Котельные установки

ЧУГУННЫЕ ВОДОГРЕЙНЫЕ И ПАРОВЫЕ КОТЛЫ

Чугунные водогрейные котлы могут быть разделены на несколько групп по типу, расположению топочного устройства и по кон­струкции собираемых секций. Котлы могут иметь внутренние и внеш­ние топки.

На рис. 6-1 показан котел ВНИИСТО Мч с внутренней топкой для сжигания малозольных сортированных топлив, имеющих теплоту сго­рания '-'29 МДж/кг (—'7000 ккал/кг).

Котел состоит из чугунных секций двух видов — крайних 1 и сред­них 2; крайние секции служат для устройства фронта топки, уста­новки дверец для загрузки топлива, удаления шлака и провала, очистка газоходов от уноса и отвода дымовых газов. Средние секции 2 имеют

Выступы для опирания колосниковой решетки 3 и образуют основную поверхность нагрева. Продукты сгорания поднимаются вверх, омывают стенки и трубы и через отводящий короб 4 с заслонкой 5 для регулиро­вания разрежения в топке выходят в дымоход и трубу. Вода из системы отопления поступает снизу по. патрубку 6 и выходит из котла через верхний патрубок 7. Все секции соединены между собой ниппелями 8 и стянуты болтами 9 вверху и внизу. Снаружи секции изолируются и закрываются окрашенным кожухом 10. Котел поставляется в собран­ном виде.

Чугунный котел шатрового типа, состоящий из Р-образных средних секций, имеющих несколько труб с ребрами снаружи, впервые был предложен Ревокатовым. Секции опираются на кирпичную обмуровку с обвязочным каркасом и вынесенным топочным устройством.

Появление котлов шатрового типа было вызвано требованием ежи* гания в чугунных котлах различных и в том числе низкосортных топлив.

Имеется большое число конструкций котлов шатрового типа, отли­чающихся друг от друга размерами и выполнением средних секций — «Универсал», КУ, МГ, «Энергия», «Искитим» и др.

Обычно котлы имеют ручную колосниковую решетку, расположен­ную в кирпичной кладке, дутье под колосники и два хода дымовых га­зов в отводящий газоход, выполняемый после секций в кирпичной обму­ровке. Секции шатровых котлов могут располагаться вертикально или наклонно; из них собирают котлы, состоящие из одного или двух рядов секций.

В первом случае одна стена и часть потолка топки выполнены кир­пичными, во втором — они состоят из секций. Крайние секции таких кот­лов обычно имеют охлаждаемые водой поверхности с отверстиями для топочных устройств. В некоторых конструкциях вместо крайних секций устанавливаются перевернутые на 180° средние секции или кирпичная обмуровка. Колосниковая решетка может быть различной по конструк­ции и по размеру живого сечения.

При сжигании бурых углей и торфа над колосниковой решеткой вы­кладываются своды, уменьшающие отдачу теплоты излучением. Помимо выносной топки, котлы шатрового типа позволяют иметь для сжигания качественных топлив и внутреннюю топку.

Продольный, поперечный разрез и вид с фронта водогрейного кот­ла МГ-2 с ручной колосниковой решеткой для антрацита приведены на рис. 6-2. Котел состоит из чугунных секций J, соединяемых между собой ниппелями 8 и стянутых болтами 9, проходящими через отверстия в ниппелях. Дымовые газы поступают в боковые каналы 4 и затем в расположенный за котлом боров 5.

Секции опираются на обмуровку из огнеупорного кирпича. Сна­ружи имеется обмуровка из красного кирпича с обвязочным металличе­ским каркасом, на котором укреплены дверцы топочного устройства. Тяга регулируется при помощи плоского шибера.

Одной из попыток механизировать обслуживание слоевой топки чугунного отопительного котла типа «Энергия» является предложение С. В. Татищева устанавливать под котлом топку с шурующей планкой [Л. 17]. На общем виде (рис. 6-3) показаны устройство в задней стене топки и в зольнике дверцы 1, шлакового бункера 2, заглубления для удаления шлаков 3 и установки вентилятора 4.

На фронте котла установлены бункер для топлива 5 и привод шу­рующей планки 6. При этом перед фронтом чугунного котла должно быть выдержано расстояние до стены около 4 м для размещения всех механизмов, устройств и свободного прохода.

Неясной пока остается компоновка чугунных секционных котлов с устройствами для сжигания природного газа и мазута.

При работе чугунных котлов на этих топливах часто возникают повреждения секций.

У чугунных паровых котлов над секциями устанавливают небольшой барабан 1 (рис. 6-4), в который поступает из секций паро­водяная смесь. Вода в барабане отделяется, а пар отводится через па­трубок 2 к потребителю. Пароводяная смесь из секций поступает в ба­рабан по трубам 3, а вода опускается в нижнюю часть секций по тру­бам 4.

Как и у всех паровых котлов, барабан чугунного котла имеет водо­указательный прибор 5, запорный орган и обратный клапан на пита­тельном трубопроводе, люк для внутрен­него осмотра и ремонта паросборника. Штуцер же для продувки и спуска воды из котла 6 расположен на трубопрово­де от паросборника к секциям. Предо­хранительный клапан установлен на спе­циальном штуцере, вваренном в бара­бан-паросборник. Иногда вместо предо­хранительного клапана на чугунных кот­лах устанавливают предохранительное выкидное - приспособление (рис. 6-5), со­стоящее из патрубка /, соединяемого с котлом, гидрозатвора 2, бачка 3 и тру­бы 4, выведенной в атмосферу.

При превышении допустимого дав­ления пар вытесняет из гидрозатвора во­ду в бачок и выходит через трубу в ат­мосферу.

Высота столба воды Я/2 в гидроза­творе должна быть равна избыточному давлению пара в котле.

Первоначальное заполнение гидро­затвора выполняется из водопроводной сети, а для проверки положения уровня воды устанавливается пробный кран.

В других случаях для защиты чугунных котлов от превышения дав­ления устанавливают предохранительный рычажный или самоприти - рающийся клапан. Эти котлы широко применяются для децентрализо­ванного теплоснабжения отдельных домов, кварталов и мелких посел­ков и также для снабжения паром небольших предприятий.

При сжигании низкокалорийных топлив и при небольших удельных тепловых нагрузках чугунные котлы не требуют глубокой очистки воды. Увеличение удельных тепловых нагрузок при переводе таких котлов на сжигание газа и жидкого топлива, а также получение пара в чугунных котлах может приводить к образованию отложений в секциях и вслед­ствие этого к их повреждениям. В таких случаях необходима докотло - вая подготовка воды.

Стальные водогрейные котлы применяются для получения горячей воды с температурой выше 115°С. Первым из таких котлов можно счи­тать стальной котел Ревокатова (типа НР), запроектированный по типу шатровых секционных чугунных водогрейных котлов.

Общий вид стального водогрейного котла показан на рис. 6-6. Котел состоит из секций, каждая из которых включает в себя по три верти­кальных трубы диаметром 89X3,25 мм, объединенных вверху и внизу горизонтальными трубами того же диаметра. Для образования потолка

Топки в экранную и горизонтальную трубу вварена под углом (около 45°) труба. За экранными (вертикальной, наклонной и горизонтальной) трубами расположены кирпичная перегородка и газоход, в котором раз­мещены поверхности нагрева со смешанным и продольным омыванием труб дымовыми газами. Газы поступают в боковые каналы и борова, расположенные сзади котла. Горизонтальные трубы каждой секции вва­рены в коллекторы — трубы с диаметром 108X3,75 мм, по которым осу­ществляются подвод и отвод воды из системы теплоснабжения. Кирпич­ная обмуровка имеет обвязочный каркас, к которому крепится гарниту­ра. Колосниковая решетка может быть расположена в выносной, за­глубленной или внутренней топке с принудительной подачей воздуха. Подвод воды осуществляется сзади котла, отвод — с фронта.

Стальные водогрейные котлы типа НР нельзя использовать при температуре водьГвыше 115°С, они не экономичны из-за высокой темпе­ратуры уходящих газов и на сернистых топливах при низкой темпера­туре стенок труб подвержены коррозии.

Мощные стальные водогрейные котлы (см. та'бл. 5-1а) были пред­ложены ВТИ, Бийским котельным заводом, Центроэнергомонтажем, Институтом использования газа АН УССР и Уралэнергочерметом и разработаны сначала как пиковые для ТЭЦ, а затем использо­ваны для установки в котельных. Котлы нового типа созданы До-

Рогобужским и Барнаульским котельными заводами и ЦКТИ [Л. 21,22].

В новых агрегатах величины давлений воды на входе в котел и по­тери напора до 0,25 МПа (2,5 кгс/см2) обеспечивают отсутствие заки­пания воды при всех режимах в тепловых сетях — нормальном и пони­женном давлении до 1 МПа (10 кгс/см2), при температурах 130—150°С и меньших.

Для осуществления дальнего теплоснабжения выбраны темпера­тура воды за котлом 200°С и давление 2,5 МПа (25 кгс/см2). Для этих котлов введены некоторые ограничения по содержанию серы в топливе, золы и влаги для повышения надежности и длитель­ности работы, а также уменьшения загрязнения воздушного бассейна.

Конструкции стальных водогрейных котлов можно подразделить по компоновке поверхностей на три основные группы: П-образные; горизон­тальные и башенные. Схемы расположения топки 1 и конвективных по­верхностей нагрева 2 в каждом из указанных типов стальных водогрей­ных котлов приведены на рис. 6-7.

Многоходовая компоновка поверхностей нагрева с дополнитель­ным холостым газоходом выполнена для осаждения уноса несгорев­ших частиц топлива, вынесенных дымовыми газами из топочной ка­меры.

В башенных котлах (рис. 6-7,в) для снижения газового сопротив­ления все конвективные поверхности нагрева размещены в одном газо­ходе.

Одной из наиболее простых конструкций стальных котлов является предложенный Институтом использования газа АН УССР водогрейный котел типа ТВГ производительностью 4,7 и 8,3 МВт (4 и 8 Гкал/ч) и предназначенный для работы на природном газе (рис. 6-8). Котел со­стоит из нескольких экранных секций (в том числе с двусторонним осве­щением) из труб с диаметром 51 Х2,5 мм, установленных в топочной камере, и оборудован подовыми горелками. За кирпичной перегородкой имеется пучок труб, образующий конвективную поверхность. Вход ды­мовых газов в пакеты этой поверхности сверху, выход — внизу. Про - 250

»

Дукты сгорания омывают конвективную поверхность, состоящую из труб диаметром 28X2,5 мм, со скоростью 8 м/с. Перегородки между тремя газоходами образованы за счет плавников, приваренных к трубам. Вода из тепловой сети поступает в коллектор конвективной части, проходит через трубы в газоходах и далее последовательно омывает трубы каж­дого экрана, разделенного для увеличения скоростей воды на секции. Из секций вода отводится в сеть через патрубок, расположенный в верх­ней части топки.

Высокие скорости воды — околр 1 м/с получены за счет деления пучка труб конвективного газохода на три части, а каждого экрана— на четыре части. Это привело к увеличению гидравлического сопротив­ления котла до 0,4 МПа (4 кгс/см2), что превышает рекомендованное типажом значение.'

Топочная камера котла ТВГ имеет теплонапряжение объема

4 кВт/м3 или 325-103 ккал/(м3*ч), число подовых горелок равно числу панелей экранов без одной. Под огневыми каналами для распределения воздуха установлен металлический лист с отверстиями. Вентилятор име­ет напор 0,5—1 кПа (50—100 кгс/м2), поскольку к горелкам подводит­ся природный газ среднего давления.

Значительная скорость дымовых газов и наличие пучка поперечно - омываемых труб с большим числом рядов обусловили необходимость, установки дымососа с напором около 1 кПа (100 кгс/м2).

Котлы ТВГ при испытаниях и в эксплуатации подтвердили основ­ные проектные технико-экономические показатели.

Разработанные по типажу унифицированные, блочные водогрейные котлы производительностью 4,6; 7,5; 11,6 и 23,2 МВт (4; 6,5; 10 и 20 Гкал/ч) с механизированными топочными устройствами изготовля­ются для сжигания каменных, бурых углей, газа и мазута и 35 МВт - (30 Гкал/ч) только для газа и мазута.

Из топки, сплошь экранированной и оборудованной газомазутной горелкой с ротационной форсункой, продукты сгорания поступают в кот­лах 11,6, 23,2 и 35 МВт в опускной газоход из труб заднего экрана. За­тем, совершив поворот на 180° и пройдя фестон, дымовые газы подни­маются и охлаждаются в конвективных поверхностях нагрева (рис. 6-9,6).

В водогрейных газомазутных котлах на 4,6 и 7,5 МВт (4 и

6.5 Гкал/ч) продукты сгорания из топки попадают в специальные окна с фестоном, образованные разводкой труб заднего экрана (рис. 6-9,а). За окнами находятся поворотная камера и конвективный пучок, через который дымовые газы проходят сверху вниз.

В котлах, показанных на рис. 6-9, изменение теплопроизводитель - ности достигнуто за счет удлинения топки и конвективного газохода при неизменных ширине и высоте агрегата.

. Технико-экономические показатели таких водогрейных котлов для сжигаиия газа и мазута даны в [Л. 13, 21 и 22].

Котлы для слоевого сжигания топлива при производительности

4.6 и 7,5 МВт (4 и 6,5 Гкал/ч) по своему профилю аналогичны котлам той же теплопроизводительности для сжигания газа и мазута. В то­почной камере установлена ленточная колосниковая решетка ТЛЗ, по­дача топлива на которую осуществляется с помощью пневмомеханиче­ского забрасывателя ПМЗ, показанного на рис. 3-7.

При производительности котлов 11,6 и 23,2 МВт (10 и 20 Гкал/ч) в топках устанавливается колосниковая решетка ЛЦР или ЧЦР обрат­ного хода.

Общие виды котлов с слое­выми топками ПМЗ-ТЛЗ и ПМЗ - ЛЦР или ЧЦР на производитель­ность 4,6 и 7,5 МВт показаны на рис. 6-10,а и для 11,6 и 23,2 МВт (10 и 20 Гкал/ч) показаны на рйс. 6-10,6.

Котлы для каменных углей работают на холодном воздухе, а для бурых оборудованы сталь­ными трубчатыми воздухоподо­гревателями.

При одинаковой с газома­зутными топками ширине агре­гата высота его при сжигании сухих топлив, не требующих по­догрева воздуха, —7,8 м, а при наличии подогрева — 5,9 м, но с большей длиной.

Основные показатели котлов для слоевого сжигания твердого топлива: теплонапряжение зер­

Кала горения 1,56—2,2 МВт/м2 или 1,36—1,9-106 ккал/(м2-ч); теплонапря^кение объема топки 370—550 кВт/м3 или 320—470X*1 Х103 ккал/(м3-ч); температура уходящих газов от 190 до 238°С и к. п. д. от 79 до 84%.

Все новые котлы собираются из одинаковых деталей, имеют одина­ковые шаги и диаметры труб экранов — 60X3 мм, конвективного пуч­ка—28X3 мм и при сжигании бурых углей воздухоподогреватели из труб 40x1,5 мм.

Обмуровка котлов облегченная, натрубная, каркас упрощенный, так как нагрузка от металлической части котла и цепной решетки переда­ется непосредственно на фундамент. Все котлы поставляются заводом - изготовителем в виде блоков и готовых деталей цепных решеток, соби­раемых при монтаже. Котлы оборудуются системой дробевой очистки конвективных поверхностей нагрева и системой обдувки радиационных

Поверхностей нагрева. Работа котлов регулируется с помощью автома­тики. Все агрегаты разработаны для установки в закрытых и полуот­крытых котельных.

Для сжигания газа и мазута изготовляются стальные водогрейные котлы производительностью 35 МВт (30 Гкал/ч) с П-образной компо­новкой конструкции ЦЭМ и Дорогобужского котельного завода на пи­ковые нагрузки типа ПТВМ-30 и основные нагрузки ТВГМ-30.

Общий вид котла ТВГМ-30 приведен на рис. 6-11. Число встречно расположенных горелок — шесть, подача воздуха в горелки от двух вентиляторов, тяга — искусственная одним дымососом на котел. Трубы

Примечание к рис.

6- 12, На основе созданных До­рогобужским котельным заво­дом и ЦКТИ стальных водо­грейных котлов Сантехпроек - том и Латгипропромом разра­ботаны типовые 'проекты ко­тельных производительностью от 14 до 350 МВт (от 12 до 300 Гкал/ч) на. различных ви­дах топлива.

Экранов диаметром 60X3 мм, конвективной части — 28X3 мм, стены топки и газоходов полностью закрыты трубами. Тепловое напряжение объема топочной камеры 470 кВт/м3 или 400* 103 ккал/(м3-ч), темпера­тура уходящих газов 190°С при работе на газе и 237°С на мазуте, к. п. д. соответственно равен 90 и 88%.

Облегченная обмуровка котла крепится к трубам, каркас выпол­нен в виде постамента. Котел, начиная с отметки 5,4 м, расширяется кверху.

Поставка трубной части котла заводом-изготовителем осуществля­ется восемью крупными блоками. При работе котла на мазуте преду­сматривается дробевая очистка конвективных поверхностей нагрева. Во­да во всех интенсивно обогреваемых поверхностях нагрева движется только вверх: вход и выход воды выполнены через верхний коллектор Труб, закрывающих заднюю стену конвективной шахты. Регулирование работы этих котлоагрегатов автоматизировано.

Дальнейшее усовершенствование и изучение опыта эксплуатации стальных водогрейных котлов продолжается. Предлагается серия кот­лов на теплопроизводительность 35, 58, 116, 210 МВт (30, 50, 100, 180 Гкал/ч) П-образного типа (рис. 6-12).

Продолжается выпуск и ба­шенных водогрейных котлов на теплопроизводительность 58; 116 и 210 МВт (50, 100 и 180 Гкал/ч) для установки на ТЭЦ и в ото­пительных котельных. Общий вид котла ПТВМ-50 показан на рис. 6-13. Котлы этого типа за­проектированы для работы на газе и мазуте; они имеют горел­ки с индивидуальными вентиля­торами и мазутные механические форсунки, охлаждаемые сетевой водой. Топочная камера экрани­рована трубами диаметром 60 X ХЗ мм, конвективный пучок вы­полнен из труб диаметром 28X3 мм с шахматным располо­жением.

Как видно из рис. 6-13, ко­тел ПТВМ имеет натрубную об­легченную обмуровку и несущий каркас, к которому прикреплены верхние коллекторы для расши­рения котла вниз. Тяга создается стальной дымовой трубой (высо­той порядка 50—70 м), опираю­щейся на каркас агрегата.

Котел имеет автоматическое регулирование процесса горения и может работать в пиковом и основном режимах. У котлов ба­шенного типа очистка наружных

Поверхностей нагрева от отложений при сжигании мазута во время их работы отсутствует, из-за чего растут отложения, газовое сопротивле­ние, температура уходящих газов и снижается производительность.

При остановах котла выполняют обмывку поверхностей нагрева котла щелочной водой, которую после обмывки необходимо очистить до сброса в канализацию.

47* 259

Работа котла на естественной тяге при плюсовых наружных тем­пературах и постоянной высоте дымовой трубы ограничивает теплопро­изводительность, так как нагрузка котла зависит только от разности плотностей воздуха и дымовых газов.

Стенки дымовой трубы и поверхностей нагрева, лежащих ниже тру­бы башенных котлов сильно подвержены' коррозии раствором серни­стой кислоты.

Дорогобужским заводом разработан котел на 58 МВт (50 Гкал/ч) (рис. 6-14). Котлоагрегат рассчитан на сжигание угля типа челябинско­го (размалываемого в молотковых мельницах с наддувом) и подавае­мого принудительно в шесть турбулентных горелок, расположенных в два яруса на боковых стенах топочной камеры.

Удаление шлака из топочной камеры сухое, теплойапряжение объе­ма -->'230 кВт/м3 или 200• 103 ккал/(м3-ч). На стенах топки установлено по восемь обдувочных аппаратов с подачей к ним сжатого воздуха. Растопка котла должна выполняться на мазуте от форсунок, размещен­ных в амбразурах. Стены топки поворотной камеры и заднего экрана защищены гладкими экранными трубами диаметром 60X4 мм.

Продукты сгорания, пройдя фестон с щагом труб 250 мм и поворот­ную камеру, входят в конвективный пучок, выполненный из труб 28 X ХЗ мм и разделенный на две части. За этим пучком размещен сталь­ной одноходовой по газам и трехходовой по воздуху воздухоподогрева­тель из труб диаметром 40X1,5 мм. Подогрев воздуха осуществляется до температуры 350°С при охлаждении дымовых газов до 220°С; к. н. д. котлов 87—88%.

Обмуровка котла облегченная, натрубная с уплотнительной штука­туркой и обмазкой. Котел подвешен к каркасу за верхние коллекторы. Топочная камера расширяется вниз; кубы воздухоподогревателя опира­ются нижними точками на отдельный каркас.

Такого же типа для твердого топлива выполняется котел теплопро - изводительностью 116 МВт (100 Гкал/ч). Оба котла рассчитаны на дав­ление 2 МПа (20 кгс/см2) и температуру воды на входе 70°С, на вы­ходе 200°С при гидравлическом сопротивлении 0,2 МПа (2 кгс/см2).

Однако эти агрегаты еще не прошли эксплуатационную проверку, поэтому заводами с участием ЦКТИ разрабатываются новые конструк­ции водогрейных котлов, предназначенные для работы на твердом топ­ливе, сжигаемом в пылевидном состоянии. Более подробно особенности конструкций водогрейных котлов освещены в [Л. 13, 21 и 22].