Тема 11 Конструктивные элементы теплогенератора
Каркасы, площадки и лестницы.
Каркасом называют металлическую конструкцию, которая воспринимает нагрузку от барабанов, поверхностей нагрева, обмуровки, лестниц, площадок и вспомогательных элементов и передаёт её на фундамент. Каркасы с самостоятельным фундаментом разделяют на опорные (несущие)(рис. 11.1) и обвязочные.
Каркас обычно представляет собой жёсткую рамную конструкцию, состоящую из мощных вертикальных колонн (стоек), располагаемых обычно по углам топочной камеры и конвективного газохода, обвязанных поперечными балками, фермами и ригелями.
Рис.11.1 Несущий каркас котла и его элементы:
а- общий вид; б –башмак; в – сочленение балок с раскосами
1- колонны; 2-связи-раскосы; 3-опорный башмак; 4-накладки; 5-горизонтальные фермы (площадки); 6-балки потолочного перекрытия;7- опорная плита; 8-ребра жесткости.
Колонны каркаса, связанные жёсткими поперечными фермами, являются остовом котла. Колонны выполняются обычно из 2-х стальных швеллеров или двутавровых балок, сваренных между собой накладками.
Во избежание чрезмерных удельных давлений на фундамент колонны снабжаются опорными башмаками из листовой стали и угольниками.
В котлоагрегате высокого давления масса каркаса составляет 20-25% от всей массы котла. Частью каркаса являются площадки для обслуживания, которые работают как горизонтальные фермы и увеличивают жёсткость каркаса. Они выполняются в виде рам из швеллеров с приваренными к ним листами рифленой стали.
Лестницы между площадками выполняются из стальных полос, уголков, между которыми приварены ступени. Угол наклона лестниц не выше 45º (к горизонту), а их ширина не меньше 600 мм, высота между ступеньками до 200 мм, перила высотой ~1 м.
В целях предотвращения перегрева элементов каркаса, его колонны, горизонтальные балки и фермы располагаются обычно за пределами обмуровки.
Барабаны котла, коллекторы пароперегревателей экранов и экономайзеров при нагреве удлиняются. Поэтому необходимо обеспечить им возможность свободного перемещения. С этой целью барабаны устанавливают на специальных подвешенных опорах, закреплённых на горизонтальных балках каркаса, или подвешивают к этим балкам. Барабаны средней и большой мощности обычно устанавливают на 2-х подвешенных опорах.
Назначение обмуровки и теплоизоляции.
Обмуровкой котла называют систему ограждений, отделяющих топочную камеру и газоходы от окружающей среды.Основное назначение обмуровки – в обеспечении минимальных потерь теплоты в окружающую среду через ограждающие поверхности и минимальных присосов наружного воздуха к продуктам сгорания. Обмуровка современного котла должна обеспечивать температуру наружных поверхностей (в местах обслуживания персонала) не более 45ºС, а во всех остальных – не более 55ºС.
В обмуровке различают: футеровку – внутренний слой, подвергающийся воздействию высоких температур газов (900-1300ºС); облицовку – наружный слой, обеспечивающий плотность и изоляцию топочной камеры.
Футеровка должна быть огнеупорной, не подвергаться растрескиванию при теплосменах, устойчивой против разъедания шлаками.
Облицовка должна обеспечивать хорошую изоляцию топки и газоходов от внешнего охлаждения, для чего наружный слой выполняется из материалов, плохо проводящих теплоту.
Обмуровку условно разделяют по массе натяжёлую, облегчённую и лёгкую.
По способам крепления:
- опирающиеся на фундамент котлоагрегата – свободно стоящие;
- опирающиеся на конструкции каркаса – накаркасные;
- висячие на трубах поверхностей нагрева – натрубные.
Общими элементами обмуровки являются: стены, арки, своды, амбразуры, поды, зажигательные пояса и др.
Все детали котлоагрегата, выступающие за обмуровку и имеющие температуру выше 70ºС, обязательно теплоизолируют. Теплоизоляция бывает засыпной, формовочной, мастичной и обёрточной. Самая простая и дешёвая – засыпная, однако, требуется работа в респираторах. Для формовочной изоляции (сегментов, скорлуп) используют ньювель (85% магнезит и 15% асбеста), шлаковую и минвату, трепел, диатомит и др.
Мастичная изоляция применяется в виде уплотнительной штукатурки и газонепроницаемой обмазки.
Для производства обёрточной изоляции используются маты из стекло- и шлаковаты. Снаружи изоляцию обклеивают мешковиной.
3. Основные характеристики, материалы и тепловой расчёт обмуровки.
Температурная устойчивость – свойство материалов сохранять свои качества без существенных изменений при различных степенях нагрева.
Огнеупорность – способность материала противостоять воздействию температур.
Теплостойкость – способность материала выдерживать резкие колебания температур без существенного изменения структуры.
Термостойкость – способность сопротивления материала растрескиванию при возникновении температурных напряжений.
Шлакоустойчивость – способность материала противостоять химическому воздействию шлаков.
Газопроницаемость – характеризуется коэффициентом газопроницаемости [литр воздуха] проходящего через слой 1м толщиной и площадью 1м2, в течении 1 часа при разности давлений 10 Па.
Все виды материалов обмуровок делят на группы:
а) огнеупорные и жаростойкие (карборундовые и шамотные кирпичи, огнеупорные бетоны и торкрет, хромомагнезит);
б) специальные набивные огнеупорные массы: теплоизоляционные материалы (диатомитовый кирпич, термоизоляционный бетон, изделия из минеральной ваты, трепела и др.); покровные материалы для отделки наружной поверхности; металлические изделия для крепления обмуровки.
При тепловом расчёте обмуровки определяют: температуру внутренней поверхности обмуровки и на основании этого выбирают материал для обмуровки; далее толщину слоя, обеспечивающую температуру наружной поверхности не выше 45º.
Максимальная температура внутренней поверхности обмуровки экранированной топки:
где φ1 – угловое отношение между стенкой и факелом; аф и аОБ - степени черноты факела и обмуровочных материалов; Т1 и Т2 – температура газового потока и стенок труб, К.
Температура факела:
где Та – теоретическая температура горения, К; Т,,Т- температура газов на выходе из топки, К.
Для потолка топки и обмуровки в поворотной камере Т1~ТТ”. Т2= tСР+333ºК.
где s/d – относительный шаг экранных труб; 2l/d - отношение двойного расстояния оси труб до поверхности обмуровки к их диаметру.
В газоходах, пароперегревателе, водяном экономайзере
Т2=t+273ºК(t – температура потока среды, текущей внутри труб); qк– удельное количество теплоты, переданное стенке конвекцией; q - плотность теплового потока сквозь стенку (обычно не больше 350 Вт/м2).
Гарнитура
Гарнитура – это устройства, с помощью которых можно осматривать, очищать от внешних загрязнений элементы котлоагрегата, осуществлять визуальное наблюдение за процессами в котлоагрегате и предохранять котлоагрегат от повреждений.
К обязательным элементам гарнитуры на котле относят:
а) топочные дверцы и лазы в обмуровке;
б) гляделки для визуального наблюдения;
в) взрывные предохранительные клапаны;
г) шиберы и заслонки для отключения шлаковых и золовых бункеров, регулирования тяги и дутья;
д) устройства для очистки внешних поверхностей нагрева.
Дверцы, лазы – круглые или прямоугольные, размером до 450 мм. Гляделки располагаются в камере топки и газоходах, выполняются диаметром от 70 до 100 мм. Выполняются так, чтобы они несамооткрывались и не увеличивали присосы воздуха в газовый тракт.
Взрывные предохранительные клапаны устанавливаются на котлах, работающих без наддува на природном газе, мазуте и некоторых видах твёрдого топлива. Размещают в обмуровке котла с отводящими коробами. Бывают рычажные и разрывного – одноразового действия.
Шиберы и заслонки выполняются поворотными.
Обдувочные аппаратыпредназначены для обдува поверхностей труб конвективного пучка, с целью очистки их от залы и сажи.Обдувочные аппараты котлов делят на стационарные и выдвижные. При температуpax продуктов сгорания ниже 600°С применяют стационарные, при более высоких — выдвижные обдувочные аппараты.
