2.9. Водогрійні котли для комунальної енергетики

Водогрійні котли, що використовуються в комунальній енергетиці для забезпечення опалювання і гарячого водопостачання житлових комплексів, мають потужність від 0,4–0,5 до 10 МВт. Вони можуть працювати за різними тепловими графіками локальних теплових мереж і забезпечувати температуру сітьової води на виході з котла від 90 до 150°С при тиску на виході з котла до 2,2 МПа.

Водогрійні котли для комунальної енергетики конструктивно виконуються як водо-, так і газотрубними. Ці котли оснащуються насосами для організації примусової циркуляції і працюють як під наддувом, так і на урівноваженій тязі.

Топкова камера таких котлів може бути сконструйована для роботи на будь-якому виді палива від природного газу до побутових відходів.

Основним і наймасовішим типом котлів, що використовуються в комунальній енергетиці, є котел НИИСТУ-5 (мал. 2.25), що випускався до 1988 р. В експлуатації їх знаходиться ще значна кількість (понад 15 тис. шт. тільки в Україні).

Ці котли складаються з крайніх і середніх секцій. Середні секції всі мають однакову будову і складаються з одного верхнього колектора діаметром 100 мм, двох нижніх колекторів того ж діаметра і трьох правих і лівих Г-подібних екранних труб діаметром 76 х 3 мм.

Передня секція складається з двох частин, верхні колектори яких вварені у верхній колектор котла, а два нижніх для поліпшення циркуляції сполучені перепускними трубами відповідно з правим і лівим нижніми колекторами котла. Верхні й нижні колектори правої і лівої частини передньої секції сполучені між собою передніми екранними трубами діаметром 76 х 3 мм.

Задня секція складається з верхнього і нижнього колекторів, які сполучені між собою задніми екранними трубами діаметром 76 х 3 мм. Верхній колектор цієї секції приварений до верхнього колектора котла, а нижній — до правого і лівого нижніх колекторів котла.

До вертикальних ділянок труб бічних екранів приварені сталеві смуги, створюючі газоспрямовуючі перегородки. Такі ж смуги приварені до екранних труб задньої секції.

Топка розміщується під котлом і може бути використана для спалювання різних видів палива. Димові гази з топки підіймаються вгору, обтікають газоспрямовуючі перегородки і паралельними каналами між трубами опускаються в димоходи справа і зліва котла. На димоходах котла встановлені вертикальні шибери для регулювання тяги, привід яких здійснюється через троси попереду котла. З димоходів котла димові гази спрямовуються в димар.
Мал. 2.25. Водогрійний котел НИИСТУ-5: 1 – фундамент; 2 – труби; 3 – газонаправляючі перегородки; 4 – верхній колектор; 5 – задня секція; 6 – зовнішня обмуровка; 7 – колосникова решітка; 8 – нижні колектори; 9 – внутрішні стінки обмуровки; 10 – димові канали

Сігал Ісаак Якович – відомий учений в царині спалювання палива і захисту повітряного басейну від забруднення. У 1948 році закінчив Київський політехнічний інститут і з 1949 року працює в Інституті газу НАНУ. У 1960– 1970 рр. І.Я. Сігалом вперше в СРСР проведені дослідницькі роботи по вивченню утворення оксидів азоту у факелі. Ним розроблені наукові основи їх утворення в топкових процесах, створений новий напрям і наукова школа, яка займається методами спалювання палива в котлах електростанцій, промислових і опалювальних котлах з пониженим утворенням оксидів азоту. Розроблені Сігалом І.Я. методи і пальники з пониженим утворенням оксидів азоту впроваджені більш ніж на 100 котлах електростанцій і на 900 потужних водогрійних і промислових котлах. Під його керівництвом розроблені спеціальні газові водогрійні котли ТВГ (КВГ) продуктивністю 4–10 МВт, більше 8 тисяч яких забезпечують теплопостачання житлових кварталів міст. І.Я. Сігал – автор більше 290 друкованих праць, у тому числі 14 монографій, понад 50 авторських свідоцтв і патентів на винаходи.

Мал. 2.26.Трубна частина котла КВГ-7,56-150: 1 – колектори входу зворотньої води; 2 – перегородки з труб; 3 – топкові екрани в трубах конвективної частини; 4 – пакети змійовиків; 5 – конвективні екрани; 6 і 9 – задні колектори; 7 і 14 – перепускні труби; 8 і 10 – верхні бокові колектори конвективної частини; 11 – колектори на виході гарячої води; 12 – стельовий екран, що переходить у фронтовий; 13 – топкові екрани у верхніх колекторах стельових екранів; 15 – верхні стельові екрани; 16 – передній топковий екран; 17 – нижній топковий екран

Вода в котел надходить через патрубок на нижньому (верхньому) колекторі заднього екрану, проходить по котлу, нагрівається і через передній патрубок на верхньому колекторі спрямовується в тепломережу.

До 1960 року в колишньому СРСР випуск водогрійних котлів потужністю більше 1 Гкал/ч був відсутній. З початку 1960-х років на Монастирищенському машинобудівному заводі розпочався серійний випуск водогрійних котлів ТВГ-4 (ТВГ-4Р), ТВГ-8 (ТВГ-10), ТВГ-8М, конструкції яких були розроблені Інститутом газу НАН України під керівництвом проф. Сігала І.Я. Ці котли були розраховані на параметри води з температурою 150°С, тиском 0,8 МПа і призначені для заміни широко використовуваних у той час для одержання гарячої води (а не за прямим призначенням – пари) парових котлів ДКВР з бойлерами для опалювання міських кварталів і підприємств.

Особливістю котлів типу ТВГ є застосування в топковому пристрої для спалювання природного газу двосвітних екранів, кожний з яких розташований між двома подовими пальниками. При цьому довжина пальника дорівнює довжині топкового екрану. Завдяки цьому вперше в камерній топці було забезпечене рівномірне навантаження на всі труби екранів.

Монастирищенський машинобудівний завод забезпечив випуск до 400 котлів ТВГ на рік, які були використані для теплопостачання низки міст України, Підмосков'я, Уралу, Сибіру, Середньої Азії та інших регіонів. Мал. 2.27. Водогрійний жаротрубний котел потужністю 3 МВт: 1 – дуттьовий пальник; 2 – камера згорання; 3 – димогарні труби; 4 – димохід; 5 – обшивка; 6 – пульт керування; 7 – вогнетривкі двері; 8 – оглядове вікно

У 1970-х роках ЦКТІ ім. І.І. Ползунова (м. Ленінград) спільно з Монастирищенським машинобудівним заводом за участю Інституту газу НАН України випустили котли КВГ-4,65 і КВГ-7,56, що є модернізованим варіантом котлів ТВГ у полегшеній обмурівці.

У даний час завод випускає як котли ТВГ, так і котли КВГ, понад 80% яких поставляються до Росії, Казахстану та інших країн.

Котли серії КВГ (котел водогрійний газовий) випускаються потужністю до 11 МВт. Це прямоточні секційні котли, що працюють на газовому паливі. Такі котли – це трубна система, скомпонована в одному транспортабельному блоці. Трубна система котла КВГ-7,56-150 (теплова потужність 7,56 МВт, температура води на виході з котла 150°С) представлена на малюнку 2.26 і складається з радіаційної й конвективної поверхонь нагріву.

До радіаційної поверхні відносяться чотири топкових й стельовий екрани. Труби крайніх односвітних топкових екранів й стельового по всій висоті (довжині) сполучені між собою металевими пластинами. Кожний топковий екран є окремою секцією, що складається з прямих труб, вварених у верхній та нижній колектори. Для заданого напряму руху води по топкових екранах верхні колектори мають зміщену від центру глуху перегородку (15 і 23 труби). Топкові екрани з'єднуються між собою перепускними трубами.

Конвективна поверхня нагріву складається з двох секцій – правої й лівої. У бічні труби вварені чотири пакети тритрубних змійовиків. Для спрямування руху води в них у бічних трубах зроблені глухі перегородки. Радіаційну поверхню від конвективної відділяє перегородка з горизонтально розміщених труб, сполучених між собою металевими пластинами. Ця перегородка у верхній частині знаходиться на рівні верхніх змійовиків. Таким чином, через залишений зверху простір продукти згорання палива з радіаційної частини котла переходять у конвективну, обігріваючи змійовики, а потім через газоходи і димар видаляються в атмосферу.

Котли обладнані трьома подовими пальниками, які встановлюють між вертикальними топковими екранами.

Спільно з водотрубними котлами в комунальній енергетиці широко застосовуються сучасні конструкції жаротрубних і газотрубних котлів. Вони відрізняються від раніше використовуваних конструкцій більш високою ефективністю, застосуванням сучасних досконалих пальникових пристроїв і повною автоматизацією.

Конструкція водогрійного жаротрубного котла потужністю 3 МВт представлена на малюнку 2.27.

Котел оснащується блоковими дуттьовими пальниками, має двоходовий теплообмінник, причому топкова камера розташовується всередині резервуару котла, що забезпечує високий коефіцієнт корисної дії. Котел комплектується фронтовою плитою, виготовленою із застосуванням суперміцного бетону.

Блок управління котлом забезпечує автоматичну підтримку режиму роботи котла і його повну безпеку.

ВАТ «ТЕКОМ» (м. Монастирище Черкаської обл.) – найбільший український виробник котлів малої потужності