Теплофикационные водогрейные котлы

Для теплоснабжения промышленных предприятий и жи­лищно-коммунального сектора в настоящее, время одновременно с комбинированной выработкой электрической и тепловой энер­гии на ТЭЦ широко распространены водогрейные котлы. Для покрытия тепловых нагрузок в СССР использовались котлы типов ТВГ-4Р, ТВГ-8М, ПТВМ-ЗОМ, ПТВМ-50-1, ПТВМ-100 и ПТВМ-180 мощностью соответственно 5; 9,6; 40,6; 58; 116 и 209 МВт. При разработке конструкции водогрейных котлов в СССР были созданы теоретические основы и оригинальные конструкции, не имеющие аналогов в зарубежной технике.

Основной особенностью водогрейных котлов является ра­бота их при постоянном расходе сетевой воды и включении непосредственно в тепловую сеть. Нагрузка котлов регулиру­ется изменением температуры входящей и выходящей воды пу­тем изменения форсировки топки.

Применение водогрейных котлов оправдано только в слу­чаях, когда сами котлы и котельные с ними дешевле и не ме­нее надежны, чем парогенераторы. В связи с этим современные конструкции водогрейных котлов разработаны с учетом макси­мальной простоты их изготовления, ремонта и эксплуатации.

Надежность и экономичность водогрейных котлов главным образом зависит от конвективных поверхностей нагрева, под­вергающихся наибольшему загрязнению и коррозии, особенно при сжигании топлив с высоким содержанием серы.

Водогрейные котлы большую часть отопительного сезона экс­плуатируются с низкими нагрузками при низких температурах обогреваемой среды. Кроме того, водогрейные котлы останав­ливаются на длительный срок в летнее время. Эти особенности работы котлов способствуют наружной и внутренней коррозии поверхностей нагрева. У водогрейных котлов наблюдаются следующие виды коррозии наружных поверхностей нагрева: низ­котемпературная сернокислотная, местная под неудаляющимися эоловыми отложениями, низкотемпературная кислородная, стоя­ночная.

На рис. 7-16 показан один из водогрейных котлов, изготов­лявшийся с 1961 г., мощностью 58 МВт.

В отопительных котель­ных этот котел использу­ется как основной источ­ник для покрытия тепло­вых нагрузок. Котел предназначен для нагрева сетевой воды от 70 до 150° С.

Топочная камера кот­ла полностью экрани­рована.

Конвективная поверхность нагрева кот­ла расположена непо­средственно над топоч­ной камерой. Стальная дымовая труба диамет­ром 2,5 м и высотой 53 м расположена над конвек­тивной поверхностью на­грева и должна обеспе­чивать работу котла на естественной тяге. Такая компоновка получила на­звание башенной.

Объем топочной ка­меры котла составляет 109 м³.

Лучевоспринимающая поверхность на­грева экранов равна 116 м² и выполнена из труб диаметром 60 3 мм с шагом 64 мм. Котел предназначен для сжи­гания газа и мазута. Для этого на боковых стенах топки предусмотрена ус­тановка 12 газомазутных горелок с индивидуаль­ными дутьевыми вентиляторами у каждой горелки. Изменение мощности котла достигается изменением числа работающих горелок при постоянном расходе сетевой воды и переменном температурном перепаде. Змеевики конвективной поверхности нагрева выполнены из труб диаметром 28 3 мм. Поверхность нагрева змеевиков составляет 1170 м³. Трубная система котла подвешена за верхние коллекторы к каркасной раме и расши­ряется вниз. Обмуровка котла выполнена облегченной с креп­лением непосредственно к экранным трубам. Поставка котла к месту монтажа осуществляется крупными блоками, собирае­мыми на заводе-изготовителе.

Опыт эксплуатации и обследования работы котлов ЦКТИ, имеющих башенную компоновку поверхностей нагрева, при ус­тановке большого числа горелок выявили ряд недостатков, при­сущих этим агрегатам. Конвективная поверхность нагрева во­догрейных башенных котлов вследствие коррозии при работе на мазуте и газе выходит из строя через 3—4 года. Регулиро­вание форсировки топки изменением числа работающих горе­лок при нагрузках около 70% номинальной приводит к затя­гиванию мазутного факела в конвективную поверхность на­грева, вызывая химический недожог и отложения сажи на по­верхности нагрева. При автоматическом регулировании отклю­чение горелок и включение их в работу сопровождается хлоп­ками в работе топки.

Обследования пиковых водогрейных котлов, установленных на ТЭЦ, показали, что число часов работы котлов колеблется в широких пределах и доходит до 5100 ч в год. Температура воды на входе в котел очень редко достигает 104°С и колеб­лется в пределах 57—100° С. Температура воды на выходе редко достигала 150° С. Среднемесячная нагрузка водогрейных котлов, работающих как в пиковом, так и в основном режиме, не имеет пика нагрузки в холодные месяцы.

В связи с указанными недостатками ЦКТИ совместно с До­рогобужским котельным заводом разработал новую серию теп­лофикационных котлов мощностью от 4,6 до 209 МВт типа КВ. Эти котлы предназначены для сжигания газа, мазута и твердого топлива. В котлах новой серии достигнута высо­кая унификация и увеличена степень заводской готовности агре­гатов.

Новая серия водогрейных котлов мощностью от 4,6 до 116 МВт с целью унификации разбита на 4 группы. К первой группе относятся водогрейные котлы мощностью 4,6 и 7,5 МВт. Котлы предназначены для сжигания газа, мазута и твердого топлива. Трубная система котлов поставляется единым блоком. Во вторую группу входят котлы мощностью 11,6; 23,2 и 35 МВт, предназначенные для работы на газе, мазуте и твердом топливе. Котлы предназначены для использования в качестве основного источника теплоснабжения. Они поставляются двумя закончен­ными блоками. В третью группу унифицированных котлов вхо­дят котлы мощностью 58 и 116 МВт, предназначенные для ра­боты на газе и мазуте. Четвертую группу составляют котлы этой же мощности, но предназначенные для сжигания твердого топлива. Водогрейные котлы, мощностью 58 и 116 МВт могут использоваться в качестве основных источников теплоснабже­ния и пиковых для установки на ТЭЦ.

Водогрейные котлы всех групп имеют П-образную компо­новку и полностью экранированную топочную камеру. Экран­ные поверхности нагрева выполнены из труб диаметром

Рис. 7-17. Продольный разрез водогрейного котла КВ-ГМ-4 и КВ-ГМ-6,5

60X3 мм. Обмуровка всех котлов облегченная натрубная тол­щиной около 110 мм. Все водогрейные котлы, предназначенные для сжигания газа и мазута мощностью до 116 МВт, имеют ро­тационные газомазутные горелки типа РГМГ. Котлы, предназ­наченные для сжигания твердого топлива мощностью до 35 МВт, оборудуются слоевыми топками с пневмомеханиче­скими забрасывателями и цепными решетками.

В качестве расчетных топлив для газомазутных котлов при­нят мазут с теплотой сгорания Q = 38808 кДж/кг и природный газ Ставропольского месторождения (Q = 36204 кДж/м³). Слоевые котлы рассчитывались на минусинском каменном угле марки Д (Q = 22596 кДж/кг) и буром угле Ирша-Бородинского месторождения (Q = 15 708 кДж/кг).

На рис. 7-17 показаны газомазутные котлы типа КВ-ГМ мощностью 4,6 и 7,5 МВт. Они имеют единый профиль и отли­чаются только глубиной топочной камеры и конвективной, шахты. В табл. 7-5 приведены основные технические данные этих котлов, предназначенных для сжигания газа, мазута и твердого топлива.

Таблица 7-5

Основные технические характеристики водогрейных котлов

мощностью 4,6 и 7,5 МВт

Величина	Газомазутные котлы		Котлы для твердого топлива
	КВ-ГМ-4	КВ-ГМ-6,5	КВ-ТС-4	КВ-ТС-6,5
Мощность котла, МВт	4,6	7,5	4,6	7,5
Рабочее давление, МПа	1,0—2,45
Температура воды на входе, °С	70
Температура воды на выходе, °С	150
Расход воды, т/ч	49,5	80	49,51	80
Гидравлическое сопротивление котла, МПа	0,118	0,118	0,102	0,105
Температура уходящих газов (%) при работе на: газе мазуте каменном угле марки Д Минусинского месторож- дения буром угле Ирша-Бородин- ского месторождения	150 245 — —	153 245 — —	— — 220 225	— — 225 225
К. п. д. (брутто), %, при работе на: газе мазуте каменном угле буром угле	90,5 86,3 — —	91,1 87,0 — —	— — 81,9 81,1	— — 82,2 82,1
Сопротивление тракта продуктов сгорания, Па	220—260		360—440

Топочная камера котлов ГМ состоит из фронтового, двух боковых и заднего экранов. Шаг между трубами фронтового и заднего экранов 85 мм, а боковых 64 мм. Трубы фронтового экрана в средней части разведены для установки предохранительного взрывного клапана и горелки РГМГ. Трубы боковых экранов имеют Г-образную форму (рис. 7-18), что значительно уменьшает число типоразмеров труб и удешевляет их произ­водство в заводских условиях.

В топочной камере котлов типа КВ-ТС, предназначенных для сжигания твердого топлива, фронтового экрана нет, а зад­ний имеет такую же

к он­фигурацию, как у котлов КВ-ГМ. Боковые экраны котлов со слоевыми топ­ками выполнены наполо­вину из прямых, наполо­вину из Г-образных труб, таких же, как у котлов КВ-ГМ. Конвективная поверх­ность нагрева котлов, предназначенных для сжи­гания газа, мазута и твердого топлива, представляют собой U-образные ширмы, собранные в два пакета (рис 7.19). Стояки ширм выполнены из труб диаметром 83 3,5 мм и рас­положены на боковых стенах конвективной шахты. Они одно­временно выполняют роль экранов. Унификация отдельных эле­ментов мазутных и слоевых котлов значительно упростила их сборку.

На рис. 7-20 показан котел мощностью 11,6, 23,2 и 35 МВт, предназначенный для сжигания твердого топлива. В табл. 7-6 приведены основные технические характеристики котлов ука­занной мощности при сжигании газа, мазута и твердого топ­лива. Газомазутные котлы указанной мощности имеют единый профиль и отличаются друг от друга только глубиной топочной камеры и конвективной шахты. Котлы независимо от мощности имеют одну газомазут-

ную горелку типа РГМГ соответствующей теплопроизводительности.

Таблица 7-6