ОБМУРОВКА ТЕПЛОВОГО АГРЕГАТА (ВАРИАНТЫ)
LINING OF THERMAL PLANT (VERSIONS)

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для изоляции различного теплового оборудования - котлов, подогревателей, экономайзеров и т.п.
Из уровня техники известна обмуровка водогрейного котла (RU 56987 U2, опубл. 2006.09.27) из теплоизоляционных материалов, например, минватных матрацев, уложенных на штыри, прикрепленные к пластинам экранов.
Использование в качестве теплоизоляционных материалов минватных матрасов не обеспечивает необходимую теплоизоляцию и газоплотность полученной обмуровки.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является обмуровка водогрейного котла (RU 2177116 С2, опубл. 2001.12.20; RU 11593 U1, опубл. 1999.07.22) в виде сборно-разборных теплоизоляционных плит, каждая из которых выполнена многослойной из листов и слоев разных материалов, при этом материал листов и слоев установлен от экрана в следующем порядке: сталь жаростойкая, асбест, пеноизол, асбест и сталь углеродистая обыкновенная, которая выполняет роль защитной обшивки, при этом смежные теплоизоляционные плиты соединены между собой под прямым углом при помощи уголка и крепежа, а между наружными поверхностями смежных плит в зоне их соединения и внутренними поверхностями уголка установлена асбестовая прокладка.
Недостатками обмуровки ближайшего аналога являются:
- конструктивное выполнение обмуровки в виде плит и подбор теплоизоляционных материалов ее составляющих не позволяют обеспечить высокую теплоизоляцию и газоплотность, что приводит к понижению КПД теплового агрегата в целом;
- данная обмуровка предназначена для теплоизоляции плоских прямоугольных поверхностей и не может быть использована для криволинейных, например, выпуклых, поверхностей, а также в зоне перегибов поверхностей нагрева;
- использование в качестве изоляционного материала асбеста, который признан канцерогенным материалом и в настоящее время запрещен к использованию, снижает экологическую безопасность производства; кроме того, воздействие высоких температур приводит к быстрому разрушению минеральных волокон и увеличению теплопотерь (из-за наличия сварных швов и асбестовых прокладок).
Технической задачей настоящей группы изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом, является повышение теплоизоляции и газоплотности обмуровки, возможность теплоизоляции (обмуровки) как плоских прямоугольных, так и криволинейных поверхностей, обеспечение безопасности производства.
Поставленная техническая задача решается двумя вариантами.
Согласно первому варианту поставленная техническая задача решается тем, что в обмуровке теплового агрегата, состоящей из установленных последовательно друг за другом без зазора и закрепленных крепежными элементами слоев разнородных материалов и защитной обшивки, слои материалов установлены по мере убывания тепловой нагрузки по всей теплоизолируемой поверхности в следующей последовательности: слой теплоизоляционного волокнистого материала, слой связующего материала, слой газоплотного материала, защитная обшивка, при этом слой теплоизоляционного волокнистого материала вместе со слоем связующего материала нанизаны на крепежные элементы, например, шпильки, закрепленные на экранах теплового агрегата, и зафиксированы шайбами из теплоизоляционного материала; слой газоплотного материала герметично закреплен по краям и в местах обхода преград посредством крепежных элементов, например, парных прижимных пластин, одна из которых закреплена на элементах теплового агрегата, стягиваемых между собой заклепочным или винтовым соединением, образуя газоплотную оболочку; защитная обшивка выполнена из тонких стальных панелей, например, металлосайдинга, закрепленных на каркасе с помощью разъемных крепежных элементов, например, заклепок.
В качестве теплоизоляционного волокнистого материала использован, например, войлок муллитокремнеземистый МКРВ-200, причем он может быть использован в виде одного или нескольких слоев или сформирован в виде матов, при этом каждый последующий его слой или слой матов из него сдвинут относительно предыдущих таким образом, что перекрывает стыки между ними.
После каждого или нескольких слоев теплоизоляционного волокнистого материала МКРВ-200 (или одного или нескольких матов из войлока муллитокремнеземистого МКРВ-200) расположен слой связующего материала, который вместе с предшествующими ему слоями или матами из теплоизоляционного волокнистого материала зафиксирован на шпильках шайбами из теплоизоляционного материала, а в качестве связующего материала использован материал, обеспечивающий возможность его склеивания, спайки или сшивания, например, нетканый материал Изоспан.
Кроме того, в качестве газоплотного материала использован материал, обеспечивающий возможность его склеивания, спайки или сшивания, например, ткань водоогнетермостойкая ТАФ.
Реализация предлагаемого изобретения позволяет получить следующий технический результат:
- получить практически 100%-ную газоплотность и высокие теплоизоляциионные свойства обмуровки, что достигается, во-первых, подбором материалов, формирующих предлагаемую обмуровку, и последовательностью их установки и крепления, а во-вторых, тем, что обмуровка может послойно собираться на месте, это позволяет контролировать качество выполнения каждого слоя, обеспечив, тем самым, качество и целостность обмуровки в целом.
- повысить герметичность швов и обеспечить экологическую безопасность персонала за счет использования экологически чистого волокнистого теплоизоляционного материала;
- достигается возможность обмуровки как плоских прямоугольных, так и криволинейных выпуклых поверхностей, в том числе в зоне перегибов поверхностей нагрева (при ломаной поверхности также возможно достичь плотного прилегания, но требуются специальные средства крепления).
Кроме того, предлагаемая обмуровка может применяться для тепловых агрегатов, работающих как под наддувом, так и под разрежением; использование в качестве защитной обшивки металлосайдинга позволяет не только улучшить внешний вид теплового агрегата, но и дополнительно снижает внешнюю температуру обшивки (одним из основных требований к обмуровке является обеспечение внешней поверхности теплового агрегата не более 55°С) за счет снижения подсоса воздуха из-за уменьшения количества «уходящих газов», повысить КПД теплового агрегата в целом.
Достигаемый технический результат обусловлен подбором используемых материалов и их взаимным расположением.
Согласно изобретению предлагаемая обмуровка состоит из установленных последовательно друг за другом слоев из разнородных материалов, порядок установки которых обеспечивается качественными (эксплуатационными) показателями этих материалов.
3
3
Выполнение теплоизоляционного слоя из волокнистого материала позволяет повысить теплоизоляционные свойства обмуровки. В качестве теплоизоляционного волокнистого материала может быть использован любой волокнистый материал, соответствующий следующим необходимым параметрам: максимальная температура применения (°С) -1150; плотность кг/м - не менее 200; теплопроводность при t=600°C, Вт/мК, не более - 2. В качестве такого материала предлагается использовать плотный войлок, например, МКРВ-200 - муллитокремнеземистый войлок (ГОСТ 23619-79) - прочный, гибкий и эластичный огнеупорный теплоизоляционный материал. Его легко кроить, резать ножом и вырезать необходимые формы, сшивать, приклеивать к жесткой подложке неорганическими клеями или закреплять металлическими креплениями. Преимущества: низкая теплопроводность и незначительная аккумуляция тепла; высокая термическая и химическая стойкость и несгораемость, высокие звукоизоляционные свойства, хорошая обрабатываемость, быстрая и несложная установка, долговечность. МКРВ-200 выпускают шириной 600, 700, 1400 мм, толщиной 20±5 мм и плотностью 200 кг/м, максимальная температура применения 1150-1300°С.
Количество и толщина слоев теплоизоляционного волокнистого материала или количество матов из него определяется толщиной обмуровки, которую необходимо получить (общая толщина обмуровки теплового агрегата составляет 40-350 мм в зависимости от начальной температуры теплоизолируемой поверхности).
В качестве связующего материала (материала, связывающего слои) необходимо использовать материал, обладающий разрывной нагрузкой, Н/5 см не более - 150/130. В качестве такого материала предлагается нетканый материал Изоспан, в данном случае он выполняет функцию монтажного связующего материала. Изоспан связывает слои теплоизоляционного волокнистого материала, стягивает и уплотняет их с помощью соответствующих крепежных элементов, сохраняет качество, плотность и однородность укладки, повышая, тем самым, качество теплоизоляции и газоплотность. Уплотнение слоев изоляционного материала обеспечивает снижение его усадки при температуре эксплуатации, что уменьшает просос дымовых газов через слои обмуровки и тепловые потери. Изоспан легко склеивается, сшивается и спаивается, что позволяет использовать его при обмуровке как плоских прямоугольных, так и криволинейных, в т.ч. выпуклых поверхностей.
2
2
2
Применение в качестве газоплотного (не пропускающего дымовые газы) материала может быть использован материал со следующими характеристиками: трудногорючий; поверхностная плотность, г/м, не менее - 130; прочность при разрыве Н (кгс/м), не менее - 294(30); относительное удлинение при разрыве, % - 6,0; воздухопроницаемость, см/сек - 0,000; температура применения, - 130°С. В качестве такого материала предлагается использовать ткань водоогнетермостойкую ТАФ (RU 32784 U1, опубл. 27.09.2003; ТУ 5952-001-59210419-2003), которая представляет собой водостойкий, трудногорючий и малотоксичный эластичный материал, толщиной от 0,045 до 0,700 мм и шириной от 10 до 1000 мм. Поверхностная плотность ткани составляет 100-250 г/м. Она легко склеивается, сшивается и спаивается, что позволяет использовать ее при обмуровке как плоских прямоугольных, так и криволинейных, в т.ч. выпуклых поверхностей. Использование ткани водоогнетермостойкой ТАФ в качестве газоплотного (не пропускающего дымовые газы) материала из уровня техники не выявлено.
Использование крепежных элементов позволяет повысить степень уплотнения волокнистого материала по отношению к их первоначальному состоянию, а также повысить жесткость крепления волокнистых матов, способствуют получению единой поверхности обмуровки. Использование теплоизоляционных шайб препятствует дополнительным теплопотерям.
Обмуровка теплового агрегата состоит из установленных последовательно друг за другом слоев из разнородных материалов. На чертежах представлен разрез обмуровки, состоящей из двух слоев войлока муллитокремнеземистого МКРВ-200 и, соответственно, из двух слоев нетканого материала Изоспан. Следует отметить, что не исключаются и другие варианты из одного или нескольких их слоев.
Устройство обмуровки теплового агрегата показано на чертежах, где на фиг.1 - заявляемая обмуровка в продольном разрезе; на фиг.2 - то же в продольном разрезе при обходе преграды; на фиг.3 - фиг.2, вид сверху.
Обмуровка состоит из крепежных элементов (в данном варианте шпилек) 1, слоя МКРВ-200 2, слоя нетканого материала Изоспан 3. Слои связаны, уплотнены и зафиксированы уплотнительной шайбой из теплоизоляционного материала паронита (ПОН ГОСТ 481-80) 4. Далее расположен слой ткани ТАФ 5, профильный каркас 7, на котором закреплены листы защитной обшивки 8 с помощью заклепочного соединения 6. Верхняя 9 и нижняя 10 прижимные пластины предусмотрены в местах обхода преград (в данном варианте швеллер) 11 для крепления слоя из ткани ТАФ. Крепежные элементы 1 приварены на поверхность нагрева 12.
При формировании обмуровки на поверхность нагрева 12 приваривают специальные шпильки 1 для крепления слоев материалов. Далее на шпильки 1 нанизывают слой МКРВ-200 2, закрепляя и связывая его нетканым материалом Изоспан 3, притягиваемой по шпильке 1 уплотнительной шайбой из паронита 4. Укладывают ткань ТАФ 5, которую предварительно согласно форме обмуровываемой поверхности раскраивают и сшивают. После укладки слоя ткани ТАФ 5 производят окончательное уплотнение краев по контуру примыкания к элементам котла и обхода преград 11 посредством прижимных пластин 9 и 10.
Начиная с изоляционного слоя работы по последовательности укладки слоев вне зависимости от типа участков изоляции проводятся строго послойно (до полной укладки каждого слоя всего изделия) по всем участкам.
Согласно второму варианту поставленная техническая задача решается тем, что предлагается обмуровка теплового агрегата, состоящая из установленных последовательно друг за другом без зазора и закрепленных крепежными элементами слоев разнородных материалов и защитной обшивки, в которой слои материалов установлены по мере убывания тепловой нагрузки по всей теплоизолируемой поверхности в следующей последовательности: слой огнеупорного материала, слой теплоизоляционного волокнистого материала, слой связующего материала, слой газоплотного материала, защитная обшивка, при этом слой теплоизоляционного волокнистого материала вместе со слоем связующего материала нанизаны на крепежные элементы, например, типа «грибок», закрепленные в слое огнеупорного материала, слой газоплотного материала герметично закреплен по краям и в местах обхода преград посредством крепежных элементов, например, парных прижимных пластин, одна из которых закреплена на элементах теплового агрегата, стягиваемых между собой заклепочным или винтовым соединением, образуя газоплотную оболочку; защитная обшивка выполнена из тонких стальных панелей, например, металлосайдинга, закрепленных на каркасе с помощью разъемных крепежных элементов, например, заклепок.
В качестве огнеупорного материала использован, например, кирпич шамотный легковес ШЛ - 1,3.
В качестве теплоизоляционного волокнистого материала использован, например, войлок муллитокремнеземистый МКРВ-200, причем он может быть сформирован в виде матов, при этом каждый последующий слой матов сдвинут относительно предыдущего таким образом, что перекрывает стыки матов в нем.
После каждого или нескольких слоев теплоизоляционного волокнистого материала (или одного или нескольких матов войлока муллитокремнеземистого МКРВ-200) расположен слой связующего материала, который вместе с предшествующим ему слоем матов теплоизоляционного волокнистого материала зафиксирован на штырях шайбами из теплоизоляционного материала, а в качестве связующего материала использован материал, обеспечивающий возможность его склеивания, спайки или сшивания, например, нетканый материал Изоспан.
Кроме того, в качестве газоплотного материала использован материал, обеспечивающий возможность его склеивания, спайки или сшивания, например, ткань водоогнетермостойкая ТАФ.
Реализация предлагаемого изобретения позволяет получить следующий технический результат:
- получить практически 100%-ную газоплотность обмуровки, что достигается, во-первых, подбором материалов, формирующих предлагаемую обмуровку и последовательностью их установки, а во-вторых, тем, что обмуровка может послойно собираться на месте, это позволяет контролировать качество выполнения каждого слоя, обеспечив, тем самым, качество и целостность обмуровки в целом:
- повысить герметичность швов и обеспечить экологическую безопасность персонала за счет использования экологически чистого волокнистого теплоизоляционного материала;
- достигается возможность обмуровки как плоских прямоугольных, так и криволинейных выпуклых поверхностей, в том числе в зоне перегибов поверхностей нагрева (при ломаной поверхности также возможно достичь плотного прилегания, но требуются специальные средства крепления).
Кроме того, предлагаемая обмуровка может применяться для тепловых агрегатов, работающих как под наддувом, так и под разрежением; использование в качестве защитной обшивки металлосайдинга позволяет не только улучшить внешний вид теплового агрегата, но и дополнительно снижает внешнюю температуру обшивки (одним из основных требований к обмуровке является обеспечение внешней поверхности теплового агрегата не более 55°С), за счет снижения подсоса воздуха из-за уменьшения количества «уходящих газов» повысить КПД теплового агрегата в целом.
Достигаемый технический результат обусловлен подбором используемых материалов и их взаимным расположением.
Согласно изобретению предлагаемая обмуровка состоит из установленных последовательно друг за другом слоев из разнородных материалов, порядок установки которых обеспечивается качественными (эксплуатационными) показателями этих материалов.
3
Использование огнеупорного слоя обусловлено высокой температурой неэкранированной поверхности нагрева теплового агрегата. В качестве материала для огнеупорного слоя предлагается использовать кирпич шамотный легковес ШЛ-1 (ГОСТ 5040-96), максимальная температура применения которого - 1300°С; плотность не более кг/см - 1,3; предел прочности при сжатии не менее Н/мм - 3,5 и теплопроводность Вт/мК- не более 0,6-0,7.
3
3
Выполнение теплоизоляционного слоя из волокнистого материала позволяет повысить теплоизоляционные свойства обмуровки. В качестве теплоизоляционного волокнистого материала может быть использован любой волокнистый материал, соответствующий следующим необходимым параметрам: максимальная температура применения (С°) -1150; плотность кг/м - не менее 200; теплопроводность при t=600°C, Вт/мК, не более - 2. В качестве такого материала предлагается использовать плотный войлок, например, МКРВ-200 - муллитокремнеземистый войлок (ГОСТ 23619-79) - прочный, гибкий и эластичный огнеупорный теплоизоляционный материал. Его легко кроить, резать ножом и вырезать необходимые формы, сшивать, приклеивать к жесткой подложке неорганическими клеями или закреплять металлическими креплениями. Преимущества: низкая теплопроводность и незначительная аккумуляция тепла; высокая термическая и химическая стойкость и несгораемость, высокие звукоизоляционные свойства, хорошая обрабатываемость, быстрая и несложная установка, долговечность. МКРВ-200 выпускают шириной 600, 700, 1400 мм, толщиной 20+5 мм и плотностью 200 кг/м, максимальная температура применения 1150-1300°С.
Количество и толщина слоев теплоизоляционного волокнистого материала или количество матов из него определяется толщиной обмуровки, которую необходимо получить (общая толщина обмуровки теплового агрегата составляет 40-350 мм в зависимости от начальной температуры теплоизолируемой поверхности).
В качестве связующего материала (материала, связывающего слои) необходимо использовать материал, обладающий разрывной нагрузкой, Н/5 см не более - 150/130. В качестве такого материала предлагается нетканый материал Изоспан, в данном случае он выполняет функцию монтажного связующего материала. Изоспан связывает слои теплоизоляционного волокнистого материала, стягивает и уплотняет их с помощью соответствующих крепежных элементов, сохраняет качество, плотность и однородность укладки, повышая, тем самым, качество теплоизоляции и газоплотность. Уплотнение слоев изоляционного материала обеспечивает снижение его усадки при температуре эксплуатации, что уменьшает просос дымовых газов через слои обмуровки и тепловые потери. Изоспан легко склеивается, сшивается и спаивается, что позволяет использовать его при обмуровке как плоских прямоугольных, так и криволинейных, в т.ч. выпуклых поверхностей.
2
2
2
Применение в качестве газоплотного (не пропускающего дымовые газы) материала может быть использован материал со следующими характеристиками: трудногорючий; поверхностная плотность, г/м, не менее - 130; прочность при разрыве Н (кгс/м), не менее - 294(30); относительное удлинение при разрыве н/о -6,0; воздухопроницаемость, см/сек - 0,000; температура применения - 130°С. В качестве такого материала предлагается использовать ткань водоогнетермостойкую ТАФ (RU 32784 U1, опубл. 27.09.2003; ТУ 5952-001-59210419-2003), которая представляет собой водостойкий, трудногорючий и малотоксичный эластичный материал толщиной от 0,045 до 0,700 мм и шириной от 10 до 1000 мм. Поверхностная плотность ткани составляет 100-250 г/м. Она легко склеивается, сшивается и спаивается, что позволяет использовать ее при обмуровке как плоских прямоугольных, так и криволинейных, в т.ч. выпуклых, поверхностей. Использование ткани водоогнетермостойкой ТАФ в качестве газоплотного материала из уровня техники не выявлено.
Использование крепежных элементов позволяет повысить степень уплотнения волокнистого материала по отношению к их первоначальному состоянию, а также повысить жесткость крепления волокнистых матов, способствует получению единой поверхности обмуровки.
Обмуровка теплового агрегата состоит из установленных последовательно друг за другом слоев из разнородных материалов. На чертежах представлен разрез обмуровки, состоящей из одного слоя войлока муллитокремнеземистого МКРВ-200 и, соответственно, одного слоя нетканого материала Изоспан. Следует отметить, что не исключаются и другие варианты из двух и более их слоев.
Устройство обмуровки теплового агрегата показано на чертежах, где на фиг.4 - заявляемая обмуровка в продольном разрезе; на фиг.5 - то же в продольном разрезе при обходе преграды; на фиг.6 - фиг.5, вид сверху.
Обмуровка состоит из слоя огнеупорного материала 13, закрепленного в нем крепежного элемента (в данном варианте - типа «грибок») 1, слоя МКРВ-200 2, слоя нетканого материала Изоспан 3. Слои связаны, уплотнены и зафиксированы крепежом «грибок» 1. Далее расположен слой ткани ТАФ 5, профильный каркас 7, на котором закреплены листы защитной обшивки 8 с помощью заклепочного соединения 6. В местах обхода преград (в данном варианте - патрубок) 11 для крепления слоя из ткани ТАФ 5 предусмотрены верхняя 9 и нижняя 10 прижимные пластины.
При формировании обмуровки в слое огнеупорного материала 13 устанавливают крепежный элемент «грибок» 1 для крепления слоев материалов. Далее на «грибок» 1 нанизывают слой МКРВ-200 2, закрепляя и связывая его нетканым материалом Изоспан 3. Укладывают ткань ТАФ 5, которую предварительно согласно форме обмуровываемой поверхности раскраивают и сшивают. После укладки слоя ткани ТАФ 5 производят окончательное уплотнение краев по контуру примыкания к элементам котла и в местах обхода преград 11 посредством прижимных пластин 9 и 10.
Начиная с изоляционного слоя работы по последовательности укладки слоев не в зависимости от типа участков изоляции проводятся строго послойно (до полной укладки каждого слоя всего изделия) по всем участкам.