Котел водогрейный птвм - технические характеристики

Котлы ПТВМ производительностью: 30; 50; 100 МВт.

Котлы водогрейные ПТВМ предназначены для установки в отопительных котельных в качестве основного источника теплоснабжения для получения горячей воды температурой 150°С, используемой в системах отопления, горячего водоснаб­жения промышленного и бытового назначения и на ТЭЦ.

Технические характеристики котлов ПТВМ-30

Котел - прямоточный с П-образной сомкнутой компоновкой поверхностей нагрева. Топка котла полностью экранирована трубами 060x3 мм, расположенными с шагом S=64 мм, и оборудована шестью газомазутными горелками МГМГ-6, установ­ленными встречно на боковых стенках.

Конвективные поверхности нагрева расположены в конвективном газоходе с боковыми стенками, экранированными тру­бами 083x3,5 мм, которые являются стояками конвективных секций, выполненных из труб 028x3 мм. Задняя стенка кон­вективного газохода экранирована трубами 60x3 мм. Трубная система котла ПТВМ-30 опирается на каркасную раму на от­метке 5,14 м.

Диапазон регулирования нагрузки котлов 30 -100% от номинальной производительности. Изменение теплопроизводительности котла осуществляется изменением числа работающих горелок. Расход воды через котел должен поддерживать­ся постоянным, при изменении тепловой нагрузки изменяется разность температур воды на входе и выходе из котла.

По согласованию котлы могут быть оборудованы любыми зарубежными или отечественными газовыми горелками соответ­ствующей производительности.

Котлы, работающие на мазуте, могут быть оборудованы устройством газоимпульсной очистки (ГИО) для удаления наружных отложений с труб конвективных поверхностей нагрева.

Технические характеристики	ПТВМ-30
Вид топлива	Газ/мазут
Дазление воды на входе в котел, не более, МПа
Температура воды на входе, °С
Диапазон регулирования теплогзоиззодительности по отношению к минальной, %
Расход воды, т/ч
Расход топлива, м/ч-газ/кг/ч-мазут
Температура уходящих газов, °С, газ/мазут
Полный назначенный срок службы, лет, не менее
КПД котла, %, не менее, газ/мазут

Возможно изготовление котла на давление 2,5

Технические характеристики котлов ПТВМ-50 и ПТВМ-100

Котлы ПТВМ-50 и ПТВМ-100 могут эксплуатироваться как в основном режиме, так и в пиковом (для подогрева сетевой воды) соответственно от 70 до 150°С и от 110 до 150°С.

Котлы имеют башенную компоновку: над вертикальной топочной камерой располагается конвективная поверхность на­грева. Топочная камера экранирована трубами 060x3 мм. Конвективная поверхность нагрева котлов ПТВМ-100 состоит из восьми пакетов, а котла ПТВМ-50 - из четырех пакетов. Набирается из U-образных ширм из труб 028x3 мм. Боковые сте­ны конвективного газохода закрыты трубами 083x3,5 с шагом 128 мм и являются одновременно стояками конвективных полусекций. Трубные системы котлов подвешиваются к каркасу за верхние коллекторы и свободно расширяются вниз.

Котёл ПТВМ-50 оборудован 12 газомазутными горелками МГМГ-6 - по шесть с каждой стороны. Котёл ПТВМ-100 оборудован 16 газомазутными горелками МГМГ-8 - по восемь с каждой стороны. Каждая горелка снабжена индивидуальным ду­тьевым вентилятором. По согласованию котлы могут быть оборудованы любыми зарубежными или отечественными газовыми горелками соответ­ствующей производительности.

Котлы, работающие на мазуте, могут быть оборудованы устройством газоимпульсной очистки (ГИО) для удаления наруж­ных отложений с труб конвективных поверхностей нагрева.

Котлы имеют облегченную натрубную обмуровку и теплоизоляцию, поставляются без обшивки. Обмуровочные и изоляци­онные материалы в комплект поставки не входят.

Технические характеристики		ПТВМ-50	ПТВМ-100
Теплопроизводительность номинальная, МВт (Гкал/ч)
Вид топлива
Давление воды на входе в котел, не более, МПа
Давление воды на выходе из котла, не менее, МПа
Температура воды на входе, °С (основной/пиковый)
Температура воды на выходе, °С
Гидравлическое сопротивление, МПа
Диапазон регулирования теплопроизводительности по отно­шению к номинальной,%

Описание котлоагрегата, характеристика оборудования

Пиковый теплофикационный водогрейный котел типа ПТВМ-100 тепловой производительностью 100 Гкал/час, рабочее давление от 10 до 16 ата, предназначен для покрытия тепловых теплофикационных нагрузок ТЭЦ.

(В случае необходимости, пиковый котел может быть использован в качестве основного источника тепла)

Котел башенный, всас трубный, радиационного типа, прямоточный с принудительной циркуляцией. (циркуляционными насосами служат сетевые насосы) Тип насоса 18-СД-13.

Изменение теплопроизводительности котла осуществляется изменением количества работающих горелок, при постоянном расходе сетевой воды, в зависимости от расхода воды котел может работать по 2-х ходовой, либо по 4-х ходовой схеме.

Переключение котла с двухходовой схемы на 4-ходовую осуществляется путем установок заглушек на линиях соединяющих котел с прямой и обратной магистралями.

Описание двухходовой схемы (пиковый режим)

Пиковые теплофикационные водогрейные котлы ПТВМ-100 ТЭЦ в настоящее время работают по 2-х ходовой схеме, при этом вода по циркуляционному контуру проходит следующим образом:

Вода, подогретая в основных бойлерах турбин, по трубопроводу  600 через входную задвижку № 1640 поступает к котлу от трубопровода  600, двумя магистралями  400 вода подводится во входные камеры котла, на которых по двум трубопроводам  250 направляется в нижние коллектора боковых экранов.

Из нижних коллекторов боковых экранов по экранным трубам вода поднимается в верхний кольцевой коллектор, который посредине боковых экранов разделен глухими перегородками.

По кольцевому коллектору вода подается в коллекторы конвективной секции, проходит через них в верхние коллекторы фронтового и заднего экранов, и оттуда по экранным трубам поступает в нижние коллектора. Из нижних коллекторов по 4-м трубопроводам 250 вода поступает в выходные камеры котла, а из них 2-мя трубопроводами400, соединяющихся далее в один трубопровод600, через выходные задвижки № 1641 направляется в теплосеть.

Температура воды

а) при пиковом режиме (2-х ходовая схема) - Т­ вх = 104 0 С

Т вых = 150 0 С

б) при основном режиме (4х-ходовая схема) - Т­ вх = 70 0 С

Т вых = 150 0 С

Расход воды

а) при пиковом режиме D макс – 2140т/час, D мин – 1650 т/час;

б) при основном режиме D макс – 1235 т/час, D мин – 800т/час.

Гидравлическое сопротивление котла

а) при пиковом режиме – 0,96 ата

б) при основном режиме – 2,15 ата

При работе котла в пиковом режиме вода проходит вначале через основные бойлера турбинного цеха, где подогревается до 104 0 С и после их направляется в пиковый водогрейный котел, где догревается до более высоких температур (но не свыше 150 0 С).

При работе котла в основном режиме (4-х ходовая схема) обратная сетевая вода, минуя основные бойлера, направляется сразу в водогрейный котел, где и подогревается от температуры 70 0 С до необходимой, но не свыше 150 0 С.

При работе на газе минимальная тепловая нагрузка допускается не ниже 25 Гкал/час (в работе 4 газовые горелки).

Котел работает на естественной тяге, создаваемой дымовой трубой высотой 120 м.

Котел оборудован 16-ю газомазутными горелками и 16-ю дутьевыми вентиляторами типа «ЭВР-6».

Схема расположения горелок

1 3 5 7 9 11 13 15

2 4 6 8 10 12 14 16

Горелки: 1,2,3,4,13,14,15,16 - дистанционные;

7,8,9,10 – автоматизированные;

5,6,11,12 – растопочные;

Для каждой растопочной горелки устанавливается:

А) на мазутопровод – задвижка с электроприводом;

Б) на воздухопроводе – шибер с электрическим исполнительным механизмом, ручной шибер.

Для остальных горелок устанавливаются:

А) на мазутопроводе – задвижка с электроприводом;

Б) на газе и воздухопроводах – кран и шибер, сочлененные между собой механически с общим электроприводом.

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР

ГЛАВНОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ

ТИПОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА ПТВМ-100
ПРИ СЖИГАНИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

ТХ 34-70-014-85

Москва

1986

СОСТАВЛЕНО предприятием «Уралтехэнерго» Производственного объединения по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей «Союзтехэнерго»

ИСПОЛНИТЕЛИ Н.Ф. ОВСЯННИКОВ, В.Д. СОЛОМОНОВ

УТВЕРЖДЕНО Главным техническим управлением по эксплуатации энергосистем 17.07.85 г.

Заместитель начальника Д.Я. ШАМАРАКОВ

Типовая энергетическая характеристика котла ПТВМ-100 составлена на основании результатов испытаний и фактических показателей работы котлов, на которых не внедрялись реконструктивные мероприятия по повышению надежности и экономичности, и отражает технически достижимую экономичность котла.

Типовая энергетическая характеристика может служить основой для составления нормативных характеристик котлов ПТВМ-100 при сжигании природного газа.

Топливо: природный газ.

(7950 ккал/м 3).

Показатель
1. на входе в дутьевые вентиляторы t х.в, °С
2. Расход воды через котел G к, т/ч
3. Температура воды на входе t вх, °C
t вых, °C
t ух, °C
q 2 , %
q 3 , %
q 4 , %
q 5 , %

Показатель
			← ± 0,37 →
	← ± 0,40 →		← ± 0,39 →
3.1. мощность, потребляемая дутьевыми вентиляторами N дв, кВт
3.2. удельный расход электроэнергии на дутье Э дв, кВт · ч/Гкал

Показатель	Характеристика		Заводской расчет
Q к, Гкал/ч
t х.в, °C
3. Расход воды через котел G к, т/ч
t вх, °C
t вых, °C
7. Температура уходящих газов t ух, °C
8. Потери тепла с уходящими газами q 2 , %
9. Потери тепла с химической неполнотой сгорания q 3 , %
10. Потери тепла с механической неполнотой сгорания q 4 , %
11. Потери тепла в окружающую среду q 5 , %
12. Коэффициент полезного действия брутто %
13. Температура уходящих газов, приведенная к условиям теплового заводского расчета 1
14. Коэффициент полезного действия брутто, приведенный к условиям теплового заводского расчета 1
1 Без учета изменения коэффициентов избытка воздуха.

Топливо: природный газ.

Характеристика топлива на рабочую массу:

(7950 ккал/м 3).

Показатель
1. Температура холодного воздуха на входе в дутьевые вентиляторы t х.в, °С
2. Расход воды через котел G к, т/ч
3. Температура воды на входе t вх, °C
4. Температура воды на выходе t вых, °C
5. Коэффициент избытка воздуха за котлом a ух
6. Присосы воздуха в котел Da к
7. Температура уходящих газов t ух, °C
8. Потери тепла с уходящими газами q 2 , %
9. Потери тепла с химической неполнотой сгорания q 3 , %
10. Потери тепла с механической неполнотой сгорания q 4 , %
11. Потери тепла в окружающую среду q 5 , %
12. Коэффициент полезного действия брутто %

Показатель
1. Поправки к (%) на отклонение:
1.1. температуры холодного воздуха на ± 10 °C
1.2. температуры воды на входе на ± 10 °C
1.3. расхода воды через котел на +100 т/ч
1.4. расхода воды через котел на -100 т/ч
2. Поправки к температуре уходящих газов (°C) на отклонение:
2.1. температуры воды на входе на ± 10 °C
2.2. расхода воды через котел на +100 т/ч
2.3. расхода воды через котел на -100 т/ч
2.4. коэффициента избытка воздуха на +0,1
3. Вспомогательные зависимости:
3.1. мощность, потребляемая дутьевыми вентиляторами N дв, кВт
3.2. удельный расход электроэнергии на дутье Э дв, кВт · ч/Гкал

Показатель	Характеристика		Заводской расчет
1. Теплопроизводительность котла Q к, Гкал/ч
2. Температура холодного воздуха t х.в, °C
3. Расход воды через котел G к, т/ч
4. Температура воды на входе t вх, °C
5. Температура воды на выходе t вых, °C
6. Коэффициент избытка воздуха за котлом a ух
7. Температура уходящих газов t ух, °C
8. Потери тепла с уходящими газами q 2 , %
9. Потери тепла с химической неполнотой сгорания q 3 , %
10. Потери тепла с механической неполнотой сгорания q 4 , %
11. Потери тепла в окружающую среду q 5 , %
12. Коэффициент полезного действия брутто %
13. Коэффициент полезного действия брутто, приведенный к условиям заводского теплового расчета 1
1 Без учета изменения коэффициентов избытка воздуха.

t вх = 70 °C

G к = 1235 т/ч

а) на отклонение температуры воды на входе от t вх = 104 °C

б) на отклонение расхода воды через котел от G к = 2140 т/ч

в) на отклонение избытка воздуха от принятого в расчете

Приложение

1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБОРУДОВАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

1.1. Газомазутный водогрейный котел ПТВМ-100 теплопроизводительностью 100 Гкал/ч предназначен для покрытия теплофикационной нагрузки.

Основные расчетные параметры котла приведены в табл. 3.6.

1.2. Котел башенный, водотрубный, радиационного типа, прямоточный с принудительной циркуляцией.

Котел выполнен в блочной поставке. Топочная камера котла полностью экранирована трубами диаметром 60´3 мм. Потолком камеры является конвективная часть котла. Объем топочной камеры 245 м 3 . В нижней части трубы фронтового и заднего экранов образуют холодную воронку с углом наклона скатов 45°. Высота топки от осей нижних камер фронтового и заднего экрана до осей нижнего ряда труб конвективной части составляет 8110 мм.

Топочная камера в плане представляет собой квадрат с размерами по осям экранных труб 6230´6230 мм.

Над топочной камерой расположена конвективная поверхность нагрева. Конвективная часть состоит из двух пакетов, разделенных по ходу газов ремонтным проемом высотой 600 мм. Каждый пакет имеет 96 секций флажкового типа, набранных из U-образных змеевиков с диаметром труб 28´3 мм и расположенных параллельно фронту котла.

Обмуровка котла натрубная. Трубная система с обмуровкой подвешена на верхних коллекторах к несущим балкам каркаса.

1.3. Котел ПТВМ-100 оборудован 16 комбинированными газомазутными горелками, расположенными в два яруса по 8 на фронтовой и задней стенах. Конструкция горелки предусматривает периферийный подвод газа, закрутка воздуха осуществляется осевыми регистрами. Производительность горелки по газу 0,25 м 3 /с (900 м 3 /ч). Каждая газомазутная горелка оборудована индивидуальным дутьевым вентилятором.

1.4. Регулирование производительности котла осуществляется включением и отключением горелок при постоянном расходе сетевой воды, пределы регулирования производительности 25 - 100 % номинальной. Котел ПТВМ-100 может работать в основном и пиковом режимах. Ниже представлена характеристика основного и вспомогательного оборудования.

Наименование	Значение характеристики
1. Котел ПТВМ-100:
площадь поверхности нагрева, м 2:
конвективной
радиационной
водяной объем, м 3
номинальная теплопроизводительности, Гкал/ч
пределы регулирования производительности, %
температура воды на входе, °C:
в основном режиме
в пиковом режиме
температура воды на выходе, °C
расход воды, т/ч:
в основном режиме
в пиковом режиме
гидравлическое сопротивление котла, кПа (кгс/см 2):
в основном режиме
в пиковом режиме
2. Комбинированная газомазутная горелка:
количество, шт.
3. Дутьевой вентилятор Ц9-57:
количество, шт.
производительность по газу, м 3 /с (м 3 /ч)
давление, МПа (кгс/см 2)
мощность электродвигателя, квт
частота вращения, об/мин

2. ТИПОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОТЛА ПТВМ-100

2.1. При составлении характеристики использовались материалы испытаний, проведенных в разное время Уралтехэнерго, Южтехэнерго, МГП Союзтехэнерго, а также фактические показатели работы котлов ПТВМ-100 в 1983 - 1984 гг.

Характеристика соответствует руководящим документам и методическим указаниям по нормированию технико-экономических показателей котлов и отражает технически достижимую экономичность котла при нижеприведенных условиях, принятых за исходные.

2.2. Исходные условия составления характеристики:

2.2.1. Котел работает в основном режиме по четырехходовой схеме и в пиковом режиме по двухходовой схеме без предварительного подогрева воздуха.

2.2.2. Котел работает на естественной тяге (без дымососа) на индивидуальную дымовую трубу.

2.2.3. Топливо - природный газ. Низшая теплота сгорания МДж/м 3 (7950 ккал/м 3).

2.2.4. Температура холодного воздуха (t х.в) на входе в дутьевые вентиляторы 5 °C.

2.2.5. Температура сетевой воды (t вх) на входе в котел:

В основном режиме 70 °C;

В пиковом режиме 104 °C.

2.2.6. Общая площадь конвективных поверхностей нагрева равна проектной. Отглушенные змеевики отсутствуют.

2.2.7. Состояние внутренних поверхностей нагрева котла эксплуатационно чистое.

2.2.8. Коэффициент избытка воздуха в режимном сечении (за конвективной частью) a ух на основании результатов испытаний принят равным 1,07 при номинальной нагрузке и постоянным в диапазоне нагрузок 40 - 100 % номинальной; при нагрузках 30 и 25 % номинальной - соответственно равным 1,09 и 1,10.

2.2.9. Суммарные присосы воздуха в топочную камеру и конвективные поверхности нагрева для номинальной нагрузки по результатам испытаний приняты равными 12 %.

С изменением нагрузки значение присосов (%) в котел определялось по формуле

2.2.10. Потери тепла от химической неполноты сгорания топлива (q 3) приняты равными нулю на основании результатов испытаний.

2.2.11. Потери тепла от механической неполноты сгорания топлива (q 4) приняты равными нулю.

2.2.12. Потери тепла в окружающую среду (q 5) приняты равными 0,05 для диапазона нагрузок 25 - 100 % номинальной по данным результатов измерений тепловых потоков с обмуровки и изоляции водогрейных котлов ПТВМ-100, проведенных МГП Союзтехэнерго и Уралтехэнерго.

2.3. Расчет Типовой энергетической характеристики выполнен в соответствии с указаниями «Теплового расчета котельных агрегатов (нормативный метод)» (М.: Энергия, 1973).

2.4. Коэффициент полезного действия брутто котла () потери тепла с уходящими газами (q 2) подсчитаны в соответствии с методикой, изложенной в книге Я.Л. Пеккера «Теплотехнические расчеты по приведенным характеристикам топлива» (М.: Энергия, 1977):

a ух - коэффициент избытка воздуха за конвективной частью;

t ух - температура уходящих газов за конвективной частью;

t х.в - температура холодного воздуха на стороне всасывания дутьевых вентиляторов.

2.5. Удельный расход электроэнергии на собственные нужды котельной установки рассчитан по мощности, потребляемой дутьевыми вентиляторами.

2.6. Типовая энергетическая характеристика и приложения к ней для основного и пикового режима работы котла даны в виде графиков (рис. 1, 2 и 3, 4).

3. ПОПРАВКИ К НОРМАТИВНЫМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

3.1. Для приведения основных нормативных показателей работ котла к измененным условиям его эксплуатации даны поправки в виде графиков (рис. 5 - 8) и цифровых значений (табл. 2 и 5).

Поправки рассчитаны в соответствии с методикой, изложенной в «Положении о согласовании нормативных характеристик оборудования и расчетных удельных расходов топлива» (М.: СЦНТИ ОРГРЭС, 1975).

Типовая характеристика построена при условии, что t х.в = 5 °C t вх = 70 °C (основной режим), t вх = 104 °C (пиковый режим), расход воды через котел расчетный.

Влияние изменения этих параметров на показатели работы котла учитывается тремя отдельными поправками:

отклонение температуры холодного воздуха - поправкой к q 2 и (расчетная поправка);

отклонение температуры воды на входе в котел - поправкой к t ух, q 2 и (экспериментальная поправка);

отклонение расхода воды через котел - поправкой к t ух, q 2 и (экспериментальная поправка).

Отклонение избытка воздуха учитывается поправкой к t ух (экспериментальная поправка).

3.2. Поправка (%) на отклонение температуры холодного воздуха рассчитана по формуле

3.3. Пользование системой поправок поясняется следующими примерами.

Котел работает в основном режиме при нагрузке 60 Гкал/ч и следующих измененных условиях эксплуатации:

температура холодного воздуха - 15 °C;

расход воды через котел 1335 т/ч;

температура сетевой воды на входе в котел 60 °C;

коэффициент избытка воздуха за котлом 1,17.

Котел работает в пиковом режиме при нагрузке 80 Гкал/ч и следующих измененных условиях эксплуатации;

температура холодного воздуха - 25 °C;

расход воды через котел 2040 т/ч;

температура сетевой воды на входе в котел 94 °C;

коэффициент избытка воздуха за котлом 1,27.

Из значений параметров, указанных выше, вычитают значения тех же параметров, приведенных в Типовой характеристике для основного или пикового режима работы котла, и подсчитывают их разность. Знак разности указывает направление изменения значения каждого параметра.

Поправки находятся по графикам рис. 5, 6 и 7, 8. Результаты расчета поправок приведены соответственно в табл. П1 и П2.

Таблица П1

Показатель	Значение показателя		Разность значений	Поправка
				Dt ух °C
	фактическое	из типовой характеристики
Q к, Гкал/ч
Температура холодного воздуха t х.в, °C
Расход воды через котел G к, т/ч
t вх, °C
Суммарное значение

Таблица П2

Показатель	Значение показателя		Разность значений	Поправка
				Dt ух °C
	фактическое	из типовой характеристики
Теплопроизводительность котла Q к , Гкал/ч
Температура холодного воздуха t х.в, °C
Расход воды через котел G к, т/ч
Температура сетевой воды, на входе в котел t вх, °C
Суммарное значение

Нормативное значение t ух, q 2 , для измененных условий эксплуатации составит:

где, - значения показателей при условиях Типовой энергетической характеристики.

Для примера 1 Для примера 2

Отклонение коэффициента избытка воздуха в режимном сечении от оптимального значения обусловит отклонение от нормативных значений температуры уходящих газов, потери тепла с уходящими газами, КПД брутто котла и вызовет перерасход топлива, эквивалентный значению отклонения q 2:

Для примера 1 Для примера 2

Da ух = +0,1; Da ух = +0,2;

Dt ух = +3,6 °C; Dt ух = +9,2 °C;

Dq 2 = +0,60 %; Dq 2 = +1,58 %;

0,60 %; = 1,5 %;

В данной статье представлен анализ работ, проведенных в Казахстане, по повышению эффективности и надежности башенных водогрейных котлов ПТВМ-100

Показано, что проведенная на ТЭЦ и котельных реконструкция котлов ПТВМ-100 направлена в большей степени на повышение надежности и сохранение длительной теплопроизводительности, при этом эффективность работы котлов осталась практически на прежнем уровне. Конструктивные изменения котельного агрегата, предложенные авторами, наряду с повышением надежности работы котла и его тепловой производительности, позволяют поднять его КПД до уровня 93 %.

Длительный опыт эксплуатации водогрейных котлов ПТВМ-100 башенной компоновки показал наличие серьезных конструктивных недостатков, которые привели к снижению нагрузок, надежности и экономичности их работы. В свою очередь это привело к увеличению ремонтных и эксплуатационных затрат, а также необоснованному увеличению вредных выбросов и снижению экологических показателей.

Основные конструктивные недостатки водогрейного котла ПТВМ-100, отмеченные эксплуатирующими, наладочными и научно-исследовательскими организациями теплоэнергетического профиля (СКБ ВТИ, ЦКБЭ (г.Москва), КТЭ (Казтехэнерго, г.Алматы), КазНИИЭнергетики (г.Алматы), НПФ «Квазар» и др.), акцентировались на следующих моментах:

• малый объем и высота топки с высокими удельными тепловыми напряжениями объема топки (479086 ккал/м3) , конвективных поверхностей нагрева первых двух рядов труб (3,04×106 ккал/м2) ;
• небольшие расстояния (относительный поперечный шаг труб) в местах U - образных изгибов конвективных труб, приводящие к заносу и частичному перекрытию газовых сечений частицами золы и сажи;
• малый диаметр труб конвективного пучка (28×3 мм), приводящий при недостаточном качестве сетевой воды к заносу внутренними отложениями до полного перекрытия поперечного сечения конвективных труб;
• низкие скорости газов во втором конвективном пакете, приводящие к забиванию пространства между трубами частицами золы и сажи;
• отсутствие аппаратов для обдувки и очистки конвективных пакетов;
• сжигание топлива в холодном воздухе.

Высокое сопротивление заводских горелок в сочетании с недостаточной производительностью индивидуальных вентиляторов, разбежками в производительности вентиляторов и расходных характеристик форсунок приводили к неудовлетворительному горению, ограничению расчетной производительности, как горелок, так и котла ПТВМ-100 в целом.

В течение всего периода эксплуатации водогрейных котлов ПТВМ-100 проектными, наладочными, конструкторскими организациями совместно с эксплуатационным персоналом котельных и ТЭЦ предпринимались серьезные попытки улучшить конструкцию котлов, достичь фактических показателей, приближенных к их проектным значениям.

Одним из первых мероприятий по реконструкции котла ПТВМ-100 (рисунок 1) по проекту СКБ ВТИ было увеличение объема топки на 30 м3 путем частичного уменьшения угла наклона скатов холодной воронки и переноса верхнего яруса горелок ниже основного (рисунок 2).

Рисунок 1 - Водогрейный котел ПТВМ-100 до реконструкции

В дополнение к названному проекту КТЭ предложил организовать ступенчатое сжигание (рисунок 2), в котором крайние горелки верхнего яруса убирались.

Воздух от вентиляторов этих горелок объединенным коробом выводился выше основных горелок и из этого короба соплами под углом 10° вниз относительно горизонтальной оси вводился над основными горелками в топочный объем. Оси оставшихся основных горелок наклонялись вниз на 15°, крайние горелки основного яруса дополнительно были развернуты к центру топки на 15°, а две горелки верхнего яруса были перенесены под основной ярус горелок .

Рисунок 2 - Водогрейный котел ПТВМ-100, реконструированный по проектам СКБ ВТИ (топка) и КТЭ (ступенчатое сжигание)

Конструктивно горелки подверглись реконструкции: увеличивалось проходное сечение по воздуху, были применены закручивающие лопатки с безударным входом, в результате производительность горелок увеличилась на 20-30 % относительно первоначальной заводской конструкции. Такая схема реконструкции первоначально была произведена на котлах №3, 4, 7 (АО «АлЭС») .

Предварительное опробование результатов реконструкции показало рост тепловой мощности и увеличение межобмывочного периода, снижение выбросов окислов азота на 21%. Поэтому ступенчатое сжигание было предложено распространить на котлы Западного Теплового Комплекса ЗТК (г.Алматы) .

Одним из вариантов реконструкции была замена 16 газомазутных горелок с индивидуальными вентиляторами шестью двухпоточными по воздуху вихревыми горелками, установленными на отметке 6450 мм на всех стенах топки под разными углами с организацией вихревого горения в центре топки со средним углом наклона горелок вниз на - 20°. Для распыливания мазута были применены паро-механические форсунки «Титан». Испытания показали ряд недостатков в работе реконструированного котла ПТВМ-100, и, учитывая большой объем работ при указанной реконструкции и недостаточный эффект, эта реконструкция на другие котлы не распространялась.

В дополнение к объему работ по реконструкции СКБ ВТИ, на котле №3 Алматинской ТЭЦ-1 была выполнена реконструкция конвективного пакета труб с переходом на прямые трубы диаметром Ø32×3 мм вместо труб диаметром Ø 28×3 мм U - образной формы по проекту НПФ «Квазар» .

В Республике Казахстан в эксплуатации находится 44 водогрейных котла ПТВМ-100. Увеличение тепловой производительности и КПД водогрейных котлов ПТВМ-100 до 93,5-94% от реальных эксплуатационных 86,8% , при грамотной модернизации, в расчете за время работы в 3600 часов в 1 год даст экономию 124645 тонн мазута .

Авторы работы провели подробный расчетный анализ всех выполненных мероприятий по реконструкции водогрейных котлов ПТВМ- 100 по Республике Казахстан, основанный на сравнении результатов тепловых расчетов и результатов тепловых испытаний указанных котлов между собой и с базовым заводским вариантом котла ПТВМ-100 без проведения реконструкции.

Анализ результатов реконструкции водогрейных котлов ПТВМ-100 показал, что технико-экономические показатели реконструированных котлов и не реконструированных практически не меняются. Для ряда реконструированных котлов удалось поднять расчетный КПД только до 90,5%, у некоторых произошло даже снижение эффективности за счет сокращения конвективной части.

В результате проведенных реконструкций температура газов на выходе из топки практически не изменилась. Исключением явились варианты реконструкции водогрейного котла ПТВМ-100 с отсутствующими сбросными горелками и низкотемпературным вихревым сжиганием мазута.

В середине 90-х была предпринята попытка установить вместо 16-ти горелок восемь вихревых предтопков по Патенту РК № 2318 «Циклонная топочная камера» , и по Патенту РК №21479 «Водогрейный котел» . Первый вариант был реализован на ТЭЦ-1 в г. Астана на водогрейном котле ПТВМ-100. Основной идеей авторов этой реконструкции была организация предварительной термической подготовки распыленного мазута с регулируемыми избытками воздуха в вихревой камере. Это позволяло регулировать термическую подготовку распыленного мазута вне топочного объема, в зависимости от качества топочного мазута и режимов работы котла. Однако номинальной тепловой производительности и в этом варианте не удалось достичь. Следует учесть и достаточно серьезный объем работ по реконструкции топочных экранов и схем установки восьми вихревых камер с подбором дутьевых вентиляторов.

Поэтому в целом выполненные на котлах ПТВМ-100 мероприятия были направлены, прежде всего, на повышение надежности отдельных узлов, включавших схемы циркуляции котла, работы конвективных пакетов труб, топки котла и горелок, чем на повышение и достижение номинальных паспортных значений нагрузок. Расчетные экономические показатели работы реконструированных котлов остались на уровне заводских. Отдельные недостатки остались и после проведения реконструкции.

Наиболее близко к решению задачи повышения эффективности работы котлов и доведения до номинальной величины тепловой производительности водогрейного котла башенной конструкции ПТВМ-100 подошли специалисты ОАО «Дорогобужкотломаш» (РФ), конструктивно изменившие схему циркуляции и конструкцию топочных экранов.

Начавшийся выпуск на ОАО «Дорогобужкотломаш» новых башенных водогрейных котлов КВ-ГМ-69,8-150 (ПТВМ-60 Э) и КВ-ГМ-139,6-150 (ПТВМ-120 Э) с одним двусветным экраном и разведенными далее по бокам от центра наклонными трубами в верхней части топки перед конвективным пакетом, позволили решить только часть проблемы .

В заводском решении ОАО «Дорогобужкотломаш» отношение радиационной поверхности Нр к конвективной составило только Нр/Нкон = 10,8%. Тепловые расчеты башенных пиковых котлов ПТВМ-100 при работе на мазуте, проведенные авторами, показывают, что величина радиационной поверхности Нр все еще недостаточна. Поэтому количество тепла не воспринятое в топке направляется на первый конвективный пакет труб и далее. Наклонные и разряженные (трехрядные) трубы двусветного экрана, расположенные в 4 м от верхнего яруса горелок недостаточно экранируют и защищают первый конвективный пакет труб водогрейного котла КВ-ГМ-139,6- 150 (рисунок 3).

Авторами настоящей работы было предложено принципиально отличающееся от всех предыдущих работ по модернизации старых котлов ПТВМ-100 конструктивное решение по использованию двух двусветных экранов. При этом, величина радиационной поверхности нагрева в топочном пространстве доведена авторами до нормативных значений Нр/Нполн = 15,7% , как у П-образных серийных котлов.

Новое конструктивное решение обеспечивает полную тепловую защиту первого конвективного пакета труб от прямого лучистого воздействия факела из короткой топки котла холодными разряженными трубами. Второй конвективный пакет труб с переменным поперечным сечением в каждом последующем продольном ряду труб сохраняет высокий уровень скорости газового потока и соответственно коэффициент теплоотдачи. Такое конструктивное решение позволяет переводить водогрейные башенные котлы из разряда пиковых в водогрейные котлы, которые могут нести базовую (основную) нагрузку с высокими технико-экономическими показателями.

Рисунок 3 - Водогрейный котел КВ-ГМ-139,6-150 ОАО «Дорогобужкотломаш»

Реконструкция заключается в том, что в ячейке старого котла ПТВМ- 100, установлены внутри топки два двусветных экрана и холодный разряженный пучок труб перед первым конвективным пакетом (рисунок 4).

Рисунок 4 - Водогрейный котел ПТВМ-125 по проекту АУЭС

Это позволит достигнуть тепловой мощности в 1,25 раза превосходящей 116 МВт. При этом КПД водогрейного котла увеличится с 86,5-88,5 до 93,5%. Радиационная поверхность нагрева топки модернизированного котла будет увеличена на 246 м2 Отношение радиационной поверхности по отношению к конвективной поверхности будет увеличено до 15,8%, тогда как у старых котлов ПТВМ-100 оно составляло всего 7,5%. Это и являлось основным недостатком старых водогрейных котлов ПТВМ-100. Дополнительная радиационная поверхность в 246 м2 принимает большее количество тепла в пределах топки, а разряженные холодные трубы полностью экранируют и защищают собой первые ряды труб конвективных пакетов. Новые конвективные пакеты работают в более благоприятных тепловых условиях как и в водогрейных котлах П - образной компоновки, не «видя» факела. При этом значительно понижается температура уходящих газов, даже при некотором снижении конвективных поверхностей нагрева.

Выводы:

1. Для старых водогрейных котлов башенного типа ПТВМ-100 предложена схема реконструкции с применением двух двусветных экранов и холодных разреженных труб, расположенных перед первым конвективным пакетом.
2. Второй конвективный пакет труб выполнен с переменным поперечным сечением, уменьшающимся по ходу газов и сохраняющим высокий уровень скорости газов и коэффициента теплоотдачи.
3. Предложенная реконструкция позволит увеличить теплопроизводительность водогрейного котла, повысить надежность работы конвективных пакетов котла, поднять его КПД до 93 %.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности / Под. Ред. К. Ф. Роддатиса. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 488 с.
2. Отчет. НПФ «Квазар». Анализ реконструктивных мероприятий на котлах ПТВМ-100 и ПТВМ-50. Департамент энергосбережения по г. Алматы. 1999. - 87 с.
3. Орумбаев Р.К. Автореферат диссертации д.т.н. «Исследование, разработка и организация серийного производства водогрейных котлов нового поколения». Алматы, 2002. - 53 с.
4. Кожахметов Д.Б. Патент РК №2318, «Циклонная топочная камера». Бюл. №6, 15.06.1999.
5. Орумбаев Р.К., Орумбаева Ш.Р. и др. Патент РК №21479, «Водогрейный котел». Бюл.№11, 15.11.2011.
6. Каталог Котлы водогрейные мощностью от 11,63 до 209 МВт. Дорогобужкотломаш. Том.2. Издание 4. 2007. С. 79.
7. Орумбаев Р.К., Кибарин А.А., Орумбаева Ш.Р., Орумбаев А.Р. Инновационный патент «Водогрейный котел». Бюл. №7, 15.07.2015.

Пиковые теплофикационные водогрейные котлы типа ПТВМ-100 , устанавливаемые в качестве источника теплоснабжения, предназначены для покрытия пиковых и основных нагрузок в системах централизованного теплоснабжения и представляют собой прямоточные агрегаты, подогревающие непосредственно воду тепловых сетей. При работе котла циркуляция воды в нем осуществляется по 2-х ходовой схеме.

Топочная камера предназначена для сжигания высокосернистого мазута и природного газа. Размеры топочной камеры в плане – 6,23х6,23 м, высота призматической части - 5,3 м. Стены топочной камеры экранированы труба-ми dнхS = 60х3 мм с шагом Н = 64 мм. Количество труб: в фронтовом и заднем экранах - по 96 шт., в левом и правом боковых экранах - по 98 шт.
Амбразуры горелок выполнены из зашипованных трубчатых колец, включенных в циркуляционный контур котла. Все трубы экрана соединены между собой горизонтальными поясами жесткости с шагом по высоте 2,8 м.
Настенные экраны котлов вварены в верхние и нижние камеры (коллек-торы) dнхS = 273х11 мм.
Верхние камеры боковых экранов разделены перегородкой (заглушкой) на две части - фронтовую и заднюю. Экранные трубы и коллекторы выполнены из Стали 20. Объем топочной камеры - 245 м3. Лучевоспринимающая поверхность экранов - 224 м2.
Конвективная часть состоит из 96 секций, каждая секция представляет собой U-образные змеевики из труб dнхS = 28х3 мм, вваренные своими концами в стояки dнхS = 83х3,5 мм. Змеевики расположены в шахматном порядке с шагом H = 33 мм. Трубы змеевиков каждой секции свариваются 6-ю вертикальными дистанционирующими планками, образуя жесткую форму. По ходу газов конвективная часть разделена на два пакета, зазор между которыми составляет 600 мм. Поверхность нагрева конвективной части котла составляет 2960 м2. Стояки по длине имеют две перегородки для соответствующего направления движения воды через змеевики.
Водяной объем, включая трубопроводы в пределах котла - V = 30 м3. Температура уходящих газов при максимальной нагрузке:

• на мазуте - 230 °С;
• на газе - 185 °С;
• КПД котла при 40% нагрузке 92,6% и 92,1% соответственно при работе на мазуте и газе.

Котел работает устойчиво в диапазоне нагрузок от 15 до 100%. Компоновка котла башенная с верхним выходом дымовых газов на естественной тяге. Котлы водотрубные с принудительной циркуляцией. Вода в котле нагревается за один цикл, т.е. кратность циркуляции равна единице.
Котел оборудован 16 газомазутными горелками производительностью 900 м3/час (0,25 м3/с) по газу и 800 кг/час (0,22 кг/с) по мазуту.
Каркас котла состоит из четырех плоских рам, связанных в простран-ственную конструкцию в виде параллелепипеда общей высотой 14,45 м и размерами в плане 6,9х6,9 м. Угловые стойки являются общими для двух рам, примыкающих друг к другу в углах. На верхней отметке расположены грузовые ригели рам и несущие балки потолка, к которым подвешивается весь котел. Для придания общей пространственной жесткости конструкции используются помосты, опоясывающие каркас на трех отметках.
Обмуровка выполнена облегченной с креплением непосредственно к экранным трубам. Натрубная обмуровка состоит из трех слоев теплоизоляционных материалов: шамотобетона на глиноземистом цементе, минеральной ваты в виде матрацев в металлической сетке и уплотнительной газоне-проницаемой обмазке, которая также обеспечивает гидроизоляцию котла от атмосферных осадков. Общая толщина обмуровки - 115 мм.
При работе котла в пиковом режиме циркуляция воды происходит по 2-х ходовой схеме: из напорного трубопровода сетевая вода попадает в нижнюю входную камеру, откуда по четырем трубам dнхS = 263х7 мм (по двум к нижнему коллектору левого бокового экрана и по двум - к нижнему коллектору правого бокового экрана) подается к коллекторам боковых экранов и делается два хода.
Первый ход: снизу вверх по боковым экранам и через боковые верхние коллектора, фронтовой и задний верхние коллектора, конвективную часть попадает в промежуточные коллектора фронтового и заднего экранов.
Второй ход: из промежуточных коллекторов сверху вниз вода проходит фронтовой и задний экраны и попадает в нижнюю выходную камеру, а оттуда по трубопроводу диаметром 630 и 8 мм в коллектор горячей воды диаметром 800 мм.
Изменение теплопроизводительности котла осуществляется путем изменения числа работающих горелок.
Подача воздуха в каждую горелку на котлах производится вентилятором типа Ц-9-57 производительностью 10 000 м3/ч (2,8 м3/с), и напор – 160 мм. вод. ст. (1,57 кПа), мощность электродвигателя 7 кВт, число оборотов электродвигателя 1450 об/мин (24 об/с). Вентиляторы установлены на нулевой отметке и имеют общий всасывающий короб.
На каждом котле установлено 4 обдувочных аппарата. Обдувочный аппарат представляет собой вращающуюся трубу dт = 50 мм с отверстиями, через которые выходит пар с давлением 13 ата, струи которого и очищают поверхности нагрева конвективной части котла.