Тепловая изоляция паровых котлов

Изоляция котельных агрегатов является составной частью обмуровки, и поэтому проектная документация разрабатывается котлостроительными заводами.
Конструктивно изоляция котельных агрегатов выполняется различными способами. В котлах старых типов роль тепловой изоляции выполняла сама обмуровка, состоящая из внутреннего огнеупорного слоя (шамотного кирпича) и внешнего слоя из красного кирпича. Толщина такой обмуровки доходила до 500—750 мм.
В последние годы, за счет применения теплоизоляционных материалов, характер обмуровки совершенно изменился как по габаритам, так и по весу.
Облегченная обмуровка многих котлов состоит из огнеупорного шамотного слоя толщиной 115—125 мм, промежуточного слоя из диатомового кирпича толщиной 125щмм и эффективного теплоизоляционного слоя из совелитовых плит или других аналогичных материалов толщиной 40—60 мм. Вся конструкция покрывается металлическим кожухом и ее толщина составляет 280—310 мм.
Современные конструкции энергетических котлов имеют широко развитые радиационные поверхности нагрева. Поверхность экранированных стен топочных камер и газоходов котла составляет 75—80% общей поверхности ограждения. Тесное экранирование создает благоприятные температурные условия на внутренней поверхности обмуровки, где температура за экранными трубами, за редким исключением, не превышает 400° С. При таких условиях обмуровку современного мощного котла можно рассматривать как газоплотную изоляцию, органически связанную с конструкцией котла. Однако часть обмуровки (в районе пароперегревателя, газоповоротной камеры и в газовом экономайзере второй ступени), где отсутствует экранирование, находится в более тяжелых условиях, так как температура газа на ее поверхности достигает 700—1000° С. В этом случае должен быть предусмотрен соответствующий огнеупорный слой.
Таким образом, применяемые облегченные обмуровки для большей части поверхности современных котлов используются недостаточно эффективно, так как экранные трубы, отделенные от обмуровки, используются не в полной мере для охлаждения стен топочной камеры.
Более совершенными являются конструкции, в которых обмуровка непосредственно связана с экранными трубами, где благодаря снижению температуры на внутренней стенке «ограждения может быть значительно уменьшен огнеупорный слой.
К таким конструкциям относятся на трубные набивные обмуровки, которые получили за последние годы большое распространение.
В настоящее время ряд конструктивных изменений котельного агрегата и новые составы огнеупорных бетонов и набивных масс позволяют почти всю обмуровку современного котла выполнить монолитной без применения огнеупорных изделий.
По данным Оргэнергостроя конструкции обмуровок из огнеупорных масс значительно легче, дешевле и по некоторым показателям более эффективны (по плотности и теплоизоляционным свойствам), чем кирпичные обмуровки.
Поэтому в современных мощных котлах обмуровка, состоит из следующих слоев:
а)            жаростойкого шамотобетонного слоя (бетон или пластическая масса), обращенного к топке и защищающего тепловую изоляцию обмуровки от действия высоких температур;
б)           промежуточного теплоизоляционного диатомо-бетонного слоя;
в)            теплоизоляционного слоя из плит (совелитовых, вулканитовых, перлитовых и известково-кремнеземистых) или минераловатных матов;
г)            уплотнительного или штукатурного слоя из асбестошамотной или магнезиальной мастики.
При такой обмуровке отсутствует металлическая обшивка,, а вместо дефицитных шамотных огнеупоров применяются дешевые и малодефицитные огнеупорные массы и бетон. Такие конструкции имеют высокую прочность, так как экранные трубы армируют обмуровку, а большое количество слоев обмуровки и отсутствие температурных швов обеспечивают последней высокую плотность.
Под огнеупорными и жароупорными бетонами подразумеваются массы, приобретающие механическую прочность при нормальной температуре либо за счет гидравлического твердения цементной связки, либо за счет химических процессов твердения связки из жидкого стекла с добавкой кремнефториётош натрия.
Для обмуровки паровых котлов в основном применяются бетоны с шамотным заполнителем на глиноземистом цементе и с шамотным заполнителем и тонкомолотой добавкой на портландцементе.
Под пластическими набивными массами понимают массы, хорошо формующиеся в сыром состоянии и приобретающие максимальную механическую прочность в результате спекания при высокой температуре во время работы теплового агрегата.
Особыми свойствами обладают хромитовые и хромито-магнезитовые пластические массы, которые отличаются высокой огнеупорностью и устойчивостью против действия шлаков, поэтому употребляются для зажигательных поясов на экранных трубах и для набивки полов топок с жидким шлакоудалением.
Эти же хромитовые массы целесообразно рекомендовать для натрубных обмуровок в качестве огнеупорного и газонепроницаемого слоя при большом шаге экранных труб.
Конструкции натрубных набивных обмуровок можно разделить на два типа: натрубные и накаркасные (щитовые).
Основное преимущество натрубных обмуровок в том, что они рассчитаны на блочный монтаж совместно с поверхностями нагрева. Вес обмуровки составляет от 100 до 120 кг/м2 при толщине от 130 до 160 мм.
Щитовые обмуровки тяжелее и толще. Толщина их от 180 до 220 мм и вес от 160 до 200 кг/м2.
Обмуровка щитов выполняется заблаговременно, и они монтируются после установки поверхностей нагрева, что исключает их совместный монтаж.
Выбор типа конструкции обмуровки решается в 'комплексе с конструкцией котла и условиями производства монтажных работ.
Конструктивные элементы натрубных обмуровок могут быть видоизменены. Более рациональным следует считать выполнение блочных конструкций обмуровок (натрубных и щитовых) на специализированных подсобных предприятиях при крупных строительствах электростанций, для чего сухие компоненты должны изготовляться в централизованном порядке.
Для первого слоя (непосредственно за экранными трубами) может быть использован асбестодиатомовый бетон объемным весом 900 кг/м3 с пределом прочности на сжатие 25—30 кГ/см2, который покрывается тонкой износоустойчивой коркой из шамотного порошка на глиноземистом цементе или жидком стекле для соприкосновения с огневой поверхностью.
Перспективны также известково-кремнеземистые и перлитовые плиты с огневой поверхностью, офактуренной шамотобетоном.
Второй слой состоит обычно из минераловатных полужестких плит на глинистой или крахмальной связке; он покрыт уплотнительной обмазкой из магнезиальной мастики.
Таким образом, для натрубных и щитовых обмуровок могут рекомендоваться сборные элементы. Такие новые обмуровки из сборных элементов в настоящее время сконструированы Оргэнергостроем для некоторых типов серийных котлов и осуществлены на котлах производительностью 420 т/ч.
В одном случае натрубная обмуровка из сборных элементов топочной камеры состоит из перлитовых плит на асбестоцементной связке толщиной 70 мм, офактуренных с огневой стороны шамотобетоном толщиной около 10 мм (первый слой), минераловатных плит на глинистой связке (второй слой) и магнезиальной мастики толщиной 15 мм, нанесенной на плетеную сетку №20x1,6.
Обмуровка закреплена штырями диаметром 12 мм, приваренными к трубам.
Швы между перлитовыми плитами заполнены асбестодиатомовым раствором и для плотности оклеены (с поверхности) полосками из асбестового картона толщиной 2 мм на жидком стекле.
Общая толщина обмуровки 135 мм, вес ее около 60 кг/м2. Обмуровка выполнялась на экранных блоках, с которыми устанавливалась на каркасе котла.
В другом случае запроектированная щитовая обмуровка рассчитана на совместный монтаж в блоках экранов с каркасом.
Щиты сделаны в виде металлических рам, к которым крепится обмуровка. Первый слой обмуровки состоит из асбестодиатомового армированного бетона толщиной 50 мм. Изоляционный слой состоит из минераловатных плит на глинистой связке толщиной 100 мм. Поверх плит укрепляется проволочная канилированная сетка 40 х 40 X 3,5 мм, по которой наносится магнезиальная мастика.
Общая толщина обмуровки 165 мм, вес около 120 кг/м2. Собранные блоки стыкуются в рабочем положении на котле, а стыки щитов заделываются асбестодиатомовым бетоном. По предварительным данным Оргэнергостроя новые блочные конструкции обмуровок из сборных элементов эффективнее ранее применявшихся конструкций, при этом значительно сокращаются «мокрые процессы» на монтаже.