一种新的异形蓄热砖砌筑施工方法及应用

秦晨 QIN Chen

（沈阳飞驰电气设备有限公司，沈阳 110168）

0 引言

随着北方地区煤改电供暖工作的推进，固体电蓄热装置作为一种清洁能源供热产品得到了广泛的应用。2022年，国家发展改革委、国家能源局《“十四五”现代能源体系规划》（发改能源〔2022〕210 号）中提到：要推进风电和太阳能发电大规模开发和高质量发展，构建清洁低碳、安全高效的电力系统，优先就地利用，有序淘汰煤电落后产能，积极稳妥推进北方地区冬季清洁取暖，按照宜电则电的原则，加大配电网改造升级力度，保障电力供应，条件适宜地区积极推进蓄热电锅炉等新型电采暖设备[2]。

国家发展改革委等十部门《关于进一步推进电能替代的指导意见》（发改能源〔2022〕353 号）中提到：要积极推广工商业、农业农村等重点领域电能替代，在终端能源消费领域用电能替代煤炭、石油、天然气，提高电能占终端能源消费比重，继续推进清洁取暖，在现有集中供热管网难以覆盖的区域，推广蓄热式电锅炉、分散式电暖气等电采暖，助力重点区域散煤清零，不断完善电能替代支持政策，加强规划统筹衔接，增强电力供应与服务保障，加大投融资支持力度，完善价格和市场机制，强化节能环保降碳刚性约束[3]。

固体电蓄热装置中的蓄热体是由蓄热砖砌筑而成，蓄热砖是构成蓄热体的最小蓄热单元，利用蓄热砖在升温或降温过程中的温差实现热能存储，在整个工作温度范围内，蓄热砖始终保持固定形态，蓄热砖材质选用成本造价低的镁基耐火材料为基础（氧化镁含量不低于92%），并添加纳米微晶材料，1600℃高温烧制而成，蓄热砖密度≥3.0g/cm3，荷重软化温度≥1550℃，常温耐压强度≥50MPa，蓄热砖可塑性强，可根据使用要求定制多种款式，并具有蓄热能力强、性能稳定、使用寿命长等优点[4]。考虑到高电压电气绝缘性能与高温使用环境，蓄热砖一般采用直接搭接的方式进行人工砌筑。由于砌筑是在保温层上直接测放线后形成作业，在砌筑作业时，一方面蓄热砖自身没有定位装置，需要人工多块拼装的误差大，仅依靠自身重力搭接而成的蓄热体稳定性差；另一方面蓄热体前后左右四个面的平整度控制不易实现，这就会导致蓄热体在实际运行过程中受热胀冷缩影响大，容易发生倾斜、倒塌问题，不仅会影响固体电蓄热装置的使用功能，还有可能造成严重的安全事故。而蓄热体作为固体电蓄热装置的核心单元，其砌筑作业质量要求高，尤其是平整度和稳定性要求极高，这就需要在砌筑时采用新结构和新工艺来保证施工效果。

1 施工方法创新思路

为了解决现有蓄热砖砌筑施工中存在的技术问题，采用新研发的异形蓄热砖（零号砖、一号砖和二号砖）按照一定的排列顺序进行蓄热体的砌筑施工，蓄热砖与蓄热砖之间具有双重定位装置，即蓄热砖顶面与底面均带有凹凸卡槽，能够有效限制上下块蓄热砖之间的前后左右相对位移；并且在偶数层采用半块蓄热砖的砌筑形式，在保证砖块之间互锁的同时，能够使得上下两侧层之间相互咬合，让每一组层都构成一个稳定的砖层结构，解决了多层蓄热砖摆放后，相邻两列蓄热砖之间的稳定问题。相对于现有蓄热砖型堆砌稳定性差和施工时间长的不足，本结构的蓄热体不仅能够满足蓄热放热功能，而且自带定位结构，增加蓄热体的稳定性，定位结构也可替代拉线的作用，缩短施工周期，提高安装效率。

2 施工方法及其应用

新研发的异形蓄热砖由三种砖型构成：零号砖、一号砖和二号砖，蓄热砖的结构如图1-图3 所示，并将三种异形蓄热砖按照一定的排列顺序进行砌筑，砌筑施工方法如图4-图7 所示，具体施工步骤如下：

图1 零号砖结构图

①零号砖结构如图1 所示，零号砖10 由正方体的砖体1 和两条平行的支撑楞4 构成，砖体顶面分为4*4 个正方形的方格2，在奇数排的奇数列与偶数排的偶数列的方格2 上设有凸台3，这样在没有设置凸台3 的方格2 处自然形成一个能与凸台3 配合的凹槽，在两个砖体顶面贴合时，凸台3 与凹槽配合，从而限制了蓄热砖前后左右四个方向的移动，在零号砖的底面设有两条平行的支撑棱4，支撑棱4 的截面呈等腰梯形，支撑棱4 与砖体1 为一体结构。在支撑棱4 上分别设有凸起的圆台5 和凹陷的圆台孔6，两个支撑棱4 上的圆台5 位于砖体1 的同一条对角线上，两个支撑棱4 上的圆台孔6 位于砖体1 的另一条对角线上，圆台5 与圆台孔6 的圆心距为砖体1 边长的一半。在两个砖体底面贴合时，通过圆台5 与圆台孔6 的配合，同样也限制了上下两个蓄热砖在前后左右四个方向上的移动，相邻两个支撑棱4 之间形成的通道7 同时为电热丝的安装通道和散热通道。

②一号砖结构如图2 所示，一号砖11 就是在纵向上将零号砖10 分成两个大小相同的砖体，任意一个定义为一号砖11，在蓄热体的砌筑过程，左右两侧可以砌筑一号砖11，实现纵向的上下蓄热层的压缝。

图2 一号砖结构图

③二号砖结构如图3 所示，二号砖12 就是在横向上将零号砖10 分成两个大小相同的砖体，任意一个定义为二号砖12，在蓄热体的砌筑过程中，前后两侧可以砌筑二号砖12，实现横向的上下蓄热层的压缝。通过零号砖、一号砖和二号砖的搭配使用，能够使得上下两侧层之间相互咬合，让每一组层都构成一个稳定的砖层结构，解决了多层砖摆放后，相邻两列砖之间的稳定问题。

图3 二号砖结构图

④A1 层铺设如图4 所示，A1 层为蓄热体的奇数层，也是蓄热体的起始层，该层全部由零号砖铺装而成，横向与纵向上的砖块数量和层数根据固体电蓄热装置的蓄热量计算得出。A1 层的蓄热砖顶面朝下，支撑楞朝上，主要为了增加蓄热体与底部保温层的接触面积，保证蓄热体的稳定性，而且A1 层的支撑楞与A2 层的支撑楞相互配合，正好形成蓄热体所需的风道孔和电加热丝安装孔。

图4 A1 层铺设结构图

⑤A2 层铺设如图5 所示，A2 层为蓄热体的偶数层，该层由零号砖、一号砖、二号砖三种砖型按一定的顺序铺装而成，在A2 层的左右两侧铺设一号砖，前后两侧铺设二号砖，中间的区域全部铺设零号砖，其中A2 层的蓄热砖的顶面朝上，支撑楞朝下，正好与A1 层蓄热砖配合。A2层的整体尺寸与A1 层尺寸一样，保证上下两层配合的一致性。

图5 A2 层铺设结构图

⑥A 层级单元结构如图6 所示，A1 层朝上的支撑楞与A2 层朝下的支撑楞配合，构成一个稳定的A 层级单元，A2 层采用半块蓄热砖的砌筑形式，在保证互锁的同时，能够使得上下两侧层之间相互咬合，让每一组层都构成一个稳定的砖层结构，解决了多层砖摆放后，相邻两列砖之间的稳定问题。并且相邻两个支撑棱之间形成的通道同时为电热丝的安装通道和散热通道。

图6 A 层级单元结构图

⑦蓄热体的结构如图7 所示，整个蓄热体由若干个A层级单元组成，A 层级单元之间利用砖体顶部凸台与凹槽配合，形成一个稳定的蓄热体结构。蓄热体所形成的孔洞用于安装电加热丝，A、B、C 三相电加热丝的联结采用“星接”方式，每一相均连接相同数量的加热丝，且串并联方式一致，确保正常工作时电力负荷的三相平衡。蓄热体的长度、宽度、高度以及所形成孔洞数量均根据固体电蓄热装置的蓄热量计算得出。

图7 蓄热体结构图

3 施工方法的技术优势

①该施工方法利用具有双重定位功能的异形蓄热砖按照一定的排列顺序进行蓄热体的砌筑施工，可达到已铺蓄热砖的位置稳定，后续砌筑的蓄热砖位置准确且预留缝隙和平整度一致；并且相邻两个支撑棱之间形成的通道同时为电热丝的安装通道和散热通道，所构成的通道大小均匀一致，且上下层之间孔洞距离一致，方便电加热丝的安装与联结，也保证了高电压电源接入后，层间电压的绝缘性能；也有利于循环空气在蓄热体散热通道内流动的均匀性，能够将蓄热体存储的热能均匀置换出去。

②通过蓄热砖顶部的定位方块和底部的定位圆台，无论是蓄热砖之间的顶部贴合还是底部贴合，均可实现蓄热砖的位置限制，保证蓄热砖在前后左右四个方向都无法移动；较好的保证了蓄热体在受热胀冷缩影响时不会发生较大的倾斜与位移。

③通过零号砖、一号砖和二号砖的搭配使用，能够使得上下两层之间错缝搭接，并且相互咬合，让每一组层都构成一个稳定的砖层结构，解决了多层砖摆放后，相邻两列砖之间的稳定问题。使得整个蓄热体更加牢固稳定，不易发生倾斜、倒塌问题。

④该砌筑方法使得蓄热体的砌筑易于实现，能够满足快速施工，提高施工效率的目的；快速有序的施工过程，能够减少安装环节、节约材料、缩短工期、降低成本，并能够提高固体电蓄热装置的质量，保证装置使用的安全性和高效性。

4 结语

针对蓄热体现有砌筑方法存在的不足问题。采用新研发的异形蓄热砖按照一定的排列顺序进行蓄热体的砌筑施工。该施工方法利用异形蓄热砖之间的互锁来增加蓄热体稳定性，定位结构也可以替代拉线的作用，其中零号砖、一号砖和二号砖的搭配使用，能够使得上下两层之间错缝搭接，并且相互咬合，让每一组层都构成一个稳定的砖层结构，解决了多层砖摆放后，相邻两列砖之间的稳定问题，使得整个蓄热体更加牢固稳定，不易发生倾斜、倒塌问题。由此可见，该异形蓄热砖以及采用的砌筑施工方法，既能满足蓄热砖的工整砌筑、稳定牢固，又能减少误差，实现整个蓄热体的稳定性控制，且能同时满足蓄热体使用要求，并有效提高蓄热砖的砌筑速度和效率。