燃油锅炉内衬材料的损坏机理及维护

燃油锅炉内衬材料的损坏机理及维护

吴鸿高琛杰

关键词：锅炉内衬；耐火耐磨材料；维修。

前言

燃油锅炉具有燃烧效率高、环境适用性好等显著优点，随着环境污染问题的日益严重，燃油锅炉的使用率正逐年上升。目前己投入运行的燃油锅炉普遍存在耐火耐磨材料易磨损脱落、损坏等现象，锅炉的耐火耐磨材料主要作用是防止锅炉产生高温烟气对炉膛保温材料及金属构件的造成高温氧化腐蚀和磨损，同时还兼有隔热的作用，耐火材料的好坏直接关系到锅炉运行质量和效能。因此，需要根据锅炉运行特点，分析其受损原因和机理，选用合理的浇注料，制定完善的施工方案至关重要。

1燃油锅炉的内衬材料运行工况

如下图1所示，燃油锅炉的内衬主要分布在锅炉的前烟箱5和后烟箱3的四周，其厚度一般约为40~50mm。锅炉在运行过程中，燃油在炉胆2内燃烧后，产生的高温烟气从锅炉后部回燃室进入炉胆顶部烟火管4流向前烟箱5，再折返180°向后经两侧烟管流向后烟箱3，最后经出口进入烟囱6排出。炉胆的烟气温度通常在1000~1100℃，烟气经折返流动在前烟箱和后烟箱的温度一般在500~600℃，故燃油锅炉各部位工作温度对耐火材料而言不算高，属中温工作区间，低于内衬材料的烧结温度。

1-燃烧器；2-炉胆；3-后烟箱；4-烟火管；5-前烟箱；6-烟囱；7-底座

2锅炉内衬的损坏的原因

由于该锅炉采用轻质柴油作为燃料，所产生烟气的流动属于自然循环，烟气对锅炉内部各部件的冲击所产生的影响可忽略不计。造成锅炉耐火耐磨材料脱落的主要原因有以下几点：

（1）烟气侵蚀

轻质柴油在燃烧过程中产生的烟气中含有SO2、SO3、H2S等酸性气体，这会对锅炉各部位的耐火耐磨层产生一定腐蚀，同时受燃油锅炉排烟温度的影响，加重了对锅炉耐火层及后烟箱和烟囱的腐蚀。

（2）热损坏

由于耐火材料是由骨料和结合剂构成的，所以当锅炉升温速率变化过快时，温度变化所产生的热应力将大于耐火材料的抗拉强度，材料表面便会产生裂纹。当锅炉内部温度不断变化时，耐火材料则会因组织结构应力的变化出现反复膨胀与收缩的情况，从而导致耐火耐磨层经多次挤压出现多处大块脱落的现象。在实际供暖运行过程中，该供热锅炉并不是24小时连续稳定运行，是围绕保障试验供热需求，进行多次的锅炉启停和快速温度调节，此种锅炉运行方式将造成对燃烧室耐火耐磨材料强烈的热冲击，使耐火层遭到破坏。

（3）烘炉不当

锅炉在冬季正式运行之前，必须进行烘炉这一程序。如果烘炉时间不充分，就会导致锅炉耐火耐磨材料内部大量的水分无法烘出。锅炉点火急骤升温时，材料中的水分便会迅速汽化、膨胀，当材料中的水汽压力大于材料强度时，材料就会产生裂纹从而脱落。

3耐火材料的选择

由于锅炉内各个部位的工作温度一般都低于耐火材料的烧结温度，在这种情况下耐火材料是不能被烧结成陶瓷材料，所以在选用非定型浇注材料时，一般要在材料内部加入化学添加剂。从而降低材料的烧结温度，便于形成陶瓷材料。

常用的耐火材料主要是由骨料、粉料，胶结材料等组成。骨料在耐火材料中起到骨架作用，它的硬度直接关系到耐火材料的强度。骨料一般分为粗骨料和细骨料两种，在使用过程中要对两种骨料进行粗细搭配，这样做既可以利用细骨料去填充粗骨料中的颗粒空隙，又可以提高材料的和易性、密实度和强度。而粉料主要起到填充作用，提高材料的耐磨性。胶结材料作用是将骨料和粉料结合在一起，目前市面上最长使用的是矾土水泥。矾土水泥又称高铝水泥，是一种快硬化高强度型水泥，水化热在24h内能够释放出70％～90％的热量，具有在0℃下也能正常硬化的优点，同时它还具有很好的抗硫酸盐性和抗海水腐蚀性能，以及一定的耐高温性能。矾土水泥主要成分为Ai2O3，在某些情况下，为了提高耐火材料的烧结性，会在水泥中加入磷酸等化学添加剂。

耐火材料的调制尤为重要，各种材料之间的混合比例不但要满足材料的耐磨性，还要满足耐急冷急热性，因为锅炉的每次启停，都会使内衬材料受到一次强烈的热震。同时要综合考虑一些其他因素，例如骨料太多时不易成型，强度低；粉料太多时，耐急冷急热性能不好，材料容易剥落。

根据查阅相关资料及向相关专业人士咨询，制定了下列两种调制方案，如表1、表2所示：

磷酸盐耐火混凝土具有凝固速度快、结构密实、强度高和养护时间短等特点，是一种较好的用于设备基础抢修的材料，但使用磷酸盐耐火混凝土时必须对原基础上破损的耐火层进行清理，保证磷酸盐耐火混凝土能够与原有耐火材料良好结合；此外，磷酸盐耐火混凝土的调制过程较为复杂，需要根据施工现场温度及时调制各类材料的比例，在浇筑过程中，必须保证浇筑时间不超过20分钟。矾土耐火混凝土适合极限温度不超过1300～1500℃的工况下使用；矾土耐火混凝土在调制过程中，要求粉料的细度为通过0.08mm筛孔量不应小于70%，调制所用的水必须是纯净水，要求在浇筑过程中进行连续浇筑。通过上述对两种材料的特点对比，结合施工现场工况以及维修成本，决定采用矾土耐火混凝土作为本次维修的耐火材料。

4施工方案

根据该锅炉房内衬损害情况，以及对耐火材料的选用，制定了以下维修方案：

4.1耐火材料的调制

根据现场工况，按照表1所示比例进行调制，采用人工对耐火材料进行搅拌，搅拌过程中需做到拌和均匀，不允许在搅拌好的耐火混凝土内任意加水或胶结料(矾土水泥)，搅拌好的耐火材料必须经过充分的湿养护，否则将严重影响耐火混凝土的强度。

4.2对前、后烟箱耐火材料的浇筑

前烟箱内外衬里拆除后，对金属壳体进行机械除锈处理，衬里内部按规范布置衬里锚固钉，按该炉尺寸应布置Y型钉，钉的高度应低于衬里厚度28mm，材质为Cr25Ni20,尺寸诶Φ12mm的不锈钢，采用A302不锈钢焊条焊接，支模浇注耐火混凝土，24小时脱模后雾湿养护24小时。浇注厚度必须与燃烧器内边原设计的几何尺寸一致，以保证燃烧器的流量不变。

拆除后烟箱原有保温，对拆除保温处设备内壁进行机械除锈处理；

对整个烟管进行清扫，并对烟管表面进行防膨胀处理，在管壁外表面涂刷沥青，涂抹厚度在2mm。后烟箱耐火应安装骨架，以保证其耐磨性，骨架采用Φ10mm的Cr25Ni20耐热不锈钢筋绑扎成方格网，间距为100×100绑扎牢固（耐热钢筋预先用胶布包裹一层）；用新耐火保温材料重新浇注，并保证耐火层与保温层厚度与原设计一致。

5结束语

通过对燃油锅炉内衬材料的研究，得到了以下体会：

（1）锅炉的在日常运行中要尽可能减少锅炉的启停次数，频繁的启停会造成锅炉的耐火材料反复热冲击；运行过程中供暖产生较大负荷变动时，应及时对锅炉运行相关参数进行调控，并严格把控负荷变化速率，减少耐火层因产生过大的热应力而损坏；

（2）对锅炉内衬材料的维护，要充分考虑到锅炉各部分、各时段的锅炉运行工况等参数，选用合适的耐火材料进行修补；在修补过程中，应严格按照施工工艺进行；

（3）根据锅炉实际运行情况以及所用耐火材料的特性，制定合理的检修、保养周期，实现锅炉节能高效的效果。