Расчет основного оборудования котельной. Водогрейные котлы типа птвм

Водогрейные котлы типа ПТВМ.

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).

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">

Котлы ПТВМ производительностью: 30; 50; 100 МВт.

Котлы водогрейные ПТВМ предназначены для 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 и на ТЭЦ.

Технические характеристики котлов ПТВМ-30

Котел - прямоточный с П-образной сомкнутой компоновкой поверхностей нагрева. Топка котла полностью экранирована трубами 060x3 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 083x3,5 мм, которые являются стояками конвективных секций, выполненных из труб 028x3 мм. Задняя стенка конвективного газохода экранирована трубами 60x3 мм. Трубная система котла ПТВМ-30 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.

По согласованию котлы могут быть оборудованы любыми зарубежными или отечественными газовыми горелками соответствующей производительности.

Котлы, работающие на мазуте, могут быть оборудованы устройством газоимпульсной очистки (ГИО) для удаления наружных отложений с труб конвективных поверхностей нагрева.

Технические характеристики	ПТВМ-30

Вид топлива	Газ/мазут
Дазление воды на входе в котел, не более, МПа

Температура воды на входе, °С


Диапазон регулирования теплогзоиззодительности по отношению к минальной, %
Расход воды, т/ч
Расход топлива, м/ч-газ/кг/ч-мазут
Температура уходящих газов, °С, газ/мазут
Полный назначенный срок службы, лет, не менее
КПД котла, %, не менее, газ/мазут

Возможно изготовление котла на давление 2,5

Технические характеристики котлов ПТВМ-50 и ПТВМ-100

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 060x3 мм. Конвективная поверхность нагрева котлов ПТВМ-100 состоит из восьми пакетов, а котла ПТВМ-50 - из четырех пакетов. Набирается из U-образных ширм из труб 028x3 мм. Боковые стены конвективного газохода закрыты трубами 083x3,5 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 оборудован 16 газомазутными горелками МГМГ-8 - по восемь с каждой стороны. Каждая горелка снабжена индивидуальным дутьевым вентилятором. По согласованию котлы могут быть оборудованы любыми зарубежными или отечественными газовыми горелками соответствующей производительности.

Котлы имеют облегченную натрубную обмуровку и теплоизоляцию, поставляются без обшивки. Обмуровочные и изоляционные материалы в комплект поставки не входят.

Технические характеристики	ПТВМ-50	ПТВМ-100
Теплопроизводительность номинальная, МВт (Гкал/ч)
Вид топлива
Давление воды на входе в котел, не более, МПа
Давление воды на выходе из котла, не менее, МПа
Температура воды на входе, °С (основной/пиковый)
Температура воды на выходе, °С
Гидравлическое сопротивление, МПа
Диапазон регулирования теплопроизводительности по отношению к номинальной,%