620～640℃。
本例搪瓷材料面浆材料包括以下重量百分含量的各组分：55％的SiO2，2.4％的TiO2，2.8％的ZrO2，3.1％的B2O3，7.2％的Al2O3，5.0％的ZnO，2.4％的CaO，18.8％的Na2O，3.3％的CaF2。
基于上述技术方案，可以在20G材料上制作耐低温腐蚀搪瓷，以耐受800℃的高温和酸露的腐蚀。
实施例5
耐低温腐蚀搪瓷材料层的制作：
其基底材料是20G锅炉钢管，首先，在铸造的翅片钢管外表面进行机械除锈，然后做化学除锈，化学除锈的酸液配比为：5.0～6.0％的工业硫酸，4.0～5.0％的工业硝酸，89～91％的工业盐酸，酸液需控温于20±5℃，浸泡时间5分钟，出浴后马上冲干净残酸，再于60±3℃风干3小时，然后马上喷涂底浆，底浆的配方包括以下重量百分含量的各组分：54.3％的SiO2，0.63％的CoO，0.63％的NiO，14.0％～的B2O3，4.8％的Al2O3，2.3％的MnO2，4.2％的CaO，16.44％的Na2O，2.7％的CaF2，。底浆烘干时间2小时，温度105℃，然后以50℃/时的速度升温至350℃，恒温2小时，再以50℃/时的速度升温至650℃，控温在620-670℃50分钟，然后以小于70℃/时的速度降温至常温，然后按上述底浆的喷涂烧成方法做面浆的喷涂烧成，其烧成温度为620～640℃。
耐低温腐蚀搪瓷材料包括以下重量百分含量的各组分：56％的SiO2，2.2％的TiO2，2.5％的ZrO2，2.8％的B2O3，6.7％的Al2O3，4.8％的ZnO，2.2％的CaO，19.8％的Na2O，3.0％的CaF2。
基于上述技术方案，可以在20G材料上制作耐低温腐蚀搪瓷，以耐受800℃的高温和酸露的腐蚀。
实施例6
耐低温腐蚀搪瓷材料层的制作：
其基底材料是20G锅炉钢管，首先，在铸造的翅片钢管外表面进行机械除锈，然后做化学除锈，化学除锈的酸液配比为：5.0～6.0％的工业硫酸，4.0～5.0％的工业硝酸，89～91％的工业盐酸，酸液需控温于20±5℃，浸泡时间5分钟，出浴后马上冲干净残酸，再于60±3℃风干3小时，然后马上喷涂底浆，底浆的配方包括以下重量百分含量的各组分：53.3％的SiO2，0.7％的CoO，0.7％的NiO，13.5％的B2O3，5.0％的Al2O3，2.5％的MnO2，4.6％的CaO，16.7％的Na2O，3.0％的CaF2，。底浆烘干时间2小时，温度105℃，然后以50℃/时的速度升温至350℃，恒温2小时，再以50℃/时的速度升温至650℃，控温在620-670℃50分钟，然后以小于70℃/时的速度降温至常温，然后按上述底浆的喷涂烧成方法做面浆的喷涂烧成，其烧成温度为620～640℃。
耐低温腐蚀搪瓷材料包括以下重量百分含量的各组分：57％的SiO2，2.0％的TiO2，2.2％的ZrO2，2.5％的B2O3，6.2％的Al2O3，4.3％的ZnO，2.0％的CaO，20.9％的Na2O，2.9％的CaF2。
基于上述技术方案，可以在20G材料上制作耐低温腐蚀搪瓷，以耐受800℃的高温和酸露的腐蚀。
实施例4、5、6所提供的耐低温腐蚀搪瓷材料层进行耐800℃上下的烟温和高浓度酸露的腐蚀试验：
基于上述技术方案，可以在20G材料上制作耐高温腐蚀搪瓷热管空气预热器，空气预热器烟气温度长期在800℃上下，所燃为医疗垃圾，其所产生的酸露较生活垃圾锅炉的浓得多，
经实际点火试运行15天，以低于80度/时速度冷下来，目测搪瓷面的粗糙度。
试验结果为：粗糙度无明显变化，无裂纹。
结论：实施例4、5、6所提供的耐低温腐蚀搪瓷材料层可以耐受800℃的烟温和高浓度酸露的腐蚀。
在一个具体的实施方式中，如图1所示，高温沸腾转篦炉装置包括垃圾投料器11、沸腾床12、转篦碾21、三燃腔3和空气预热器4，空气预热器4具有烟气去后处理口5。
沸腾床12在一侧上部连通有垃圾投料器11。沸腾床12的在另一侧上部分别连通转篦碾21和三燃腔3，所述转篦碾21位于所述三燃腔3的下方，并与所述三燃腔3上下连通。三燃腔3远离所述沸腾床12的一侧的上部连通的空气预热器4。
在一个实施例中，转篦碾21包括倒圆台形的管状结构的转篦碾壳体212、竖向设置在所述转篦碾壳体212内并贯穿所述下开口的转篦碾转子211以及与所述转篦碾转子211偏心设置的转篦碾转子轴2111。转篦碾转子211和转篦碾转子轴2111共同组成转篦碾21，沸腾床12和转篦碾21配合，分别处理易难燃成份的。
具体而言，所述转篦碾壳体212具有上开口和下开口，所述上开口连通所述三燃腔3的下部。所述转篦碾转子211和所述转篦碾壳体212之间形成转篦碾腔213，所述转篦碾转子211和所述下开口之间形成灰渣出口214。所述转篦碾转子轴2111与所述转篦碾壳体212同轴设置，用于带动所述转篦碾转子211与所述转篦碾壳体212偏心转动。
在一个实施例中，所述转篦碾转子211表面设置有气化剂出孔和冷却水出孔，所述转篦碾转子211内设置有气化剂进管和冷却水进管，所述气化剂出孔连通所述气化剂进管，所述冷却水出孔连通所述冷却水进管。转篦碾转子211外部设置传动部件，转篦碾转子211内部设置空腔并用于穿过气化剂进管和冷却水进管。
沸腾床12在下部横向设置有布风板122，所述布风板122上设置有若干向下凹陷的收集井121，各所述收集井121具有收集井塞1211，所述收集井塞1211具有收集井塞风管12111，所述布风板122连通热风箱123，各所述收集井塞风管12111连通冷风管。沸腾床12还可以采用其他的现有结构。
在一个实施中，所述三燃腔3设置有拦灰管屏31，所述拦灰管屏31位于所述转篦碾的上方，用于将来自所述沸腾床12的灰分拦截下来进入到所述转篦碾中。所述拦灰管屏31的表面设置本发明实施例2所提供的耐高温腐蚀搪瓷材料层；
所述空气预热器4具有热交换管，所述热交换管的表面设置有本发明实施例5所提供的耐低温腐蚀搪瓷材料层。
在一个实施中，所述三燃腔3设置有高温旋风分离器32，所述高温旋风分离器32设置在所述三燃腔3与所述空气预热器4的连接口和所述拦灰管屏31之间，用于将来自所述沸腾床12的灰分收集后排入到所述转篦碾中。
垃圾依次进入垃圾加料器11、沸腾床12、转篦碾21、三燃腔3处理后得到的灰渣经转篦腔213通过灰渣出口214排出。得到的热能可由蒸发过热管屏吸收产生高温高压蒸汽用于发电供热。
转篦碾21是本发明关键部件之一，其型式可以有多种，就其中一种结构进行进一步的说明：由衬有耐热耐磨材料的偏心转子转篦碾转子211和定子外壳转篦碾壳体212构成的一个偏心的圆环形的并带锥度的出渣空间转篦碾腔213，简称圆环锥腔。水平面剖开此空间，其剖面为轻微偏心的圆环形，内圆为缓慢转动的转篦碾转子剖面2112，外圆转篦碾壳体剖面2121，如图2所示。转篦碾转子211由大速比的减速机构所产生的大扭矩强力驱动，产生强大的挤压力挤碎并研磨炉渣，目的是提高残碳气化率和余热回收率。转篦碾腔竖向剖面2132则为上宽下窄的锥形，如图3，以便大块渣能进入破碎空间内被强力挤压碾碎，不断地露出新的表面。
转篦碾21的功能在于，强化固定碳与气化剂(H2O+O2)间的传质传热和气化反应，这个碾磨过程相当于增加了湍流度和停留时间，以达到高效利用残碳，降低灰渣的热灼减率。
本实施例在实施时，风箱123中所鼓入的空气是经过预热的，其温度按垃圾的热值设定，以稳定炉内沸腾床12的温度，由于沸腾床气速也高于流化床，并且呈倒锥体形状，可以使物料在上下返混间获得足够的停留时间。
本实施例的转篦碾21是可变频调节的，根据灰渣的含碳率高低调节转篦碾21转速的大小来提高残碳利用率，并降低转篦碾能耗。
为了减少烟气飞灰，炉内还设置了足够多的拦灰管屏31和高温旋风分离器32。
效果例
本实施例为生活垃圾焚烧和气化工艺的效果例，包括以下步骤：
生活垃圾由垃圾投料器11进入高温沸腾转篦碾内沸腾床12，生活垃圾随即与原有炉内物料混合，并发生干燥、热解、燃烧、熔化等一系列化学物理过程。在沸腾床12，上述反应可用下式概括表示：
CmHnOpClqNrSt+aO2→bCO2+dH2O+eHCl+NOx+SO2+焦油+飞灰+熔融焦渣
在高温沸腾转篦碾进入平稳运行后，上式中焦油+飞灰+熔融焦渣进入三燃腔3，焦油在此被三次空气烧完，飞灰+熔融焦渣是炭黑+无机灰渣的熔合物，则因重力沉降或被拦灰管屏31拦截主要量，少量去高温旋风分离器32收集，一并收集于转篦碾21。
在转篦碾21中，熔融焦渣在下移中凝固为固体焦渣，当中包裹有大量的固定碳，若就此出渣去填埋场，将永久成为死碳，难有机会再参与地球的碳循环，不仅占地，还浪费碳资源。而本发明所述炉型的灰渣将可以建材化、资源化，例如，可以作为免烧砖材料用于广场、人行道、岸堤等。
转篦碾21的作用就是把大块的焦渣研细，以增加比表面积，不断更新表面，使内藏的碳粒暴露于从转子轴2111通入的水蒸汽和空气中，主要发生以下氧化还原反应，反应式如下：
C+O2→CO2+热
Figure GDA0003467352320000191
Figure GDA0003467352320000192
最后，不可燃烧物和反应后的灰渣经灰渣出口214排出。灰渣的热灼减率测定结果如下表1所示。
表1：灰渣的热灼减率测定结果(依据标准CJJ90-2002)
样品号 测定值(％)
1 1.14
2 0.808
3 0.922
平均值 0.96
从表1可以看出，固定碳的含量已经远低于原定目标值2％，更远低于本领域国家标准5％以下。
上述反应时固定碳被氧化为CO+H2，类似于煤气，上升中被二次空气燃烧放热，三燃腔3温度将在一、二燃腔的1300℃基础上进一步达到1600℃，炉体内的温区分布图如图4所示。因此，所有可燃有害成份彻底燃烧，包括最具有毒性的二
Figure GDA0003467352320000203
英，固定碳得以充分利用。排放气体的二
Figure GDA0003467352320000204
英检测值如下表2所示：
表2：排放气体的二
Figure GDA0003467352320000201
英检测值(依据标准HJ/T365-2007)
样品号 测定值(ng/NM<sup>3</sup>)
1 0
2 0
3 0
平均值 0
从表2可以看出，二
Figure GDA0003467352320000202
英的含量均为零，实际上是现有检测方法和仪器检不出了，远低于本领域最严格地区的0.1ng/NM3以下。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高温沸腾转篦炉装置，其特征在于，包括：
沸腾床(12)，所述沸腾床(12)的一侧上部连通有垃圾投料器(11)；
分别与所述沸腾床(12)的另一侧上部连通的转篦碾(21)和三燃腔(3)，所述转篦碾(21)位于所述三燃腔(3)的下方，并与所述三燃腔(3)上下连通，用于降低进入到所述转篦碾(21)内的灰渣中的固定碳含量；
三燃腔(3)结构为：一个长方体空间，下方由一个上方下圆的过渡节接到转篦碾(21)；
以及，与所述三燃腔(3)远离所述沸腾床(12)的一侧的上部连通的空气预热器(4)，所述空气预热器(4)具有烟气去后处理口(5)；
所述三燃腔(3)设置有拦灰管屏(31)，所述拦灰管屏(31)位于所述转篦碾的上方，用于将来自所述沸腾床(12)的灰分拦截下来进入到所述转篦碾中；
所述三燃腔(3)设置有高温旋风分离器(32)，所述高温旋风分离器(32)设置在所述三燃腔(3)与所述空气预热器(4)的连接口和所述拦灰管屏(31)之间，用于将来自所述沸腾床(12)的灰分收集后排入到所述转篦碾中；
所述拦灰管屏(31)的表面设置有耐高温腐蚀搪瓷材料层，该材料包括以下重量百分含量的各组分：65.5％～67.5％的SiO2，3.8％～5.2％的TiO2，1.8％～2.6％的ZrO2，3.2％～4.0％的B2O3，2.8％～3.6％的Al2O3，0.44％～0.56％的ZnO，3.8％～4.6％的CaO，13.0％～15.0％的Na2O，0.7％～0.9％的CaF2；
所述空气预热器(4)具有热交换管，所述热交换管的表面设置有耐低温腐蚀搪瓷材料层，该材料包括以下重量百分含量的各组分：55％～57％的SiO2，2.0％～2.4％的TiO2，2.2％～2.8％的ZrO2，2.5％～3.1％的B2O3，6.0％～7.2％的Al2O3，4.3％～5.3％的ZnO，2.0％～2.4％的CaO，18.6％～21.2％的Na2O，2.7％～3.3％的CaF2。
2.根据权利要求1所述的高温沸腾转篦炉装置，其特征在于，耐高温腐蚀搪瓷材料层的搪瓷方法，包括以下步骤：
1)对钢管材料表面进行前处理；
2)对钢管材料表面喷涂底浆并烘干，底浆包括底浆材料和成浆用的水，所述底浆材料包括以下重量百分含量的各组分：52.3％～54.3％的SiO2，0.63％～0.77％的CoO，0.63％～0.77％的NiO，13.5％～15.5％的B2O3，7.0％～8.6％的Al2O3，2.3％～2.7％的MnO2，4.2％～5.0％的CaO，14.9％～16.9％的Na2O；
3)烘干后进行底浆烧成，烧成制度为：烘干至温度达到105℃，然后以50℃/时的速度升温至350℃，恒温2小时，再以50℃/时的速度升温至900℃，控温在870～920℃下30分钟，然后以小于70℃/时的速度降温至常温；
4)以耐高温腐蚀搪瓷材料与成浆用的水制备耐高温腐蚀搪瓷面浆，在由底浆烧成的基底上喷涂所述耐高温腐蚀搪瓷面浆，烘干后进行耐高温腐蚀搪瓷面浆烧成，烧成制度为：烘干至温度达到105℃，然后以50℃/时的速度升温至350℃，恒温2小时，再以50℃/时的速度升温至900℃，控温在920～940℃下30分钟，然后以小于70℃/时的速度降温至常温。
3.根据权利要求1所述的高温沸腾转篦炉装置，其特征在于，所述耐低温腐蚀搪瓷材料层的搪瓷方法，包括以下步骤：
1)对钢管材料表面进行前处理；
2)对钢管材料表面喷涂底浆并烘干，底浆包括底浆材料和成浆用的水，所述底浆材料包括以下重量百分含量的各组分：52.3％～54.3％的SiO2，0.63％～0.77％的CoO，0.63％～0.77％的NiO,13.5％～15.5％的B2O3，4.3％～5.3％的Al2O3，2.3％～2.7％的MnO2，4.2％～5.0％的CaO，14.9％～16.9％的Na2O，2.7％～3.3％的CaF2；
3)烘干后进行底浆烧成，烧成制度为：烘干至温度达到105℃，然后以50℃/时的速度升温至350℃，恒温2小时，再以50℃/时的速度升温至650℃，控温在620～670℃50分钟，然后以小于70℃/时的速度降温至常温；
4)以耐低温腐蚀搪瓷材料与成浆用的水制备耐低温腐蚀搪瓷面浆，在由底浆烧成的基底上喷涂所述耐低温腐蚀搪瓷面浆，烘干后进行耐低温腐蚀搪瓷面浆烧成，烧成制度为：烘干至温度达到105℃，然后以50℃/时的速度升温至350℃，恒温2小时，再以50℃/时的速度升温至650℃，控温在620～640℃50分钟，然后以小于70℃/时的速度降温至常温。
4.根据权利要求1所述的高温沸腾转篦炉装置，其特征在于，所述转篦碾(21)包括：
倒圆台形的管状结构的转篦碾壳体(212)，所述转篦碾壳体(212)具有上开口和下开口，所述上开口连通所述三燃腔(3)的下部；
竖向设置在所述转篦碾壳体(212)内并贯穿所述下开口的转篦碾转子(211)，所述转篦碾转子(211)和所述转篦碾壳体(212)之间形成转篦碾腔(213)，所述转篦碾转子(211)和所述下开口之间形成灰渣出口(214)；
以及与所述转篦碾转子(211)偏心设置的转篦碾转子轴(2111)，所述转篦碾转子轴(2111)与所述转篦碾壳体(212)同轴设置，用于带动所述转篦碾转子(211)与所述转篦碾壳体(212)偏心转动。
5.根据权利要求4所述的高温沸腾转篦炉装置，其特征在于：
所述转篦碾转子(211)表面设置有气化剂出孔和冷却水出孔，所述转篦碾转子(211)内设置有气化剂进管和冷却水进管，所述气化剂出孔连通所述气化剂进管，所述冷却水出孔连通所述冷却水进管。
6.根据权利要求1或4或5所述的高温沸腾转篦炉装置，其特征在于：所述沸腾床(12)在下部横向设置有布风板(122)，所述布风板(122)上设置有若干向下凹陷的收集井(121)，各所述收集井(121)具有收集井塞(1211)，各所述收集井塞(1211)具有收集井塞风管(12111)，所述布风板(122)连通供热风的风箱(123)，各所述收集井塞风管(12111)连通冷风管。
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