16.3 Паровые и водогрейные котлы

Паровые

Исторически развитие паровых котлов шло в направление повышения паропроизводительности, параметров производимого пара, надежности и безопасности в эксплуатации, увеличения КПД и снижения массы металлоконструкций, приходящейся на 1 т. вырабатываемого пара.

Исходным типом современных котлов был простой цилиндрический котел, выполненный в виде горизонтального барабана с топкой под ним. Стенки барабана были одновременно и поверхностью нагрева. В дальнейшем увеличение поверхности нагрева шло по двум направлениям. В одном случае непосредственно в водяном пространстве барабана размещались большие и малые трубы; при этом большие одновременно являлись топкой, а по малым пропускались продукты сгорания. В другом случае к барабану прикреплялись дополнительные наружные трубные поверхности нагрева - кипятильные пучки, заполненные водой и обогреваемые топочными газами.

Паровые котлы, применяемые в сельскохозяйственном производстве, подразделяют на котлы с избыточным давлением пара до -70 кПа (до 0,7 ати) и котлы с избыточным давлением пара выше -70 кПа (более 0,7 ати).

Котлы малой производительности с избыточным давлением пара до 70 кПа. К паровым котлам малой производительности с избыточным давлением пара до 70 кПа, применяемым в сельскохозяйственном производстве для выработки пара, используемого на технологические, хозяйственные и бытовые нужды, относятся отечественные котлы марок КТ-Ф-300, КТ-500, КТ-1000, КВ-300у, КЖ-Ф-500, КВ-300Л, Д-900, КУ-Ф-600, КГ-300, Д-721Г-Ф, КГ-1500.

Срок эксплуатации котлов малой производительности составляет 5 лет, котла-утилизатора КУ-Ф-600 — 7 лет. Паровой котел Д-900 горизонтальный, трехходовый по газу, жаротрубнодымогарного типа. Внутри барабана 8, размещены жаровая труба 3, газоходы первой 5 и второй 6 ступеней, дымовые камеры 4, 9 и 77. Вода насосом подается вначале в противонакипное магнитное устройство, а затем — в водяной экономайзер.

Образующиеся при сжигании топлива дымовые газы проходят предварительно жаровую трубу, дымовую камеру, дымовую камеру второго газохода, дымоход, пароперегреватель и водяной экономайзер. При этом теплота дымовых газов передается через поверхности нагрева воде и пару. Генерируемый в барабане котла пар проходит через сухопарник, освобождается в нем от водяных брызг и по паропроводу поступает в пароперегреватель, где в результате восприятия теплоты дымовых газов превращается из насыщенного пара в перегретый. Топливо к форсунке горелки подается шестеренным топливным насосом и распыляется механическим способом: при истечении топлива через узкое отверстие форсунки.

Котлы малой и средней производительности с давлением пара более 70кПа. Характерными представителями паровых котлов данной группы паропроизводительностью от 2,5 до 25 т/ч являются котлы следующих трех типов: котлы типа Е (КЕ) паропроизводительностью 2,5...25 т/ч со слоевыми топочными устройствами; газо-мазутные котлы типа Е (ДЕ) паропроизводительностью 1...25 т/ч; котлы типа ДКВр паропроизводительностью 2,5...20 т/ч с газо-мазутными топками. Котлы типа ДКВр (двухбарабанные, вертикально-водотрубные, реконструированные) производят насыщенный или перегретый пар номинальным давлением 1,3...3,9 МПа и с номинальной температурой до 442 °С. Котел ДКВр-14ГМ имеет паропроизводительность 4 т/ч и избыточное давление пара 34 МПа (14ати), укомплектован газо-мазутной горелкой. Верхний и нижний барабаны котла расположены вдоль его продольной оси. Оба барабана соединены между собой вертикальными трубами и, по которым происходит естественная циркуляция воды и пара.

В передней части котла размещена топка; выходящие из нее топочные газы движутся горизонтально, отдавая теплоту трубам экранного 3 и конвективного 6 пучков. Чтобы увеличить продолжительность пребывания газов и предотвратить воздействие открытого пламени на трубы конвективного пучка 6, в топочной камере и газоходах котла установлены вертикальные несквозные перегородки 7 так, что газ движется зигзагообразно между ними.

В передней части котла вдоль стен топочной камеры установлены трубы экрана, а в задней трубы котельного пучка, заполняющие все пространство котла, от перегородки до задней стенки котла. У боковых стен котла в их нижней части расположены коллекторы (по одному у каждой стены). Трубы экрана своими верхними концами соединены с верхним барабаном а нижними — с коллектором. Питательная вода из системы водоподготовки поступает в верхний барабан. Котлы типа Е (КЕ), имеют сходную с котлами ДКВр конструкцию. Они также имеют верхний и нижний барабаны, два боковых экрана в топке и конвективный пучок, выполненные из труб диаметром 51x2,5 мм. Топочная камера образована боковыми экранами, фронтовой и задней стенками. Трубы конвективного пучка развальцованы в верхнем и нижнем барабанах. Установкой одной шамотной перегородки, отделяющей камеру догорания от пучка и одной чугунной перегородки, образующей два газохода, в пучке создается горизонтальный разворот газов при поперечном омывании труб. Экраны и крайние боковые ряды труб конвективного пучка объединены общими коллекторами по всей длине котла. Эти котлы работают на твердом топливе и при паропроизводительности 4; 6,5 и 10 т/ч имеют слоевую механическую топку для сжигания каменных и бурых углей с пневмомеханическим забрасывателем и решеткой обратного хода.

Паровые котлы жаротрубного типа (подобно котлу Д-900) выпускаются не только с давлением пара до 70 кПа, но и с большим давлением. К их числу относятся, в частности, следующие котлы зарубежного производства, реализуемые на отечественном рынке: двухходовые жаротрубные котлы «Гариони Навал» (Garioni Naval)

паропроизводительностью 300...5000 кг/ч и давлением 1,2 МПа; трехходовые котлы этой же фирмы производительностью 1... 1,2 и давлением 1,2 МПа;

четырехходовые жаротрубные котлы модели СВ фирмы «Кливер Брукс» (Cleaver Brooks) низкого — 0,1 МПа и высокого 1...2,4 МПа давления, производительностью 0,7...12 т/ч. Из числа зарубежных котлов двухбарабанного типа (подобно котлам ДКВр, Е (КЕ), Е (ДЕ)), поставляемых на отечественный рынок, можно назвать котлы вышеупомянутой фирмы «Кливер Брукс» модели FLX. Конструкционные особенности этих котлов следующие: котел имеет два горизонтальных барабана — верхний и нижний, соединенных системой выгнутых труб; (большая опускная труба расположена вне зоны горения; оребрение на трубах отсутствует; использована пятиходовая система движения дымовых газов; соединение труб конусное разборное; горелка расположена на передней двери и имеет принудительный наддув; Боковые стенки котла съемные. Потребляемое топливо — газ или соляровое масло. Паровые котлы модели FLX имеют тепловую мощность 350...2100 кВт, рабочее избыточное давление пара 0,081 МПа, КПД котла 90...92%.

Водогрейные

Водогрейные котлы применяют для нагрева воды, используемой в системах отопления, а также на производственные и бытовые нужды. Температура питательной воды в водогрейных котлах разной конструкции колеблется в пределах от 70 до 104 °С, а подогретой — от 95 до 170 °С.

Водогрейные котлы изготовляют в чугунном и стальном исполнении. Преимущество последних по сравнению с первыми состоит в том, что они более надежны в работе при перегревах, а недостаток заключается в подверженности коррозии.

Кроме того, различают водогрейные котлы, используемые в системах централизованного водоснабжения, и водогрейные котлы, применяемые как автономные источники питания. Представителями котлов первой группы являются стальные водогрейные котлы типов КВ-ТС, КВ-ГМ тепловой мощностью 2... 116,3 МВт. Котлы типа КВ-ГМ (котел водогрейный газо-мазутный) выпускают тепловой мощностью 4,6; 7,6; 11,6; 23,3; 34,9 МВт. Эти котлы имеют топочную камеру с горизонтальным потоком газов и поверхности нагрева с прямоточным и противоточным принудительным движением воды. При работе котлов на мазуте использована прямоточная схема, т. е. вода вначале подается в радиационные поверхности топочных экранов, а затем в конвективные поверхности нагрева. При работе котлов на газе используют противоточную схему, т. е. вода вначале подается в конвективные поверхности нагрева, а затем в радиационные поверхности топочных экранов.

Котлы КВ-ГМ-4 и КВ-ГМ-6,5 поставляются заводом-изготовителем единым транспортабельным блоком (без обмуровки). Они имеют одинаковую высоту 3,84 м (от пола до верхнего коллектора) и одинаковую ширину 2,04 м (между осями труб боковых экранов) и отличаются один от другого только глубиной топочной камеры и конвективной шахты.

Водогрейный котел КВ-ГМ-4-150 предназначен для покрытия основных нагрузок в системах централизованного теплоснабжения. Он представляет собой агрегат, подогревающий воду тепловых сетей от 70 до 150 С с постоянным расходом воды через котел. Котел оборудован одной ротационной газо-мазутной горелкой типа РГМГ, устанавливаемой на улиточном воздушном коробе. Топочная камера котла, как и конвективная шахта, полностью экранирована мембранными панелями, сваренными из труб диаметром 51x4 мм с шагом 80 мм и проставок шириной 30 мм и толщиной 4 мм. Мембранные панели обеспечивают газоплотность котла. Трубы заднего экрана топки в верхней части разведены в фестон с шагом 160 мм.

Конвективная поверхность нагрева котла состоит из двух пакетов. Каждый пакет набирается из П-образных ширм, выполненных из труб диаметром 28x3 мм. Ширмы пакетов установлены параллельно фронту котла и расположены таким образом, что их трубы образуют шахматный пучок. Число параллельных труб в каждой ширме.

Трубы экрана покрывают все шесть поверхностей топки: ее фронтальную и заднюю части, боковые поверхности, пол и потолок; своими концами они (так же, как и трубы потолочного и заднего экранов конвективной шахты) вварены в коллекторы. Для удаления наружных отложений с труб конвективной поверхности нагрева котел оборудован дробеочистительной установкой. Дробь транспортируется в верхний бункер с помощью воздуходувки.

Представителем стальных водогрейных котлов малой производительности является водогрейный котел марки КАСВ-1,8ЛЖ (котел автоматизированный стальной, водогрейный, тепловой мощностью 1,86 МВт, работающий на легком жидком топливе),. Котел характеризуют следующие технологические параметры: КПД > 90%, температура воды на входе 60 °С, температура воды на выходе до 115 °С, давление до 0,07 МПа.

Корпус котла представляет собой стальной горизонтальный цилиндр, внутри которого находятся топочная камера, выполненная в виде жаровой трубы, и конвективный газоход, состоящий из 152 дымогарных труб .

Образующиеся в результате сжигания топлива в горелке топочные газы из жаровой трубы направляются в поворотную камеру (пространство между передней трубной доской и внутренним эллиптическим днищем передней крышки) и далее в дымогарные трубы. Топочные газы отводятся из котла через штуцер в задней стенке котла. Нагреваемая вода находится в межтрубном пространстве котла, образованном корпусом, дымогарными трубами, передней и задней трубными досками.