2.3. Паровые котлы малой и средней производительности

Паровые котлы малой и средней производительности предназначены для выработки насыщенного и перегретого пара давлением до 3,9 МПа и температурой до 450 °С. Они массово применяются на промышленных предприятиях и в коммунальном хозяйстве для обеспечения технологических процессов, а также отопления промышленных и коммунальных объектов.

Конструкции паровых котлов малой и средней производительности совершенствовались за счет внедрения эффективных поверхностей нагрева, современных топочных и горелочных устройств, применения новых технологий изготовления поверхностей нагрева, деталей и элементов котлов. Новое направление развитию конструкций котлов малой и средней производительности дала необходимость сжигания отходов сельскохозяйственного и промышленного производства, что выразилось в оснащении таких котлов специальными топочными устройствами.

Конструктивно такие котлы выпускаются как водотрубные, так и жаротрубные с дымогарными трубами. В свою очередь водотрубные котлы выполняются как барабанными (с естественной и принудительной циркуляцией), так и прямоточными. (см. подраздел 2.1).

Котлы малой и средней производительности могут сжигать всю гамму видов органического топлива, включая природный газ, угли и отходы различного происхождения. При работе на твердом топливе такие котлы оснащаются слоевыми топками различных конструкций (для малых производительностей) и камерными топками.

Характерными представителями котлов этой группы служат котлы типа Е (ДЕ) паропроизводительностью 1–25 т/ч, газомазутные котлы типа Е (КЕ) паропроизводительностью 2,5–25 т/ч и котлы типа ДКВР паропроизводительностью от 2,5 до 20 т/ч, которые нашли наибольшее применение. Они предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого на технологические нужды промышленных предприятий, в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Виктор Владимирович Померанцев (1906–1984) – известный ученый в области теплофизики и теплотехники, крупный специалист в области теории горения и топочных процессов. В 1969 году В.В. Померанцевым (совместно с сотрудниками кафедры «Котлостроение» СПбГПУ) была предложена новая низкотемпературная вихревая технология сжигания твердого топлива, вызвавшая в то время широкую дискуссию среди энергетиков. Только неуемная энергия и его авторитет в научных и энергетических кругах позволили реализовать эту технологию и доказать перспективность этого нового направления котельно-топочной техники. Его книга «Основы практической теории горения» стала настольной книгой большинства теплоэнергетиков.

Рис. 2.7. Схема парового котла ДКВР-10ГМ: 1 – труба для подачи воздуха; 2 – газомазутная горелка; 3 – экран; 4 – верхний барабан; 5 – камера догорания; 6 – трубы котельного пучка; 7,8,9 – перегородки

Двухбарабанный вертикально-водотрубный котел ДКВР (реконструированный) (рис.2.7), разработанный Бийским котельным заводом совместно с ЦКТИ, является наиболее массовым из когда-либо выпускавшихся котельных агрегатов. Он имеет одну из самых отработаных конструкций и высокие показатели надежности.

В котле установлены верхний и нижний барабаны, расположенные вдоль продольной оси. Барабаны соединены гнутыми кипятильными трубами, образующими развитый кипятильный пучок. Перед кипятильным пучком расположена экранированная топочная камера.

Трубы боковых экранов выводятся в верхний барабан, нижние их концы присоединены к нижним коллекторам. Топочная камера для исключения затягивания пламени в конвективный пучок и уменьшения потерь с механическим недожогом разделяется шамотной перегородкой на топку и камеру догорания. Камера догорания отделяется от кипятильного пучка перегородкой, устанавливаемой между первым и вторым рядами кипятильного пучка, при этом первый ряд кипятильного пучка является задним экраном камеры догорания. Внутри конвективного пучка устанавливается чугунная перегородка, разделяющая его на первый и второй газоходы.

При наличии перегрева пара пароперегреватель устанавливается в первом газоходе после второго и третьего ряда кипятильных труб. Ввод питательной воды выполнен в верхний барабан и распределяется по водяному пространству с помощью питательной трубы.

Котел ДКВР выпускается для всех видов топлива в 13 модификациях, отличающихся друг от друга производительностью и типом топочного устройства. Для работы на каменных углях и антраците котел оснащается полумеханической топкой с пневмомеханическими забрасывателями и решетками с поворотными колосниками. Для работы на древесных отходах котел оборудуется топкой Померанцева. Эта шахтная топка разделена на две части (предтопок и топку) специальной вертикальной решеткой, выполненной из оребренных труб. Такое решение позволило повысить тепловое напряжение топочного объема и одновременно ограничить унос мелких частиц древесины, что, соответственно, значительно снижает потери с механическим недожогом и повышает коэффициент полезного действия котла.

При работе на фрезерном торфе котел оснащается топкой Шершнева. Эта циркуляционно-вихревая топка является своеобразным прототипом топки с кипящим слоем. В ней частицы торфа сгорают в своеобразном вихре и до полного выгорания многократно повторяют кольцевую траекторию.

При сжигании природного газа и мазута котел имеет обычную камерную топку с фронтальным расположением горелок. Пылевидное сжигание твердого топлива в котле ДКВР не производится. Коэффициент полезного действия котла ДКВР зависит от сжигаемого топлива и находится в пределах от 74% (бурый уголь) до 92 % (природный газ).

Котлы ДКВР не имеют силового каркаса, а в них используется обвязочный каркас, который в случае применения облегченной обмуровки служит также для крепления обшивки. Они могут комплектоваться приставным чугунным или стальным водяным экономайзером.

Котлы типа ДЕ предназначены для работы на природном газе и мазуте. Их конструкция имеет принципиальное сходство с котлами ДКВР. К.п.д. котлов типа ДЕ высокий – достигает 93%.

Котлы типов ДКВР и ДЕ имеют возможность работать как в паровом, так и в водогрейном режиме.

Паровые котлы малой производительности изготавливаются также на основе жаровых и дымогарных труб. Конструктивно жаровые и дымогарные трубы устанавливаются в водяной объем сосудов большего размера цилиндрической или овальной формы, где и происходят процессы подогрева воды и испарения. Одним из представителей таких котлов является котел типа КПа-04Г, который работает на природном газе, имеет паропроизводительность 400 кг/ч, давление 0,3 МПа и к.п.д. не ниже 90%. Такие котлы устанавливают обычно для отопительных целей или на предприятиях с технологией, предполагающей использование насыщенного пара.

В настоящее время многие отечественные и особенно зарубежные производители котлов, используя современные технологии и новые конструкционные материалы, освоили выпуск жаротрубно-дымогарных паровых котлов производительностью до 30 т/ч пара на давление до 1,0 МПа.

В Украине производство паровых котлов малой мощности сосредоточено в Монастырище на ОАО «ТЕКОМ» и заводе котельного оборудования «Энергетик», которые производят семейство вертикально-водотрубных автоматизированных котлов на газе, мазуте и твердом топливе (см. подраздел 3.6).

К категории котлов средней производительности принадлежит широкая гамма типоразмеров котлов со слоевыми и камерными топками, которые выпускались Таганрогским, Барнаульским, Подольским и Белгородским котельными заводами в России. В этих котлах в основном применяется П-образная компоновка газоходов, естественная циркуляция в топочных экранах и развитые хвостовые (низкотемпературные) поверхности нагрева при использовании главным образом трубчатых, рекуперативных воздухоподогревателей.

Рис. 2.8. Унифицированный котел ТП-35-У с шахтно-мельничной топкой: 1 – шахтные мельницы; 2 – камерная топка; 3 – трехрядный фестон; 4 – первая ступень пароперегревателя; 5 – вторая ступень пароперегревателя; 6 – водяной экономайзер; 7 – воздухоподогреватель

Типичным представителем этой группы котлов является унифицированный котел марки ТП-35У, выпускавшийся Таганрогским заводом «Красный котельщик» (рис. 2.8).

Это котел паропроизводительностью 35 т/ч при давлении пара 3,9 МПа и температуре перегретого пара 450°С. Он снабжен камерной топкой, рассчитанной на сжигание каменных и бурых углей различных марок. Горелки размещаются на фронтовой стене котла. Стены топочной камеры полностью экранированы трубами.

Трубы заднего экрана в верхней части разведены в выходном окне топки в трехрядный фестон, за которым расположены первая и вторая ступени (по ходу пара) пароперегревателя вертикального типа. Поверхность первой ступени нагрева ее остается неизменной при сжигании топлива различных марок, а вторая ступень по газовому тракту может изменяться. В опускной шахте котла расположены конвективные поверхности нагрева – водяной экономайзер и воздухоподогреватель.