泡沫玻璃化磚耐磨性、抗熱震性檢測與分析

李寅雪 ，李 震 ，楊 剛 ，趙宇航

（1.中國電力科學研究院，北京市，102401；2.北京電力設備總廠，北京市，102401）

0 引言

近年來，隨著國家對環境保護要求的日益提高，燃煤電廠均采取有效的措施以解決煙塵排放對環境的污染。為控制煙氣排放中的SO2含量，多采用煙氣脫硫方法。雖然煙氣濕法脫硫后煙氣中的SO2含量大為降低，但其煙氣溫度降低，濕度增大，易結露，形成腐蝕性很強的稀硫酸液，使煙囪運行工況發生變化。根據國內外脫硫工程的運行情況，濕法脫硫的煙囪防腐蝕采用在煙囪內襯貼泡沫玻璃化磚。

泡沫玻璃化磚是用于濕煙囪防腐的硼硅質泡沫玻璃磚、普通泡沫玻璃磚和泡沫玻璃化陶瓷磚的簡稱。泡沫玻璃化磚是分別以硼硅玻璃或普通玻璃或陶瓷類材料為主要原料，加入發泡劑、外摻劑，經過隧道窯爐高溫焙燒發泡成型的一種輕質多孔玻璃材料。泡沫玻璃化磚發泡成型時形成的內部獨立封閉氣孔結構，集傳統隔熱保溫于一體，它具有抗滲透效果好、導熱系數小、阻燃、抗老化、耐酸堿（氫氟酸除外）、耐高溫等優點，可適用于急冷、急熱工況及高強度的腐蝕環境，是目前濕法脫硫煙囪良好的內襯材料。

泡沫玻璃化磚由粘合材料直接粘貼于煙囪內筒表面，并由粘合材料對玻璃磚間的縫隙勾縫，阻斷了煙氣對內筒結構的腐蝕。泡沫玻璃磚有優良的絕熱、耐腐蝕性能。

目前，國內泡沫玻璃化磚在性能、質量、價格等方面差別很大，能否恰當選用，對工程質量和煙囪壽命至關重要。普通泡沫玻璃磚過去主要用于保溫、保冷等行業，對強度、耐磨性、抗溫度的急冷急熱性能沒有要求或要求不高。因此，在泡沫玻璃化磚的選用上，存在如下的問題：(1)耐磨性差是泡沫玻璃化磚的一項重要缺陷，煙囪中的煙氣中含有大量的粉塵，隨煙氣高速流動，對煙囪內壁沖刷磨損很大，又由于煙囪長期連續運行（要求20年或30年以上連續運行），長期的磨損要求內襯材料要有優良的耐磨性能；(2)根據國內外煙囪的實際運行，特別是經過長期高溫運行和經過多次溫度高低變化后，如何適應煙囪實際工況下的冷熱交替應力的變化這一點尤其重要，只有這樣才能保證煙囪長期可靠運行。

筆者根據濕煙囪運行工況，結合多年的研究成果，對泡沫玻璃化磚增設了耐磨性和抗熱震性的檢測項目，這將更有利于控制防腐系統的整體質量，以提高其使用壽命。對于泡沫狀輕質保溫絕熱材料而言，目前這2項試驗不論是國家標準還是其他行業標準，都沒有適用的檢測方法。筆者根據多方調研，并做了大量的探索和調整工作，規定了泡沫玻璃化磚的耐磨性、抗熱震性及其檢測方法，解決了泡沫玻璃材料耐磨性、抗熱震性檢測的問題。可供其他輕質保溫絕熱材料的耐磨性、抗熱震性檢測參考。

1 耐磨性檢測與分析

1.1 試驗方法

耐磨性試驗方法適當采用GB/T 18301耐火材料常溫耐磨性試驗方法，并做了一些參數調整。該試驗的原理為：將規定形狀尺寸試樣的試驗面垂直對著噴砂管，用壓縮空氣將磨損介質通過噴砂管吹到試樣上，測量試樣的磨損體積。

設備：磨損試驗機。

磨損介質：國產36號粒度黑色碳化硅。

試樣：每次試驗需取2塊試樣進行平行試驗或經有關方面協商。試樣尺寸一般為100 mm×100 mm×供貨樣品厚度，試樣的試驗面應平整，無肉眼可見的裂紋；試驗結束，如果試樣被磨穿，本次試驗無效。

試驗步驟：(1)試驗前在105～110℃溫度下，將試樣干燥至恒重。(2)稱量試樣，精確至0.1 g；按GB/T 2998規定測量試樣長、寬、厚，計算試樣體積。(3)將試樣的試驗面與噴砂管成垂直的方向，置于距噴砂管端部203 mm位置。(4)關閉試驗箱門，接通壓縮空氣，將壓力調至0.1 MPa處，磨損介質為150 g。(5)從試驗箱內取出試樣，掃去粉塵后，稱量精確至0.1 g。(6)試驗數據處理。

根據重量與體積，計算出試樣的體積密度。

式中：B為體積密度，g/cm3；M1為試驗前試樣質量，g；M2為試驗后試樣質量，g；M為試樣質量損失，g。

1.2 性能分析

在檢測試驗中發現體積密度低的產品，耐磨性也差，而體積密度越高，耐磨性能也越好。

通過對近20家生產廠不同批次的產品進行檢測，總結出耐磨性指標的評定標準。在國網北京電力建設研究院（現更名為“中國電力科學研究院”）企業標準Q/FSDYS013—2009《火電廠濕煙囪（煙道）用泡沫玻璃化磚、彈性密封粘結劑與基材處理劑》中對泡沫玻璃化磚耐磨性指標的規定如表1。

2 抗熱震性檢測與分析

2.1 試驗方法

抗熱震性試驗方法采用YB/T376.1耐火制品抗熱震性試驗方法（水急冷法）。試驗溫度為250℃±10℃。該試驗的原理為：在規定的試驗溫度和水冷介質條件下，一定形狀和尺寸的試樣，在經受急熱急冷的溫度突變后，通過測量其受熱端面破損程度來確定試樣的抗熱震性。

表1 泡沫玻璃化磚的技術條件Tab.1 Foamed vitrified brick technical specifications

設備：抗熱震穩定性試驗爐和流動水槽。

試樣：每次試驗需取3塊試樣進行平行試驗或經有關方面協商。試樣尺寸 （230～240）mm×（70～120）mm×厚度，不得有因制樣而造成的裂紋等缺陷，否則需重新制樣。

試驗步驟：(1)試驗前在105～110℃溫度下，將試樣干燥至恒重。(2)裝樣。要保證試樣50 mm長能夠經受急冷急熱。用方格網測量試樣受熱端面的方格數。(3)試樣急熱過程。將加熱爐加熱到250℃±10℃保溫15 min后，迅速將試樣移入爐膛內。試樣在250℃下保持20 min。(4)試樣急冷過程。試樣急熱后，迅速將其受熱端浸入5～35℃流動的水中，試樣在水槽中急劇冷卻3 min后立即取出，在空氣中放置時間5 min。試樣急冷時，應及時關閉爐門，使爐溫保持在250℃±10℃。(5)試樣反復進行急熱急冷過程，直至破壞或達到規定的急熱急冷次數后，試驗結束。(6)試驗數據處理。

試樣受熱端面破損率的計算，用方格網直接測量試驗前試驗受熱端面的方格數A1和試驗后破損的方格數A2，按公式(2)計算試樣的受熱端面破損率：(2)式中：P為試樣的受熱端面破損率，%；A1為試驗前試驗受熱端面的方格數；A2為試驗后破損的方格數。

破損率取整數，當P=（50±5）%時，稱試樣受熱端面破損一半。在急冷過程中，試樣受熱端面破損一半時，該次急冷急熱循環作為有效計算。

2.2 性能分析

在檢測試驗中發現體積密度低的產品，抗熱震性也差，而體積密度越高，其強度也高，從而抑制了破壞應力的作用，抗熱震性能也越好。另外，從目前檢測情況看，抗熱震性存在不可忽視的問題，就是由于生產廠家對燒成工序冷卻階段的降溫工藝控制不穩定，使產品內部的熱應力消除的不好，在第1次急熱過程中就出現爆裂等現象，造成抗熱震性不合格，應當引起各方的高度重視。

耐磨性、抗熱震性對火電廠濕煙囪用泡沫玻璃化磚來講是很重要的技術指標，其考核方法和評定標準還需要進一步的探討。同時也希望各生產單位能進一步提高產品的生產工藝，提高產品質量，有效保證濕煙囪防腐體系的安全運行和使用壽命。

[1]Q/FSDYS013—2009火電廠濕煙囪（煙道）用泡沫玻璃化磚、彈性密封粘結劑與基材處理劑[S].

[2]趙宇航，徐麗，李震，等.脫硫煙囪防腐材料產品檢測與分析[C].火力發電廠脫硫煙囪防腐技術研討會技術交流論文.

[3]趙強，程路，王艷麗，等.電廠高溫材料常用的壽命預測方法概述[J].電力建設，2008，29(7)：1-4.

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[5]DL 776—2001火力發電廠保溫材料技術條件[S].

[6]GB/T 183016—2001耐火材料常溫耐磨性試驗方法[S].

[7]GB/T 17911.8—2002耐火陶瓷纖維制品導熱系數試驗方法[S].

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[9]GB/T 7320.1—2000耐火材料熱膨脹試驗方法頂桿法[S].

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