Обмуровка

Обмуровка парового и водогрейного котла служит для ограждения топочной камеры и газоходов от окружающей среды. Обмуровка паровых и водогрейных котлов работает при достаточно высоких температурах и резком их изменении, а также под химическим воздействием газов, золы и шлаков.

Конструкция обмуровки должна обеспечивать минимальные потери теплоты в окружающую среду, быть плотной, противостоять длительному воздействию высоких температур, химическому воздействию продуктов сгорания, золы и шлаков, быть механически прочной, легкой, простой, дешевой и доступной для ремонта, способствовать выполнению блочного монтажа парового или водогрейного котла.

Паровые и водогрейные котлы имеют довольно разнообразную по конструкции обмуровку. Однако независимо от конструкции агрегата и его мощности некоторые узлы и элементы являются общими. К ним относятся: стенки, арки, перекрытия, своды, амбразуры, поды, зажигательные пояса, места прохода труб через обмуровку и т. д.

Обмуровку котлов принято условно разделять на тяжелую, облегченную и легкую. Тяжелая обмуровка применялась в парогенераторах старых конструкции и в настоящее время еще применяется в парогенераторах малой мощности (например, парогенераторах ДКВР). В новых конструкциях парогенераторов и водогрейных котлов применяют облегченные и легкие обмуровки. Масса 1 м3 тяжелых обмуровок доходит до 1800 кг, а легких - не превышает 1000 кг.

Разрушение обмуровки прежде всего зависит от температуры, при которой она работает. С увеличением температуры интенсивность разрушения обмуровки возрастает. Чем больше неровностей на обмуровке, обращенной внутрь газохода, и чем толще ее швы, тем больше она изнашивается и истирается. Химическое воздействие шлаков приводит к размягчению, оплавлению н нарушению структуры обмуровки.

Вертикальные стены обмуровки топочной камеры и газоходов могут выполняться из различных материалов: огнеупорного, строительного и теплоизоляционного кирпича, огнеупорных, жароупорных и теплоизоляционных бетонов, температуроустойчивой изоляции и т. д. Обмуровка обычно состоит из двух слоев: внутреннего, обращенного к газоходу, и наружного. Внутренний слой называют футеровкой, а наружный - облицовочным слоем. Футеровка выполняется из огнеупорного материала, а облицовка из материала низкой теплопроводности.

Тяжелая обмуровка опирается на фундамент и имеет высоту не более 8-10 м. Существенное влияние па надежность работы обмуровки оказывает толщина швов между кирпичами. Толщина швов при выполнении кладки из огнеупорного кирпича не должна превышать 3 мм, а из красного кирпича - 5 мм. Для свободного расширения обмуровки (внутренней и наружной) всегда предусматривается устройство горизонтальных и вертикальных температурных швов с таким расчетом, чтобы колонны и каркас не препятствовали свободному расширению облицовочной кладки.

На рис. показаны узлы облегченной обмуровки парогенератора ДЕ-16-14ГМ. Футеровка парогенератора выполнена с применением легковесного шамотного кирпича, огнеупорного бетона, огнеупорной хромомагнезитовой обмазки. В качестве изоляции применен диатомитовый кирпич и асбестовермикулитовые плиты. Снаружи обмуровка обшита металлическим листом.

Огнеупорная футеровка выполнена из шамотобетона, а изоляционный слой - из минераловатных матрацев, на которые нанесена магнезиальная обмазка. Шамотобетон наносится и а металлическую плетеную сетку, которая натягивается на штыри с резьбой на конце. Штыри привариваются к шайбам, которые приварены к экранным трубам.

Минераловатный матрац изготовляют следующим образом. В ящик определенного размера сначала укладывают раскроенную сетку, затем лист крафтбумаги и набивают минеральную вату до плотности примерно 400 кг/м³. Края сетки подгибают, сверху накладывают еще одну сетку и прошивают матрац скобами. Шаг между скобами около 150 мм. Затяжка скоб должна производиться тщательно во избежание оседания минеральной ваты при эксплуатации. Матрацы прижимаются к шамотобетону квадратными шайбами, надеваемыми на штыри и затягиваемыми гайками. Уплотнительная обмазка наносится на матрацы.

На верхнем рисунке показана одна из конструкций легких обмуровок. Обмуровка выполняется из торкретной массы, закрепленной на металлической сетке. Изоляция осуществлена двумя слоями: слоем жаростойкой изоляции из диатомита и слоем из нескольких асбоцементных плит. Поверх плит на металлическую сетку наносится штукатурка, окрашенная масляной краской в два слоя. Сетка закрепляется на балках поясов жесткости каркаса и на штырях, приваренных к трубам. Обмуровка, показанная на рис., называется натрубной. Для парогенераторов производительностью 50-75 т/ч применяют обмуровку, называемую накаркасной. Пример накаркасной обмуровки для вертикальных стен топочной камеры парогенератора производительностью 75 т/ч показан на рис.  Она состоит из слоя огнеупорного кирпича и изоляции, выполненной из диатомитового кирпича и совелитовых плит. Через каждые 2,5-3 м установлены разгрузочные кронштейны, на которые опирается обмуровка. Такая конструкция уменьшает напряжения от собственной массы обмуровки и обеспечивает возможность ремонта любого пояса. Крепление обмуровки производится стяжными крюками, которые с одной стороны зацепляются за трубу, приваренную к обшивке каркаса, а с другой свободно входят в пазы фасонного огнеупорного кирпича. Снаружи накаркасная обмуровка обшита металлическим листом, что обеспечивает необходимую плотность.

При выполнении тяжелых обмуровок широко применяются арки и своды, предназначенные для перекрытия проемов, потолка топочной камеры или газохода.

В сводах под действием собственного веса и теплового расширения возникают распорные усилия. Своды выполняются из специального клинового кирпича и опираются на пяты, выкладываемые из специальных фасонных камней. Иногда кладку свода выполняют по толщине отдельными кольцами. При этом нижний свод является основным, а верхний разгрузочным. В настоящее время широко применяются подвесные своды и перекрытия.

Благодаря отсутствию распирающих усилий подвесные своды могут выполняться из малопрочных материалов. Подвесные своды изготовляются из специального фасонного кирпича, подвешиваемого к металлическим конструкциям каркаса при помощи балок, брусков и подвесок.

Важным узлом обмуровки паровых и водогрейных котлов является амбразура пневмо-механического забрасывателя и горелок.

Надежность и долговечность обмуровки в значительной мере зависят от правильности размещения и качества температурных швов, предназначенных для компенсации температурных расширении обмуровки. Температурные швы могут быть вертикальными и горизонтальными. Они выполняются только в огнеупорном слое обмуровки: вертикальные швы обычно в углах, где сопрягаются стены обмуровки, горизонтальные - у разгрузочных кронштейнов. Если разгрузочные кронштейны отсутствуют, то кладку из огнеупорной обмуровки опирают на наружный слон огнеупорного кирпича. Для этого в наружный слой выпускается несколько рядов огнеупорного кирпича.

Уплотнение температурных швов производится шнуровым асбестом несколько большего диаметра, чем ширина шва. Поверхность асбестового шнура, обращенную к топке, промазывают жидким раствором огнеупорной глины или графитом.

Внешняя температура обмуровки не должна превышать температуру окружающего воздуха более чем на 25-30 °С.

Текущее состояние обмуровок котлоагрегатов

В настоящее время в генерирующих компаниях применяется большое количество различных марок котлоагрегатов с устаревшей конструкцией обмуровки, а в некоторых случаях и неремонтопригодной, которая представляет собой щитовые конструкции, разработанные в прошлом веке для котлоагрегатов заводами - изготовителями котлов ТКЗ и ЗиО исключительно под капитальное строительство без учета текущих ремонтов обмуровки.

Во многих генерирующих компаниях текущее состояние обмуровок котлоагрегатов, организация и производство работ по капитальному и текущему ремонту обмуровки приводит (может привести) к следующему:

— производство работ по капитальному и текущему ремонту обмуровки ведется без наличия соответствующей проектно-конструкторской документации и проектов производства работ, что само по себе грубейшее нарушение правил эксплуатации и ремонта котлоагрегатов;
— отсутствие проектно-конструкторской документации и проектов производства работ, как следствие - низкое качество ремонта обмуровки и нарушение планируемых для этого сроков;
— несоответствие планируемого объема текущего и капитального ремонта обмуровки фактическому состоянию существующей обмуровки котлоагрегата в связи с отсутствием достоверной ведомости объемов обмуровочных материалов, обоснованной конструкторской документацией на ремонт котлоагрегата;
— использование давно устаревших и неэффективных, и соответственно трудоемких конструкций обмуровок;
— аварийному состоянию обмуровки и сравнительно низкому КПД котлоагрегата за счет повышенных присосов воздуха в топку;
— ненормативным тепловым потерям после капитального и текущего ремонта;
— производство работ по капитальному и текущему ремонту обмуровки выполняется без соответствующего авторского надзора со стороны проектных организаций;
— выбор материалов и конструкций обмуровки без соответствующего теплового расчета;
— без согласования с проектными и конструкторскими организациями самостоятельно вносятся изменения в заводскую конструкцию обмуровки.

Исходя из выше изложенного, результаты ремонта обмуровки котлоагрегата, как правило, неэффективны и с коротким межремонтным циклом.

Описание современной и эффективной конструкции обмуровки

Предлагается облегченная сборно-разборная конструкция обмуровки котлоагрегатов с применением современных обмуровочных материалов и ремонтопригодной конструкцией обмуровки по ее жаростойкой части.

В жаростойкой части применяются обмуровочные плиты размером 1000х250х50 из корундошпинельного бетона или шамотобетона, весом не более 19 – 25 кг. Конструкция рассчитана и применяется для замены щитовой обмуровки некаркасного типа, а также обмуровки, выполненной кладкой шамотного кирпича. Обмуровочные плиты армированы жаростойкой или теплоустойчивой сталью в зависимости от температуры применения и крепятся на вторичном каркасе котла при помощи опорных полос 5х40 из теплоустойчивой стали.

Один конец полосы приваривается к закладной пластине плиты, другой к уголку, который приварен вертикально внутри обмуровки на каркасе котла. Армировочный каркас плиты имеет две закладные пластины, соответственно к двум пластинам привариваются две опорные полосы, которые также привариваются к двум вертикальным уголкам.

В теплоизоляционной части обмуровки котлоагрегата применяются современные теплоизоляционные плиты из керамического волокна объемным весом не более 200 кг/м3 и муллитокремнеземистый войлок, которые обеспечивают постоянство теплофизических свойств на весь период эксплуатации обмуровки котлоагрегата.

Преимущества предлагаемой конструкции обмуровки

Применение данной конструкции обеспечит общее направление технической политике по ремонту обмуровок котлов, индустриальные методы монтажа обмуровки и приведет к следующему эффекту:

— снижение нагрузок на каркас до 25% по отношению к расчетным;
— снижение потерь тепла за счет увеличения толщины теплоизоляционной части обмуровки до 30 мм для заводской щитовой конструкции (шамотобетон на щитах имеет толщину до 80мм) и до 64мм для кирпичной кладки без изменения заданной толщины обмуровки котлоагрегата;
— снижение присосов воздуха и потерь тепла за счет применения современных теплоизоляционных материалов повышает КПД котлоагрегата;
— достижение необходимого качества, планируемых сроков и производительности работ при капитальных и текущих ремонтах обмуровки;
— повышение надежности и долговечности эксплуатации котлоагрегатов за счет применения современных и эффективных обмуровочных материалов, технических и конструктивных решений;
— и, наконец, снижение стоимости обмуровочных материалов и работ при капитальных и текущих ремонтах обмуровки, в том числе, за счет увеличения межремонтного цикла обмуровки котла и времени простоя в ремонте, и в том числе за счет вторичного использования обмуровочных материалов и унификации обмуровочных конструкций.