Футеровка котлов. Теплоизоляция паровых труб, дымохода

Футеровка — защитная внутренняя облицовка тепловых агрегатов и их частей (печей, котлов, топок, ковшей, боровов, труб и др.). Она очень устойчива к воздействию даже самых высоких температур и защищает огражденные поверхности от прямого контакта с огнем.

Состав футеровки зависит от теплопроводности материалов а так же допустимых температур на стыке слоев. Выполняют футеровку из кирпича, плит, бетонов, блоков, набивных масс и прочих материалов. 

Футеровка котельного оборудования, промышленных печей широко применяется в энергетике, ЖКХ, химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности. В энергетике объектами тепловой изоляции являются паровые котлы, газовые турбины, электрофильтры, теплообменники, баки-аккумуляторы горячей воды, трубы дымовые, трубы паровые, трубопроводы ТЭЦ.

Футеровка паровых котлов, теплоизоляция труб газоходов

Теплоизоляционная футеровка котла обеспечивает возможность проведения процессов горения при заданных параметрах. Теплоизоляционное футерование позволяет продлить срок службы котла, снижает потери тепла. Плохой тепловой барьер существенно снизит отдачу калорий в теплоноситель. Изрядная доля произведённой котлом энергии растворится в атмосфере с выхлопными газами. 

Защитить внутреннюю поверхность топки котла можно двумя способами:

1. обработать внутреннюю поверхность котла материалом с низкой тепловой проводимостью;
2. использовать защитные экраны, которые будут отражать тепловое излучение. При этом энергия будет уходить из котла вместе с дымом.

При первом способе не стоит путать теплоизоляцию и теплозащиту. При теплоизоляции тепло, выделяемое в котле, остается в рабочей зоне. Теплозащита же только предохраняет определенный участок котла от теплового излучения, не задерживая при этом тепло внутри рабочей зоны. Именно для этого при футеровке котла используются теплозащитными, а не теплоизоляционными материалами.

Как уже говорилось ранее, некоторые поверхности котла можно защищать специальными экранами, однако при этом произойдет напрасное расходование топлива.

Для гарантированной и безотказной работы котла нужен защитный материал с особыми свойствами, когда стенки топки могут разогреваться до многих сотен градусов.

Материалы, применяемые для футеровки котла, должны обладать следующими качествами:

1. Высокими теплоизоляционными свойствами и механической прочностью при высоких температурах.
2. Достаточной гибкостью в условиях значительного изменения температуры.
3. Возможностью использования для многослойной изоляции

Конструктивно изоляция котельных агрегатов выполняется различными способами. В котлах старых типов роль тепловой изоляции выполняла сама обмуровка, состоящая из внутреннего огнеупорного слоя (шамотного кирпича) и внешнего слоя из красного кирпича толщиной до 500—750 мм.

Шамотный кирпич (ГОСТ 390-96) в настоящее время является оптимальным материалом для футеровки котельных агрегатов. Основным его отличием от обычных кирпичей являются ярко выраженные теплозащитные свойства. Технология обкладывания шамотным кирпичом внутренней поверхности топки и называется, в большинстве случаев, футеровкой.

Для уменьшения теплопотерь проводят модернизацию паровых котлов старого типа и применяют высокотемпературные изоляционные материалы, обладающие лучшими теплоизоляционными свойствами. В последние годы, за счет применения современных теплоизоляционных материалов, состав защитного слоя изменился как по габаритам, так и по весу.
Современные котлы имеют большие поверхности нагрева. Стенки топочных камер и газоходов котла составляют 75—80% общей площади поверхности ограждения. Плотное экранирование котла создает нужные температурные условия на внутренней поверхности обмуровки, где температура за экранными трубами не превышает 400° С. Такую конструкцию обмуровки современного мощного котла можно рассматривать как газоплотную изоляцию, тесно связанную с конструкцией котла.

Вследствие резкого снижения температуры за экранами котла, изменилось соотношение отдельных слоев обмуровки: вместо толщины огнеупорного слоя 125-250 мм в старых котлах толщина огнеупорного или жароупорного слоя в обмуровке современных котлов не превышает 50 мм, а вес огнеупоров уменьшился с 80% до 40%. Однако футеровка котла находится в более тяжелых условиях, так как температура газа при горении достигает 700—1000° С. В таких зонах газового котла должен быть предусмотрена футеровка с большей тепловой стойкостью, с использованием высокотемпературных теплоизоляционных материалов.

В таблице, для сравнения даны теплофизические свойства огнеупоров:

1.     плотность при 20°С, кг/м3;
2.     коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град);
3.     максимальная рабочая температура, °С.

Значительное уменьшение веса огнеупорных материалов способствовало распространению новых способов футеровки, в которых вес огнеупоров полностью передается на экранные трубы котла (натрубная футеровка) или облегченный каркас (накаркасная обмуровка). Это привело уменьшению расценок на монтаж футеровки (за 1 м2 или за 1 куб. метр).

Трубную футеровку выполняют из огнеупорного бетона или хромитовых масс, наносимых непосредственно на экранные трубы, слоя тепловой изоляции и уплотнительной штукатурки.

Накаркасные обмуровки выполняют из сборных щитов-панелей, заполняемых жароупорным и теплоизоляционным бетоном или термостойкими теплоизоляционными плитами, защищенными с внешней стороны уплотнительными штукатурками.

Сегодня, современные производители котельных агрегатов (водогрейного, парового, твердотопливного, пиролизного) предлагают использовать новые составы огнеупорных бетонов и набивных масс для футеровки, что позволяет почти всю изоляцию современного котла выполнить монолитной без применения огнеупорных кирпичей. В составе такой тепловой изоляции отсутствует металлическая обшивка котла, а вместо дефицитных шамотных огнеупоров применяются дешевые огнеупорные массы и недорогой бетон. Такая монолитная футеровка имеет высокую прочность, так как экранные трубы армируют футеровку котла, а большое количество слоев теплоизоляции и отсутствие температурных швов обеспечивают последней высокую плотность.

Выбор типа теплоизоляции котла промышленного типа, решается в комплексе с конструкцией трубной решетки и условиями производства монтажных работ. Качественно выполненные работы по обустройству теплоизоляции позволяют снизить потери тепла в котле и предотвращают превышение установленной температуры в помещении котельной, что в совокупности обеспечивает повышение эффективности котельной установки в целом. Разработка решений по обустройству изоляции должна осуществляться с учетом типа котла и с соблюдением технических условий, установленных изготовителем.

ИЗОЛЯЦИЯ СТЕНОК КОТЕЛЬНЫХ ТРУБ

Изоляцию труб, воздуховодов и других узлов котельной установки надлежит выполнять из теплоизоляционных материалов и изделий, которые обладают высокой температуростойкостью и не изменяют своих показателей при длительном воздействии рабочих температур, имеют минимальный объемный вес, низкий коэффициент теплопроводности, достаточную механическую прочность при длительном нагреве. Ввиду высоких температур паровых труб, дымоходов, требуется укладка высокотемпературной изоляции два-три слоя для обеспечения достаточной толщины и прочности изоляции котла. При монтаже труб паровой котельной, установке дымоходов, проведении теплоизоляционных работ, особое внимание также должно уделяться стойкости материалов для изоляции котла к воздействию вибрации.

Материал для теплоизоляции котельных труб должен обладать достаточной пластичностью и обеспечивать возможность теплового расширения конструкции котла. Между слоями изоляции следует проложить алюминиевую фольгу для отражения тепла от трубы. Огнеупорные материалы на основе базальтовой ваты обладают хорошими теплоизоляционными характеристиками, выдерживают очень высокие температуры, а также значительные перепады температур между элементами котла.

Когда утепление котла делают при помощи плит базальтовой или минеральной ваты, требуется предварительно изготовить металлический каркас. Обрешетка, на которую будут крепиться плиты утеплителя, приваривается непосредственно к корпусу котла. На подготовленный каркас монтируется теплоизоляционный слой, который сверху необходимо укрепить при помощи металлической сетки. Сверху наносится тонкий слой известково-шлаковый раствор.

Важным аспектом при утеплении котла является теплоизоляция его дымохода. На трубу монтируются теплоизоляционные плиты минеральной или базальтовой ваты, которые крепятся к дымовой трубе при помощи стандартных крепежных элементов или фольгированного скотча. Сверху теплоизоляционный слой закрывается металлическим каркасом, элементы которого соединяются, чтобы предотвратить образование между ними зазоров, нарушающих целостность наружной обшивки термоизоляционного слоя. Сверху утеплитель, который находится между металлическим кожухом котла и дымоходной трубой замазывается цементным раствором.

Долговечность теплоизоляции зависит от их конструктивных особенностей и условий эксплуатации, включающих месторасположение изолируемого объекта, режим работы котла, степень агрессивности окружающей среды, интенсивность механических воздействий. Срок службы промышленного котла и теплоизоляционной конструкции в целом в значительной степени определяется видом защитной футеровки и качеством монтажных работ.