锅炉耐火层结构改进

梁国欣

摘 要：该文通过对锅炉折焰角及省煤器支撑梁耐火层脱落原因进行分析，提出相应改进设计并予以实施，新耐火层结构使用后，有效隔绝了高温烟气火焰的直接烘烤，为锅炉安全运行提供了保证。

关键词：锅炉 折焰角 支撑梁 耐火层

中图分类号：TK229 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）07（b）-0060-02

河钢宣钢公司设备能源部2 500 m3高炉鼓风机站6#160 t/h全燃气锅炉消化富余的高炉煤气，生产中温中压蒸汽供给汽轮鼓风机、汽轮发电机做功和发电。锅炉折焰角是位于锅炉炉膛与水平烟道交界处的特殊炉墙，它使炉内火焰分布更加均匀，完善了炉内高温烟气对炉膛出口受热面的冲刷程度，减少了炉膛上部的死滞区，同时折焰角延长了锅炉水平烟道，便于布置更多受热面，提高工质吸热比例。

省煤器支撑梁是用来承受省煤器及其内部工质整体重量的钢梁，其处于高温烟气的环境中，为保证其工作强度，钢梁通常做成空心（因此也称空心梁），采用负压的方式使冷空气通过，对钢梁进行冷却。除此之外，还采用耐火混凝土隔绝高温烟气的热量，使空心梁的强度能够保证省煤器及锅炉的运行安全。

1 详细技术内容

1.1 总体思路

结合锅炉运行燃烧情况，分析出相关部位耐火层脱落的原因，针对主要原因找出传统耐火层结构设计上的缺陷，扬长避短重新设计耐火层零部件及结构，并由新设计的图纸指导耐火层修复施工。

1.2 技术方案

1.2.1 传统耐火层脱落的原因分析

折焰角易脱落区原耐火层是由抓钉钢筋网、耐火混凝土层、珍珠岩保温板层组成的。抓钉朝向斜下方焊接固定在水冷壁管上，耐热钢筋又焊接在上距水冷壁管30 mm的抓钉上，通过编排形成的钢筋网被浇筑在耐火混凝土内部，同时混凝土也将水冷壁管下半部浇筑在内，上半部分裸露在烟道中（半包围结构）。抓钉长出的部分用以固定珍珠岩保温板。在耐火层施工时，水冷壁管、抓钉及耐热钢筋需要刷一层1～2 mm厚的沥青漆，以保证在耐热钢筋受热膨胀时不会胀碎混凝土层，但锅炉运行时，折焰角处烟气温度最高可达到850 ℃以上，沥青很快被烧尽，留下膨胀缝，这样就导致耐火混凝土与水冷壁管、抓钉、耐热钢筋的剥离，其结合强度大大降低；另一方面，高温烟气沿着膨胀缝直接与抓钉及耐热钢筋接触，并在长时间的作用下被炉膛中氧、硫等发生反应，逐渐失去了金属性能，脆化、脱碳、氧化，加上炉膛内烟气流动导致的振动，最终在重力作用下耐火层大面积脱落，烟气穿折焰角而过，折焰角失去了其应有的作用。

从省煤器支撑梁（空心梁）耐火层脱落的特征分析，脱落的耐火层较为完整，碎块较少，脱落后的空心梁壁面光滑。其原设计为吊挂装置固定的耐火混凝土，由于空心梁顶部有省煤器固定支架等部件的阻碍，耐火层浇筑施工难度较大，导致空心梁顶部耐火层浇筑较薄，且被省煤器固定支架等部件分割成若干区域，不能浇筑成为整体，结构强度大大降低，加上高温烟气自上而下的不断冲刷作用，吊挂装置暴露在烟气中。当吊挂装置被灼蚀，而空心梁壁面光滑有没有足够强的结合力来支撑耐火层的重量时，就导致了空心梁耐火层整体脱落。

1.2.2 耐火层结构的改进设计

经过论证分析，导致折焰角处耐火层脱落的主要因素为传统耐火层结构的混凝土的自承重性差，抓钉和钢筋网的组织不合理，易与高温烟气接触。现分别对折焰角和空心梁耐火层进行改进。

本着不与烟气接触的原则，将原来水冷壁管上的抓钉割短为30 mm，并去掉灼蚀的表面。制作新型挂钩，采用挂钩搭在水冷壁管上，耐热钢筋挂于Ω型挂钩上的方式编织耐热钢筋网。

折焰角易脱落区的耐火混凝土由原来的下半部包围结构改为上下全包围结构，改变耐火材料和保温材料共同使用的方式，去掉强度较差的珍珠岩保温板，整个区域全部使用耐火混凝土将折焰角处的水冷壁管、抓钉和耐热钢筋网包裹在其中，使耐火层形成了强度较高的整体结构。在浇筑混凝土前，抓钉、水冷壁管、耐热钢筋网均涂沥青以保证足够的膨胀缝，这样既杜绝了与高温烟气的接触又满足了金属结构在混凝土内部的膨胀要求。

空心梁耐火层的吊挂装置施工上存在不可避免的缺陷，既不能保证梁顶部混凝土的完整性，又不能避免吊挂装置与高温烟气接触，且空心梁壁面过于光滑，无法与混凝土有效结合，经过论证放弃吊挂的型式，改用抓钉固定的方式。

采用φ8耐热钢筋制作V型抓钉并焊接在空心梁前、后、下三面上，抓钉上涂沥青后，混凝土浇筑厚度盖过V型抓钉（见图1），加强梁顶部省煤器支架周围混凝土厚度及施工精度，保证耐火层的结构强度和隔热能力。

2 实施效果

原耐火层在投产后2年就出现了裂缝、轻微脱落现象，第3年脱落现象严重，省煤器支撑梁整体脱落，火焰和高温烟气直接穿折焰角而过，导致过热器和尾部受热面管壁超过正常温度100 ℃，炉膛前方顶部出现烟气死滞区，排烟温度195 ℃。该项目2012年4月5日投入正常生产。新改进的耐火层在投用2年后，依然如刚竣工时完整，没有出现裂缝和脱落现象，折焰角内部温度稳定在200 ℃以内，排烟温度170 ℃。

省煤器支撑梁在应用新的耐火层结构后，隔绝了高温烟气火焰的直接烘烤，根据对省煤器支撑梁出口同一点进行的温度测量显示，冷却风温度由126 ℃降低到48 ℃，反映了耐火层起到了良好的隔热作用，支撑梁的温度大幅降低，保证了梁的支撑强度，为省煤器运行安全提供了保证。

3 经济效益

改造后由于耐火层结构的改变，锅炉散热损失和排烟热损失有所减少。对改造前后运行数据的统计显示，6#锅炉蒸汽高炉煤气单耗由原来的1 007 m3/t降低至998 m3/t，6#炉年蒸汽产量118.8万t，因此年节约高炉煤气量：（1007-998）×118.8=1069.2 万 m3/年，高炉煤气单价为0.12元/m3，年节约蒸汽成本资金约：1069.2×0.12=128.3 万元，项目总投资5.4万元按5年折旧计算，年经济效益为：128.3万元-（5.4/5）万元=127.22 万元/年。

4 结语

此次耐火层结构的改进丰富了工业锅炉行业耐火层的结构型式，为今后锅炉耐火保温施工提供了更多的选择方案。锅炉尾部烟道受热面温度和排烟温度的降低不仅使受热面本身的运行更加安全，减少了因受热面超温破坏而停炉的几率，也降低了吨蒸汽的煤气消耗量。

参考文献

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