ВОДОГРЕЙНЫЕ КОНТАКТНО-ВОДОТРУБНЫЕ КОТЛОАГРЕГАТЫ ДЛЯ ОДНОТРУБНЫХ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

Теплоснабжение районов нового жилищного строительства Москвы основывается на широком развитии теплофикации от мощных городских ТЭЦ. Вместе с тем ряд жилых массивов, особенно в периферийных районах Большой Москвы, не охватывается тепловыми сетями ТЭЦ Мосэнерго. Для этих районов намечается сооружение систем централизованного теплоснабжения от мощных районных котельных на газовом топливе производительностью 100—200 Гкал/ч, соответствующих застройкам 500-—d 000 тыс. м2 жилой площади.

Решение этой задачи стало возможным в связи с разработкой дешевых и экономичных водогрейных котлов типа ПТВ системы ВТИ — Оргэнергостроя [Л. 16].

Вместе с тем следует отметить, что котлы ПТВ, предназначавшиеся в основном для работы в качестве пиковых на ТЭЦ и нашедшие широкое применение в районных котельных, используются для двухтрубной тепловой сети с максимально-расчетной температурой 150°С при качественном регулировании.

Двухтрубные водяные тепловые сети с качественным регулированием отпуска тепла получили широкое распространение в системах городской теплофикации от ТЭЦ. Основные характеристики таких сетей выбраны, исходя из требований максимальной выработки электроэнергии на тепловом потреблении. Перенос двухтрубной системы на установки централизованного тепло- снабжения от районных котельных не является оправданным; Отказ от прокладки обратной магистрали с применением количественного регулирования в течение всего отопительного периода при высокой температуре воды в сети обеспечивает возможность получения большой экономии капитальных затрат и эксплуатационных расходов.

Схемы однотрубных систем теплоснабжения представлены на рис. 20—22.

Разработка контактной камеры котла была произведена на основе большого опыта работы скрубберов.

Если в котлах ВКГ греть воду до 2О0°С, то за счет повышения к. п. д. в них, например, на 26% получается подогрев холодной воды порядка 200-0,25=50°С.

Возврат теплой.воды из системы отопления становится нерентабельным.

Котлоагрегат состоит из двух основных частей: водотрубной и контактной камеры (ВК) и перегревающего устройства. Вода из источника водоснабжения (городского водопровода) проходит через устройство, предотвращающее накипеобразование, на поверхность нагрева котла. Таким устройством могут быть компактные и дешевые магнитные фильтры. Вода при прохождении 182

через такие фильтры не снижает общего солесодержания, однако соли временной жесткости переходят в шламовидное состояние и не кристаллизуются в виде накипи на поверхностях нагрева.

После указанной обработки холодная вода поступает к разбрызгивающим форсункам контактной камеры, которая представляет собой хвостовую поверхность котла, воспринимающую около 40% его нагрузки.

В контактной камере имеет место нагрев воды продуктами сгорания газообразного топлива без каких- либо разделительных поверхностей.

За счет глубокого охлаждения продуктов сгорания в контактной камере до 24—35° С и соответственного использования до 98% скрытой теплоты парообразования их водяных паров к. п. д. котлоагрегата достигает величины 97,5% из расчета по высшей теплотворной способности топлива. В рассматриваемой контактной камере принято форсуночное распиливание воды, обеспечивающее большие поверхности теплообмена при несложных конструктивных решениях. Подобные контактные камеры, разработанные Академией коммунального хозяйства имени Панфилова, успешно используются для горячего водоснабжения жилого квартала в одном из районов Москвы.

После контактного подогревателя (контактной камеры) вода с температурой 40—80° С сливается в бак-деаэратор, служащий для обеспечения 20—25-минутного запаса воды на охлаждение котла при аварийных режимах, а также для деаэрации нагреваемой воды.

В связи с тем, что в контактной камере наряду с нагревом воды имеет место насыщение ее углекислотой продуктов сгорания (примерно до 50—60 мг/л), для предотвращения коррозии элементов котла и системы теплоснабжения вода должна подвергаться соответствующей деаэрации, снижающей содержание как кислорода, так и углекислоты. Весьма эффективным устройством для указанных целей является вакуум-деаэратор. Вода через гидравлический затвор под действием разрежения в баке поступает на распределительную насадку и сливается через нее в основной бак. Отсасывание газов из бака осуществляется струйным вакуум-насосом при разрежении в баке около 4—9 м вод. ст. При темпе- neparyipax воды в баке порядка 40—-80° С обеспечивается практически полная дегазация воды. Поверхность нагрева бака-деаэратора используется также для некоторого догрева воды.

Из бака-деаэратора вода по двум опускным коллекторам поступает к сетевым насосам, которыми она прокачивается через перегревающую поверхность —конвективный пучок — для нагрева до 200° С, что соответствует температуре воды в системе теплоснабжения. Конвективный пучок выполнен из трубок малого диаметра. В целях понижения температуры стенок труб вода в трубки поступает через нижние коллекторы и с температурой 200° С выходит из верхних.

Рассматриваемый котлоагрегат наиболее эффективен в однотрубной системе теплоснабжения при чисто количественном регулировании тепловой нагрузки, т. е. при переменных расходах воды в сети. В связи с этим для поддержания скоростей движения воды в трубках в пределах 0,8—1,5 м/сек предусмотрена возможность переключения пучка с параллельной на последовательную схему и наоборот.

Из верхних коллекторов основная доля воды с температурой 200° С поступает в тепловую сеть, а небольшое ее количество (5—8%) поступает по двум подъемным вертикальным коллекторам в гидравлический затвор в целях некоторого повышения температуры воды в баке.

Сжигание газа осуществляется в шести туннельных горелках, расположенных в зонах I и II (рис. 24). Нижние газовые горелки в зоне I работают в течение всего отопительного периода, верхние — частично при средних температурах наружного воздуха и в основном в летний период горячего водоснабжения. Сжигание газа происходит в основном в специальных щелевых керамических насадках горелок при высоких тепловых напряжениях (до 8 600 тыс. ккал/м3-ч) и частично в топочных камерах. Дожигание смеси нижних горелок осуществляется в нижней топочной камере объемом 24,5 мг при максимальных тепловых напряжениях 2 050 тыс. ккал/мг ч; средние тепловые напряжения камеры составляют 1 260 тыс. ккал/м3 ч.

Каждая газовая горелка оборудована индивидуальным дутьевым вентилятором, что позволяет достаточно плавно изменять нагрузку котлоагрегата. Воздух к горелкам забирается из специальных каналов, расположенных в стенках круглой кирпичной шахты котла. Такое устройство позволяет исключить потерю тепла в окружающую среду, предохранить стенки нижней части шахты котла от чрезмерных разогревов и тем самым обеспечить приемлемые условия для работы персонала. Рассматриваемый котлоагрегат не имеет специальных тяговых устройств, так как удаление продуктов сгорания обеспечивается за счет самотяги шахты котлоагрегата.

Опыт комплектования оборудования районных водогрейных котельных показывает целесообразность единичной мощности котлоагрегата 50 Ткал/ч. Котлоагрегат такой производительности (см. рис. 23) представляет собой кирпичную шахту диаметром 6 м и высотой 15,5 м. Внутри шахты в ее верхней части находятся контактная камера и разбрызгивающие устройства — форсунки. В средней части шахты на отметке +3,5 м расположен бак-деаэратор емкостью 88 м3, обеспечивающий 20-минутный запас воды на охлаждение котла в аварийном режиме. Газы, деаэрируемые, удаляются по специальной трубе к струйному вакуум-насосу. Бак-деаэратор укреплен на четырех вертикальных коллекторах-опорах, выполненных из труб диаметром 390 мм. По двум опорам вода из бака поступает к сетевым насосам типа 5МД-7ХЗ. По двум другим опорам в бак подается некоторое количество перегретой воды в гидравлическом затворе и для охлаждения самих опор. В целях предохранения от перегрева опоры в пределах топочных камер изолированы огнеупорным материалом. Расположение бака-деаэратора на отметке +3,5 м обеспечивает подпор на всасе сетевых насосов, что позволяет располагать последние на отметке +0,0, не заглубляя их.

Нагрев (перегрев) воды до температуры 200°С осуществляется конвективным пучком поверхностью 250 м2, состоящим из 12 вертикальных рядов трубок 0 29/2,5 мм с шахматным расположением. Шаг трубок в ширину 64 мм, в глубину — 32 мм. Соединительные коллекторы пучка имеют диаметр 350 мм.

Тепловые напряжения поверхности нагрева конвективного пучка не превышают 86 тыс. ккал]м2-ч максимальный коэффициент теплопередачи составляет 78,0 ккал/м2 ч - град. Конвективный пучок опирается на две горизонтальные трубы, включенные в опорные стояки и изолированные в пределах топочной камеры огнеупорным материалом.

Внутренняя поверхность нижней и верхней топочных камер выложена хромомагнезитовым огнеупорным кирпичом. Газовые горелки обслуживаются индивидуальными вентиляторами ЦАГИ среднего давления типа СТД-57.

Основные расчетные данные коглоагрегата мощностью 50 Гкал/ч:

Как видно из приведенных данных, к. п. д. рассматриваемого котлоагрегата на 20—22% выше к. п. д. лучших отечественных водогрейных котлов типа ПТВ.

Расход металла на данный котел составляет всего 20% расхода металла на котел ЛТВ-50, причем если в котлах ЛТВ-50 общая поверхность нагрева составляет 1387,6 м2, то в рассматриваемом котле конвективная поверхность, образованная трубками, составляет 250 м2, что позволяет в 5,5 раза снизить расход металла, работающего под давлением.

Наибольшая эффективность описанного выше котлоагрегата достигается при его работе в однотрубной системе централизованного теплоснабжения. При этом питание котла осуществляется холодной водой из водопровода с температурой 5—10° С, что позволяет почти полностью использовать тепло водяных паров продуктов сгорания, теряемое в обычных котлах с уходящими газами. Это тепло составляет 12—14% низшей теплотворной способности газообразного топлива.

Вместе с тем работа рассматриваемого котлоагрегата возможна и в обычной двухтрубной тепловой сети, но при этом несколько снижается эффективность контактной камеры.

При среднегодовой температуре воды в обратной магистрали около 40° С значение среднегодового к. п. д. котла будет равно 93,4% по высшей теплотворности топлива.

На рис. 25 представлена компоновка котельной на 150 Гкал/ч с тремя водогрейными контактными котлами.

При компоновке котельной принят блочный принцип. Сетевые насосы, насосы холодной воды и фильтры магнитной обработки находятся непосредственно у котла. Такое расположение вспомогательного оборудования существенно уменьшаете число коммуникаций в котельной.

Сетевые насосы и насосы холодной воды не имеют резерва. При снижении нагрузки котельной (уменьшении расхода воды в сети) отключается часть котлов; отключенные насосы выполняют в этом случае роль резерва.

Как следует из рис. 25, рассматриваемые котлы представляют собой агрегаты полуоткрытого типа. В помещении котельной находятся лишь требующие обслуживания агрегаты. Основные технико-экономические показатели котельной представлены ниже.

Из приведенных данных следует, что удельные капиталовложения на котельную с водогрейными контактными котлами в 2 раза ниже таковых для районной котельной с котлами ПТВ [Л. 16].

Таким образом, рассматриваемый котлоагрегат обеспечивает к. п. д. на 20—25% выше к. п. д. лучших водогрейных поверхностного типа, позволяет в 5 раз снизить расход металла на сооружение котла, а также примерно в 2 раза капиталовложения в котельную.

На рис. 26 изображена простая конструкция котла ВКГ-20 для газового топлива производительностью 20 Гкал/ч с выносным деаэратором. Установка форсунок с дутьевыми вентиляторами в котлах ВКГ необязательна. Эти форсунки можно заменить несколькими десятками горелок. Опытные данные получены Академией коммунального хозяйства в результате (исследования контактной камеры, работающей с подогревом воды для целей горячего водоснабжения в поселке жилых домов завода имени Лихачева. (Аппарат работает безаварийно с момента его установки около 3 лет.)

Содержание С02 после контактной камеры зависит от температуры подогрева воды и при 80° С составляет около 50 мг/л. Содержание С02 в баках, из которых воздух с водяными парами откачивают вентилятором, создающим небольшое разрежение, значительно меньше содержания С02 в холодной водопроводной воде.

Однотрубные системы тепловых сетей. Сборник статей под редакцией Громова Н. К. 1962