ОГНЕУПОРНАЯ ПЛИТКА, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ ГАЗОГЕНЕРАТОРА Российский патент 2010 года по МПК F27D1/04 

Настоящее изобретение относится к огнеупорной плитке, закрепляемой на стенке реактора, в частности, для защиты этой стенки от теплового воздействия.

Огнеупорные плитки используются в качестве футеровки трубчатых стенок камер сгорания котлов для сжигания бытовых отходов или биомассы. Трубы обычно выполнены практически вертикальными и соединены друг с другом с посредством поперечных перекладин. Плитки образуют огнеупорную футеровку, обеспечивающую защиту труб от физического контакта с горящими материалами и с дымовыми газами, образующимися при горении. Незначительная толщина плиток не препятствует передаче тепла от реактора к текучей среде, циркулирующей в трубах котла.

По трубам проходит вода, получающая часть тепла, выделяющегося в процессе сжигания. Поэтому необходим тесный контакт между плитками и трубами. Для этого, как раскрыто, например, в документе ЕР 1032790, на задней поверхности плиток обычно предусмотрены полуцилиндрические каналы, форма которых позволяет вставлять в каждый из них по одной трубе трубчатой стенки. Можно также поместить за плитками тонкий слой жидкого раствора, чтобы уменьшить объем пустот между плитками и трубами, повысив тем самым эффективность теплообмена.

Применение прикрепленных к стенке «плавающих» плиток дает плиткам некоторую степень подвижности относительно друг друга. Для этого их можно, например, свободно подвесить на крюки, закрепленные посередине перекладин, с интервалом между плитками порядка нескольких миллиметров. В результате защитная футеровка будет лучше реагировать на изменения размеров плиток в ходе тепловых циклов. Это повышает надежность указанной футеровки.

Пространство между двумя соседними плитками заполняется, как правило, пластичным раствором, что позволяет обеспечить герметичность футеровки. Температурные швы из пластичного раствора являются довольно уязвимыми участками, поэтому их длина должна быть минимальна. Однако обычно каждая плитка проходит вдоль нескольких труб. Для упрощения выполнения футеровки необходимо ограничить размеры плиток. Например, плитки, раскрытые в документе ЕР 1032790, распространяются на три трубы. Они имеют две прорези, проходящие с каждой стороны центрального канала, предназначенные для захода в них крепежных элементов.

В системе, раскрытой в ЕР-032790, возможно применение компоновки двух типов.

В соответствии с первым вариантом компоновки крюки установлены таким образом, чтобы обеспечить сборку плиток в шахматном порядке по горизонтали или по вертикали. В зависимости от конкретной выбранной конфигурации такая сборка препятствует выравниванию вертикальных или горизонтальных швов. Однако на практике этот способ оказывается довольно сложным, чреват появлением ряда проблем. Кроме того, он требует слишком большого времени для его осуществления и, следовательно, значительных затрат.

Во втором варианте компоновки крюки расположены вдоль вертикальных и горизонтальных линий. Однако конфигурация плиток предполагает, что промежуток между линиями крюков должен меняться, что ведет к выравниванию вертикальных и горизонтальных швов. Но авторы изобретения обнаружили, что следствием подобного выравнивания по одной линии является снижение прочности швов, а значит, и футеровки.

Кроме того, иногда имеют место различные препятствия, создаваемые, например, каналами для термопар, что требует внесения изменений в компоновку. В частности, может потребоваться сместить один или несколько рядов крюков, что является дорогостоящей операцией. Можно также надрезать одну или несколько плиток, однако это неизбежно приведет к увеличению хрупкости таких плиток в процессе эксплуатации.

Таким образом, назрела потребность в создании футеровки из огнеупорных плиток, которая было бы легкой в изготовлении, в частности, с учетом наличия препятствий, и обладала бы повышенной надежностью.

Цель изобретения состоит в удовлетворении указанной потребности.

В соответствии с заявленным изобретением эта цель достигнута за счет огнеупорной плитки, предназначенной, в частности, для защиты внутренней стенки реактора газогенератора, при этом указанная плитка имеет линию выравнивания из по меньшей мере двух мест крепления, любые два соседних места крепления на указанной линии отстоят друг от друга на постоянное расстояние А, первое и последнее место крепления на указанной линии отстоят друг от друга в направлении указанной линии на расстояния α₁ и α₂ от первого и второго краев указанной плитки, проходящих около указанных, соответственно, первого и последнего мест крепления. Плитка согласно изобретению отличается тем, что 0<А-(α₁+α₂).

Когда расстояние D=А-(α₁+α₂) равно ширине e₁ вертикальных температурных швов, элементы крепления данного ряда плиток равномерно разнесены на величину А. Иначе говоря, интервал по горизонтали между двумя расположенными рядом крепежными элементами будет одинаковым независимо от того, предназначены ли эти элементы удерживать одну и ту же плитку или две соседние плитки. Таким образом, возможно смещать по горизонтали ряд плиток на расстояние А или на любую величину, кратную этому расстоянию. Подобным же образом, когда расстояние D равно ширине e_h горизонтальных температурных швов, можно смещать по вертикали ряд плиток на расстояние между двумя соседними местами крепления плитки или на любую величину, кратную этому расстоянию.

Таким образом, согласовать компоновку плиток с наличием препятствия можно, просто смещая их по горизонтали и/или по вертикали. Кроме того, можно выполнить смещение плиток двух наложенных друг на друга рядов и/или двух соседних столбцов, чтобы устранить непрерывность ряда вертикальных и/или горизонтальных швов. В результате существенно повышается надежность этих швов, а следовательно, и футеровки.

Предпочтительно, плитка согласно изобретению обладает дополнительно одним или несколькими из следующих опциональных признаков:

- в рабочем положении плитки, то есть в положении, когда она прикреплена к стенке, указанная линия выравнивания является вертикальной или горизонтальной;

- форма мест крепления обеспечивает плавающее крепление плитки, то есть с некоторым рабочим допуском, по возможности, в трех измерениях. Предпочтительно, места крепления представляют собой вырезы;

- величина А-(α₁+α₂) лежит в интервале от 2 до 10 мм. Благодаря этому между двумя плитками обеспечено пространство расширения;

- плитка имеет по меньшей мере один вырез, открытый исключительно на заднюю поверхность указанной плитки;

- плитка имеет по меньшей мере один вырез, выходящий своим нижним отверстием на нижний край указанной плитки, и по меньшей мере один язычок, выполненный с возможностью по меньшей мере частичного захода в нижнее отверстие выреза другой такой же плитки. Предпочтительно, в плитке выполнено столько же указанных язычков, сколько и вырезов;

- на задней поверхности плитки предусмотрена по меньшей мере одна проставка, проходящая предпочтительно только вдоль части высоты Н плитки. Предпочтительно, чтобы проставка не доходила до нижнего края указанной задней поверхности;

- верхний и нижний края плитки имеют верхнюю и нижнюю кромки, выступающие соответственно как продолжение передней и задней поверхностей плитки;

- плитка имеет в целом криволинейную, предпочтительно слегка цилиндрическую, форму;

- плитка выполнена из материала, содержащего по меньшей мере 60 мас.% не содержащих кремний оксидов и/или менее 1 мас.% диоксида кремния (SiO₂).

Изобретение относится также к огнеупорной футеровке, в частности, предназначенной для защиты внутренней стенки реактора газогенератора, представляющая собой набор из огнеупорных плиток, прикрепленных к крепежным элементам, закрепленным на стенке, отличающейся тем, что указанная футеровка содержит по меньшей мере одну плитку согласно изобретению.

Предпочтительно, огнеупорная футеровка согласно изобретению обладает дополнительно одним или несколькими из следующих опциональных признаков:

- по меньшей мере одна плитка из набора плиток имеет на одной горизонтальной линии выравнивания по меньшей мере два места крепления, любые два соседних места крепления на указанной линии отстоят друг от друга на постоянное расстояние А, первое и последнее места крепления на указанной линии отстоят друг от друга в горизонтальном направлении на такие расстояния α₁ и α₂ от соответственно правого и левого краев указанной плитки, при которых 0<А-(α₁+α₂), и указанная плитка отстоит от по меньшей мере одной плитки, расположенной справа или слева от нее, на расстояние e₁, равное A-(α₁+α₂). При этом становится возможной прерывность вертикальных швов вследствие смещения по горизонтали одного из рядов плиток относительно другого, соседнего, ряда;

- по меньшей мере одна плитка имеет на одной вертикальной линии выравнивания по меньшей мере два места крепления, любые два соседних места крепления на указанной линии отстоят друг от друга на постоянное расстояние А', первое и последнее места крепления на указанной линии отстоят друг от друга в вертикальном направлении на такие расстояния α₁' и α' от соответственно верхнего и нижнего краев указанной плитки, при которых 0<A'-(α₁'+α₂), и указанная плитка отстоит от по меньшей мере одной плитки, расположенной над или под ней, на расстояние е_h, равное A'-(α₁'+α₂'). При этом становится возможной прерывность горизонтальных швов вследствие смещения по вертикали одного из «столбцов» плиток относительно другого соседнего столбца плиток;

- расстояния e₁ и е_h, по существу, одинаковы и лежат в пределах, предпочтительно от 2 до 10 мм;

- вдоль задних поверхностей набора плиток нанесен саморастекающийся огнеупорный бетон;

- саморастекающийся бетон армирован волокнами, предпочтительно металлическими волокнами;

- в указанный саморастекающийся бетон заделана сетка, предпочтительно, из металлических или из неорганических волокон;

- крепежные элементы выровнены вдоль, по существу, вертикальных и/или горизонтальных линий, равномерно отстоящих друг от друга на указанное расстояние А;

- по меньшей мере часть плиток установлена в шахматном порядке по вертикали или по горизонтали, предпочтительно в шахматном порядке по вертикали и по горизонтали.

Футеровка согласно изобретению предназначена, в частности, для защиты стенки реактора газогенератора.

Технология газификации угля, которая известна уже в течение примерно пятидесяти лет, переживает в настоящее время период бурного развития. С ее помощью возможно производить, во-первых, синтез-газы (СО, Н₂), источники чистой энергии и, во-вторых, исходные соединения для химической промышленности на основе самых разнообразных углеводородных материалов, например, угля, нефтяного кокса и даже тяжелых масел для повторного использования. Кроме того, эта технология позволяет удалять нежелательные компоненты, такие, как NO_x, серу или ртуть, до их выброса в атмосферу.

Принцип газификации заключается в управляемом частичном горении в водяном паре и/или кислороде при температуре порядка 1150-1600°С и под давлением.

Существуют газогенераторы различных типов - со стационарным, кипящим или поточным (со взвешенными частицами) слоем. Различие между этими газогенераторами состоит в способе введения реагентов, методике получения топливно-окислительной смеси, условиях, связанных с температурой и давлением, а также в технологии удаления золы или шлака - жидкого остатка, образующегося в ходе реакции.

Известен, в частности, газогенератор 5 для сухой газификации под давлением в кипящем слое, типа газогенератора Лурги с фиксированным слоем и сухим шлакоудалением. Как показано на фиг.1, кусковой уголь С, поступающий через верхнюю часть 10 газогенератора, вводится с помощью подающего устройства 12 в реактор 14. Через нижнюю часть 16 газогенератора поступают вода H₂O и кислород O₂, которые реагируют с углем С по мере их подъема в реакторе. Температура в нижней части 16 реактора 14 составляет порядка 1600°С, а в его верхней части 18 - порядка 450-900°С. Зола D удаляется через под газогенератора 5, а синтезированный газ G выходит через выпускной патрубок 20.

Реактор 14 для сухой газификации угля имеет стальную рубашку 22 водяного охлаждения. У этой рубашки есть наружная стенка 24 и внутренняя стенка 26, в большой степени подверженная коррозии, ограничивающая, по меньшей мере, частично внутренний объем реактора 14. Такой реактор обладает довольно ограниченным сроком службы из-за циклических нагревов, и/или коррозии, и/или истирания сухой золой, и/или наличия горячих точек, температура в которых составляет обычно около 1400°С.

Плитки согласно изобретению особенно подходят для защиты стенки реактора газогенератора, которая не образована трубами. В соответствии с предпочтительным исполнением крепление огнеупорных плиток осуществляется посредством их подвешивания к крепежным элементам, закрепленным на указанной стенке. Получаемая при этом огнеупорная футеровка обладает теми преимуществами, что имеет малые габариты, надежна и проста в эксплуатации, как это будет раскрыто подробнее в нижеследующем описании.

Наконец, предметом изобретения является также способ задания общей удельной теплопроводности футеровки стенок реактора, при этом футеровка представляет собой набор из огнеупорных плиток, данный способ отличается тем, что между набором плиток и указанной стенкой заливают бетон с заданной теплопроводностью.

Остальные признаки и преимущества изобретения явствуют из нижеследующего описания со ссылками на приложенные чертежи, где:

- фиг.1 представляет собой схематическое изображение в разрезе газогенератора Лурги;

- фиг.2 и 3 - фотоснимки соответственно задней и передней поверхностей двух плиток согласно изобретению. Эти снимки располагаются таким образом, что плитки видны на них в таком положении, как если бы они находились в наборе реактора, при этом верхняя часть иллюстрации соответствует верхней части набора;

- фиг.4-8 - схематические изображения задних поверхностей различных плиток согласно изобретению;

- фиг.9 - схематическое изображение задних поверхностей набора из четырех плиток согласно изобретению;

- фиг.10 - изображение крепежного элемента, который можно использовать для крепления плиток, образующих набор согласно изобретению;

- фиг.11 - вид спереди набора плиток, известных из уровня техники. Поскольку этот набор имеет цилиндрическую форму, он показан здесь в развернутом виде;

- фиг.12 - вид спереди набора плиток одного размера согласно изобретению. Поскольку этот набор имеет цилиндрическую форму, он показан здесь в развернутом виде;

- фиг.13 - вид спереди набора плиток разных размеров согласно изобретению. Поскольку этот набор имеет цилиндрическую форму, он показан здесь в развернутом виде.

На разных иллюстрациях для обозначения одинаковых или аналогичных деталей или компонентов использованы одни и те же цифровые позиции.

Поскольку фиг.1 уже была рассмотрена выше, переходим сразу к рассмотрению фиг.2.

Нижеследующее описание ведется применительно к футеровке для газогенератора, раскрытой выше, однако изобретение отнюдь не ограничивается этим применением.

Плитка 30 имеет в целом форму прямоугольника с незначительной цилиндрической кривизной, позволяющей следовать форме внутренней стенки рубашки 22 реактора 14.

Предпочтительно, плитка 30 выполнена из какого-либо теплоизолирующего материала. Предпочтительно, этот материал содержит по меньшей мере 60 мас.%, предпочтительнее - 90 мас.%, а еще предпочтительнее - не менее 99 мас.% не содержащих кремний оксидов. Целесообразно, эти не содержащие кремний оксиды выбраны из группы, включающей глинозем, диоксид циркония, оксид хрома Сr₂О₃ или их смеси. Однако вполне пригодным может оказаться и любой другой огнеупорный материал, устойчивый к коррозии под действием золы, которая может быть расплавленной, абразивному износу за счет сухой золы и воздействию горячих точек.

Предпочтительно, материал плитки согласно изобретению не содержит карбида кремния (SiC). Предпочтительно, он содержит менее 1 мас.%, еще предпочтительнее - менее 0,5 мас.% диоксида кремния (SiO₂). Дело в том, что карбид кремния и диоксид кремния оказывают неблагоприятное воздействие на коррозионную стойкость. Кроме того, диоксид кремния может быть нестабильным и испаряться в виде SiO и даже SiH₄.

У плитки 30 имеются передняя поверхность 32 и задняя поверхность 34, а также верхний край 36, нижний край 38, правый край 40 и левый край 42.

На задней, или «холодной», поверхности 34 плавающей плитки 30 выполнены первый 44 и второй 46 вырезы, проходящие, по существу, параллельно боковым краям 40 и 42, вдоль соответственно правого 40 и левого 42 краев. Вырезы 44 и 46 выходят своими соответственно первым 48 и вторым 50 нижними отверстиями на нижний край 38 и своими, соответственно, первым 52 и вторым 54 задними отверстиями на заднюю поверхность 34.

Поверхность 32, или «горячая поверхность», и поверхность 34, или «холодная поверхность», плавающей плитки 30 выполнены, по существу, криволинейными, чтобы они могли соответствовать кривизне реактора.

Как показано на фиг.2 и 3, верхний 36 и нижний 38 края имеют верхнюю кромку 53 и нижнюю кромку 54, обеспечивающие возможность перекрытия нижнего края 38 одной из плиток верхним краем 36 находящейся непосредственно над ней другой плитки. Подобным же образом правый 40 и левый 42 края имеют кромки, обеспечивающие возможность перекрытия правого края 40 одной из плиток левым краем 42 другой смежной плитки. Такие перекрывающие кромки препятствуют обнажению охлаждающей рубашки при смещениях плиток относительно друг друга. Благодаря этому удается обеспечить более эффективную защиту рубашки 22.

Как будет подробнее раскрыто ниже, плитка 30 выполнена с возможностью подвешивания к крепежному элементу, выполненному в целом в форме штыря, имеющего ножку и головку. После подвешивания дно выреза под действием силы тяжести опирается на головку крепежного элемента, который будет нести вес плитки.

Как показано на фиг.2, с обратной стороны плитка имеет заднее отверстие выреза 45, имеющее узкий верхний участок 45s, доходящий до дна 55 этого выреза. Форма выреза 45 позволяет ножке Т-образного крепежного элемента скользить по верхнем участку 45s, не позволяя, однако, при этом головке данного крепежного элемента проскакивать в осевом направлении. Для этого поперечное сечение верхнего участка 45s, предпочтительно, имеет форму буквы «омега». После подвешивания плитки профиль такого типа эффективно препятствует выходу головки из заднего отверстия плитки, что препятствует раскачиванию и отцеплению плитки.

Заднее отверстие, предпочтительно, имеет также нижний широкий участок 45i, для того чтобы вставлять головку крепежного элемента. Указанную головку можно также вставить в вырез 45 через нижнее отверстие или через нижний участок заданного отверстия.

Задняя поверхность 34 плитки 30 имеет также перегородки, или «проставки», 56, предпочтительно имеющие такую конфигурацию, чтобы поддерживать интервал от 2 до 5 мм между задней поверхностью плитки и внутренней стенкой 26 охлаждающей рубашки. Преимущественно, от указанного интервала зависит теплообмен.

Наличие нескольких вырезов для каждой плитки, предпочтительно двух, преимущественно гарантирует удержание плитки в нужном положении при отказе одного из креплений.

Как показано на фиг.3, между двумя смежными плитками предусмотрено пространство расширения 60. Однако это пространство обеспечивает также непосредственный доступ к задней поверхности плиток. Дело в том, что нижние отверстия нижних краев плиток не перекрываются кромками, в результате чего остается прямой проход 63 из внутреннего объема реактора 14 к внутренней стенке 26 охлаждающей рубашки, при этом указанный проход открыт для газов или других агрессивных веществ.

На фиг.4-8 представлены различные формы плиток, имеющих по два выровненных в одну горизонтальную линию выреза и обладающих тем общим преимуществом, что их форма и/или сборная конструкция позволяют перекрыть любой прямой доступ к задней поверхности плиток через указанные вырезы. Таким образом, становится понятно, что перед выполнением любого температурного шва между двумя плитками нет никакого канала, который проходил бы через набор плиток по практически прямолинейному пути, в частности, перпендикулярно передним поверхностям плиток, устанавливая при этом сообщение между задними поверхностями плиток и внутренним объемом реактора.

Как будет показано ниже, предпочтительно заливать плитки с обратной стороны саморастекающимся бетоном, в частности, чтобы приклеить их к охлаждающей рубашке 22. Устранение возможности сообщения между передними и задними поверхностями плиток имеет также то преимущество, что в процессе монтажа защитной футеровки предотвращается заливка бетона в пространства расширения 60. В случае такой заливки плитки уже не смогли бы расширяться в процессе работы газогенератора, не вызывая при этом нежелательно высоких термомеханических напряжений.

Положение верхней кромки 53 как продолжение передней поверхности плитки позволяет выполнить расширенное отверстие для доступа к обратной стороне плиток. Преимущественно, это способствует заливке бетона за плитки.

В соответствии с первым вариантом осуществления (фиг.4 и 5) вырезы 45 не выходят на нижний край плитки 30, то есть они имеют форму отверстий, которые открыты лишь в сторону задней поверхности плитки. Такой вырез, не открывающийся на нижний край плитки, может быть выполнен посредством установки заглушки 70, например, посредством приклеивания, с перекрыванием нижнего отверстия, выходящего на нижний край, как это показано на фиг.5. Преимущественно, это позволяет использовать такие плитки, как представлены на фиг.2. Вырез, не выходящий на нижний край, может быть выполнен вместе с плиткой в процессе ее изготовления.

Нижний участок 45i выреза, не выходящего на нижний край плитки, обязательно должен иметь такую форму, чтобы обеспечивать вхождение головки крепежного элемента, которую невозможно ввести с нижнего края.

В соответствии со вторым вариантом осуществления (фиг.6 и 7) плитка содержит язычки 72, которые могут быть вставлены в соответствующие вырезы второй такой же плитки.

Предпочтительно, плитка имеет столько же язычков, сколько вырезов, чтобы при установке верхней плитки непосредственно над нижней плиткой все нижние отверстия вырезов этой верхней плитки перекрывались язычками нижней плитки. Такого конструктивного исполнения можно добиться, устанавливая язычки на существующей плитке, например, посредством приклеивания (фиг.7) либо формируя их в процессе изготовления плитки (фиг.6).

В соответствии с третьим вариантом осуществления (фиг.8) между плитками после их сборки вставляют заглушку 74, предпочтительно из того же состава, что и плитки, что позволяет перекрыть даже малейший непосредственный доступ к задней поверхности плиток через вырезы, при сохранении температурного шва. Предпочтительно, заглушка 74 выполнена из такого же огнеупорного состава, как и плитки.

Целесообразно, чтобы все вырезы всех входящих в набор плиток были перекрыты с применением, по меньшей мере, одного из технических решений, представленных на фиг.4-8.

Как показано на фиг.9, расстояние А между осями Е1 и Е2 вырезов 44 и 46 меньше суммы расстояний α₁ и α₂, на которые эти оси Е1 и Е2 отстоят соответственно от правого 40 и левого 42 краев. Иначе говоря:

0<e₁=A-(α₁+α₂).

В более общем виде, если плитка имеет n вырезов, равномерно разнесенных с интервалом А_n, то согласно изобретению:

0<e₁=A_n-(α₁+α₂).

Предпочтительно, величина e₁ лежит в интервале от 2 до 10 мм.

Поскольку края плитки 30 не являются плоскими, величины α₁ и α₂ измеряют по задней поверхности плитки. Сказанное относится также к длине L и высоте Н плитки.

На фиг.10 показан крепежный элемент 80, имеющий резьбовую ножку 82, один конец 84 которого приварен к внутренней стенке 26 рубашки 22. На второй конец 88 ножки 82 навинчена головка, или «шайба», 86.

Между головкой 86 и вырезом 45 предусмотрен зазор, чтобы крепежные элементы 80 не препятствовали расширению плитки 30.

В уровне техники крепежные элементы 80, подобные показанному на фиг.10, привариваются к внутренней стенке 26 рубашки 22 практически перпендикулярно этой стенке (фиг.10), Они выравниваются вдоль, по существу, вертикальных L_v и горизонтальных L_h линий. Расстояние F между двумя смежными вертикальными линиями L_v непостоянно и зависит от типа используемых плиток, как это показано на фиг.11.

В случае с реактором газогенератора применение конструкции с установкой нерегулярной решетки крепежных элементов 80 имеет ряд недостатков. Во-первых, это может вызвать ошибки в процессе их установки. Дело в том, что надо иметь три шаблона: для получения правильного интервала по вертикали между крепежными элементами, правильного интервала по горизонтали между крепежными элементами 80₁ и 80₂, которые должны входить в два выреза одной и той же плитки, и правильного интервала по горизонтали между крепежными элементами 80₃ и 80₄, которые должны входить в два выреза двух разных соседних плиток. Кроме того, все соединения между двумя «столбцами» плиток обязательно должны находиться на одной вертикали. В частности, нельзя располагать плитки в шахматном порядке, поскольку это чревато неоднородностью и хрупкостью футеровки.

В отличие от расположения крепежных элементов, продемонстрированного на фиг.11, крепежные элементы 80 предпочтительно выравнивают вдоль, по существу, вертикальных линий L_v, равномерно разнесенных с интервалом А, то есть с интервалом между осями Е1 и Е2 вырезов данной плитки.

Крепежные элементы выравнивают также вдоль, по существу, горизонтальных линий, равномерно разнесенных с интервалом В. Предпочтительно, расстояние В больше высоты Н плитки, то есть

0<e_h=B-H.

Понятие «интервал» применительно к двум плиткам не следует понимать так, будто эти плитки не соприкасаются, речь идет лишь о том, что в рассматриваемом направлении возможно смещение плиток относительно друг друга. Таким образом, если говорится об интервале e₁ между двумя плитками по ширине, это означает, что данная плитка может расширяться вбок на некоторое расстояние e₁, перед тем как она упрется в находящуюся рядом с ней плитку. С другой стороны, наличие интервала е_h между двумя плитками по высоте подразумевает, что данная плитка может расширяться вверх или вниз на некоторое расстояние е_h, перед тем как она упрется в находящуюся над ней или под ней плитку.

Предпочтительно, расстояние В равно расстоянию А. Благодаря этому можно использовать один и тот же шаблон для обеспечения правильных интервалов по вертикали и по горизонтали.

Учитывая, что e₁+(α₁+α₂)=А, можно использовать один и тот же шаблон для проверки интервала между двумя расположенными рядом крепежными элементами 80₁, 80₂, в которые должна входить одна и та же плитка, и для проверки интервала между двумя расположенными рядом крепежными элементами 80₃, 80₄, в которые должны входить разные плитки. Таким образом, такое решение обладает тем преимуществом, что для размещения всех крепежных элементов достаточно одного единственного шаблона.

Кроме того, технология размещения плиток не ограничивается установкой крепежных элементов - если потребуется, можно предусмотреть, например, возможность бокового смещения одного ряда плиток на длину, соответствующую интервалу между двумя вырезами плитки. Таким образом, в отличие от уровня техники, можно без труда вставить половинку плитки, даже после приваривания крепежных элементов.

Таким образом, возможно размещать плитки в шахматном порядке для усиления защиты, обеспечиваемой огнеупорной футеровкой, беспрепятственно выполнять канал для термопары, заделываемой в заполняющий бетон 90, а также учитывать наличие поврежденной поверхности, имеющей, например, отверстие 92, с большой гибкостью.

Сравнение наборов по фиг.11 и 12 показывает, что для набора по фиг.12 требуется разрезать три плитки, а для набора по фиг.11 - девять.

Перед тем подвешиванием плиток можно прикрепить к крепежным элементам специальную сетку, предпочтительно металлическую или из неорганических волокон.

Затем плитки подвешивают к крепежным элементам 80, вставляя указанные крепежные элементы в вырезы 45. Предпочтительно использовать плитки типа показанных на фиг.4-8. В случае применения плиток по фиг.8 можно устанавливать заглушки 74 по мере сборки плиток или же после того, как будут подвешены все плитки.

Размеры шайб 86 выбираются такими, чтобы обеспечить возможность ввода крепежных элементов 80 до самого дна 55 вырезов, не допуская в то же время их выхода из верхних участков 45s задних отверстий вырезов, которые частично перекрыты благодаря выполнению их в форме буквы омега (Ω).

Таким образом, крепежные элементы 80 служат не только для того, чтобы нести вес плиток (выполняя функцию кронштейнов), но и для предотвращения даже малейшего качания плиток с удержанием их, по существу, плотно прижатыми к стенке 26.

Порядок навешивания плиток определяется профилями их краев. Он задается с таким расчетом, чтобы обеспечить наложение соседних плиток, предусмотренное их изготовителем.

В соответствии с изобретением в пространство между плитками и внутренней стенкой охлаждающей рубашки, предпочтительно, заливают саморастекающийся бетон. Наличие этого пространство обеспечивается проставками 56, опирающимися на стенку 26. Преимущественно, такие распорки препятствуют прямому контакту между задней поверхностью плитки и стенкой и, следовательно, способствуют повышению эффективности тепловой защиты последней.

Поскольку проставки 56 проходят только вдоль части высоты Н указанной плитки, они не мешают перемещению бетона за плиткой. Благодаря этому становится возможным равномерное распределение бетона в этом пространстве.

Предпочтительно, применяемый бетон основан на Аl₂О₃ или Аl₂O₃-Сr₂O₃ или имеет свойства, аналогичные плиткам.

Преимущество саморастекающегося бетона заключается в том, что он позволяет регулировать общую теплопроводность футеровки в зависимости от его вида и толщины. Его состав можно менять по необходимости. Так, например, саморастекающийся бетон на основе SiC либо обогащенный металлическими или керамическими волокнами, в частности, типа Dramix® или Unifrax можно с успехом использовать в тех случаях, когда необходимо повысить удельную теплопроводность футеровки, то есть увеличить передачу тепла к охлаждающей рубашке, в частности, для производства водяного пара, необходимого в системе газогенератора.

Кроме того, саморастекающийся бетон также обеспечивает защиту внутренней стенки 26 охлаждающей рубашки в случае отцепления какой-либо плитки.

Он способствует также тому, чтобы плитки выдерживали давление порядка нескольких десятков бар внутри работающего реактора.

Наконец, такой бетон препятствует прямому доступу к задним поверхностям плиток, а следовательно, и к металлической стенке 26 охлаждающей рубашки.

В случае отцепления одной из плиток в результате отрыва бывает, что вместе с плиткой отрывается и саморастекающийся бетон. Дело в том, что он может претерпевать механическое связывание с ней, в частности, вследствие заполнения им вырезов, в которые входят шайбы 86 крепежных элементов.

Сетка из металла или неорганических волокон, помещаемая между внутренней стенкой 26 охлаждающей рубашки и задней поверхностью плиток, то есть в зоне, куда впоследствии заливают саморастекающийся бетон, эффективно усиливает силу сцепления бетонного слоя, удерживая его на месте в случае отрыва или отцепления одной или нескольких плиток. В соответствии с альтернативным техническим решением или в дополнение к сетке можно с успехом армировать саморастекающийся бетон волокнами, предпочтительно металлическими, которые смешивают с остальными компонентами в процессе его приготовления.

После заливки бетона в пространства расширения между плитками помещают пластичный раствор для формирования температурного шва. Такой температурный шов имеет на своих горизонтальных участках ширину e_h, а на вертикальных участках - ширину e₁. Пластичные растворы обычно содержат керамические волокна. В качестве примера можно назвать продукт Fiberfrax®, выпускаемый компанией Unifrax.

В процессе эксплуатации газогенератора изменения количества тепла внутри реактора 14 приводят к расширению плиток. Однако благодаря интервалам между плитками удается обеспечить их расширение без создания высоких механических напряжений.

Температурный шов в результате расширения плиток сжимается, а затем восстанавливает свою исходную форму, когда происходит их повторное сжатие. Таким образом, в любой момент в ходе теплового цикла сохраняется эффективная защита внутренней стенки охлаждающей рубашки реактора.

При повреждении температурного шва особая форма плиток или наличие заглушек 74 (фиг.4-8) препятствует прямому доступу находящихся в реакторе продуктов к бетону или к внутренней стенке охлаждающей рубашки.

Наконец, в случае отцепления какой-либо плитки саморастекающийся бетон продолжает поддерживать защитный барьер для рубашки 22. Этот барьер будет еще более надежным, если предусмотреть сетку между стенкой 26 этой рубашки и плитками и если бетон будет армирован волокнами.

Все плитки, составляющие наборы, показанные на фиг.11 и 12, одинаковы. Как видно на фиг.13, можно все-таки предусмотреть эффективное решение, состоящее в использовании комбинации разных плиток, в частности, с тем, чтобы набор плиток мог как можно теснее охватить препятствие 92 и, тем самым, ограничить участки футеровки, образованные заполняющим бетоном 90.

Как теперь становится очевидным, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретение раскрывает теплоизолирующую огнеупорную футеровку, устойчивую к воздействию вызывающих коррозию газов, занимает мало места, легко демонтируется и имеет повышенную надежность. Такая футеровка, в частности, подходит для защиты рубашки реактора газогенератора.

Разумеется, заявленное изобретение не ограничивается раскрытыми выше и проиллюстрированными вариантами осуществления, которые приведены лишь в качестве наглядных примеров, не имеющих ограничительного характера.

В частности, можно выполнить на одной и той же плитке несколько накладывающихся друг на друга вырезов, что позволит смещать по вертикали две находящиеся рядом плитки, устраняя, таким образом, непрерывность линии выравнивания горизонтальных швов. Плитки укладывают предпочтительно в шахматном порядке, при этом все плитки одного столбца смещаются относительно плиток двух соседних с ним столбиков.

Кроме того, применение плиток согласно изобретению не ограничивается футеровкой водяных рубашек газогенераторов.

Дополнительно, язычки 72, заглушки 74, перекрытие вырезов по нижней кромке плиток, сетка, саморастекающийся бетон и показанное на фиг.11 размещение крепежных элементов являются опциональными элементами. Количество язычков, заглушек и вырезов также не ограничено.

Наконец, вырезы, образующие места подвешивания, не следует рассматривать как единственно возможные места крепления. Таким местом можно считать любую точку плитки согласно изобретению, которая служит опорой для крепежных элементов.

Изобретение относится к области огнеупорных материалов. Огнеупорная плитка для защиты внутренней стенки реактора газогенератора имеет линию выравнивания из двух мест крепления. Причем любые два соседних места крепления на указанной линии выравнивания отстоят друг от друга на постоянном расстоянии А. Первое место крепления и последнее место крепления на указанной линии выравнивания отстоят друг от друга в направлении указанной линии на расстояния α₁ и α₂ от первого края и второго края указанной плитки, ближе всего проходящих к первому месту крепления и последнему месту крепления. При этом величина A-(α₁+α₂) находится в пределах от 2 до 10 мм. Огнеупорная футеровка для защиты внутренней стенки реактора газогенератора содержит набор из огнеупорных плиток, прикрепленных к крепежным элементам, закрепленным на стенке. При этом указанная футеровка содержит, по меньшей мере, одну плитку. Технический результат заключается в усилении защиты, обеспечиваемой огнеупорной футеровкой. 2 н. 18 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Огнеупорная плитка, предназначенная, в частности, для защиты внутренней стенки (26) реактора газогенератора, при этом указанная плитка имеет линию выравнивания из по меньшей мере двух мест крепления, причем любые два соседних места крепления на указанной линии выравнивания отстоят друг от друга на постоянном расстоянии А, первое место крепления (44) и последнее место крепления (46) на указанной линии выравнивания отстоят друг от друга в направлении указанной линии на расстояния α₁ и α₂ от первого края (40) и второго края (42) указанной плитки, ближе всего проходящих к соответственно первому месту крепления (44) и последнему месту крепления (46), отличающаяся тем, что величина A-(α₁+α₂) находится в пределах 2-10 мм.

2. Огнеупорная плитка по п.1, отличающаяся тем, что в рабочем положении плитки указанная линия выравнивания является вертикальной или горизонтальной.

3. Огнеупорная плитка по п.1, отличающаяся тем, что указанные места крепления представляют собой вырезы.

4. Огнеупорная плитка по п.3, отличающаяся тем, что в ней выполнен по меньшей мере один вырез, открытый только на заднюю поверхность указанной плитки.

5. Огнеупорная плитка по п.1, отличающаяся тем, что она имеет по меньшей мере один вырез (44; 46), выходящий своим нижним отверстием (48; 50) на нижний край (38) указанной плитки, и по меньшей мере один язычок (72), выполненный с возможностью, по меньшей мере, частичного захода в вырез (44; 46) другой такой же плитки через нижнее отверстие (48; 50).

6. Огнеупорная плитка по п.1, отличающаяся тем, что на ее задней поверхности (34) предусмотрена по меньшей мере одна проставка (56), проходящая только вдоль части высоты Н указанной плитки.

7. Огнеупорная плитка по п.1, отличающаяся тем, что она имеет верхний край (36) и нижний край (38), имеющие верхнюю кромку (53) и нижнюю кромку (54), выступающие соответственно как продолжение передней поверхности (32) и задней поверхности (34) указанной плитки.

8. Огнеупорная плитка по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена из материала, содержащего, по меньшей мере, 60 мас.% не содержащих кремний оксидов.

9. Огнеупорная плитка по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена из материала, содержащего менее 1 мас.% диоксида кремния SiO₂.

10. Огнеупорная плитка по п.1, отличающаяся тем, что в рабочем положении данной плитки указанная линия выравнивания вертикальна или горизонтальна, а указанные места крепления представляют собой вырезы.

11. Огнеупорная плитка по п.1, отличающаяся тем, что она имеет по меньшей мере один вырез, выходящий только на заднюю поверхность указанной плитки, и что она имеет верхний край (36) и нижний край (38) данной плитки, имеющие верхнюю кромку (53) и нижнюю кромку (54), выступающие соответственно как продолжение передней поверхности (32) и задней поверхности (34) указанной плитки.

12. Огнеупорная плитка по п.1, отличающаяся тем, что она имеет по меньшей мере один вырез (44, 46), выходящий своим нижним отверстием (48, 50) на нижний край (38) указанной плитки, и по меньшей мере один язычок (72), выполненный с возможностью по меньшей мере частичного захода в вырез (44, 46) другой такой же плитки через нижнее отверстие (48, 50), и что на задней поверхности (34) данная плитка имеет по меньшей мере одну проставку (56), проходящую только вдоль части высоты Н указанной плитки.

13. Огнеупорная плитка по п.1, отличающаяся тем, что она имеет по меньшей мере один вырез (44, 46), выходящий своим нижним отверстием (48, 50) на нижний край (38) указанной плитки, и по меньшей мере один язычок (72), выполненный с возможностью по меньшей мере частичного захода в вырез (44, 46) другой такой же плитки через нижнее отверстие (48, 50), и что она имеет верхний край (36) и нижний край (38), имеющие верхнюю кромку (53) и нижнюю кромку (54), выступающие соответственно как продолжение передней поверхности (32) и задней поверхности (34) указанной плитки.

14. Огнеупорная футеровка, в частности, предназначенная для защиты внутренней стенки (26) реактора газогенератора, содержащая набор из огнеупорных плиток (30), прикрепленных к крепежным элементам (80), закрепленным на стенке (26), отличающаяся тем, что указанная футеровка содержит, по меньшей мере, одну плитку (30) по любому из пп.1-13.

15. Огнеупорная футеровка по п.14, отличающаяся тем, что первая плитка футеровки отстоит от по меньшей мере одной второй плитки, расположенной справа или слева от нее, на расстояние e₁, равное А-(α₁+α₂), и/или отстоит от, по меньшей мере, одной третьей плитки, расположенной над или под ней, на расстояние e_h, равное A'-(α₁'+α₂'), где А и А' обозначают интервал между двумя любыми соседними местами крепления соответственно на горизонтальной линии выравнивания и на вертикальной линии выравнивания указанной первой плитки, α₁' и α₂' обозначают расстояние, отделяющее первое и последнее места крепления на указанной линии выравнивания от соответственно верхнего и нижнего краев указанной первой плитки, а α₁ и α₂ обозначают расстояние, отделяющее первое и последнее места крепления на указанной горизонтальной линии выравнивания от правого и левого краев указанной первой плитки соответственно.

16. Огнеупорная футеровка по п.14, отличающаяся тем, что вдоль задних поверхностей набора плиток нанесен саморастекающийся огнеупорный бетон.

17. Огнеупорная футеровка по п.14, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, несколько плиток установлено в шахматном порядке по вертикали и/или по горизонтали.

18. Огнеупорная футеровка по п.14, отличающаяся тем, что первая плитка футеровки отстоит от по меньшей мере одной второй плитки, расположенной справа или слева от нее, на расстояние e₁, равное А-(α₁+α₂), и/или отстоит от, по меньшей мере, одной третьей плитки, расположенной над или под ней, на расстояние e_h, равное A'-(α₁'+α₂'), где А и А' обозначают интервал между двумя любыми соседними местами крепления соответственно на горизонтальной линии выравнивания и на вертикальной линии выравнивания указанной первой плитки, α₁' и α₂' обозначают расстояние, отделяющее первое и последнее места крепления на указанной линии выравнивания от соответственно верхнего и нижнего краев указанной первой плитки, а α₁ и α₂ обозначают расстояние, отделяющее первое и последнее места крепления на указанной горизонтальной линии выравнивания от правого и левого краев указанной первой плитки соответственно, и что вдоль задних поверхностей набора плиток нанесен саморастекающийся огнеупорный бетон.

19. Огнеупорная футеровка по п.14, отличающаяся тем, что вдоль задних поверхностей набора плиток нанесен саморастекающийся огнеупорный бетон и что, по меньшей мере, несколько плиток установлено в шахматном порядке по вертикали и/или по горизонтали.

20. Огнеупорная футеровка по п.14, отличающаяся тем, что первая плитка футеровки отстоит от по меньшей мере одной второй плитки, расположенной справа или слева от нее, на расстояние e₁, равное А-(α₁+α₂), и/или отстоит от, по меньшей мере, одной третьей плитки, расположенной над или под ней, на расстояние e_h равное A'-(α₁'+α₂'), где А и А' обозначают интервал между двумя любыми соседними местами крепления соответственно на горизонтальной линии выравнивания и на вертикальной линии выравнивания указанной первой плитки, α₁' и α₂' обозначают расстояние, отделяющее первое и последнее места крепления на указанной линии выравнивания от соответственно верхнего и нижнего краев указанной первой плитки, а α₁ и α₂ обозначают расстояние, отделяющее первое и последнее места крепления на указанной горизонтальной линии выравнивания от правого и левого краев указанной первой плитки соответственно, что вдоль задних поверхностей набора плиток нанесен саморастекающийся огнеупорный бетон и что, по меньшей мере, несколько плиток установлено в шахматном порядке по вертикали и/или по горизонтали.