管式加熱爐爐襯結(jié)構(gòu)及其所用耐火材料的性能
作者：admin 發(fā)布時(shí)間：2019-09-19 06:19:44 點(diǎn)擊率：829
工業(yè)爐爐墻構(gòu)成定形的爐度，使火焰穩(wěn)定燃燒，并在爐度內(nèi)完成一定的傳熱過程。爐墻按作用有耐火墻和隔熱墻之分，耐火墻應(yīng)有足夠的使用溫度（國際上一般都以重?zé)湛s量不大于2%的溫度為隔熱耐火材料的使用溫度）,隔熱墻有良好的保溫性能，既能耐高溫又有較小的熱損失，一般要求外壁溫度在60~80℃以下，最高不超過100℃。
因此，在考慮爐墻時(shí)，既要考慮內(nèi)壁溫度以確定耐火材料的材質(zhì)，又要考慮材料的傳熱性能，以確應(yīng)拍墻的結(jié)如和解應(yīng)能，以確定爐墻的結(jié)構(gòu)和厚度。
(一）爐墻結(jié)構(gòu)
管式爐的爐墻結(jié)構(gòu)有：磚結(jié)構(gòu)、輕質(zhì)耐熱混凝土結(jié)構(gòu)和耐火纖維值結(jié)構(gòu)3種。
(1)磚結(jié)構(gòu)，又有砌磚，掛磚和拉磚之分。
1)翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，是最占老的結(jié)構(gòu)形式，具有鋼材消耗少，不用異型磚等優(yōu)點(diǎn)，因此至今仍有使用價(jià)值，但為獲得穩(wěn)定的爐請，一般都比較厚。砌磚爐墻一般用耐火磚，保溫磚或紅磚砌筑
當(dāng)今，只在圓箭爐的輻射室采用分段承重的砌磚爐端總厚度約200mm,耐火層為輕質(zhì)耐火磚，厚114mm,保溫層為水泥蜂石板，厚70~80mm,其余為施工間隙。
圓簡爐輻射室砌筑爐墻的熱影脹表現(xiàn)為直徑的脹大，而直徑的脹大值僅為脹大值的1/x,加之耐火磚與簡壁間有間隙，因此，砌筑圓筒爐爐墻時(shí)在立面上不留膨脹縫；而只在分段處留出
膨脹縫20~30mm。
平壁砌磚爐墻只有老式箱式爐使用，現(xiàn)在的管式爐不采用圖29-19圓簡爐分段了。但圓筒爐輻射室的分段承重式砌筑，因圓簡爐結(jié)構(gòu)的自身穩(wěn) 福重式翻轉(zhuǎn)爐墻定性好，當(dāng)今仍被廣泛采用。
2) 掛磚爐墻的優(yōu)點(diǎn)：爐墻結(jié)構(gòu)可靠、檢修方便，使用壽命繩或耐火纖維：4一輕質(zhì)較長。其缺點(diǎn)：需要大量的掛磚架，金屬耗量大，異型磚種類紫火轉(zhuǎn)15一托曲板：8一水泥罐石多，施工麻煩，結(jié)構(gòu)策重。
箱式爐、立式爐一般采用掛磚結(jié)構(gòu)，由磚架梁，掛磚架和異型耐火磚等組成。
目前大部分爐墻均用輕質(zhì)粘土磚或輕質(zhì)高鋁磚，所以爐墻結(jié)構(gòu)形式趨向于拉磚結(jié)構(gòu)，管式爐一般不再采用掛磚結(jié)構(gòu)了。
3)拉磚爐墻，是較簡單的爐墻，在厚度較薄下獲得穩(wěn)定好的結(jié)構(gòu)。拉磚是通過拉磚鉤和拉磚桿將爐墻與爐子的鋼架連接起來，增加爐墻的穩(wěn)定性。在大型箱式爐中都采用分段承重的拉磚爐墻。拉磚爐墻大致可分為：
①抓釘直接拉單塊磚結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)是由托磚板輕質(zhì)耐火磚分段承托，并由抓釘鉤住，托磚板焊于爐殼上，同一標(biāo)高的托磚板是分段處。
②水平拉桿拉多塊磚結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)由托磚板把輕質(zhì)耐火磚分段承托，并由拉鉤鉤住水平拉桿，通過水平拉桿拉住多塊的結(jié)構(gòu)，而每一段約2~3層水平拉打，一段轉(zhuǎn)化爐、裂解爐多用此結(jié)構(gòu)砌筑爐墻。
3) 火墻，是在爐腔內(nèi)獨(dú)立砌筑的耐火磚墻，一般用重質(zhì)耐火（下戰(zhàn)）傳砌成。其作用有二：一是增加爐腔中的再輻射面，使傳熱均<2500句：二是用作隔墻，將輻射室分作幾間，或?qū)⑤o射室與對流審分（165)54000開。
火墻結(jié)構(gòu)形式有兩種：一種是階梯形的，與對流室爐管不發(fā)生關(guān)系的火墻，如立式爐的火墻，其砌筑高度和厚度的關(guān)系，另一種是上下厚度--致的火墻，與對流室管板相接，和對流室管排發(fā)生關(guān)系的火墻，如箱式爐的火墻。
(2)輕質(zhì)耐火混凝土襯里結(jié)構(gòu)，耐火混凝上（簡稱耐火澆注料）分為重質(zhì)耐火混凝土和輕質(zhì)耐火混凝土，如今管式爐大多數(shù)采用輕質(zhì)耐火混凝土單層結(jié)構(gòu)的村里，其常用的配比是鞏土水圖29-24階梯形火墻泥：陶粒（或輕質(zhì)粘土耐火磚砂）:蜂石=1:2:4(手工搗制）或1:2.5:
4.5(機(jī)械噴涂）,簡稱1:2:4村里，它具有一定的耐熱隔熱性能，使用溫度為900C,熱導(dǎo)率約為0.175~0.233W/m·K(0.15~0.2kcal/m·h·C),單層襯里結(jié)構(gòu)用保溫釘（V型或Y型）固定在鋼殼上，布置成正方形或三角形排列，間距為250mm,村里厚度隨使用部位的溫度而定：一般煙肉厚度為50mm,煙道厚度為75mm,對流室厚度為125mm,有護(hù)官藏取的護(hù)增厚度為150mm,爐底厚度為180mm。爐頂或沒有爐管遮藏的爐墻厚度為220mm。
村里的最大優(yōu)點(diǎn)：可塑性強(qiáng)，適用于各種形狀復(fù)雜的場合，施工簡便，--5-有較高的抗沖刷能力；缺點(diǎn)：保溫釘與輕質(zhì)耐火混凝土膨脹率不同而使襯里產(chǎn)生裂紋。
(3) 耐火纖維襯里結(jié)構(gòu)，耐火纖維（亦稱陶瓷纖維）材料是近十幾年發(fā)展起來的一種新型耐火材料。它克服了耐火磚和不定形耐火材料所固有的聰性，因此，使用范圍迅速擴(kuò)大。
耐火纖維爐墻具有許多優(yōu)點(diǎn)：耐熱、隔熱性能好、蓄熱小、重量輕，在同等條件下獲得最薄，最輕的爐墻；有彈性，抗機(jī)械震動和耐熱震性好，并有優(yōu)良的電氣絕緣性及吸音等性能：結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，適用于形狀復(fù)雜的部位，缺點(diǎn)：抗沖制性能較差，因此，設(shè)有吹灰器的對流室和煙氣流速較大的煙肉等部位不宜采用。
耐火纖維按化學(xué)成分分為三類：普通硅酸鋁配火纖維，含Al2O,46%~48%,SiO252%~53%,使用溫度1000~1200C;高鋁耐火纖維，含ALO56%~64%,SiO,35%~44%,使用溫度1200~)400C;含絡(luò)硅酸鋁耐火纖維，含Cr,O,4%,使用溫度1300~1400C。按制品形狀分，有：植、移、紙、帶、繩和異型制品等。
當(dāng)今管式爐爐墻所用的耐火纖維，一般含Al2O250%左右，只有直接接觸火焰的表面，才用含Al2O260%的高鋁耐火纖維，并以甲基纖維素為粘結(jié)劑的軟毯，它的耐熱、保溫性能都較好，實(shí)因其價(jià)格較貴，故只用作耐火層，保溫層一般用價(jià)格便宜的巖棉板或礦流棉板，耐火纖維襯里結(jié)構(gòu)形式有層村式和疊砌式兩種類型，層村式又分鋪固釘固定法，其結(jié)構(gòu)與爐內(nèi)氣流方向垂直，耐沖刷性好，可允許氣流速度為15%-20m/s,層村式爐村施工簡便，其結(jié)構(gòu)與爐內(nèi)氣流方向平行，耐沖刷性較差，一般僅允許氣流速度在13~15m/s之間。
村里厚度隨部位、溫度不同而變。一般爐臉溫度較低，又有爐管遮蔽的爐墻（如圓筒爐幅射室）襯里厚為60mm,巖棉板厚為80mm,當(dāng)爐度溫度較高時(shí)，兩層厚均取80mm。沒有爐管遮蔽的爐墻，襯里厚為100mm,巖棉板厚為80mm。
耐火纖維爐襯，不設(shè)膨脹縫，不需烘爐，完工后可直接升溫運(yùn)行，貼面圖29-28貼面法完工后，經(jīng)過7天自然干燥后即可投入運(yùn)行。
(二）爐頂結(jié)構(gòu)
爐頂結(jié)構(gòu)形式有：磚結(jié)構(gòu)和耐火混凝土結(jié)構(gòu)之分，磚結(jié)構(gòu)又分為砌拱和吊掛兩種結(jié)構(gòu)形式。管式爐爐頂結(jié)構(gòu)均用吊掛結(jié)構(gòu)形式，如圖29-30所示。其結(jié)構(gòu)形式有三：
a為老式箱式爐采用；
b為立式爐所用：
c為改進(jìn)后的吊磚結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)少用一半吊磚架，用帶有密封面的耐火磚代替，加強(qiáng)了嚴(yán)密性；也有用串磚桿吊掛結(jié)構(gòu)，如圖29-31所示。吊掛爐頂一般有效厚度為200~250mm(不包括絕熱層）,所用的耐火磚均為根據(jù)需要設(shè)計(jì)的異型磚。
吊磚結(jié)構(gòu)的爐頂太復(fù)雜，施工也麻煩。當(dāng)今大多數(shù)管式爐采用混凝土或高鋁質(zhì)耐火纖維結(jié)來構(gòu)筑爐頂，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便。
(三）爐底結(jié)構(gòu)
爐底的材料、結(jié)構(gòu)和砌筑方法要適應(yīng)爐底工作條件。石油化工用的中型爐子多數(shù)為支腿支承，只有大型爐子都直接坐在實(shí)心基礎(chǔ)上，如爐內(nèi)溫度較高，要考慮散熱，則在底部留出若干通風(fēng)孔，無特殊要求。一般爐底可用粘土磚和隔熱磚平砌。
(四）煙道結(jié)構(gòu)
煙道常用拱角為60*和120°、煙氣溫度較高，煙道斷面較大或受履動影響大的煙道，常用120*拱頂，煙道斷面積相同時(shí)，60°頂?shù)臒煹栏叨瓤尚⌒枳⒁夥乐构绊斖屏Χ构拔璁a(chǎn)生位移。
高溫?zé)煹纼?nèi)襯粘土磚的厚度與煙氣濕度有關(guān)。當(dāng)煙氣溫度為500~800C時(shí)，煙道內(nèi)寬小于1m,--般用114mm厚粘土磚；內(nèi)寬大于1m,用230mm厚粘土磚，煙氣溫度低于500℃時(shí)，可用100號機(jī)制紅磚做內(nèi)襯。當(dāng)煙道沒有混凝土外框時(shí)，外層用紅磚砌筑，其厚度應(yīng)能保證煙道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。
地下煙道的上面堆放鋼料或有車輛通行、汽錘振動等動載荷的區(qū)域時(shí)，煙道結(jié)構(gòu)要加固。煙道處于地下水位線以下時(shí)，要采取防、排水措施
因此，在考慮爐墻時(shí)，既要考慮內(nèi)壁溫度以確定耐火材料的材質(zhì)，又要考慮材料的傳熱性能，以確應(yīng)拍墻的結(jié)如和解應(yīng)能，以確定爐墻的結(jié)構(gòu)和厚度。
(一）爐墻結(jié)構(gòu)
管式爐的爐墻結(jié)構(gòu)有：磚結(jié)構(gòu)、輕質(zhì)耐熱混凝土結(jié)構(gòu)和耐火纖維值結(jié)構(gòu)3種。
(1)磚結(jié)構(gòu)，又有砌磚，掛磚和拉磚之分。
1)翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，是最占老的結(jié)構(gòu)形式，具有鋼材消耗少，不用異型磚等優(yōu)點(diǎn)，因此至今仍有使用價(jià)值，但為獲得穩(wěn)定的爐請，一般都比較厚。砌磚爐墻一般用耐火磚，保溫磚或紅磚砌筑
當(dāng)今，只在圓箭爐的輻射室采用分段承重的砌磚爐端總厚度約200mm,耐火層為輕質(zhì)耐火磚，厚114mm,保溫層為水泥蜂石板，厚70~80mm,其余為施工間隙。
圓簡爐輻射室砌筑爐墻的熱影脹表現(xiàn)為直徑的脹大，而直徑的脹大值僅為脹大值的1/x,加之耐火磚與簡壁間有間隙，因此，砌筑圓筒爐爐墻時(shí)在立面上不留膨脹縫；而只在分段處留出
膨脹縫20~30mm。
平壁砌磚爐墻只有老式箱式爐使用，現(xiàn)在的管式爐不采用圖29-19圓簡爐分段了。但圓筒爐輻射室的分段承重式砌筑，因圓簡爐結(jié)構(gòu)的自身穩(wěn) 福重式翻轉(zhuǎn)爐墻定性好，當(dāng)今仍被廣泛采用。
2) 掛磚爐墻的優(yōu)點(diǎn)：爐墻結(jié)構(gòu)可靠、檢修方便，使用壽命繩或耐火纖維：4一輕質(zhì)較長。其缺點(diǎn)：需要大量的掛磚架，金屬耗量大，異型磚種類紫火轉(zhuǎn)15一托曲板：8一水泥罐石多，施工麻煩，結(jié)構(gòu)策重。
箱式爐、立式爐一般采用掛磚結(jié)構(gòu)，由磚架梁，掛磚架和異型耐火磚等組成。
目前大部分爐墻均用輕質(zhì)粘土磚或輕質(zhì)高鋁磚，所以爐墻結(jié)構(gòu)形式趨向于拉磚結(jié)構(gòu)，管式爐一般不再采用掛磚結(jié)構(gòu)了。
3)拉磚爐墻，是較簡單的爐墻，在厚度較薄下獲得穩(wěn)定好的結(jié)構(gòu)。拉磚是通過拉磚鉤和拉磚桿將爐墻與爐子的鋼架連接起來，增加爐墻的穩(wěn)定性。在大型箱式爐中都采用分段承重的拉磚爐墻。拉磚爐墻大致可分為：
①抓釘直接拉單塊磚結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)是由托磚板輕質(zhì)耐火磚分段承托，并由抓釘鉤住，托磚板焊于爐殼上，同一標(biāo)高的托磚板是分段處。
②水平拉桿拉多塊磚結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)由托磚板把輕質(zhì)耐火磚分段承托，并由拉鉤鉤住水平拉桿，通過水平拉桿拉住多塊的結(jié)構(gòu)，而每一段約2~3層水平拉打，一段轉(zhuǎn)化爐、裂解爐多用此結(jié)構(gòu)砌筑爐墻。
3) 火墻，是在爐腔內(nèi)獨(dú)立砌筑的耐火磚墻，一般用重質(zhì)耐火（下戰(zhàn)）傳砌成。其作用有二：一是增加爐腔中的再輻射面，使傳熱均<2500句：二是用作隔墻，將輻射室分作幾間，或?qū)⑤o射室與對流審分（165)54000開。
火墻結(jié)構(gòu)形式有兩種：一種是階梯形的，與對流室爐管不發(fā)生關(guān)系的火墻，如立式爐的火墻，其砌筑高度和厚度的關(guān)系，另一種是上下厚度--致的火墻，與對流室管板相接，和對流室管排發(fā)生關(guān)系的火墻，如箱式爐的火墻。
(2)輕質(zhì)耐火混凝土襯里結(jié)構(gòu)，耐火混凝上（簡稱耐火澆注料）分為重質(zhì)耐火混凝土和輕質(zhì)耐火混凝土，如今管式爐大多數(shù)采用輕質(zhì)耐火混凝土單層結(jié)構(gòu)的村里，其常用的配比是鞏土水圖29-24階梯形火墻泥：陶粒（或輕質(zhì)粘土耐火磚砂）:蜂石=1:2:4(手工搗制）或1:2.5:
4.5(機(jī)械噴涂）,簡稱1:2:4村里，它具有一定的耐熱隔熱性能，使用溫度為900C,熱導(dǎo)率約為0.175~0.233W/m·K(0.15~0.2kcal/m·h·C),單層襯里結(jié)構(gòu)用保溫釘（V型或Y型）固定在鋼殼上，布置成正方形或三角形排列，間距為250mm,村里厚度隨使用部位的溫度而定：一般煙肉厚度為50mm,煙道厚度為75mm,對流室厚度為125mm,有護(hù)官藏取的護(hù)增厚度為150mm,爐底厚度為180mm。爐頂或沒有爐管遮藏的爐墻厚度為220mm。
村里的最大優(yōu)點(diǎn)：可塑性強(qiáng)，適用于各種形狀復(fù)雜的場合，施工簡便，--5-有較高的抗沖刷能力；缺點(diǎn)：保溫釘與輕質(zhì)耐火混凝土膨脹率不同而使襯里產(chǎn)生裂紋。
(3) 耐火纖維襯里結(jié)構(gòu)，耐火纖維（亦稱陶瓷纖維）材料是近十幾年發(fā)展起來的一種新型耐火材料。它克服了耐火磚和不定形耐火材料所固有的聰性，因此，使用范圍迅速擴(kuò)大。
耐火纖維爐墻具有許多優(yōu)點(diǎn)：耐熱、隔熱性能好、蓄熱小、重量輕，在同等條件下獲得最薄，最輕的爐墻；有彈性，抗機(jī)械震動和耐熱震性好，并有優(yōu)良的電氣絕緣性及吸音等性能：結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，適用于形狀復(fù)雜的部位，缺點(diǎn)：抗沖制性能較差，因此，設(shè)有吹灰器的對流室和煙氣流速較大的煙肉等部位不宜采用。
耐火纖維按化學(xué)成分分為三類：普通硅酸鋁配火纖維，含Al2O,46%~48%,SiO252%~53%,使用溫度1000~1200C;高鋁耐火纖維，含ALO56%~64%,SiO,35%~44%,使用溫度1200~)400C;含絡(luò)硅酸鋁耐火纖維，含Cr,O,4%,使用溫度1300~1400C。按制品形狀分，有：植、移、紙、帶、繩和異型制品等。
當(dāng)今管式爐爐墻所用的耐火纖維，一般含Al2O250%左右，只有直接接觸火焰的表面，才用含Al2O260%的高鋁耐火纖維，并以甲基纖維素為粘結(jié)劑的軟毯，它的耐熱、保溫性能都較好，實(shí)因其價(jià)格較貴，故只用作耐火層，保溫層一般用價(jià)格便宜的巖棉板或礦流棉板，耐火纖維襯里結(jié)構(gòu)形式有層村式和疊砌式兩種類型，層村式又分鋪固釘固定法，其結(jié)構(gòu)與爐內(nèi)氣流方向垂直，耐沖刷性好，可允許氣流速度為15%-20m/s,層村式爐村施工簡便，其結(jié)構(gòu)與爐內(nèi)氣流方向平行，耐沖刷性較差，一般僅允許氣流速度在13~15m/s之間。
村里厚度隨部位、溫度不同而變。一般爐臉溫度較低，又有爐管遮蔽的爐墻（如圓筒爐幅射室）襯里厚為60mm,巖棉板厚為80mm,當(dāng)爐度溫度較高時(shí)，兩層厚均取80mm。沒有爐管遮蔽的爐墻，襯里厚為100mm,巖棉板厚為80mm。
耐火纖維爐襯，不設(shè)膨脹縫，不需烘爐，完工后可直接升溫運(yùn)行，貼面圖29-28貼面法完工后，經(jīng)過7天自然干燥后即可投入運(yùn)行。
(二）爐頂結(jié)構(gòu)
爐頂結(jié)構(gòu)形式有：磚結(jié)構(gòu)和耐火混凝土結(jié)構(gòu)之分，磚結(jié)構(gòu)又分為砌拱和吊掛兩種結(jié)構(gòu)形式。管式爐爐頂結(jié)構(gòu)均用吊掛結(jié)構(gòu)形式，如圖29-30所示。其結(jié)構(gòu)形式有三：
a為老式箱式爐采用；
b為立式爐所用：
c為改進(jìn)后的吊磚結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)少用一半吊磚架，用帶有密封面的耐火磚代替，加強(qiáng)了嚴(yán)密性；也有用串磚桿吊掛結(jié)構(gòu)，如圖29-31所示。吊掛爐頂一般有效厚度為200~250mm(不包括絕熱層）,所用的耐火磚均為根據(jù)需要設(shè)計(jì)的異型磚。
吊磚結(jié)構(gòu)的爐頂太復(fù)雜，施工也麻煩。當(dāng)今大多數(shù)管式爐采用混凝土或高鋁質(zhì)耐火纖維結(jié)來構(gòu)筑爐頂，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便。
(三）爐底結(jié)構(gòu)
爐底的材料、結(jié)構(gòu)和砌筑方法要適應(yīng)爐底工作條件。石油化工用的中型爐子多數(shù)為支腿支承，只有大型爐子都直接坐在實(shí)心基礎(chǔ)上，如爐內(nèi)溫度較高，要考慮散熱，則在底部留出若干通風(fēng)孔，無特殊要求。一般爐底可用粘土磚和隔熱磚平砌。
(四）煙道結(jié)構(gòu)
煙道常用拱角為60*和120°、煙氣溫度較高，煙道斷面較大或受履動影響大的煙道，常用120*拱頂，煙道斷面積相同時(shí)，60°頂?shù)臒煹栏叨瓤尚⌒枳⒁夥乐构绊斖屏Χ构拔璁a(chǎn)生位移。
高溫?zé)煹纼?nèi)襯粘土磚的厚度與煙氣濕度有關(guān)。當(dāng)煙氣溫度為500~800C時(shí)，煙道內(nèi)寬小于1m,--般用114mm厚粘土磚；內(nèi)寬大于1m,用230mm厚粘土磚，煙氣溫度低于500℃時(shí)，可用100號機(jī)制紅磚做內(nèi)襯。當(dāng)煙道沒有混凝土外框時(shí)，外層用紅磚砌筑，其厚度應(yīng)能保證煙道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。
地下煙道的上面堆放鋼料或有車輛通行、汽錘振動等動載荷的區(qū)域時(shí)，煙道結(jié)構(gòu)要加固。煙道處于地下水位線以下時(shí)，要采取防、排水措施
