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生活垃圾焚燒爐采用堆焊技術(shù)在管壁表面制備耐熱腐蝕的熔敷層是較為有效的技術(shù)手段之一,從上世紀(jì)90年代l開(kāi)始已被采納并沿用至今,在早期垃圾焚燒爐水冷壁和部分過(guò)熱器的應(yīng)用中均體現(xiàn)出了較好的防護(hù)效果。其中,應(yīng)用蕞為成熟的是堆焊Inconel625合金(Ni-21Cr-9Mo-3.5Nb)、C-276M(Ni-18Cr-14Mo-4W)、HC-2000(Ni-23Cr-16Mo-1.6Cu)等。相比于熱噴涂涂層和陶瓷貼片等技術(shù),堆焊熔覆層可以與基材形成牢固的冶金結(jié)合,組織較均勻,厚度可達(dá)幾厘米,在適當(dāng)使用條件下其性能穩(wěn)定性和持久防護(hù)效果具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
然而,實(shí)際施工時(shí)對(duì)焊接設(shè)備和技術(shù)的要求較高,需嚴(yán)格控制熱輸入以避免焊穿或管材變形等問(wèn)題,其施工效率較低,也導(dǎo)致成本較高。同時(shí),原位修復(fù)也是堆焊技術(shù)難以克服的問(wèn)題,在進(jìn)行二次堆焊修復(fù)時(shí)容易引起原始熔覆層組織脆化,產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展至基材造成整體失效,這也造成了材料的大量浪費(fèi)和使用成本的進(jìn)一步提高,因此堆焊復(fù)修并不被廣泛推薦使用。
此外,研究表明Inconel625合金熔覆層的性能表現(xiàn)與服役溫度密切相關(guān),在400℃以下時(shí),其抗熱腐蝕性能較為優(yōu)異且穩(wěn)定;而當(dāng)服役溫度達(dá)到400-420℃以上時(shí),熔覆層則基本失去防護(hù)效果[16];若使用溫度超過(guò)540℃,熔覆層腐蝕速率甚至高達(dá)0.2μm/h。這極大地限制了堆焊Inconel625合金的應(yīng)用,尤其是面對(duì)環(huán)境溫度較高的過(guò)熱器更是難以滿足使用需求。而隨著垃圾焚燒技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)提高能源轉(zhuǎn)化效率、限制二次污染排放等需求也越來(lái)越高,進(jìn)一步提高燃燒溫度以及降低施工成本已成為主流趨勢(shì),因此,開(kāi)發(fā)更為適宜的高l性能低成本堆焊材料是該技術(shù)所面臨的迫切需要解決的問(wèn)題。
生活垃圾焚燒爐的超音速火焰噴涂技術(shù)具有焰流溫度相對(duì)較低、粒子飛行速度快等特點(diǎn),在制備高致密度低氧含量的金屬合金和金屬陶瓷涂層方面有較為明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。而涂層致密性和涂層組織均勻性對(duì)涂層的抗熱腐蝕能力影響顯著,正是由于超音速火焰噴涂在制備高質(zhì)量金屬涂層方面的優(yōu)勢(shì),使得其成為國(guó)外研究垃圾焚燒爐管壁防護(hù)的首l選和主推技術(shù)。在取得大量研究成果的同時(shí),也在實(shí)際工程中獲得了較大范圍的推廣應(yīng)用,大幅提高和延長(zhǎng)了垃圾焚燒爐中水冷壁和過(guò)熱器等熱交換部件的服役穩(wěn)定性和維修更換周期,尤其是在過(guò)熱器等高溫部件的表面防護(hù)方面表現(xiàn)較為優(yōu)異,有效解決了傳統(tǒng)表面堆焊技術(shù)在高溫?zé)岣g防護(hù)中的不足。
目前,研究開(kāi)發(fā)和使用的噴涂材料同樣以Ni基合金為主,包括Ni80Cr20、Ni50Cr50、Ni-18Cr-5Fe-5Nb-6Mo、Ni-17Cr-4Fe-3.5B-4Si、Cr3C2-NiCr等。其中,Cr是蕞主要的合金元素,服役時(shí)涂層表面生成的Cr2O3在該類(lèi)腐蝕環(huán)境和溫度下具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性及保護(hù)性,能夠有效阻礙腐蝕介質(zhì)向涂層內(nèi)部的滲透,而生成的尖晶石結(jié)構(gòu)相(NiCr2O4)也對(duì)涂層耐蝕性起到了有益的促進(jìn)作用。然而,盡管超音速火焰噴涂在涂層性能方面表現(xiàn)較為出眾,但其工藝成本也極為昂貴,包括設(shè)備投入較大、耗損配件更換頻繁、氣體消耗量驚人、粉末質(zhì)量要求較高以及涂層沉積率較低等,這在很大程度上限制了其在實(shí)際使用中的進(jìn)一步推廣,尤其是成本要求更為苛刻的國(guó)內(nèi)l市場(chǎng)。因此,在難以改變超音速火焰噴涂工藝成本高昂的現(xiàn)狀下,尋求適宜的替代技術(shù)也是垃圾焚燒爐管壁熱腐蝕防護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。
由于生活垃圾焚燒爐處理速度快,占地面積少,減量化和無(wú)害化效果顯著,因此,在我國(guó)用地緊張、生活垃圾處理壓力大的城市率l先得到了應(yīng)用。生活垃圾焚燒技術(shù)發(fā)展很快,城市生活垃圾處理、處置中該技術(shù)所占的比重也越來(lái)越大。垃圾焚燒爐目前,飛灰處置的常用方法有:
(1)經(jīng)過(guò)適當(dāng)處置后進(jìn)入危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)進(jìn)行蕞終處置;
(2)固化穩(wěn)定化。水泥固化、瀝青固化、熔融固化技術(shù)、化學(xué)藥劑固化穩(wěn)定化等,經(jīng)過(guò)固化穩(wěn)定化處理后的產(chǎn)物,如滿足浸出毒性標(biāo)準(zhǔn)或者資源化利用標(biāo)準(zhǔn),可以進(jìn)入普通填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處置或進(jìn)行資源化利用;
(3)將飛灰中的重金屬提取。酸提取、堿提取、生物及生物制劑提取等,經(jīng)過(guò)重金屬提取后的飛灰和重金屬可以分別進(jìn)行資源化利用。上述飛灰處理方法中的大部分已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用于生活垃圾焚燒廠,并取得一定的效果。