鍋爐耐火層結構改進

梁國欣

摘 要：該文通過對鍋爐折焰角及省煤器支撐梁耐火層脫落原因進行分析，提出相應改進設計并予以實施，新耐火層結構使用后，有效隔絕了高溫煙氣火焰的直接烘烤，為鍋爐安全運行提供了保證。

關鍵詞：鍋爐 折焰角 支撐梁 耐火層

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（b）-0060-02

河鋼宣鋼公司設備能源部2 500 m3高爐鼓風機站6#160 t/h全燃氣鍋爐消化富余的高爐煤氣，生產中溫中壓蒸汽供給汽輪鼓風機、汽輪發電機做功和發電。鍋爐折焰角是位于鍋爐爐膛與水平煙道交界處的特殊爐墻，它使爐內火焰分布更加均勻，完善了爐內高溫煙氣對爐膛出口受熱面的沖刷程度，減少了爐膛上部的死滯區，同時折焰角延長了鍋爐水平煙道，便于布置更多受熱面，提高工質吸熱比例。

省煤器支撐梁是用來承受省煤器及其內部工質整體重量的鋼梁，其處于高溫煙氣的環境中，為保證其工作強度，鋼梁通常做成空心（因此也稱空心梁），采用負壓的方式使冷空氣通過，對鋼梁進行冷卻。除此之外，還采用耐火混凝土隔絕高溫煙氣的熱量，使空心梁的強度能夠保證省煤器及鍋爐的運行安全。

1 詳細技術內容

1.1 總體思路

結合鍋爐運行燃燒情況，分析出相關部位耐火層脫落的原因，針對主要原因找出傳統耐火層結構設計上的缺陷，揚長避短重新設計耐火層零部件及結構，并由新設計的圖紙指導耐火層修復施工。

1.2 技術方案

1.2.1 傳統耐火層脫落的原因分析

折焰角易脫落區原耐火層是由抓釘鋼筋網、耐火混凝土層、珍珠巖保溫板層組成的。抓釘朝向斜下方焊接固定在水冷壁管上，耐熱鋼筋又焊接在上距水冷壁管30 mm的抓釘上，通過編排形成的鋼筋網被澆筑在耐火混凝土內部，同時混凝土也將水冷壁管下半部澆筑在內，上半部分裸露在煙道中（半包圍結構）。抓釘長出的部分用以固定珍珠巖保溫板。在耐火層施工時，水冷壁管、抓釘及耐熱鋼筋需要刷一層1～2 mm厚的瀝青漆，以保證在耐熱鋼筋受熱膨脹時不會脹碎混凝土層，但鍋爐運行時，折焰角處煙氣溫度最高可達到850 ℃以上，瀝青很快被燒盡，留下膨脹縫，這樣就導致耐火混凝土與水冷壁管、抓釘、耐熱鋼筋的剝離，其結合強度大大降低；另一方面，高溫煙氣沿著膨脹縫直接與抓釘及耐熱鋼筋接觸，并在長時間的作用下被爐膛中氧、硫等發生反應，逐漸失去了金屬性能，脆化、脫碳、氧化，加上爐膛內煙氣流動導致的振動，最終在重力作用下耐火層大面積脫落，煙氣穿折焰角而過，折焰角失去了其應有的作用。

從省煤器支撐梁（空心梁）耐火層脫落的特征分析，脫落的耐火層較為完整，碎塊較少，脫落后的空心梁壁面光滑。其原設計為吊掛裝置固定的耐火混凝土，由于空心梁頂部有省煤器固定支架等部件的阻礙，耐火層澆筑施工難度較大，導致空心梁頂部耐火層澆筑較薄，且被省煤器固定支架等部件分割成若干區域，不能澆筑成為整體，結構強度大大降低，加上高溫煙氣自上而下的不斷沖刷作用，吊掛裝置暴露在煙氣中。當吊掛裝置被灼蝕，而空心梁壁面光滑有沒有足夠強的結合力來支撐耐火層的重量時，就導致了空心梁耐火層整體脫落。

1.2.2 耐火層結構的改進設計

經過論證分析，導致折焰角處耐火層脫落的主要因素為傳統耐火層結構的混凝土的自承重性差，抓釘和鋼筋網的組織不合理，易與高溫煙氣接觸。現分別對折焰角和空心梁耐火層進行改進。

本著不與煙氣接觸的原則，將原來水冷壁管上的抓釘割短為30 mm，并去掉灼蝕的表面。制作新型掛鉤，采用掛鉤搭在水冷壁管上，耐熱鋼筋掛于Ω型掛鉤上的方式編織耐熱鋼筋網。

折焰角易脫落區的耐火混凝土由原來的下半部包圍結構改為上下全包圍結構，改變耐火材料和保溫材料共同使用的方式，去掉強度較差的珍珠巖保溫板，整個區域全部使用耐火混凝土將折焰角處的水冷壁管、抓釘和耐熱鋼筋網包裹在其中，使耐火層形成了強度較高的整體結構。在澆筑混凝土前，抓釘、水冷壁管、耐熱鋼筋網均涂瀝青以保證足夠的膨脹縫，這樣既杜絕了與高溫煙氣的接觸又滿足了金屬結構在混凝土內部的膨脹要求。

空心梁耐火層的吊掛裝置施工上存在不可避免的缺陷，既不能保證梁頂部混凝土的完整性，又不能避免吊掛裝置與高溫煙氣接觸，且空心梁壁面過于光滑，無法與混凝土有效結合，經過論證放棄吊掛的型式，改用抓釘固定的方式。

采用φ8耐熱鋼筋制作V型抓釘并焊接在空心梁前、后、下三面上，抓釘上涂瀝青后，混凝土澆筑厚度蓋過V型抓釘（見圖1），加強梁頂部省煤器支架周圍混凝土厚度及施工精度，保證耐火層的結構強度和隔熱能力。

2 實施效果

原耐火層在投產后2年就出現了裂縫、輕微脫落現象，第3年脫落現象嚴重，省煤器支撐梁整體脫落，火焰和高溫煙氣直接穿折焰角而過，導致過熱器和尾部受熱面管壁超過正常溫度100 ℃，爐膛前方頂部出現煙氣死滯區，排煙溫度195 ℃。該項目2012年4月5日投入正常生產。新改進的耐火層在投用2年后，依然如剛竣工時完整，沒有出現裂縫和脫落現象，折焰角內部溫度穩定在200 ℃以內，排煙溫度170 ℃。

省煤器支撐梁在應用新的耐火層結構后，隔絕了高溫煙氣火焰的直接烘烤，根據對省煤器支撐梁出口同一點進行的溫度測量顯示，冷卻風溫度由126 ℃降低到48 ℃，反映了耐火層起到了良好的隔熱作用，支撐梁的溫度大幅降低，保證了梁的支撐強度，為省煤器運行安全提供了保證。

3 經濟效益

改造后由于耐火層結構的改變，鍋爐散熱損失和排煙熱損失有所減少。對改造前后運行數據的統計顯示，6#鍋爐蒸汽高爐煤氣單耗由原來的1 007 m3/t降低至998 m3/t，6#爐年蒸汽產量118.8萬t，因此年節約高爐煤氣量：（1007-998）×118.8=1069.2 萬 m3/年，高爐煤氣單價為0.12元/m3，年節約蒸汽成本資金約：1069.2×0.12=128.3 萬元，項目總投資5.4萬元按5年折舊計算，年經濟效益為：128.3萬元-（5.4/5）萬元=127.22 萬元/年。

4 結語

此次耐火層結構的改進豐富了工業鍋爐行業耐火層的結構型式，為今后鍋爐耐火保溫施工提供了更多的選擇方案。鍋爐尾部煙道受熱面溫度和排煙溫度的降低不僅使受熱面本身的運行更加安全，減少了因受熱面超溫破壞而停爐的幾率，也降低了噸蒸汽的煤氣消耗量。

參考文獻

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