如何选择合适的预热器用耐火砖?

2021-05-06 14:21:01 sunfei 41

预煅烧窑系统具有许多复杂的设备,尤其是圆柱和圆锥设备,例如旋风分离器,烟气管道,第三风道和分解炉等。对耐火砖的需求比较大,并且用于某些设备的圆锥体。 砖的类型比较复杂。 目前,耐火砖的砖型设计以国外标准为主, 在国内,对于预热器和其他静态设备的圆柱形结构,使用楔形砖和直形砖作为比例。 对于锥形砖,每个环使用G形砖,楔形砖和直形砖相匹配。 该计算采用试验算法和比较方法,该比较方法是估计方法。 选择砖块类型的条件不是很清楚。

 

目前设计院大多采用德国VDZ标准中的G型砖和H型砖规格,约11种砖型即可满足直径从1.5~10m各种圆筒和圆锥结构的耐火砖的砌筑。

 

1、G型砖和H型砖的特点

 

德国VDZ标准中G型砖和H型砖的特点是腰身长均为76mm,笔者根据预热器耐火衬厚的特点对该标准尺寸进行了少许的改进,见表1。

 

该砖型中的H型砖的大小头的差值是为了消除直圆筒内外周长的差值,G型砖的大小头的差值是为了消除圆锥体的上下圆周长的差值,无论是G型砖还是H型砖,大小头的平均值为76mm,如H6中的6代表大小头尺寸a、b的差值,所以H6的a和b就可以确定为79mm和73mm。同样G型砖也是如此。G和H后面的数字越大,代表耐火砖的楔度(楔形砖的倾斜角)越大。耐火砖的长度可以确定为230mm,但是厚度可以在VDZ标准中B型砖的基础上进行修正,因为国内预热器耐火砖厚度与国外有一定的区别。

 

2、H型砖在圆筒结构上的配比原则和计算

 

当圆筒结构耐火砖的砖型不合理时就会出现较大宽度的三角缝(见图1),这种缝导致砌筑的耐火砖贴合不紧密,成为砖使用中最薄弱的区域,因此H型砖砖型设计的第一个原则是三角缝的宽度尽量减小。如图2所示,对于已知圆筒直径和砖厚,砌筑最理想的情况是用一种砖进行砖型设计,已知腰身长是76mm,可以求解出砖的a和b,这种砖砌筑时完全不会出现三角缝,称为理想砖型,但是a和b不一定是标准砖型中的尺寸,因此一般需要选择两种H型砖配比,此时,为减小三角缝的宽度,楔度要尽可能靠近理想砖型,因而当一个圆筒可以用H0和H6配砖,也可以用H0和H10配砖时,应优先选用H0和H6。因此,H型砖砖型设计的第二个原则是选用相近楔度的H型标准砖进行配比,如H0和H6、H6和H10等。

 

H型砖砖型设计的第三个原则是两种配比的H型砖的楔度必须一个比理想砖型的楔度大,另一个比理想砖型的楔度小,否则是无法配比的,这就是选择两种H型砖配比的条件。这从几何上很容易理解,也可以从配比方程组上理解。如H6和H0砖配比一个圆筒结构,假设耐火砖中心直径为D,耐火砖厚度为h,如图2所示,H6的a为79mm,H0的a为76mm,H6的数量为x,H0火砖的数量为y,列方程组:

 

解出:x=πh/3,y=(3πD-76πh)/228,y须大于0,所以D须大于76h/3,假如耐火砖厚度h为114mm,则要求圆筒的直径大约需大于2888mm,才能用H6和H0砖配比。若圆筒直径小于2888mm,须用H6和H10配比,同样H6和H10配比的也有类似的条件。可推导出,理想砖型的a与b差值为152h/D,所以理想砖型换为H型砖即为H(152h/D),根据两种标准的H型砖配比的条件可知:H0和H6配比的条件为0<152h/D<6,H6和H10配比的条件为6<152h/D<10,H10和H16配比的条件为10<152h/D<16,H16和H24配比的条件为16<152h/D<24,h=(D2-D1)/2。根据这些选择砖型配比的条件作出不同衬厚和不同圆筒直径的H型砖配比的选择图。

 

3、锥体部位的耐火砖选择和计算

 

相对来说锥体部位的配砖就较为复杂,以前采用水平布置的方法,导致每一种锥体需要特殊的砖型,且复演性差,耐火砖需要特殊设计,见图4。

 

目前较为常见的是采用布砖方式,即耐火砖垂直于锥面,对于该锥体结构来说,3个参数即可完全定义,耐火砖中心点处的直径D,火砖厚度h,锥体的倾斜度α,因为耐火砖的长度230mm为固定值。

 采用VDZ标准中G型砖和H型砖进行配比,每一环G型砖1种,H型砖2种,G型砖用来消除锥体上下周长的差值,即直径为D2和D1的圆弧差,两种H型砖用来消除内外周长的差值,即直径为D3和D4的圆弧差。G型砖的大头在上,小头在下,有G6、G10和G16。同样根据圆锥中D值从大到小进行选择,首先确定G砖型,再确定两种H型砖。当确定了G型砖后,G型砖的数量x是可以计算出来的,如选择G6,则有6x=π(D2-D1),x=π(D2-D1)/6。

 对于耐火砖的中心点,因无论是G型砖还是H型砖的腰身长都为76mm,为固定值,假设两种H型砖的数量分别为y和z,因此有这样的方程式:

 76(x+y+z)=πD

耐火砖厂家

 若G型砖选择G6,将方程式中的G6的数量x代入得出76(y+z)=πD-2×76×230πsinα/6,通过此等式得出选择G6型砖能配比的条件是πD-2×76×230πsinα/6>0,通过上面这个等式还可以发现,此时要配的砖是两种H型砖,配的圆筒直径为D'=D-2×76×230sinα/6,其意义是在图中c-c面上将G型砖在这个面上的弧长值减掉后,剩余的弧长由两种H型砖进行配砖,则有76(y+z)=πD',两种H型砖配比时,大头所在的直径为D3,小头所在的直径为D4,因此H=(D3-D4)/2,根据图中的几何关系换算为hcosα。同时根据H型砖的配比有解的条件:H0和H6配比的时候:0<152H/D'<6,代入即为d>76×460sinα/6+76H/3;H6和H10配比的条件:6<152H/D'<10,代入即为76×460sinα/6+76H/5<d<76×460sinΑp3;<6+76h>H10和H16配比的条件:10<152h>0已包含在内。

 

综上所述,锥体结构的G型砖和H型砖的选择条件为:

 

1)当D>76×460sinα/6+76hcosα/3,选择G6、H0和H6;

 

2)当76×460sinα/6+76hcosα/5<d<76×460sinΑp<>6+76hcosα/3,选择G6、H6和H10;

 

3)当76×460sinα/6+76hcosα/8<d<76×460sinΑp<>6+76hcosα/5,选择G6、H10和H16;

 

4)当D>76×460sinα/10+76hcosα/3,选择G10、H0和H6;

 

5)当76×460sinα/10+76hcosα/5<d<76×460sinΑp<>10+76hcosα/3,选择G10、H6和H10;

 

6)当76×460sinα/10+76hcosα/8<d<76×460sinΑp<>10+76hcosα/5,选择G10、H10和H16。

 

根据以上条件,优先选择楔度小的三种砖型。

 

确定了3种砖型后即可列方程组解出3种耐火砖的数量。如确定3种砖型为G6、H0和H6。已知图中3个参数D、α和h。设3种耐火砖的数量分别为x、y和z。G6用来补偿直径D2和D1的圆弧长的差值:

 

6x=π(D2-D1)=π×230×2sinα/6

 

对于耐火砖中心点有方程式:

 

76(x+y+z)=πD

 

在图中直径D3圆上有方程式:

 

76x+79y+76z=π(D+hcosα)

 

即可求解出3种耐火砖的数量。

 

4、结论

 

1)采用两种楔形砖配比圆筒体的时候,楔度尽可能与理想砖型的楔度接近,且理想砖型的楔度在配比的两种楔形砖的楔度之间。

 

2)在VDZ标准下得出圆筒结构和圆锥体结构配砖的计算方法。

 

3)通过耐火砖砌筑最紧密和砖型最少的要求,计算出圆筒结构的H型砖配比的选择条件和圆锥体结构的G型砖和两种H型砖配比的选择条件。

 

4)随着热工设备的增多,衬厚变化很多,导致耐火砖的厚度不一样,可以根据衬厚、圆筒直径、锥体的直径和倾斜角等选择合理的砖型并且精确地计算出耐火砖的数量。