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1500-2000℃之间。渣块和飞灰的酸性氧化物(SiO2+Al2O3+TiO2)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Al2O3含量越多,硅铝比(SiO2/Al2O3)越低,灰渣熔融温度越高。渣块和飞灰的SiO2/Al2O3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、0.40由表1可知,飞灰中Cl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分析图谱。
图1大渣块内表层XRD图谱
图2大渣块外表层XRD图谱
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(SiO2)为主,并出现钙黄长石(Ca2Al2SiO7)和钙硅石(CaSiO3),以及部分的赤铁矿(Fe2O3)。大渣块外层(火侧)的主要晶相以镁黄长石(Ca2MgSi2O7)和锌黄长石(CaV2ZnSiO7)为主,SiO2较多,并含有钙硅石(CaSiO3)和锥辉石(NaFe[SiO3]2)。大渣块中间层的主要晶相以Ca2Al2SiO7和斜辉石(Ca[Mg,Fe,Al][Si,Al]…)为主,并含有少量的SiO2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1170℃和1265℃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。
参考文献略