2.9. Водогрейные котлы для коммунальной энергетики

Водогрейные котлы, используемые в коммунальной энергетике для обеспечения отопления и горячего водоснабжения жилых комплексов, имеют мощность от 0,4–0,5 до 10 МВт. Они могут работать по различным тепловым графикам локальных тепловых сетей и обеспечивать температуру сетевой воды на выходе из котла от 90 до 150°С при давлении на выходе из котла до 2,2 МПа.

Водогрейные котлы для коммунальной энергетики конструктивно выполняются как водо-, так и газотрубными. Эти котлы оснащаются насосами для организации принудительной циркуляции и работают как под наддувом, так и на уравновешенной тяге.

Топочная камера таких котлов может быть сконструирована для работы на любом виде топлива от природного газа до бытовых отходов.

Основным и самым массовым типом котлов, используемых в коммунальной энергетике, является котел НИИСТУ-5 (рис. 2.25), выпускавшийся до 1988 г. В эксплуатации их находится еще значительное количество (свыше 15 тыс. шт. только в Украине).

Эти котлы состоят из крайних и средних секций. Средние секции все имеют одинаковое строение и состоят из одного верхнего коллектора диаметром 100 мм, двух нижних коллекторов того же диаметра и трех правых и левых Г-образных экранных труб диаметром 76 х 3 мм.

Передняя секция состоит из двух частей, верхние коллекторы которых вварены в верхний коллектор котла, а два нижних для улучшения циркуляции соединены перепускными трубами соответственно с правым и левым нижними коллекторами котла. Верхние и нижние коллекторы правой и левой части передней секции соединены между собой передними экранными трубами диаметром 76 х 3 мм.

Задняя секция состоит из верхнего и нижнего коллекторов, которые соединены между собой задними экранными трубами диаметром 76 х З мм. Верхний коллектор этой секции приварен к верхнему коллектору котла, а нижний — к правому и левому нижним коллекторам котла.

К вертикальным участкам труб боковых экранов приварены стальные полосы, образующие газонаправляющие перегородки. Такие же полосы приварены к экранным трубам задней секции.

Топка размещается под котлом и может быть использована для сжигания различных видов топлива. Дымовые газы из топки под лировки тяги, привод которых осуществляется через тросы впереди котла. Из дымоходов котла дымовые газы направляются в дымовую трубу.

Сигал Исаак Яковлевич – известный ученый в области сжигания топлива и защиты воздушного бассейна от загрязнения. В 1948 году окончил Киевский политехнический институт и с 1949 года работает в Институте газа НАНУ. В 1960– 1970 гг. И.Я. Сигалом впервые в СССР проведены исследовательские работы по изучению образования оксидов азота в факеле. Им разработаны научные основы их образования в топочных процессах, созданы новое направление и научная школа, которая занимается методами сжигания топлива в котлах электростанций, промышленных и отопительных котлах со сниженным образованием оксидов азота. Разработанные Сигалом И.Я. методы и горелки со сниженным образованием оксидов азота внедрены более чем на 100 котлах электростанций и на 900 мощных водогрейных и промышленных котлах. Под его руководством разработаны специальные газовые водогрейные котлы ТВГ (КВГ) производительностью 4–10 МВт, более 8 тысяч которых обеспечивают теплоснабжение жилых кварталов городов. И.Я. Сигал – автор более 290 печатных работ, в том числе 14 монографий, свыше 50 авторских свидетельств и патентов на изобретения.

Рис. 2.25. Водогрейный котел НИИСТУ-5: 1 – фундамент; 2 – трубы; 3 – газонаправляющие перегородки; 4 – верхний коллектор; 5 – задняя секция; 6 – наружная обмуровка; 7 – колосниковая решетка; 8 – нижние коллекторы; 9 – внутренние стенки обмуровки; 10 – дымовые каналы

Рис. 2.26. Трубная часть котла КВГ-7,56-150: 1 – коллекторы входа обратной воды; 2 – перегородки из труб; 3 – топочные экраны в трубах конвективной части; 4 – пакеты змеевиков; 5 – конвективные экраны; 6 и 9 – задние коллекторы; 7 и 14 – перепускные трубы; 8 и 10 – верхние боковые коллекторы конвективной части; 11 – коллекторы на выходе горячей воды; 12 – потолочный экран, переходящий в фронтовой; 13 – топочные экраны в верхних коллекторах потолочных экранов; 15 – верхние потолочные экраны; 16 – передний топочный экран; 17 – нижний топочный экран

Вода в котел поступает через патрубок на нижнем (верхнем) коллекторе заднего экрана, проходит по котлу, нагревается и через передний патрубок на верхнем коллекторе направляется в теплосеть.

До 1960 года в бывшем СССР выпуск водогрейных котлов мощностью более 1 Гкал/ч отсутствовал. С начала 1960-х годов на Монастырищенском машиностроительном заводе начат серийный выпуск водогрейных котлов ТВГ-4 (ТВГ-4Р), ТВГ-8 (ТВГ-10), ТВГ-8М, конструкции которых были разработаны Институтом газа НАН Украины под руководством проф. Сигала И.Я. Эти котлы были рассчитаны на параметры воды с температурой 150°С, давлением 0,8 МПа и предназначены для замены широко используемых в то время для получения горячей воды (а не по прямому назначению пара) паровых котлов ДКВР с бойлерами для отопления городских кварталов и предприятий.

Особенностью котлов типа ТВГ является применение в топочном устройстве для сжигания природного газа двухсветных экранов, каждый из которых расположен между двумя подовыми горелками. При этом длина горелки равна длине топочного экрана. Благодаря этому впервые в камерной топке была обеспечена одинаковая нагрузка на все трубы экранов.

Рис. 2.27. Водогрейный жаротрубный котел мощностью 3 МВт: 1 – дутьевая горелка; 2 – камера сгорания; 3 – дымогарные трубы; 4 – дымоход; 5 – обшивка; 6 – пульт управления; 7 – огнеупорная дверь; 8 – смотровое окно

Монастырищенский машиностроительный завод обеспечил выпуск до 400 штук котлов ТВГ в год, которые были использованы для теплоснабжения ряда городов Украины, Подмосковья, Урала, Сибири, Средней Азии и других регионов.

В 1970-х годах ЦКТИ им. И.И. Ползунова (г. Ленинград) совместно с Монастырищенским машиностроительным заводом при участии Института газа НАН Украины выпустили котлы КВГ-4,65 и КВГ-7,56, представляющие собой модернизированный вариант котлов ТВГ в облегченной обмуровке.

В настоящее время завод выпускает как котлы ТВГ, так и котлы КВГ, свыше 80% которых поставляется в Россию, Казахстан и другие страны.

Котлы серии КВГ (котел водогрейный газовый) выпускаются мощностью до 11 МВт. Это прямоточные секционные котлы, работающие на газовом топливе. Они представляют собой трубную систему, скомпонованную в одном транспортабельном блоке. Трубная система котла КВГ-7,56-150 (тепловая мощность 7,56 МВт, температура воды на выходе из котла 150°С) представлена на рисунке 2.26 и состоит из радиационной и конвективной поверхностей нагрева.

К радиационной поверхности относятся четыре топочных и потолочный экраны. Трубы крайних односветных топочных экранов и потолочного по всей высоте (длине) соединены между собой металлическими пластинами. Каждый топочный экран представляет собой отдельную секцию, состоящую из прямых труб, ввареных в верхний и нижний коллекторы. Для заданного направления движения воды по топочным экранам верхние коллекторы имеют смещенную от центра глухую перегородку (15 и 23 трубы). Топочные экраны соединяются между собой перепускными трубами.

Конвективная поверхность нагрева состоит из двух секций – правой и левой. В боковые трубы вварены четыре пакета трехтрубных змеевиков. Для направления движения воды в них в боковых трубах сделаны глухие перегородки. Радиационную поверхность от конвективной отделяет перегородка из горизонтально размещенных труб, соединенных между собой металлическими пластинами. Эта перегородка в верхней части находится на уровне верхних змеевиков. Таким образом, через оставленное сверху пространство продукты сгорания топлива из радиационной части котла переходят в конвективную, обогревая змеевики, а потом через газоходы и дымовую трубу удаляются в атмосферу.

Котлы оборудованы тремя подовыми горелками, которые устанавливают между вертикальными топочными экранами.

Совместно с водотрубными котлами в коммунальной энергетике широко применяются современные конструкции жаротрубных и газотрубных котлов. Они отличаются от ранее применяемых конструкций более высокой эффективностью, применением современных совершенных горелочных устройств и полной автоматизацией.

Конструкция водогрейного жаротрубного котла мощностью 3 МВт представлена на рисунке 2.27.

Котел оснащается блочными дутьевыми горелками, имеет двухходовой теплообменник, причем топочная камера располагается внутри резервуара котла, что обеспечивает высокий коэффициент полезного действия. Котел комплектуется фронтовой плитой, изготовленной с применением суперпрочного бетона.

Блок управления котлом обеспечивает автоматическое поддержание режима работы котла и его полную безопасность.

ОАО «ТЕКОМ» (г. Монастырище Черкасской обл.) – крупнейший украинский производитель котлов малой мощности