一種新的異形蓄熱磚砌筑施工方法及應用

秦晨 QIN Chen

（沈陽飛馳電氣設(shè)備有限公司，沈陽 110168）

0 引言

隨著北方地區(qū)煤改電供暖工作的推進，固體電蓄熱裝置作為一種清潔能源供熱產(chǎn)品得到了廣泛的應用。2022年，國家發(fā)展改革委、國家能源局《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》（發(fā)改能源〔2022〕210 號）中提到：要推進風電和太陽能發(fā)電大規(guī)模開發(fā)和高質(zhì)量發(fā)展，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的電力系統(tǒng)，優(yōu)先就地利用，有序淘汰煤電落后產(chǎn)能，積極穩(wěn)妥推進北方地區(qū)冬季清潔取暖，按照宜電則電的原則，加大配電網(wǎng)改造升級力度，保障電力供應，條件適宜地區(qū)積極推進蓄熱電鍋爐等新型電采暖設(shè)備[2]。

國家發(fā)展改革委等十部門《關(guān)于進一步推進電能替代的指導意見》（發(fā)改能源〔2022〕353 號）中提到：要積極推廣工商業(yè)、農(nóng)業(yè)農(nóng)村等重點領(lǐng)域電能替代，在終端能源消費領(lǐng)域用電能替代煤炭、石油、天然氣，提高電能占終端能源消費比重，繼續(xù)推進清潔取暖，在現(xiàn)有集中供熱管網(wǎng)難以覆蓋的區(qū)域，推廣蓄熱式電鍋爐、分散式電暖氣等電采暖，助力重點區(qū)域散煤清零，不斷完善電能替代支持政策，加強規(guī)劃統(tǒng)籌銜接，增強電力供應與服務保障，加大投融資支持力度，完善價格和市場機制，強化節(jié)能環(huán)保降碳剛性約束[3]。

固體電蓄熱裝置中的蓄熱體是由蓄熱磚砌筑而成，蓄熱磚是構(gòu)成蓄熱體的最小蓄熱單元，利用蓄熱磚在升溫或降溫過程中的溫差實現(xiàn)熱能存儲，在整個工作溫度范圍內(nèi)，蓄熱磚始終保持固定形態(tài)，蓄熱磚材質(zhì)選用成本造價低的鎂基耐火材料為基礎(chǔ)（氧化鎂含量不低于92%），并添加納米微晶材料，1600℃高溫燒制而成，蓄熱磚密度≥3.0g/cm3，荷重軟化溫度≥1550℃，常溫耐壓強度≥50MPa，蓄熱磚可塑性強，可根據(jù)使用要求定制多種款式，并具有蓄熱能力強、性能穩(wěn)定、使用壽命長等優(yōu)點[4]?？紤]到高電壓電氣絕緣性能與高溫使用環(huán)境，蓄熱磚一般采用直接搭接的方式進行人工砌筑。由于砌筑是在保溫層上直接測放線后形成作業(yè)，在砌筑作業(yè)時，一方面蓄熱磚自身沒有定位裝置，需要人工多塊拼裝的誤差大，僅依靠自身重力搭接而成的蓄熱體穩(wěn)定性差；另一方面蓄熱體前后左右四個面的平整度控制不易實現(xiàn)，這就會導致蓄熱體在實際運行過程中受熱脹冷縮影響大，容易發(fā)生傾斜、倒塌問題，不僅會影響固體電蓄熱裝置的使用功能，還有可能造成嚴重的安全事故。而蓄熱體作為固體電蓄熱裝置的核心單元，其砌筑作業(yè)質(zhì)量要求高，尤其是平整度和穩(wěn)定性要求極高，這就需要在砌筑時采用新結(jié)構(gòu)和新工藝來保證施工效果。

1 施工方法創(chuàng)新思路

為了解決現(xiàn)有蓄熱磚砌筑施工中存在的技術(shù)問題，采用新研發(fā)的異形蓄熱磚（零號磚、一號磚和二號磚）按照一定的排列順序進行蓄熱體的砌筑施工，蓄熱磚與蓄熱磚之間具有雙重定位裝置，即蓄熱磚頂面與底面均帶有凹凸卡槽，能夠有效限制上下塊蓄熱磚之間的前后左右相對位移；并且在偶數(shù)層采用半塊蓄熱磚的砌筑形式，在保證磚塊之間互鎖的同時，能夠使得上下兩側(cè)層之間相互咬合，讓每一組層都構(gòu)成一個穩(wěn)定的磚層結(jié)構(gòu)，解決了多層蓄熱磚擺放后，相鄰兩列蓄熱磚之間的穩(wěn)定問題。相對于現(xiàn)有蓄熱磚型堆砌穩(wěn)定性差和施工時間長的不足，本結(jié)構(gòu)的蓄熱體不僅能夠滿足蓄熱放熱功能，而且自帶定位結(jié)構(gòu)，增加蓄熱體的穩(wěn)定性，定位結(jié)構(gòu)也可替代拉線的作用，縮短施工周期，提高安裝效率。

2 施工方法及其應用

新研發(fā)的異形蓄熱磚由三種磚型構(gòu)成：零號磚、一號磚和二號磚，蓄熱磚的結(jié)構(gòu)如圖1-圖3 所示，并將三種異形蓄熱磚按照一定的排列順序進行砌筑，砌筑施工方法如圖4-圖7 所示，具體施工步驟如下：

圖1 零號磚結(jié)構(gòu)圖

①零號磚結(jié)構(gòu)如圖1 所示，零號磚10 由正方體的磚體1 和兩條平行的支撐楞4 構(gòu)成，磚體頂面分為4*4 個正方形的方格2，在奇數(shù)排的奇數(shù)列與偶數(shù)排的偶數(shù)列的方格2 上設(shè)有凸臺3，這樣在沒有設(shè)置凸臺3 的方格2 處自然形成一個能與凸臺3 配合的凹槽，在兩個磚體頂面貼合時，凸臺3 與凹槽配合，從而限制了蓄熱磚前后左右四個方向的移動，在零號磚的底面設(shè)有兩條平行的支撐棱4，支撐棱4 的截面呈等腰梯形，支撐棱4 與磚體1 為一體結(jié)構(gòu)。在支撐棱4 上分別設(shè)有凸起的圓臺5 和凹陷的圓臺孔6，兩個支撐棱4 上的圓臺5 位于磚體1 的同一條對角線上，兩個支撐棱4 上的圓臺孔6 位于磚體1 的另一條對角線上，圓臺5 與圓臺孔6 的圓心距為磚體1 邊長的一半。在兩個磚體底面貼合時，通過圓臺5 與圓臺孔6 的配合，同樣也限制了上下兩個蓄熱磚在前后左右四個方向上的移動，相鄰兩個支撐棱4 之間形成的通道7 同時為電熱絲的安裝通道和散熱通道。

②一號磚結(jié)構(gòu)如圖2 所示，一號磚11 就是在縱向上將零號磚10 分成兩個大小相同的磚體，任意一個定義為一號磚11，在蓄熱體的砌筑過程，左右兩側(cè)可以砌筑一號磚11，實現(xiàn)縱向的上下蓄熱層的壓縫。

圖2 一號磚結(jié)構(gòu)圖

③二號磚結(jié)構(gòu)如圖3 所示，二號磚12 就是在橫向上將零號磚10 分成兩個大小相同的磚體，任意一個定義為二號磚12，在蓄熱體的砌筑過程中，前后兩側(cè)可以砌筑二號磚12，實現(xiàn)橫向的上下蓄熱層的壓縫。通過零號磚、一號磚和二號磚的搭配使用，能夠使得上下兩側(cè)層之間相互咬合，讓每一組層都構(gòu)成一個穩(wěn)定的磚層結(jié)構(gòu)，解決了多層磚擺放后，相鄰兩列磚之間的穩(wěn)定問題。

圖3 二號磚結(jié)構(gòu)圖

④A1 層鋪設(shè)如圖4 所示，A1 層為蓄熱體的奇數(shù)層，也是蓄熱體的起始層，該層全部由零號磚鋪裝而成，橫向與縱向上的磚塊數(shù)量和層數(shù)根據(jù)固體電蓄熱裝置的蓄熱量計算得出。A1 層的蓄熱磚頂面朝下，支撐楞朝上，主要為了增加蓄熱體與底部保溫層的接觸面積，保證蓄熱體的穩(wěn)定性，而且A1 層的支撐楞與A2 層的支撐楞相互配合，正好形成蓄熱體所需的風道孔和電加熱絲安裝孔。

圖4 A1 層鋪設(shè)結(jié)構(gòu)圖

⑤A2 層鋪設(shè)如圖5 所示，A2 層為蓄熱體的偶數(shù)層，該層由零號磚、一號磚、二號磚三種磚型按一定的順序鋪裝而成，在A2 層的左右兩側(cè)鋪設(shè)一號磚，前后兩側(cè)鋪設(shè)二號磚，中間的區(qū)域全部鋪設(shè)零號磚，其中A2 層的蓄熱磚的頂面朝上，支撐楞朝下，正好與A1 層蓄熱磚配合。A2層的整體尺寸與A1 層尺寸一樣，保證上下兩層配合的一致性。

圖5 A2 層鋪設(shè)結(jié)構(gòu)圖

⑥A 層級單元結(jié)構(gòu)如圖6 所示，A1 層朝上的支撐楞與A2 層朝下的支撐楞配合，構(gòu)成一個穩(wěn)定的A 層級單元，A2 層采用半塊蓄熱磚的砌筑形式，在保證互鎖的同時，能夠使得上下兩側(cè)層之間相互咬合，讓每一組層都構(gòu)成一個穩(wěn)定的磚層結(jié)構(gòu)，解決了多層磚擺放后，相鄰兩列磚之間的穩(wěn)定問題。并且相鄰兩個支撐棱之間形成的通道同時為電熱絲的安裝通道和散熱通道。

圖6 A 層級單元結(jié)構(gòu)圖

⑦蓄熱體的結(jié)構(gòu)如圖7 所示，整個蓄熱體由若干個A層級單元組成，A 層級單元之間利用磚體頂部凸臺與凹槽配合，形成一個穩(wěn)定的蓄熱體結(jié)構(gòu)。蓄熱體所形成的孔洞用于安裝電加熱絲，A、B、C 三相電加熱絲的聯(lián)結(jié)采用“星接”方式，每一相均連接相同數(shù)量的加熱絲，且串并聯(lián)方式一致，確保正常工作時電力負荷的三相平衡。蓄熱體的長度、寬度、高度以及所形成孔洞數(shù)量均根據(jù)固體電蓄熱裝置的蓄熱量計算得出。

圖7 蓄熱體結(jié)構(gòu)圖

3 施工方法的技術(shù)優(yōu)勢

①該施工方法利用具有雙重定位功能的異形蓄熱磚按照一定的排列順序進行蓄熱體的砌筑施工，可達到已鋪蓄熱磚的位置穩(wěn)定，后續(xù)砌筑的蓄熱磚位置準確且預留縫隙和平整度一致；并且相鄰兩個支撐棱之間形成的通道同時為電熱絲的安裝通道和散熱通道，所構(gòu)成的通道大小均勻一致，且上下層之間孔洞距離一致，方便電加熱絲的安裝與聯(lián)結(jié)，也保證了高電壓電源接入后，層間電壓的絕緣性能；也有利于循環(huán)空氣在蓄熱體散熱通道內(nèi)流動的均勻性，能夠?qū)⑿顭狍w存儲的熱能均勻置換出去。

②通過蓄熱磚頂部的定位方塊和底部的定位圓臺，無論是蓄熱磚之間的頂部貼合還是底部貼合，均可實現(xiàn)蓄熱磚的位置限制，保證蓄熱磚在前后左右四個方向都無法移動；較好的保證了蓄熱體在受熱脹冷縮影響時不會發(fā)生較大的傾斜與位移。

③通過零號磚、一號磚和二號磚的搭配使用，能夠使得上下兩層之間錯縫搭接，并且相互咬合，讓每一組層都構(gòu)成一個穩(wěn)定的磚層結(jié)構(gòu)，解決了多層磚擺放后，相鄰兩列磚之間的穩(wěn)定問題。使得整個蓄熱體更加牢固穩(wěn)定，不易發(fā)生傾斜、倒塌問題。

④該砌筑方法使得蓄熱體的砌筑易于實現(xiàn)，能夠滿足快速施工，提高施工效率的目的；快速有序的施工過程，能夠減少安裝環(huán)節(jié)、節(jié)約材料、縮短工期、降低成本，并能夠提高固體電蓄熱裝置的質(zhì)量，保證裝置使用的安全性和高效性。

4 結(jié)語

針對蓄熱體現(xiàn)有砌筑方法存在的不足問題。采用新研發(fā)的異形蓄熱磚按照一定的排列順序進行蓄熱體的砌筑施工。該施工方法利用異形蓄熱磚之間的互鎖來增加蓄熱體穩(wěn)定性，定位結(jié)構(gòu)也可以替代拉線的作用，其中零號磚、一號磚和二號磚的搭配使用，能夠使得上下兩層之間錯縫搭接，并且相互咬合，讓每一組層都構(gòu)成一個穩(wěn)定的磚層結(jié)構(gòu)，解決了多層磚擺放后，相鄰兩列磚之間的穩(wěn)定問題，使得整個蓄熱體更加牢固穩(wěn)定，不易發(fā)生傾斜、倒塌問題。由此可見，該異形蓄熱磚以及采用的砌筑施工方法，既能滿足蓄熱磚的工整砌筑、穩(wěn)定牢固，又能減少誤差，實現(xiàn)整個蓄熱體的穩(wěn)定性控制，且能同時滿足蓄熱體使用要求，并有效提高蓄熱磚的砌筑速度和效率。