Котельные установки

МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ДЛЯ КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

Для изготовления котельных агрегатов используются сталь, чу­гун, огнеупорные изделия (кирпич, глина, цемент), тепло­изолирующие массы. Цветные металлы в котельных агрегатах используют в небольших количествах.

Из стали различных С0|ртов изготовляются барабаны, коллекторы или камеры, трубы, поверхности нагрева, арматура, каркас, помосты* 236

Площадки, лестницы и ряд других элементов. Элементы мелких водо­грейных и паровых котлов, колосниковые решетки, гарнитуру, часть арматуры, трубы чугунных водяных экономайзеров, воздухоподогрева­телей, подвески, опоры и крепления для обмуровки, иногда перегородки в газоходах и некоторые другие изготовляются из чугунных дета­лей. Из цветных металлов, главным образом из меди и ее сплавов, мо­гут быть изготовлены некоторые детали арматуры.

Наиболее ответственными элементами котельного агрегата явля­ются элементы, находящиеся под давлением и воздействием температу­ры. Выбор материалов для них регламентирован Госгортехнадзором СССР, и чем выше давление и температура в котлоагрегате, тем лучше должны быть качество стали и лучше технология изготовления и ре­монта.

К чугунным паровым котлам на давление до 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) и водогрейным на температуру до 115°С также предъявляются требо­вания к материалу, хотя такие котлы изготовляют отливкой. Качество чугуна определено ГОСТ: предел прочности при растяжении должен быть не ниже 150 МПа (15 кгс/мм2) при изгибе не ниже 320 МПа (32 кгс/мм2). Этому требованию удовлетворяют серые и модифициро­ванные чугуны марок СЧ 15-32; СЧ 18-36; СЧ 21-40; МСЧ 28-48 и др.

Для элементов паровых и водогрейных котлов на эти параметры могут быть использованы сталь с допускаемыми напряжениями при 20°С от 130 до 143 МПа (от 13 до 14,3 кгс/мм2) марок Ст2, СтЗ и Ст4 (спокойная и кипящая), а также бесшовные и электросварные трубы, изготовленные из этих же марок стали.

Из серого чугуна марки не ниже СЧ 15-32 допускается изготов­ление предохранительных, обратных клапанов и запорных устройств — задвижек и вентилей с условным проходом до 300 мм, рассчитанных на рабочее давление до 0,8 МПа (8 кгс/см2) и температуру среды не выше ЗОО0С. Повышение давления до 1,3 и 2,0 МПа (13 и 20 кгс/см2) при той же температуре ограничивает в перечисленной арматуре условные про­ходы величинами в 200 и 100 мм соответственно.

Для арматуры, устанавливаемой на спускных и продувочных ли­ниях, допускается применение только ковкого чугуна.

Для труб поверхностей нагрева водяных экономайзеров, их кол­лекторов, камер и калачей допускается применение серого чугуна с пре­делом прочности при растяжении не ниже 120 МПа (12 кгс/мм2) и при изгибе не ниже 280 МПа (28 кгс/мм2), если рабочее давление не превышает 2,3 МПа (23 кгс/см2), а соединения выполнены фланце­выми.

Из чугуна различных марок изготовляют колосники, люки, лазы, клапаны и гляделки для обмуровок, детали цепных решеток и механи­зированных топочных устройств, валы, вкладыши, втулки и корпуса вращающихся механизмов [Л. 1 и 13].

Если температура рабочего тела в котле превышает 120°С, детали котлов изготовляют только стальными.

При давлении до 0,6 МПа (6 кгс/см2) и температуре до 150°С для барабанов и других емкостей применяют листовую сталь (кипящую и спокойную) марок Ст2кп, СтЗкп, Ст2сп и ВСтЗкп. Первые три марки стали применяют для необогреваемых элементов, последнюю — для обо­греваемых, если содержание серы в стали не превышает 0,05%.

Для давления до 0,8 МПа (8 кгс/см2) и температур до 200°С изде­лия из листа выполняют из спокойной стали марки ВСтЗсп при содер­жании серы до 0,045%.

При больших давлениях и температуре металла до 450°С следует использовать для барабанов и сосудов качественные стали марок 15К. и 20К. Если из этих сталей изготовляются обогреваемые элементы, то содержание серы в них должно быть ниже 0,04%.

Для всех обогреваемых элементов паровых и водогрейных котлов, изготовляемых из бесшовных труб и работающих под давлением до

6,0 МПа (60 кгс/см2) при температурах стенки до 500°С, следует при­менять стали марок 10 и 20, проверенные испытаниями. Только для кипятильных труб котлов производительностью до 0,278 кг/с (1 т/ч), дымогарных и пароперегревательных труб локомобильных котлов на давление до 1,3 МПа (13 кгс/см2) объем испытаний сталей уменьшен.

Из сталей 10 и 20 должны быть изготовлены камеры, коллекторы и трубопроводы в пределах котлоагрегата, если температура их стенки не превышает 450°С, а давление — 6,0 МПа (60 кгс/см2).

Арматура котельных агрегатов на давление до 6,4 МПа (64 кгс/см2) и температуру до 425°С изготовляется литой из сталей 15Л, 20Л, 25Л, ЗОЛ и 35Л группы II и III или кованой из стали марок 15, 20 и 25 при температуре до 450°С.

Для паровых и водогрейных агрегатов за величину давления, при которой проводится расчет на прочность металла, принимают давление среды на выходе из агрегата рв0м, увеличенное на' потерю давления в котлоапрегате Ар и на давление столба жидкости /гр, расположенного над рассчитываемым элементом, МПа (кгс/см2):

Р—раоы~~Арка~~^р • 10”5. (5-4)

Если два последних слагаемых в выражении (5-4) не превышают 3% первого, то их учет не обязателен.

Чугунные водяные экономайзеры рассчитываются на прочность при давлении, равном 1,25рНом для котлоагрегата с неотключаемым эконо­майзером. При отключаемом водяном экономайзере расчет проводится на давление, могущее возникнуть в трубопроводе питательной воды, т. е. равное 0,9рМакс от создаваемого насосом. Расчетную температуру металла во всех случаях принимают не ниже 250°С.

Для барабана, подверженного обогреву от горящего слоя топлива или излучающего факела, температура, °С, определяется из выра­

Жения

/ст=/+45 + 30. (5-5)

В формуле:

/ — температура среды (насыщенного пара, воды или их смеси) при номинальном давлении, °С;

5 — толщина стенки, мм.

При расположении барабана в области температур газов от 600 до 900 С температура стенки определяется, °С:

TOC o "1-5" h z ^ст=£+2,5«+20, (5-6)

При расположении в области температур до 600°С

/ст=/ +1,2$ +10 (5-7)

И для вынесенных из обогрева или надежно защищенных от обогрева

T ст (5-8)

В выражениях (5-6) — (5-8) приняты те же обозначения, что и в вы­

Ражении (5-5). Температура стенки коллекторов, а также камер в слу - 238

Чае их обогрева определяется значением, найденным из выражений (5-6) и (5-7) плюс 5°С; без обогрева температура стенки коллекторов приравнивается температуре среды.

Расчетная температура стенки жаровых труб, °С, находится из вы­ражения

/ст^+^+бО, (5-9)

Где коэффициент А=4 для гладких и А=5 для волнистых жаровых труб.

Расчетная температура стенки, °С, принимается для: кипятильных и экранных труб при естественной циркуляции

*„=*+60;' (5-10)

Труб конвективных перегревателей при давлении до 2,5 МПа

{25 кгс/см2) и температуре пара до 425°С

*ст—^пе+70, (5-11)

Где /Пе — температура перегретого пара на выходе, °С; труб водяных экономайзеров

*ст=*+30. (5-12)

В других случаях необходимо расчет температуры стенки элемента котлоагрегата проводить в соответствии с указаниями [Л. 1 и 12].

Определив величину давления и температуры металла, можно про­верить правильность выбранной толщины стенки, мм, трубы, барабана, камеры или другого элемента котлоагрегата по формуле

■С,. (5-13)

2яДОП? + Р

В формуле:

Р — расчетное давление, МПа (кгс/см2);

Йв—номинальный наружный диаметр, мм;

<Тдоп — допускаемое напряжение при расчете элемента на действие давления, МПа (кгс/мм2);

С1 — прибавка к расчетной толщине стенки, мм;

Ф — минимальный коэффициент прочности, приведенный к продоль­ному направлению.

Номинальные значения наружного диаметра труб и камер прини­маются из справочников, например из [Л. 13], а для барабанов нахо­дятся по конструктивным соображениям или по обмеру имеющегося.

Величину допускаемых напряжений, зависящую от марки стали, давления и температуры стенки, находят из таблиц, приведенных В [Л. 1] или справочниках [Л. 13].

Величина С1 для барабанов и камер, сваренных из листовой стали при ее толщине до 20 мм, равна 1 мм, для труб — 0,5 мм.

Минимальный коэффициент прочности - (без учета ослабления от­верстиями) для заводских условий сварки — 0,85, при ручной свар­ке — 0,7.

Колонны, балки, ригели образуют сварной каркас из углеродистых сталей, к которому затем привариваются площадки, лестницы, помосты. К сталям, используемым для изготовления элементов каркаса, предъ­являются требования, аналогичные требованиям, предъявляемым к ме­таллическим конструкциям промышленного назначения.

Обмуровку котельного агрегата выполняют из огнеупорного, диа - томитового и строительного кирпича, фасонных шамотных изделий, ис­пользуя огнеупорную и простую глину, песок, огнеупорные бетоны и обмазки из высокоглиноземистых, хромитовых, ка|рборундовых мате­риалов, изделия из асбеста, стеклянной шлаковой ваты и применяя теп­лоизоляционные материалы — совелит, диатомит и др.

Для изготовления внутренней обмуровки топочной камеры и га­зоходов служат огнеупорные кирпич и глина. Для подвесных сводов, опор пояса кладки изготовляются специальные огнеупорные камни: простые с массой от 2 до 8 кг, сложные с массой от 2 до 15 кг и особо сложные — от 1,5 до 30 кг с соотношением габаритов в пределах соот­ветственно 1 :4, 1 : 6 и 1 :8. .

Материалом для изготовления огнеупорных кирпичей служат ша­мот обычный и легковесный, динас, магнезит, хромомагнезит и карбо­рунд.

Основные свойства изделий из перечисленных материалов приве­дены в табл. 5-4.

Огнеупорные изделия — кирпичи и камни при укладке связываются между собой вяжущими материалами. Для этого используются огне­упорная глина с шамотным порошком, кварцевый песок и каменно­угольная смола. Теплоизоляционные изделия укладываются на растворе из огнеупорной глины, диатомита, асбеста, извести и цемента. В облег­ченных обмуровках широко применяются огнеупорные бетоны, в состав которых входят огнеупорная глина, шамотный порошок, щебенка из шамота, хромит молотый, жидкое стекло, иногда кремнефтористый нат­рий. В некоторых случаях шамотобетон изготовляется на портландце­менте, шлакопортландцементе и глиноземистом цементе.

Плотность жароупорных бетонов находится в пределах от 1,8 до

2,0 т/!м3; их применение в области температур от 700 до 1300°С, коэф­фициент температурного расширения от 5,5 до 7,5-10“6 мм/°С.

Для защиты деталей котлоагрегата и каркаса, а также для устрой­ства зажигательных поясов в камерных топках применяются огнеупор­ные массы (торкретные и пластические хромитовые). Торкретные массы обычно состоят йэ шамотного порошка и огнеупорной глины; в качестве связующего материала используют жидкое стекло или глиноземистый цемент. Торкретные массы наносятся на поверхность в несколько слоев. Для связи с изолируемой деталью изготовляется стальной каркас из приваренных к детали штырей и сетки. Нанесение торкретной массы выполняется специальными механизмами, в которых подача массы осу­ществляется сжатым воздухом.

Пластические хромитовые массы состоят из размолотой хромито­вой руды, огнеупорной глины и жидкого стекла. Нанесение хромито­вой массы выполняется вручную или механизмами на смонтированном агрегате.

Для облицовки огнеупорной кладки применяется красный или гжельский строительный кирпич. При облегченных накаркасных и на - трубных обмуровках для уменьшения присоса холодного воздуха в га­зоходы широко применяются уплотнительные штукатурки, обмазки раз­личного состава и обшивка из металлических листов.

Выбор материала для изготовления отдельных слоев обмуровки определяется температурами и нагрузками от массы расположенных выше слоев. Возникающие в разных слоях обмуровки термические рас­ширения должны быть скомпенсированы для того, чтобы избежать раз­рушения обмуровки.

Кроме того, при изготовлении, монтаже и эксплуатации котлоагре - гата необходимы крепежные детали — болты, шпильки, гайки, шайбы; набивки для сальников арматуры; материалы для прокладок — паро - нит, картон разный, медь листовая, а также различные смазочные ма­териалы, графит и лакокрасочные смеси.