Применение фаолита в конструкциях газоотводящих стволов дымовых труб и газоходов с температурой дымовых газов до 200°С

• Автор: Лужков, Владимир Алексеевич
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 154 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1. Краткая характеристика конструкций газоотводящих труб и газоходов тепловых агрегатов и вентиляционных установок, условия их эксплуатации
1.2. Опыт применения конструкций из полимерных композиционных материалов в стволах и газоходах газоотводящих труб
1.3. Технология изготовления оболочечных фаолитовых конструкций, основные свойства отвержденного фаолита
1.4. Физико-химические процессы при термообработке фаолита. Технологические остаточные напряжения и методы их расчета
1.5. Особенности расчетной оценки напряженно-деформированного состояния оболочек газоотводящих стволов и газоходов из полимерных композиционных материалов

1.6. Выводы по главе. Цель и задачи исследования

2. Методика проведения исследований

2.1. Общая методика проведения исследований
2.2. Оборудование для отверждения фаолитовых изделий
2.3. Методика определения механических характеристик фаолита..
2.4. Методика определения коэффициента линейного теплового расширения и структурной усадки фаолита
2.5. Методическая основа исследования влияния факторов термообработки на физико-механические свойства материала
2.6. Методика экспериментальной оценки технологических остаточных напряжений в фаолитовых конструкциях
3. Исследование режимов термообработки фаолитовых изделий и оценка их влияния на физико-механические свойства материала
3.1. Пути повышения теплостойкости фаолитовых конструкций, разработка энергосберегающего способа термообработки
3.2. Исследование режимов тепловой обработки фаолитовых изделий при температурном градиенте по толщине стенки
3.3. Оценка физико-механических свойств фаолита высокой теплостойкости
3.4. Выводы по главе
4. Экспериментально-аналитические исследования напряженного состояния фаолитовых конструкций газоотводящих стволов дымовых труб и газоходов

4.1. Тепловые поля в стенке фаолитовых оболочек при изготовлении, вводе и выводе из эксплуатации
4.2. Изменение деформационных свойств фаолита в процессе отверждения. Моделирование памяти на технологическое термомеханическое воздействие
4.3 Исследование остаточных технологических напряжений в фаолитовых оболочках газоотводящих стволов дымовых труб и газоходов
4.4 Оценка температурных напряжений при вводе в эксплуатацию фаолитовых оболочек газоотводящих стволов и газоходов, отвержденных при температурном градиенте
4.5. Выводы по главе
5. Технические предложения по реализации способов тепловой обработки, обеспечивающих повышение теплостойкости фаолитовых конструкций
5.1. Отверждение фаолитовых конструкций в
полимеризационной камере
5.2. Отверждение фаолитовых конструкций в обогреваемых формах
5.2. Отверждение фаолитовых конструкций в обогреваемых формах
5.3. Оценка экономической эффективности применения фаолитовых конструкций газоотводящих стволов дымовых труб, практическая реализация разработок
Выводы по работе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы и других источников

ВВЕДЕНИЕ
Снижение тепловой нагрузки, изменения в топливно-энергетическом балансе промышленных печей и котлоагрегагов ТЭС, а также внедрение ресурсосберегающих технологий, привели к снижению температур и увеличению влажности отводимых дымовых газов, содержащих химически агрессивные продукты сгорания топлива. К настоящему времени температура дымовых газов в газоотводящих трактах тепловых агрегатов в подавляющем большинстве случаев находится в пределах 100... 200 °С при относительной влажности 70... 100% [31, 33].
В этих условиях происходит образование кислого конденсата внутри газоотводящих трактов, что приводит к интенсивной коррозии и разрушению конструкций, выполненных из традиционных строительных материалов (кирпича, железобетона, малоуглеродистых сталей) [145]. Срок службы сооружений сокращается в 2...4 раза, а затраты на каждый капитальный ремонт, проводимый с периодичностью в 5... 10 лет, достигают 30% от стоимости сооружения [33].
По данным АО «Фирма ОРГРЭС», в настоящее время на ТЭС России эксплуатируется около 600 железобетонных дымовых труб 1950... 1970-х годов постройки, которые находятся в ограниченно работоспособном состоянии и требуют капитального ремонта [116].
Признанным способом продления ресурса сооружений газоотводящих трактов является устройство в дымовой трубе внутреннего газоотводящего ствола и выполнение подводящих газоходов, из газоплотных коррозионно-стойких материалов, которые предотвращают проникновение агрессивных * дымовых газов к несущим конструкциям сооружений. Среди таких материалов наиболее перспективными являются полимерные композиционные *■ материалы (ПКМ). Это связано в первую очередь с их универсальной хими-
ческой стойкостью в кислых средах, чего нельзя сказать даже о титане: при увеличении концентрации серной кислоты, содержащейся в конденсате дымовых газов, от 3 до 40% скорость его коррозии возрастает в десятки раз [31]. Кроме того, ПКМ имеют высокий коэффициент конструктивного качества [15], что позволяет производить реконструкцию сооружений дымовых труб не догружая изношенные несущие конструкции и применяя при этом I механизмы минимальной грузоподъемности.
Основным элементом конструкций газоотводящих стволов и газоходов дымовых и вентиляционных труб является тонкая цилиндрическая оболочка диаметром 1,0...7,0 м, длиной 3... 12 м [23]. Такие оболочечные конструкции газоотводящих стволов труб из полимерных композиционных материа-

2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Общая методика проведения исследований
С учетом того, что фаолитовая оболочка подвесного ствола или газохода контактирует с нагретыми до 200 °С дымовыми газами только с одной, внутренней стороны, поэтому повышенная теплостойкость материала необходима только для внутренних слоев конструкции, при восприятии внешних нагрузок всей толщиной стенки. Нами предложен способ термообработки фаолитовых оболочек при температурном градиенте по толщине стенки [139] с максимальной температурой на ее внутренней поверхности. В этих условиях движение фронта полимеризации от внутренних к наружным слоям оболочки создаст благоприятные условия для удаления летучих, что снизит общую дефектность конструкций. Для исследования этого способа разработано соответствующее экспериментальное оборудование, а методами математического планирования эксперимента построена модель этого способа. С помощью модели установлены наилучшие технологические режимы отверждения, которые обеспечивают требуемый уровень теплостойкости конструкций при минимальных дефектности и энергозатратах.
На основании классической теории теплообмена для разработанных режимов отверждения исследовано распределение тепловых полей. Из анализа литературы следует, что технологическая неоднородность тепловых полей по стенке конструкций приводит к возникновению остаточных технологических напряжений. Поэтому возникает необходимость их оценки для предлагаемого способа отверждения, предварительно исследовав распределение термоупругих свойств фаолита по толщине стенки конструкции.
Получив необходимые исходные данные, на основе известных моделей полимерных материалов предложен и реализован на ЭВМ численный метод расчета остаточных технологических напряжений в фаолитовых конструкциях, отверждаемых при температурном градиенте по толщине стенки, учитывающий эффект памяти полимерного материала на термомеханическое воздействие ‘
Для проверки расчета проведены экспериментальные исследования остаточных напряжений в фаолитовых оболочках, отвержденных при температурном градиенте. Экспериментально проверенный метод использован для расчетной оценки влияния технологической предыстории на термонапряженное состояние фаолитовых конструкций газоотводящих трактов при пуске их в эксплуатацию.
Общая блок-схема проведения исследований дана на рис. 2.1.