Паровые котлы вертикальной компоновки

Белгородским заводом энергетического машиностроения (БЗЭМ) выпускается большое число модификаций парогенераторов вертикальной компоновки для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива в камерных топках. Это парогенераторы производительностью от 20 до 75 т/ч с давлением пара от 1,37 до 3,92 МПа и перегревом пара от 250 до 440 °С.

Парогенератор Т-50-40/14 является представителем унифицированной серии пылеугольных агрегатов производительностью 50 т/ч. Парогенератор предназначен для получения насыщенного пара давлением 1,37 МПа или перегретого пара такого же давления с температурой 250 °С. Парогенераторы этой серии изготовляются из отдельных транспортабельных блоков, которые собираются при монтаже. В парогенераторах в зависимости от заказа могут сжигаться каменные (К-50-40/14) и бурые (Б-50-40/14) угли или фрезерный торф (Т-50-40/14). В зависимости от вида топлива парогенераторы оборудуются различными системами пылеприготовления и горелками. Парогенераторы, поставляемые на давление 1,37 МПа, могут быть переведены на давление 3,92 МПа при замене барабана с конвективным пучком и чугунного экономайзера. Кроме того, завод выпускает парогенераторы этой же серии К-50-40-1, предназначенные для получения перегретого пара давлением 3,92 МПа и температурой 440 °С.

Парогенераторы имеют П-образную компоновку поверхностей нагрева. Топочная камера полностью экранирована. Непосредственно за фестоном расположен небольшой пароперегреватель с поверхностью нагрева 50 м². Конвективная поверхность нагрева составляет 180 м² и расположена в поворотной камере.

Циркуляционная схема парогенератора показана на рис. 3.6.

Питательная вода поступает в нижнюю часть водяного экономайзера, затем в его верхнюю часть и в барабан конвективного пучка. Конвективный пучок выполнен из наклонных труб, соединенных с предвключенным барабаном, и представляет собой самостоятельный циркуляционный контур. Из предвключенного барабана пароводяная эмульсия поступает в основной барабан. Основной барабан объединяет восемь самостоятельных циркуляционных контуров. Каждый экран, расположенный на боковой стене топки, состоит из трех контуров (два боковых экрана – всего шесть циркуляционных контуров), задний и фронтовой экраны выведены в самостоятельные контуры.

 

Рис. 3.6. Циркуляционная схема парогенератора Т-50-14: 1 – нижние и верхние коллекторы фронтового экрана, включенного в первую ступень испарения: 2 – нижние и верхние коллекторы передней части боковых экранов, включенных во вторую ступень испарения; 3 – главный барабан парогенератора; 4 – нижние и верхние коллекторы средней части боковых экранов, включенных в третью ступень испарения; 5 – нижние и верхние коллекторы заднего экрана, включенного в первую ступень испарения; 6 – нижние и верхние коллекторы задней части боковых экранов, включенных в первую ступень испарения; 7 – выносные циклоны (третья ступень испарения); 8 – выходная камера пароперегревателя; 9 – дополнительный барабан конвективного пучка; 10 – конвек- тивный пучок; 11 – верхняя часть водяного экономайзера; 12 – нижняя часть водяного экономайзера

 

Водогрейные котлы

Водогрейные котлы (рис. 3.7) предназначаются для подогрева воды, поступающей на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Существующие водогрейные котлы рассчитывались на подогрев воды от 70 до 150 °С и удовлетворяли наиболее распространенному графику работы теплофикационной системы.

Существует два характерных режима работы водогрейных котлов: основной (базовый) и пиковый. Подогрев воды от 70 °С до конечной температуры производится в тех случаях, когда котлы являются основным источником теплоснабжения. С учетом мощности современных ТЭЦ единичная теплопроизводительность водогрейных котлов для ТЭЦ составляет 100 и 180 Гкал/ч (116,3 и 209,4 МВт). Эти котлы также могут устанавливаться и в крупных отдельно расположенных водогрейных котельных.

В целях максимальной унификации утверждена следующая шкала теплопроизводительностей водогрейных котлов: 4,0; 6,5; 10,0; 20,0; 30; 50; 100 и 180 Гкал/ч. Котлы теплопроизводительностью от 4 до 20 Гкал/ч должны обеспечивать работу только в основном режиме; котлы теплопроизводительностью 30 Гкал/ч и выше могут работать как в основном, так и в пиковом режиме.

В настоящее время на водогрейных котельных и ТЭЦ используется значительное количество котлов типа ПТВМ (П – пиковый, Т – теплофикационный, В – водогрейный,
М – мазутный) теплопроизводительностью 34,9 – 209,4 МВт, которые изготавливались на отечественных котельных заводах с 1961 по 1981 год.

При их разработке применена башенная компоновка, которая имела ряд преимуществ: малую площадь пола для котла; малый объем здания котельного помещения; максимальные удобства для эксплуатации и проведения летних ремонтов при полуоткрытой установке котла; простую симметричную гидравлическую схему, обеспечивающую перевод котла с пикового режима работы на основной без переделок; малое количество коллекторов; отсутствие водоперепускных и других необогреваемых труб; малую массу металла, работающего под давлением; наименьшее сопротивление газового тракта.

 

Вынос конвективной части котла в отдельную шахту при П-образной компоновке поверхностей нагрева агрегата дает выигрыш в высоте не менее 2 м по сравнению с размещением этой поверхности непосредственно над топкой для котлов мощностью 58,2 и 116,3 МВт, но при этом требуется создание поворотной камеры, соединяющей топку с конвективной шахтой. Площадь пола, занимаемая П-образным котлоагрегатом, больше, чем площадь, занимаемая башенным, в 1,6 раза, что приводит к увеличению площади и объема здания котельной. Число и масса коллекторов при П-образной компоновке больше примерно в 1,35 раза, а гидравлическое сопротивление при одинаковых скоростях движения воды в трубах больше примерно в 1,5 раза. Общий расход металла, площадь оборудованных стен и аэродинамические сопротивления при П-образной компоновке при прочих равных условиях также больше. Несимметричное расположение поверхностей нагрева вызывает необходимость применения необогреваемых водоперепускных труб для организации надежной гидравлической схемы. Для полуоткрытой установки П-образные котлоагрегаты не приспособлены. Здание котельной должно быть выше котлов, чтобы обеспечить возможность замены змеевиков конвективной части котла.

Котлы Дорогобужского котельного завода типа ПТВМ-30М П-образной компоновки, один из которых изображен на рис. 3.7, а, в процессе длительной эксплуатации зарекомендовали себя как устойчиво работающие агрегаты.

Для всех котлов, кроме ПТВМ-180, предусмотрена возможность их установки как со стальной дымовой трубой, непосредственно опирающейся на каркас котла, так и с отдельно стоящей железобетонной трубой. Трубы экранов для всех котлов приняты диаметром 60×3 мм с шагом 64 мм; трубы конвективной части – диаметром 28×3 мм с шагом s ₁ = 62 мм; s ₂ =32,5 мм. Относительный шаг экранных труб s/d = 1,07 принят по соображениям защиты от нагрева натрубной обмуровки. Вся трубная система подвешена к каркасной раме и свободно расширяется вниз вместе с облегченной натрубной обмуровкой. Конструкция котлов предусматривает их поставку крупными блоками, собираемыми на заводе-изготовителе. Обмуровка монтируется в единое целое с блоками котла.

Топочная камера агрегатов производительностью 116,3 МВт разделена на 8 пространственных блоков, в состав которых входят экранные трубы, камеры и каркас. Для получения котла мощностью 58,2 МВт используют лишь 4 угловых топочных блока. Конвективная часть разделена на 6 блоков. Масса каждого из них для котлов производительностью 58,2 МВт составляет примерно 4,7 т, а мощностью 116,3 МВт – около 10 т. Собираются эти блоки из секций, представляющих собой трубу (стояк) размером 83×3,5 мм, разделенную перегородками на 3 участка, в которую вварены своими концами
U-образные змеевики, расположенные в два ряда в шахматном порядке. Трубы змеевиков сварены между собой и образуют жесткую ферму.

Водогрейные котлы ПТВ-50, ПТВМ-50-1 и ПТВМ-50 имеют по 12 газомазутных горелок с индивидуальными дутьевыми вентиляторами типа П-13-50 № 4, а котлы ПТВМ-100 – 16 горелок с вентиляторами ЭВР-6 производительностью по 9000 м³/ч. Облегченная обмуровка котлов типа ПТВМ укреплена непосредственно на экранных трубах и состоит из трех слоев: шамотобетона на глиноземистом цементе, минеральной ваты и уплотнительной газонепроницаемой обмазки (общая толщина обмуровки 115 мм, масса 1 м² 100 кг).

Пиковые и отопительные котлы, предназначенные для работы на газе и мазуте, полностью автоматизированы. В целях защиты котлов от аварийных случаев в схемах автоматики предусмотрено автоматическое отключение подачи топлива в топку: при повышении давления и температуры воды в котле выше допустимого предела; то же при снижении давления; при снижении расхода воды ниже минимально допустимого предела; при снижении давления газа или мазута ниже допустимого предела; при потере давления воздуха после дутьевых вентиляторов, а также ряд других автоматических защит и блокировок.

В последние 25 лет выпускаются котлы унифицированной серии, рассчитанные на теплопроизводительность от 4,6 до 209,4 МВт, в трех модификациях: КВ-ГМ (К – котел, В – водогрейный, ГМ – газомазутный), КВ-ТС (Т – твердое топливо, С – слоевой способ сжигания), КВ-ТК (Т – твердое топливо, К – камерный способ сжигания).

С целью максимальной унификации водогрейные котлы мощностью от 4,6 до 209,4 МВт разделяют на 4 группы. К первой группе относятся водогрейные котлы мощностью 4,6 и 7,5 МВт, которые предназначены для сжигания газа, мазута и твердого топлива. Трубная система котлов поставляется единым блоком. Во вторую группу входят котлы мощностью 11,6, 23,2 и 35 МВт, предназначенные для работы на газомазутном и твердом топливе.
В третью группу входят котлы мощностью 58, 116,3 и 209,4 МВт, предназначенные для работы на газе и мазуте. Четвертую группу составляют котлы, такой же мощности, как и входящие в третью группу, но работающие на твердом топливе.

Профили водогрейных котлов унифицированной серии КВ изображены на рис. 3.8.

 

 

 

 

а б в г

 

Рис. 3.8. Профили водогрейных котлов: а – КВ-ГМ-10, 20, 30; б – КВ-ТС-10, 20, 30;

в – КВ-ТСВ-10, 20, 30; г – КВ-ГМ-50, 100

На рис. 3.9 изображен котел КВ-ГМ-50, который имеет общую ширину в свету 5568 мм и отличается от котла КВ-ГМ-100 глубиной топочной камеры, составляющей для котла

КВ-ГМ-50 – 4096 мм и для котла КВ-ГМ-100 – 6208 мм.

 

В конвективной шахте котла установлены по высоте три пакета поверхностей нагрева, выполненных из однотипных змеевиков длиной 5600 мм. Глубина конвективной шахты составляет для котла КВ-ГМ-50 – 1664 мм и для котла КВ-ГМ-100 – 3200 мм.

Котлы КВ-ГМ теплопроизводительностью 11,6; 23,2; 34,9 МВт имеют единый профиль и различаются лишь глубиной топочной камеры и конвективной шахты; они оборудованы одной ротационной газомазутной горелкой типа РГМГ. Котел КВ-ГМ-50 имеет две горелки РГМГ-20, а котел КВ-ГМ-100 – три горелки РГМГ-30.

В котлах КВ-ТС и КВ-ТСВ (с воздухоподогревателем) применены топки с пневмозабрасывателями и цепными решетками ПМЗ-ЛЦР и ПМЗ-ЧЦР. Эти топки отличаются универсальностью при сжигании различных сортов топлива и работают при относительно высоких тепловых нагрузках. На слоевых котлах применены устройство возврата уноса угольной мелочи и острое дутье. Трубная система топочной камеры слоевых котлов отличается от аналогичной системы газомазутных котлов только отсутствием подового экрана.

Пылеугольные котлы КВ-ТК-30 и КВ-ТК-50 производительностью 35 и 58 МВт (рис. 3.10) состоят из топочной камеры, конвективной шахты, расположенной в наклонном газоходе, и отдельно стоящей шахты с размещенными в ней конвективными поверхностями и воздухоподогревателем.

 

В отличие от серии газомазутных котлов П-образные пылевые котлы выполнены с разомкнутой компоновкой топочной камеры и конвективных поверхностей, что позволяет обеспечить необходимую расшлаковку и очистку топочных экранов и конвективной шахты.

За фестоном располагается дополнительный конвективный пучок. Эта дополнительная поверхность, выполненная с укрупненным шагом, защищает от шлакования сравнительно тесные пучки труб конвективного газохода.

Конвективная (водогрейная) поверхность нагрева у всех котлов серии КВ расположена в вертикальной шахте с полностью экранированными стенками. Задняя и передняя стенки выполнены из труб диаметром 60×3 мм. Боковые стенки экранированы трубами диаметром 83×3,5 мм и являются коллекторами для U-образных ширм из труб диаметром 28×3 мм. Ширмы расставлены таким образом, что трубы образуют шахматный пучок с шагами
s ₁ = 64 мм и s ₂ = 40 мм.

Передняя стенка шахты, являющаяся одновременно задней стенкой топки, выполнена цельносварной и отделяет топочную камеру от конвективной поверхности нагрева. В нижней части стены трубы с шагами s ₁ = 256 мм и s ₂ = 180 мм разведены в четырехрядный фестон. Все трубы, образующие переднюю, боковые и заднюю стены, вварены непосредственно в камеры диаметром 219×10 мм. Расход воды через котел составляет: для КВ-ГМ-10–123,5 т/ч; КВ-ГМ-20–247 т/ч; КВ-ГМ-30–370 т/ч; КВ-ГМ-50–618 т/ч; КВ-ГМ-100–1 235 т/ч. При работе на жидком и твердом топливе предусмотрена дробеочистка.

Разработана серия котлов КВ-ГМ-4 и КВ-ГМ-6,5. В отличие от котлов КВ-ГМ-10, 20, 30, в этих котлах отсутствует камера дожигания, а газы, как и в котлах ПТВМ-12,5, в конвективной шахте двигаются сверху вниз. Задняя стена и стена, отделяющая конвективную часть топки, выполнены из кирпича. В остальной части обмуровка натрубная облегченная. Вследствие применения дробевой очистки общая высота агрегата, несмотря на относительно малую мощность, больше 10 м, что приводит в конечном итоге к высоким капитальным вложениям в тепловые станции и усложняет их обслуживание.

Конструкция котлов серии КВ-ГМ позволяет без существенных изменений перевести их на слоевое сжигание твердого топлива на цепной решетке. Для этого следует лишь подовый экран топки заменить колосниковой решеткой, а газомазутные горелки – топливоподающим устройством (например, пневмомеханическим забрасывателем). Со слоевым сжиганием топлива выпускаются котлы серии КВ-ТС-4 и 6,5, а также КВ-ТС-10, 20 и 30. Для сжигания бурых влажных углей теплогенераторы КВ-ТС-10 и 20 выпускают с воздухоподогревателями.

В настоящее время в автономных источниках теплоснабжения большое распространение получили экономичные жаротрубные (газотрубные) водогрейные котлы преимущественно западного производства.