ОГРАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ОБМУРОВКИ И ИЗОЛЯЦИИ КОТЛОВ

Качество ограждений при их конструировании и вы­полнении обеспечивается в первую очередь правильным выбором и рациональным применением входящих в их состав материалов. Для этого необходимы знание основ­ных физико-технических свойств материалов и умение оценивать их качественные показатели. К основным свойствам и физико-техиическим характеристикам ма­териалов относятся объемная масса, плотность, пори­стость, влажность, водопоглощение, прочность, упру­гость, твердость, теплопроводность и некоторые другие.

Объемная масса — масса единицы объема материала в естественном состоянии. Объемная масса в отлнчие от плотности определяется вместе с порами. Для определе­ния объемной массы необходимо массу сухого материа­ла разделить на его объем:

Указывая объемную массу материала, всегда следует оговаривать его влажность. Воздушно-сухое состояние соответствует материалу, который длительное время на­ходился на воздухе и поэтому содержит некоторое коли­чество влагн.

Плотностью называют массу единицы объема мате­риала без пор

Пористость есть отношение объема пор к полному объему материала и характеризует степень заполнения его объема (мелких пор) воздухом:

-100,

То

Кажущейся пористостью называется отношение объ­ема открытых пор ко всему объему материала.

Влажность (содержание влаги в материале) резко повышает теплопроводность, так как влага вытесняет воздух из пор и заполняет их. Поскольку' теплопровод­ность воды в десятки раз больше теплопроводности воз­духа, то даже незначительное количество влаги в мате­риале заметно увеличивает теплопроводность последне­го. Различают абсолютную и относительную влажность: абсолютная

W0= °в" -100;

Относительная

•100,

Где Он*, 6СуХ — массы влажного н высушенного мате­риала.

Водопоглощеиие—степень заполнения объема от­крытых пор материала водой при его кипячении. Если

-масса сухого материала и Св.

W — -

WПОГЛ -----

Ucyr

Насыщение материала водой отрицательно сказыва­ется на его свойствах — увеличивается теплопроводность и понижается прочность вследствие ослабления связей между частицами.

Прочность — свойство материала, которое характери­зует его сопротивление разрушению от напряжений возникающих при различных нагрузках. Прочность мате­риала зависит от температуры. Для огнеупорных, жаро стойких и строительных материалов, применяемых £ ограждениях, основной характеристикой прочности явля ется временное сопротивление сжатию или, как его иног­да называют, предел прочности на сжатие:

Где Рразр — нагрузка, разрушающая образец, кгс; F— площадь, см2.

Прочность на сжатие для некоторых строительны] материалов характеризуется марками, цифровое значе ние которых равно пределу прочности.

Для изоляционных штучных материалов дополни­тельной характеристикой является предел прочности при изгибе

Где М„з — изгибающий момент, действующий на обра­зец, кгс-см; W—момент сопротивления сечения образ­ца, см3.

Для металлов основной характеристикой является предел прочности на растяжение. Для сталей пределы прочности на растяжение и на изгиб практически оди­наковы.

Упругость — способность материала деформировать­ся под нагрузкой и восстанавливать свою первоначаль­ную форму после разгрузки.

Пластичность — способность материала принимать заданную форму под действием внешних усилий, без об­разования трещин, и сохранять ее после снятия усилий.

Твердостью называется способность материала сопро­тивляться проникновению в него другого тела. Материа­лы, имеющие различную прочность на сжатие и изгиб, могут мало отличаться по твердости. Поэтому только твердость не может служить показателем прочности ма­териала. Для однородных материалов твердость опреде­ляется по шкале Мооса.

Истираемость материала определяется по изменению массы образца, % (в лабораторных условиях производят обдувку образцов пескоструйными аппаратами).

Истираемость = —

Оі

Где Gi н 02 — масса образца до и после истирания.

Определение этой характеристики необходимо пото­му, что футеровка газоходов истирается частицами золы и топлива, содержащимися в потоке уносимых газов. Этот сложный процесс называют износом. Износоустой­чивость огнеупорных и футеровочных материалов имеет большое значение для ограждений котлов. Особенно это ртносится к конвективным газоходам, в которых скоро­сти газов достигают 10 м/с и более. Ввиду того, что зола некоторых углей имеет высокий абразивный характер, она подвергает износу не только поверхность футеровки газоходов, но и расположенные в них поверхности нагре­ва, для которых предусмартивается специальная защита. Высокими абразивными свойствами обладает зола углей Экнбастузского месторождения.

Теплопроводность — способность материала прово­дить через свою массу теплоту. Количество теплоты, про­ходящее в единицу времени через изотермическую по­верхность F, называется тепловым потоком.

Тепловой поток через плоскую однородную стенку выражается формулой

Где h, t — температуры противоположных сторон стеики, "С; F ■— поверхность плоской стенки, м2; 6 — толщина стенки, м; Я — коэффициент теплопроводности, ккал/(мХ Хч-°С).

Часто тепловой поток, проходящий через стенку, за­писывается в другой форме:

R

Где — термическое сопротивление стенки.

Коэффициент теплопроводности Я характеризует тепловую изоляционную способность материала. Для по­ристых материалов он пропорционален объемной массе - у и для воздушно-сухих условий (при влажности от I до 7%) может быть определен приближенно по формуле, предложенной В. П. Некрасовым:

Я. = 1/0,0196 + 0,22V» — 0,14.

Мелкопористые материалы менее теплопроводны по сравнению с крупнопористыми. Объясняется это тем, что в крупных порах возникает интенсивное движение воз­духа, которое сопровождается переносом теплоты. При повышении температуры теплопроводность большинства материалов увеличивается вследствие увеличения кине­тической энергии молекул воздуха в порах и возрастания их скорости движения.

Теплоемкостью тела называется количество теплоты, необходимое для нагрева 1 кг тела на 1°С. Тогда коли­чество теплоты, воспринятое телом при нагревании, равно:

Q = Ос (/„-/,).

Где 0 — масса материала, кг; с — удельная теплоем­кость, ккал/(кг°С); і і, h — температура тела до и после нагревания.

Если наружное давление воздуха отличается от дав­ления б газоходе котла, то вследствие перепада давления в газоходе котла через стены ограждений может возник­нуть поток газа или воздуха. Способность газа прони­кать через пористую стенку называется газопроницаемо­стью. Количество газов, ма/ч, проникающее через пори­стую стенку, пропорционально ее площади F, времени т, разности давлений Ар, коэффициенту газопроницаемо­сти k н обратно пропорционально толщине стенки 6:

Ф AF—т. &

Газопроницаемость тем больше, чем больше пори­стость материала и больше разность давлений. В неко­торых случаях газопроницаемость бывает настолько ве­лика, что требуются специальные защитные покрытия ограждений в виде газонепроницаемых обмазок или стальной обшивки для предотвращения проникания воз­духа или газов.

Огнеупорными материалами принят считать такие, которые выдерживают длительное воздействие темпера­туры не ниже 1580°С, не расплавляясь и не деформиру­ясь. Для керамических изделий при испытаниях на огне­упорность принимается та температура, при которой полностью деформируется стандартный образец, Изго­товленный из данного материала. Образец изготавлива­ется в виде правильной усеченной трехгранной пирами­ды, имеющей высоту 30 мм и основания с размерами сторон 8 и 2 мм. Прн высокой температуре в огнеупорном материале одновременно могут быть твердая н жидкая фазы. Поэтому при определении огнеупорности за пре­дельную температуру принимают ту температуру, при которой наступает полное разрушение материала под действием собственной массы Определение огнеупорно­сти производится путем сравнения специальных эталон­ных образцов, имеющих определенную температуру плавления, с образцами, изготовленными из заданного материала. Эталонный конус называется «пироскопом» и имеет специальный иомер, соответствующий темпера - туре его огнеупорности (OCT 1665). Определение огне­упорности производится следующим образом: на под - ставку из высокоогнеупорного материала устанавлива­ются конус из испытуемого материала н несколько эталонных пироскопов. Подставка помещается в крипто- ловую печь и нагревается. За образцами ведется визу­альное наблюдение. Прн высоких температурах конус начинает размягчаться, и его вершина под действием собственной массы склоняется к подставке (рис. 3-І). Температура, соответствующая моменту полного скло­нения вершины конуса, принимается за огнеупорность.

Эту температуру определяют по номеру упавшего эта­лонного пироскопа. На рис. 3-1 указано три положения конуса (положение 3 соответствует полному склонению вершины).

Материалы, температура плавлення которых не менее 1350°С, но не более 1580°С, называются жаростойкими.

По степени огнестойкости — сопротивлению действия огня — материалы подразделяются на:

1. Огнестойкие или несгораемые — не горят н не под­вергаются значительной деформации под действием огня (бетон, строительный кирпич н др.). Они обладают спо­собностью выдерживать кратковременно температуру до 1100° С без нарушения структуры и разрушения.

2. Полуогнестойкне — не горят, но в условиях воздей­ствия огня (пламени) подвергаются значительным де­формациям (сталь).

3. Полусгораемые материалы, которые благодаря за. щитным покрытиям или специальной обработке не горят открытым пламенем и ие подвергаются быстрому разру­шению при действии огня (войлок, пропитанный гли­ной, и др.) .

4. Сгораемые — горящие открытым пламенем (орга­нические материалы).

Приведенные выше основные физико-технические ха­рактеристики н показатели являются для всех материа лов общими. Наряду с этим огнеупорные и жаростойкие материалы характеризуются еще рядом специфических свойств, которые рассматриваются ниже.