6.1 Компоновка и конструкция водогрейных котлов

Краткие характеристики

Устройство водогрейных котлов КВ регламентируется ГОСТ 30735-2001 "Котлы отопительные водогрейные теплопроизводительностью от 0,1 до 4,0 МВт" и распространяется на котлы с рабочим давлением воды до 0,6 МПа (6 кгс/см2) и максимальной температурой воды на выходе из котла до 115 °С, предназначенные для теплоснабжения зданий и сооружений.

Компоновка КВ

Водогрейные котлы мощностью до 4,0 МВТ выполняются стальными гладкотрубными горизонтальной компоновки. Котел представляет собой цельный блок состоящий из двух частей топочной и конвективной. Топочная часть - состоит из стальных панелей: боковых, потолочной, фронтовой и задней. В топочной части котла на топке происходит процесс горения топлива, излучаемое тепло, с помощью конвективного и радиационного теплообмена передается панелям и нагревает теплоноситель (воду). Для повышения теплопередающей способности топочных панелей они выполняются газоплотными (между труб вваривается стальная полоса). В топочной части котла температура горячих газов в зависимости от вида топлива достигает 1000 - 1200 С. На выходе из топки температура уменьшается до 800 С.

Устройства КВ

После топочной части котла горячие газы поступают в конвективный блок состоящий из конвективных секций. Конвективные секции - это панели из стояков и вваренных в них труб. В конвективном блоке температура горячих газов снижается до 180 -200 С. Для усиления теплопередачи в конвективном блоке котла трубы располагаются в шахматном порядке, и устанавливается перегородка. Газы совершают опускное и подъемное движение и выходят сверху котельного блока.

Устройство изоляции водогрейных котлов должно обеспечивать отсутствие присосов наружного воздуха в котельный блок и температуру обшивки котла не более 50С. Для этого выполняют изоляцию трубной системы минеральными плитами ПТЭ и устанавливают декоративную обшивку из стальных листов, устанавливаемую на каркас.

Очистка конвективных панелей котла от сажи и золовых отложений осуществляется через люки в изоляционной обшивке котла. При правильной эксплуатации котельной установки, грамотной настройке тяги и дутья, следовании рекомендациям завода изготовителя, золовые и сажистые отложения на панелях котла не образуются.

Гидравлическая система КВ

Гидравлическая схема водогрейного котла должна обеспечивать нагрев теплоносителя (воды) на 25 С. Расчетный диапазон температуры воды в котле 115-90 С, либо 95-70 С.

Кроме того, гидравлическая схема должна обеспечивать скорости движения воды минимилизирующие накипеобразование и исключающие образование застойных зон. Для этого в коллекторах котла устанавливаются перегородки, направляющие движение воды в котле, и обеспечивающие необходимую скорость. В различных моделях водогрейных котлов КВ вход и выход воды возможен в коллекторе топочной камеры, верхние или нижние коллектора конвективных панелей, при этом расположение входа-выхода не влияет на температурный напор и легко меняется в зависимости от техзадания заказчика, в соответствии с схемой его котельной.

Для удаления образующегося в процессе эксплуатации в трубной части котла шлама в нижних коллекторах предусмотрены дренажи. Для удаления воздуха в верхних коллекторах устанавливаются воздушники.

Для обеспечения безопасных условий эксплуатации и расчетных режимов работы водогрейные котлы оснащаются предохранительной и запорно-регулирующей арматурой, контрольно-измерительными приборами и приборами безопасности. Запорная арматура служит для отвода воды из котла в тепловую сеть, подвода обратной воды в водогрейный котел, слива воды из котла, для периодической продувки и удаления шлама. Контрольно-измерительные приборы, термометры и манометры обеспечивают измерение давления и температуры на входе и выходе воды из водогрейных котлов.

КОНСТРУКЦИЯ ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛОВ

топочный блок;

конвективный блок;

газоотводящий короб;

щиты с тепловой изоляцией;

металлический каркас (основание котла);

трубы перепускные, колосниковые (в пределах котла);

запорная и предохранительная арматура.

Топочный и конвективный блок

1 - фронтовой экран; 2 - правый боковой экран; 3 - левый боковой экран; 4 - разделительная перегородка между конвективным и топочным блоками; 5 - входной коллектор; 6 - разделительная перегородка боковых экранов; 7,8,9 - тарированные отверстия, соединяющие емкости между собой; 10 - конвективный блок; 11 - патрубок выхода воды; 12 - патрубок входа воды; 13 - правый экран конвективного блока; 14 - перемычка

ТОПОЧНЫЙ БЛОК

Топочный блок состоит из пяти металлических экранов. Экраны топочного блока изготовлены из листовой стали толщиной 6 мм марки СТ 3 СП. Прочность всей конструкции достигается за счет укрепления стенок экранов с помощью сварки стержнями диаметром 16 мм из стали 3 СП. Топка организована с использвоанием колосников.

В состав топочного блока также входят шесть емкостей прямоугольного сечения. Ширина каждой емкости равняется 70 мм, а длину и высоту устанавливают расчетным путем в зависимости от мощности котла. Емкости топочного блока подразделяются на емкость фронтального экрана, емкость промежуточного экрана, а также емкости левого бокового и правого бокового экранов.

Все емкости соединяются между собой посредством калиброванных отверстий. Каждая из этих емкостей заполняется водой, которая может свободно перемещаться из одной емкости в другую. Течение жидкости – ламинарное, т.е., слоистое. Слои между собой не перемешиваются, что дает возможность снизить до минимума выделение кислорода в воде и не допустить срыва пограничного слоя. Благодаря этому удается избежать перегрева локальных участков на поверхности нагрева, а также исключить возможность формирования твердых отложений на стенках экранов, что в несколько раз увеличивает срок службы установки и повышает коэффициент теплоотдачи.

Конвективный блок

1 - экраны конвективного блока; 2 - промежуточный экран; 3 - перепускные трубы; 4 - ребра жесткости; 5, 6 - камеры догорания; 7 - газоход; 8 - шибер; 9 – водонагреватель; 10 - тарированное отверстие; 11 - патрубок выхода воды; 12 - патрубок входа воды

КОНВЕКТИВНЫЙ БЛОК

Топочный блок состоит из пяти металлических экранов. Экраны топочного блока изготовлены из листовой стали толщиной 6 мм марки СТ 3 СП. Прочность всей конструкции достигается за счет укрепления стенок экранов с помощью сварки стержнями диаметром 16 мм из стали 3 СП. Топка организована с использвоанием колосников.

В состав топочного блока также входят шесть емкостей прямоугольного сечения. Ширина каждой емкости равняется 70 мм, а длину и высоту устанавливают расчетным путем в зависимости от мощности котла. Емкости топочного блока подразделяются на емкость фронтального экрана, емкость промежуточного экрана, а также емкости левого бокового и правого бокового экранов.

Все емкости соединяются между собой посредством калиброванных отверстий. Каждая из этих емкостей заполняется водой, которая может свободно перемещаться из одной емкости в другую. Течение жидкости – ламинарное, т.е., слоистое. Слои между собой не перемешиваются, что дает возможность снизить до минимума выделение кислорода в воде и не допустить срыва пограничного слоя. Благодаря этому удается избежать перегрева локальных участков на поверхности нагрева, а также исключить возможность формирования твердых отложений на стенках экранов, что в несколько раз увеличивает срок службы установки и повышает коэффициент теплоотдачи.

СФЕРИЧЕСКИЕ СТЕНКИ ЕМКОСТЕЙ КОТЛА

Стенки емкостей котла выполнены из стали и имеют сферическую форму поэтому, когда емкость наполняют водой, они образуют множество вогнутых зеркал. При сгорании топлива определенная часть лучистого тепла поглощается поверхностями нагрева, а остальное тепло отражается обратно в топку, где фокусируется в различных точках. В этих, так называемых, точках фокуса температура может достигать 1700°С и выше.

Исследовательская работа академика Н.Н. Семенова доказывает, что при таких высоких температурах летучие вещества СО, Н2 и углеводороды горят с образованием разветвленных цепей реакций. Цепная реакция в этом случае протекает с огромной скоростью, которая превышает в сотни тысяч раз скорость течения обычных химических реакций. Благодаря промежуточному состоянию СО, ОН, катализаторам СО2, Н2О, SO2, и образующимся свободным атомам Н и О, происходит формирование активных центров, способствующих развитию цепного механизма химических реакций.

Промежуточный экран

1 - наружная стенка котла; 2 - внутренняя стенка котла; 3 - стержень; 4 - перепускная труба; 5 - облицовка котла; 6 - утеплитель; 7 - вода; 8 - фокус отраженных лучей; 9 - отраженные лучи; 10 - инфракрасные лучи

Металлический каркас с колосниковым устройством

1 - промежуточный экран; 2 - обшивка задней части топки; 3 - труба D=133 мм; 4 - топочный люк для работы на угле; 5 - топочный люк для работы на дровах; 6 - кирпич огнеупорный; 7 - каркас из м/к; 8 - узел крепления котла и каркаса; 9 - колосник; 10 - отверстие для подачи воздуха в котел; 11 - окно для чистки топки котла; 12 - обшивка конвективного блока; 13 - газо-мазутная горелка.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КАРКАС С КОЛОСНИКОВЫМ УСТРОЙСТВОМ

Котел устанавливается на металлический каркас с колосниковым устройством, который представляет собой цельносварную конструкцию. К числу достоинств конструкции такого типа можно отнести:

1. Сокращение времени монтажа установки, а также уменьшение общей стоимости котла

2. Вода, поступающая изнутри, охлаждает трубы, на которых производится сжигание топлива (дров)

3. Со всех сторон конструкция установки обшита металлическими листами, в которых сделаны специальные окна, обеспечивающие в топку равномерный доступ воздуха и позволяющие ее чистить от золы прямо изнутри. Между трубами имеется свободное пространство в 50мм шириной, благодаря которому воздух распространяется равномерно по всему пространству топки, а зола, шлак и другие продукты сгорания могут беспрепятственно проваливаться на пол топки.

ДРЕНАЖНЫЕ И ВОЗДУШНЫЕ ТРУБЫ

В состав конструкции котла входят дренажные трубы, которые необходимы для слива воды из трубной системы установки при ее ремонте, консервации и длительном простое, к тому же через них уходит воздух при заполнении системы сетевой водой в процессе запуска котла. Существует три нижних точки вертикальных коллекторов, к которым приварены штуцеры, необходимые для отвода воды и дренажные трубы размером 28х4 мм. Для изготовления труб использована сталь марки СТ 3. На концах труб, выведенных наружу с правой стороны сквозь обшивку каркаса, имеется цилиндрическая трубная резьба. Концы труб при монтаже соединяются с шаровыми кранами Ду20.

ЦИРКУЛЯЦИЯ СЕТЕВОЙ ВОДЫ

Отверстие для входа сетевой воды находится в конвективном блоке, а отверстие для выхода воды находится с фронтального экрана топочного блока. Газ движется в противоположном направлении, что позволяет получить наибольший теплоперепад относительно воды и уходящего газа и тем самым в несколько раз уменьшить металлоемкость котла.

Заключение

В ходе курсового проекта был выполнен тепловой расчет котла ДКВР 20-13, использующего в качестве топлива природный газ газопровода Мострансгаз (кольцо).

После расчета топки и других элементов можно определять степень заводской готовности котла, а также поведение котла при его эксплуатации.

Список использованных источников

1. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Котельные установки» ГОУ СПО «Ивановского энергетического колледжа», г. Иваново 2002.

2. Паровые и водогрейные котлы. Справочное пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПБ: Изд-во «Деан», 2000.

3. Соколов Б.А. Котельные установки и их эксплуатация. Москва, 2007.

4. http://zoloudalenie.ru/shlakozoloudalenie.html