Котел водогрейный ПТВМ- 30М/ 50/ 100/ 120/ 180

Техническое описание водогрейного котла ПТВМ-30М

Котёл водогрейный газомазутный предназначен установки в отопительных котельных в качестве основного источника теплоснабжения для получения горячей воды температурой 150 °С, используемой в системах отопления, горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения.

Котел — прямоточный с П-образной сомкнутой компоновкой поверхностей нагрева. Топка котла полностью экранирована трубами Ø60×3 мм, расположенными с шагом S=64 мм, и оборудована шестью газомазутными горелками МГМГ — 6, установленными встречно на боковых стенках.

Конвективные поверхности нагрева расположены в конвективном газоходе с боковыми стенками, экранированными трубами Ø83×3,5 мм, которые являются стояками конвективных секций, выполненных из труб Ø28×3 мм. Задняя стенка конвективного газохода экранирована трубами Ø60×3 мм.

Трубная система котла ПТВМ-30М опирается на каркасную раму на отметке 5,14 м.

Диапазон регулирования нагрузки котлов 30 -100% от номинальной производительности. Изменение теплопроизводительности котла осуществляется изменением числа работающих горелок.

Расход воды через котел должен поддерживаться постоянным, при изменении тепловой нагрузки изменяется разность температур воды на входе и выходе из котла.

Котлы, работающие на мазуте , могут быть оборудованы устройством газоимпульсной очистки (ГИО) для удаления наружных отложений с труб конвективной поверхности на грева.

Котел водогрейный ПТВМ-30М

Техническое описание водогрейных котлов ПТВМ-50, ПТВМ-100, ПТВМ-120

Котлы водогрейные предназначены для получения горячей воды температурой 150 °С в отдельно стоящих котельных, используемой в системах отопления, горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения и на ТЭЦ.

Котлы ПТВМ-50 и ПТВМ-100 могут эксплуатироваться как в основном режиме, так и в пиковом (для подогрева сетевой воды) соответственно от 70 до 150 °С и от 110 до 150 °С.

Котлы имеют башенную компоновку : над вертикальной топочной камерой располагается конвективная поверхность нагрева. Топочная камера экранирована трубами Ø60х3 мм.

Конвективная поверхность нагрева котлов ПТВМ-100 и ПТВМ-120 состоит из восьми пакетов, а котла ПТВМ-50 — из четырех пакетов, набирается из U-образных ширм из труб Ø28х3 мм. Боковые стены конвективного газохода закрыты трубами Ø83х3,5 с шагом 128 мм и являются одновременно стояками конвективных полусекций.

Трубные системы котлов подвешиваются к каркасу за верхние коллекторы и свободно расширяются вниз.

Котёл ПТВМ-50 оборудован 12 газомазутными горелками МГМГ-6 – по шесть с каждой стороны.

Котёл ПТВМ-100

Котёл ПТВМ-120 оборудован 16 газомазутными горелками МГМГ-8 – по восемь с каждой стороны.

Каждая горелка снабжена индивидуальным дутьевым вентилятором.

По согласованию котлы также могут быть оборудованы зарубежными и отечественными газовыми горелками соответствующей производительности (имеющими необходимые технические характеристики, сертификат соответствия и разрешение на применение Ростехнадзора).

Обслуживание горелочного устройства, его описание и технические характеристики приводятся в документации, прилагаемой к горелочным устройствам.

Котлы имеют облегченную обмуровку и теплоизоляцию.

Котел водогрейный ПТВМ-50

Котел водогрейный ПТВМ-100

Техническое описание водогрейного котла ПТВМ-180

Теплофикационный водогрейный газомазутный котел теплопроизводительностью 209 (180) МВт (Гкал/час). ПТВМ-180 устанавливается на ТЭЦ для покрытия пиков теплофикационной нагрузки.

Котел ПТВМ-180 башенного типа, водотрубный, радиационный прямоточный, с принудительной циркуляцией. Изменение теплопроизводительности котла осуществляется изменением количества работающих горелок при постоянном расходе воды и переменном температурном перепаде.

Котел оборудован 20 газомазутными горелками МГМГ-10 с индивидуальным дутьевым вентилятором на каждой горелке.

Топочная камера предназначена для сжигания высокосернистого мазута и природного газа. Стены топочной камеры полностью экранированы трубами Ø60х3,5мм. Трубы экранов соединены между собой двумя горизонтальными поясами жёсткости. Топочная камера разделена на три части двумя двухсветными экранами.

Конвективная часть состоит из 176 секций (U-образные змеевики из труб Ø28х3, вваренные в стояки Ø83х4 мм). По ходу газов конвективная часть разделена на два пакета.

Каркас котла состоит их 4-х плоских рам общей высотой 13,2 м. На верхней отметке расположены грузовые ригели рам и несущие балки потолка, к которым за специальные тяги подвешивается весь котёл. Для придания общей пространственной жёсткости всей конструкции используются помосты, опоясывающие каркас на трёх отметках. Для очистки конвективной части котла от наружных загрязнений предусмотрена обмывка сетевой водой.

Котел имеет облегченную обмуровку и теплоизоляцию.

Котел ПТВМ-50 предназначен для получения горячей воды с температурой до 150°С в отдельно стоящих котельных для использования в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения объектов промышленного и бытового назначений

Топочная камера котла, а также задняя стена конвективной шахты закрыты экранами из труб Ш 60Ч3 мм с шагом 64 мм. Конвективная поверхность нагрева котлов состоит из трех пакетов. Каждый пакет набирается из U - образных ширм, которые выполнены из труб Ш 28Ч3 мм. Ширмы в пакетах расположены параллельно фронту котла и расставлены так, что их трубы образуют шахматный пучок с шагом S 1 =64 мм и S 2 =40 мм. Все трубы, которые образуют экранные поверхности котла, вварены непосредственно в коллекторы Ш 273Ч 10 мм.

Условное обозначение котла выглядит следующим образом:

П - пиковый;

Т - теплофикационный;

В - водогрейный;

М - мазутный;

50 -теплопроизводительность в Гкал/ч.

При работе на мазуте котлы ПТВМ-50 должны включаться по прямоточной схеме: подвод воды осуществляется в поверхности нагрева топочной камеры, отвод воды - из конвективной поверхностей нагрева.

При работе только на газообразном топливе включение котлов ПТВМ-50 по воде выполняется по противоточной схеме: подвод воды - в конвективные поверхности нагрева, отвод воды - из поверхностей нагрева топочной камеры.

Котёл ПТВМ-50 оборудуется двенадцатью газомазутными прямоточно-вихревыми горелками ГМПВ - 6 , расположенными на боковых сторонах по 6 штук. Каждая горелка снабжена индивидуальным дутьевым вентилятором.

Котлы имеют облегченную обмуровку, которая крепится непосредственно к экранным трубам. Общая толщина обмуровки 110 мм. Обмуровочные и изоляционные материалы в поставку завода не входят.

Над каждым отопительным котлом устанавливают дымовую трубу 1, обеспечивающую естественную тягу. Труба 1 опирается на каркас. Отопительные котлы устанавливаются полуоткрыто: в помещении размещаются только горелки, арматура, вентиляторы и т.д. (т.е. нижняя часть котлоагрегата), а все остальные элементы котла расположены на открытом воздухе.

Вода в отопительном котле циркулирует с помощью насосов. Расход воды зависит от режима работы отопительного котла: при работе в зимний период применяется четырехходовая схема циркуляции воды по основному режиму, а в летний -- двухходовая по пиковому режиму.

При четырехходовой схеме циркуляции вода в отопительном котле из теплосети подводится в один нижний коллектор и последовательно проходит через все элементы поверхности нагрева котла, преодолевая подъемы и опуски, после чего вода также через нижний коллектор отводится в тепловую сеть.

При двухходовой схеме вода в отопительном котле поступает одновременно в два нижних коллектора и, перемещаясь по поверхности нагрева, нагревается, после чего отводится в тепловую сеть. При двухходовой схеме циркуляции через котел пропускается почти вдвое больше воды, чем при четырехходовой схеме. Это объясняется тем, что при летнем режиме работы котла нагревается большее, чем в зимний период, количество воды и она поступает в отопительный котел с более высокой температурой (ПО вместо 70°С). Основной причиной возникновения отложений в котлах является поступление в них с водой веществ, образующие в котловой воде труднорастворимые соединения. К таким соединениям относятся ионы кальция, магния, кремния, меди и железа. Умягчение исходной сырой воды производится на установке двухступенчатого катионирования . Первая ступень состоит из 3-х натрий-катионитовых фильтров, вторая ступень состоит из 2-х аналогичных фильтров диаметров 2600 мм. Техническая характеристика котла ПТВМ-50 представлена в таблице 4.1

Таблица 4.1

Техническая характеристика котла ПТВМ-50

Наименование	Размерность
Теплопроизводительность
Давление воды: Расчетное Минимальное на выходе
Температура воды: На входе На выходе
Расход воды
Гидравлическое сопротивление
Температура уходящих газов
КПД котла
Расход топлива (расчетный)	м 3 /ч (кг/ч)
Сопротивление воздушного короба с горелками
Расход воздуха
Теплонапряжение топочного объема
Тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности
Объем топочной камеры
Лучевоспринимающая поверхность
Поверхность нагрева конвективных пучков
Масса котла в объеме заводской поставки

Схема движения воды в котле ПТВМ-50

а-основной режим; б-пиковый режим; 1-подводящие и отводящие коллекторы; 2-соединительные трубы; 3-фронтальный экран; 4-конвективный пучок труб; 5, 6-левый и правый боковые экраны; 7-задний экран; 8-коллекторы контуров; - движение воды.

Вода в котле циркулирует с помощью насосов. Расход воды зависит от режима работы отопительного котла: при работе в зимний период применяется четырехходовая схема циркуляции воды по основному режиму, а в летний - двухходовая по пиковому режиму.

При четырехходовой схеме циркуляции вода в отопительном котле из теплосети подводится в один нижний коллектор и последовательно проходит через все элементы поверхности нагрева котла, преодолевая подъемы и опуски, после чего вода также через нижний коллектор отводится в тепловую сеть.

При двухходовой схеме вода в отопительном котле поступает одновременно в два нижних коллектора и, перемещаясь по поверхности нагрева, нагревается, после чего отводится в тепловую сеть. При двухходовой схеме циркуляции через котел пропускается почти вдвое больше воды, чем при четырехходовой схеме. Это объясняется тем, что при летнем режиме работы котла нагревается большее, чем в зимний период, количество воды и она поступает в отопительный котел с более высокой температурой (ПО вместо 70 °С).

Жаротрубные котлы

По конструкции является противоположностью водотрубному котлу.Котёл газотрубный - паровой или водогрейный котёл, у которого поверхность нагрева состоит из трубок небольшого диаметра, внутри которых движутся горячие продукты сгорания топлива.Теплообмен происходит посредством нагрева теплоносителя (как правило, это вода или масло), который находится снаружи трубок. Согласно ГОСТ 23172-78, различают жаротрубные , дымогарные и жаротрубно-дымогарные котлы: в жаровых трубах происходит горение, в дымогарных только движутся продукты сгорания. Обычно жаровые трубы толще и их количество меньше. Наиболее распространенная конструкция жаротрубных котлов - цилиндрический корпус, расположенный горизонтально.

Внутри корпуса у водогрейных котлов находится горячая вода, у паровых водяной и паровые объемы. В переднем торце каждой жаровой трубы устанавливается наддувная горелка, рассчитанная на сжигании газообразного или жидкого топлива. Таким образом, жаровая труба является топочной камерой, в которой сгорает почти все топливо. Агрегат состоит из металлического барабана цилиндрической формы с жаровой трубой, в которой устроена топка. Нагретый внутри газ выходит из трубы и обогревает боковые поверхности барабана котла, далее направляется в экономайзер или непосредственно в дымовую трубу. Существуют модели с двумя трубами, крайне редко - с тремя и более. Современные одножаротрубные котлы изготавливаются с поверхностями нагрева от 30 до 50 метров квадратных, нагреваемая плоскость двухжаротрубных котлов составляет от 80 до 100 метров квадратных. Отопительные агрегаты такого типа просты в изготовлении, потому и цена на них минимальна. Устройство жаротрубных котлов позволяет применять их в отопительных и водоснабжающих системах жилых объектов и промышленных предприятий. Максимальный КПД, высокую надежность функционирования и хорошие теплотехнические показатели такое оборудование демонстрирует при использовании газового топлива. Однако имеются и недостатки: значительный нагрев насадок у горелок, также может наблюдаться пульсирующее горение, которому сопутствуют выброс пламени и хлопки. Как правило, в большинстве случаев возможно устранение этих недостатков. Важным для сохранения работоспособности агрегата является соответствие диаметра форсунок конструкционным особенностям инжекционных горелок среднего давления, в противном случае полное сжигание газа не может быть достигнуто. Конструктивное устройство жаротрубного котла требует наличия узла редуцирования давления, поскольку агрегат снабжается газом от сетей среднего или высокого давления.

К минусам конструкции жаротрубных котлов относятся:

§ большие габариты;

§ значительная металлоемкость;

§ высокие требования внутренних топок к качеству топлива;

§ взрывоопасность.

Однако точное соблюдение инструкций производителя по эксплуатации котлов и правил техники безопасности полностью исключает возможность возникновения нештатных ситуаций.

Паровые жаротрубные котлы. Обмуровка одножаротрубных и двухжаротрубных котлов выполняется однообразно, видоизменяясь только в своей верхней части, в зависимости от того, работает ли котел как паровой или водогрейный. Этот тип обмуровки признается наилучшим; газоходы доступны для чистки и достаточно вместительны, в них может отлагаться летучая зола, не загромождая собой путь для газов. Топочные газы, пройдя жаровые трубы, попадают в поворотную камеру, размеры которой по ширине не следует обуживать, так как в этой камере собирается большая часть летучей золы. Минуя поворотную камеру, газы проходят по второму газоходу, не доходя до фронта котла, поворачиваются и идут по третьему-последнему газоходу, направляясь к общему сборному борову. В пределах поворотной камеры газы проходят особым каналом, разобщающим третий газоход от пространства поворотной камеры. Стены обмуровки выкладывают в 2 кирпича. Верхняя часть газохода не доходит 100 мм до наинизшего уровня воды в котле; это - требование Котлонадзора.

Снизу в газоходах поставлены кирпичные перегородки (дефлекторы), выкладываемые насухо для возможности их разборки при чистке золы, когда они могут помешать проникнуть в газоход. Назначение дефлекторов-повысить скорость газов в газоходе и тем увеличить коэффициент теплопередачи, так как последний растет с повышением скорости. Следует отметить, что коэффициенты теплопередачи в боковых газоходах цилиндрических котлов вообще высоки, но это происходит главным образом вследствие косвенного излучения накаленных стен обмуровки на поверхность нагрева, а также излучения значительного по толщине газового слоя; поэтому и отсутствие дефлекторов не очень существенно скажется на снижении коэффициента теплопередачи.

Котел опирается на чугунные опоры, которые и передают его вес на кладку фундамента, выкладываемую на цементном растворе, в то время как вся обмуровка выполняется на простой глине или шамотной - в тех местах, где имеется огнеупорная футеровка.

Огнеупорным кирпичом футеруют газоходы, по которым проходят газы с высокими температурами. Чтобы ориентироваться, какого класса огнеупорный кирпич следует применить, пользуются указаниями ГОСТ 4385-48, по которому шамотные изделия подразделяются на три класса: класс А - огнеупорность не ниже 1730˚С, Б – 1670˚С, В – 1580°С

Топки для мазута и газа футеруются огнеупорным кирпичом класса А; топки для слоевого сжигания топлива футеруются кирпичом класса Б и котельные газоходы - кирпичом класса В.

Последние газоходы котлов иногда футеруются тугоплавким кирпичом (гжельским), огнестойкость которого по ГОСТ 881-41 равняется для I сорта 1400°С, II сорта - 1300°С. Сборные борова, экономайзеры, а также частично и последние газоходы котлов выкладывают красным кирпичом без футеровки.

Футеровка огнеупорным или тугоплавким кирпичом с остальной кладкой из красного кирпича выкладывается вперевязь; это распространяется не только на котельные газоходы, но и на топки. Топки больших котлов футеруют огнеупорным кирпичом, не перевязывая его с остальной кладкой, чтобы лучше обеспечить свободное расширение футеровки при нагревании. Для устойчивости футеровка в таких случаях делается наклонной, а стена несколько утолщается книзу или же прихватывается металлическими скобами (кляммерами) к основной кладке.

Чтобы котел при его разогревании и температурных деформациях не перемещался по опорам, что может вызвать их перекашивание и износ котельной стенки, опоры следует делать подвижными, оставляя только одну неподвижной. Неподвижную опору желательно относить ближе к поворотной камере, тогда перемещение днища котла в местах непосредственного соприкосновения со сводами, перекрывающими поворотную камеру, достигнет минимальных значений. В противном случае это место приходится закладывать асбестом, чтобы создать известную эластичность. Асбест вообще прокладывают в местах непосредственного соприкосновения металлических стенок котла с кладкой. Это позволяет котлу свободно расширяться, причем он предохраняется от механических повреждений.

Обмуровка котла скрепляется металлическим каркасом. Стойки каркаса располагаются таким образом, чтобы при выпучивании нагретой обмуровки они были нагружены в направлении их наибольшего момента сопротивления.

Следует также воспринять распор от сводов, перекрывающих поворотную камеру, при помощи горизонтально расположенных швеллеров. Подобно тому, как это делалось в топках, перекрывающий поворотную камеру свод часто защищают сверху сводом разгрузочным; это мероприятие увеличивает срок службы первого свода и облегчает ремонт

В жаровых трубах за топкой иногда располагают вертикальные кирпичные перегородки, предложенные проф. К. В. Киршем с целью повышения коэффициента теплопередачи в жаровых трубах за счет восприятия излучения от накаленных кирпичей. Практически такие перегородки оказались малоудобными, так как затрудняют чистку жаровой трубы при сжигании зольных топлив. Летучая зола осаждается в местах, образуемых этими перегородками при стыке с жаровой трубой. В итоге значительная часть поверхности нагрева выключается из работы.

В обмуровке котла оставлены два лаза с фронта, дающие возможность проникнуть в газоходы при их чистке. Во избежание излишних присосов воздуха лазы не только имеют хорошо прикрывающуюся крышку (желательно с асбестовой прокладкой), но в них дополнительно еще выкладывается стенка из кирпича, разбираемая в периоды чисток. С целью борьбы с присо-сами воздуха через тонкую часть кладки во фронтовой стенке, рядом со спускным краном, следует снаружи поставить стальной лист. Также много присасывается в газоходы воздуха через щели у шибера за котлом. При установке над шибером стального кожуха вместо широкой щели в верхней части кожуха остается только круглое отверстие для пропуска троса, поднимающего шибер. Поворотные шиберы следует предпочесть «задвижкам» как не требующие значительных усилий при открывании, а также не дающие сколько-нибудь значительного присоса воздуха. Сзади котла, напротив жаровых труб, иногда располагают гляделки, отверстия которых перекрывают слюдой или стеклом. Сверху парового жаротрубного котла иногда устанавливают сухопарник, ооновное назначение которого - уменьшить влажность пара, так как при малых скоростях и достаточной высоте подъема из него выпадают капли воды, уносимые с паром. Сухопарник создает некоторое удобство в эксплуатации, позволяя концентрированно располагать на нем патрубки для крепления к ним вентилей паропроводов, а также предохранительных клапанов.

Питание котла осуществляется через специальные патрубки, располагаемые на цилиндрической части котла или на днище барабана. По правилам Котлонадзора для вновь изготовляемых котлов при производительности их более 4 т/час обязательно устройство двух питательных линий и не менее двух вводов питания в котел.

Снизу котла, ближе к фронту, помещается патрубок для продувочного вентиля, через который периодически спускается скопив шаяся внизу грязь, а также за счет частичного обмена котловой воды уменьшается

степень насыщения водяного объема котларастворенными в нем солями накипеобразователей.

С целью улучшения условий циркуляции одножаротрубные котлы часто изготовлялись с жаровой трубой, сдвинутой вбок. При таком расположении в узком пространстве между трубой и корпусом барабана, обогреваемом с двух сторон, больше образуется паровых пузырей, чем с противоположной стороны, что вызовет усиленную циркуляцию, указанную на чертеже стрелкой.

Водогрейные жаротрубные котлы . В отличие от парового котла, где запрещается обогревать газами паровое пространство, чтобы не вызвать чрезмерного нагрева стенки, обмуровка водогрейного котла предусматривает полное обогревание цилиндрического корпуса котла. Газы проводятся аналогично предыдущей обмуровке по трем газоходам, причем разобщение второго газохода от третьего, как и в паровом котле, произведено снизу вертикальной стенкой в 2 кирпича, а сверху - утолщением в замке перекрывающего котел свода. Над упомянутым сводом для его разгрузки желательно иметь второй свод. В остальном детали обмуровки те же. Отвод горячей воды производится сверху котла, вблизи его фронта. Подача питательной воды выполняется сверху котла, ближе к поворотной камере, в отличие от довольно часто встречающегося на практике питания водогрейных котлов снизу, что не рекомендуется. Не следует забывать, что водогрейный котел является в сущности экономайзером, только снабженным самостоятельной топкой, и, как во всяком экономайзере, температура воды в нем всюду разная, постепенно повышающаяся от температуры питательной воды до горячей. В паровом же котле температура воды вследствие хорошей циркуляции всюду одинаковая, соответствующая тому давлению пара, с которым работает котел. Поэтому вода в котле даже при небольшом давлении имеет во всех пунктах температуру во всяком случае не ниже 100°, и паровой котел не боится росы, которая может выпасть в отходящих газах при местном их переохлаждении.

При подводе воды в водогрейный котел снизу вода будет постепенно подогреваться, причем наиболее холодная вода останется внизу барабана, где и будет наблюдаться внешняя коррозия из-за появления росы. При питании сверху холодная вода как более тяжелая тонет в общей массе подогретой воды, лучше происходит перемешивание, и в котле исчезают участки, омываемые наиболее холодной водой.

Указанное относится к отопительным котлам, когда температура обратной воды, идущей из системы отопления, обычно не снижается ниже 30°. Еще более тяжелые условия получаются, когда жаротрубные котлы используются для нагревания воды горячего водоснабжения. В этом случае температура входящей в котел водопроводной воды в зимнее время не превышает 5-7°, стенки котла начинают покрываться росой, ржавеют и котлы быстро выходят из строя. Поэтому в настоящее время для целей горячего водоснабжения применяются паровые котлы. Пар из котлов направляется в поверхностные теплообменники, в которых и приготовляется горячая вода.

Характерной особенностью жаротрубных котлов является внутренняя топка. В этом отношении жаротрубный котел является прототипом котлов с экранированными топками. Сжигая в жаровой трубе антрацит на колосниковой решетке или нефтяные остатки, достигают максимального развития прямой отдачи и, следовательно, наилучшего использования поверхностей нагрева. Однако жаровая труба при сжигании в ней кускового топлива часто ограничивает развитие зеркала горения; кроме того, при засоренных сортах топлива осложняется чистка шлака и сокращаются периоды между чистками. Такое топливо, как торф или подмосковный уголь, вообще не удается сколько-нибудь эффективно сжигать непосредственно в жаровой трубе, так как наряду с повышенной зольностью большая влажность вынуждает снижать прямую отдачу, а низкая теплотворная способность приводит к необходимости увеличивать зеркало горения.

В таких случаях переходят к выносным топкам, однако они плохо комбинируются с жаротрубными котлами, загромождают доступ к арматуре котла, занимают много места перед фронтом и в большинстве случаев чрезмерно уменьшают прямую отдачу, увеличивая температуру газов за котлом.

Таким образом, жаротрубные котлы удобны и экономичны при сжигании в них только высококалорийного топлива, например, нефтяных остатков, газа или антрацита.

Жаротрубные котлы вмещают большой объем воды; это позволяет поддерживать постоянное давление в котле даже при резко переменном расходе пара. Большой объем воды, нагретой до состояния кипения, является мощным аккумулятором тепла. Даже при незначительном понижении давления из водяного объема котла дополнительно выделяется много пара, и, наоборот, при повышении давления значительная часть тепла, выделяемого топкой, расходуется на нагревание воды до температурного уровня, соответствующего новому давлению.

Большой объем воды в паровом котле еще может иметь значение, например, для механических прачечных, где приходится считаться с сильно колеблющейся нагрузкой по па-роснабжению стиральных машин, бучильников и прочего оборудования. В более крупных предприятиях бумажной, текстильной промышленности, в паровых кузницах и т. п., где применяются котлы большой мощности, для уменьшения колебаний давления пара устававливают дополнительно паровые аккумуляторы.

Значительный вес 1 м 2 поверхности нагрева, примерно превышающий в 2 раза вес водотрубного котла, является основным недостатком жаротрубных котлов, побуждающим переходить к иным конструкциям, расходующим меньше металла.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЖАРОТРУБНЫХ КОТЛОВ:

Обратная вода из тепловой сети циркуляционным насосом подается через входной патрубок в пространство между трубными досками задней части котла на газе и жидком топливе и нагревается, омывая участок трубного пучка (дымогарных трубок) и торцевую стенку топки. Далее вода по внутренней перемычке попадает в основной объем котла, омывает жаровую трубу и дымогарные трубки конвективного пучка, нагревается до заданной температуры и отводится в систему теплоснабжения через патрубок, расположенный в передней верхней части котла. Процесс горения происходит в топочной камере (жаровой трубе) газового котла или котла на жидком топливе. Движение дымовых газов в топке реверсное. Продукты сгорания, отдав часть тепла в топочной камере, разворачиваются, возвращаются к дверце и, проходя по дымогарным трубкам конвективного пучка, отдают основную часть тепла. Для интенсификации процесса теплообмена в дымогарных трубках установлены завихрители. Далее дымовые газы собираются во внутренней полости задней крышки и удаляются из газового котла или котла на жидком топливе через газоход в дымовую трубу котельной.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОТЛОВ НА ГАЗЕ И ЖИДКОМ ТОПЛИВЕ:

Наименование параметра	Ед. изм.	Типоразмер котла
ЖК-0,1	ЖК-0,25	ЖК-0,4	ЖК-0,63	ЖК-0,8	ЖК-1,0	ЖК-1,6	ЖК-2,0
Номинальная теплопроизводительность:	МВт (Гкал/ч)	0,1 (0,086)	0,25 (0,215)	0,4 (0,34)	0,63 (0,54)	0,8 (0,69)	1,0 (0,86)	1,6 (1,38)	2,0 (1,72)
КПД котла на газе и жидком топливе, не менее	%
Поверхность нагрева	м 2	4,95	9,78		23,1	30,8	36,1	58,6	67,6
Температура воды на выходе, не более	°C	95/115	95/115	95/115	95/115	95/115	95/115	95/115	95/115
Температура воды на входе, не менее	°C
Температура уходящих газов за котлом, не более	°C
Рабочее давление воды, не более	МПа (кгс/см 2)	0,6 (6)	0,6 (6)	0,6 (6)	0,6 (6)	0,6 (6)	0,6 (6)	0,6 (6)	0,6 (6)
Минимальное давление воды в котле при температуре горячей воды 95°С	МПа (кгс/см 2)	0,15 (1,5)	0,15 (1,5)	0,15 (1,5)	0,15 (1,5)	0,15 (1,5)	0,15 (1,5)	0,15 (1,5)	0,15 (1,5)
Расход воды через котел при температуре горячей воды 95°С	т/ч	3,44	8,6	13,8	21,7	27,6	34,5
Гидравлическое сопротивление котла при номинальном расходе воды, не более	кПа	8-10	8-10	8-10	8-10	8-10	8-10	8-10	8-10
Водяной объем жаротрубного котла	м 3	0,25	0,377	1,01	1,3	1,534	1,53	3,38	3,21
Аэродинамическое сопротивление, не более	кПа	0,1	0,12	0,2	0,2	0,4	0,4	0,6	0,6
Расход газа при теплоте сгорания 8200 ккал	м 3 /час	11,4	28,5	45,6	71,8	91,2		182,4
Присоединительные размеры котла: - трубопроводы на входе и выходе котла - газоход	Dу мм	50 200	65 200	100 400	100 400	100 400	100 400	150 550	150 550
Габаритные размеры жаротрубного котла (длина х ширина х высота)	мм	1546х 905х 1060	2190х 1020х 1161	2580х 1310х 1494	2784х 1505х 1725	2884х 1555х 1745	3064х 1605х 1795	3760х 1815х 2030	3864х 1815х 2030
Габариты жаровой трубы - длина - диаметр	мм	840 420	1500 500	1800 700	2000 900	2000 900	2200 1000	2950 1000	2950 1000
Масса котла на газе и жидком топливе	кг

Топливоснабжение

4.1. Газоснабжение

Схема газоснабжения котельной, приведенная на рис. 4.1, может применяться для систем газоснабжения как низкого, так и среднего давления газа, но только после газорегуляторного пункта (ГРП). Если система газоснабжения котельной предусматривает устройство газорегуляторной установки (ГРУ), то она монтируется в схему между отключающим устройством 2 и пунктом измерения расхода газа 7.

Выбор схемы обвязочных газопроводов котлов зависит от их числа, мощности, горелочных устройств, вида отключающих устройств, типа автоматики.

На рис. 4.2 приведена схема газопроводов для котлов, оборудованных горелками с принудительной подачей воздуха и отключающими устройствами-задвижками .

На ответвлении от газопровода котла установлена общая задвижка 2 для отключения подачи газа при останове и аварийном положении. Далее расположен клапан-отсекатель 3, являющийся исполнительным органом автоматики безопасности. После клапана-отсекателя устанавливается поворотная заслонка 4, являющаяся исполнительным органом автоматики регулирования. К газовому коллектору 5 через штуцер при помощи шланга подключен ручной запальник 7 для розжига горелок. В конце коллектора находится продувочный газопровод 8 и штуцер с краном 9 для проверки качества продувки.

Схема приведена для варианта с двумя горелками. К каждой горелке подходят ответвления газопровода, на которых установлены две задвижки: первая по ходу газа - контрольная 10, вторая - рабочая 12. Контрольная работает в режиме «открыто-закрыто». Рабочая обеспечивает ручной розжиг и вывод горелки на рабочий режим, а также обеспечивает регулирование расхода при неработающей автоматике. Газопровод между контрольной и рабочей задвижками соединен с трубопроводом безопасности 6, предназначенным для предотвращения попадания горючего газа в топку при остановах, пусках и нерабочем состоянии котла. Трубопровод безопасности выведен наружу выше карниза крыш. При неработающей горелке кран на трубопроводе всегда открыт. Воздух на горелки подается вентилятором 16 по воздуховодам 14. На общем воздуховоде установлена поворотная задвижка 15, являющаяся исполнительным органом автоматики горения. Перед горелками имеется шибер (заслонка) 13 для регулирования подачи воздуха при розжиге горелки и отключения неработающей горелки. Перед каждой горелкой для оперативного контроля установлены манометры 17,18.

В зависимости от типа котла, его горелок, вида автоматики и количества зон регулирования, типа отключающих устройств, давления газа должны разрабатываться свои индивидуальные схемы обвязки.

Рис. 4.1. Схема газопроводов котельной:

1 – футляр; 2 – общая отключающая задвижка; 3 – манометр; 4 – байпас счетчика; 5 – термометр; 6 – фильтр; 7 – газовый ротационный счетчик; 8 – угольник; 9 – газовый коллектор котельной; 10 – отключающее устройство на ответвление к котельной; 11 – продувочный газопровод; 12 – штуцер с краном для взятия проб

Рис. 4.2. Схема обвязочных газопроводов:

1 – газопровод котельной; 2 – общая задвижка; 3 – клапан -отсекатель; 4,15 – поворотные заслонки; 5 – газовый коллектор; 6 – трубопровод безопасности; 7 – переносный запальник; 8 – продувочный газопровод; 9 – кран с пробкой для взятия проб на качество продувки; 10 – контрольная задвижка; 11 – штуцер с пробкой для проверки плотности задвижек; 12 – задвижки; 13 – шибер; 14 – воздухопровод; 16 – вентилятор; 17,18 – манометры; 19 – горелка с принудительной подачей воздуха; 20 – резиновотканный шланг; 21 - тягонапоромер

Е.И. Барило, технический директор,
ООО «Реалэнерго», г. Киев, Украина;
автор идеи реконструкции К.А. Щукин

Техническое описание котла ПТВМ-50

Котел водогрейный ПТВМ-50 работает на природном газе и предназначен для подогрева сетевой воды с температурой от 70 до 150 О С, используемой в системе теплоснабжения для нужд отопления и ГВС. Котел имеет башенную компоновку и является одноходовым по движению продуктов сгорания (рис. 1).

Рис. 1. Схема котла ПТВМ-50.

Трубная часть котла состоит из радиационной и конвективной поверхностей нагрева, расположенных одна над другой. Радиационная часть представлена в виде топочной камеры призматической формы, образованной трубами 060x3 мм, расположенными с шагом 64 мм. Конвективная часть состоит из несущих труб 083x3,5 мм и U-образных ширм 028x3 мм. Топка имеет размеры 4180x4160 мм. Трубы фронтового и заднего экранов образовывают под топки. Трубы боковых экранов имеют амбразуры для установки 12 газомазутных горелок МГМГ-6, по 6 штук с каждой стороны (рис. 2). Каждая горелка снабжена индивидуальным дутьевым вентилятором (рис. 3).

Рис. 3. Вентиляторы подачи воздуха на горение к горелкам МГМГ-6.

Теплота от факела в топке за счет радиационного теплообмена передается всем экранным трубам. Затем дымовые газы проходят через конвективный пучок, нагревая воду, проходящую по трубам. Над котлом, за конвективным пучком, установлена дымовая труба для удаления дымовых газов в атмосферу. Котел имеет стальной каркас. Трубная система и обмуровка за верхние коллекторы ригелями подвешивается к каркасной раме и свободно расширяется вниз. Во фронтовом и боковом экранах выполнены амбразуры для установки лазов для обслуживания котла во время останова и ремонта. В экранах котла также имеются разводки для установки гляделок и КИП (рис. 4).

Рис. 4. Конвективный пучок котла ПТВМ-50 во время монтажа.

Котел имеет легкую натрубную обмуровку толщиной 110 мм, выполненную из шамотобетона по металлической сетке, минеральной ваты и газонепроницаемой обмазки или штукатурки (рис. 5). Со стороны помещения котельной обмуровка котла покрывается влагонепроницаемым материалом (рис. 6).

Рис. 5. Шамотобетон на металлической сетке.

Рис. 6. Этап выполнения обмуровки котла ПТВМ-50.

Конструкция котла имеет полуоткрытую установку. В этом случае в помещение заключена только нижняя часть котла, где расположены горелочные устройства, арматура, автоматика и дутьевые вентиляторы. Это создает удобство для летних ремонтов, но затрудняет проведение внеплановых ремонтов в зимнее время (рис. 7).

Рис. 7. Конвективная часть котла ПТВМ-50, расположенная над крышей котельной.

В ходе многолетней эксплуатации котлов типа ПТВМ и анализа их рабочих показателей были выявлены следующие недостатки:

1) высокая степень износа котельного оборудования;

2) большое количество горелок, затрудняющих организацию и наладку топочного режима;

3) некачественная обмазка амбразур горелок, в результате чего в неровностях и щелях обмазки происходит завихрение и горение газа, что вызывает ненормальную работу горелок и разрушение амбразур;

4) относительно маленькая камера с высоким тепловым напряжением топочного объема;

5) высокая температура горения в факеле приводит к повышенному содержанию оксидов азота в уходящих газах (при сжигании природного газа NO x равно 500-600 мг/нм 3 , при сжигании мазута - 800-900 мг/нм 3);

6) недостаточное время пребывания продуктов сгорания в топке приводит к неполному сгоранию при сжигании мазута;

7) плохая регулировка соотношения топливо - воздух;

8) высокая температура дымовых газов на выходе из топки и недостаточная эффективность теплосъема, что приводит к перегреву труб нижнего ряда первого конвективного пакета;

9) низкая теплопроизводительность котла и малый КПД (на природном газе составляет 9095%, на мазуте - 60-70%);

10) недостаток тяги и дутья, препятствующий получению номинальной нагрузки котла;

11) большое влияние человеческого фактора на качество и безопасность работы котла;

12) физически и морально устаревшая система автоматизации и защиты.

Описание реконструкции котла ПТВМ-50

В г. Мариуполе Донецкой области в котельной по ул. Новотрубная, 27 установлено 2 котла ПТВМ-50. Весной 2013 г., после завершения отопительного сезона, один из котлов был остановлен на плановый ремонт. В результате проведенного специалистами осмотра котла было принято решение о почти полной замене трубной части (рис. 8). Это позволило реализовать на практике концепцию модернизации котла Кирилла Андреевича Щукина по замене 12 горелок, установленных на боковых экранах топки, и вентиляторов к ним одной газовой горелкой подового расположения с новым вентилятором.

Рис. 8. Демонтаж экранных поверхностей нагрева и воздуховодов.

Для разработки конструкции горелки Центром разработки новой продукции компании- производителя горелок была использована технология числового моделирования CFD (Computational Fluid Dynamics (англ.) - вычислительная гидрогазодинамика), которая позволяет значительно сократить сроки и затраты на внедрение нового оборудования (рис. 9, 10). Методы гидрогазодинамики под установленные размеры камеры сгорания дают графическую картину формирования необходимых температур в профиле факела, равномерности потоков в топочном объеме, качества сгорания топлива. С помощью этого метода также была разработана форма горелочного камня (амбразуры) горелки для формирования факела правильной формы. Тепловая мощность новой горелки составила 63 МВт.

Рис. 9. Визуальный пример расчета температурных потоков в топке котла с помощью CFD.

Рис. 10. Визуальный пример расчета скорости с помощью CFD.

Обеспечение места установки горелки потребовало внесение изменений в конструкцию котла. Так в топочной камере были раздвинуты коллекторы фронтового и заднего экранов (рис. 11).

Рис. 11. Схема котла ПТВМ-50 после реконструкции.

Рис. 12. Горелочный камень горелки. Вид из топки.

Отсутствие горелочных устройств на боковых стенках топки также привели к необходимости изменения конструкции труб экранных поверхностей нагрева (рис. 12). В поде топочной камеры для крепления горелки и горелочного камня была разработана несущая плита, внутренняя часть которой покрыта жаропрочным бетоном и теплоизоляционным материалом (рис. 13).

Рис. 13. Горелка на котле ПТВМ-50.

Эти моменты повлекли за собой изменение ряда других элементов и узлов: трубопроводы, система удаления конденсата, обмуровка котла и др. Сотрудниками предприятия был разработан комплект конструкторских чертежей элементов котла, по которым тот был успешно изготовлен, смонтирован и запущен в работу. Поверхности и элементы котла, которые не подверглись изменению, изготавливались по чертежам завода-разработчика.

Наряду с конструкционными изменениями котла, по требованию заказчика в части минимизации влияния человеческого фактора на безопасную работу котла и эффективность сжигания топлива, была разработана и установлена современная система автоматики котла с включенной системой автоматизации горелки (рис. 14, 15).

Рис. 14. Топка котла ПТВМ-50 во время монтажа.

Рис. 15. Газовая линия к горелке.

Особенностью этой системы является возможность пропорционального регулирования топлива/горелочного воздуха на основе данных с датчиков СО и О 2 , которые устанавливаются на выходе из котла (в дымовой трубе). По сигналу содержания в уходящих газах остаточного кислорода и продуктов неполного сжигания происходит регулирование частоты вращения вентилятора, т.е. количества подаваемого воздуха на горение.

Достигнутые результаты

1. Экономия топлива.

2. Простота наладки и организации топочного режима.

3. Необходимый уровень дутья: выход на номинальную нагрузку.

4. Стабильный и контролируемый факел: равномерное распределение топочных нагрузок.

5. Диапазон регулирования горелки 1:10 (фактический).

6. Уменьшение выбросов NО x .

7. Увеличение КПД котла.

8. Минимальные капитальные затраты.

9. Сокращение часов ремонта за один и тот же промежуток времени:

Элементов подачи топлива, горелочного устройства и автоматики по причине замены устаревшего оборудования на новое, технически более совершенное и имеющее длительный эксплуатационный ресурс;

Элементов котла по причине отсутствия зон с критическими тепловыми потоками, что ранее приводило к закипанию воды в локальных зонах, перегреву металла труб и, как следствие, сокращению срока их эксплуатации.

10. Уменьшение расходов на эксплуатацию:

Сокращение количества обслуживающего персонала котла до 1 человека (на данный момент на соседнем котле для запуска горелок необходимо 5 человек);

Сокращение потребления электроэнергии за счет установки частотного регулирования на тягодутьевом оборудовании котла и автоматизации процесса.

11. Сокращенные сроки запуска котла после модернизации.

12. Отсутствие влияния человеческого фактора на безопасность работы котла: надежная и долгосрочная эксплуатация котла.

На практике была реализована техническая часть и первая стадия пусконаладочных работ.

Препятствием к завершению работ стало ограничение потребления природного газа на объекте. Предварительные данные подтверждают ожидаемые параметры работы горелки (выбросы, коэффициент избытка воздуха, температура уходящих газов) и значительное улучшение условий эксплуатации оборудования из-за полной автоматизации (регулирование мощности горелки ведется по задаваемой температуре воды на выходе из котла).