泡沫玻璃化磚耐磨性、抗熱震性檢測與分析

李寅雪 ，李 震 ，楊 剛 ，趙宇航

（1.中國電力科學(xué)研究院，北京市，102401；2.北京電力設(shè)備總廠，北京市，102401）

0 引言

近年來，隨著國家對環(huán)境保護(hù)要求的日益提高，燃煤電廠均采取有效的措施以解決煙塵排放對環(huán)境的污染。為控制煙氣排放中的SO2含量，多采用煙氣脫硫方法。雖然煙氣濕法脫硫后煙氣中的SO2含量大為降低，但其煙氣溫度降低，濕度增大，易結(jié)露，形成腐蝕性很強的稀硫酸液，使煙囪運行工況發(fā)生變化。根據(jù)國內(nèi)外脫硫工程的運行情況，濕法脫硫的煙囪防腐蝕采用在煙囪內(nèi)襯貼泡沫玻璃化磚。

泡沫玻璃化磚是用于濕煙囪防腐的硼硅質(zhì)泡沫玻璃磚、普通泡沫玻璃磚和泡沫玻璃化陶瓷磚的簡稱。泡沫玻璃化磚是分別以硼硅玻璃或普通玻璃或陶瓷類材料為主要原料，加入發(fā)泡劑、外摻劑，經(jīng)過隧道窯爐高溫焙燒發(fā)泡成型的一種輕質(zhì)多孔玻璃材料。泡沫玻璃化磚發(fā)泡成型時形成的內(nèi)部獨立封閉氣孔結(jié)構(gòu)，集傳統(tǒng)隔熱保溫于一體，它具有抗?jié)B透效果好、導(dǎo)熱系數(shù)小、阻燃、抗老化、耐酸堿（氫氟酸除外）、耐高溫等優(yōu)點，可適用于急冷、急熱工況及高強度的腐蝕環(huán)境，是目前濕法脫硫煙囪良好的內(nèi)襯材料。

泡沫玻璃化磚由粘合材料直接粘貼于煙囪內(nèi)筒表面，并由粘合材料對玻璃磚間的縫隙勾縫，阻斷了煙氣對內(nèi)筒結(jié)構(gòu)的腐蝕。泡沫玻璃磚有優(yōu)良的絕熱、耐腐蝕性能。

目前，國內(nèi)泡沫玻璃化磚在性能、質(zhì)量、價格等方面差別很大，能否恰當(dāng)選用，對工程質(zhì)量和煙囪壽命至關(guān)重要。普通泡沫玻璃磚過去主要用于保溫、保冷等行業(yè)，對強度、耐磨性、抗溫度的急冷急熱性能沒有要求或要求不高。因此，在泡沫玻璃化磚的選用上，存在如下的問題：(1)耐磨性差是泡沫玻璃化磚的一項重要缺陷，煙囪中的煙氣中含有大量的粉塵，隨煙氣高速流動，對煙囪內(nèi)壁沖刷磨損很大，又由于煙囪長期連續(xù)運行（要求20年或30年以上連續(xù)運行），長期的磨損要求內(nèi)襯材料要有優(yōu)良的耐磨性能；(2)根據(jù)國內(nèi)外煙囪的實際運行，特別是經(jīng)過長期高溫運行和經(jīng)過多次溫度高低變化后，如何適應(yīng)煙囪實際工況下的冷熱交替應(yīng)力的變化這一點尤其重要，只有這樣才能保證煙囪長期可靠運行。

筆者根據(jù)濕煙囪運行工況，結(jié)合多年的研究成果，對泡沫玻璃化磚增設(shè)了耐磨性和抗熱震性的檢測項目，這將更有利于控制防腐系統(tǒng)的整體質(zhì)量，以提高其使用壽命。對于泡沫狀輕質(zhì)保溫絕熱材料而言，目前這2項試驗不論是國家標(biāo)準(zhǔn)還是其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，都沒有適用的檢測方法。筆者根據(jù)多方調(diào)研，并做了大量的探索和調(diào)整工作，規(guī)定了泡沫玻璃化磚的耐磨性、抗熱震性及其檢測方法，解決了泡沫玻璃材料耐磨性、抗熱震性檢測的問題?？晒┢渌p質(zhì)保溫絕熱材料的耐磨性、抗熱震性檢測參考。

1 耐磨性檢測與分析

1.1 試驗方法

耐磨性試驗方法適當(dāng)采用GB/T 18301耐火材料常溫耐磨性試驗方法，并做了一些參數(shù)調(diào)整。該試驗的原理為：將規(guī)定形狀尺寸試樣的試驗面垂直對著噴砂管，用壓縮空氣將磨損介質(zhì)通過噴砂管吹到試樣上，測量試樣的磨損體積。

設(shè)備：磨損試驗機。

磨損介質(zhì)：國產(chǎn)36號粒度黑色碳化硅。

試樣：每次試驗需取2塊試樣進(jìn)行平行試驗或經(jīng)有關(guān)方面協(xié)商。試樣尺寸一般為100 mm×100 mm×供貨樣品厚度，試樣的試驗面應(yīng)平整，無肉眼可見的裂紋；試驗結(jié)束，如果試樣被磨穿，本次試驗無效。

試驗步驟：(1)試驗前在105～110℃溫度下，將試樣干燥至恒重。(2)稱量試樣，精確至0.1 g；按GB/T 2998規(guī)定測量試樣長、寬、厚，計算試樣體積。(3)將試樣的試驗面與噴砂管成垂直的方向，置于距噴砂管端部203 mm位置。(4)關(guān)閉試驗箱門，接通壓縮空氣，將壓力調(diào)至0.1 MPa處，磨損介質(zhì)為150 g。(5)從試驗箱內(nèi)取出試樣，掃去粉塵后，稱量精確至0.1 g。(6)試驗數(shù)據(jù)處理。

根據(jù)重量與體積，計算出試樣的體積密度。

式中：B為體積密度，g/cm3；M1為試驗前試樣質(zhì)量，g；M2為試驗后試樣質(zhì)量，g；M為試樣質(zhì)量損失，g。

1.2 性能分析

在檢測試驗中發(fā)現(xiàn)體積密度低的產(chǎn)品，耐磨性也差，而體積密度越高，耐磨性能也越好。

通過對近20家生產(chǎn)廠不同批次的產(chǎn)品進(jìn)行檢測，總結(jié)出耐磨性指標(biāo)的評定標(biāo)準(zhǔn)。在國網(wǎng)北京電力建設(shè)研究院（現(xiàn)更名為“中國電力科學(xué)研究院”）企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/FSDYS013—2009《火電廠濕煙囪（煙道）用泡沫玻璃化磚、彈性密封粘結(jié)劑與基材處理劑》中對泡沫玻璃化磚耐磨性指標(biāo)的規(guī)定如表1。

2 抗熱震性檢測與分析

2.1 試驗方法

抗熱震性試驗方法采用YB/T376.1耐火制品抗熱震性試驗方法（水急冷法）。試驗溫度為250℃±10℃。該試驗的原理為：在規(guī)定的試驗溫度和水冷介質(zhì)條件下，一定形狀和尺寸的試樣，在經(jīng)受急熱急冷的溫度突變后，通過測量其受熱端面破損程度來確定試樣的抗熱震性。

表1 泡沫玻璃化磚的技術(shù)條件Tab.1 Foamed vitrified brick technical specifications

設(shè)備：抗熱震穩(wěn)定性試驗爐和流動水槽。

試樣：每次試驗需取3塊試樣進(jìn)行平行試驗或經(jīng)有關(guān)方面協(xié)商。試樣尺寸 （230～240）mm×（70～120）mm×厚度，不得有因制樣而造成的裂紋等缺陷，否則需重新制樣。

試驗步驟：(1)試驗前在105～110℃溫度下，將試樣干燥至恒重。(2)裝樣。要保證試樣50 mm長能夠經(jīng)受急冷急熱。用方格網(wǎng)測量試樣受熱端面的方格數(shù)。(3)試樣急熱過程。將加熱爐加熱到250℃±10℃保溫15 min后，迅速將試樣移入爐膛內(nèi)。試樣在250℃下保持20 min。(4)試樣急冷過程。試樣急熱后，迅速將其受熱端浸入5～35℃流動的水中，試樣在水槽中急劇冷卻3 min后立即取出，在空氣中放置時間5 min。試樣急冷時，應(yīng)及時關(guān)閉爐門，使?fàn)t溫保持在250℃±10℃。(5)試樣反復(fù)進(jìn)行急熱急冷過程，直至破壞或達(dá)到規(guī)定的急熱急冷次數(shù)后，試驗結(jié)束。(6)試驗數(shù)據(jù)處理。

試樣受熱端面破損率的計算，用方格網(wǎng)直接測量試驗前試驗受熱端面的方格數(shù)A1和試驗后破損的方格數(shù)A2，按公式(2)計算試樣的受熱端面破損率：(2)式中：P為試樣的受熱端面破損率，%；A1為試驗前試驗受熱端面的方格數(shù)；A2為試驗后破損的方格數(shù)。

破損率取整數(shù)，當(dāng)P=（50±5）%時，稱試樣受熱端面破損一半。在急冷過程中，試樣受熱端面破損一半時，該次急冷急熱循環(huán)作為有效計算。

2.2 性能分析

在檢測試驗中發(fā)現(xiàn)體積密度低的產(chǎn)品，抗熱震性也差，而體積密度越高，其強度也高，從而抑制了破壞應(yīng)力的作用，抗熱震性能也越好。另外，從目前檢測情況看，抗熱震性存在不可忽視的問題，就是由于生產(chǎn)廠家對燒成工序冷卻階段的降溫工藝控制不穩(wěn)定，使產(chǎn)品內(nèi)部的熱應(yīng)力消除的不好，在第1次急熱過程中就出現(xiàn)爆裂等現(xiàn)象，造成抗熱震性不合格，應(yīng)當(dāng)引起各方的高度重視。

耐磨性、抗熱震性對火電廠濕煙囪用泡沫玻璃化磚來講是很重要的技術(shù)指標(biāo)，其考核方法和評定標(biāo)準(zhǔn)還需要進(jìn)一步的探討。同時也希望各生產(chǎn)單位能進(jìn)一步提高產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，有效保證濕煙囪防腐體系的安全運行和使用壽命。

[1]Q/FSDYS013—2009火電廠濕煙囪（煙道）用泡沫玻璃化磚、彈性密封粘結(jié)劑與基材處理劑[S].

[2]趙宇航，徐麗，李震，等.脫硫煙囪防腐材料產(chǎn)品檢測與分析[C].火力發(fā)電廠脫硫煙囪防腐技術(shù)研討會技術(shù)交流論文.

[3]趙強，程路，王艷麗，等.電廠高溫材料常用的壽命預(yù)測方法概述[J].電力建設(shè)，2008，29(7)：1-4.

[4]郝云馮，申政.耐磨可塑料在循環(huán)流化床鍋爐中的應(yīng)用[J].電力建設(shè)，2005，26(12)：22-24.

[5]DL 776—2001火力發(fā)電廠保溫材料技術(shù)條件[S].

[6]GB/T 183016—2001耐火材料常溫耐磨性試驗方法[S].

[7]GB/T 17911.8—2002耐火陶瓷纖維制品導(dǎo)熱系數(shù)試驗方法[S].

[8]GB/T 17601—1998致密定形耐火制品耐硫酸侵蝕性試驗方法[S].

[9]GB/T 7320.1—2000耐火材料熱膨脹試驗方法頂桿法[S].

[10]GB/T 13244—1991含碳耐火材料抗氧化性試驗方法[S].