ОБМУРОВОЧНАЯ ТЕПЛОЗАЩИТНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КОТЕЛЬНЫХ И ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Область техники.
Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована для теплоизоляции различного теплового оборудования - котельных и энерготехнологических установок.
Предшествующий уровень техники.
Под обмуровочной теплозащитной системой (ОТС) для котельных и энерготехнических установок понимается система огнеупорных и теплоизоляционных ограждений котельных и энерготехнических установок, предназначенная для обеспечения газовой плотности и уменьшения отдачи тепла во внешнюю среду.
ОТС должна обеспечить при всех режимах работы минимальные потери тепла от котельных и энергетических установок, а также комфортную температуру его наружных поверхностей в местах, доступных для обслуживающего персонала (не выше 45°C). Как правило, ОТС представляет собой комбинированную систему из кирпича, огнеупорных плит, изоляционных материалов, металлических скрепляющих частей, уплотнительных обмазок, металлической обшивки и других элементов, при этом, каждый последующий слой обмуровочной системы рассчитан на более низкую температуру эксплуатации, чем предыдущий.
Такая система раскрывается в «Инструкции по производству обмуровочных работ при монтаже котельных и энерготехнологических установок» РД 34.26.203, СО 153-34.26.203, утвержденная 15.06.1981.
ОТС в соответствии с данной инструкцией состоит из кирпичной кладки, например, кирпича шамотного легковесного с температурой применения до 1300°C, промежуточного слоя, например, на основе асбестодиатомобетона с температурой применения до 900°C, теплоизоляционного слоя на основе совелитовых плит или минераловатных плит с температурой применения до 400°C и слоя асбоцементной штукатурки или магнезиальной обмазки (см. таблицу 1 упомянутой Инструкции).
3
К недостаткам известного технического решения относятся следующие: большая толщина слоя диатомобетона из-за высокой теплопроводности (~0,23 ккал/(м·ч·К) или ~0,269 Вт/(м·К)), увеличение веса конструкции вследствие высокой плотности диатомобетона (~745 кг/м), необходимость использования канцерогенного асбестового волокна для упрочнения бетона.
Задачей полезной модели является уменьшение толщины и веса промежуточного слоя при сохранении высоких механических свойств бетона без использования канцерогенного асбеста.
Раскрытие полезной модели.
Поставленная задача решается обмуровочной теплозащитной системой для котельных и энерготехнических установок, которая включает следующие последовательно расположенные слои, установленные по мере убывания тепловой нагрузки:
жаростойкий шамотобетонный слой;
промежуточный слой из бетона, содержащего компоненты при следующем соотношении, масс. %:
вспененный вермикулит
25-45
микрокремнезем
5-15
глиноземистый цемент
остальное;
теплоизоляционный слой на основе минерального сырья;
защитный газоплотный слой.
В частных воплощениях полезной модели в упомянутой системе промежуточный слой из бетона может быть выполнен в виде плиты.
Промежуточный слой может быть выполнен в виде блоков.
В последнем случае система может включать дополнительный штукатурный слой, нанесенный на слой из блоков.
В некоторых воплощениях полезной модели теплоизоляционный слой может быть выполнен в виде матов из базальтовой ваты.
В иных воплощениях полезной модели защитный газоплотный слой может быть выполнен в виде металлической сетки с нанесенным по ней магнезиальной мастикой.
В наилучшем воплощении полезной модели газоплотный защитный слой может быть выполнен в виде металлической сетки с нанесенным по ней штукатурным слоем на основе химически вспененного вермикулита.
При этом штукатурный слой на основе химически вспененного вермикулита может дополнительно содержать портландцемент или глиноземистый цемент и микрокремнезем при следующем соотношении компонентов, масс. %:
Химически вспененный вермикулит
30-40
Микрокремнезем
8-15
Цемент, выбранный из группы,
включающей портландцемент или
глиноземистый цемент
остальное;
Осуществление полезной модели.
Обмуровочная теплозащитная система включает последовательно устанавливаемые вокруг теплового котла или другого агрегата слои, при этом внутренний слой обладает высокими жаростойкими и механическими свойствами, а внешние слои имеют низкую теплопроводность при небольшой плотности. Теплопроводность и температура эксплуатации слоев постепенно понижаются от слоя к слою, что обеспечивает уменьшение общей толщины и массы ОТС, а также снижение теплопотерь.
Первый слой, примыкающий к тепловому котлу, является жаростойким и обладает самой высокой температурой эксплуатации - от 1000 до 1300°C. Данный слой отвечает за прочность и жаропрочность всей обмуровочной системы при эксплуатации. Кроме того, к этому слою также предъявляются особые требования по его теплопроводности и сопротивлению газовому износу.
Данный слой может быть выполнен из состава на основе шамотного бетона.
В соответствии с заявляемой полезной моделью, жаростойкий слой может иметь любую приемлемую форму, но в наилучших воплощениях изобретения огнезащитный слой может быть выполнен в виде плиты. Исполнение этого слоя в виде плиты позволяет легко осуществить демонтаж системы и провести замену выведенных из строя плит.
Следующим слоем обмуровочной теплозащитной системы является промежуточный слой, температура применения которого не превышает 900°C.
Такой слой в соответствии с заявляемой полезной моделью содержит следующие компоненты в масс. %:
вспененный вермикулит
25-45
микрокремнезем
5-15
глиноземистый цемент
остальное
Под химически вспененным вермикулитом в уровне техники понимается вермикулит, полученный обработкой сырья вермикулита каким-либо химическим реагентом и последующим вспениванием путем термоудара. В частности, вермикулит может быть обработан раствором пероксида водорода. Вспенивание вермикулита приводит к интенсивному расщеплению частиц с получением супертонкой суспензии с величиной частичек вермикулита менее 50 мкм.
Применение оптимального соотношения вермикулита к цементу позволило получить прочный и легковесный теплоизоляционный бетон. Добавление микрокремнезема (МКУ 85) позволяет увеличить прочность материала и препятствует растрескиванию бетона при высоких температурах.
Применение глиноземистого цемента позволяет получить бетон с низкой усадкой.
Интервал содержания компонентов выбран из следующих соображений: при содержании вспененного вермикулита более 45% и микрокремнезема менее 5% ухудшаются механические свойства бетона и его термостойкость.
Соответственно, при содержании вспененного вермикулита менее 25% и микрокремнезема более 15% увеличивается теплопроводность и плотность бетона.
Для получения промежуточного слоя сначала изготавливают смесь, содержащую глиноземный цемент, микрокремнезем и вспененный вермикулит. Полученную смесь смешивают с водой: на затворение 1 кг описанной выше смеси с цементом требуется 1,25 л воды.
Необходимое количество воды может быть скорректировано в зависимости от пластичности смеси.
Далее из полученной затворенной смеси получают путем вибролитья плиты или кирпичи (блоки). Полученные изделия имеют более низкую плотность и теплопроводность по сравнению с аналогами.
Состав и свойства промежуточных плит приведены в таблице 1.
Следующий теплоизоляционный слой может быть выполнен из теплоизоляционного материала с температурой применения до 400°C. Таким материалом является минеральная вата, например, на основе базальтового волокна, стекловолокна и т.д. Использование матов из базальтовой ваты улучшает экологические свойства обмуровочной системы при ее эксплуатации.
Последний слой обеспечивает газоплотность ОТС. В качестве материала слоя может быть использована асбестошамотная и магнезиальная мастики или вермикулитовая штукатурная смесь на основе химически вспененного вермикулита. В последнем случае обмуровочная система обладает меньшим весом.
Наилучшими свойствами обладают составы штукатурки, приведенные в таблице 2.
Пример осуществления полезной модели.
Для изготовления обмуровочной системы в соответствии с заявляемой полезной моделью качестве жаростойкого слоя использовали кирпичную кладку из шамотного кирпича толщиной 65 мм.
Промежуточный слой выполняли из составов в соответствии с таблицей 1 толщиной 60 мм.
Теплоизоляционный слой выполнялся из матов на основе супертонкого базальтового волокна. Толщина матов составляла 100 мм.
Затем маты из супертонкого базальтового волокна окружали металлической сеткой и по сетке наносили защитный слой в виде штукатурного слоя на основе химически вспененного вермикулита, содержащий 38 масс. % химически вспененного вермикулита, 10 масс. % микрокремнезема и 52 масс. % глиноземистого цемента (для ОТС с промежуточным слоем состава G1) или на сетку наносили магнезиальную мастику следующего состава : каустический магнезит : распушенный асбест : раствор хлористого магния =1:2,6:1,5 части (обмуровочная система с бетонным слоем состава G3).
При реализации полезной модели достигается получение обмуровочной теплозащитной системы с высокими эксплуатационными характеристиками. Выбор оптимального соотношения вермикулита, цемента и микрокремнезема в промежуточном слое позволил получить прочный и легковесный теплоизоляционный бетон с низкой теплопроводностью. Добавление микрокремнезема позволяет не только увеличить прочность материала, но и препятствует растрескиванию бетона при высоких температурах.
Все это позволяет получить эффективную обмуровочную теплоизоляционную систему, характеризуемую простотой монтажа и ремонта, низкими теплопотерями в совокупности с небольшим весом и низкой стоимостью.