摘要：锅炉炉墙砌筑过程中，垂直、水平以及砖缝情形是控制炉墙质量的三个重要依据，其中热膨胀伸缩缝是决定炉墙寿命的关键。
关键词：炉墙；热膨胀；伸缩缝；控制
一、热膨胀伸缩缝具有下列重要作用
1、预留间隙以保证锅炉承压部件的热膨胀自由。锅炉承压部件投入运行后，在不同工作压力下，其壁面温度由室温升高到200～300℃以上，过热部份更高，达400～500℃以上，因此各个不同方向产生显著的热膨胀。例如汽包向两侧膨胀；水冷壁管向下膨胀；水冷壁联箱向下及两侧膨胀；过热器联箱、省煤器联箱向两侧膨胀。如果膨胀受到阻碍，将产生很大应力，使承压部件变形和损坏；例如汽包被顶起，汽包渗漏和炉管发生环形裂纹，管排弯曲，焊口裂开等现象。锅炉承压部件的热膨胀除了在它们的结构设计上予以考虑和安装时实行管子冷拉外，还必须在炉墙设计和施工中针对承压部件热膨胀的方向留出适当间隙加以保证。
2、留出热膨胀伸缩缝以减少炉墙的热胀应力。热膨胀的大小取决于材料的化学成分和加热温度，燃烧室炉墙向火面的温度与水冷壁管的分布及锅炉的负荷变化有关。现代锅炉燃烧室的火焰中心温度达到1400℃以上，所以炉墙运行中的热膨胀数值是很大的。如果无伸缩缝而使膨胀得不到保证，由于炉墙自身的热膨胀受阻而产生的应力，将使炉墙移动，钢架变形，砖墙和耐火混泥土（或塑料）产生裂缝、凸起、倾斜和塌落、漏风跑烟，以及其他影响锅炉安全运行的事故。
对于锅炉热膨胀，通常约有50%的数值可由砖缝灰浆的压缩而茯得，其余部分就必须在炉墙结构设计和施工中预先留出足够的伸缩缝使炉墙的热膨胀得到充分保证。
总之，炉墙热膨胀伸缩缝的设计与施工正确与否，直接影响锅炉的安全运行。无伸缩缝或伸缩缝过小，都会妨碍承压部件和炉墙的膨胀活动；伸缩缝过大则会产生漏风跑烟，和易于受焦渣侵蚀。所以在炉墙设计上通常对热膨胀伸缩缝预先加以规定。
二、热膨胀伸缩缝设计数值的理论计算
理论上，燃烧室耐火砖墙对钢架相对的向上膨胀数值可以用下列公式计算：
⊿L=L′-L″
L′=0.58×L1×tn
L″=1.2×L2×tn′
式中 ⊿L——砖墙实际向上膨胀移动数值（毫米）；
L′——砖墙应有的向上膨胀数值（毫米）；
L″——钢架应有的向上膨胀数值（毫米）；
0.58——温度100℃时每米烧粘土砖墙的膨胀系数；
L1——砖墙热膨胀系统的高度（由不动支点计算）；
tn——砖墙受热的平均最高温度（由炉墙部位决定）；
1.2——金属钢架在温度100℃每米的膨胀系数；
L2——钢架膨胀系统的高度（由不动支点起算）；
tn′——钢架受热的最高温度（按护板表面温度计算）；
对于砖墙的侧向膨胀数值，也可按照上述公式计算，但锅炉钢架的两侧膨胀，在下部不显著，仅在靠近炉顶部位才呈现向外侧倾斜和向上伸展的现象。因此，在计算砖墙的侧向或水平膨胀数值时，也可采用另一简便公式⊿L =0.58×L×tn（式中：⊿L——砖墙实际侧向膨胀数值；L——砖墙热膨胀系统的长度；tn——砖墙受热的平均最高温度；）计算，而不考虑钢架护板的侧向膨胀情况。
在实运用中，采用的热膨胀数值应较理论上的大一些，增大的数值因各种不同的砖材与炉墙结构而不同；同时，也必须考虑到锅炉的工作方式而有差别，一般增大的数值为5～20毫米。
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对于中压锅炉轻型炉墙而言，在水冷壁管管距稠密时，其表面 受热温度大约为500～600℃；而水冷壁管管距较稀时，其表面受热温度大约为700～800℃，护板表面温度一般平均不超过40～50℃。
三、热膨胀伸缩缝设置在实际中的难点
1、锅炉生产厂家为了降低锅炉造价会尽量减少生铁水平托架的分段数，炉墙垂直高度方向一般都以10～12米来砌筑，在高温下当耐火砖承受的荷重超过其抗压强度时，不仅所设置的伸缩缝起不了作用，而且砖软化变形后会向炉膛内突出、倾斜及塌落。
2、炉墙实际施工砌筑过程中，虽然有相应的施工规范和技术措施控制，但由于人为因素，热膨胀伸缩缝设置难免会存在瑕疵。
3、锅炉在实际运行中，由于存在启炉、停炉及炉管泄漏等特殊工况，导至炉墙骤冷骤热与炉墙正常工况下设置的热膨胀伸缩缝难以统一。
因此，热膨胀伸缩缝的设置不仅要有理论上的数据支撑，还必须考虑炉型结构并结合实际情况去设置。
四、热膨胀伸缩缝的设置方式
1、炉墙的伸缩缝应尽量避免灰渣、熔焦以及火焰的直接冲刷，以免失去其正常作用。因此规定伸缝的位置，应留在耐火砖之间及耐火砖与硅藻土砖之间；而硅藻土砖之间及炉顶砖墙内均不留出伸缩缝。伸缩缝的位置还应设计在熔焦与火焰作用较小的地方，例如设计在墙角部位的垂直伸缩缝。但如炉墙的宽度大、火焰及烟气温度高，为了减少炉墙的热应力，有的锅炉燃烧室前墙及后墙中央也留出垂直直伸缩缝。
2、伸缩缝即使砌留在灰渣、熔焦较小的地方，伋有渗入的可能。当炉膛温度降低时，熔焦凝固便会使伸缩缝变小，甚至完全为熔焦所坥塞，使伸缩缝失去作用。因此，必须在伸缩缝内以柔软韧性填料填充。一般多采用石棉绳，其直径应与伸缩缝宽度相等或比伸缩缝大1～3毫米。
3、砌筑热膨胀伸缩缝和间隙时，向火面的砖面不许砍削，缝内应保持清洁整齐，无卡塞杂物及灰浆，亦无个别砖的棱缘突出于热膨胀伸缩缝或间隙内。
4、墙角伸缩缝。在燃烧室和省煤器范围内，墙角垂直伸缩缝的宽度，一般为25毫米，或按图纸具体规定留出。墙角垂直伸缩缝砌筑时应注意上下分段墙的关系，在两米长内不得超过5毫米，在整个缝的高度内不得超过15毫米。
5、水平伸缩缝。水平伸缩缝一般都在水平生铁托架装置部位，借助于生铁托架将炉墙的重量部份转移给锅炉钢架来承担的方式设置，或者是借助于卸重墙（红砖外墙）将上部耐火砖墙的重量转移给外墙来承担的卸重式结构方式设置。生铁托架装置结构和卸重式结构均可根据垂直炉墙水平伸缩缝的需要分为数段设置，在实际运用中两种方式要合理结合使用。
6、穿墙管热膨胀间隙。除设计上规定的特殊炉墙结构外，任何锅炉管子都不能卡在砖墙上，也不许碰触在塑料或托架铁板上，否则会挤动砖墙、磨损管子，或迫使管子向炉墙膨胀方向膨胀，从而造成事故。因此炉墙施工时，凡是管子通过炉墙、塑料或托架铁板的部分，必须正确留出管子四周的活动间隙，以便保证管子能向下膨胀或侧向移动。
五、热膨胀伸缩缝实际应用实践
1、案例：某厂一台SHF20—25/400沸腾炉，燃烧室两侧墙为无水冷壁管辐射受热重型炉墙，烧室炉门以上设置为生铁托架装置结构、炉墙高度12米，中间采用卸重式结构方式设置了一道水平热膨胀伸缩缝。锅炉使用中内衬耐火砖墙经常脱落倒塌，多次按图施工重筑后效果均不理想，炉墙最短寿命只有15天。
2、原因分析：通过对炉墙热膨胀数值计算，发现膨胀缝的设置不足以抵消炉墙内侧受热后的膨胀量；同时在锅炉使用过程中观察，发现短时运行后内衬耐火砖墙的托砖（卸重式结构形成的底层托砖）及锚砖（拉砖）便全部断裂，内衬砖墙整体下移，卸重式结构形成的水平膨胀缝消失，查找原因主要是由于炉墙过高，导至耐火砖墙的荷重超过了耐火砖的抗压强度，加上热膨胀运动造成托砖及拉砖断裂。
3、整改方法：一是在炉墙高度方向增加了一组水平生铁托架装置，将高12米炉墙分为两段，将上部炉墙的重量部份转移给锅炉钢架，降低炉墙的重直荷重；二是计算炉墙热膨胀量，重新布置水平热膨胀伸缩缝。
4、效果检查：锅炉炉墙按整改方法重新筑炉后投入使用后，炉墙存在的问题得以消除，锅炉炉墙寿命达到了正常使用周期。
结语：
锅炉热膨胀伸缩缝合理与否是保证锅炉安全运行的重要条件之一。虽然一般情况下锅炉厂家都会对锅炉热膨胀伸缩缝在图纸中加以规定，但在实际工作中还需针对锅炉使用情况及炉墙出现的问题加以分析判断，找出存在问题原因并进行改进，才能取得实质性的效果。本文对燃烧室重型炉墙热膨胀计算方法及热膨胀伸缩缝设置方式作了阐述，对于分析锅炉热膨胀伸缩缝的合理性具有一定的借鉴作用。
论文作者:陈兴学
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/28
标签：伸缩缝论文; 热膨胀论文; 砖墙论文; 锅炉论文; 钢架论文; 数值论文; 托架论文; 《电力设备》2018年第22期论文;