Топка и поверхности нагрева

Горизонтальная топочная камера окружена водоохлаждаемыми экранами. Здесь трубы получают тепло преимущественно излучением от горящего слоя и факела. Затем продукты сгорания проходят через вертикальную конвективную шахту: оставшееся тепло передаётся воде при обтекании U-образных трубных ширм.

Трубная система опирается на нижние коллекторы; отдельного несущего каркаса у этого исполнения нет. Облегчённая натрубная обмуровка закрывает поверхности нагрева и ограничивает подсос холодного воздуха в газовый тракт. Для осмотра и ремонта нужен доступ к коллекторам, лючкам и конвективному блоку.

Сжигание угля

Для типовой компоновки применяется Топка ТЛЗМ-2-1,87-3,0. Подачу топлива, движение решётки и дутьё настраивают совместно: слой должен успеть выгореть до сброса шлака. Угольную мелочь, осевшую в бункерах под конвективной шахтой, устройство возврата уноса направляет обратно в топку для дожигания.

Расчётный расход угля составляет 875 кг/ч, КПД — 81 %. Фактический расход зависит прежде всего от низшей теплоты сгорания, влажности и зольности топлива. Увеличение подачи влажного угля само по себе не гарантирует номинальные 4,65 МВт: одновременно возрастает нагрузка на решётку и газовый тракт.

Водяной контур и котельная

Для графика 70–150 °С номинальный расход воды составляет 49,5 т/ч. Снижение тепловой нагрузки выполняют регулированием горения, сохраняя допустимый расход через поверхности нагрева. При недостаточном протоке ухудшается охлаждение труб, даже если температура в общем выходном коллекторе ещё не достигла предельного значения.

Подпитку контура организуют через водоподготовительное оборудование: накипь на внутренней стенке трубы повышает температуру металла. На стороне дымовых газов нужны тяга и золоуловитель, рассчитанные на расход газов и свойства угля. Общие требования к водогрейным котлам приведены в ГОСТ 21563-2016.

Для подбора исполнения КЗ «Сибкотломаш» нужны тепловая нагрузка, анализ угля, температурный график сети и схема подключения котельной.

Устройство котла

Топочная камера расположена горизонтально. Её стенки защищены трубными экранами: движущаяся внутри них вода охлаждает металл и воспринимает тепловое излучение от слоя топлива. За топкой находится вертикальная экранированная шахта с U-образными конвективными ширмами. В этой части нагрев происходит за счёт теплообмена с проходящими дымовыми газами.

Топочный и конвективный участки образуют трубную систему с опорами на нижних коллекторах. Натрубная обмуровка крепится к элементам системы. При размещении котла необходимо оставить проходы для ремонта обмуровки, обслуживания решётки и очистки газохода; одних габаритов блока для планировки котельной недостаточно.

Топочное устройство и топливо

Типовое топочное устройство — Топка ТЛЗМ-2-1,87-4,0. По сравнению с меньшим типоразмером этой серии увеличена длина решётки: топливу требуется достаточное время для прогрева, выхода летучих и выгорания коксового остатка.

Для расчётного угля расход составляет 1420 кг/ч при КПД 82 %. Эти значения относятся к заданным характеристикам топлива. Влажный бурый уголь, более зольный уголь и уголь с высокой долей мелочи требуют разных настроек подачи и воздуха. Система возврата уноса возвращает осевшие под конвективной шахтой частицы в топку, но не заменяет подготовку топлива.

Работа в составе котельной

Водяной тракт работает с принудительным движением теплоносителя. Насос должен обеспечивать требуемые 80 т/ч с учётом сопротивления котла и внешних трубопроводов. Тепловую нагрузку регулируют количеством сжигаемого угля и подачей воздуха; уменьшать проток воды пропорционально мощности нельзя без проверки допустимого режима.

Перед котлом предусматривают подготовку подпиточной воды, а в газовом тракте — улавливание золы и тяговое оборудование. Присосы через обмуровку увеличивают объём уходящих газов и нагрузку на дымосос. Общие технические требования к водогрейным котлам устанавливает ГОСТ 21563-2016.

В заявке КЗ «Сибкотломаш» указывают марку и фракционный состав угля, расчётную нагрузку, давление и температурный график сети.

Топочный и конвективный блоки

Котёл имеет горизонтальную топку и отдельную вертикальную конвективную шахту. В топке водяные экраны воспринимают излучение горящего слоя и факела. Далее дымовые газы проходят между трубами U-образных конвективных ширм, отдавая им тепло. Разделение этих участков позволяет последовательно использовать радиационный и конвективный теплообмен.

В описанном исполнении экранные трубы имеют размер 60×3 мм, коллекторы — 219×10 мм, трубы конвективных ширм — 28×3 мм. Трубная система несёт облегченную натрубную обмуровку и опирается на нижние коллекторы. При ремонте геометрию экранов и ширм восстанавливают по чертежу установленного котла: изменение проходного сечения меняет распределение воды и газов.

Уголь, дутьё и возврат уноса

Для механического сжигания используется Топка ТЧЗМ-2-2,7-4,0 с решёткой обратного хода. Настройка забрасывателей определяет распределение угля по площади решётки, а подача воздуха — полноту его сгорания. Мелкие частицы, осевшие под конвективной шахтой, возвращаются в топку на дожигание.

Расход расчётного угля — 2160 кг/ч. На влажных бурых углях требуется отдельно рассматривать подогрев дутьевого воздуха: затраты теплоты на сушку топлива возрастают. Данная карточка описывает котёл без встроенного воздухоподогревателя; необходимость внешнего подогрева определяется характеристиками угля и проектом топки.

Гидравлика и эксплуатация

Гидравлическое сопротивление указанного исполнения — не более 0,25 МПа. Это потеря давления при проходе воды через котёл; её прибавляют к сопротивлению трубопроводов и арматуры при выборе насоса. Допустимый диапазон тепловой нагрузки составляет 30–100 %, но проток воды поддерживают в пределах режимной карты.

Для подпитки необходима водоподготовка; на газовой стороне — золоуловитель и дымосос по аэродинамическому расчёту. При росте температуры уходящих газов проверяют загрязнение ширм и состояние обмуровки. Общие требования к этому классу оборудования приведены в ГОСТ 21563-2016.

КЗ «Сибкотломаш» подбирает исполнение по тепловой нагрузке, характеристикам топлива и условиям размещения топочного и конвективного блоков.

Компоновка и теплообмен

Горизонтальная топочная камера имеет водяные экраны, воспринимающие лучистую теплоту от зоны горения. За ней расположена вертикальная конвективная шахта с U-образными ширмами. Топочные экраны и конвективные поверхности соединены коллекторами в водяной тракт с принудительным движением теплоносителя.

У этого типоразмера увеличена глубина топочной камеры и конвективной части. В описанном исполнении используются экранные трубы 60×3 мм, коллекторы 219×10 мм и конвективные трубы 28×3 мм. Опоры находятся на нижних коллекторах; обмуровка — облегчённая натрубная. Монтажная схема должна обеспечивать предусмотренное конструкцией тепловое расширение блоков.

Работа механической топки

Типовое топочное устройство — Топка ТЧЗМ-2-2,7-6,5. Уголь распределяют по решётке забрасывателями. От толщины слоя, скорости решётки и расхода воздуха зависят выгорание топлива и содержание горючих в шлаке. Устройство возврата уноса подаёт осевшую угольную мелочь из бункеров конвективной шахты обратно в топку.

Расчётный расход угля составляет 4320 кг/ч при КПД 83 %. Для хозяйства топливоподачи это означает работу с несколькими тоннами угля в час: производительность транспортёров и запас в бункере принимают по рабочему топливу, с учётом его насыпной плотности и влажности. Для влажного бурого угля отдельно решают вопрос подогрева дутьевого воздуха.

Включение в тепловую схему

Диапазон тепловой нагрузки — 30–100 %, гидравлическое сопротивление — не более 0,25 МПа. Расход 247 т/ч относится к номинальному нагреву воды на 80 °С. Снижение протока требует проверки охлаждения отдельных экранов; усреднённая температура на выходе не показывает состояние каждой трубы.

Подготовка подпиточной воды ограничивает образование внутренних отложений. Золоуловитель, дымосос и дутьевой вентилятор рассчитывают по газовому и воздушному трактам котельной. Очистка конвективных ширм поддерживает теплопередачу и уменьшает рост сопротивления дымовым газам. Нормативные требования к водогрейному оборудованию приведены в ГОСТ 21563-2016.

Для заказа в КЗ «Сибкотломаш» передают анализ угля, расчётную нагрузку, параметры сети и план котельного зала.

Поверхности нагрева

В горизонтальной топке уголь сгорает на решётке. Экранные трубы охлаждают стенки камеры и воспринимают излучение от зоны горения. Дымовые газы затем поступают в вертикальную конвективную шахту, где проходят между U-образными трубными ширмами. Вода движется внутри труб и коллекторов принудительно.

Для описанного исполнения размеры экранных труб составляют 60×3 мм, коллекторов — 219×10 мм, конвективных труб — 28×3 мм. Отдельного несущего каркаса нет: опоры связаны с нижними коллекторами трубной системы. Натрубная обмуровка ограничивает тепловые потери и подсосы воздуха. При монтаже нельзя нарушать предусмотренные опорной схемой перемещения нагревающихся блоков.

Топливный режим

Расход на номинальной нагрузке составляет 6400 кг/ч каменного или 9580 кг/ч бурого расчётного угля. Разница связана с теплотой сгорания и влажностью топлива. Она существенна для выбора топливоподачи: оборудование, достаточное для одного угля, может не обеспечить требуемую массовую подачу другого.

Механическую топку подбирают по характеристикам угля и нагрузке решётки. Устройство возврата уноса направляет мелочь из бункеров под конвективным блоком обратно в зону горения. Для топлива с большой влажностью нужно оценить подогрев воздуха; он влияет и на сушку угля, и на температурный режим колосников.

Гидравлика и обслуживание

Котёл рассчитан на регулирование тепловой нагрузки в пределах 30–100 %. Гидравлическое сопротивление водяного тракта — не более 0,25 МПа. При нагрузке ниже номинальной сохраняют проток, необходимый для охлаждения экранов; управление подачей угля и воздуха не заменяет контроль расхода воды.

Габариты компоновки — 12870×6006×10410 мм. В котельном зале дополнительно нужны зоны обслуживания решётки, коллекторов и конвективных ширм. Водоподготовка защищает трубы от внутренних отложений, золоуловитель очищает продукты сгорания. Для поддержания расчётного КПД важны чистые поверхности нагрева и исправная обмуровка. Общие требования приведены в ГОСТ 21563-2016.

КЗ «Сибкотломаш» нужны характеристики рабочего угля, расчётная нагрузка и условия подключения котла к сети.

Топка, конвективная шахта и подогрев воздуха

Горизонтальная топочная камера с водяными экранами воспринимает излучение от горящего угля. После топки продукты сгорания поступают в отдельную вертикальную конвективную шахту. Здесь тепло передаётся воде при обтекании трубных поверхностей дымовыми газами.

Следующая ступень газового тракта — трубчатый воздухоподогреватель на отдельной опорной раме. В нём теплота уходящих газов используется для нагрева дутьевого воздуха. Подогретый воздух облегчает сушку топлива и меняет условия горения в слое; его температуру выбирают с учётом угля и допустимого нагрева колосников.

Механическая топка указанного исполнения имеет цепную решётку ТЧЗ-4,98/8. Движение решётки обеспечивает прохождение топлива через зоны подготовки, горения и выгорания. Обслуживание топочного оборудования требует доступа к приводам, колосникам и участкам удаления шлака.

Расход топлива и воды

Расчётный расход кузнецкого угля составляет 8,8 т/ч, бурого — 14,9 т/ч; КПД — 85,2 %. При такой подаче производительность транспортёров, вместимость бункеров и пропускная способность золоудаления определяют работоспособность всей котельной. Для рабочего угля расход пересчитывают по его теплоте сгорания, влажности и зольности.

Объёмный расход воды составляет 625 м³/ч в основном и 1250 м³/ч в пиковом режиме. В пике перепад температур уменьшается с 80 до 40 °С, поэтому для передачи той же тепловой мощности требуется примерно вдвое больший проток. Эти расходы указаны именно в м³/ч; при расчёте массового расхода учитывают плотность воды при рабочей температуре.

Включение в котельную

Поверхности нагрева нуждаются в чистой подпиточной воде и устойчивом протоке. Водоподготовку рассчитывают по расходу подпитки и анализу исходной воды. Тяговое оборудование должно преодолевать сопротивление котла, воздухоподогревателя, золоуловителя и газоходов. Загрязнение любого из этих участков сказывается на разрежении в топке.

Параметры этой компоновки приведены в эксплуатационной документации А-25380 РЭ. Для привязки нового или ремонтного исполнения КЗ «Сибкотломаш» использует паспорт котла и проект котельной. Общие требования к водогрейным агрегатам изложены в ГОСТ 21563-2016.

Горелка и газовый тракт

В типовой компоновке установлена одна фронтовая горелка РГМГ-4. Факел развивается в горизонтальной топочной камере. Водяные экраны топки воспринимают лучистую теплоту, после чего дымовые газы поступают в вертикальную конвективную шахту с U-образными трубными ширмами.

Разделение топочного и конвективного участков определяет условия подбора горелки: важны мощность, длина и раскрытие факела, сопротивление воздушного тракта. Прямое воздействие факела на отдельные трубы создаёт местную тепловую нагрузку, которую нельзя оценить только по общей температуре воды на выходе.

Трубная система

Топочные экраны типового исполнения изготовлены из труб 60×3,5 мм с коллекторами 159×7 мм. Конвективные ширмы набраны из труб 28×3 мм. Опоры трубной системы связаны с нижними коллекторами, обмуровка — облегчённая натрубная.

Водяной тракт должен обеспечивать охлаждение всех поверхностей нагрева при любой разрешённой нагрузке. Гидравлическое сопротивление котла — 0,25 МПа; эту потерю давления учитывают вместе с трубопроводами и арматурой при расчёте насоса. В указанном исполнении давление на входе — до 1,6 МПа, на выходе — не менее 1 МПа.

Газовый и мазутный режимы

На номинальной нагрузке расчётный расход природного газа составляет 530 м³/ч, мазута — 500 кг/ч. КПД для этих режимов различается: 90,5 % на газе и 86,3 % на мазуте. Температуры уходящих газов — 150 и 245 °С соответственно. Поэтому газовый и мазутный режимы требуют собственных настроек горения и оценки загрязнения конвективных поверхностей.

Для мазута необходимы подготовка топлива к распыливанию и очистка наружных поверхностей от отложений. На водяной стороне водоподготовка ограничивает образование накипи, а деаэрация подпиточной воды уменьшает поступление растворённых коррозионно-активных газов. Общие технические требования изложены в ГОСТ 21563-2016.

КЗ «Сибкотломаш» подбирает исполнение по нагрузке, доступному топливу, давлению газа и гидравлической схеме котельной.

Горение и передача теплоты

Одна горелка РГМГ-7 размещена на фронте горизонтальной топочной камеры. Трубные экраны воспринимают излучение факела и охлаждают стенки топки. Затем дымовые газы проходят через вертикальную конвективную шахту, где нагревают воду в U-образных ширмах.

Экранные трубы типового исполнения имеют размер 60×3,5 мм, их коллекторы — 159×7 мм. В конвективной части применяются трубы 28×3 мм. Трубная система опирается на нижние коллекторы и закрыта облегчённой натрубной обмуровкой. Состояние обмуровки влияет на подсосы воздуха и объём газов, который приходится удалять дымососу.

Параметры рабочего режима

Диапазон регулирования тепловой нагрузки — 20–100 %. Расход топлива изменяют совместно с расходом воздуха, поддерживая устойчивое горение и допустимый избыток воздуха. На номинальной нагрузке расход газа составляет 850 м³/ч, мазута — 800 кг/ч. Расчётный КПД — 89,1 и 87,0 % соответственно.

Температура уходящих газов различается по топливу: 153 °С на газе и 250 °С на мазуте. Загрязнение наружной стороны конвективных труб повышает эту температуру и уменьшает отдачу теплоты воде. При переходе на мазут требуется обеспечить его подготовку и распыливание, затем настроить горение для нового топливного режима.

Привязка к котельной

В описанном исполнении давление воды на входе — до 1,6 МПа, гидравлическое сопротивление — 0,25 МПа. Напор насоса определяют по полному котловому контуру. Сам расход воды контролируют отдельно от температуры: достаточная средняя температура на выходе не подтверждает равномерный проток по всем экранным трубам.

Габариты компоновки — 6670×3267×3656 мм. Дополнительное место необходимо перед горелкой, у лючков и в зоне ремонта конвективной части. Подготовка подпиточной воды и её деаэрация защищают водяной тракт от отложений и коррозии. Общие требования к водогрейным котлам приведены в ГОСТ 21563-2016.

При заказе в КЗ «Сибкотломаш» указывают температурный график сети, тепловую нагрузку, параметры газа и необходимость работы на жидком топливе.

Топочная камера и конвективные ширмы

Горизонтальная топка экранирована трубами 60×3,5 мм, соединёнными с коллекторами 219×10 мм. На фронте установлена одна горелка РГМГ-10. В топке преобладает лучистый теплообмен: экраны воспринимают излучение факела и одновременно охлаждают стенки камеры.

После топки продукты сгорания поступают в вертикальную экранированную шахту с U-образными ширмами из труб 28×3 мм. Здесь тепло передаётся воде конвекцией. Блоки опираются на нижние коллекторы и имеют облегчённую натрубную обмуровку. При замене ширм сохраняют геометрию и проходные сечения газового тракта.

Подготовка газа и мазута

Расчётный расход газа на номинальной нагрузке — 1260 м³/ч, мазута — 1220 кг/ч. КПД составляет 92,5 % на газе и 89,0 % на мазуте. Для типовой горелки давление газа перед устройством указано 0,019 МПа, давление мазута перед форсункой — 0,1–0,2 МПа.

Условная вязкость мазута перед форсункой должна находиться в пределах 6–8 °ВУ. Её обеспечивают подготовкой и подогревом топлива. Недостаточная подготовка ухудшает распыливание, увеличивает сажистые отложения и меняет форму факела. Температура уходящих газов в расчётных режимах — 185 °С на газе и 230 °С на мазуте.

Водяной тракт и вспомогательные системы

Тепловую нагрузку регулируют в диапазоне 20–100 %. При этом контролируют проток воды и давление в котле. Гидравлическое сопротивление — 0,25 МПа; для выбора насоса к нему добавляют потери в запорной арматуре, регулирующих устройствах и трубопроводах.

Водоподготовительное оборудование подбирают по расходу подпитки и составу исходной воды. Деаэрация необходима для ограничения поступления кислорода с подпиткой. Тяговые и дутьевые машины выбирают по расходам и сопротивлениям тракта, а не только по мощности котла. Общие технические требования приведены в ГОСТ 21563-2016.

Для привязки котла КЗ «Сибкотломаш» нужны параметры сети, газоснабжения и мазутного хозяйства, а также план расположения оборудования.

Компоновка поверхностей нагрева

В горизонтальной топочной камере размещён факел одной фронтовой горелки РГМГ-20. Трубные экраны воспринимают излучение зоны горения. Затем дымовые газы направляются в вертикальную конвективную шахту с U-образными ширмами. Такая схема последовательно использует лучистую теплоту факела и теплоту охлаждающихся продуктов сгорания.

Экраны типового исполнения изготовлены из труб 60×3,5 мм с коллекторами 219×10 мм; конвективные ширмы — из труб 28×3 мм. Опоры блоков связаны с нижними коллекторами. Облегчённая натрубная обмуровка должна сохранять плотность газового тракта при тепловых перемещениях трубной системы.

Горелочный режим

Расчётные расходы топлива — 2530 м³/ч газа и 2450 кг/ч мазута. КПД на номинальной нагрузке составляет 92,3 % на газе и 91,0 % на мазуте. При работе на типовой горелке давление газа перед ней — 0,033 МПа; для мазута указаны давление 0,1–0,2 МПа и условная вязкость 6–8 °ВУ перед форсункой.

Подготовка мазута обеспечивает его распыливание. Крупные капли и неравномерная подача воздуха увеличивают неполноту сгорания и загрязнение конвективной части. Расчётные температуры уходящих газов — 190 °С на газе и 242 °С на мазуте. Рост температуры при неизменной нагрузке — повод проверить чистоту поверхностей и режим горения.

Гидравлическая схема и размещение

Гидравлическое сопротивление котла составляет 0,25 МПа. Насосную схему рассчитывают на 247 т/ч с учётом этого сопротивления и всей внешней обвязки. Диапазон тепловой нагрузки — 20–100 %; снижение подачи топлива не отменяет требований к протоку через экраны.

Компоновочные габариты — 12447×5000×7975 мм. К ним добавляют проходы, место перед горелкой и ремонтные зоны. Водяной контур требует подготовки подпиточной воды и её деаэрации. Параметры тяги и дутья определяют расчётом тракта котельной. Общие требования к водогрейному оборудованию содержатся в ГОСТ 21563-2016.

КЗ «Сибкотломаш» использует при подборе нагрузку котельной, температурный график, параметры топлива и данные о существующей обвязке.