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合肥水泥研究設(shè)計(jì)院 楊 剛 （安徽 . 合肥 230051 ）

　　沸騰爐由于比層燃式手燒爐和噴燃式煤粉爐等爐型的煤耗少、熱效率高而被水泥廠的原料烘干普遍使用。但這些爐型都有一個(gè)共同的弱點(diǎn)，即：使用壽命不長(zhǎng)，一般沸騰爐僅能在 1.5~2 年左右的正常生產(chǎn)即需停爐維修或更換爐襯。因此對(duì)烘干系統(tǒng)的生產(chǎn)連續(xù)性和運(yùn)轉(zhuǎn)率都產(chǎn)生影響。分析其原因，主要在于沸騰爐的某些結(jié)構(gòu)不合理，耐火材料的選擇、砌筑方法以及操作失當(dāng)。筆者通過節(jié)煤型高溫沸騰爐(國家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng))的研制，對(duì)其結(jié)構(gòu)以及爐襯的砌筑方法進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，使沸騰爐的性能特點(diǎn)得到了更大地發(fā)揮。不僅在原有基礎(chǔ)上提高煤的燃盡率 50% 、降低煤耗 60~80% 、增產(chǎn) 80~120% ，而且提高使用壽命一倍以上，對(duì)煤質(zhì)的要求也可放寬至<3000kcaI/kg 的爐渣、煤矸石、劣質(zhì)煤等。改進(jìn)效果十分顯著。本文介紹其改進(jìn)方法，可資參考。

　　1 沸騰爐使用壽命短的原因分析

　　1.1 爐體結(jié)構(gòu)存在的不足

　　沸騰爐的爐墻結(jié)構(gòu)多為內(nèi)、外二層。內(nèi)層堆砌厚度一般為 380 ～ 640mm 。在兩層之間留有夾層裝填保溫材料以求保溫。爐墻結(jié)構(gòu)見圖 1 。

　　由圖可見，其爐頂為磚結(jié)構(gòu)成 90 ℃直角，內(nèi)、外層只有部分磚體嚙合，拱頂?shù)膽?yīng)力全部集中于拱角部位。由于檔火墻較為單薄，這就使得墻體載荷過于集中，熱膨脹也不均勻。從結(jié)構(gòu)力學(xué)和熱力學(xué)兩方面都極易產(chǎn)生拱基移位、墻體開裂甚至掉磚、塌損等現(xiàn)象。這種現(xiàn)象當(dāng)爐頂直角部位形成渦流，墻體局部溫度驟增而產(chǎn)生結(jié)渣，或者煅燒溫度超過墻體承受能力時(shí)，其破壞作用更為明顯，只能停爐檢修。這是影響沸騰爐使用壽命的根本原因。

　　1.2 耐火材料選擇和砌筑方法不當(dāng)

　　對(duì)沸騰爐耐火材料的選擇，目前水泥企業(yè)往往認(rèn)識(shí)不足，多選用普通粘土質(zhì)耐火磚作內(nèi)墻。這種磚屬硅酸鋁質(zhì)材料， Ai 2 O 3 含量在 35% 左右。一方面，其耐火度不高，一般低于 1350 ℃。沸騰爐的正常燃燒溫度雖然僅為 900 ～ 1100 ℃，但在異常情況下的溫度最高可達(dá) 1400 ℃以上，而這種異常情況由于受上述結(jié)構(gòu)的制約又不可避免。因此，粘土磚容易在超限溫度下發(fā)生軟化產(chǎn)生收縮或膨脹變形而導(dǎo)致爐體破損;另一方面，燃料中產(chǎn)生的堿性氧化物可使硅酸鋁質(zhì)材料在高溫下與灰渣反應(yīng)生成低熔點(diǎn)物質(zhì)，增加了對(duì)磚體的粘附性，加劇了結(jié)渣的形成和對(duì)墻體的化學(xué)侵蝕，使其強(qiáng)度、耐沖擊力降低而致使用壽命縮短。

　　由于沸騰爐的爐體為多邊、多角，側(cè)墻呈大斜面幾何形狀，故支承點(diǎn)較多，支承面比較復(fù)雜。其形狀如圖 2 所示。

　　因此，除耐火材料的選擇外，還要求砌筑方法得當(dāng)。主要是： 1. 兩墻之間的夾層應(yīng)充填密實(shí)，且具有保溫和支承斜墻的雙重作用; 2. 磚體的砌筑灰縫應(yīng)< 1 ～ 2mm ，以防止耐火泥受熱收縮產(chǎn)生的張力破壞; 3. 應(yīng)有足夠的烘爐期和烘爐效果。但實(shí)際生產(chǎn)中許多廠并非如此，在砌筑方法上往往帶有隨意性，難以從力學(xué)上滿足多邊、多角、大斜面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。這也是加速爐體損壞的另一原因。

　　1.3 結(jié)渣處理不當(dāng)與下料管更換頻繁

　　沸騰爐在燃燒過程產(chǎn)生結(jié)渣的現(xiàn)象不可避免。但處理結(jié)渣的方法不當(dāng)，也是導(dǎo)致爐體壽命縮短的原因之一。一些廠通常都使用長(zhǎng)鐵釬、鐵鉤等工具來搗散、清除渣塊，也不可避免地會(huì)對(duì)耐火磚表層造成損傷;而烘干機(jī)下料管的頻繁更換則對(duì)爐體的拱頂多有損壞。許多廠目前使用普通鑄鐵管或一般鋼板焊接的下料管，所能承受的溫度都< 800 ℃，在 900~1100 ℃的正常工作溫度下僅能維持 2 ～ 4 個(gè)月便不得不更換，頻繁更換必然對(duì)拱頂造成破壞。

　　上述三個(gè)方面，前者屬于結(jié)構(gòu)的先天不足，后幾者則為選材和操作不當(dāng)。對(duì)此，在節(jié)煤型高溫沸騰爐的研制中注重了爐體結(jié)構(gòu)的改善，在應(yīng)用中不斷完善材料選擇及其操作工藝。

　　2 節(jié)煤型高溫沸騰爐的 改進(jìn)措施

　　2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　節(jié)煤型沸騰爐的結(jié)構(gòu)改為爐底基礎(chǔ)與墻體一體化耐熱混凝土框架。拱頂?shù)膽?yīng)力由拱腳梁承載并由豎墻和立柱傳遞到混凝土基礎(chǔ)。比原結(jié)構(gòu)大大提高了爐體強(qiáng)度和承載能力。如圖 3 所示。

　　爐體外墻采用粘土磚，內(nèi)墻為耐火磚，砌筑時(shí)加設(shè)排氣孔，促使烘爐過程產(chǎn)生的水蒸氣排出，減少沸騰爐墻變形、開裂的成因。其搭接方法見圖 4 。兩墻之間充填碎磚塊混凝土，使其起保溫和支承斜 爐墻的作用。爐體的拱頂用斧型磚堆砌，規(guī)格由原設(shè)計(jì)的 230 × 75 × 65mm 改為 350 × 150 × 120mm ，以增加墻體厚度，相應(yīng)提高其承載力。爐門四周為易損區(qū)，為防止清渣操作對(duì)其損壞，故由原來的直口設(shè)計(jì)改為喇叭口形狀，更方便于操作。根據(jù)沸騰爐下料管受熱部位的特點(diǎn)，將其改為分段更換式的下料管，其材質(zhì)選用 ZG35Cr24Ni19si 耐熱鋼，更換周期由原來的 2~4 個(gè)月增加至 1.5 ～ 2 年，將頻繁更換下料管對(duì)爐體拱頂?shù)钠茐慕档偷搅俗钚〉某潭取?/p>

　　改進(jìn)設(shè)計(jì)后的節(jié)煤型沸騰爐使用壽命均在 3 ～ 4 年以上，爐膛的有效體積比原結(jié)構(gòu)縮小 1/3 ，從結(jié)構(gòu)上確保了爐體框架的強(qiáng)度，更重要的是為生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)節(jié)煤、提高熱效率奠定了良好的基礎(chǔ)。改進(jìn)前后的沸騰爐與其他爐型的效果對(duì)比見表 1 。

　　表 1 不同燃燒方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

　　2.2 耐火材料及砌筑方法的改進(jìn)

　　節(jié)煤型高溫沸騰爐墻體的砌筑耐火材料選用磷酸鹽磚或高鋁 (Al 2 O 3 含量≥ 80%) 磚，兩種磚的耐火度都高于 1500 ℃，且化學(xué)穩(wěn)定性、熱阻性、抗磨損性好，使用中能減緩酸堿和熔相的侵蝕，有利于延長(zhǎng)爐體使用壽命。幾種常用耐火材料性能見表 2 。

　　表 2 幾種常用耐火材料的性能

　　砌筑采用耐磨砌筑泥漿，每砌 3 ～ 5 層用鋼筋耐火磚向粘土磚延伸搭接。爐門上端由耐熱鑄鐵過橋板承載，避免因爐門框撬動(dòng)而破壞拱頂。爐體澆注所用的混凝土配料及其強(qiáng)度要求視不同用途如表 3 所示。

　　表 3 節(jié)煤型高溫沸騰爐爐體混凝土指標(biāo)

　　2.3 生產(chǎn)操作與管理的改進(jìn)

　　對(duì)新建或停爐檢修后的爐體烘干，是一項(xiàng)細(xì)致的工作。若急火猛燒，爐體干燥太快易使燃燒產(chǎn)生的大量水蒸氣膨脹形成應(yīng)力驟變，造成爐墻開裂或變形。應(yīng)在較低溫度下烘烤，使水分緩慢蒸發(fā)，爐墻內(nèi)部的收縮均勻，直到完全干燥為止。烘爐時(shí)間的長(zhǎng)短按施工季節(jié)而定，一般為 3 ～ 4d ，北方的冬季及南方的雨季可延長(zhǎng)至 5 ～ 6d 。烘爐時(shí)，先用膠布將風(fēng)帽孔貼上，防止雜物堵塞，火焰應(yīng)集中在爐床的中心部位，約占爐床面積的 1/2 。控制爐內(nèi)溫度在 150 ～ 250 ℃連續(xù)烘烤約 72h 后，再添加少量煤，使?fàn)t溫近于 300 ℃。直到透汽管不冒汽，爐墻外層磚縫的砂漿干燥，表面溫度均勻一致、顏色變淺時(shí)為止。

　　節(jié)煤型高溫沸騰爐生產(chǎn)中的溫度采用探測(cè)儀表和計(jì)算機(jī)連鎖控制。溫度通過高溫?zé)犭娪缣綔y(cè)，將信號(hào)經(jīng)放大、計(jì)算機(jī)處理，再反饋到調(diào)速喂煤機(jī)和高壓鼓風(fēng)機(jī)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，從而實(shí)現(xiàn)喂料、用風(fēng)的適時(shí)調(diào)節(jié)。這從控制的精度上避免了人為因素導(dǎo)致溫度過高或過低對(duì)生產(chǎn)和設(shè)備的影響，為延長(zhǎng)沸騰爐使用壽命創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境。正常生產(chǎn)中節(jié)煤型高溫沸騰爐的主要工作參數(shù)見表4 。

　　3 使用效果

　　改進(jìn)設(shè)計(jì)后的節(jié)煤型高溫沸騰爐，保持了燃燒熱效率高的特點(diǎn)，在煤的燃盡率、煤質(zhì)的要求以及燃燒溫度等方面則得到了更大地發(fā)揮。因而，增產(chǎn)節(jié)能效果更為顯著。在目前數(shù)百家水泥廠的應(yīng)用中都達(dá)到烘干水分< 1~1.5% 、節(jié)煤 50~80% 、增產(chǎn) 80~130% 、提高使用壽命 150% 的生產(chǎn)效果。表 5 列出部分水泥廠改造前后的生產(chǎn)對(duì)比。

　　表5 　　部分水泥廠改造前后的生產(chǎn)比較

　　節(jié)煤型高溫沸騰爐作為水泥廠原料烘干的一種新型燃燒爐，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與改進(jìn)為提高生產(chǎn)效率和設(shè)備使用壽命提供了良好保證。但這只是要素之一，關(guān)鍵還取決于操作與管理。本文對(duì)此僅涉及其耐火磚的選擇、砌筑和烘爐方法等，對(duì)相關(guān)工藝參數(shù)的控制以及其他值得注意的問題，筆者將另作闡述。按目前生產(chǎn)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，若在此方面加強(qiáng)操作管理，合理工藝參數(shù)，做到精心操作，盡可能地減少人為的影響，這種節(jié)煤型高溫沸騰爐的使用壽命則可進(jìn)一步提高。值得水泥廠應(yīng)用。