Замена футеровки котла №1 КТВм-5000

29 августа 2020 года компанией ООО «Веллонс.РУ» успешно завершен проект по замене огнеупорной футеровки водогрейного котла №1 (КТВм-5000) котельной ООО «ФМ-Север». Данные работы выполнены на условиях EPC-контракта, включая инжиниринг, подбор и поставку материалов, а также работ по выломке существующей (старой) футеровки и футеровочных работ по устройству новой огнеупорной футеровки котла.

ИНЖИНИРИНГ.

В связи с тем, что данный проект является аналогом проекта, выполненного специалистами ООО «Веллонс.РУ» в 2019 году на водогрейном котле №2, был использован рабочий проект устройства огнеупорной футеровки с минимальными изменениями. Конструкция огнеупорной футеровки осталась без изменений - двухслойная теплоизоляци­онная футеровка и футеровка рабочего слоя с применением огнеупорного кирпича. В связи с успешным опытом эксплуатации футеровки котла №2 (выполненного ранее), а также с уточнением геометрических размеров топки котла, толщина теплоизоляционного слоя уменьшилась на 50 мм, до толщины теплоизоляционного слоя 150 мм. Соответстввенно, были пересмотрены геометрические размеры сводов топки и раскладка фасонного огнеупора приведена к фактическим размерам.

ВЫЛОМКА ОГНЕУПОРА.

В рамках данного проекта (ЕРС-контракт) были проведены работы по выломке существующего огнеупора. Особое внимание, в процессе выломки огнеупора, необходимо уделить организационными мероприятиям по обеспечению безопасности производимых работ, особенно работам, связанных с разбором сводовых конструкций, а нижнего свода, в особенности. Нижний свод был выложен из кирпича толщиной 114 мм, имел большое раскрытие сводовых сегментов, имел низкую конструктивную прочность.

Выломка огнеупорной футеровки производилась сверху вниз при использовании пневматического отбойного молотка, с ручным удалением выломанного огнеупора через верхний и нижний технологические люки и перемещением огнеупорного лома в контейнер на расстояние до 25-30 м. Огнеупорный лом выозился специализированной компанией, которая имеет все необходимые лицензионные права по перемещению и утилизации промышленных отходов. Работы по удалению / выломке огнеупора, общей массой ~ 35 тонн, были выполнены за две с половиной смены (~ 30 часов). Данные работы, максимально подробно показаны в видеоролике ЭТАП I: ВЫЛОМКА ОГНЕУПОРА на нашем сайте.

ФУТЕРОВОЧНЫЕ РАБОТЫ.

Все работы, связанные с устройством огнеупорной футеровки, такие как: выломка огнеупора, монтаж огнеупора, необходимые вспомогательные работы (изготовление опалубки, оснастки и прочих работ) представлены в наших кратких видеоотчетах на сайте компании в разделе «ЗАМЕНА ФУТЕРОВКИ КОТЛА №1 КТВм-5000». Основные особенности проведения работ показаны в соответствующих разделах данного отчета ниже.

1. ЗОНА ПЕРВОГО СВОДА, КОЛОСНИКОВАЯ ЗОНА ТОПКИ КОТЛА.

ФУТЕРОВКА ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТЕН – два слоя теплоизоляции: из каолиновой плиты толщиной 50 мм и силикаткальциевой плиты толщиной 100 мм.; рабочий слой – из огнеупорного кирпича ША-I №9 толщиной 150 мм. и специальных чертежных изделий для крепления анкера на базе ША-I №9. Общая толщина футеровки 300 мм.

Устройство футеровки стен:

  • Устройство теплоизоляционного слоя происходит при помощи одной силикаткальциевой плиты (толщиной 100 мм) и одно каолиновой плиты (толщиной 50 мм). Плиты устанавливаются на ребро и плотно прижимаются друг к другу. Кладка рабочего слоя кирпича обеспечивает прочное и надежное крепление данных плит. Конструктивная прочность плит (в процессе эксплуатации не рассыпаются) не требует дополнительного их крепления на собственные анкера или на огнеупорный клей.
  • Кладка кирпича вертикальных стен осуществляется панелями, шириной ~1500 мм с формированием температурного шва. Для обеспечения прочности конструкции кладка данных панелей осуществляется с применением специально разработанных изделий/кирпичей с выемкой и отверстием под анкер, а также специальных кирпичей «с зубом» для формирования прямого Z-образного шва. Назначение данного Z-образного шва – предотвращение прямого воздействия высокой температуры на теплоизоляционный слой, рабочая температура применения которого ниже, чем у рабочего слоя.
  • В качестве температурного шва стыков панелей используется рулонный теплоизоляционный материал Durablanket 128 толщиной 10 мм.
  • Для обеспечения конструктивной прочности огнеупорной футеровки применяются металлические анкера из высоколегированной жаропрочной стали AISI 310S (или из жаропрочной стали 20Х23Н18). Установка анкеров происходит согласно их раскладке на 6-9 ряду кладки (в зависимости от угла наклона колосниковой решетки). Проушина анкера приваривается к корпусу котла, а наличие возможности движения плоского анкера по вертикали по всей высоте проушины, позволяет легко установить данный анкер в паз огнеупорного кирпича, обеспечивая возможность компенсации теплового расширения футеровки, при этом сохраняя прочность конструкции.

ФУТЕРОВКА ТОПЛИВНОГО ЖЕЛОБА, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛЮКОВ – футеровка однослойная, в качестве футеровки рабочего слоя используется монолитный огнеупор BORCAST-55W. Этапность работ по устройству бетонной футеровки описана ниже.

Устройство футеровки топливного желоба:

  • Огнеупорная бетонная масса заливается в предварительно смонтированную опалубку, которая обеспечивает углы раскрытия, толщину и прочие конструктивные характеристики.
  • До момента окончательного монтажа опалубки устанавливаются анкера, а также вся металлическая поверхность желоба оклеивается теплоизоляционным рулонным материалом Durablanket 128 толщиной 10 мм, для обеспечения компенсации различных тепловых расширений стали и огнеупорной футеровки.
  • Для снижения нагрузки на верхнюю часть футеровки желоба (на горизонтальный свод желоба) производится дополнительный монтаж суппортов / консолей. Данные суппорта компенсируют давление от вертикальной торцевой кладки стены и обеспечивают длительный срок службы футеровки данного узла.
  • Огнеупорная бетонная смесь готовиться в лопастной мешалке принудительного типа, в которую добавляется необходимое количество воды (не более 6-7%) для достижения необходимой консистенции бетонной массы.
  • Укладка бетона происходит при помощи глубинного вибратора. Использование вибратора необходимо для достижения необходимой плотности и, соответственно, прочности бетона.
  • После схватывания бетона (обычно после 8-10 часов) опалубка аккуратно демонтируется, дальнейшие работы могут быть продолжены.

Устройство футеровки технологического люка и дверцы люка:

Все вышеописанные этапы работ по устройству монолитной огнеупорной футеровки для топливного желоба (монтаж анкерной продукции, изготовление опалубки, монтаж рулонного теплоизоляционного материала, монтаж разгрузочного суппорта/консоли, изготовление бетонной массы и ее укладки и т.п.), соответствуют этапам работ по устройству футеровки технологического люка и дверцы люка, соответственно.

Обращаем внимание, что граница монолитной футеровки и вертикальной стенки огнеупорной футеровки проклеиваются рулонным теплоизоляционным материалом Durablanket 128 толщиной 10 мм, для формирования температурного шва, необходимого для компенсации различных тепловых расширений бетона и кирпичной футеровки, особенно на начальном этапе эксплуатации - этапах сушки и разогрева футеровки котла.

Опалубка люка / крышки должна учитывать устройство фасок боковых граней футеровки, для обеспечения нормального открытия/закрытия дверцы в процессе эксплуатации котла.

ФУТЕРОВКА СВОДА:

Один из наиболее сложных и ответственных участков футеровки топки котла. Футеровка однослойная, толщина слоя 200 мм. Свод набирается согласно предварительной раскладке из фасонного кирпича. В качестве огнеупора используется уплотненный шамотный кирпич марки ШЦУ-4,5. Данный вид кирпича имеет повышенные прочностные характеристики, а также большее содержание Al2O3 по отношению к ША-I, что является важным фактором при выборе огнеупора для сводовой конструкции котла.

Наличие правильного инжиниринга, необходимого количества фасонных изделий, изготовление соответствующей опалубки сводовой конструкции, наличие высококвалифицированного персонала – необходимые условия для успешного проведения футеровочных работ по устройству свода топки котла. Этапы работ по устройству свода котла показаны ниже:

  • Изготовление опалубки / кружал – важный этап работы. Необходимо заранее убедиться в правильности размеров и прочности конструкции – должна многократно выдержать нагрузки при кладке свода, а также многократное передвижение при проведении футеровочных работ.
  • Необходимо заранее проверить правильность раскладки и соответствие ее на фактическое исполнение. Необходимо «на сухую» выложить арку из фасонного кирпича на площадке и, при необходимости, внести необходимые корректировки в раскладку.
  • Для обеспечения дополнительной прочности сводовой конструкции, каждый сегмент/арка свода опирается на индивидуальные суппорта, устанавливаемых с двух сторон (суппорта изготовлены из высоколегированной жаропрочной стали AISI 310S или из жаропрочной стали 20Х23Н18). В зольной части котла, в районе выгрузки золы, свод имеет наклонную конструкцию Формирование наклонной части производится за счет смещения последующей арки свода по вы соте на ряд кирпича (на 65 мм) по отношению к предыдущему. Итого, наклонный свод – 6 арочных рядов со смещением по высоте.
  • При переходе наклонного участка свода в горизонтальный, в качестве разгрузочного суппорта / консоли используется один общий сегмент на 6-7 арочных рядов свода.
  • Формирования форсуночных производилось за счет подгонки / выпиловки огнеупорного кирпича и обкладки существующих металлических фурменных трубок (подача воздуха для обеспечения нормального горения топлива).
  • Основание свода, для обеспечения необходимой жесткости / прочности конструкции, расклинивается огнеупорным кирпичом (размер подгоняется по месту).
  • Образуемые «карманы» между сводом и металлическим корпусом топки, после установки теплоизоляционной силикат-кальциевой плиты, заливается огнеупорным бетоном до уровня первого ряда кладки вертикальных стен на участке второго свода.
  • Участки вертикальных стен в зоне загрузки топ лива поднимаются до уровня перекрытия арки свода №2.
  • На торцевых стенах топки котла дополнительно формируются тепловые компенсационные швы, обеспечивающие снятие тепловых напряжений в футеровке при эксплуатации котла. Устройство данных тепловых швов аналогично конструкции, описанной в разделе, ФУТЕРОВКА ВЕРТИКАЛЬ­НЫХ СТЕН.

2. ЗОНА ВТОРОГО СВОДА.

Конструкция футеровки вертикальных стен, а также конструкция сводового участка футеровки, аналогичны устройству футеровки зоны первого свода топочной части котла, описанной выше.

Устройство футеровки стен и свода:

  • Для продолжения кладки вертикальных стен теплоизоляционный слой поднимается на необходимую высоту по всему периметру корпуса топки.
  • Производится монтаж анкеров в кирпичной кладке для обеспечения конструктивной прочности кладки и предотвращения отслоения футеровки. в процессе эксплуатации котла.
  • Производится монтаж разгрузочных консолей / суппортов для второго свода, после подъема стен согласно проектной документации.
  • Производится формирование панелей, путем устройства температурных швов.
  • Кладка стен панелями в перевязку, устройство тепловых швов, установка анкерной продукции, формирование фурменных отверстий, монтаж суппортов / консолей для арочных рядов свода, устройство непосредственно самих арок второго свода выполняется по аналогии с этапами работ, описанных в разделе №1 «ЗОНА ПЕРВОГО СВОДА, КОЛОСНИКОВАЯ ЗОНА ТОПКИ КОТЛА».
  • В связи с тем, что конструкция свода «правильная» (диаметр свода равен ширине межстенного пространства), а толщина сводового кирпича 200 мм (при толщине рабочего слоя стен 150 мм), то расстояние между сводом и теплоизоляционным слоем минимально. Для продолжения кладки вертикальных стен необходимо выровнять горизонт, для обеспечения качественной, надежной кладки стен (аналогично тому, как это было выполнено для свода №1). Для того, чтобы получить максимально надежную конструкцию, в качестве выравнивающего слоя применяется огнеупорный бетон BORCAST-55W, имеющий высокие прочностные характеристики. Данное мероприятие также позволяет дополнительно «загрузить» свод, предотвращая его «раскрытие» в процессе эксплуатации.
  • В зоне второго свода имеется смотровой, технологический люк, необходимый для обслуживания котла – чистки котла от зольных отложение в межсводовом пространстве и контроля за техническим состоянием футеровки котла, а также для доступа к жаротрубному барабану. Для футеровки данного узла используется монолитный огнеупорный бетон BORCAST-55W.
  • Технология укладки огнеупорного бетона, подготовка места установки, установка анкерной про дукции, устройство тепловых швов за счет оклеивания теплоизоляционного рулонного материала Durablanket 128 толщиной 10 мм, установка разгрузочного суппорта, изготовление и устройство опалубки – все это, а также другие необходимые работы, описаны в разделе №1 выше.

3. ЗОНА ТРЕТЬЕГО СВОДА.

Конструкция футеровки вертикальных стен, а также конструкция сводового участка футеровки, аналогичны устройству футеровки зон первого и второго сводов топочной части котла, описанной выше.

Устройство футеровки стен и свода:

  • Устройство теплоизоляционного слоя, а также укладка бетона в качестве выравнивающего слоя для продолжения кладки вертикальных стен зоны третьего свода котла, в том числе кладка стен панелями в перевязку и установка анкеров кладки и суппортов для устройства свода, выполняется аналогично этапам работ, описанных в предыдущих разделах.
  • Образуемое пространство между третьим сводом и жаротрубным барабаном котла заполняется каолиновыми плитами, которые в первую очередь несут функцию теплоизоляционного слоя, а во-вторую очередь дополнительно загружают свод, предотвращая его «раскрытие» в процессе эксплуатации футеровки котла (плотность плит до 350 кг/м3).

Выходная шахта/горловина топки:

  • Переходной участок кладки вертикальных стен с конвективной частью котла / коллекторами водяных экранов, а также сводовой части (третий свод) с жаротрубным барабаном обрамляются бетонным поясом из монолитного огнеупора.
  • Перед устройством опалубки несущие конструкции котла (балки котла) зачищаются от остатков старого бетона, производится наварка анкеров, формируется температурный шов по границе бетон / кирпич, устанавливается опалубка по всему периметру шахты / горловины топки.
  • Заливка бетона происходит в один прием, после схватывания монолитного огнеупора опалубка аккуратно демонтируется.

РЕЗЮМЕ ПРОЕКТА:

Основной сложностью проекта футеровки водогрейного котла №1, на площадке ООО «ФМ-Север», является необходимость устройства трех сводов в топке котла, которые формируют движение продуктов горения согласно конструкции котла завода-изготовителя. Используя предыдущий опыт работ по реализации проекта замены футеровки водогрейного котла №2, высококвалифицированных футеровщиков и помощь специалистов ООО «ФМ-Эстейт» при решении любых организационных вопросов – все это позволило реализовать данный проект за 13 дней, включая работы по выломке существующего огнеупора!