Обозначения: + удовлетворительная; ++ хорошая.
3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ ФУТЕРОВОК
3.1. Теплотехнический расчет является основным для футеровок тепловых агрегатов из огнеупорных волокнистых материалов. По его результатам подбирают толщину отдельных слоев и всего ограждения.
Толщину футеровки следует назначать такой, чтобы затраты на ее возведение и эксплуатационные затраты были минимальными:
З + ЭТ = min,
где З - приведенные затраты на возведение футеровки, руб./м2;
Э - годовые эксплуатационные затраты - стоимость теряемого через футеровку тепла, руб./(м2год);
Т - нормативный период окупаемости, принимаемый равным стойкости футеровки, но не более 6,6 лет.
3.2. Наибольшие температуры нагрева слоев футеровки и деталей креплений следует определять на основании теплотехнического расчета температур для установившегося теплового потока при заданной проектом температуре рабочего пространства.
Температуры в сечениях элементов футеровок следует рассчитывать как для многослойной плоской стенки. Удельный тепловой поток через футеровку следует определять по формуле:
,
где g - удельный тепловой поток, Вт/м2;
- температура внутренней (горячей) поверхности футеровки, К;
- температура наружного воздуха, К;
S Ri - термическое сопротивление теплопередаче многослойной стенки, (м2×К)/Вт;
- коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности футеровки, Вт/(м2×К);
К - количество слоев футеровки.
3.3. Термическое сопротивление слоя футеровки определяют по формуле:
,
где - толщина слоя, М;
- теплопроводность (табл. 1) при средней температуре слоя, Вт/(мК).
3.4. Значение коэффициента для тепловых агрегатов, расположенных в помещениях или на открытом воздухе, но защищенных от ветра, следует определять по формуле:
= 8,14 + 0,06×(tСТ - 273),
где tСТ - температура наружной поверхности ограждения, К.
Для тепловых агрегатов, расположенных на открытом воздухе и не защищенных от воздействия ветра, значение коэффициента следует определять по формуле:
,
где V - среднегодовая скорость ветра, м/с, определяется по СНиП II-А-6-72.
3.5. Температуру (K+I)-го слоя футеровки следует определять по формуле:
.
3.6. Вследствие наличия металлических и керамических анкеров тепловые потоки через футеровку следует увеличивать на 5%.
3.7. Сборные панели необходимо рассчитывать на нагрузку от собственной массы металлоконструкций и футеровки из волокнистых материалов в процессе изготовления, транспортирования и монтажа, принимая коэффициент динамичности равным 1.5. Жесткость металлоконструкций панели должна быть достаточной для того, чтобы обеспечить сохранность футеровки из волокнистых материалов.
3.8. Начальные конструкции печей, а также узлы сопряжения панелей должны быть проверены расчетом на усилия, возникающие при хлопке. Величину внутреннего давления при хлопке следует принимать равной 1,961 кПа (200 кгс/м2). При наличии взрывных клапанов этот расчет не производят.
4. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
4.1. Для изготовления футеровок из огнеупорных волокнистых материалов могут быть использованы изделия в виде формованных плит и войлока, а также теплоизоляционный композиции с наполнителем из огнеупорных волокнистых материалов. Не допускается применение изделий на основе огнеупорных волокнистых материалов в слое футеровки, который обращен в рабочее пространство печи и может подвергаться внешним механическим воздействиям.
4.2. Слой футеровки, обращенный в рабочее пространство, при скоростях движения газов внутри печного пространства менее 7 м/с и температуре до 850°С следует выполнять из войлока; при скоростях до 40 м/с - из формованных плит на глиняной связка (ШВП-350) или теплоизоляционных композиций о прочностью не менее 1 МПа (10 кгс/см2). При скоростях движения газов внутри печного пространства более 40 м/с или наличии истирающего воздействия футеровка из волокнистых огнеупорных материалов должна быть защищена от эрозии слоем огнеупорного кирпича или огнеупорного бетона.
4.3. В ограждающих конструкциях из огнеупорных волокнистых материалов футеровка выполняет только теплозащитные функции. Толщину слоя футеровки панелей устанавливают на основании теплотехнического расчета. Конструктивные решения футеровок тепловых агрегатов с применением огнеупорных волокнистых материалов приведены на рис. 1.
4.4. Конструкция и длина анкеров зависят от максимально допустимой температуры их нагрева, толщины футеровки, материала слоев и способов монтажа футеровки.
4.5. Элементы технологического оборудования, проходящие сквозь футеровку (штуцеры, патрубки и пр.), крепят к кожуху печи или металлоконструкции панелей. Во всех случаях должно быть предусмотрено обеспечение независимых деформаций футеровки и элементов технологического оборудования.
4.6. Конструкция футеровки в месте установки технологических термопар должна обеспечивать сохранность футеровки при их установке и замена и не ухудшать теплотехнических показателей футеровки. Узел футеровки в места установки термопары приведен на рис. 2.
4.7. Сопряжение футеровки из огнеупорных волокнистых материалов с шамотной кладкой следует выполнять таким образом, чтобы предохранить металлоконструкции панелей или кожух печи от перегревов. Узел сопряжения приведен на рис. 3.
Рис. 1. Конструкция футеровок тепловых агрегатов из огнеупорных волокнистых материалов о использованием в качестве рабочего слоя:
а - плит ШВП-350; б - войлока; 1 - плита ШВП-350; 2 - войлок; 3 - минераловатная плита; 4 - металлический анкер; 5 - лист (кожух); 6 - керамический анкер
Рис. 2. Конструкция узла футеровки из огнеупорных волокнистых материалов в месте установки термопары:
1 - плита ШВП-350; 2 - огнеупорный войлок; 3 - минераловатная плита, 4 - металлоконструкция панели; 5 - набивка муллитокремнеземистой ватой; 6 - термопара; 7 - крепежный болт; 8 - труба из жаростойкой стали; 9 - анкер
Рис. 3. Конструкция узла в месте установки горелки в футеровке термической печи из огнеупорных волокнистых материалов:
1 - газовая горелка (ГНП-3); 2 - горелочный камень; 3 - плита ШВП-350; 4 - огнеупорный войлок; 5 - металлоконструкция панели; 6 - минераловатная плита; 7 - анкер в нише; 8 - инжекционный смеситель; 9 - шамотная кладка
Футеровки с применением плитных изделий
4.8. В многослойных футеровках с рабочим слоем из плит ШВП-350 в качестве внутреннего, теплоизоляционного слоя, нагретого до температуры выше 600°С, следует применять муллитокремнеземистый войлок МКРВ-200. При монтаже футеровки и определении расхода материала необходимо учитывать коэффициент уплотнения войлока во внутреннем слое теплоизоляции, равный 1,5.
4.9. Для кропления футеровки стен к металлическому листу панелей или к кожуху печи при температурах до 1200°С следует применять керамические (рис. 4) или скрытые металлические (рис. 5) анкеры. Скрытые металлические и керамические анкеры устанавливают в горизонтальных швах между плитами (по два анкера на плиту с каждой стороны). Швы необходимо заполнять огнеупорным войлоком.
Рис. 4. Конструкция анкерного крепления при помощи керамических анкеров с держателями для футеровок из плитных волокнистых материалов:
а - схема анкерного крепления; б - элементы анкерного крепления; 1 - лист (кожух); 2 - держатель; 3 - плита ШВП-350; 4 - анкер; 5 - теплоизоляция
Рис. 5. Конструкция анкерного крепления при помощи металлических анкеров скрытого типа:
а - схема крепления; б - элементы крепления; 1 - лист (кожух); 2 - держатель; 3 - плита ШВП-350; 4 - анкер; 5 - теплоизоляция
4.10. В футеровках стен и сводов при температурах до 1000С следует применять металлические анкеры в виде штырей (рис. 6). Крепление футеровки выполняют при помощи шайб и гаек, навинчиваемых на штыри, снабженные резьбой, либо при помощи шайб, привариваемых к штырям. На каждую плиту устанавливает по четыре таких штыря (на расстоянии 100 мм от каждой из сторон плиты). В этом случае плиты устанавливают вплотную друг к другу.
Рис. 6. Конструкция анкерного крепления футеровки из плитных материалов и огнеупорного войлока:
а - схема крепления; б - элементы анкерного крепления; 1 - лист (кожух); 2 - штырь с резьбой; 3 - шайба; 4 - гайка; 5 - плита или огнеупорный войлок; 6 - штырь без резьбы
4.11. При проектировании футеровок (раскладке плит и назначении мест приварки анкеров) следует исходить из минимальных размерных сторон плит. Для плит ШВП-350 этот размер равняется 480 мм.
4.12. В футеровках стен, высота которых превышает 4 м, а температура службы - 900°С (при применении скрытых анкеров), необходимо предусматривать устройство разгрузочного горизонтального пояса, воспринимающего нагрузку от массы вышележащих плит.
4.13. В электропечах сопротивления с расположением электронагревателей на стенах и сводах необходимо применять плиты ШВП-350 толщиной 120 мм. Для крепления плит футеровки и электронагревателей следует использовать керамические или металлические анкеры, не выступающие на наружную поверхность футеровки. Высота стен электропечей сопротивления с расположением электронагревателей на стенах не должна превышать 1,5 м.
4.14. В футеровках стен электропечей следует применять металлические анкеры скрытого типа или в виде штырей, располагаемых в углублениях плит (рис. 7, а). В футеровках сводов для крепления плит необходимо применять анкеры типа штырей, располагаемые в углублениях плит (рис. 7, б). По окончании монтажа футеровки углубления заделываются огнеупорной массой на основе огнеупорных волокнистых материалов. Состав огнеупорной массы и технология заполнения углублений в плитах приведены в приложении 3.
4.15. В качестве металлических держателей для крепления электронагревателей на стенах следует применять крики из нихрома (см. рис. 7). Крюки из нихрома заглубляют в плиты ШВП-350 на глубину 100 мм и располагают под углом 30°.
На сводах печей электронагреватели подвешивают за крюки из нихрома, которые крепят к плитам ШВП-350 (см. рис. 7, б). Схемы расстановки нагревателей на стонах электропечей сопротивления приведены на рис. 8.
4.16. В электропечах сопротивления следует применять нагреватели только из проволоки круглого сечения. Применение электронагревателей из полосы не допускается.
Рис. 7. Конструкции футеровок электропечей сопротивления из огнеупорных волокнистых материалов:
а - футеровка стен; б - футеровка сводов; 1 -основание панели; 2 - минераловатная плита; 3 - огнеупорный войлок; 4 - анкер скрытого типа; 5 - плита ШВП-350; 6 - крюк из нихрома; 7 - электронагреватель; 8 - штырь с шайбой и гайкой в нише плиты; 9 - подвеска из нихрома
Рис. 8. Схема расстановки электронагревателей на стенах электропечей сопротивления с футеровкой из огнеупорных волокнистых материалов:
1 - электронагреватели; 2 - плита ШВП-350; 3 - огнеупорный войлок; 4 - анкерное крепление
Футеровки с применением войлока
4.17. При монтаже футеровок с рабочим слоем из муллитокремнеземистого войлока МКРВ-200 и определении расхода войлока на футеровку необходимо учитывать коэффициент уплотнения войлока в рабочем слое футеровки, равный 1,2.
Рис. 9. Конструкция анкерного крепления с поворотной шайбой для футеровок с применением огнеупорного войлока в наружном слое:
а - схема крепления; б - элементы анкерного крепления; 1 - лист (кожух); 2 - штырь, 3 - поворотная шайба; 4 - огнеупорный войлок; 5- теплоизоляция
4.18. В футеровках стен следует применять металлические анкеры. Конструкции анкеров для крепления футеровки из огнеупорного войлока приведены на рис. 6, 9 и 10. При монтаже футеровок величину дополнительного уплотнения войлока шайбами в местах установки анкеров принимают равной 20 - 25 мм для толщин рабочего слоя до 50 мм) и 30 - 35 мм (для толщин рабочего слоя войлока от 50 до 100 мм).
Рис. 10. Конструкция анкерного крепления с многопозиционной поворотной шайбой для футеровок из плитных материалов и огнеупорного войлока:
а - схема крепления; б - элементы анкерного крепления; 1 - лист (кожух); 2 - штырь; 3 - поворотная шайба; 4 - огнеупорный войлок или плита; 5- теплоизоляция
Расстановку металлических анкеров и укладку слоев войлока производят согласно схемам, приведенным на рис. 11.
Рис. 11. Схемы расстановки анкеров для футеровок из огнеупорного войлока:
а - при укладке наружного слоя войлока встык; б - то же, внахлестку; 1 - лист металлоконструкции панели стены или кожух; 2 - лист металлоконструкции панелей свода или кожух; 3 - огнеупорный войлок; 4 - анкер; 5 - минераловатная плита
4.19. Швы по границам отдельных слоев рулонированного войлока не устраивают, а полосы рулона слоев укладывают с перевязкой швов.
4.20. В футеровках стен высотой менее 3 м при значительной протяженности теплового агрегата укладывают слои рулонированного войлока в горизонтальном направлении. При высоте стен 3 м и более слои рулонированного войлока укладывают в вертикальном направлении.
Рис. 12. Конструкция футеровки с горизонтальным расположением слоев огнеупорного войлока:
1 - лист (кожух); 2 - минераловатная плита; 3 - огнеупорный войлок, 4 - металлический анкер скрытого типа; 5- планка; 6 - штырь
4.21. При горизонтальном расположении слоев войлока следует использовать металлические анкеры скрытого типа. Конструкция футеровки с горизонтальным расположением слоев войлока приведена на рис. 12. Коэффициент уплотнения муллитокремнеземистого войлока в футеровках с горизонтальным расположением слоев войлока следует принимать разным 2.
Футеровки с монолитным слоем
4.22. Футеровки с монолитным наружным слоем, образуемым методом торкретирования или укладкой теплоизоляционных композиций на основе огнеупорных волокнистых материалов, следует применять:
при футеровке участков сложной конфигурации и в местах сопряжение с трубами газоходов и др.;
при ремонтах отдельных участков футеровки.
4.23. В зависимости от температуры эксплуатации футеровки выполняют однослойными или многослойными с теплоизоляционными слоями. Во всех случаях толщину слоя необходимо назначать не менее 80 - 100 мм.
