ФУТЕРОВАННЫЙ ЭЛЕМЕНТ ПРОМЫШЛЕННОГО ТЕПЛОВОГО АГРЕГАТА

Полезная модель относится к конструкции футеровки элементов тепловых агрегатов: крышек, заслонок, люков, ложных окон, сводов (далее по тексту - объекты).
Известен блок для футеровки свода печи, содержащий вертикально расположенные пластины из волокнистого керамического материала и расположенные в верхней части блока элементы его формирования, скрепленные между собой соединительными элементами (заявка Франции N 2507594, кл. F27D 1/06, заявл. 12.06.81). Элементы формирования блока выполнены в виде двух плоских металлических полос, имеющих зубчатые треугольные выступы, сцепляющие прилегающие к ним пластины из волокнистого керамического материала и установленные внутри блока в верхней его части. Соединительные элементы выполнены в виде металлических пластин, в которых выполнены просветы для крепления блока к кожуху печи.
Недостатком известного технического решения являются высокие тепловые потери при функционировании данными блоками сводовой щели печи и низкая надежность блоков в процессе работы печи. Потери и низкая надежность объясняются тем, что только крайние, прилегающие к зубчатым выступам металлических полос пластины имеют надежное крепление, а средние пластины удерживаются лишь за счет сил трения между ними. В процессе работы печи в результате термической усадки средние из пластин могут выпадать, в результате чего значительно снижается надежность блоков известной конструкции.
Недостатки вышеописанного решения устраняются другой конструкцией блока футеровки свода печи, преимущественно с подвесным конвейером, который содержит два перпендикулярно расположенные друг к другу пакета из вертикально установленных пластин из керамического волокнистого материала, при этом торцевая поверхность одного из пакетов, образованная торцами пластин, выполнена под углом к вертикали, элементы формирования блока скреплены между собой соединительными элементами и расположены в верхней части блока вдоль боковой его поверхности, элементы формирования блока, каждый из которых выполнен в виде углового профиля с разновысокими полками и соединенной с ним, примыкающей к боковой поверхности пакета щеки с отверстиями и установленных в них и проходящих через пакет стержней, причем меньшая полка углового профиля размещена в теле блока перпендикулярно торцам пластин другого пакета (патент РФ 2094723 на изобретение, приор, от 10.06.1996).
Известен способ монтажа теплоизоляции промышленного энергооборудования, включающий крепление керамического волокнистого материала к металлическому каркасу с помощью металлических анкеров в виде скоб с отогнутыми лапками, отличающийся тем, что керамический волокнистый материал предварительно уплотняют, анкера отогнутыми опорными лапками приваривают к каркасу рядами в шахматном порядке в определенной последовательности, сначала приваривают передние лапки предыдущего ряда и передние лапки последующего ряда так, чтобы между основанием задней лапки предыдущего и основанием передней лапки последующего ряда перекрытие составляло 5-10 мм, затем анкера отгибают, начиная с первого ряда от края каркаса, укладывают уплотненные пакеты керамического волокнистого материала по рядам и приваривают задние лапки анкеров, а для дополнительного уплотнения керамического волокнистого материала и проверки качества приварки анкеров их поджимают посередине на 15-30 мм, при этом на всю поверхность теплоизоляции наносят жаростойкий состав (патент РФ 2157493 на изобретение, приор, от 19.04.1999). По совокупности существенных признаков принимаем это решение за прототип.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в:
1) Увеличении рабочего ресурса футеровки, обеспечиваемого:
- технологией монтажа элементов крепежной арматуры и ее конструкцией;
- отсутствием прямого воздействия высокой температуры на крепеж, находящийся в глубине слоя футеровки;
2) Применении материала с высокими огнеупорными и теплоизоляционными свойствами, а также с малой плотностью, позволяющего снизить толщину и массу футеровки с получением высокоэффективной теплозащиты, обеспечивающей снижение тепловых потерь и наружной температуры слоя футеровки.
Технический результат заявляемой полезной модели обеспечивается решением задачи по созданию футерованного элемента промышленного теплового агрегата, содержащего каркас и волокнистый огнеупорный материал, прикрепленный к базовой поверхности элемента с помощью металлических анкеров в виде скоб, характеризующегося тем, что в качестве волокнистого огнеупорного материала использован волокнистый высокотемпературный теплоизолятор войлок «мокрый» в виде монолитных полос, уложенных с ориентацией волокон, направленной перпендикулярно вектору теплового потока, при этом монолитные полосы материала крепятся с применением огнеупорного клея, скоб различной конфигурации и штыревых замков, в зависимости от зоны монтажа, консольно-анкерным способом.
Согласно теории теплопроводности, под вектором теплового потока подразумевается вектор, направленный противоположно градиенту температуры, т.е. его направление совпадает с направлением переноса теплоты в сторону убывания температуры по нормали к изотермической поверхности. Применительно к заявляемой полезной модели вектор теплового потока направлен через слой футеровки перпендикулярно волокнам футеровки и холодной поверхности изолируемого элемента, например, наружному листу обшивки каркаса объекта.
При этом в качестве огнеупорного материала используется волокнистый высокотемпературный теплоизолятор войлок «мокрый» (предельная температура применения 1200 либо 1350°С в зависимости от марки материала).
Кроме того, футерованный элемент характеризуется тем, что монолитные полосы выполнены из листов войлока «мокрого» путем нарезки вдоль направления волокон.
3
Волокнистый высокотемпературный теплоизолятор войлок «мокрый», используемый в заявляемой полезной модели, помимо объектов, применяется в различных агрегатах, в т.ч. трубах для газотурбинных установок. В случае использования рулонного волокнистого материала, могут использоваться следующие его параметры, взятые, например, из патента на полезную модель №100768 (заявка №2010118407 от 06.05.2010 г.) «Изделие из теплоизолирующего материала», автором и правообладателем которого является один из авторов по настоящей полезной модели. Это рулонный волокнистый материал длиной 500-2000 мм, шириной 300-600 мм, толщиной от 2 до 250 мм, плотностью от 300 до 600 кг/м, обеспечивающий предельную температуру применения 1200-1350°С в зависимости от марки материала и огнеупорностью изделия 1700°С.
Кроме того, футерованный элемент характеризуется тем, что монолитные полосы материала уложены на ребро на холодную поверхность теплового агрегата так, что ширина полосы образует толщину слоя футеровки, при этом полосы уложены срезанной поверхностью, обращенной в горячую зону теплового агрегата, а стыки полос в ряду выполнены под углом.
3
Кроме того, футерованный элемент характеризуется тем, что волокнистый высокотемпературный теплоизолятор войлок «мокрый» на основе муллитокремнеземного волокна и неорганического связующего представляет собой рулонный волокнистый материал, пропитанный связующим, имеющий в сухом состоянии длину 500-1200 мм, ширину 100-350 мм, толщину 60-80 мм, плотность от 300 до 450 кг/м, обеспечивающий предельную температуру применения 1200 или 1350°С в зависимости от марки материала и огнеупорность изделия 1700°С.
Кроме того, футерованный элемент характеризуется тем, что в зоне начала монтажа волокнистого огнеупорного материала, а также в местах вырезов, газоотводов или горелочных устройств, входящих в конструкцию промышленного теплового агрегата, используются скобы Г-образной конфигурации для крепления полос этого материала, примыкающих к обрамлению перечисленных элементов металлоконструкции промышленного теплового агрегата своей боковой гранью.
Кроме того, футерованный элемент характеризуется тем, что в основной зоне монтажа волокнистого огнеупорного материала используются скобы Т-образной конфигурации и огнеупорный клей, нанесенный на всю поверхность примыкания металл - волокнистый огнеупорный материал, а между полосами этого материала и их срезанными стыками клей нанесен на  толщины слоя футеровки (ширины полосы) от холодной зоны теплового агрегата.
Кроме того, футерованный элемент характеризуется тем, что в последней зоне монтажа волокнистого огнеупорного материала на длине оставшегося просвета преимущественно не более 300 мм, полосы этого материала установлены с разворотом на 90 градусов, а для крепления этих полос используются Z-образные и Т-образные скобы, образующие замковую зону, в которой полосы фиксируются штыревыми замками.
Вышеописанные признаки отражают конструкцию одного варианта заявляемой полезной модели.
Технология футеровки элементов конструкции промышленного теплового агрегата с использованием волокнистого высокотемпературного теплоизолятора войлок «мокрый», обладающего высокими техническими, технологическими характеристиками и целым рядом уникальных свойств, позволяет:
1. Обеспечить эффективную теплозащиту объектов при сравнительно малой толщине футеровки со снижением наружной температуры объекта и удельных тепловых потерь с его поверхности.
2. Повысить теплоотдачу излучением от футеровки в рабочее пространство теплового агрегата за счет высокой степени черноты материала теплоизолятора.
3. Упростить процесс монтажа футеровки объекта с поверхностями сложной формы благодаря гибкости и пластичности материала в состоянии поставки и его обрабатываемости резкой.
4. Значительно снизить массу футеровки за счет малой плотности материала и уменьшения толщины теплозащиты, что позволяет разгрузить приводы механизмов, управляющих перемещением объектов.
5. Повысить рабочий ресурс теплозащиты благодаря высокой термостойкости материала в условиях резких перепадов температур, например, при открывании - закрывании заслонок и крышек промышленных печей.
6. Повысить надежность крепления футеровки за счет блочного принципа монтажа и применения огнеупорного клея, обеспечивающего плотное примыкание полос материла между собой и к металлоконструкции объекта. Глубокое залегание арматуры в слое футеровки исключает прямое воздействие высоких температур на крепеж и снижает удельные теплопотери из-за отсутствия тепловых коротких замыканий на каркас объекта.
7. Выполнять локальные ремонты поврежденных участков футеровки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
Фиг. 1 - конструкция футеровки круглой крышки с указанием зон последовательности монтажа.
Фиг. 2 - применение крепежной арматуры при футеровке крышки.
Футеровка объектов рассмотрена на примере круглой крышки. Согласно заявляемой полезной модели на крышке 1, состоящей из обечайки 2 (фиг. 1, 2), и базовой поверхности 3 крышки (фиг. 2) крепится футеровка, состоящая из монолитных полос 4 из волокнистого огнеупорного материала, которые располагаются на базовой поверхности 3 крышки, и крепятся к крышке с помощью элементов консольно-анкерного крепежа: металлическими Т-образными скобами 5 (фиг. 2б) - по большей части поверхности крышки, а также Г-образными 6 (фиг. 2а) и Z-образными 7 скобами (фиг. 2в) в соответствии с технологией, описанной ниже. Металлические скобы имеют загнутые под прямым углом заостренные концы. Монолитные полосы 4 выполнены в форме, как правило, длинного параллелепипеда и стыкуются торцами, срезанными под углом. В качестве волокнистого огнеупорного материала используется войлок «мокрый». На конечном этапе монтажа формируется замковая пробка 8 (фиг. 1), прошиваемая замковыми штырями 9 (фиг. 2г).
Монтаж футеровки внутренней полости теплового агрегата войлоком «мокрым» приводится на примере круглой крышки. Монтаж футеровки осуществляется следующим образом:
1. Для монтажа теплозащиты крышка размещается с обеспечением доступа к футеруемой полости, как показано на фиг. 1 (вид сверху).
2. Зона I - основная зона - начало футеровки. Монолитные полосы материала укладывают на ребро параллельными рядами в направлении, указанном стрелкой.
3. Первый ряд монолитных полос, примыкающий к металлоконструкции, насаживают на Г-образные скобы, предварительно приваренные к каркасу крышки (фиг. 2а).
4. Последующие ряды в зоне I крепят с помощью Т-образных скоб (фиг. 2б).
5. По завершении монтажа в основной зоне ее последний ряд, по границе с зонами II и III, закрепляют Z-образными скобами (фиг. 2в).
6. Монтаж футеровки в переходной зоне II производится в указанном стрелкой направлении с разворотом монолитных полос на 90 градусов, относительно зоны I.
7. По завершении монтажа футеровки в зоне II крайние монолитные полосы на границе с зоной II закрепляются Z-образными скобами (фиг. 2в).
8. Зона III - замковая. Монолитные полосы укладываются параллельно рядам зоны I, с расклиниванием последнего ряда и фиксацией замковыми штырями (фиг. 2г).
9. При монтаже на примыкающие друг к другу поверхности монолитных полос и поверхность металлоконструкции крышки на границе металл-футеровка наносится огнеупорный клей. Крепежная арматура, скобы и замковые штыри, из теплостойкой стали, привариваются к стальному листу каркаса.
10. По окончании футеровки крышка проходит низкотемпературную сушку по специальной технологии.
Данный принцип футеровки применим для крышек прямоугольной формы. Для крышек сложной конструкции с технологическими вырезами, газоотводящими и горелочными каналами используются те же принципы монтажа футеровки с модификацией, определяемой конкретной конструкцией объекта.
В настоящей полезной модели представлена единая технология футеровки высококотемпературным теплоизолятором войлок «мокрый» различных тепловых агрегатов, требующих термоизоляции с температурой до 1350 градусов (крышек, заслонок, люков, ложных окон, сводов).
Технология футеровки элементов конструкции промышленных тепловых агрегатов с использованием волокнистого высокотемпературного теплоизолятора войлок «мокрый» обладает высокими техническими, технологическими характеристиками и целым рядом уникальных свойств.