醫(yī)療垃圾是指醫(yī)療機構在醫(yī)療、預防、保健以及其他相關活動中產(chǎn)生的具有直接或間接感染性、毒性以及其他危害性的廢物。當今已有多種技術可用于對醫(yī)療垃圾的處置,焚燒法適用于各種傳染性醫(yī)療垃圾,是醫(yī)療垃圾處理領域的主流技術?；剞D窯式垃圾焚燒爐即是其中一種焚燒處理設備,它能完全保證醫(yī)療垃圾的穩(wěn)定化、安全化、減量化和無害化的環(huán)保要求,同時又符合當代醫(yī)療垃圾處理的發(fā)展趨勢。

垃圾焚燒爐內溫度通常在1400~1600℃,局部達1700℃;爐內與熱面區(qū)接觸的熔渣包含Na2O、K2O、Cl-、SO2-4等,堿度0.3~1.5;回轉窯旋轉方式為正反擺動;爐內氣氛不斷變化;垃圾種類、含水量等變化大。因此,需要耐火材料具有優(yōu)良的抗熔渣侵蝕、滲透性,高強度,耐沖刷,耐磨損以及良好的抗熱震性能,以適應機械應力和熱應力的沖擊。目前,垃圾焚燒爐使用的耐火材料主要有高鉻、鎂鉻、鋁鉻、高鋁、碳化硅等材質,但由于受爐內氣氛、使用溫度、爐渣內鈣硅比的不確定性及垃圾種類的多變性,使得以上性能較好的材料很難達到其預期的使用效果。

在本研究中,制備出了結構致密、耐壓強度高、抗熱震性好的Al2O3-Cr2O3-ZrO2磚,并介紹了其在處理醫(yī)療垃圾的直筒型回轉窯式焚燒爐上的應用情況。

1.1原料

試驗所用原料為白剛玉、棕剛玉、Al2O3微粉、鋯英砂、高鉻廢磚粉、添加劑、改性劑等。部分原料的化學組成如表1所示。

表1原料的化學組成原料

1.2制備及性能檢測

將各種原料及添加劑、改性劑等按表2配料后,在濕碾機中先加大、中顆?；旌?再加入2/3的結合劑混合5 min,再加入細粉混約5 min,最后加入剩余結合劑混勻。用630 t摩擦壓磚機壓制成250 mm×202 mm×102/87 mm的磚樣,磚坯經(jīng)自然干燥24 h后,再在干燥箱內于110℃干燥24 h。將干燥后的磚樣在梭式窯內于1 700℃燒成。

表2試樣配比

按國標檢測燒后磚樣的體積密度、顯氣孔率、常溫耐壓強度,抗熱震性按DIN 51068標準進行檢測,950℃,水冷,以試樣斷裂時的熱循環(huán)次數(shù)表征。

表3示出了燒后Al2O3-Cr2O3-ZrO2磚的性能及與國外同類產(chǎn)品的對比?？梢钥闯?Al2O3-Cr2O3-ZrO2磚在保證具有優(yōu)良耐壓強度的同時保持了優(yōu)良的抗熱震性能,其理化指標達到甚至優(yōu)于國外產(chǎn)品的典型值。

表3 Al2O3-Cr2O3-ZrO2磚的性能

3.1應用

實例目前,中鋼耐火公司生產(chǎn)的Al2O3-Cr2O3-ZrO2磚已用于國內某公司的回轉窯式垃圾焚燒爐。該窯為4300mm的直筒型回轉窯,其轉動方式為搖擺轉動,即正轉一段時間,再反轉一段時間。所處理的醫(yī)療廢物種類繁多,且含水量(w)大于17%。Al2O3-Cr2O3-ZrO2磚在該焚燒爐上使用10余月后,由于窯頭罩與回轉窯接口處有部分澆注料脫落,造成錨固件暴露,進行了停窯修補。

3.2使用情況分析

該回轉窯為圓柱體結構,由內到外所使用的爐襯材料依次為Al2O3-Cr2O3-ZrO2磚、黏土磚、鋼殼。各層的內徑分別為R1=1.83 m、R2=2.08 m、R3=2.15m,鋼殼外半徑為R=2.178 m,設各層的內表面溫度分別為t1、t2、t3,鋼殼外壁溫度為tw,熱導率分別為λ1=3.1 W·(m·K)-1,λ2=1.3 W·(m·K)-1,λ3=37.5 W·(m·K)-1,傳熱計算選取燃燒室附近的高溫區(qū)域,工作溫度約1 400℃,外界極限溫度為t=40℃。傳熱計算公式[2]如下:

采用迭代法,帶入數(shù)據(jù)計算結果如下:

(1)當耐火磚基本無明顯侵蝕剝落時,即工作面內徑R1=1.83 m,此時外壁溫度約為260℃。

(2)當耐火磚侵蝕剝落60 mm時,即工作面內徑R1=1.89 m,此時外壁溫度約為281℃。

(3)當耐火磚侵蝕剝落200 mm時,即工作面內徑R1=2.03 m,此時外壁溫度約為355℃。

由此計算可知,從理論來講工作面耐火磚的選擇完全能夠滿足使用要求;從回轉窯運行情況來看,工作面耐火磚的損毀情況基本正常。按傳熱公式計算并結合窯外壁溫度及理論上可使用的厚度計算推測,正常狀況下,耐火磚再使用6~10個月沒有問題。

在使用過程中耐火磚的損毀情況受爐內溫度、氣氛、操作負荷等因素影響很大,尤其是溫度非正常的頻繁波動會加劇耐火材料的剝落,因此建議在使用過程中盡量避免爐內溫度的頻繁劇烈變化。

Al2O3-Cr2O3-ZrO2磚在保證具有高強度的情況下,還具有優(yōu)良的抗熱震性能。該磚在國內某公司的直筒型回轉窯式垃圾焚燒爐試用10余月后無剝落,預計還能繼續(xù)使用6~10個月,完全可以滿足醫(yī)療垃圾焚燒爐的使用要求。