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    公司動態

    加熱爐陶瓷纖維內襯的設計原則及幾種常用爐襯設計示意圖

    文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2021/6/24     瀏覽次數:    

    隨著硅酸鋁纖維材料的系列化和功能化,硅酸鋁爐襯的應用領域也越來越廣泛,如何確定其應用領域,已廣泛受到設計部門和用戶的關注。下面根據有關火焰加熱爐陶纖襯里結構設計的基本規定及柯勒耐火公司多年的實踐經驗對纖維襯里的應用作以下界定,以供參考。

    硅酸鋁爐襯的設計原則

    (1)除強制煙氣流動的煙管、風道及爐底外,加熱爐其它所有區域均可采用纖維襯里。
    (2)任何一層纖維襯里的使用溫度必須高于此層熱面計算溫度260℃以上。

    (3)當燃料中S含量超過10×10-?,爐襯采用纖維結構時,爐壁鋼板的熱面應涂刷一層防腐涂料,該涂料適用于177℃環境。當燃料中S含量超過500×10-?,應設置阻氣鋁箔或不銹鋼箔,阻氣層應位于操作條件下至少高于計算露點56℃以上的部位處。阻氣層邊緣應搭接,爐襯邊緣及穿刺部位應密封,以防止腐蝕性氣體穿過爐襯結露,腐蝕鋼板和錨固件。

    (4)當燃料中重金屬含量超過100X10-?時,所有加熱爐爐襯不可采用軟質纖維材料,而應采用纖維不定型材料、預制塊或其它重質保溫材料。

    (5)當爐襯承受的壓力大于0.8MPa時,不可采用纖維爐襯。

    (6)設有吹灰器、蒸汽噴槍、水洗設備的對流段不可采用纖維爐襯。

    硅酸鋁爐襯的組成材料

    硅酸鋁纖維材料從形態上可分為兩類:一類為定型硅酸鋁纖維。目前主要有硅酸鋁纖維棉、纖維毯、纖維氈、纖維板、纖維異型件、纖維磚、纖維紙、纖維紡織品及其它深加工產品。另一類為不定型硅酸鋁纖維,主要有纖維澆注料、纖維可塑料、纖維涂抹料、纖維噴涂料及其它相關產品。從產品的使用溫度上可將產品劃分為:1000(使用溫度600950℃)、1260(使用溫度950~1100℃)、1425(使用溫度1100~1350℃)、1600(使用溫度1350~1400℃)。
    硅酸鋁纖維爐襯的結構形式

    1、定型陶纖爐襯
    主要指纖維毯、纖維氈、纖維板或纖維組件等定型耐火材料組成的爐襯。從結構上大體可分為兩大類:一類是層鋪結構,另一類是平鋪疊砌復合結構。

    (一)層鋪式耐火纖維爐襯結構

    層鋪式耐火纖維爐襯就是將耐火纖維制品(毯、氈、板)一層層地鋪放到爐壁鋼板上,然后通過耐熱鋼錨固件或其它方式進行固定的一種爐襯結構形式。根據爐襯材料,層鋪結構通常有兩種形式,一種為纖維毯層鋪結構,另一類為纖維氈、板層鋪結構。

    (1)纖維毯層鋪結構

    此結構按熱面纖維毯的安裝方式可分為對接式和搭接式,按錨固釘固定形式又可分為錨固釘裸露式和錨固釘預埋式,具體結構如圖1所示。


    1   纖維毯層鋪結構示意圖

    (2)纖維氈、板層鋪結構

    纖維氈、板的安裝固定方式多為對接,按錨固釘固定形式可分為錨固釘裸露式和錨固釘預埋式,具體結構如圖2所示。

    (3)層鋪結構的性能特點

    錨固釘裸露式層鋪結構:指纖維毯、纖維氈或纖維板層鋪到爐壁上,通過錨固釘、快速卡片和旋轉卡片或螺母固定,詳見圖2(a)。

    裸露層鋪式耐火纖維爐襯結構的特點:

    優點:層鋪式爐襯可根據爐襯厚度方向上溫度變化,采用不同材質的纖維制品組成,從而可以大大降低筑爐費用,增強爐襯結構合理性和保溫效果。層鋪式耐火纖維爐襯施工簡便,異型部位容易處理,易檢修。

    缺點:很難克服層鋪結構抗風蝕能力極低的缺陷。由于錨固件直接裸露于工作熱面,當爐溫較高時,對錨固件材質的要求較同,同時層鋪式耐火纖維爐襯所需耐熱錨固件數量較多,這些錨固件本身又是一個熱傳導體,加之纖維氈(毯、板)在使用溫度下產生收縮,容易在對接處出現縫隙,會從程度上影響保溫效果。因此,裸露式層鋪耐火纖維爐襯結構適用于低溫熱處理爐。


    2  纖維氈、板層鋪結構示意圖

    錨固釘預埋式平鋪結構、指纖維毯、纖維氈或纖維板層鋪到爐壁上,通過錨固釘保溫固定,但錨固釘預埋到耐火材料中間,詳見圖2(b)。

    預埋層鋪式耐火纖維爐襯結構的特點:

    優點:避免了錨固釘熱面裸露,減少了能量損失,增強了保溫效果。

    缺點:很難克服層鋪結構抗風蝕能力極低的缺陷。同時錨固釘預埋若采用陶瓷杯結構,陶瓷杯易碎,且價格高,增加了施工難度,提高了工程的造價。

    錨固釘預埋采用沉孔結構,溫度變化時,沉孔內纖維棉易收縮產生縫隙,進而會損壞錨固件,所以此類爐襯只適用于低溫爐墻保溫。

    (二)平鋪疊砌復合結構
    (1)爐襯結構

    根據目前層鋪疊砌復合結構形式可分為:由熱面到冷面依次確定為:模塊+平鋪的平鋪疊砌復合爐襯結構和多晶條塊+模塊十平鋪的平鋪疊砌復合爐襯結構。同時考慮到燒嘴火焰噴速大小、煙氣成分等客觀條件,確定對纖維襯里的熱面是否涂刷一層抗沖刷高溫涂料,若涂刷該涂料,經過處理后,涂料在模塊表面形成了一層致密的耐高溫、抗沖刷的保護層,以增強爐襯輻射和抗爐氣沖刷的能力。

    (2)保溫厚度的確定

    耐火纖維爐襯厚度的設計應根據加熱設備的結構是平壁還是曲壁,材料的導熱系數高低,冷熱面平均溫度及單位表面允許的熱損失等因素確定。一般情況,可根據穩態熱平衡計算,即由爐內經過纖維爐襯傳導的熱量應與爐壁外鋼板向大氣中散失的熱量相同,Qf~=Q散的公式進行計算。

    各層的厚度可根據計算確定,原則上確定條塊厚度為50mill,模塊的厚度為大于150mill的整數,平鋪可計算后取整。

    (3)爐襯選材

    爐子壁襯材料的材質除滿足高爐溫條件外,還必須考慮陶瓷纖維材料的使用條件,加熱爐內的燃料,爐子的操作氣氛,爐內爐氣正負壓等各方面的因素綜合選材。

    (4)錨固件材質的選擇

    錨固件材質的選用一般應根據錨固件所處位置的工作溫度,以及是否直接與煙氣接觸而確定。根據化學工業爐耐火纖維爐襯設計技術規定,錨固件材料選用表中的有關規定,與煙氣直接接觸條件下,1Crl8Ni9Ti材質的錨固件使用溫度上限為750℃,Cr25Ni20材質的錨固件使用溫度上限為1050℃,601材質的錨固件使用溫度上限為1100℃。

    (5)爐襯排列形式

    模塊安裝排列方式通常分為拼花地板式和兵列順排式兩種,拼花地板排列方式是一種較為傳統的安裝排列方式,幾年以前曾經廣泛應用。但是,隨著陶瓷纖維模塊應用技術的發展,特別是近幾年國際上各大陶瓷纖維工程承包公司對陶瓷纖維模塊應用技術的研究及應用實踐證明,模塊采用拼花地板排列方式存在以下缺點:

    各模塊在高溫下長時間作業后,各向膨脹不同,回彈不均,模塊間易出現不規則裂縫,引起爐襯竄火,進而燒壞錨固件,致使模塊脫落;

    每一組有4塊模塊縱橫拼花而成,而每一塊模塊的外形尺寸誤差不同,致使相鄰每4塊模塊中間產生一小方洞,整個襯里就會出現無數小洞,影響了爐襯的保溫效果,見圖3; 


    3  模塊排列示意圖

    爐墻間的連接處為保溫薄弱點。

            綜上所述,拼花地板排列模塊的方式的確存在缺陷,現僅應用于爐襯熱面的50mm厚度的條塊粘貼結構?,F行方案多采用兵列式順排模塊方式,詳見圖3。

    2、不定型陶瓷纖維爐襯

    主要指采用陶纖澆注料、可塑料、涂抹料及噴涂料等不定型陶纖爐襯材料,此結構形式的爐襯通過耐熱鋼骨架將不定型陶纖材料固定到爐壁鋼板上,烘干后形成整體。此類不定型陶纖爐襯沿襲了傳統耐火澆注料優良的施工性能和棉、毯、氈、板的保溫絕熱性能,配制好的袋裝或桶裝澆注料,在施工現場拆封后即可使用。特別是對形狀、結構復雜的窯爐壁襯,不定型陶纖爐襯比其它爐襯更容易施工。爐襯局部損壞時,可進行局部涂抹修補,既節約維修時間,增強保溫效果,又延長了使用壽命。同時,耐火纖維澆注料壁襯還具有較強的適應窯爐氣氛的特性,在可控氣氛窯爐中使用,較定形耐火纖維制品性能穩定。但是由于該爐襯結構采用了較多的錨固釘進行固定,而且錨固釘雖然不直接裸露于工作熱面,但離工作熱面較近(3o50m),所以當該結構應用于較高爐溫的窯爐時,對錨固釘材質的要求較高。因此,該爐襯比較適用低溫或中溫窯爐工況。結構示意見圖4。

    4 不定型爐襯示意圖

    3、復合爐襯

    復合結構爐襯就是根據不同爐溫、煙氣流速及工作面環境等綜合工況設計的爐襯,通俗的說復合結構爐襯就是指熱面、背襯采用不同材質、不同形態的材料進行復合的一種爐襯,其主要目的是采取合理的組合,達到物盡所用、安全經濟。

    復合結構爐襯有多種不同方式,根據用途可分為兩類:一類主要有陶纖噴涂料(背襯)一耐火澆注料或纖維澆注料(熱面);陶纖毯、氈或板(背襯)一耐火澆注料或纖維澆注料(熱面);耐火纖維氈或板(背襯)一耐火絕熱磚(熱面);耐火纖維澆注料(背襯)一耐火澆注料(熱面)。此類結構具有較高的抗氣流沖刷能力,多用于爐墻。另一類是陶纖噴涂料或澆注料(背襯)一陶纖模塊(熱面)。此類結構具有較高的綜合性能,可充分避免煙氣的腐蝕破壞,效果等同于阻氣金屬箔。

    上述不定型爐襯及復合爐襯結構,均可在爐襯的熱面粘貼一層含鋯或多晶纖維條塊,將爐襯應用溫度空間拓寬到1400℃,但粘貼層耐風蝕性能較差,使用壽命較短。

    硅酸鋁纖維爐襯的綜合性能

    1、抗風蝕性能優良
    對于火焰加熱爐,要求耐火纖維具有抗氣流沖刷性能,表1是硅酸鋁耐火纖維制品在爐襯熱面抗氣流沖刷的風速參考數據。

    2、熱化學性能穩定

    耐火纖維的熱穩定性是任何致密或輕質耐火材料無法比擬的,耐火纖維制品是由直徑的纖維相互交織構成的多孔制品,即使溫度急劇變化,也不會產生結構應力和發生剝落現象,還能有效抵御彎折、扭曲等機械振動和其它熱震動。

    3、熱量損失低

    爐襯在平均溫度為600oC的環境中,材料的導熱系數在0.17W/(m·K)左右,比重質耐火材料的導熱系數降低了1/2,增強了保溫效果,降低了能量損耗。爐襯的蓄熱損失又與爐襯材料的體積密度成正比,而硅酸鋁耐火纖維的體積密度是重質材料的1/10。所以,采用耐火纖維作爐襯,不僅可以減少爐墻的蓄熱損失,而且還可以很大程度地減輕了爐子的重量。

    4、使用溫度應用領域寬廣

    硅酸鋁材料的使用溫度介于600~1400℃之間,不僅拓寬了纖維爐襯的應用領域,更重要的是爐襯材料可根據爐襯厚度方向上溫度變化,采用不同材質的纖維制品組成,不僅可以降低筑爐費用,更重要的是完成了爐襯結構合理性和保溫效果合理性的組合,達到物盡所用,安全經濟。





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