Секционные котлы

Секционные чугунные и стальные котлы широко применяются
в системах теплоснабжения, особенно в котельных с установленной тепловой мощностью не более 40 ГДж/ч, что характерно для поселковых систем [9, 11, 18, 26, 28, 29, 31].

Котлы состоят из набора чугунных или стальных секций. В чугунном исполнении секции поставляются в виде готового блока или россыпью со сборкой на монтаже, в стальном исполнении их соединяют коллекторами, как правило, двумя нижними и одним верхним.

Мощность котлов зависит от количества и площади нагрева секций. Большинство секционных котлов имеют, кроме боковых, две фронтальные секции, защищающие переднюю стенку котла от перегрева. Это обеспечивает нормальную работу приборов и арматуры, расположенных на фронте котла. Секционные котлы обладают малым сопротивлением проходу продуктов сгорания, что позволят эксплуатировать их без дымососов, а во многих случаях – без вентиляторов.

Котлы могут быть водогрейными и паровыми. Паровые оборудуют паросборником, который располагают над котлом. Паросборник соединяют с котлом отводами, подключаемыми обычно к коллекторам горячей воды. Для осуществления циркуляции воды нижнюю часть паросборника соединяют циркуляционными трубами с нижним коллектором котла.

Типоразмеры секционных котлов регламентируются ГОСТ 20548-81* и ГОСТ 10617-83* (чугунные), а также ГОСТ 22451-83(стальные). Наибольшее распространение получили чугунные секционные котлы «Универсал-6», «Энергия-3», «Энергия-6», «Минск-1», стальные НИИСТУ-5 и др. (приложения 3-7).

Котел «Универсал-6» шатрового типа состоит из двух пакетов, собранных из отдельных секций. Секции соединены коническими ниппелями и стяжными болтами. Пакеты устанавливают на кирпичные стенки, образующие топку. Продукты сгорания топлива, поднимаясь
в топке, омывают Р-образные выступы средних секций, поворачивают
в промежутках верхней части секции на 180 градусов и опускаются по каналам, образованным ребрами секций и обмуровкой, в боковые сборные проходы, откуда направляются в боров котельной. Оба боковых газохода имеют шиберы, подвешенные на тросах, концы которых, уравновешенны грузами, выведены на фронт котла. Стенки топки снаружи обмурованы красным кирпичом. Боковые, задние и передние стенки пакетов футеруют теплоизоляционной мастикой (70% белой глины и 30% асбестовой крошки).

Применяется (но реже) полушатровый или односторонний котел «Универсал-6», имеющий один пакет секций.

Котлы«Энергия-3» и «Энергия-6» только двустороннего исполнения.

В качестве крайних используются средние секции, установленные
в перевернутом положении. Боковые стенки пакетов снаружи футеруют теплоизоляционной мастикой; переднюю и заднюю стенки котла, а также верхнюю его обмуровывают кирпичом.

Котел «Минск-1»также только двустороннего исполнения. Оба пакета образуют шатровую топку, которую собирают из секций одного типа при помощи ниппелей и стяжных болтов; к болтам приваривают шайбы со срезами. Шайбы располагают в ниппелях в чередующемся порядке для придания воде прямоточного движения. В нижних ниппелях срезы шайб направлены вниз для удаления воды и шлама, а в верхних – вверх для удаления воздуха. Переднюю, заднюю и верхнюю части топки, не защищенные секциями, закрывают кирпичом. Продукты сгорания из топки входят в опускные каналы секций, откуда попадают в сборный газоход и по нему направляются к фронту котла. Затем газы поднимаются по коробу, поступают в горизонтальный газоход, образованный межтрубным пространством секций, и, двигаясь от фронта, уходят от котла в боров котельной. В отличие от других чугунных котлов, в котле «Минск-1» воду подают через верхний задний тройник; горячую воду отводят через верхний передний тройник. Расчетное расширение за котлом больше, чем у других секционных котлов и составляет (при коэффициенте избытка воздуха 1,35) 50; 70; 90 Па при площади поверхности нагрева соответственно 20,8; 30,4; 40 м².

Котел НИИСТУ-5 шатрового типа – только двустороннего исполнения. Он имеет два нижних коллектора, куда подается обратная вода, и один верхний, из которого отводится горячая вода. Ребра тыльных сторон труб боковых и заднего торцового экранов образуют конвекторные газоходы. Продукты сгорания поднимаются в верхнюю часть топочной камеры, поворачивают в промежутки между трубами экранов и опускаются по конвективным газоходам, омывая снаружи оребренную поверхность труб боковых и задних стенок котла. Тыльная сторона передней стенки в качестве газохода не используется. Затем по двум горизонтальным газоходам, имеющим шиберы, продукты сгорания направляются в боров котельной.

Газовые горелки на секционных котлах устанавливают с фронта или на поду. Во втором случае обеспечивается более равномерное распределение теплового потока по длине котла и повышается его надежность. При фронтальном распределении могут использоваться горелки заводского изготовления, дающие возможность добиться более экономичного сжигания газа.

Водотрубные котлы

В тепловом хозяйстве наиболее широко применяются котлы типов: для посёлков – ДКВ, для микрорайонов – ДЕ, ПТВГ, КВГМ и др.

Котлы ДКВр (в настоящее время демонтируются и не выпускаются) – двухбарабанные вертикально-водотрубные (реконструированные по сравнению с ДКВ) с естественной циркуляцией. Топочная камера котлов мощностью до 10 т/ч разделена кирпичной стенкой на собственную топку и камеру догорания. Вход газов из топки в камеру догорания и выход их из котла – асимметричные. Трубы пароперегревателя (если он имеется) размещены в первом газоходе с левой стороны котла.

В состав котла входят два расположенных вдоль него барабана, пучок кипятильных труб (соединяют верхний и нижний барабаны), коллекторы и боковые экраны (соединяют коллекторы с передней частью верхнего барабана). В верхнем барабане расположены паросепарирующее и питательное устройства. В топке имеются два боковых экрана, коллекторы, которых питаются как из верхнего барабана по передним опускным трубам, так и из нижнего. Для установки газовых или газомазутных установок по фронтальной стене предусматривают амбразуры; если горелки устанавливают сбоку котла, амбразуры выполняют в боковых стенках с разверткой экранных труб.

В котле ДКВр-10-13 в отличие от котлов меньшей мощности приподнят нижний барабан, под который обеспечен доступ обслуживающему персоналу. Котел имеет дополнительные фронтальный и задний экраны, причем коллектор заднего экрана расположен
в пространстве под нижнем барабаном. Фронтальный экран питается только из верхнего, а задний – только из нижнего барабанов.

У котлов ДКВр-20-13 в отличие от других котлов этого типа, верхний барабан настолько укорочен, что не попадает в пределы топки. Такая схема является наиболее целесообразной при камерном сжигании топлива, так как повышает надежность работы котла, поскольку верхний барабан не подвергается воздействию топочного излучения. Для сохранения необходимого водяного объема в связи с сокращением размера верхнего барабана котел комплектуют выносными циклонами, к которым подключают фронтальный и боковые экраны.

При сжигании газового топлива мощность котлов ДКВр может быть увеличена относительно минимальной на 50%, а котлов ДКВр-20 – на 40%, что допускается при тщательном контроле за качеством питьевой воды, безнакипном состоянии поверхности нагрева, изоляции обогреваемых частей верхнего барабана, расположенных в топке и камере догорания, обеспечении пропускной способности паровых клапанов, установленных на верхнем барабане котла, поддержании температуры продуктов сгорания перед экономайзером не более 500 ^ºС для недопущения вскипания воды
в нем.

При переоборудовании котлов типа ДКВр (ДКВ) на сжигание газового топлива используют горелки с принудительной подачей воздуха, работающие на газе низкого и среднего давления, или инжекционные горелки среднего давления. Чаще всего применяются горелки типа ГМГ (ГМГм-модернизированные), ГМГБ для котлов ДКВр-20-13, вертикальные щелевые горелки, большие инжекционные горелки БИГ и др.

Котлы ДЕ (приложение 4) – специализированные, газомазутные, двухбарабанные – выпускаются взамен котлов ДКВр. Топочная камера размещается сбоку от конвекторного пучка, образованного вертикальными трубами по всей длине котла в виде вытянутой пространственной трапеции. С ростом топки длина топки увеличивается, а ширина и высота остаются постоянными. На фронтальной стене котла расположена одна горелка типа ГМ или ГМП. Расчетное давление газа перед горелкой – около 25 кПа, мазута – 2 МПа, пара на распыл – 0,1…05 МПа; коэффициент избытка воздуха при работе н газе – 1,05, на мазуте – 1,1
(у ГМП-16-1,05); коэффициент рабочего регулирования – 10…100% номинальной мощности. Достоинством котлов типа ДЕ является повышенная заводская готовность, а недостатком – отсутствие эффективных схем ступенчатого испарения, из-за чего они не полностью приспособлены к обычным условиям водного режима. По инструкции сухой остаток в питательной воде может составлять 100…300 мг/кг. Качество котловой (продувочной) без учета абсолютной щелочности представлено в таблице. Котлы ДЕ оборудованы вентиляторами и дымососами.

Котлы ТВГ (приложение 5) – теплофикационные водогрейные. Они имеют принудительную циркуляцию воды, оборудуются индивидуальным вентилятором и дымососом. Газ сжигается в четырех подовых горелках
с принудительной подачей воздуха, которые расположены между тремя двухсветными и двумя односветными экранами. Топка котла ТВГ-8м, кроме того, оборудована потолочным экраном. Все экраны составляют радиационную поверхность котла. В конвективном газоходе размещен змеевиковый экономайзер.

Длина подовой горелки и секции экранов примерно одинакова, что обеспечивает равномерное распределение тепловой нагрузки. Полное сжигание газа обеспечивается при коэффициенте воздуха 1,15…1,2; температура уходящих газов при этом – 200…210 ^ºС без принудительной подачи воздуха к горелкам котлы могут удовлетворительно работать на нагрузках до 40% номинальной.

Потери теплоты в окружающую среду у котлов ТВГ в 2…4 ниже нормативных для водотрубных котлов такой же мощности и составляют при номинальных нагрузках для котла ТВГ-8м –0,36%.

Котлы ПТВМ (приложение 6)-пиковые теплофикационные водогрейные газомазутные. Котел ПТВМ-30м имеет П-образную компоновку, а ПТВМ-50 и ПТВМ-10 – башенную. Компоновка котлов башенного типа обычно полуоткрытая; до отметки 6…7 м их размещают в помещении котельной, а верхнюю часть котла – вне помещения.

Таблица 2.1

Предельные значения солесодержания котловой воды

Показатели качества котловой воды	Котлы с одноступенчатым испарением	Котлы с двухступенчатым испарением
без паро- перегревателя	с паро- перегревателем	первая ступень	вторая ступень
Сухой остаток, мг/кг
Общая щелочность, мг*экв/кг	Соответствует нормативному сухому остатку, но не выше
		-
Содержание фосфатов, мг/кг	7…10	7…10	7…10

Топочная камера котлов полностью экранирована; на ее боковых сторонах размещены газомазутные горелки, входящие в объем поставки.
В башенных котлах змеевиковая конвективная поверхность расположена над топкой, а у котла ПТВМ-30м – во втором газоходе. В воздух к каждой горелке подается от индивидуального вентилятора Ц-13-50 №4. Мощность котла регулируется включением и выключением горелок.

При работе котла на нормальной мощности и среднем коэффициенте избытка воздуха 1,05…1,08 в отдельных горелках может наблюдаться недостаток воздуха для полного сгорания топлива, что вызывает пульсацию факела и вибрацию котла. Поэтому необходима тщательная наладка работы каждой горелки в отдельности.

Котлы ПТВМ-30м могут быть с общим дутьевым вентилятором, что несколько упрощает компоновку, но снижает возможности регулирования мощности и приводит к перерасходу электроэнергии.

Котлы КВ-ГМ (приложение 7) – водогрейные газомазутные; предназначены для получения горячей воды давлением до 2,5 МПа и температурой до 200 ºС.

Расчетная температура воды на входе в котел – 70 ºС, на выходе из котла – 150 ºС.

Котлы – прямоточные для работы с постоянным расходом воды.
В тепловую сеть включаются непосредственно, как сетевые подогреватели. Они не имеют несущего каркаса. Конструкция облегченной трехслойной обмуровки – шамотобетон, минераловатные плиты и магнезиальная обмазка обеспечивают значительно меньше потери теплоты в окружающую среду против нормативных. Котлы обладают хорошими маневренными качествами, надежны в эксплуатации; диапазон регулирования мощности – 20…100%.

С уменьшением нагрузки КПД котлов увеличивается по сравнению
с расчетным благодаря снижению потерь теплоты в окружающую среду.

На котлах КВ-ГМ устанавливаются ротационные газомазутные горелки типа РГМШГ, которые предназначены для раздельного сжигания газа и мазута. Если горелки оборудованы захлопками, то в период перехода с одного вида топлива на другой допускается кратковременное совместное сжигание газа и мазута. После образования устойчивого пламени на заданном топливе горелки следует отключать от другого вида топлива.