ПАРОВЫЕ И ВОДОГРЕЙНЫЕ КОТЛЫ

1.ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КОТЛАХ.

Котел - это конструктивно объединенный в одно целое комплекс устройств, предназначенный для получения пара или горячей воды под давлением за счет теплоты, получаемой от сжигания топлива.

В котел могут входить полностью или частично:

топка, пароперегреватель, экономайзер, воздухоподогреватель, каркас, обмуровка, тепловая изоляция, обшивка.

Котлы различаются по следующим признакам:

1. по назначению - энергетические (предназначенные для ТЭЦ) и отопительно-производственные;

2. по расположению топки – с внутренней, внешней (нижней) и выносной;

3. по способу сжигания топлива – слоевые и камерные;

4. по перемещению уходящих газов и воды – газотрубные (дымогарные и комбинированные), в которых продукты сгорания проходят внутри труб, а вода и пароводяная смесь – снаружи труб; водотрубные;

5. по конструктивным особенностям – горизонтально-водотрубные, вертикально-водотрубные с одним или несколькими барабанами;

6. по движению водяного или пароводяного потока внутри котла – с естественной или принудительной многократной и прямоточной циркуляцией.

Примеры условных обозначений водогрейных котлов:

с топкой для сжигания газа и мазута теплопроизводительностью

11,63 МВт (10 Гкал/ч) и температурой воды на выходе из котла 150 С – котел водогрейный КВ-ГМ-10-150;

тоже с топкой для сжигания газа - КВ-Г-10-150;

тоже с топкой для камерного сжигания твердого топлива – котел водогрейный КВ-ТК-10-150;

тоже со слоевой топкой для сжигания твердого топлива – КВ-ТС-10-150;

с топкой для сжигания газа и мазута теплопроизводительностью 220 МВт (189 Гкал/ч) с температурой воды 150 С в сейсмостойком исполнении и работающим с наддувом – КВ-ГМ-220-150СН

Например. Е-10-1,4Р – котел типа Е, паропроизводительностью 10 т/ч, абсолютное давление 1,4 МПа для производства насыщенного пара со слоевой топкой для сжигания угля;

Е-25-1,4ГМН, котел типа Е, паропроизводительность 25 т/ч, абсолютное давление 1,4 МПа для сжигания газа и мазута с наддувом;

Е-100-2,4-250СФ, котел типа Е, паропроизводительность 100 т/ч

абсолютное давление 2,4 МПа с температурой пара 250 С для сжигания сланца в топке с кипящем слоем.

Основные параметры котлов должны удовлетворять требования

ГОСТ 3619-82.

Условные обозначения типоразмера котла должно состоять из:

обозначения типа котла по стандарту;

значение его паропроизводительности;

значение абсолютного давления в МПа (кгс/см )

значение температуры пара и температуры промежуточного перегрева;

индексов вида топлива и типа топки;

для котлов с наддувом добавляем индекс Н

Если температура пара и температура промежуточного перегрева одинаковы то температуру указывают один раз, если они различны, то указывают дробью абсолютную температуру. Для котлов на насыщенном паре температуру не указывают.

В технической документации после условных обозначений типоразмера котла допускается указывать в скобках обозначение модели, принятое заводом изготовителем. Наиболее распространенная маркировка, в которой первая буква или буквы обозначают завод изготовитель: Т – Таганрогский котельный завод; П – Подольский машиностроительный завод (ЗиО);

БКЗ – Барнаульский котельный завод;

п – пылеугольный;

П - прямоточный

7. по давлению – паровые котлы низкого до 0,1 МПа (10кгс/см ), среднего от 0,1 до 10 МПа включительно, высокого давления от 10 МПа до 22,5 МПа.

Паровые котлы, в соответствии со схемой циркуляции подразделяются на следующие типы:

Пр – котел с принудительной циркуляцией;

Прп - котел с принудительной циркуляцией и промежуточным перегревом пара;

Е – котел с естественной циркуляцией;

Еп - котел с естественной циркуляцией и промежуточным перегревом пара;

П – прямоточный с промежуточным перегревом пара;

Кп – котел с комбинированной циркуляцией и промежуточным перегревом пара;

Для обозначения вида топлива и типа топки установлены следующие буквы:

К – каменный уголь и полуантрацит;

Б – бурый уголь;

С – сланцы;

М – мазут;

Г – газ (при сжигании в камерной топке индекс типа топки не указывают);

Д – другие виды топлива;

Т – камерная топка с твердым шлакоудалением;

Ж – камерная топка с жидким шлакоудалением;

Р – слоевая топка (решетка);

В – вихревая топка;

Ц – циклонная топка;

Ф – топка с кипящем слоем (флюидизированный слой).

Первое число в обозначении парового котла – паропроизводительность в (т/ч), второе – абсолютное давление пара (МПа, кгс/см ), далее – температура пара и промежуточного перегретого пара, затем проставляются буквы, обозначается вид топлива и тип топки, и если котел работает с наддувом добавляется буква Н.

Номинальное значение основных параметров котлов (по ГОСТ 3619-82)

Типы котлов	Паропроизво-дительность, т/ч	Абсолют. давление пара, МПа (кгс/см )	Состояние или температура пара, С	Темпер. пром. перегрева пара, С	Темпер. питател. воды, С
Пр	0,16; 0,25; 0,40; 0,70; 1,00	0,9 (9)	насыщен.	-	50
Е	0,25; 0,40; 0,70
	1,0; 1,6; 2,5				от 50 до 100
	2,5	1,4 (14)	насыщен.	-	100
	4,0; 6,5; 10,0; 16,0; 25,0; 35,0	1,4 (14)	насыщен. или перегр., 225	-
	50; 75	1,4 (14)	225	-
	100; 160	1,4 (14)	250	-
	10; 16; 25; 35	2,4 (24)	насыщен. или перегр., 250	-
	50; 75; 100; 160	2,4 (24)	250	-
	10; 25; 35; 50; 75; 100; 160	4,0 (40)	440	-	145
	(160); 220	10 (100)	540	-	215
	(210); 320; 420; 500; 820	14 (140)	560	-	230
Еп, Пп	670	14 (140)	545	545	240
Пп	1800	14 (140)	515	515	240
Кп	1000; 1650; 2650; 3950	545	542	542	270

КОМПОНОВКА И ТЕПЛОВАЯ СХЕМА КОТЛА

Компоновка котла выбирается исходя из свойств сжигаемого топлива, паропроизводительности, числа автономно регулируемых потоков воды и пара и выходных параметров пара.

Различают П-образную; Т-образную; U-образную; трехходовую;

четырехходовую и башенную компоновку. Основными компоновками считаются П-образная, Т-образная, четырехходовая, и башенная.

а) б) в)

г) д) е)

Схемы компоновок котлов

П-образная компоновка (рис.а) позволяет осуществлять удобное для монтажа и обслуживания расположение системы топливоподачи и трассировки газового тракта. Недостатком этой компоновки является неравномерное заполнение газами топочной камеры, что определяет неравномерность омывания продуктами сгорания поверхностей нагрева расположенных в верхней части конвективной шахты. Для этой компоновки также характерна неравномерность концентрации золы в поперечном сечении конвективной шахты.

Для мощных котлов с целью уменьшения глубины конвективной шахты применяется Т-образная компоновка, которая улучшает условия сжигания высоковлажных бурых углей с высокообразивной золой (рис.б).

Для мощных котлов, предназначенных для сжигания газа или мазута, в том числе и для бурых углей с большим содержанием высокообразивной золы, может быть использована башенная компоновка (рис.д), для котлов с наддувом достигается большой коэффициент улавливания шлака и имеется минимальное газовое сопротивление. Основными недостатками башенной компоновки является сложность и высокая стоимость опорных конструкций по размещению вспомогательного оборудования (вентиляторы, дымососы) и паропроводов.

Последовательность размещения поверхностей нагрева котла - тепловая схема определяет температурный напор, а следовательно и размер различных поверхностей нагрева. При выборе тепловой схемы учитывается характеристика топлива, тип котла, параметры пара, способ регулирования температуры перегрева, наличие промежуточного перегрева, применение марки стали.

Основными принципами при выборе тепловой схемы являются применение противотока и расположение поверхностей с высокой температурой в местах с максимальной температурой продуктов сгорания. Однако иногда приходится отступать от этих правил для обеспечения надежности работы того или иного элемента.

Современные конструкции паровых и водогрейных котлов

1. ПАРОВЫЕ КОТЛЫ.

Выпускаемые до сих пор Бийским котельным заводом (БиКЗ) серийные котлы ДКВР с газомазутными топками имели недостатки, основными из которых являлись высокая металлоемкость, тяжелая обмуровка, неудовлетворительно облегченная обмуровка, недостаточно полная транспортабельность и большая длительность монтажа. Между поставкой котла и вводом его в эксплуатацию проходит значительное время. 30% ДКВР монтируются в срок менее года; 30% 1-2 года; 30% 2-3 года и остальные 10% свыше 3 лет. Высокий уровень комплектности и заводской готовности котельный агрегат зарубежных фирм обеспечивает сжатые сроки их монтажа. Например котлы типа КД фирмы Henshel (Германия) монтируется в течении нескольких часов, котлы фирмы Foster Wheeber (США) – в течении суток. Поэтому разработка новых конструкций отечественных газомазутных котлов была направлена на резкое увеличение заводской готовности котлов и существенное снижение их металлоемкости.

Котлы типа Е получили широкое распространение и изготавливаются с различным рабочим давлением и температурой пара.

В настоящее время котлостроительство заводами серийно выпускаются вертикально-водотрубные котлы Е-1/9-1 (модель ММЗ-1) паропроизводительность по насыщенному пару 0,4 и 1т/ч и рабочим давлением Р=0,9 МПа.

Котел состоит из двух барабанов (верхнего и нижнего) конвективного пучка и топочных экранов, включенных в циркуляцию посредством четырех боковых и одного фронтового коллектора. Трубы присоединены к барабанам и коллекторам сваркой. Трубы конвективного пучка и топочных экранов имеют Ø51 2,5мм.

Для обеспечения поперечного омывания труб газовым потоком в конвективном пучке установлены две перегородки. Котел предназначен для любого топлива. Для сжигания твердого топлива топка оборудована ручной колосниковой решеткой с опрокидывающимися колосниками.

Обмуровка облегченная. Котел поставляется в собранном виде. Вертикально-водотрубные двухбарабанные котлы Е-1/9-1 изготавливает Монастырищенский машиностроительный завод (Черкасская обл.).

Котлы типа Е (КЕ) паропроизводительностью от 2,5 до 10т/ч изготавливаются со слоевыми механическими топками. Основными элементами котла являются верхний и нижний барабан с внутренним Ø1000мм., левый и правый боковые экраны и конвективный пучок из труб диаметром Ø51 2,5мм.

Топочная камера образована боковыми экранами передней и задней стенками. Топочная камера разделена кирпичной стенкой на собственно топку и камеру догорания.

Особенностью котлов типа КЕ являются наличие плотных боковых экранов и ограждающих стен в конвективном пучке с шагом 55мм.

Котлы типа Е (ДЕ) газо-мазутные вертикально-водотрубные паропроизводительностью 4; 6,5; 10; 16 и 25т/ч предназначены для выработки насыщенного и перегретого пара идущего на технические нужды промышленных предприятий, в системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Основными элементами котлов являются нижний и верхний барабаны, конвективный пучок, фронтовой, боковой и задний экраны, образующие топочную камеру. Во всех типов котлов диаметр верхнего и нижнего барабанов 1000мм. Расстояние между барабанами 2750мм. Длина цилиндрической части барабанов котла 4т/ч – 2250мм, для 25т/ч - 7500мм.

В водяном пространстве верхнего барабана находится питательная труба и труба для ввода фосфатов, в паровом объеме сепарационные устройства.

В нижнем барабане размещаются устройства для парового прогрева воды при растопке и патрубки для спуска воды.

Топочная камера расположена сбоку от конвективного пучка. Ширина топочной камеры по осям боковых экранов одинакова для всех видов котлов – 1790мм. Глубина топочной камеры 1930 6960мм.

Конвективный пучок отделен от топочной камеры газоплотной перегородкой, в задней части которой имеется окно для ввода газов в пучок.

Пароперегреватель змеевиковый из труб Ø 32 3мм. Применение надтрубной обмуровки при плотном шаге труб (однослойный шаг 1,08) позволяющий улучшить данные характеристики котлов и уменьшить потери в окружающую среду.

Котлы Е (ДЕ) поставляются Бийским котельным заводом в сборе без обмуровки и обшивки.

Котлы типа Е (ГМ).

Паровые котлы Е-50-14ГМ предназначаются для получения насыщенного пара (марка ГМ-50-14) или перегретого с температурой 250 С (марка ГМ-50-14/250).

Котлы вертикально-водотрубные с естественной циркуляцией двухбарабанные имеют П-образную схему компоновки поверхностей нагрева с отдельно вынесенной шахтой экономайзера и три хода по движению продуктов сгорания.

Топочная камера объемом 133м экранирована расположенных с шагом 70мм трубами Ø 60 3мм.

Трубы фронтального и заднего экрана в нижней части образуют

двухскатный под, а верхней части топочной камеры трубы заднего экрана разведены в трехрядный фестон. Трубы боковых экранов в верхней части образуют потолок топочной камеры. Экраны разделены на 8 самостоятельных циркуляционных контуров по числу блоков топочной камеры. Газомазутные горелки расположены по две на боковых стенах.

Схема испарения двухступенчатая с выносными циклонами. В качестве второй ступени испарения служат два выносных циклона Ø 426мм. Верхний барабан Ø 1500мм и длиной 8190мм имеет чистый отсек первой ступени испарения.

Нижний барабан Ø 1000мм оборудован устройством для разогрева воды в период пуска котла.

Между барабанами расположен вертикальный котельный пучок из труб Ø 60 3мм. По торцам барабаны соединены между собой рядами необогреваемых опускных труб Ø 133мм. В центре котельного пучка, в вдоль барабанов расположен ряд обогреваемых опускных труб Ø 219мм. Питание водой чистого отсека осуществляется из нижнего барабана.

Котлы оборудованы конвективным дренируемым пароперегревателем горизонтального типа с шахматным расположением змеевиков. Пароперегреватель расположен в конвективном газоходе (из труб

Ø 32 3мм.) Котлы работают с уравновешенной тягой. Диапазон регулирования паропроизводительности 70-100%.

Очистка пароперегревателя и воздухоподогревателя осуществляется дробью. Для очистки конвективного пучка применяется ручная обдувка.

Обмуровка топки котлов – самонесущая, кирпичная. Обмуровка поворотной камеры и конвективного газохода – монолитная, закрепленная на каркасе котла.

Поставка: блоками, а каркас топочной камеры россыпью.

В настоящее время Белгородский завод “ Энергомаш ” (бывший Белгородский котлостроительный завод) разрабатывает чертежи серии газомазутных паровых котлов производительностью 35, 50 и 75т/ч на давлении 1,4; 2,4 и 4 МПа. Эти котлы однобарабанные с естественной циркуляцией выполнены в вертикальной компоновке с развитой поверхностью нагрева по ширене котельной ячейки.

Топочный блок включает в себя трубную систему камеры догорания и предтопок предварительной газификации. Блок конвективных поверхностей состоит из двух сомкнутых газоходов, образованных мембранными панелями, в первом из которых расположены обе ступени пароперегревателя. Во втором газоходе расположены три пакета экономайзера. Оба газохода разделены газоплотной стенкой. Воздухоподогреватель также состоит из двух блоков. Конвективные поверхности нагрева разделены на две самостоятельные части.

Топочные камеры, воздухоподогреватель и экономайзер остаются одинаковыми для котлов разной производительности. Экраны топочной камеры – мембранные панели.

КОМБИНИРОВАННАЯ ВЫРАБОТКА ТЕПЛОТЫ НА БАЗЕ ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛОВ

За рубежом известны комбинированные пароводогрейные котлы, создаваемые прямоточными или с принудительной циркуляцией по паровому и водогрейному контурам. Но они имеют ряд серьезных недостатков.

В нашей стране разработана простая схема перевода серийных водогрейных котлов на комбинированную выработку пара и перегретой воды (Дорогобужский котельный завод и институт Энергомонтаж).

Схема перевода водогрейного котла на комбинированную выработку пара и горячей воды (ВЗПИ, Дорогобужский котельный завод и институт Энергомонтажпроект).

1 – топочные экраны, включенные в паровой контур;

2 - топочные экраны водогрейной части котла;

3 – уравнительная емкость;

4 – выносной циклон;

5 – конвективная водогрейная часть котла;

6 – обратная сетевая вода;

7 – питание парового контура;

8 – пар на технологические нужды;

9 – излишки пара в теплообменник;

10 – прямая сетевая вода;

11 – непрерывная продувка.

По этой схеме в зависимости от потребности в паре любое количество экранов может быть легко выключено из гидравлического контура прямоточного водогрейного котла и переведено в парообразный контур с естественной циркуляцией, включенный на выносные сепараторы пара (циклоны).