Водонагревательные котлы отечественного производства серии ПТВМ рассчитаны на производство горячего теплоносителя, температура которого достигает 150 градусов. Эта техника используется в основном в котельных в качестве основного элемента систем отопления и ГВС. Как правило, агрегаты ПТВМ устанавливаются в местах промышленного назначения.
Данный аппарат представляет собой пиковый теплофикационный газо-мазутный котел. Отсюда он получил свое название. На сегодняшний день компания-производитель предлагает следующие модификации данного оборудования:
- Котел ПТВМ-30 – аппарат, отличающийся минимальной производительностью среди всех агрегатов данной линейки.
- Котел ПТВМ-50 – одна из самых распространенных модификаций, которая пользуется большим спросом в качестве отопительного оборудования на самых разных объектах.
- Котел ПТВМ-60.
- Водогрейный котел ПТВМ-100.
- Агрегат ПТВМ-180 – наиболее мощный представитель данного модельного ряда.
Все модели этой линейки имеют одинаковую конструкцию и отличаются только показателем мощности. В нижней части агрегата располагается топка, а сам котел представляет собой своеобразную шахту прямоугольной формы. Производство данного оборудования унифицировано, благодаря использованию аналогичных комплектующих.
Отопители рассчитаны на полуоткрытый монтаж, когда в помещении устанавливается только нижняя часть конструкции, в которой располагаются горелки, автоматика, арматура и нагнетатели. Подобная особенность техники позволяет покупателю сократить затраты на возведение здания тепловой станции. Кроме того, ремонт в теплое время года в этом случае существенно облегчен.
Все котлы, кроме модели ПТВМ-180, можно агрегировать со стальной трубой для отвода отработанных газов, а также с кирпичной или железобетонной конструкцией.
Котлы ПТВМ-30 и ПТВМ-50 чаще всего монтируются на тепловых станциях. Последняя модель вообще является универсальной для столичного ТЭК. В свою очередь котел ПТВМ-100 чаще выбирается в качестве оборудования для ТЭЦ, однако он также может использоваться на РТС. Что же касается ПТВМ-180, то данная модель используется исключительно на ТЭЦ ввиду своей мощности.
Как это выглядит на практике?
В столице котлы типа ПТВМ можно обнаружить на следующих объектах:
- На РТС «Солнцево» функционируют три котла ПТВМ-30. Монтаж был произведен еще в 1983 году. При этом тепловая нагрузка системы составляет 18.8 Гкал в час.
- На многих столичных РТС, как уже было сказано, выбор пал на ПТВМ-50. При этом тепловая нагрузка систем колеблется от 16.8 до 53.4 Гкал в час на различных объектах.
- Агрегат ПТВМ-60 в системе столичного ТЭК существует только в одном экземпляре. Он смонтирован на РТС «Солнцево».
- Водогрейный котел ПТВМ-100 монтирован и на РТС, и на ТЭЦ.
Рассмотрим подробно технические параметры одной из самых популярных моделей – котла ПТВМ-30.
ПТВМ-30
Этот агрегат рассчитан на получение теплоносителя с давлением в системе до 13.5 Мпа и температурой в пределах 150 градусов Цельсия. Оборудование используется в технологических целях, а также в качестве основного водогрейного элемента в системах отопления и ГВС. Конструкцией предусмотрено наличие шести газо-мазутных горелок. При этом показатель номинальной теплопроизводительности достигает 35 МВт.
Котел ПТВМ-30 функционирует на природном газе или на мазуте. Температура воды на входе и на выходе составляет 70 и 150 градусов Цельсия. Рабочее давление теплоносителя составляет 5 МПа.
Производительность котла – это преимущество модели, а вот его масса и габариты оставляют желать лучшего. Агрегат ПТВМ-30 весит 77550 кг, что существенно осложняет его транспортировку и монтаж. При этом габариты составляют 7980х9100х14534 миллиметров. Техника расходует 370 тонн теплоносителя в час, потребляя при этом до 5200 кубометров газа или свыше 4 тонн мазута.
Агрегат радует своей выносливостью и долгим сроком службы. Он рассчитан на 15 лет (75 тысяч часов) полноценной эксплуатации. Его КПД превышает показатель в 92% при работе на природном газе и составляет 89.5% на мазуте. При этом в процессе функционирования он не издает много шума. Этот показатель не превышает 80 ДБ.
Плюсы и минусы всего модельного ряда ПТВМ
Данное оборудование производится еще со времен СССР. На сегодняшний день его выпуском занимается несколько отдельных предприятий.
Конструкция котлов ПТВМ отличается надежностью, которая испытана более чем пятидесятилетним опытом. В течение данного периода времени техника полностью доказала свою работоспособность в самых разных условиях.
Несмотря на очевидные плюсы, у аппаратов типа ПТВМ есть и ряд минусов. Среди них главным является то, что они подвержены воздействию коррозии. Некоторые элементы приходят в негодность достаточно быстро, из-за чего их приходится менять довольно часто. Тем не менее, котлы ПТВМ-30 и более мощные агрегаты модельного ряда не раз в процессе своей эксплуатации подвергались реконструкции и модернизации, что позволяло продлить срок их службы.
Выводы
Как и любая советская техника, котлы типа ПТВМ имеют свои преимущества и недостатки. К первым относится простота эксплуатации, надежность и способность выдерживать самые разные нагрузки. К минусам можно отнести недолговечность отдельных комплектующих, которые быстро теряют свою функциональность под воздействием внешних агрессивных факторов.
Не стоит также забывать о том, что конструкция ПТВМ считается достаточно устаревшей для своего времени, и в наши дни существуют более производительные и экономичные аппараты. Тем не менее, на сегодняшний день эта продукция в полной мере оправдывает возложенные на нее ожидания.
Эксплуатация водогрейного котла ПТВМ-50
Водогрейный котел ПТВМ-50 теплопроизводительностью 58,2 (50) МВт (Гкал/ч) предназначен для получения горячей воды давлением до 13,5 кгс/см2 и температурой до 2000С, используемой в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, а также для технологических целей.
Котел выпускается для работы в двух режимах: пиковом – температурный график подогрева воды 110-1500С, и основном – 70-1500С.
Условное обозначение котлоагрегата выглядит следующим образом: ПТВМ-50-2;4, где П – пиковый; Т – теплофикационный; В - водогрейный; М – мазутный; 50 –теплопроизводительность в Гкал/ч.
Котлы типа ПТВМ-50-2 выпускаются для работы, как на мазуте, так и на газе. Котлы ПТВМ-50-4 для работы только на газе, мазут может сжигаться в них лишь как резервное топливо.
Технические характеристики котла ПТВМ-50
Тепловая производительность, Гкал/ч - 50
Рабочее давление, кгс/см2 - 10-13,5
Температура воды, С:
В пиковом режиме на входе/на выходе - 110/150
- в основном режиме на входе/на выходе - 70/150
Температура уходящих газов, С - мазут/газ - 250/180
Расход воды, т/ч в пиковом режиме/в основном режиме - 1230/618
Гидравлическое сопротивление котла в пиковом режиме/в основном режиме - 0,56/0,95
К.П.Д. котлоагрегата, % - мазут/газ - 87,8/89,6
Расход топлива:
Мазут, кг/ч - 6340
- газ, нм3/ч - 6780
Составные части водогрейного котла ПТВМ-50
Котлы ПТВМ-50 имеют башенную компоновку: над вертикальной топочной камерой призматической формы располагается конвективная поверхность нагрева.
Топочная камера экранирована трубами 60×3 с шагом 64 мм; конвективная часть набирается из U-образных ширм из труб 28×3 с шагом S1= 64 мм и S2= 40 мм.
Трубная система за верхние коллекторы подвешивается к каркасной раме и свободно расширяется вниз.
ВВодогрейный котел ПТВМ-50 оборудован 12-ю газомазутными горелками, расположенными на боковых сторонах (по 6 штук). Каждая горелка снабжена индивидуальным дутьевым вентилятором. Давление мазута у горелок – 18-40 кгс/см2, газа – 0, 2-0, 25 кгс/см2.
Для удаления наружных отложений с труб конвективной поверхности, образующихся при работе на мазуте, котел снабжается обмывочным устройством.
Котлоагрегат выполняется в облегчённой обмуровке с креплением её непосредственно к экранным трубам. Общая толщина обмуровки приблизительно 110 мм.
Работы по установке (монтажу) котлов ПТВМ-50
Проверьте правильность расположения фундамента по отношению к зданию котельной, его геометрические размеры и высотные отметки.
Отклонения фактических размеров фундамента не должны превышать:
Отклонения осей от проектного положения ±10 мм;
- отклонения высотных отметок ±20 мм;
- разность диагональных размеров ±20 мм.
Для выравнивания высотных отметок фундамента можете установить металлические подкладки, но не более 3 шт. в одном пакете, с последующей сваркой по периметру и подливкой цементным раствором.
Установите боковую и заднюю стены каркаса и залейте цементным раствором башмаки колонн и стоек. До полного затвердевания подливки работы на каркасе производить запрещается.
После монтажа боковых и задних стен каркаса начинайте заводить вовнутрь блоки поверхностей нагрева в следующем порядке: а) боковой экран; б) задний экран; в) фронтовой экран; г) пакеты конвективной части.
Установите затем фронтовую стену каркаса – промежуточную колонну и связывающие её поперечные ригели. Укрепите трубную систему к каркасу с помощью подвесок.
Монтаж каркаса и поверхностей нагрева можете вести укрупнёнными блоками. Укрупнение элементов каркаса и поверхностей нагрева производите наспециальных стеллажах, исключающих деформацию при сборке и сварке собираемых конструкций. Допускается поверхность нагрева монтировать из предварительно изолированных элементов.
Установите площадки, предварительно приварив к ним стойки, поручни и полосы ограждения. Кронштейны и опоры под площадки выверите по высоте и горизонталям. Отклонение площадок по высотным отметкам не должно превышать ±10 мм.
Установите лестницы с приваренными к ним ограждениями. При этом возможные отклонения не должны превышать следующие:
Отклонения плоскости ступенек от горизонтали - ±3 мм;
- вылет лестницы - ±5 мм;
- стрела прогиба лестницы и её плоскости – 2 мм на 1 п.м, но не более 5
мм на всю длину.
При монтаже горелочных устройств и воздухопроводов котла ПТВМ-50 проверьте лёгкость хода воздушных клапанов, наличие прокладок во фланцевых соединениях.
До установления мазутных форсунок провести их тарировку. В качестве рабочего тела можно использовать воду с температурой 5-300С и давлением до 16-40 кгс/см2.
Производительность определяется с помощью мерных баков; угол раскрытия факела – фотографированием; плотность орошения – сосудом с концентрическими окружностями; тонкость распыления – улавливанием капель воды на пластинку, покрытую слоем масла.
Смонтируйте трубопроводы прямой и обратной воды, обмывки, дренажных и воздушных линий, мазутопроводов. Арматуру устанавливайте в местах, удобных для обслуживания.
Смонтируйте газовые короба, опорную конструкцию газохода, обшивку пола. Установите гарнитуру котла.
Обмуровочные и изоляционные работы по котлу ПТВМ-50 ведите согласно инструкций по производству обмуровочных работ.
Для наблюдения за расширением котлоагрегата (тепловые расширения – направление вниз от точки подвески) установите репера в местах, удобных для обслуживания. Максимальное смещение нижней точки котла составляет 20 мм; в поперечном направлении – 8 мм.
При необходимости срезать детали упаковки и транспортировки. Контроль мест срезки провести при гидроиспытаниях.
При проведении гидроиспытаний обратить внимание на приварные детали к секциям конвективной части.
Пуск котлоагрегата ПТВМ-50
Операции по вводу водогрейного котла ПТВМ-50 в эксплуатацию:
Заполните котёл водой. Для этого откройте дренажные вентили, воздушники и затем задвижку на входе воды в агрегат. Воздушники закройте только после того, как из них пойдёт вода.
Промойте котёл через дренажные линии. Время промывки будет зависеть от степени загрязнения внутренних поверхностей труб и камер.
Подключите котлоагрегат к сети, для чего сначала откройте задвижку на выходе воды из аппарата и затем закройте дренажные вентили.
Обеспечьте необходимое давление топлива на трубопроводах к котлу. При растопке на мазуте проверьте его температуру: она должна быть не ниже 1300 С.
Включите систему охлаждения форсунок.
Провентилируйте топку и газоход котла ПТВМ-50, для чего включите вентиляторы растопочных горелок (4 шт.). Вентиляция должна длиться не менее 10 мин.
Подайте газ (мазут) в газопровод (мазутопровод) котлоагрегата. Заполняя газом газопровод, продуйте его через продувочные свечи, после чего заглушите их. Зажигать газ, выпускаемый через продувочные свечи, запрещается.
Установите разрежение в топке 2-3 мм в.ст.
Включите запально-защитные устройства растопочных горелок и убедитесь в наличии запального факела.
Откройте подачу топлива к растопочным горелкам; после зажигания, регулируя соотношение топливо-воздух, добейтесь устойчивого горения, после чего отключите запальник.
Если в горелке топливо сразу не загорится, немедленно закройте подачу топлива, погасите запальное устройство и тщательно провентилируйте горелку, топку и газоход в течение не менее 10 мин., после чего приступайте к повторному розжигу.
После включения растопочных горелок последовательно открывайте подачу топлива к каждой из остальных горелок. Зажигание их будет происходить непосредственно от общего факела топки.
Работа котлоагрегата ПТВМ-50
Следите за процессом горения: факел должен равномерно заполнять всю топочную камеру и не затягиваться в конвективную часть; должен быть прозрачным при работе на газе и светлосоломенного цвета – на мазуте.
Поддерживайте параметры теплоносителя согласно режимных карт, не допускайте изменения их в пределах, больших указанных в правилах.
Следите за давлением топлива после регулирующего клапана, за температурой мазута перед форсунками, не допускайте её снижения ниже величины, указанной в правилах.
Регулярно производите с помощью обмывки очистку конвективной поверхности, не допуская увеличения температуры уходящих газов выше той, что указана в режимной карте.
Обмывка осуществляется сетевой водой следующим образом: прекращается горение в топке и закрываются дренажные линии на обмывочных трубопроводах, далее открывается вентиль на линии подвода воды к основному обмывочному коллектору и затем вентили на линиях подвода воды к форсункам обмывки гибов и прямых участков.
Длительность обмывки – 15-20 мин. Расход воды составляет примерно 30-40 м3 /ч при давлении 8-10 кгс/см2. Для нейтрализации серной кислоты в послеобмывочной воде рекомендуется подмешивать в трубопровод обмывки известковое молоко с содержанием извести около 10 г/л.
По утверждённому графику производите осмотр газопровода и мазутопровода котла, проверяйте исправность их заземления и отсутствие утечек газа и мазута.
Для проведения внутреннего осмотра и очистки коллектора выполните следующие работы:
Отрежьте смотровой штуцер по окружности вблизи донышка (на расстоянии не менее 20 мм от последнего). При этом следует иметь в виду, что толщина донышка штуцера составляет 6 мм, его установка от кромки штуцера выполнена на расстоянии 6 мм.
В том случае, когда в циркуляционном отсеке коллектора установлен один штуцер, отрежьте крайние, с прямым входом в коллектор экранные трубы отсека или крайние коллектора (стояки) конвективной части котла ПТВМ-50.
Осмотр внутренней поверхности коллектора производится методом заведения через обрезанный штуцер зеркала, а через отверстия, образованные после вырезки экранных труб и коллекторов (стояков) конвективной части котлоагрегата, последовательно лампочки.
Очистка внутренней поверхности коллекторов производится через образованные отверстия.
После проведения внутреннего осмотра и очистки выполнить подготовку кромок штуцера и отрезанной части штуцера с донышком под сварку, установить на прихватках и выполнить сварку.
При последующих осмотрах резку штуцера производить по сварному соединению. Количество резок штуцера определяется расстоянием между сварными швами на штуцере, которое не должно быть менее 100 мм. При уменьшении этого расстояния менее 100 мм штуцер должен быть заменен.
Периодически, но не реже, чем через 12 месяцев, производите профилактический осмотр котла ПТВМ-50 и его элементов. При этом обращайте особое внимание на выявление возможных трещин, отдулин, выпучин и коррозии на наружной и внутренней поверхностях стенок, нарушений плотности и прочности сварных соединений, а также повреждений обмуровки.
Наиболее уязвимыми зонами вследствие неотрегулированного горения и нарушения условий эксплуатации являются: под котла, места установок горелок, лазов; части экранов, подвергаемые наиболее интенсивному обогреву (на уровне горелок); конвективные пучки, экранные трубы со стороны обмуровки в случае её неплотного прилегания.
Подвески котлов являются основными несущими элементами,
воспринимающими нагрузку от массы поверхностей нагрева котла. В процессе
эксплуатации необходимо следить за равномерностью распределения нагрузки
и контролировать состояние элементов подвесной системы.
__________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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 Ø60x3 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 Ø83x3,5 мм, которые являются стояками конвективных секций, выполненных из труб Ø28x3 мм. Задняя стенка конвективного газохода экранирована трубами Ø60x3 мм.
Трубная система котла ПТВМ-30М опирается на каркасную раму на отметке 5,14 м.
Диапазон регулирования нагрузки котлов% 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.
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.
https://pandia.ru/text/78/369/images/image006_45.jpg" alt="Котел водогрейный ПТВМ-50" width="400" height="469">.jpg" alt="Технические характеристики котла ПТВМ-180" width="800" height="356">
Рис. 7.22. Водогрейный котел ПТВМ-30 (КВГМ-30- 150М)
:
1 - дробеочистительное устройство; 2- конвективная шахта; 3- конвективная поверхность нагрева; 4- газомазутная горелка; 5- топочная камера; 6- поворотная камера
Котлы данного типа выпускаются средней и большой тепловой мощностью 35; 58 и 116 МВт (30; 50 и 100 Гкал/ч), работают на газообразном и жидком топли- вах. Эти котлы бывают с П-образной компоновкой и башенной конструкции. Давление воды на входе в котел составляет 2,5 МПа (25 кгс/см2). Температура воды на входе в котел в основном режиме 70 °С, в пиковом режиме 104 °С. Температура воды на выходе 150 °С.
Водогрейный котел ПТВМ-30 (КВГМ-30-150М)
(рис. 7.22) - пиковый теплофикационный водогрейный газомазутный котел тепловой мощностью 35 МВт (30 Гкал/ч), имеющий П-образную компоновку, состоит из топочной камеры 5, конвективной шахты 2 и соединяющей их поворотной камеры 6.
Все стены топочной камеры котла, а также задняя стена и потолок конвективной шахты экранированы трубами 060x3 мм с шагом S = 64 мм. Боковые стены конвективной шахты закрыты трубами 84 x 4 мм с шагом 128 мм. 
Рис. 7.23. Циркуляционная схема водогрейного котла ПТВМ-30
Конвективная поверхность 3 нагрева котла, выполненная из труб 028 х 3 мм, состоит из двух пакетов. Змеевики конвективной части собраны в ленты по шесть-семь штук, которые присоединены к вертикальным стойкам.
Котел оборудован шестью газомазутными горелками 4, установленными по три встречно на каждой боковой стенке топочной камеры. Диапазон регулирования нагрузки котлов - 30... 100% номинальной производительности. Регулирование производительности осуществляется путем изменения числа работающих горелок. Для очистки внешних поверхностей нагрева от загрязнений предусмотрено дробеочистительное устройство 1. Дробь поднимается в верхний бункер пневмотранспортом от специальной воздуходувки. Тяга в котле обеспечивается дымососом, а подача воздуха - двумя вентиляторами.
Трубная система котла опирается на рамку каркаса. Облегченная обмуровка котла общей толщиной 110 мм крепится непосредственно к экранным трубам. При работе на газе КПД котла 91 %, а при работе на мазуте - 88 %. Схема циркуляции водогрейного котла ПТВМ-30 приведена на рис. 7.23.
Водогрейные котлы ПТВМ-50 и -100
(рис. 7.24) имеют башенную компоновку и выполнены в виде прямоугольной шахты, в нижней части которой находится полностью экранированная камерная топка 3. Экранная поверхность изготовлена из труб 060 х 3 мм и состоит из двух боковых, фронтального и заднего экранов. Сверху над топкой размешается конвективная поверхность нагрева 2, выполненная в виде змеевиковых пакетов из труб 28 х 3 мм. Трубы змеевиков приварены к вертикальным коллекторам.
Топка котла ПТВМ-50 оборудована двенадцатью газомазутными горелками 4 с индивидуальными дутьевыми вентиляторами 5. Горелки расположены на боковых стенах (по шесть штук на каждой стороне) в два яруса по высоте. Котел ПТВМ-100 имеет шестнадцать газомазутных горелок с индивидуальными вентиляторами. 
Рис. 7.24. Водогрейные котлы ПТВМ-50 и -100:
1 - дымовая труба; 2 - конвективные поверхности нагрева; 3 - камерная топка; 4 - газомазутная горелка; 5 - вентилятор 
Рис. 7.25. 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
Над каждым котлом устанавливают дымовую трубу 1, обеспечивающую естественную тягу. Труба 1 опирается на каркас. 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 котле циркулирует с помощью насосов. Расход воды зависит от режима работы котла: при работе в зимний период применяется четырехходовая схема циркуляции воды по основному режиму (рис. 7.25, а), а в летний - двухходовая по пиково¬му режиму (рис. 7.25, б).
При четырехходовой схеме циркуляции вода 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 поступает одновременно в два нижних коллектора и, перемещаясь по поверхности нагрева (см. рис. 7.25, б), 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 котел с более высокой температурой (110 вместо 70 °С)
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).
