6.3. Водогрейные котлы

Водогрейные котлы, назначением которых яв­ляется получение горячей воды заданных параметров, применяют для теплоснабжения систем отопления и вентиляции, бытовых и технологических потребителей. Водогрейные котлы, работающие обычно по прямоточному принципу с постоянным расходом воды, устанавливают не только на ТЭЦ, но и в районных отопительных, а также отопительно-производственных котельных в качестве ос­новного источника теплоснабжения.

Промышленность выпускает широкий ассортимент унифици­рованных по конструкции водогрейных котлов. Их характеризуют по теплопроизводительности, температуре и давлению воды, а так­же по роду металла, из которого они изготовлены. Чугунные котлы выпускаются теплопроизводительностью до 1... 1,5 Гкал/ч, давле­нием 0,7 МПа, с температурой горячей воды до 115°С. Стальные котлы изготовляются в соответствии со шкалой теплопроизводи­тельности на 4; 6,5; 10; 20; 30; 50; 100; 180 Гкал/ч (4,5; 7,5; 11,6; 23,2; 35; 58; 116 и 210 МВт).

Водогрейные котлы до 30 Гкал/ч обычно обеспечивают работу только в основном режиме с подогревом воды до 150 ºС при давле­нии воды на входе в котел 1,6 МПа. Для котлов мощностью выше 30 Гкал/ч предусматривается возможность работы как в основном, так и в пиковых режимах с подогревом воды до 200 °С при макси­мальном давлении ее на входе в котел 2,5 МПа.

Водогрейные котлы типа ТВГ. Теплофикационные водогрейные котлы (ТВГ) выпускаются теплопроизводительностью 4 и 8 Гкал/ч. Это секционные сварные котлы и предназначены для работы на газе с нагревом воды не более 150 °С. На рис. 6.8. приведен котел ТВГ-8. Радиационная поверхность топки 12 и конвективная поверхность 11 нагрева состоят из отдельных секций, выполненных и труб Ø 51 × 2,5 мм. Трубы в секциях конвективной поверхности расположены горизонтально, а в секциях радиационной поверхности — вертикально. Радиационная поверхность состоит из фрон­тально-потолочного экрана и пяти секций экранов, три из кото­рых двойного облучения (двухсветные экраны 14).

Котел оборудован подовыми горелками 15, которые размеще­ны между секциями радиационной поверхности. Воздух от венти­лятора поступает в воздушный канал 13, из которого подается в подподовые каналы 16, соединенные с горелками. Продукты сго­рания топлива движутся вдоль труб радиационной поверхности, проходят через окно в задней части топки и поступают в опускную шахту, омывая конвективную поверхность поперечным потоком.

Вода для подогрева поступает в два нижних коллектора 1 кон­вективной поверхности, пройдя последнюю, она собирается в верх­них коллекторах 2 конвективной поверхности и далее по несколь­ким потолочно-фронтальным трубам 3 направляется в нижний коллектор 4 потолочного экрана, откуда по потолочно-фронталь­ным трубам 5 поступает в верхний коллектор 6 этого экрана. После этого вода последовательно проходит экраны: левый боковой 7, три двухсветных 8 и правый боковой 9. Нагретая вода через кол­лектор правого бокового экрана выходит в теплосеть 10. КПД этого типа котлов составляет 91,5 %.

Водогрейные котлы типа ПТВМ. Котлы данного типа выпу­скаются средней и большой теплопроизводительности (30, 50 и 100 Гкал/ч), работают на газообразном и жидком топливах. Конструкция котлов типа ПТВМ бывает с П-образной компоновкой и башенной. Давление воды на входе в котел 2,5 МПа (25 кгс/см²). Температура воды на входе в котёл в основном режиме 70 °С, в пиковом режиме — 104 ºС. На выходе температура воды 150 °С.

Водогрейный котел ПТВМ-30 (КВГМ-30-150М). Пиковый теп­лофикационный водогрейный газомазутный котел (рис.6.9.) теплопроизводительностью 30 Гкал/ч имеет П-образную компоновку и состоит из топочной камеры 5, конвективной шахты 2 и соеди­няющей их поворотной камеры 6.

Все стены топочной камеры котла, а также задняя стенка и потолок конвективной шахты экранированы трубами Ø 60 × 3 мм с шагом S = 64 мм. Боковые стены конвективной шахты закрыты трубами Ø 84 × 4 мм с шагом 128 мм.

Конвективная поверхность нагрева 3 котла, выполненная из труб Ø 28 × 3 мм, состоит из двух пакетов. Змеевики конвективной час­ти собраны в ленты по шесть-семь штук, которые присоединены к вертикальным стойкам.

Котел оборудован шестью газомазутными горелками 4, установ­ленными по три встречно на каждой боковой стенке топки. Диапа­зон регулирования нагрузки котлов — 30...100 % номинальной про­изводительности. Для очистки внеш­них поверхностей нагрева предусмотрено дробеочистительное уст­ройство 1. Дробь поднимается в верхний бункер с помощью пневмо­транспорта от специальной воздуходувки. Тяга в котле обеспечива­ется дымососом, а подача воздуха — двумя вентиляторами.

Трубная система котла опирается на рамку каркаса. Облегчен­ная обмуровка котла общей толщиной 110 мм крепится непосред­ственно к экранным трубам. КПД котла 91 % при работе на газе и 88 % при работе на мазуте. Циркуляционная схема котла приведе­на на рис. 6.10.

Рис. 6.9. Водогрейный котел ПТВМ-30 (КВГМ-30-150М):

1 — дробеочистительное устройство; 2 — конвективная шахта; 3 — конвективная поверхность нагрева; 4 — газомазутная горелка; 5 — топочная камера; 6 — пово­ротная камера

Водогрейные котлы ПТВМ-50 и -100. Котлы ПТВМ-50 и -100 (рис. 6.11) имеют башенную компоновку и выполнены в виде прямоугольной шахты, в нижней части которой находится полно­стью экранированная топочная камера 3. Экранная поверхность изготовлена из труб Ø 60 × 3 мм и состоит из двух боковых, фронтального и заднего экранов. Сверху (над топочной камерой) раз­мещаются конвективные поверхности нагрева 2, выполненные в виде змеевиковых пакетов из труб Ø 28 × 3 мм. Трубы змеевиков приварены к вертикальным коллекторам.

Топка котла ПТВМ-50 оборудована двенадцатью газомазутными горелками 4 с индивидуальными дутьевыми вентиляторами 5. Го­релки расположены на боковых стенках (по шесть штук на каждой стороне) в два яруса по высоте. Котел ПТВМ-100 имеет шестнад­цать газомазутных горелок с ин­дивидуальными вентиляторами.

Н

Рис. 6.11. Водогрейные котлы

ПТВМ-50 и -100:

1 — дымовая труба; 2 — конвективные поверхности нагрева; 3 — топочная камера; 4 — газомазутная горелка; 5 — вентилятор

ад каждым котлом установ­лена дымовая труба 1, обеспечи­вающая естественную тягу. Труба опирается на каркас. Котлы уста­навливаются полуоткрыто, по­этому в помещении размещается лишь нижняя его часть (горелки, арматура, вентиляторы и т.д.), а все остальные элементы котла расположены на открытом воз­духе.

Вода в котле циркулирует с помощью насосов. Расход воды зависит от режима работы кот­ла: в зимний период применяет­ся четырехходовая схема цирку­ляции воды и режим работы при­нят как основной (рис. 6.12, а), а в летний период — двухходо­вая и режим работы — пиковый ( рис. 6.12, б).

При четырехходовой схеме циркуляции вода из теплосети подводится в один нижний кол­лектор и последовательно прохо­дит через все элементы поверх­ности нагрева котла, совершая подъемно-опускное движение, после чего также через нижний коллектор отводится в тепловую сеть. При двухходовой схеме вода поступает одновременно в два нижних коллектора и, перемещаясь по поверхности нагрева (как показано стрелками на рис. 6.12, б), нагревается и затем направ­ляется в тепловую сеть.

При двухходовой схеме циркуляции через котел пропускается почти в два раза больше воды. Это объясняется тем, что при этом режиме работы котла нагревается большее количество воды (чем в зимний период) и она поступает в котел с более высокой темпе­ратурой (110 вместо 70 °С).

Водогрейные котлы серии КВ-ГМ. Стальные прямоточные кот­лы КВ-ГМ конструктивно подразделяют на четыре унифицированных серии в зависимости от телопроизводительности: 4 и 6,5; 10, 20 и 30; 50 и 100; 180 Гкал/ч. Котлы не имеют несущего каркаса. Обмуровка у них облегченная трехслойная (шамотобетон, минераловатные плиты и магнезиальная обмазка) крепится к трубам топки и конвективной части. Котлы КВ-ГМ-4 и -6,5 имеют единый про­филь, как и котлы теплопроизводительностью 10, 20 и 30 Гкал/ч, и различаются глубиной топочной камеры и конвективной части.

Котлы КВ-ГМ-50 и -100 по конструкции сходны с ними и от­личаются только размерами.

Водогрейные котлы КВ-ГМ-5 и -6,5. На рис.6.13 приведены водогрейные котлы КВ-ГМ-4 и -6,5, которые имеют топочную камеру 6 и конвективную часть 5 поверхности котла. Топка полно­стью экранирована трубами Ø 60 × 30 мм. Боковые экраны, свод и под топочной камеры образованы одинаковыми Г-образными тру­бами. На фронтальной стене котла установлены газомазутная рота­ционная горелка 1 и взрывной предохранительный клапан 2. Неэкранированные поверхности фронта закрыты огнеупорной клад­кой, примыкающей к воздушному коробу горелки.

На левой боковой стенке котла имеется лаз 4 в топочную каме­ру. Часть труб заднего экрана своим верхом выдвинуты в топку и сварены между собой при помощи вставок для устранения попадания в топку дроби при работе установки 3 дробеочистки, исполь­зуемой для очистки конвективных поверхностей от загрязнения.

Все трубы экранов выведены в верхние и нижние коллекторы. Ø 159 × 7 мм, внутри которых имеются глухие перегородки, направ­ляющие воду. Топка отделена от конвективной части перегород­кой из огнеупорной кирпичной кладки. Продукты сгорания посту­пают в верхнюю часть топки, откуда через фестон — в конвективную часть, проходят ее сверху вниз и через боковой отвод уходят из котельного агрегата.

Конвективная поверхность 5 котла состоит из четырех пакетов, каждый из которых набирается из U-образных ширм, выполненные из труб Ø 28 × 3 мм. Ширмы расположены параллельно фронтальной стене котла, образуя шахматный пучок труб. Боковые стены конвективной части экранированы трубами Ø 83 × 3,5 мм, имеющими плавники, и являются коллекторами (стояками) для труб; конвективных пакетов. Потолок конвективной части также экрани­рован трубами Ø 83 × 3,5 мм. Задняя стена не экранирована и имеет лазы 4 вверху и внизу. Вес котла передается на нижние коллекто­ры, имеющие опоры.

КПД котла КВ-ГМ-4 90,5 % при работе на газе и 86,4 % при работе на мазуте. КПД котла КВ-ГМ-6,5 91,1 % при работе на газе и 87 % при работе на мазуте.

Водогрейные котлы КВ-ГМ-10, -20 и -30. Топочная камера 3 котлов КВ-ГМ-10, -20 и -30 (рис. 6.14) экранирована трубами Ø 60 × 3 мм и имеет фронтальный, два боковых и промежуточный 4 экраны, которые полностью (за исключением части фронтальной стены, где установлены взрывной клапан 2 и газомазутная горел­ка с ротационной форсункой) покрывают стены и под топки. Экранные трубы привариваются к коллекторам, имеющим размер Ø 219 × 10 мм. Промежуточный экран выполнен из расположенных в два ряда труб и образует камеру догорания 5.

Конвективная поверхность нагрева 8 включает в себя четыре конвективных пучка и расположена в вертикальной шахте с полно­стью экранированными стенками. Конвективные пучки набраны из U-образных ширм, расположенных в шахматном порядке, выпол­ненных из труб Ø 28 × 3

мм. Задняя и передняя стены шахты экра­нированы вертикальными трубами Ø 60 × 3 мм, боковые стены — трубами Ø 85 × 3 мм, которые служат стояками для ширм конвек­тивных пакетов.

Передняя стена шахты, являющаяся одновременно задней сте­ной топки, выполнена цельносварной. В нижней части стены тру­бы разведены в

четырехрядный фестон 6. Трубы, образующие пе­реднюю, боковую и заднюю стены конвективной шахты, вварены в камеры Ø 219 × 10 мм.

Продукты горения из топки проходят в камеру догорания 5, откуда через фестон — в конвективную шахту и из нее через от­верстие в верхней части покидают котел. Для очистки конвектив­ных поверхностей предусмотрена установка 7 дробеочистки.

Водогрейные котлы КВ-ГМ-50 и -100. Газомазутные водогрей­ные котлы КВ-ГМ-50 и -100 (рис. 6.15) выполнены по П-образной схеме и могут быть использованы как в основном режиме (70... 150°С), так и в пиковом (100... 150°С). Котлы могут быть ис­пользованы также для подогрева воды до 200 °С.

Котлы состоят из топочной камеры 2 и конвективной шахты. Топочная камера котлов и задняя стена конвективной шахты за­крыты экранами из труб Ø 60 × 3 мм. Конвективная поверхность 5 нагрева котлов состоит из трех пакетов, набираемых из U-образ­ных ширм, выполненных из труб Ø 28 × 3 мм.

Фронтальный экран снабжен коллекторами: верхним, нижним и двумя промежуточными, между которыми находятся кольца для формирования амбразур газомазутных горелок 1 с ротационными форсунками. Боковые стены конвективной шахты закрыты труба­ми Ø 83 × 3,5 мм, служащими стояками для ширм.

Продукты горения выходят из топки через проход 3 между зад­ним экраном и потолком топочной камеры и движутся сверху вниз через конвективную шахту. Котел оборудован взрывными предохра­нительными клапанами, установленными на потолке топки. Для удаления воздуха из трубной системы при заполнении котла водой на верхних коллекторах установлены воздушники. Очистка поверх­ностей нагрева осуществляется с помощью дробеочистительной установки 4.

Нижние коллекторы фронтального и заднего экранов конвек­тивной шахты опираются на портал 6 котла. Опора, расположен­ная в середине нижнего коллектора задней стенки топки, являет­ся неподвижной. Вес боковых экранов топки передается на портал через фронтальный и задний экраны.

КПД котла КВ-ГМ-100 составляет 92,5 % при работе на газе и 91,3 % при работе на мазуте.

Водогрейный котел КВ-ГМ-180. Газомазутный котел КВ-ГМ-180 (рис.6.16) выполнен по Т-образной сомкнутой схеме с двумя конвективными шахтами, в которых размещают по три конвек­тивных пакета.

Котел по проекту должен выполняться для работы под надду­вом с мембранными экранными панелями. Для котла в негазоплотном исполнении в топочной камере 1 все стены топки закры­ты панелями из труб Ø 60 × 3 мм. Такими же экранными панелями закрыты стены конвективных шахт и потолок котла. Конвективные пакеты набираются из U-образных ширм, выполненных из труб Ø 28 × 3 мм, которые вваривают в стояки Ø 83 × 3,5 мм. На боковых стенках топки под конвективными шахтами установлены по три-четыре газомазутных горелки 8, имеющих встречное рас­положение факелов. Для более глубокого регулирования теплопроизводительности котла без отключения отдельных горелок послед­ние снабжаются паромеханическими форсунками с широким диа­пазоном регулирования.

Продукты горения проходят топку, два поворотных газохода 3 и далее направляются в конвективные шахты. Топка отделена от конвективных шахт с помощью разделительных экранов 4. Для очи­стки поверхностей нагрева конвективных шахт котлы оборудова­ны установками 2 дробеочистки.