Паровые котлы
В настоящее время широко распространены в различных отраслях промышленности, сельском и коммунальном хозяйстве котлы типа ДКВР (двухбарабанные котлы, водотрубные, реконструированные), рассчитанные на рабочее давление 1,4 МПа с номинальной производительностью 2,5; 4,0; 6,5; 10 и 25 т/ч. Используются также котлы этого типа, работающие при давлении 2,4 и 4,0 МПа. Котлы выпускают с топками для сжигания твердого (в слое) (рис. 3.2), жидкого и газообразного топлива. Твердое топливо из бункера 12 пневмомеханическим забрасывателем 9 подается на колосниковую решетку 8 и образует слой, в котором происходит его сгорание. При горении образуются продукты сгорания, которые движутся из топочного объема в конвективные газоходы, отдавая теплоту конвективному (кипятильному) пучку труб 4. В топке теплота от горящего топлива и продуктов сгорания отдается излучением экранным поверхностям 11. Воздух в пневмомеханический забрасыватель подается по воздушному коробу 10.
Котлы ДКВР отличаются достаточно высокой экономичностью, небольшой массой, простотой конструкции, малыми габаритами и транспортабельностью. Наличие в котлах развитого кипятильного пучка обеспечивает глубокое охлаждение продуктов сгорания, в результате чего достигается высокая их экономичность. Экранированная топочная камера обеспечивает интенсивный теплообмен продуктов сгорания с экранными поверхностями нагрева, а небольшие тепловые напряжения экранов — надежную и длительную работу обмуровки котла. Плотное расположение кипятильных труб малого диаметра в пучке—характерная особенность этих котлов. Движение газов в котлах — горизонтальное с несколькими поворотами.
Котлы допускают компоновку с различными топочными устройствами. Котлы ДКВ и ДКВР выпускают с топками для сжигания бурых и каменных углей, фрезерного торфа, древесных отходов, мазута и газа.
Нижний барабан служит шламоотстойником и имеет продувочный патрубок 7 с вентилями. Боковые экраны котлов 11 питаются из нижнего 6 и верхнего 1 барабанов с помощью перепускных труб. Такая схема питания обеспечивает надежную работу котла. Для уменьшения потерь от механической неполноты сгорания топлива топка котлов разделена на две части: собственно топку и камеру догорания.
В последние годы на смену котлам ДКВР созданы новые котлы серии Е для работы на газе и мазуте ДЕ и твердом топливе КЕ производительностью 4,0; 6,5; 10; 16; 25 т/ч для сжигания газа и мазута и 2,5; 4; 6,5; 10; 25 т/ч со слоевыми топочными устройствами для сжигания твердого топлива. Котлы КЕ-2.5-14С оборудуют по- лумеханическими топками ЗП-РПК с пневмомеханическим забрасывателем и ручными поворотными колосниками.
В качестве топочного устройства для сжигания отечественных каменных и бурых углей в котлах КЕ паропроизводительностью 4; 6,5; 10 т/ч применяются топки типа ТЛЗМ с пневмомеханическими забрасывателями и моноблочной ленточной цепной решеткой обратного хода. Цепные решетки топок ТЛЗМ поставляют заказчику в блочном исполнении, что существенно повышает их эксплуатационную надежность. Рама решетки служит опорой коллекторов боковых экранов котлов. Котлы КЕ-25 оборудуют механическими топками ТЧЗ с чешуйчатой цепной решеткой обратного хода и пневмомеханическими забрасывателями. За котельными агрегатами в случае сжигания каменных углей и бурых углей с приведенной влажностью Wnp<2 устанавливают водяные экономайзеры, а при сжигании бурых углей с приведенной влажностью Wnp2 — трубчатые воздухоподогреватели (здесь Wnp в % на 1 МДж сжигаемого килограмма топлива).
При разработке новых конструкций котлов серии Е (КЕ и ДЕ) внимание было обращено на увеличение степени их заводской готовности в условиях крупносерийного производства, снижение металлоемкости конструкции, снижение присосов воздуха в конвективную часть котла. Котлы типа КЕ поставляют потребителям блоками в собранном виде, с обвязочным каркасом, без обмуровки и обшивки. Основными элементами котлов типа Е КЕ являются: верхний и нижний барабаны с внутренним диаметром 1000 мм, левый и правый боковой экраны и конвективный пучок, выполненные из труб диаметром 51x2,5 мм. Топочная камера образована боковыми экранами, фронтальной и задней стенками, выполненными из огнеупорного кирпича. Ширина топочной камеры котлов паропроизводительностью 2,5; 4; 6,5 т/ч по осям экранных труб составляет 2270 мм, а ширина топочной камеры котла производительностью 10 т/ч — 2874 мм.
Топочная камера котлов паропроизводительностью от 2,5 до 10 т/ч разделена кирпичной стенкой на собственно топку глубиной 1605—2105 мм и камеру догорания глубиной 360—745 мм, что позволяет повысить КПД котла за счет снижения потерь с химической неполнотой сгорания топлива. Вход газов из топки в камеру догорания и выход газов из котла асимметричные. Под камеры догорания наклонен таким образом, чтобы основная масса падающих в камеру кусков топлива скатывалась на колосниковую решетку. Трубы конвективного пучка, развальцованные в верхнем и нижнем барабанах, установлены с шагом вдоль барабана 90 мм и поперечным шагом 110 мм (за исключением среднего, равного 120 мм, и боковых пазух, ширина которых 195—387 мм). Шамотная перегородка, отделяющая камеру догорания от пучка, и чугунная перегородка, образующая два газохода, в пучках создают горизонтальный разворот газов при поперечном омыванни труб. Особенностью конструкции котлов типа КЕ является наличие плотных боковых экранов в области топочной камеры и ограждающих стен в конвективном пучке с шагом 55 мм при трубах диаметром 51X Х2,5 мм. Боковые экраны и крайние боковые ряды труб конвективного пучка объединены общими коллекторами по всей длине котла.
В котлах применена схема одноступенчатого испарения. Питательная вода из экономайзера подается в верхний барабан под уровень воды по перфорированной трубе. В нижний барабан вода сливается по задним обогреваемым трубам кипятильного пучка. Передняя часть пучка (от фронта котла) является подъемной. Из нижнего барабана вода по перепускным трубам поступает в камеры левого и правого экранов. Питание экранов осуществляется также из верхнего барабана по опускным необогреваемым трубам (0 159 мм), расположенным по фронту котла. Пароводяная смесь из экранов поступает в верхний барабан под уровень воды, в результате происходит барботаж пара через слой воды. Отсепарирован- ный в свободном объеме пар проходит через перфорированный лист, установленный на расстоянии 90 мм от верхней образующей барабана, и направляется в паропровод. Применение плотных экранов позволяет заменить тяжелую обмуровку на боковых стенах котлов натрубной, состоящей из слоя шамотобетона толщиной 25 мм по сетке и нескольких слоев изоляционных плит общей толщиной около 100 мм.
Котлы КЕ на тзердом топливе паропроизводительностью от 2,5 до 10 т/ч оборудованы стационарным обдувочным аппаратом с расположенной по оси котла вращающейся трубой, имеющей ряд сопл. Для обдувки поверхностей нагрева от наружных отложений применяется насыщенный или перегретый пар при давлении перед соплами не менее 0,7 и не более 1,7 МПа. Котлы серии Е на твердом топливе надежно работают на пониженном по сравнению с номинальным давлением, при этом КПД котлоагрегата не уменьшается. В котельных, предназначенных для производства насыщенного пара без предъявления жестких требований к его качеству, паропроизводительность котлов типа КЕ при пониженном (до 0,2 МПа) давлении может быть принята такой же, как и при давлении 1,4 МПа.
Котел типа Е-25Р КЕ-25С с рабочим давлением 1,4—2,4 МПа производительностью 25 т/ч предназначен для производства насыщенного или перегретого пара, идущего на технологические нужды промышленных предприятий в системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Топочная камера котла шириной 2710 мм полностью экранирована (степень экранирования Л/ЕСТ = 0,8 трубами диаметра 51X2,5 мм). Трубы всех экранов приварены к верхним и нижним коллекторам диаметром 219X8 м. Топочная камера по глубине разделена на два блока. Каждый из боковых экранов (правый и левый) переднего и заднего топочных блоков образует самостоятельный циркуляционный контур. Верхняя камера боковых экранов в целях увеличения проходного сечения на входе в пучок расположена асимметрично относительно оси котла. Шаг труб фронтального и боковых экранов — 55 мм, шаг труб заднего экрана— 100 мм. В топочном объеме трубы заднего экрана образуют камеру догорания. На наклонном участке труб уложен слой огнеупорного кирпича толщиной 65 мм. Объем топочной камеры 61 м3. Для улучшения циркуляционных характеристик фронтового экрана на последнем установлено 6 рециркуляционных труб диаметром 76X3. Площадь лучевоспринимающей поверхности нагрева 90,68 м2.
Третьим блоком котла является блок конвективного пучка с двумя барабанами (верхним и нижним) с внутренним диаметром 1000 мм. Длина верхнего барабана 7000 мм, нижнего — 5500 мм. Толщина стенки барабана котлов с рабочим давлением 1,4 МПа— 13 мм, материал— сталь 16ГС. Ширина конвективного пучка по осям крайних труб 2320 мм. В таком пучке отсутствуют пазухи для размещения пароперегревателя, что существенно улучшает омывание конвективного пучка.
Поперечный шаг труб в пучке составляет 100 мм (за исключением среднего, равного 120 мм), продольный — 95 мм. Площадь поверхности нагрева конвективного пучка равна 417,8 м2. Первые три ряда труб на входе в пучок имеют шахматное расположение с поперечным шагом s = 220 мм. Удвоение величины шага по сравнению с остальными рядами позволяет увеличить проходное сечение на входе в пучок, частично перекрытое потолком топочной камеры. Все блоки котла К.Е-25С (два топочных и один конвективный) собраны на отдельных опорных рамах. Через опоры камер экранов и барабана на раму передаются масса элементов блока котла под давлением, масса обвязочного каркаса, а также масса обмуровки с обшивкой. Для транспортировки объемных блоков котла КЕ-25С для большей жесткости по их торцевым стенкам приварены раскосы из швеллеров, которые после монтажа котла срезают.
Топочные устройства этих котлов с цепной решеткой ТЛЗМ 2,7/5,6 предназначены для сжигания каменных и бурых углей с максимальным размером куска до 50 мм и с содержанием мелочи 0—6 мм не более 50 %. Допустимая влажность каменного угля не более 8 %, бурого— не более 40 %. Решетка приводится в движение электроприводом ПТ-1200, обеспечивающим 8 ступеней регулирования скорости движения в пределах 2,4—18 м/ч или приводом ПТБ-1200, имеющим бесступенчатое регулирование частоты вращения за счет изменения частоты вращения электродвигателя постоянного тока. Скорость движения решетки с приводом ПТБ-1200 изменяется в пределах 0,92—18,4 м/ч. Обмуровка топочных блоков котла КЕ-25С состоит из шамотобетона толщиной 25 мм по сетке и известково-кремнезитных плит толщиной 105 мм, а обмуровка боковых стен конвективного блока котла — из плит ШЛБ-1 толщиной 65 мм, известково- кремнезитных плит толщиной 105 мм и газоуплотнительной штукатурки из асбестосовелитовой мастики по сетке толщиной 17 мм. Обмуровка задней стенки имеет толщину 100 мм и выполнена из асбестовермикулитовых плит.
Газомазутные вертикально-водотрубные паровые котлы типа Е(ДЕ) паропроизводительностью 4; 6,5; 10 и 25 т/ч предназначены для выработки насыщенного или слабоперегретого пара давлением 1,4 МПа. Топочная камера котлов размещена сбоку от конвективного пучка, образованного вертикальными трубами, развальцованными в верхнем и нижнем барабанах. Ширина топочной камеры по осям боковых экранов труб одинакова для всех котлов—1790 мм, глубина топочной камеры изменяется в зависимости от номинальной паропроизводи- тельности котла.
Основными составными частями этих котлов являются: верхний и нижний барабаны, конвективный пучок, фронтальный, боковой и задний экраны, образующие топочную камеры. Трубы перегородки и правого бокового экрана, образующего также под и потолок топочной камеры, вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны. Концы труб заднего экрана приварены к верхнему и нижнему коллекторам диаметром 159X6 мм. Трубы фронтального экрана котлов паропроизводительностью 4; 6,5 и 10 т/ч приварены к коллекторам диаметром 159x6 мм, а на котлах паропроизводительностью 16 и 25 т/ч они развальцованы в верхнем и нижнем барабанах. Шаг труб вдоль барабана 90 мм, поперечный — 110 мм (за исключением среднего, равного 120 мм). Для поддержания необходимого уровня скоростей газов в конвективных пучках котлов производительностью 4,0; 6,5 и 10 т/ч установлены продольные ступенчатые перегородки.
Плотное экранирование боковых стен (относительный шаг труб s/d = 1,03), потолка и пода топочной камеры позволяет на котлах применять легкую изоляцию в 2— 3 слоя изоляционных плит толщиной 100 мм, укладываемую на слон шамотобетона по сетке толщиной 15— 20 мм. Обмуровка фронтальной и задней стен выполнена по типу облегченной обмуровки котлов ДКВР (шамотный кирпич толщиной 65 мм и изоляционные плиты общей толщиной 100 мм для котлов 4; 6,5 и 10 т/ч). Для котлов 16 и 25 т/ч обмуровка фронтальной стены выполнена из шамотного кирпича толщиной 125 мм и нескольких слоев изоляционных плит толщиной 175 мм, общая толщина обмуровки фронтальной стены 300 мм. Обмуровка задней стены состоит из слоя шамотного кирпича толщиной 65 мм и нескольких слоев изоляционных плит толщиной 200 мм; общая толщина обмуровки составляет 265 мм. Для уменьшения присосов в газовый тракт котла снаружи изоляцию покрывают металлической листовой обшивкой толщиной 2 мм, приваренной к обвязочному каркасу. В качестве хвостовых поверхностей нагрева котлов применяют стандартные чугунные экономайзеры из труб ВТИ.
Общий вид котла ДЕ-25-14ГМ вместе с обслуживающими площадками показан на рис. 3.3. Для обеспечения надежной циркуляции в кипятильных трубах котельного пучка верхний и нижний барабаны соединены между собой опускными трубами размером 0 159X4,5, число которых с ростом производительности котла увеличивают от 1 до 4. Ограждающие поверхности котлов ДЕ на жидком и газообразном топливе выполнены из труб с относительным шагом sjd= 1,03—1,08, что позволяет применять облегченную изоляцию. Основные характеристики котлоагрегатов ДКВР и ДЕ приведены в табл. 3.1. Зависимость удельной поверхности нагрева от теп- лопроизводительности котлов показана на рис. 3.4. Из графика и таблицы видно, что в котлах типа ДЕ расход металла на поверхности нагрева, находящийся под давлением, на 5—15% меньше в основном за счет конвективного пучка. Это достигнуто уменьшением шагов труб, увеличением скорости газов и как следствие увеличением теплоотдачи со стороны продуктов сгорания.
Котлы серии ДЕ имеет высокую степень заводской готовности, что повышает эффективность их монтажа.
Завод поставляет котельное оборудование в виде блоков (котлоагрегат, тягодутьевая установка, экономайзер, деаэрационно-питательная установка, установка сетевой воды, ХВО, реагенное хозяйство и др.), которые монтируют в заводских условиях на металлоконструкциях с последующей обвязкой этого оборудования трубопроводами. Затем оборудование блока подвергают гидравлическому испытанию, изолируют и окрашивают. Блоки комплектуют необходимыми контрольно-измерительными приборами и средствами автоматизации для поддержания заданных технологических параметров и режимов. После сборки блоки транспортируют к месту установки — на монтажную площадку, где их соединяют с общекотельными магистральными трубопроводами н кабелями. Блоки поставляют транспортабельными, т. е. они вписываются в габариты нормальной колеи железных дорог СССР. Масса блоков не превышает максимальную грузоподъемность передвижных стрелковых кранов (20—25 т). Сроки монтажа с 2—3 лет снижаются до 2—3 месяцев.
По сравнению с котлами ДКВР к недостаткам котлов ДЕ следует отнести несколько повышенные аэродинамические сопротивления и расход электроэнергии на тягу, а также повышенную загрязняемость конвективных пучков при работе на жидком топливе.
Кроме описанных выше имеется большой парк котлов с паропроизводительностью более 25 т/ч. Обычно такие котлы имеют П-образную компоновку. На рис. 3.5 показан паровой котел БКЗ-210-140ФБ барабанного типа с естественной циркуляцией, рассчитанный на сжигание твердого топлива (каменного или бурого угля, а также торфа) паропроизводительностью 210 т/ч, работающий при давлении пара 14 МПа.
Котел имеет двуступенчатую схему испарения. Пароперегреватель радиационно-конвективного типа состоит из радиационной топочной части, полурадиацион- ных ширм и конвективной части. Регулирование температуры перегретого пара осуществляется впрыском конденсата. В опускном газоходе котла размещены экономайзер 6 и трубчатый воздухоподогреватель 7. Поверхность нагрева пароперегревателя, экономайзера и воздухоподогревателя выполняют различной в зависимости от вида сжигаемого топлива с учетом оптимального подогрева воздуха и допустимо низкой температуры уходящих газов. На котле применено устройство для дробевой очистки поверхностей нагрева 5, расположенных в спускном газоходе. Обмуровка топочной камеры 10 — на- трубного типа, а в месте расположения пароперегревателя и водяного экономайзера — щитовая. Все основные процессы работы котла автоматизированы, КПД котла составляет 92 %.
Топочная камера котла полностью экранирована трубами диаметром 60 мм, расположенными с шагом 64 мм, и оборудована турбулентными горелками, расположенными на боковых стенах, или прямотопочными щелевыми горелками в углах топки или в его передней части. Ниже горелок топочная камера образует так называемую холодную воронку. Здесь происходят охлаждение и затвердевание выпадающих из факела частиц спекшейся золы, падающей в шлаковый бункер. Шлак из бункера удаляют сильной струей воды (гидрозолоудаление).
