Секционные котлы малой мощности (до 1 МВт)

До настоящего времени в структуре отечественной жилищно-коммунальной и отопительно-призводственной теплоэнергетики чугунные (ГОСТ 20548-87 Энергия, Универсал, Тула) и стальные (НР-18, НИИСТУ ГОСТ 10617-83, ГОСТ 21563-82) секционные универсальные котлы малой тепловой мощности являются основными источниками, обеспечивающими потребности в теплоте. Технико-экономические показатели таких котлов находятся на относительно не высоком уровне (КПД 65-95 %). Этими котлами покрывается около 70 % тепловой нагрузки ЖКС.

Котлы изготовляются и комплектуются из отдельных секций, как правило, сборка пакетов и монтаж осуществляются непосредственно на объекте.

Для твердого топлива с 1985 г. выпускаются котлы "Братск", "Караганда" и КВМ-0.63К ("Кировец") с механизированными топками.

Секционные котлы по материалу из которого изготовляются секции делятся на три группы: чугунные (самые распространенные), стальные и чугунно-стальные.

Чугунные секционные котлы. Самые массовые котлы, широко эксплуатируемые и выпускаемые до настоящего времени. Начало выпуска котлов относится к концу 40-х началу 50-х годов.

Наиболее распространенными до настоящего времени секционными котлами являются – «Унивесал» - 43 %, «Энергия» и МГ-2Т – 29 %, «Тула» и «Минск»- 13 %, стальные секционные 15 %.

Котлы, как правило, предназначены для выработки воды с параметрами 95-70 °С. При установке сухопарника – вырабатывают насыщенный пар с давлением до 0,07 МПа. Конструктивные особенности чугунных секционных котлов рассмотрены на примере котлов «Универсал».

Котлы «Универсал-6» и «Универсал-6М». Собираются из двух типов секций средних и крайних (поверхность нагрева секции 1,10 м²). Котлы имеет внешнюю топку, коробчатые секции не имеют ярко выраженного вылета. Снаружи секции покрываются теплоизоляционной мастикой. Движение газов одноходовое с параллельным омыванием секций. Распределение водяных потоков организовано по параллельно работающим секциям котла.

Котлы могут оборудоваться для сжигания жидкого топлива и природного газа. При оборудовании горелками ИГК КПД может достигать 80 % и более.

Совершенствование развития секционных котлов шло по нескольким направлениям:

- интенсификация конвективного теплообмена в межсекционном пространстве;

- повышение надежности работы секций котлов.

В котлах Тула-3, Минск, Братск создано поперечное двух или трехходовое омывание секций газами, что значительно повышает энергетичность поверхностей нагрева секций этих котлов.

Котел «Минск-1» собирается из трубчатых (не коробчатых) секций, что обеспечивает более высокую прочность, имеет многоходовое движение газов не только поперек котла, но и вдоль пакета секций (рис. 3.1).

В котле установлены шайбовые устройства, создающие последовательное движение воды по пакету секций, обеспечивая надежность их работы.

Аэродинамическое сопротивление котла при сжигании твердого топлива при многоходовом движении газов до 100 Па (для типоразмера 40 м²), то же при сжигании газа и мазута – 80-90 Па. Гидравлическое сопротивление – 4,6-8 кПа. При работе котла на грохоченом каменном угле КПД котла достигает 67-69 %, на газовом топливе, при оборудовании современными ГУ КПД может превышать 82 %.

Механизированный котлоагрегат «Универсал-6М» с топкой «шурующая планка» (рис. 3.2). Топка имеет следующие особенности: привод «шурующей планки» и угольный бункер расположены сзади котла, что освобождает место перед его фронтом для удобства эксплуатации: предусмотрена возможность ее работы с двумя типами приводов (гидравлическим или электромеханическим). Планка топки НИИ сантехники в поперечном сечении представляет собой треугольник с углами наклона верхней грани 35 и 18°. За счет такой формы планки весь слой топлива постепенно перемещается вперед, а часть горящего кокса, расположенного на решетке, захватывается крутой гранью и подается под вновь поступающее на решетку топливо, что создает так называемое неограниченное зажигание нижнего слоя.

Рис. 3.1. Чугунный секционный котел “Минск-1”: а - поперечный разрез; б - продольный разрез: 1 - колосниковая решетка; 2 - секция; 3- межсекционное (межтрубное) пространство; 4 - лючок для прочистки; 5 - горизонтальные перегородки; 6 - поворотная газовая камера; 7 - поворотная регулирующая заслонка (шибер); 8 - мастичная теплоизоляция

Топка рассчитана на сжигание сортированных каменных углей с размером куска 50-25 и 25-13 мм, а также бурых углей с тепловым напряжением зеркала горения порядка 1,15 МВт/м² (1×10⁶ ккал/(м².ч).

При сжигании сортированного каменного угля марки СС Кузнецкого бассейна КПД топки составляет 95%. В ней возможно также сжигание рядовых углей с максимальным размером кусков 100-75 мм и содержанием мелочи размером до 6 мм не более 60 %. Несложная схема автоматики, основными элементами которой являются реле времени, магнитные пускатели и концевые выключатели, обеспечивает поддержание заданного теплового режима работы топки без обслуживающего персонала.

«Шурующая планка» охлаждается водой, включенной в циркуляционный контур котла. Дутье под колосниковую решетку осуществляется по трем зонам. Для снижения тепловых потерь с химической и механической неполнотой сгорания в топке предусмотрено острое дутье. Топка предназначена для работы как с чугунными, так и со стальными водогрейными котлами тепловой мощностью 1,16-1,70 МВт.

Чугунно-стальные универсальные котлы типа «Братск», «Кировец» - одно из направлений повышения надежности работы и повышения металлоэнергетичности котлов (см. рис. 3.3).

Из стали выполняют, как правило, поверхности нагрева, находящиеся в высокотемпературной зоне (в топке) - топочные экраны; конвективная часть, которая наиболее подвержена низкотемпературной коррозии, изготавливается из чугунных секций. Защитный газоплотный кожух изготавливается из листовой стали, каркас - из стальных профилей.

В котлах применены трубчатые чугунные секции. Продукты сгорания поперечно омывают пучки секций. Многоходовая схема движения газов увеличивает скорость омывания, чем повышает КПД на 6-7 % . Однако при этом требуется установка дымососа.

Стальные секционные универсальные котлы. В среднем КПД универсальных чугунных отопительных котлов на 3-8 % ниже, чем у стальных: на жидком топливе не менее 76 %, на газовом - 80 % и выше. Изменение тепловой мощности от 50 до 110 %, срок службы 10 лет.

Стальные секционные отопительные котлы практически полностью копируют секции и компоновку чугунных котлов. Широкое распространение получили котлы типа НИИСТУ-5 и HP-18.

НР-18 состоит из трубных секций, соединенных между собой коллекторами диаметром 108 мм. Секции изготавливаются из труб диаметром 89 мм (рис. 3.4). Поверхность нагрева одной секции 1,67 м², масса 48,4 кг. Трубы, обращенные в топку, образуют боковые экраны А, конвективную поверхность образуют две трубы Б. Перегородка 5 отделяет топку от конвективного газохода. Продукты сгорания из топки, огибая перегородку, продольно омывают трубы конвективной части.

Рис. 3.3. Чугунно-стальной секционный котел “Братск” (продольный разрез котла): 1 - цоколь; 2 - металлический кожух с теплоизоляцией; 3 - чугунная секция: 4- стальная потолочная секция; 5 - задняя секция; 6 - патрубок подвода воды; 7 - отводящий газоход котла; 8 - задняя стенка топки; 9 - колосниковая решетка; 10 - загрузочная дверка; 11 - рукоятка механизма опрокидывания колосника; 12 - зольниковая дверка

Котел имеет невысокие экономические показатели: во-первых, из-за продольного омывания газами конвективных труб; во-вторых, из-за наличия перегородки, которая уменьшает конвективную поверхность секции; в-третьих, из-за низкой скорости газов. Незначительная модернизация секций котла дает возможность повышать его КПД и единичную тепловую мощность.

На 3.4. показаны секции чугунного котла и стального НР-18, а также элементы реконструкции движения газов рис. 3.4.в.

Рис. 3.4. Трубчатые секции: а - чугунная секция котла «Кировец»: б - стальная секция котла HP-18; в — реконструированная стальная секция: 1- секция; 2 - верхний коллектор; 3 - нижний коллектор; 4 - сборный газоход; 5 - перегородка; 6 - стальные приварные ребра; 7 - выходное окно в хвостовой части топки; 8 - верхний горизонтальный газоход с движением газов от хвостовой к фронтальной части котла; 9 - горизонтальные перемычки; 10 - нижний газоход; 11 - поворотная газовая камера: 12 - лючки для прочистки; А - трубы радиационной поверхности; Б - трубы конвективной поверхности

Специализированные секционные котлы типа «Факел» и «Братск» выпускается с 1980 г. на базе котла «ГАЗ-900», предназначен для систем отопления с нагревом воды до 115 °С и давлением до 0,07 МПа. Имеет заводское блочное изготовление, комплектуется горелочным блоком и блоком автоматики КСУ-1-Г-2 (вместо АМКО-К-1). При сжигании газа комплектуется ГУ типа Л1-Н, при сжигании жидкого (печного) топлива - форсункой ФМ-27. Топка имеет каплевидную форму (рис. 3.5).

Уходящие газы по конвективным каналам 5, имеющим завихрители 7, поступают в сборный газоход 2 и через металлический патрубок направляются в боров.

Рис. 3.5. Чугунный специализированный секционный котел «Факел»: 1 - верхнее ниппельное отверстие; 2-сборные газоходы: 3 - топочная камера, 4 - стяжные болты; 5 - конвективные каналы; 6 - ребра секций; 7 - завихрители газового потока; 8 - дополнительные стяжные болты: 9 - зольники для удаления золы

Разрежение в топке 5-15 Па, аэродинамическое сопротивление котла до 400 Па, что требует установки дымососа; гидравлическое сопротивление при расходе воды 50 м³/ч не более 30 кПа. Сложная конфигурация секций и движение газов в межреберном пространстве затрудняют чистку поверхностей нагрева, что в свою очередь увеличивает аэродинамическое сопротивление и снижает эффективность работы котла.

В настоящее время изготавливаются котлы типа Факел-Г для работы на природном газе тепловой мощностью 0,93 МВт, массой 3630 кг, КПД котла 87- 90 %.

Карагандинский завод отопительного оборудования выпускает специализированные котлы Братск-1Г (рис. 3.6, а), созданные на базе котла «Братск». Котел предназначен для использования природного газа низкого давления, оборудован автоматизированным горелочным блоком Л1-Н.

Котел состоит из блока пакетов чугунных секций с топочной камерой, расположенной над пакетами чугунных трубчатых секций (рис. 3.6, б). Топочная камера прямоугольной формы состоит из сварных стальных охлаждаемых мембранных стенок. В передней имеется отверстие для присоединения газогорелочного блока, в задней - для взрывного клапана.

Каркас котла выполнен из швеллеров, поддон котла футерован огнеупорным кирпичом. Пакеты чугунных секций скреплены с топочной камерой и каркасом вертикальными стяжными болтами. Снаружи котел закрыт теплоизолирующим декоративным кожухом со съемными панелями.

Котел оборудуется автоматикой КСУ-1-Г-2 или АМКО-К-1, управление работой производится с пульта, который представляет собой стойку с блоком управления БУРС-1 и другими приборами контроля и управления.

Обратная вода из системы теплоснабжения поступает через задний, верхний тройник в пакеты чугунных секций, двумя параллельными потоками последовательно движется по секциям со скоростью около 0,5 м/с. В передних секциях вода поступает в верхний тройник и общим потоком проходит в передней стенке топочной камеры.

Гидравлическое сопротивление котла при расходе воды 34 м³/ч, что соответствует расчетной мощности, и при перепаде температур 25 °С, 0,045 МПа. Предельно допустимое давление воды 0,6 МПа. Карбонатная жесткость воды не более 0,7 мг-экв/кг.

Рис. 3.6. Котел для сжигания газового топлива «Братск-1Г»: а - компоновка котла; б - чугунная секция котла:

1 - чугунные секции; 2 - автоматизированный горелочный блок Л1-Н; 3 - топочная камера; 4 - стяжной вертикальный болт; 5 - каркас (рама); 6 - декоративный кожух с теплоизоляцией; 7 - футеровка пода огнеупорным кирпичом

Тепловое напряжение радиационной поверхности топки 125 кВт/м², конвективной чугунной поверхности 20 кВт/м². Аэродинамическое сопротивление котла около 30 Па, требуемое разрежение за котлом 40 Па, что исключает необходимость применения дымососа. КПД котла при тепловой мощности 1,0 МВт - 90,3 %, при 0,4 МВт - 94 %.