Огнеупорные материалы, применяемые в теплоэнергетике, разнообразны. В зависимости от сценариев применения и требований к характеристикам их можно разделить на следующие основные категории:
Фигурированные изделия
Глиняные огнеупорные кирпичи: Изготавливаются преимущественно из огнеупорной глины, содержат 30–46% оксида алюминия, обладают огнеупорностью 1580–17700℃, хорошей термостойкостью, подходят для стенок котлов, крыш топок и т. д., а также устойчивы к коррозии кислотным шлаком.
Высокоглиноземистые огнеупорные кирпичи: Содержат 48–90% оксида алюминия, обладают огнеупорностью ≥1700℃, высокой прочностью на сжатие и высокой температурой размягчения под нагрузкой, обычно используются в высокотемпературных зонах котлов, таких как топочная камера и днище топки, а также обладают некоторой устойчивостью к коррозии щелочным шлаком.
Кремнеземные кирпичи: содержат более 94% кремнезема, обладают высокой устойчивостью к коррозии кислыми шлаками и высокой температурой размягчения под нагрузкой, но низкой термостойкостью. В основном используются в кислых средах, таких как коксовые печи и печи для плавки стекла, и реже применяются в корпусах котлов в теплоэнергетике, в основном во вспомогательном оборудовании.
Магнезиевые кирпичи: основным компонентом которых является оксид магния, содержащие более 80-85% оксида магния, обладают более высокой огнеупорностью, чем глиняные и кремнеземные кирпичи. Они обладают хорошей устойчивостью к щелочным и железным шлакам и часто используются в щелочных средах, таких как мартеновские печи и кислородно-продувочные конвертеры. Также используются в специальном высокотемпературном оборудовании в теплоэнергетике.
Неформованные огнеупорные материалы
Огнеупорные литьевые смеси: состоят из заполнителей, мелкого порошка и связующих веществ, поставляются в сухом состоянии. Смешиваются с водой перед заливкой. Подходят для деталей сложной формы, таких как топки, днища и верхние части котлов. Распространенные типы включают глинистые, высокоглиноземистые, фосфатно-связанные и стекловолокнистые смеси. Обладают высокой прочностью на сжатие, термостойкостью и износостойкостью.
Огнеупорные пластичные смеси: состоят из заполнителей, мелкого порошка, связующих веществ и жидкости. Обладают хорошей пластичностью. Наносятся методом трамбовки. Затвердевают при нагреве после нанесения. Подходят для стенок и верхних частей топок котлов. Адаптируются к сложным формам и изменениям температуры, обеспечивая хорошую термостойкость и износостойкость.
Огнеупорные смеси для трамбовки: не обладают адгезией перед использованием. Наносятся методом трамбовки. Подходят для днищ и стенок топок котлов. Образуют плотный огнеупорный слой с высокой прочностью на сжатие и износостойкостью.
Огнеупорные смеси для трамбовки: не обладают адгезией перед использованием. Наносятся методом трамбовки. Подходят для днищ и стенок топок котлов. Образуют плотный огнеупорный слой с высокой прочностью на сжатие и износостойкостью.
Огнеупорный раствор: состоит из огнеупорного порошка, связующего вещества и добавок, смешивается с водой для образования суспензии. Используется в качестве соединительного материала для формованных огнеупорных изделий, обеспечивая герметизацию и огнестойкость швов.
Изоляционные огнеупорные материалы
Изоляционные огнеупорные кирпичи: например, глиняные, высокоглиноземистые, диатомитовые и др., с истинной пористостью ≥45%, низкой насыпной плотностью и низкой теплопроводностью, используются в качестве изоляционных слоев в стенках, крышах и днищах котлов для снижения теплопотерь.
Изделия из керамического волокна: включая керамические волокнистые одеяла, керамические волокнистые плиты, керамические волокнистые модули и др. Эти изделия обладают высокой термостойкостью (до 1260℃ и выше), чрезвычайно низкой теплопроводностью и хорошей термостойкостью. Они используются для изоляции и сохранения тепла в котлах, крышах и стенах, эффективно снижая теплопотери.
Изделия из минеральной ваты: изготавливаются из природного камня методом высокотемпературного плавления, обладают низкой теплопроводностью, высоким пределом огнеупорности и хорошей механической прочностью. Они используются для теплоизоляции стенок, крыш и днищ котлов и особенно подходят для условий, требующих огнезащиты и теплоизоляции.
Выбор указанных огнеупорных материалов должен основываться на всестороннем учете таких факторов, как конкретный сценарий применения на тепловой электростанции, температура, свойства шлака и механическая нагрузка, чтобы обеспечить безопасную и эффективную работу котлов и другого оборудования.
Как внедрить высокотемпературные решения по теплоизоляции для электростанций?
Тепловая электростанция (ТЭЭС) — это предприятие, использующее химическую энергию угля, нефти, природного газа или других видов топлива для производства электроэнергии. Генераторный блок тепловой электростанции состоит из трех основных компонентов: котла, паровой турбины и генератора, а также многочисленного вспомогательного оборудования и трубопроводов.
Решения по теплоизоляции для электростанций
Распространенные теплоизоляционные материалы для электростанций
Внешние теплоизоляционные материалы для электростанций: одеяла из алюмосиликатного волокна, минеральная вата, стекловата, силикатные плиты, войлок, оболочки труб, плиты, ткань, плиты из силиката кальция, оболочки труб, аэрогелевый композитный изоляционный войлок.
Другие огнеупорные материалы для изоляции электростанций: кислотостойкие литьевые смеси, износостойкие литьевые смеси, различные легкие и тяжелые литьевые смеси, огнеупорные кирпичи, изоляционные кирпичи.
Зональные решения по теплоизоляции для электростанций
Ключевым моментом в изоляции электростанции является разделение площади на три основные зоны изоляции в соответствии с зонированием применения. После обследования на месте каждая зона делится на три основных изоляционных участка, а затем для каждого участка разрабатываются решения по изоляции.
Теплоизоляция котлов электростанций включает в себя корпус котла и некоторое вспомогательное оборудование. Топливо сгорает в топке котла, выделяя тепловую энергию. Это тепло передается через металлические стенки, превращая воду в котле в перегретый пар с определенным давлением и температурой. Затем пар подается в турбину, которая приводит в движение генератор для выработки электроэнергии. Температура перегретого пара внутри котла составляет 540℃.
Решение для теплоизоляции корпуса котла электростанции
Основной изоляционный слой корпуса котла электростанции состоит из: высокотемпературного антикоррозионного покрытия (антикоррозионный слой) + 100-мм войлока из минеральной ваты или керамического волокна (изоляционный слой) + оцинкованной гибкой проволочной сетки (связующий слой) + штукатурного материала (поверхностный слой) + керамического волокна (защитный слой b) + стекловолоконной ткани (защитный слой a) + термостойкой краски с алюминиевым порошком (поверхностный слой).
Выбор изоляционных материалов для других компонентов системы теплоизоляции котла
Изоляция стен водоохлаждаемого котла: Алюминиевые кирпичи + минеральная вата
Изоляция верхней крышки топки: Керамическое волокно + минеральная вата
Изоляция верхней крышки топки: Огнеупорный литьевой материал
Изоляция корпуса котла и дымохода: изоляция из керамических волоконных модулей, керамический волокнистый слой + минеральная вата
Изоляция электростатического осадителя: плиты из минеральной ваты
Высокотемпературные изоляционные решения для паровых турбин
Паровая турбина — это вращающаяся силовая машина, основная функция которой заключается в преобразовании тепловой энергии пара в механическую энергию.
Правильность и рациональность конструктивного решения изоляционного устройства паровой турбины, а также целесообразность выбора изоляционных материалов имеют решающее значение для тепловой экономичности и долгосрочной эксплуатационной безопасности паротурбинного агрегата.
В прошлом некоторые паровые турбины на электростанциях и судостроительных верфях страдали от нерационального конструктивного решения изоляционного устройства и неправильного выбора изоляционных материалов. Это приводило к большим перепадам температур между верхним и нижним цилиндрами, а также к большим перепадам температур между внутренними и внешними стенками цилиндров и фланцами, что вызывало сильную деформацию агрегата и влияло на его безопасную работу.
В нашей стране на некоторых электростанциях, судостроительных верфях и промышленных паровых турбинах постепенно заменяют изоляцию новыми, съемными изоляционными конструкциями. Нижний цилиндр использует фиксированную изоляционную конструкцию.
Верхний цилиндр
Съемная изоляционная оболочка + наружный защитный слой (пластина из нержавеющей стали или стекловолокна), изготавливается из секций и модулей.
Внутренний слой съемной изоляционной оболочки для паровой турбины представляет собой либо высокотемпературную керамическую волокнистую ткань (выдерживает температуру до 1260℃, длительная эксплуатация при 1000℃), либо высококремнеземную ткань (выдерживает температуру до 1000℃, длительная эксплуатация при 950℃).
Фиксированная изоляционная конструкция (аналогичная изоляции корпуса котла), толщина изоляции в 1,1 раза больше, чем у верхнего цилиндра.
Разъемный фланец в центре цилиндра
Съемная изоляционная оболочка + наружный защитный слой (пластина из нержавеющей стали или стекловолокна), изготавливается из секций и блоков.
В зависимости от фактических условий эксплуатации можно заменять различные изоляционные материалы, изменяя толщину и размеры для соответствия требованиям к монтажу изоляции в ограниченном пространстве между оборудованием.
Теплоизоляционное решение для паропроводов электростанций
Применяется разборная теплоизоляционная конструкция с толщиной изоляционного слоя 180 мм (2 слоя керамического волокна 90 мм).
Внутренний слой теплоизоляционной оболочки паропровода: среднещелочная стекловолоконная ткань (устойчива к температуре до 600℃, длительная эксплуатация при 450℃);
Толщина внутреннего сердечника разборной теплоизоляционной оболочки регулируется в зависимости от трех различных температур трубопровода.
Термокерамическая разборная и многоразовая теплоизоляционная оболочка (в комплекте) представляет собой новое поколение гибких теплоизоляционных материалов. Ее преимуществами являются разборность и возможность повторного использования, что соответствует требованиям к теплоизоляции высокотемпературных рабочих тел, требующих регулярного технического обслуживания или осмотра.
Преимущества использования съемных теплоизоляционных рукавов на паровых турбинах:
