焚烧炉水冷壁用湿法喷涂产品的探索研究
发布时间：2021-09-29 13:46:30来源：冠霖环保科技
焚烧炉水冷壁用湿法喷涂产品的探索研究
与此同时,焚烧炉炉膛结构设计不断创新,重型绝热焚烧炉设计逐渐改变成膜式水冷壁结构,包括高温灰渣侵蚀、气流冲刷磨损严重的二次燃烧区、前后拱区、前后斜顶,甚至焚烧炉侧墙等区域。水冷壁耐火材料设计厚度大约70~150mm,选材包括刚玉-莫来石、碳化硅质等,采用销钉或者抓丁锚固方式。目前水冷壁炉墙基本采用浇注料或者可塑料,施工难度大且工期长。湿法喷涂是一种先进的不定形耐火材料施工技术,具有效率高、环保、机械化程度高等特点,与浇注和捣打施工相比,能显著降低施工难度,缩短施工周期,提高窑炉的运转效率。选择合适的分散剂、缓凝剂和絮凝剂是湿法喷涂产品良好施工性能的重要保证。分散剂降低材料的加水量,提高材料的流动泵送性。缓凝剂保证材料有足够的可泵送时间,避免材料在长时间或意外停止泵送时过早丧失可泵性而堵管。絮凝剂则保证喷涂料在喷出喷嘴后瞬间失去流动性而能够成型,又能让已经粘附的喷涂料保持一定时间的可塑性,并使喷涂料施工完毕后具有较快的硬化作用,保证能够连续喷涂施工而又不影响喷涂料的最终性能。本文以垃圾焚烧炉水冷壁炉墙用SiC质浇注料配方为基础,研究分散剂、缓凝剂、絮凝剂等外加剂对SiC质湿法喷涂产品性能的影响。
1.1 原料
试验所用原料:碳化硅(粒度5~3mm、3~1mm、≤1mm和≤0.074mm)、85均质料(粒度5~3mm、3~1mm、≤1mm、≤0.074mm)、氧化铝微粉(5μm)等。所用原料的化学组成见表1。
表1 原料的化学组成
本研究使用的分散剂有两种:1#分散剂为磷酸盐类分散剂,2#分散剂为聚羧酸盐类分散剂;缓凝剂采用弱酸性盐;使用3种絮凝剂:A为弱碱性,B为弱酸性,C为强碱性
1.2试验过程
原料按表2的配比进行称量,混合均匀后备用。分散剂、缓凝剂、絮凝剂等单独称量。
表2 碳化硅质喷涂料配料方案
分散剂、缓凝剂和絮凝剂试验方案如表3、表4和表5所列。
表3 分散剂对喷涂料性能影响的试验方案
表4 缓凝剂对喷涂料性能影响的试验方案
表5 絮凝剂对喷涂料性能影响的试验方案
1.3 性能表征
(1)自流性能
自流流动值是喷涂料泵送性能的一个重要参数,按ASTMC1446-1999标准规定方法进行测量。
将混合后的干料倒入搅拌机中干混2min,然后加水,搅拌时间合计6min。将搅拌好的湿料每隔40min进行自流值测定(图1),检测喷涂料自流值随时间的变化规律,直到喷涂料的自流值为0或时间满120min为止。
图1 自流值测试示意图
自流值按计算公式(1),一般认为自流值控制在60%~80%时材料具有更好的流动填充与泵送性能。自流值过小,施工暂时停顿时易出现流动性下降过大,造成停放堵管;自流值过大,则易产生存放离析,增大泵送阻力造成堵管。一般认为其可泵送性能至少能够保持2h以上。
式中:Di为试样的初始直径(为固定值100mm);
Df为自流后试样平均自流直径。
材料的可泵送时间通过调整缓凝剂的加入量来延长,通过检测其自流值随时间的变化关系来判断喷涂料的可泵送施工时间。
(2)絮凝硬化性能
喷涂过程中,在喷涂料经喷涂机泵送至管道末端与喷枪头连接处,用压缩空气携带液体絮凝剂吹入管道内,使喷涂料喷射到施工面后能够快速絮凝失去流动性能,粘附于施工面,并且随着喷涂厚度的增加,材料能够在絮凝剂的作用下保持一定时间的泥膏状,使后续喷涂料能够持续不断地压入喷涂层以便致密化成型,避免硬化过快后续的喷涂料与原有衬里形成分层结构。而材料在硬化絮凝的作用下也需要具有适当的硬化速度,以使衬里能够即时产生一定的强度,避免喷涂衬里厚度比较大时在自身重力的作用下坍塌。
将不同种类和剂量的絮凝剂加入到喷涂料中,立刻搅拌,然后观察喷涂料的絮凝情况、保持可塑性情况和最终硬化情况,用秒表检测记录喷涂料的絮凝时间ti、保持可塑性时间tm、硬化时间ty,判断喷涂料可喷涂施工的可行性,确定适宜的絮凝剂种类及加入量。
结果与分析
2.1分散剂的影响
(1)分散剂对湿法喷涂料加水量和初始自流值的影响
图2示出了喷涂料加水量与自流值的关系。随着加水量的增加,每个配方喷涂料的自流值都逐步增大,但在加水量相同时,随着分散剂量的增加,自流值先增大后减小。2#分散剂与1#分散剂呈现类似规律。在加水量、分散剂加入量均相同时,采用聚羧酸盐2#分散剂的喷涂料自流值均比采用1#磷酸盐分散剂的喷涂料自流值大。1#分散剂加入量为0.15%或2#分散剂加入量为0.1%时,喷涂料自流值均最大,此时分散剂加入量比较适宜。
图2 分散剂对喷涂料加水量和初始自流值的影响
(2)分散剂对湿法喷涂料的自流值与时间变化关系的影响
喷涂料加水量为7.8%条件下,进一步检测了按各配方搅拌好的喷涂料存放0min、40min、80min、120min后的自流值。图3是喷涂料自流值与时间的关系。从图中可看出,无论是加入1#分散剂或2#分散剂,喷涂料的自流值随着时间的延长都呈下降的趋势。其中方案fs-1′在80min时已经丧失自流性能,fs-2′、fs-3′在120min时自流性能丧失严重。总体上显示,加入聚羧酸盐2#分散剂的fs-4′、fs-5′、fs-6′喷涂料其放置后自流值下降速度较加入磷酸盐1#分散剂的缓慢,并且在放置120min后还保持较高的自流值。
图3 分散剂对喷涂料自流值与时间变化关系的影响
2.2 缓凝剂的影响
当1#分散剂加入量为0.15%、喷涂料加水量为7.8%时,研究缓凝剂不同加入量对自流值与时间关系的影响,结果如图4所示。随着缓凝剂加入量的增大,0min时初始自流值稍微有些增大,但40min、80min、120min的自流值下降幅度却逐渐减少。当缓凝剂加入0.015%时,120min的自流值仍保持在60%左右,一般能够避免在泵送喷涂施工中因意外事故的中止导致堵管问题的出现。当缓凝剂继续加入至0.02%时,其在不同时间段自流值稍有提升,但意义不大。因此,缓凝剂加入量为0.015%时比较适宜。
图4 缓凝剂对喷涂料自流值与时间关系的影响
2.3 絮凝剂的影响
在衬里喷涂施工完成后,絮凝剂不能影响喷涂料的最终硬化性能,一般在喷涂施工后3~5h内衬里有较高的硬化强度,一般称此时间为硬化时间ty(ty<5h)。
首先,对使用2#分散剂的yh-1′、yh-2′、yh-3′配方分别加入0.2%的絮凝剂A、絮凝剂B和絮凝剂C,进行絮凝硬化搅拌试验,发现长时间搅拌后加入3种絮凝剂的喷涂料都无法絮凝,远远满足不了小于5s絮凝要求,喷涂施工时喷涂料无法粘结施工面而滑落。这说明使用2#分散剂的喷涂料,虽然其自流值保持时间长、自流值大,有利于泵送,但是无法进行喷涂施工。
对使用1#分散剂的yh-4′、yh-5′、yh-6′喷涂料配方分别加入0.2%的絮凝剂A、絮凝剂B、絮凝剂C,进行絮凝硬化搅拌试验。采用絮凝剂B的yh-4′配方喷涂料,其絮凝时间ti比较短,大约在4s左右,可以满足絮凝时间的要求,但是其保持材料塑性的时间太短(tm≈30s),材料很快就失去了塑性而变硬,无法满足连续喷涂施工的要求。采用絮凝剂C的yh-5′配方喷涂料,其絮凝时间ti比较长(ti≈40s),虽然其絮凝时间较yh-1′、yh-2′、yh-3′的絮凝时间短很多,但仍满足不了喷涂施工的要求,容易导致喷涂料滑落。采用絮凝剂A的yh-6′配方喷涂料,其絮凝时间ti比较合适(ti≈4s),保持塑性时间tm也比较合适(tm≈10min),能喷涂粘附,保证连续喷涂施工。
絮凝剂的作用主要是加速喷涂料水泥水化,根据3种絮凝剂特性可知:C为强碱性盐,絮凝作用较强;B为弱酸性盐,絮凝作用较弱;A为弱碱性盐,絮凝作用适中。
对絮凝剂A做进一步研究。yh-7′、yh-6′、yh-配方絮凝剂A加入量分别为0.1%、0.2%、0.3%,研究了絮凝剂A加入量对絮凝时间ti、保持可塑性时间tm、硬化时间ty的影响关系。从图5可以看出,随着絮凝剂加入量递增,絮凝时间ti由7s、4s、2s递减,絮凝效果理想,喷涂料很快絮凝变得黏稠,粘附性较好
图5 絮凝剂A加入量对喷涂料絮凝时间的影响
图6示出了絮凝剂A加入量对湿式喷涂料保持塑性时间的影响。可以看出,随着絮凝剂A加入量递增,保持塑性时间tm逐渐缩短。絮凝剂A加入量0.3%时,其保持塑性时间(tm=335s)偏短,在实际施工中很容易形成喷涂施工体分层结构而影响施工体的质量
图6 絮凝剂A加入量对喷涂料保持塑性时间的影响
图7示出了喷涂料中絮凝剂A加入量与硬化时间的关系。随着絮凝剂A加入量增大,硬化时间ty由360min、220min、139min递减。絮凝剂A加入量0.1%时,其硬化时间(ty=360min)过长。
图7 絮凝剂A加入量对湿式喷涂料硬化时间的影响
综上分析,絮凝剂A加入量为0.2%时,具有适宜的絮凝时间ti、保持塑性时间tm和硬化时间ty。
结 论
(1)SiC质喷涂料在加水量为7.8%时,1#分散剂加入量为0.15%或2#分散剂加入量为0.05%时,喷涂料自流值均处于60%~80%之间,此时分散剂加入量比较适宜。
(2)添加1#分散剂的喷涂料,缓凝剂加入量为0.015%时,2h自流值仍保持在60%左右,满足可泵送时间要求。2#分散剂本身具有很好的缓凝效果,不需要添加缓凝剂就能满足可泵送时间要求。
(3)本试验采用的3种絮凝剂对于1#分散剂体系均有絮凝效果,由于酸碱性差异,絮凝时间有所不同;但对于2#分散剂均没有絮凝作用,因而2#分散剂不满足本次喷涂要求。
(4)添加0.15%1#分散剂和0.015%缓凝剂的喷涂料,加入0.2%絮凝剂A时,具有适宜的可泵送时间(大于2h),且絮凝时间ti=4s、保持塑性时间tm≈10min、硬化时间ty≈3.7h,能够满足喷涂施工要求。