锅炉炉墙与保温.docx
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锅炉炉墙与保温
锅炉炉墙与保温
1炉墙及常用材料
1.1炉墙的作用与要求
1.1.1墙的作用
锅炉燃烧的全部烟气是通过炉墙围成的通道而排出，炉墙起着绝热、保温、密封的作用。
1.1.2炉墙的基本要求
1）炉墙结构必须具有良好的保温性能。
锅炉的散热损失很大程度上取决于炉墙的结构和炉墙材料的合理选用。
为了提高锅炉运行的经济性和安全性，炉墙的外表温度和最大热流在电力工业生产管理有关规程中曾有明确规定：
当周围空气温度为25℃时，燃烧室、过热器、省煤器及空气预热器等保温层的表面温度一般不超过60℃。
热损失相应地不应超过3000ka/m2.h。
因此要求炉墙首先有良好的绝热性。
2）足够的严密性：
对于200MW以上大容量机组的锅炉，炉墙机积一般在3000m2以上。
炉墙的接缝长度少则以100m计，多则以1000m计，大小穿墙结构很多。
因此炉墙的严密性不但表现在大面积炉墙抗冷空气或气渗透的能力，更重要的是表现在炉墙接缝与穿墙等特殊部位的密封效果。
在负压锅炉中冷空气侵入炉内，即所谓“漏风”，会增加排烟损失，造成引风机电耗增加，并且恶化了炉内燃烧过程。
对于正压锅炉，如果炉墙严密性差，会使大量烟灰泄漏，甚至使高温烟气喷出，当炉墙漏热严重时，还会使锅炉的某些构件和保温层烧损。
其结果不但污染环境卫生，恶化了运行条件，还直接影响电厂的安全经济运行。
所以严密性是锅炉炉墙应具备的最基本的也是最重要的技术条件之一。
3）耐火性和耐热性：
耐火性是指炉墙耐火层直接处在高温烟气下工作，因此具有足够的高温性能，亦即须具有足够的高温强度、热振稳定性以及对熔渣、烟气物理化学作用的抗渣性。
耐热性是指敷管式炉墙的隔热保温层应能保持良好的热物理性能，即在热状态下不燃烧不变形，不产生有害气体、不降低绝热能力，并且有足够的剩余强度。
4）一定的机械强度：
锅炉运行中，炉墙将受到一系列机械的作用。
炉内火焰的脉动，会引起炉墙的振动；运行工况恶化产生的爆燃对炉墙是一个很大的破坏力。
为此除要求炉墙材料须具有足够的强度外，还要求炉墙结构本身具有一定的机械强度。
1.2耐火材料
为了保证检修质量，减少散热损失，必须正确地选用各种材料。
1.2.1粘土质耐耐火砖：
1）粘土质耐火砖又称：
烧粘土砖，通常是用硬质粘土通过煅烧作为瘠化剂，以软质粘土作为结合剂而制成的。
它在蒸汽炉中应用最广泛。
粘土质耐火砖的原料多属于高岭石砖，基本组成中高岭石，其中约含Al2O339.5%，SIO246.54%，H2O13.96%,煅烧后约含Al2O346%，SiO254%。
高岭石砖的比重为2.58～2.59g/cm2，颜色为白色。
2）粘土质耐火砖的物理、化学指标：
牌号
CON-40
CON-40
耐火度不低于（℃）
1730
1690
常温耐压强度不小于（MPa）
20
15
热稳定性不小于（次数）
15
10
重烧线收缩率（%）
1400℃，2小时不大于
0.5
1350℃，2小时不大于
0.5
显气孔率（%）不大于
26
26
1.2.2耐火粘土：
其定义：
化学成分以及性能见粘土质耐火砖所述的生料，是未经过煅烧的原矿物质。
它的用途大部分做为粘土质耐火、粘土质耐火泥以及混凝土等的结合粘土用，单独使用时其残余收编性较大。
此外，还有各级“矾土”，也属于硬质粘土类，质地比较硬而且密度比较大，可用作高级耐火材料。
1.2.3粘土质耐火泥：
它也叫“耐火混合土”，因它是由熟料和耐火粘土按百分比配制面成的耐火泥。
按“国标（GB）396-63”适用于砌粘土质耐火制品的耐火泥，根据理化指标分为：
（NF）-40、（NF）-38、（NF）-34及（NF）-28四种牌号，见下表所列，按其颗粒组成则分为粗粒耐火泥，中粒耐火泥、细粒耐火泥及高炉耐火泥四类。
它的用途是填充砖缝，使砖与砖之间结合成整体，防止透气并要求有一定的结合强度。
砖缝是砌体中最薄弱的环节，所以对耐火泥有一定的要求：
加水调配到一定的稠度后，应该具有良好的塑性和粘着力，有足够的耐火度和荷重变形温度，干燥过程中收缩不大，并有熔接砖块的性能，且气孔率小。
1）耐火泥的理化指标：
指标
牌号及数值
（NF）-40
（NF）-38
（NF）-34
（NF）-28
耐火度（℃）
≥1730
≥1690
≥1650
≥1580
含水量（%）
≤6
≤6
≤6
≤6
2）耐火泥的颗粒组成：
通过筛选（粒径）
高炉火泥
细粒火泥
中粒火泥
粗粒火泥
不小于0.125mm
65%
50%
25%
15%
不小于0.5mm
100%
97%
—
—
不小于1.0mm
—
100%
97%
—
不小于2.0mm
—
—
100%
97%
不小于2.8mm
—
—
—
100%
3）耐火泥中熟料与结合（耐火）粘土的含量：
名称
高炉及细粒耐火泥
中粒耐火泥
粗粒耐火泥
熟料（%）
80～85
75～80
65～75
生料（%）
15～20
20～25
25`～35
4）耐火混凝土的物理性能：
序号
耐火混凝土名称
容重
kg/m3
炔干强度kg/m3
高温耐压强度
热稳定系数
更高工作温度（℃）
加热温度（℃）
强度（MPa）
（1）
烧粘土硅酸盐水泥耐火混凝土
1800～1900
100～150
800.0
40～80
20～50
1100～1200
（2）
烧粘土矿渣硅酸盐水泥耐火混凝土
1800～1900
100
700
30～60
20～25
700
（3）
矿砂矾土水泥耐火混凝土
3100～3200
150～200
800
50～80
6～8
1400
（4）
烧粘土矾土水泥耐火混凝土
1800～1900
100～150
800
40～80
20～25
1200～1300
5）各种耐火混凝土的组成：
序号
耐火混凝土名称
每立方米耐火混凝土用量
材料名称
组成部分
（1）
烧粘土硅酸盐水泥耐火混凝土
硅酸盐水泥（#400以上）
300（kg）
烧粘土（或矾土熟料）磨细掺合料
300（kg）
烧粘土细骨料
500（kg）
烧粘土粗骨料
700（kg）
（2）
烧粘土矿渣硅酸盐水泥耐火混凝土
矿湘硅酸水泥（#400以上）
300（kg）
烧粘土细骨料
750（kg）
烧粘土粗骨料
750（kg）
（3）
铭矿砂矾水泥耐火混凝土
矾土水泥
300（kg）
铭矿砂细骨料
1200（kg）
铭矿砂粗骨料
1200（kg）
（4）
烧粘土矾土水泥耐火混凝土
矾土水泥
300（kg）
烧粘土细骨料
750（kg）
烧粘土粗骨料
570（kg）
6）δ60mm以上厚度耐火混凝土骨料配比：
骨料名称
颗料直径（mm）
配合百分比（%）
粗骨料
5～10
55～60
粗骨料
10～20
40～50
细骨料
0.5～1.2
55～60
细骨料
1.2～5
40～45
7）δ60mm以下厚度耐火混凝土骨料配比：
骨料名称
颗料直径（mm）
配合百分比（%）
粗骨料
8～6
30
粗骨料
6～3
20
细骨料
3～1
35
细骨料
＜1
15
1.2.4其它：
除了上面介绍几种耐火材料外，还有一些耐火材料，如：
高铝砖、硅砖、轻质耐火砖、碳化硅、捣打料、耐火涂料、磷酸铝胶凝材料，它们在电厂蒸汽锅炉的某些部位有时也被采用，例如：
燃油炉或天燃气炉的炉底以及高温区域也常用高铝砖；在砌筑蒸汽锅炉炉墙时用硅砖；轻质耐火砖在小容量锅炉上嵌于管子中间当隔火墙，或用在较大锅炉尾部烟道炉墙上等。
由于它们在电厂锅上应用不多，在此不详说。
1.3保温材料
1.3.1锅炉及热力设备之保温材料应符合的技术要求：
1）具有低的导热系数和较小的容重，对于主要保温材料应明确其导热系数方程式，容重一般不宜超过6000kg/m3。
2）具有一定的热容量和热稳定性，气孔率高并分布均匀，有机物、可燃物和水分含量应极少，吸水率低。
3）具有一定的机械强度和满足加工的可能性，耐压强度不应小于3kgf/cm2，并能承受一定的外力作用。
4）耐热温度不应低于使用温度范围，在长期工作中不变质，并对金属不发生化学腐蚀作用。
1.3.2保温体的抹面灰浆，应满足以下要求：
1）容重一般在800～1500kg/m3的范围内，但力求在1000kg/m3以下，耐压强度不于0.8MPa。
2）可燃性有机物含量不应大于15%，导热系数在50℃时，不超过0.3ka/（m2·h·℃）。
1.3.3保温材料分类`：
保温材料的原料可分为有机物和无机物两大类。
1）有机物保温材料：
有机物保温材料虽然具有较小的容重，价格便宜，但应用于超过去100℃的热表面上时很不稳定，不能作为热工设备的保温之用。
在此不作介绍。
2）无机物保温材料：
电厂采用的保温材料大多是无机物保温材料，而且绝多数是矿物质，它们的最高使用温度可达300～900℃，完全可以满足电厂热力系统的保温和锅炉炉墙的绝热。
3）保温材料的性能及选用：
a）硅藻土制品：
品名
容重
导热系数
耐压强度
最高使用
kg/m3
ka/m2·h·℃
MPa
℃
焙烧硅藻砖
500
0.10～0.12
6
900
600
0.12～0.14
8
900
700
0.15～0.17
10
900
泡沫硅藻土砖
350
0.072
6
350
400
0.083
8
850
121
b）石棉绳、石棉布：
b.1）石棉绳与石棉布的水分不大于3.5%,最高不得大于5.5%。
b.2）石棉绳的拉力强度径向不低于40kgf/cm2，纬向不低于17kgf/cm2。
附：
石棉含量、烧失量与最高使用温度的关系：
石棉含量（%）
烧失量（%）
最高使用温度（℃）
99～100
15
480
95～99
18
400
90～95
23
390
85～90
27
290
80～85
31
230
75～80
36
200
c）矿质棉及其制品：
c.1）软状矿质棉毡：
矿质棉毡常以玻璃丝布或牛皮质等做外层，以沥青作胶结剂的制品。
在室内使用时，其最高温度为60℃，在室外使用时其最高温度为200℃，以酸醇树脂作胶结剂的制品，最高使用温度为200～300℃。
c.2）璃棉毡：
最高使用温度为200～300℃。
c.3）韧细玻璃棉毡：
最高使用温度为350～400℃。
c.4）无碱超细玻璃棉毡：
最高使用温度为600～650℃。
d）硅石及其制品：
名称
容重（kg/m3）
耐压强度（MPa）
使用温度范围（℃）
膨胀硅石
148
1000～1100
石棉硅石
250
0.15～0.17
600
水泥硅石
400
5.5
＜600
水玻璃硅石
350
5.5
＜900
e）珍珠岩及其制品：
名称
容重
（kg/m3）
导热系数
（ka/m2·h·℃）
耐压强度
（MPa）
最高使用温度
（℃）
磷酸盐珍珠岩
200～250
0.038～0.045
0.6～1.0
800～1000
水玻璃珍珠岩
250～300
0.048～0.056
0.6～1.2
＜600
水泥珍珠岩
350～400
0.05～0.075
0.5～1.0
＜600
f）泡沫混凝土制品：
名称
容重（kg/m3）
耐压强度（MPa）
最高使用温度（℃）
水泥泡沫混凝土
400～500
0.5～0.6
250
煤炭泡沫混凝土
450～500
0.8～1.0
300～350
g）珍珠岩保湿混凝土的配比及其性能：
种类
体积配合比水泥膨胀珍珠岩
容重
（kg/m3）
导热系数
（ka/m2·h·℃）
最高使用温度
（℃）
1
1：
10
389
11.5
600
2
1：
12
360
10.5
600
注：
g.1）水泥用#300～#500的硅酸盐水泥或矾土水泥。
g.2）膨胀珍珠岩应用φ1～3mm的颗粒作骨料。
g.3）膨胀珍珠岩的容重采用120～160kg/m3。
h）保温混凝土的配合比：
种类
材料
颗粒及组成成分
配合比%
颗粒（mm）
%
1．
硅酸盐水泥松散石棉硅藻土制品碎料
#500
5～6级
10～16级
5～10级
5以下
25
50
25
15～25
60～70
25
2．
矾土水泥硅藻土制品碎料
#500
3～4
2～3
1～2
1以上
15
50
20
15
35
65
3．
矾土水泥矾土熟料膨胀硅石
（见注：
1）
1.2～5
0.3～1.2
0.3以下
1.
45
40
15
29
7
64
注：
h.1矾土熟料粒尺寸组成：
φ5～10mm，40%；φ1.2mm以下，30%。
h.2矾土熟料硅石混凝土的水灰比为1.2：
1。
i）保温混凝土性能：
种类
容重
（kg/m3）
导热系数
（ka/m2·h·℃）
耐压强度
（MPa）
使用温度范围
（℃）
1．
800～1000
0.25～0.30
0.8～1.2
＜600
2．
800～1000
0.25～0.30
0.8～1.2
＜900
3．
800～850
0.09～0.11
17～20
1450～1500
j）菱苦土密封涂料配比方法：
菱苦土密封涂料配比方法：
用于炉墙顶棚抹面用。
材料名称
规格
配方
菱苦土
350kg（20%）
石棉绒
4～5级
750kg（45%）
氯化镁
容重为1.2t/m3
600kg（35%）
k）高硅氧纤维的性能及使用方法：
高硅氧纤维：
高硅氧属于高级耐火材料，节能效果好，因此广泛地应用于宇航、航空、原子能等方面，高硅氧纤维具有弹力、比重轻、高耐火度的新型高温耐火材料，是国内外耐火材料工业中最有发展前途的一种材料工业，是最有发展前途的一种材料。
二氧化硅含量：
96%以上。
极限使用温度：
1100℃。
可靠使用温度：
1000℃。
应用范围：
用于炉墙、顶棚、穿墙管、两接触缝隙密封用。
l）硅酸铝制品的性能及使用方法：
硅酸铝毡可长期使用于1100℃以下，广泛地应用在冶金、机械、宇航业中，在电站用于炉顶棚炉墙保温，蒸汽管道保温，在同样温度下比其他保温材料导热率低30%，导热系数低，隔热性能好，用此材料保温可减薄1/2的保温厚度。
硅酸铝制品性能如下：
l.1）化学成分含量%：
A1203
Si02
Fe203
Ca0
Mg0
42～50
43～52
≤13
≤0.61
≤0.66
l.2）物理性能：
纤维长度
（mm）
纤维直径
（μm）
长期使用温度（℃）
最高使用温度
（℃）
耐火温度
（℃）
30～100
5～7
1100
1260
＜1750
l.3）容重:
250kg/m3。
l.4）导热系数≤0.11ka/m2·h·℃。
m）其它保温材料使用温度与硅酸铝制品的比较：
m.1）玻璃纤维：
一般使用温度450℃，最高使用温度580℃。
m.2）石棉：
最高使用温度620℃。
m.3）矿渣棉：
最高使用温度为830℃。
m.4）硅酸铝纤维：
一般使用温度1100℃，最高使用温度为1260℃。
1.4炉墙保温材料的验收与保管
1.4.1作用：
火电厂机组容量越大，耐火材料，绝热材料的用量也愈大。
目前装一台国产200MW机组，需要耗80～100m3耐火混凝土材料，3000～4000m3的绝热材料，600～800m3的抹面材料，对如此大量的材料，如果在验收和保管上不把好关，必将造成施工用料的混乱，并导致质量的低劣，因此，材料的保管与验收在整个工程起着十分重要的作用。
1.4.2绝热材料的检验：
1）绝热材料的检验：
a）规格检验。
b）外观检验绝热材料试拌的缺棱、掉角、裂纹、平整度、垂直度等。
2）绝热材料的质量含水率检验：
测量绝热材料在烘干至恒重状态下单位体积之重量。
3）绝热材料质量含水率检验：
测量绝热材料中所含水的质量与干材料质量之比。
4）绝热材料机械强度检验：
a）常用耐压强度的检验。
b）抗拉强度的检验
5）矿物棉热制品还有弹性恢复系数的测定，将被试样平放在硬质平坦表面上，测量自由状况下的厚度δ1,然后在试样上表面施加规定的荷重。
对于柔性制品，施加压力为2KPa，对于半硬质制品施加压力为5Kpa，试样施加荷重维护72h，释放压力，待厚度恢复下来后测其实际厚度δ2。
计算厚度恢复到原来厚度的百分比，即为该试样的弹性恢复系数。
1.4.3耐火材料的检验：
1）外形检验
a）耐火砖的外形检验：
耐火砖的外形检验方法，包括外形尺寸检验和外观缺陷（缺棱、掉裂、扭曲变形等）检验两部分。
b）对耐火原材料的外形检验：
施工现场，对耐火骨粒、耐火粉料等耐火原材料一般只作粒度等外观检查，在外观检查中，应检查其洁净度。
2）抗压强度检验：
耐火材料的抗压强度，是指材料一定温度条件下承受压力的能力，可分为常温抗压强度、高温抗压强度和高温残余强度。
3）热振稳定性检验：
耐火材料温度激剧变化的性能称为热振稳定性。
以被测耐火材料试块在测定的试验条件下，经受冷热交替变化有闪数作为量度。
4）烧失量的测定：
耐火材料中或多或小存在着一些高温条件下的可燃物质或其它挥发性物质。
耐火材料经高温灼烧后重量损失的程度即用烧失量来表示。
1.4.4材料的保管：
库房管理人员应该了解自己保管的各种材料规格、用途及质量要求，并熟悉下述的各项保管要求：
1）库房内的堆放要有统一的安排，应按种类和规格的不同，一一堆放，并放材料名称和规格的明显标记。
原则上耐火材料不能与绝热材料混杂堆放，制品材料应与散料分开堆放。
2）材料的砌垛方法要符合有关规定。
3）库房内要有充足的照明，电源布置要符合电气安装的有关规定。
4）水泥入库，要登记出厂日期，并要防止水泥存放时间过长而影响质量。
5）短期内不用的麻袋、布袋、塑料袋等包装的耐火或绝热散状材料，为防止袋子受潮腐烂，可将散料倒出垒池保管。
6）绝热制品的砌垛上，不准站人或压重物，严格控制矿物棉制品的堆砌高度。
7）室外堆放材料，要求堆放地平整而坚实，并不得低于周围地表高度。
2轻型炉墙的检修
2.1炉墙简介
炉墙的作用前面已提到，它是组成密闭的燃烧室和构成一定形状的烟道，使锅炉的内部与外界隔绝，起着保温和密封的作用，并使燃烧产物按规定的通道流动。
炉墙外壁温度一般要求不得超过40℃，以免锅炉散热损失过大和使锅炉房温度过高。
2.1.1锅炉水冷壁炉墙：
本厂一期工程两台HG-670/140-WM10型锅炉采用的炉墙为敷管式炉墙结构。
敷管式炉墙是将耐火材料和绝热材料直接敷设在锅炉受热面管子上。
它由三层组成：
即耐火层（δ30mm的硅酸铝耐火纤维），绝热层（δ100mm的岩棉被，用二层20×20×1.6mm镀锌铁丝网固定，第一层、二层及铁丝网用φ6mm敷钢连接，靠水冷壁一端焊在两鳍片管中间,外端有一带孔铁板压紧铁丝后点焊）。
岩棉保温层外表，除铁丝网固定外，再装上波形镀锌板外护板。
为了增加炉墙的刚度，沿燃烧室高度方向距离2.5～3.5m间布置有16道刚性梁。
除最上三道用#63工字刚外，其余均用#56工字钢组成。
为了减少锅炉上部两侧刚性梁的跨度，在水平烟道两侧设置了纵向钢性梁。
四角用铰链联接一体，形成框架，与水冷壁的固定方式，用圆钢焊在水冷壁鳍片上。
后墙拆焰角处炉墙厚度为δ160mm。
燃烧器区域刚性梁为框架式，耐火混凝土浇注，外包铁板保护。
每层一次风管及二次风管、三次风管之间均浇注耐火混凝土，与水冷壁保留160mm上下膨胀间隙。
2.1.2炉顶墙的结构
1）顶棚穿墙管区域之结构：
炉顶总厚度为δ240㎜，靠近顶棚管为耐火混凝土，厚度为δ60㎜，第二层为δ60㎜的保温混凝土，四周留有膨胀缝；在保温混凝土上边用δ=3mm钢板焊接而成密封内护板，穿墙套管及梳形板用Cr20Ni14Si2钢板，相互焊接不得泄漏，锅炉顶形成一个整体。
适当位置有波形伸缩节。
第三层为δ100㎜岩棉被，中间用φ6mm钢筋直接点焊在内护板上，形成300×420×6错列布置的网格状。
其上用20×20×1.6镀锌铁丝网固定。
表面为20mm的抹面层。
2）屏过处顶棚炉墙：
此处顶棚炉墙厚度仍为δ240㎜，耐火混凝土和混凝土厚度不变，各穿墙管联箱有用铁丝网固定的罩壳，内填岩棉等保温材料，外表为δ20mm的抹面层，联箱岩棉保温层中间有φ6圆钢作骨架。
外表为δ20mm抹面层。
3）对流过热器处顶棚炉墙：
此处炉墙厚度为240mm，耐火混凝土和混凝土厚度、结构不变。
穿墙套管和及梳形板用Cr20Ni14Si2焊接成一体，全部进出口联箱和穿墙管同样用铁丝固定成一体，内填岩棉保温材料，进出口穿墙管之间填入碎保温材料。
各联箱水平和垂直方向上部用φ6圆钢作骨架，外壁δ20mm抹面层。
4）再热器热段及冷段处顶棚炉墙：
再热器热段上、下联箱和出口联及各穿管用铁丝固定成一体，外表δ20mm抹层，其余各处炉墙同顶棚管炉墙。
5）包墙管炉墙：
侧包墙上联箱处炉墙：
侧包墙上联箱处炉墙顶部结构为约δ60mm的耐火混凝土和δ60mm绝热混凝土，在绝热混凝土上部有δ=3mm的铁板焊面的内护板，第三层为岩棉保温层，其上用20×20×1.6铁丝网压紧，外表δ20mm抹面层。
侧包墙上联箱处炉墙壁外侧结构为δ33mm的硅酸铝耐火纤维毡，第二层为δ100mm的碉棉被保温材层，其用铁丝网压紧。
外表装上外护板。
后包墙炉墙典型结构：
第一层为δ33mm的硅酸铝纤维毡，第二层为δ100mm的碉棉补保温层，其上用铁丝网压紧外表再装上外护板。
下联箱靠里侧为δ80mm的耐火混凝土耐火混凝土中间用φ6mm的钢筋布置成100×100的网格点焊在联箱上。
下联箱靠外侧为δ100mm的碉棉保温，用铁丝网压紧，然后再安装外护板，同步联箱穿墙第一层为δ33mm的硅酸铝耐火纤维毡，然后是δ100mm的碉棉保温层，外表安装外护板。
6）连接烟道炉墙：
连接烟墙壁分二层，一层为δ50mm厚耐火混凝土，另一层为δ150mm保温混凝土，外表安装外护板。
连接烟道分（里）炉墙，一层为δ30mm耐火混凝土，另一层为δ65mm保温混凝土，然后，安装护板（空气则）。
7）省煤器炉墙：
省煤器炉墙厚为δ160mm，岩棉保温层厚度为δ120mm，里侧用铁丝网压紧，然后里外侧均焊上护板。
省煤器联箱穿墙管处炉墙各为δ60mm的耐火混凝土保温凝土构成，穿墙管包保温毡纸。
联箱和穿墙管之间用保温材料充填，用铁丝网压紧，穿墙管外表护板联箱外表抹面δ20mm。
省煤器人孔区域为耐火混凝土，其外是保温混凝土，耐火混凝土内径φ45
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