2.3. Парові котли малої та середньої продуктивності

Парові котли малої та середньої продуктивності призначені для вироблення насиченої й перегрітої пари тиском до 3,9 МПа та температурою до 450°С. Вони масово застосовуються на промислових підприємствах і в комунальному господарстві для забезпечення технологічних процесів, а також опалювання промислових та комунальних об'єктів.

Конструкції парових котлів малої і середньої продуктивності вдосконалювались за рахунок впровадження ефективних поверхонь нагріву, сучасних топкових та пальникових пристроїв, застосування нових технологій виготовлення поверхонь нагріву, деталей та елементів котлів. Новий напрям розвитку конструкцій котлів малої і середньої продуктивності дав можливість спалювання відходів сільськогосподарського та промислового виробництва, що відбилося в оснащенні таких котлів спеціальними топковими пристроями.

Конструктивно такі котли випускаються як водотрубні, так і жаротрубні з димогарними трубами. У свою чергу водотрубні котли виконуються як барабанними (з природною та примусовою циркуляцією), так і прямоточними (див. підрозділ 2.1).

Котли малої і середньої продуктивності можуть спалювати всю гаму видів органічного палива, включаючи природний газ, вугілля і відходи різного походження. При роботі на твердому паливі такі котли оснащуються шаровими топками різних конструкцій (для малих продуктивностей) та камерними топками.

Характерними представниками котлів цієї групи є газомазутні котли типу Е (ДЕ) паропродуктивністю 1–25 т/год, котли твердопаливні типу Е (КЕ) паропродуктивністю 2,5– 25 т/год і котли типу ДКВР паропродуктивністю від 2,5 до 20 т/год, які знайшли найбільше застосування. Вони призначені для вироблення насиченої або перегрітої пари, що використовується для технологічних потреб промислових підприємств, в системах опалювання, вентиляції та гарячого водопостачання.

Мал. 2.7. Схема парового котла ДКВР–10ГМ: 1 – труба для подачі повітря; 2 – газомазутний пальник; 3 – екран; 4 – верхній барабан; 5 – камера допалювання; 6 – труби котельного пучка; 7, 8, 9 – перегородки

Віктор Володимирович Померанцев (1906–1984) – відомий учений в області теплофізики та теплотехніки, визначний фахівець в області теорії горіння і топкових процесів. У 1969 році В.В. Померанцевим (спільно зі співробітниками кафедри «Котлобудування» СПбДПУ) була запропонована нова низькотемпературна вихрова технологія спалювання твердого палива, що викликала у той час широку дискусію серед енергетиків. Тільки невгамовна енергія і його авторитет в наукових та енергетичних колах дозволили реалізувати цю технологію і довести перспективність цього нового напряму котельнотопкової техніки. Його книга «Основи практичної теорії горіння» стала настільною книгою для більшості теплоенергетиків.

Двобарабанний вертикально-водотрубний котел ДКВР (реконструйований) (мал. 2.7), розроблений Бійським котельним заводом спільно з ЦКТІ, є наймасовішим із котельних агрегатів, що коли-небудь випускалися. Він має одну із найбільш відпрацьованих конструкцій й високі показники надійності.

У котлі встановлені верхній й нижній барабани, розташовані уздовж повздовжньої осі. Барабани сполучені гнутими кип'ятильними трубами, які створюють розвинений кип'ятильний пучок. Перед кип'ятильним пучком розташована екранована топкова камера.

Труби бічних екранів виводяться у верхній барабан, нижні їх кінці під’єднані до нижніх колекторів. Топкова камера для унеможливлення затягування полум'я у конвективний пучок й зменшення втрат з механічним недопалюванням розділяється шамотною перегородкою на топку й камеру догорання. Камера догорання відділяється від кип'ятильного пучка перегородкою, встановленою між першим і другим рядами кип'ятильного пучка, при цьому перший ряд кип'ятильного пучка є заднім екраном камери догорання. Посередині конвективного пучка встановлюється чавунна перегородка, що розділяє його на перший і другий газоходи.

За наявності перегріву пари пароперегрівник встановлюється в першому газоході після другого і третього ряду кип'ятильних труб. Введення живильної води виконано у верхній барабан і розподіляється по водяному простору за допомогою живильної труби.

Котел ДКВР випускається для всіх видів палива в 13 модифікаціях, відмінних одна від одної продуктивністю і типом топкового пристрою. Для роботи на кам'яному вугіллі й антрациті котел оснащується напівмеханічною топкою з пневмомеханічними накидачами та решітками з поворотними колосниками. Для роботи на деревних відходах котел оснащується топкою Померанцева. Ця шахтна топка розділена на дві частини (передтопок й топку) спеціальними вертикальними решітками, виконаними з ребристих труб. Таке вирішення дозволило підвищити теплову напругу топкового об'єму і одночасно обмежити винесення дрібних частинок деревини, що, відповідно, значно знижує втрати з механічним недопалюванням й підвищує коефіцієнт корисної дії котла.

При роботі на фрезерному торфі котел оснащується топкою Шершньова. Ця циркуляційно-вихрова топка є своєрідним прототипом топки з киплячим шаром. У ній частинки торфу згоряють у своєрідному вихорі й до повного вигоряння багато разів повторюють кільцеву траєкторію.

При спалюванні природного газу або мазуту котел має звичайну камерну топку з фронтовим розташуванням пальників. Пилоподібне спалювання твердого палива у котлі ДКВР не проводиться. Коефіцієнт корисної дії котла ДКВР залежить від спалюваного палива й знаходиться у межах від 74% (буре вугілля) до 92 % (природний газ).

Котли ДКВР не мають силового каркасу, а у них використовується обв'язувальний каркас, який у разі застосування полегшеної обмурівки служить також для кріплення обшивки. Вони можуть комплектуватися приставним чавунним або сталевим водяним економайзером.

Котли типу ДЕ призначені для роботи на природному газі та мазуті. Їх конструкція має принципову схожість з котлами ДКВР. К.к.д. котлів типу ДЕ високий – досягає 93%.

Котли типів ДКВР й ДЕ можуть працювати як у паровому, так і у водогрійному режимі.

Парові котли малої продуктивності виготовляються також на основі жарових і димогарних труб. Конструктивно жарові й димогарні труби встановлюються у водяний об'єм посудин більшого розміру циліндричної або овальної форми, де і відбуваються процеси підігріву води і випаровування. Одним з представників таких котлів є котел типу КШ–04Г, який працює на природному газі, має паропродуктивність 400 кг/год, тиск 0,3 МПа і к.к.д. не нижче 90%. Такі котли встановлюють звичайно для опалювальних цілей або на підприємствах з технологією, що передбачає використовування насиченої пари.

На даний час багато вітчизняних і особливо зарубіжних виробників котлів, використовуючи сучасні технології та нові конструкційні матеріали, освоїли випуск жаротрубно-димогарних парових котлів продуктивністю до 30 т/год пари на тиск до 1,0 МПа.

В Україні виробництво парових котлів малої потужності зосереджено у Монастирищі на ВАТ «ТЕКОМ» й заводі котельного устаткування «Енергетик», які виробляють сімейство вертикально-водотрубних автоматизованих котлів на газі, мазуті та твердому паливі (див. підрозділ 3.6).

До категорії котлів середньої продуктивності належить широка гама типорозмірів котлів з шаровими й камерними топками, які випускалися Таганрозьким, Барнаульським, Подільським і Білгородським котельними заводами у Росії. У цих котлах в основному застосовується П–подібна компоновка газоходів, природна циркуляція в топкових екранах і розвинуті хвостові (низькотемпературні) поверхні нагріву при використанні головним чином трубчастих, рекуперативних повітропідігрівників.

Мал. 2.8. Уніфікований котел ТП-35У з шахтномлиновою топкою: 1 – шахтні млини; 2 – камерна топка; 3 – трирядний фестон: 4 – перший ступінь пароперегрівника; 5 – другий ступінь пароперегрівника; 6 – водяний еконамайзер; 7 – повітропідігрівник

Типовим представником цієї групи котлів є уніфікований котел марки ТП-35У, що випускався таганрозьким заводом «Красный котельщик» (мал. 2.8).

Це котел паропродуктивністю 35 т/год при тиску пари 3,9 МПа й температурі перегрітої пари 450°С. Він оснащений камерною топкою, розрахованою на спалювання кам'яного та бурого вугілля різних марок. Пальники розміщуються на фронтовій стіні котла. Стіни топкової камери повністю екрановані трубами.

Труби заднього екрану у верхній частині розведені у вихідному вікні топки в трирядний фестон, за яким розташовані перший і другий ступені (по ходу пари) пароперегрівника вертикального типу. Поверхня першого ступеня нагріву його залишається незмінною при спалюванні палива різних марок, а другий ступінь по газовому тракту може змінюватися. В опускній шахті котла розташовані конвективні поверхні нагріву – водяний економайзер і повітропідігрівник.