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 слой выполняет свою функцию, что уменьшает массивность и толщину обмуровки, обеспечивает снижение теплопотерь и удешевление теплозащитной конструкции. Обычно внутренний слой обмуровки выполняют из жаростойких (огнеупорных) материалов, наружный - из материалов с наименьшей теплопроводностью, поверх которого наносится уплотнительный слой.
Такая система раскрывается в патенте RU 2413138.
ОТС в соответствии с цитируемым патентом состоит из огнеупорного слоя (например, кирпича шамотного легковеса ШЛ-1,3), слоя теплоизоляционного волокнистого материала (например, войлока муллитокремнеземистого МКРВ-200), слоя связующего материала (например, нетканого материала изоспана), слоя газоплотного материала (например, ткани водоогнетермостойкой ТАФ) и защитной обшивки (например, металлосайдинга). При таком выполнении ОТС достигается повышение газоплотности и теплоизоляционных свойств, возможность обмуровки как плоских прямоугольных, так и криволинейных поверхностей, экологическая безопасность производства.
К недостаткам известного технического решения относятся следующие: большое количество слоев материала, сложность монтажа обмуровочной системы, высокий газодинамический износ из-за низкой прочности шамотного легковеса, высокая стоимость используемых материалов за счет необходимости использования металлической защитной обшивки.
Задачей полезной модели является увеличение числа теплосмен при эксплуатации системы путем уменьшения газодинамического износа за счет использования более прочного жаростойкого (огнеупорного) слоя, удешевление системы за счет применения более дешевых материалов без использования металлосайдинга.
Другие решаемые полезной моделью задачи, например, упрощение монтажа обмуровочной системы и улучшение ее экологических свойств при эксплуатации, станут понятны из дальнейшего описания.
Раскрытие полезной модели.
Поставленная задача решается обмуровочной теплозащитной системой для котельных и энерготехнических установок, которая включает следующие слои, последовательно установленные по мере убывания тепловой нагрузки: жаростойкий слой, содержащий следующие компоненты в масс. %:
Шамот молотый
70,0-85,0
Микрокремнезем
1,0-7,0
Глиноземистый цемент
остальное;
промежуточный слой с температурой применения до 900°C;
теплоизоляционный слой на основе минеральной ваты;
газоплотный защитный слой.
В частных воплощения полезной модели система включает жаростойкий слой, выполненный в виде плиты.
Желательно, чтобы жаростойкий слой содержал молотый шамот с фракциями до 3.5 мм.
Промежуточный слой может быть выполнен в виде спрессованной плиты на основе химически вспененного вермикулита.
В этом случае промежуточный слой может быть выполнен из спрессованной без добавления связующего плиты или промежуточный слой может быть выполнен из спрессованной плиты, содержащей в качестве связующего жидкое стекло.
В наиболее желательных воплощениях полезной модели теплоизоляционный слой может быть выполнен в виде матов из базальтовой ваты, а газоплотный защитный слой - выполнен в виде штукатурного слоя на основе химически вспененного вермикулита.
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 сопротивлению газодинамическому износу.
Жаростойкий слой выполнен из состава на основе шамота, глиноземистого цемента и добавок микрокремнезема и содержит компоненты при следующем соотношении, масс. %:
Шамот молотый
70,0-85,0
Микрокремнезем
1,0-7,0
Глиноземистый цемент
остальное.
Состав компонентов выбран из следующих соображений: при содержании молотого шамота менее 70% и микрокремнезема более 7% увеличивается усадка, теплопроводность и плотность, уменьшается термостойкость плит.
Соответственно, превышение содержания шамота более 85% и уменьшение содержания микрокремнезема менее 1% приводит к уменьшению прочности плиты из-за ухудшения структуры плиты, частицы шамота плохо удерживаются в цементной матрице, что приводит к выкрашиванию шамота.
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.
Для получения жаростойкого слоя в виде плиты сначала изготавливают смесь, содержащую глиноземный цемент, микрокремнезем и шамотный порошок. Сухую смесь смешивают с таким количеством воды, чтобы при формовании плиты путем вибрирования смесь не расслаивалась и равномерно заполняла форму. Обычно на затворение 1 кг сухой смеси на основе глиноземистого цемента требуется 0.22 л воды. Необходимое количество воды может быть скорректировано в зависимости от пластичности смеси.
Получение обмуровочных плит производится по технологии вибролитья. Плиты, изготовленные таким способом, имеют плотную структуру, гладкую поверхность и высокое качество. Кроме того, по данной технологии возможен выпуск большого ассортимента плит.
Для дополнительного улучшения свойств, в качестве шамотного порошка используют порошок с широким фракционным составом, где величина фракций порошка составляет от 0 до 3,5 мм.
3
3
Использование порошка с таким размером фракций позволяет улучшить структуру материала, предотвратить расслаивание, которое может наблюдаться, например, при использовании смеси двух заполнителей с узким распределением частиц. Полученные плиты имеют более низкую плотность (~1700 кг/м) по сравнению с описанными в литературе (~1800 кг/м).
Добавление микрокремнезема увеличивает прочность, термостойкость и трещиностойкость плит.
Состав и свойства жаростойких плит (G) приведены в таблице 1.
Следующим слоем обмуровочной теплозащитной системы является промежуточный слой с использованием материалов с температурой эксплуатации до 900°C.
Такой слой может быть выполнен из широкого класса материалов, таких как, например, диатомобетон или вермикулитобетон.
В наилучших воплощениях изобретения в качестве промежуточного слоя может быть использована плита, выполненная из химически вспененного вермикулита.
Под химически вспененным вермикулитом в уровне техники понимается вермикулит, полученный обработкой вермикулитового концентрата 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 материала с высокоразвитой поверхностью с величиной частичек вермикулита менее 50 мкм.
Изготовление промежуточного теплоизоляционного слоя из химически вспененного вермикулита позволяет уменьшить вес конструкции и дополнительно увеличить ее прочность.
Химически вспененный вермикулит способен к прессованию в плиты как со связующим, так и без связующего.
В качестве связующего может быть использовано жидкое стекло.
В одном из наилучших воплощений полезной модели промежуточный слой может представлять собой плиту, полученную прессованием химически вспененного вермикулита без добавления связующего. Такое воплощение модели позволяет кроме достижения декларируемого результата также улучшить экологические свойства обмуровочной теплозащитной системы при ее эксплуатации, увеличить температуру применения и снизить усадку материала.
Третий слой (теплоизоляционный) 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.
Целесообразно, для теплоизоляционного слоя использовать минеральную вату в виде матов. 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.
Пример осуществления полезной модели.
Для изготовления обмуровочной системы получали жаростойкую плиту из составов, приведенных в таблице 1. Толщина плиты составляла 65 мм.
Промежуточный слой выполняли из химически вспененного вермикулита, полученного путем обработки вермикулита пероксидом водорода, последующего вспенивания при нагреве до температур вспенивания, смешивания вспененного вермикулита со связующим (жидким натриевым стеклом) и прессования смеси в виде плиты. Толщина слоя составляла 50 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.
При реализации полезной модели достигается получение обмуровочной теплозащитной системы, характеризуемой высокой эффективностью, низкими теплопотерями, небольшим весом и увеличенным межремонтным ресурсом (≈14-15 теплосмен).