Проектирование твердотопливного котла

Первая цифра после наименования котла обозначает паропроизводительность, т/ч, вторая – избыточное давление пара на выходе из котла, кгс/см2– (для котлов с пароперегревателями давление пара за пароперегревателем), третья – температуру перегретого пара, °С.Стационарные паровые котлы ДКВР разработаны ЦКТИ им. Ползунова совместно с Бийским котельным заводом. Котлы были разработаны в 40-х годах, а с 50-го года начался их поточно-серийный выпуск под маркой ДКВ. Впоследствии, в процессе изготовления и эксплуатации, эти котлы подверглись некоторым изменениям (сокращена длима топки, уменьшены шаги труб кипятильного пучка и т. п.) и с 1958 г. выпускаются под паркой ДКВР. паровой Котлы типа ДКВР применяются при работе как на жидком, газообразном, так и на различных видах твердого топлива. Вид используемых топочных устройств вносит определенные коррективы в компоновочные решения. Для работы на каменных и бурых углях, грохочёных антрацитах марок АС и АМ применяются полумеханические топки типа ПМЗ-РПК топки с пневмомеханическими забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками; механические топки типа НМЗ-ЛРЦ, ПМЗ-ЧЦР и ЧЦР – топки с пневмомеханическими забрасывателями с обратным ходом колосникового полотна ленточного и чешуйчатого типов. Для работы на древесных отходах котлы комплектуются топками системы Померанцева. Работа котлов на фрезерном топливе обеспечивается предтопками системы Шершнера. Кусковой торф сжигается в котлах, оборудованных шахтными топками или топками с решетками типа РПК (решетками с поворотным колосником).Конструктивная схема котлов типа ДКВР паропроизводительностью 2,5, 4, 6,5 и 10 т/ч одинакова независимо от используемого топлива и применяемого топочного устройства (рисунок 2).Рисунок 2 – Котлоагрегат ДКВр-10-131 – топочная камера, 2 – кипятильный пучок, 3 – кирпичная стенка, 4 – камера догорания, 5 – шамотная перегородка, 6 – чугунная перегородка, 7 – кипятильные трубы, 8 – линии поступления питательной воды, 9 – котельный пучок, 10 – опускные трубы, 11 – сепаратор влаги, 12 – опорная рама, 13 – паровые обдувочные аппараты, 14 – устройство для возврата из газоходов на горящий слой недогоревшего угля, 15 – питательные трубы, 16 – предохранительный клапан, 17 – труба для периодической продувки котла.Перед котельным пучком котлов производительностью до 10 т/ч расположена топочная камера, которая для уменьшения потерь с уносом и химическим недожогом делится кирпичной шамотной перегородкой на две части: собственно топку и камеру догорания. Между первым и вторым рядами труб котельного пучка устанавливается шамотная перегородка, отделяющая кипятильный пучок от камеры догорания. Таким образом, первый ряд труб котельного пучка – задний экран камеры догорания. Внутри котельного пучка чугунная перегородка делит его на первый и второй газоходы. Выход газов из камеры догорания и из котла асимметричен. При наличии пароперегревателя часть кипятильных труб не устанавливается, пароперегреватель размещается в первом газоходе после второго и третьего ряда кипятильных труб. Вода в трубы фронтовых экранов котлов производительностью до 10 т/чпоступает одновременно из верхнего и нижнего барабанов. В котлах с короткими верхними барабанами применено двухступенчатое испарение и установлены выносные циклоны.Питание боковых экранов водой осуществляется из нижних коллекторов, куда вода поступает по опускным трубам из верхнего барабана и одновременно по соединительным трубам из нижнего барабана. Такая схема подвода воды в коллекторы повышает надежность работы котла при пониженном уровне воды и способствует уменьшению отложений шлама в верхнем барабане.В котлах без пароперегревателей при отсутствии особых требований к качеству пара и содержании котловой воды до 3000мг/л, а также в котлах с пароперегревателем при солесодержании котловой воды до 1500мг/л применяется сепарационное устройство, состоящее из жалюзи и дырчатых листов.Барабаны котлов типа ДКВР на 1,3 и 2,3 МПа изготавливаются из низколегированной стали 16 ГС и имеют одинаковые диаметры 1000 мм, толщина стенки барабанов котлов с рабочим давлением 1,3МПа – 13мм, котлов с рабочим давлением 2,3МПа – 20мм. Бараны котлов оснащены лазовыми затворами, расположенными на задних днищах барабанов.На котлах паропроизводительностью6,5 и 10 т/ч с одноступенчатым испарением, работающих с давлением 1,3 и 2,3 МПа, лазовые затворы устанавливаются также и на передних днищах верхних барабанов.По нижней образующей верхних барабанов всех котлов устанавливаются две легкоплавкие пробки, предназначенные для предупреждения перегрева стенок барабана под давлением. Сплав металла, которым заливают пробки, начинает плавиться при упуске воды из барабана и повышении температур его стенки до 280-320°С. Шум пароводяной смеси, выходящей через образующееся в пробке отверстие при расплавлении сплава, является сигналом персоналу для принятия экстренных мер к остановке котла. Завод-изготовитель применяет в легкоплавких пробках сплав следующего состава: свинец С2 или СЗ по ГОСТ 3778-56-90 %: олово О1 или О2 по ГОСТ860–60-10%. Колебания температуры плавления сплава допускается в пределах 240-310°С.Ввод питательной воды выполнен в верхний барабан, в водяном пространстве которого, она распределяется по питательной трубе. Для непрерывной продувки на верхнем барабане устанавливается штуцер, на котором смонтирована регулирующая и запорная арматура. В нижнем барабане устанавливаются перфорированная труба для периодической продувки и трубы для прогрева котла паром при растопке.Гибы труб экранов и конвективного пучка выполнены с радиусом 400мм, при котором механическая очистка внутренней поверхности шарошками не представляет затруднений. Механическая очистка труб конвективного пучка и экранов производится из верхнего барабана. Камеры экранов очищаются через торцевые лючки, устанавливаемые на каждой камере.Камеры котлов типа ДКВР изготавливаются из труб диаметром 219х8мм для котлов с рабочим давлением 1,3МПа. Конвективные пучки выполняются с коридорным расположением труб. Камеры, экранные и конвективные трубы котлов типа ДКВР изготавливаются из углеродистой стали марок 10 и 20.Пароперегреватели котловунифицированы по профилю и отличаются друг от друга для котлов разной производительности числом параллельных змеевиков. Располагают пароперегреватели в первом газоходе. Для изготовления пароперегревателей применяются трубы диаметром 32х3мм из стали 10. Камеры пароперегревателей выполняются из труб диаметром 133х5 мм для котлов с рабочим давлением 1,3 и 2,3 МПа. Входные концы труб пароперегревателя крепятся в верхнем барабане вальцовкой, выходные концы труб приваривают к камере (коллектору) перегретого пара. При рабочем давлении 1,3 и 2,3 МПа пароперегреватели выполняются одноходовыми по пару без пароохладителя. Температура перегрева пара при сжигании различных топлив может колебаться не выше 25°С.Очистка наружных поверхностей нагрела от загрязнений в котлах осуществляется обдувкой насыщенным или перегретым паром с давлением перед соплами 0,7-1,7 МПа, допускается применять для этих целей сжатый воздух. Для обдувки применяют стационарные обдувочные приборы и переносные, используемые для отчистки экранов и пучков труб от золовых отложений через обдувочные лючки.Котлы ДКВР-10-13 высокой компоновки опорной рамы не имеют. Температурные перемещения элементов котла относительно неподвижной опоры, которой является передняя опора нижнего барабана, обеспечиваются подвижными опорами камер боковых экранов и нижнего барабана.В котлах паропроизводительностью 10 т/ч камеры фронтового и заднего экранов крепятся кронштейнами к обвязочному каркасу, камеры боковых экранов крепятся к специальным опорам. Во всех котлах верхние барабаны не имеют специальных опор, нагрузка от них через трубы конвективного пучка и экранов воспринимается опорами нижнею барабана и коллекторов.Котлы типа ДКВР не имеют силового каркаса, в них применяется обвязочный каркас, который в котлах с облегчённой обмуровкой используется для крепления обшивки.В блочно-транспортабельных котлах паропроизводительностью 10 т/ч на давление 1,3, 2,3, 3,9 МПа с короткими верхними барабанами применимо двухступенчатое испарение с установкой во второй ступени выносных циклов. Применение циклов позволяет уменьшить процент продувки и улучшить качество пара при работе на питательной воде с повышенным солесодержанием. В конвективный пучок вода поступает из верхнего барабана через обогреваемые трубы последних рядов труб самого пучка и через нижний барабан. Вода из выносных циклов поступает в нижние коллекторы экранов, а пар – в верхний барабан, где очищается вместе с паром первой ступени испарения, проходя через жалюзи и (дырчатый) перфорированный лист. Устойчивость работы циркуляционных контуров боковых экранов обеспечивается применением рециркуляционных труб диаметром 51мм.Эти котлы предназначены не только для отопительпо-производственных целей и при давлении 39 атм. могут быть использованы в небольших энергетических установках.Для всей серии котлов экраны и котельные пучки выполняются из стальных бесшовных труб диаметром 51 мми толщиной стенки 2,5 мм. Боковые экраны выполнены с шагом 80 мм, в котлах с фронтовым и задним экраном шаг труб принят 130 мм. В кипятильных пучках трубы расположены в коридорном порядке с шагом 100 ммвдоль оси и 110 ммпоперек оси котлов.Последнее мероприятие в условиях высоких температур часто желательного эффекта не дает. Поэтому сокращение длины барабана, а гласное, то, что его стали размещать вне топочной камеры в сочетании с выносными циклонами, сделало работу котлов более надежной; появились котлы с укороченными барабанами и полностью экранированными топочными устройствами. На рисунке 3 показана циркуляционная схема котла ДКВР-10 с укороченным верхним барабаном (в низкой компоновке), выносными циклонами, экранными поверхностями и включением их в общую систему циркуляции котла.Рисунок 3 - Общая схема циркуляции котла ДКВР – 10Верхний барабан 1 в области топочной камеры заменен двумя коллекторами 2экранов 3. Во II ступень испарении выделены передние части обоих боковых экранов путем установки в верхних 2 и нижних коллекторах 4 перегородок 5. Питание экранов II ступени испарения осуществляется из двух выносных циклонов 6 через опускные трубы 7, соединенные с нижними коллекторами 4 экранов 3. Подпитка циклонов ведется из нижнего барабана 8 по трубам 9. Пароводяная смесь из труб экранов поступает в переднюю часть верхних коллекторов 2, откуда по трубам 10 направляется в выносные циклоны 6. После отделения воды пар отводится по трубам 11 в барабан 1, а вода идет в опускные грубы циклонов. Питание экранов 1 ступени испарения происходит через трубы 12, приваренные к нижнему барабану и нижним коллекторам экранов. Пароводяная смесь из экранов этой ступени испарения отводится по трубам 13 в верхний барабан. Из-за небольшой высоты контуров у всех экранов обеих ступеней испарения имеются рециркуляционные трубы 14. Питательными трубами кипятильного пучка 15служат последние обогреваемые ряды. Пар отбирается через штуцер 16. Питательная вода поступает в барабан по трубам 17. Непрерывная продувка котла осуществляется только из циклонов; периодическая же – из верхнего и нижнего барабанов, сборных экранных коллекторов и из низа выносных циклонов.ЗАКЛЮЧЕНИЕЭнергосбережение в современных условиях является одним из основных факторов при выборе оборудования и схемы котельной. Основным критерием энергосбережения является снижение затрат энергетических ресурсов котельной при ее эксплуатации. Путями для снижения затрат энергетических ресурсов являются: Автоматизированное погодозависимое регулирование выработки и отпуска тепловой энергии. Обеспечивает оптимизацию затрат на выработку тепловой энергии и экономию топлива на 12 - 15% от котельных без погодозависимого регулирования. Современные отечественные твердотопливные котлы имеют КПД = 90 %, против устаревших котлоагрегатов без автоматизации, имеющих КПД = 75 - 80 %. Проектным решением для настоящего обоснования является выбор отечественного котельного агрегата на твердом топливе типа ДКВр-10-13.Преимуществауставноки котла ДКВр-10-13: - надежная гидравлическая и аэродинамическая схема работы котла обеспечивает высокий КПД – до 90%.- низкий уровень затрат на эксплуатацию и обслуживание.     - котел ДКВР имеет сборную конструкцию, что позволяет монтировать его в котельной, не разрушая стен, и быстро подключить к уже существующим системам.- возможен перевод котла с одного вида топлива на другой.     - широкий диапазон регулирования производительности (от 40 до 150% от номинала) позволяет использовать котел с максимальной эффективностью и значительно экономить затраты на теплоэнергоснабжениеВозможность перевода котла в водогрейный режим.  Конструкция котла позволяет использовать под заказ различные варианты комплектации КИПиА, в том числе автоматизированными горелками.  Эксплуатационные параметры.Многочисленные испытания и длительный опыт эксплуатации большого числа котлов ДКВР подтвердили их надежную работу на пониженном по сравнению с номинальным давлении. Минимальное допустимое давление (абсолютное) для котлов ДКВР-10 равно 0,7 МПа.С уменьшением рабочего давления КПД котлоагрегата не уменьшается, что подтверждено сравнительными тепловыми расчетами котлов на номинальном и пониженном давлениях.Элементы котлов рассчитаны на рабочее давление 1,4 МПа, безопасность их работы обеспечивается установлен-ными на котле предохранительными клапанами. С понижением давления в котлах до 0,7 МПа комплектация котлов экономайзерами не изменяется, так как в этом случае недогрев воды в питательных экономайзерах до температуры насыщения пара в котле составляет более 20°С, что удовлетворяет требованиям правил Ростехнадзора.Утилизация теплоты уходящих газов позволяет экономить до 15 % топлива. Снижение присосов в топку и газоходы котельных агрегатов за счет плотной и качественной обмуровки. Снижение присоса воздуха на 0,1 позволяет экономить до 0,5 % сжигаемого топлива и до 20 % электроэнергии на привод дымососа за счет снижения объема уходящих топочных газов. Установка обдувочных аппаратов для очистки внешних поверхностей нагрева кипятильного пучка или конвективных поверхностей нагрева котельных агрегатов от летучей золы и сажистых отложений позволяет экономить до 1,5 % сжигаемого топлива. Снижение накипи с внутренней поверхности нагрева радиационных и конвективных труб достигается умягчением питательной воды. Устранение накипи осуществляется и при ремонте котла - химическим способом или щелочной промывкой, в процессе последовательного разрыхления накипи промывкой водой от шлама и механической очисткой. Наличие каждого миллиметра накипи вызывает перерасход топлива до 2 % в зависимости от качества котловой и питательной воды. Проведение режимно-наладочных испытаний котельных агрегатов, выбор оптимальных режимов работы основного и вспомогательного оборудования, составление режимной карты для обслуживающего персонала, разработка рекомендаций, направленных на повышение экономичности работы котельной установки позволяет экономить топливо в размере 3,5 %. Создание и широкое внедрение комплекса технологического оборудования на модульной основе для нового строительства и перевода существующих источников теплоснабжения на когенерационную основу. Совершенствование технологий промышленного производства теплопроводов для теплоснабжения с предварительно нанесенным антикоррозийным покрытием, тепло-, гидроизоляцией и дистанционной диагностикой состояния, регулирующих и запорных устройств с автоматическим приводом и монтажа из них тепловых сетей. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКФедеральный закон РФ от 23 ноября 2009 года № 261-ФЗ. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации. Введён в действие 27.11.2009. – М.: Изд-во Российская газета № 5050 27 ноября 2009 г.,2009.Бузников, Е.Ф. Производственные и отопительные котельные / – Е.Ф. Бузников, К.Ф. Роддатис, Э.Я. Берзиньш – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 248 с.Ненишев, А.С. Расчет тепловой схемы и отдельных элементов производственной котельной: учебное пособие. / А.С. Ненишев, В.В. Максимов Омск: СибАДИ, 2010. - 100 с.Клименко, А.В. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях /О. Л. Данилов, А. Б. Гаряев, И. В. Яковлев. – М.: Изд-во МЭИ, 2010. – 424 с.Барановский, Н.В. Пластинчатые и спиральные теплообменники. /Н.В. Барановский, Л.М. Коваленко, А.Р. Ястребенецкий. – М.: Машиностроение, 1973. – 288 с.Михеев, М.А. Основы теплопередачи. / М.А Михеев, И.М. Михеева. – 2-е изд., стер. – М.: Энергия, 1977. – 344 с.Юренев, В.Н. Теплотехнический справочник в 2-х томах. Т. 2. / В.Н. Юренев, П.Д. Лебедев – 2-е изд., перераб. – М.: Энергия, 1976. – 896 с.ОтопительныекотлыBuderusLoganoS825L/S825LLN. Документация для проектирования – URL: https://www.c-ok.ru/library/instructions/buderus/kondensacionnye-kotly/1459/15273.pdfАппараты теплообменные пластинчатые разборные типа НН ЗАО «Ридан».Руководство по эксплуатации – URL: http://teplo-ekb.ru/wpcontent/uploads/2013/11/Instruktsiya-po-ekspluatatsii-plastinchatyih-teploobmennikovRidan.pdfСП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*. – М.: Минрегион России, 2012. – 113 с.СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакцияСНиП 23-02-2003. – М.: Минрегион России, 2012. – 48 с.ГОСТ 30494-2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях – М.: Стандартинформ, 2013. – 13 с.СП 89.13330.2012 Котельные установки. Актуализированная редакцияСНиП II-35-76. – М.: Изд-во Минрегион России, 2013. – 93 с.ГОСТ 21.404-85 Автоматизация технологических процессов: система проектной документации для строительства. – М.: Стандартинформ, 2007. – 19 с.