Водогрійний котел баштового типу

Пропозиція стосується водогрійних котлів баштового типу. Котел може бути використаний в котельних для обігріву великих житлових масивів та в цехах водогрійних котлів ТЕЦ, а також парових котлів, що працюють на природному газі. Відомий водогрійний котел [«Газовые водогрейные промышленные отопительные котлы» под редакцией Сигала И.Я. - К.: Техника. - 1967 - С.15]; який містить топку та конвективную шахту, що має розташовану у верхній частині радіаційну поворотну камеру. Топка і стіни конвективної шахти повністю екрановані. Топка вмішує також проміневосприймаючу поверхню та вихрові газомазутні пальники. Відносна висота розташування пальників hП/HT=0,15; де hП - висота розташування пальників, НТ - висота топки. Найбільш близьким до пропонованого котла є котел баштового типу [Е.Ф. Бузников М.: «Комбинированная выработка пара и горячей воды», Энергоиздат. - 1981. - стр.112], що містить топку та конвективні теплообмінники, які розміщені безпосередньо над нею. Топка виконана у вигляді прямокутної шахти з екранованими стінами, нижня частина топки виконана у вигляді зрізаної призми, при цьому утворюється «холодна воронка», в якій знизу між нижніми колекторами виникає щілинний проріз. На бокових стінах топки розташовані газомазутні пальники встановлені в 2 яруси в проміжках екранних труб на великій відстані від низу топки, достатньо близько від поверхні конвективного пучка труб. Відносна висота розташування пальників hП/HT=0,2. При цьому нижня частина топки як прототипа, так і аналога, практично не обігрівається, через що виникає недовантаження нижньої частини топки, нерівномірне теплове навантаження топкових екранів, перевантаження конвективної поверхні та часте згоряння труб першого пучка конвективних теплообмінників через близьке розташування максимуму температур до них. Зазначені конструктивні недоліки при роботі котлів баштового типу на газі не дають можливості досягти розрахункової їхньої продуктивності, знижують ККД, звужують межі регулювання навантаження, а також скорочують терміни міжремонтних періодів експлуатації внаслідок частого згоряння труб першого пучка конвективного теплообмінника. В основу винаходу покладено завдання удосконалення котла баштового типу, в якому, завдяки розташуванню подових щілинних пальників на поду котла, забезпечується більш рівномірна робота поверхонь нагріву та підвищується ККД і за рахунок цього збільшується термін служби котла та покращуються еколого-теплотехнічні показники. Поставлена задача вирішена тим, що в водогрійному котлі баштового типу, який містить топку з подом та боковими і задніми екранами і розташованими над нею теплообмінниками, а також пальники, згідно з пропозицією, в поду топки розташовані щілинні подові пальники. В більшості сучасних котельних агрегатах, стінки топок заекрановані трубчастими топочними екранами. При настінному розташуванні газових пальників частина екранованих труб повинна бути розведена в районі пальникових амбразур, що ускладнює конструкцію екранних поверхонь та значно зменшує їх площу. Для кращого заповнення топочної камери факелом, при настінному розташуванні, пальники повинні бути достатньо дальнобійними. При зустрічному розташуванні пальників на бокових стінах топочної камери дальнобійність факелу повинна складати 0,3-0,5 ширини топки, при фронтовому 0,5-0,7 глибини топки. Для досягнення таких значень дальнобійності факелу потрібна відносно висока швидкість виходу газоповітряного потоку з устя пальника. Виконання цієї вимоги призводить до зменшення діаметра пальника та росту його аеродинамічного опору. Але навіть при правильному виборі розмірів та розташуванні настінних пальників факели L-подібної форми завжди утворюють в топці значні зони рециркуляції продуктів згорання і застійні зони. Це призводить до нерівномірного обігріву топочних екранів та значного підмішування до палаючого газового факелу інертних продуктів згорання. Помічено, що при переводі котлів на газ установка газових пальників з фронту котла призводить до значно більшого числа аварій від тріщин та перепалу металу, ніж установка подових пальників, що дає більш рівномірне обігрівання екранів. Тобто, впроваджуючи подові пальники, ми за рахунок зменшення нерівномірності обігріву підвищуємо надійність роботи котла, знижуємо кількість ремонтів першого конвективного пучка труб, та підвищуємо ресурс котла на 5...8 років. Малий аеродинамічний опір подового пальника в багатьох випадках дозволяє працювати навіть без дуття. Основною причиною, що не призвела до широкого впровадження подових пальників, стала універсалізація та подвійне призначення котлів. Тобто спалювання в ньому, декількох видів палива - мазуту та газу. По-перше, мазут в СРСР коштував дешево і був одним з найрозповсюдженіших палив, по-друге, на випадок війни мазут можна підвозити цистернами, а газотранспортну систему дуже складно налагодити. Тому, навіть не розглядались варіанти роботи потужних котлів на одному виді палива, тим більше на газі. Зараз же в енергетичних балансах мазут займає менше 1% і не як резервне, а як аварійне паливо. При спалюванні вугілля чи мазуту настінне розташування комбінованих пальників є єдино можливим, і тому переважна більшість котлів обладнана комбінованими фронтовими чи боковими газомазутними, або вугільними пальниками. Де-факто комбіновані пальники, якщо і є на деяких котлах, то в них демонтовані мазутні форсунки. Відповідно постає питання економічної доцільності використання комбінованих пальників та їх фронтового розташування. Всі котли баштового типу, наприклад ПТВМ-50 (піковий теплофікаційний водогрійний мазутний), ПТВМ100 були спроектовані на спалювання мазуту, а вже потім їх почали переводити на комбіноване використання мазуту та газу. Тому, подові пальники (що можуть працювати лише на газі), що розташовані на поду котла, для котлів баштового типу не застосовувались. На Фіг.1, 2 представлено поздовжній та поперечний розріз котла. Котел вміщує опорну конструкцію 1, на якій закріплено бокові та задні екрани 2, 3, що утворюють топку. Всі чотири стіни топки виконані у вигляді щільних трубних екранів 4 без розводів, зовнішня поверхня яких покрита легкою трубною обмуровкою 5. Трубні екрани з'єднані посекційно з водяними колекторами 6. У верхній частині котла, над топкою розташовані конвективні теплообмінники 7, 8, які виконані у вигляді Uподібних трубчастих змійовиків. Под котла виконано плоским і на ньому розташовано подові щілинні пальники 9, при цьому відносна висота розташування пальників hП/HT=0. Пальники складаються з металевої рами 10, на якій встановлений «пальниковий камінь» 11, і знизу прикріплені газові колектори 12, на яких встановлені профільовані газові сопла 13, а також повітряний короб 14. Котел має власну димову трубу 15, розташовану над топкою. Запропонований котел працює таким чином. Подають дуттьове повітря, що надходить у подові щілинні пальники 9. У газові колектори 12 подають природний газ, який крізь сопла надходить у подові щілинні пальники 9, які запалюють за допомогою запальника. При цьому утворюється газовий факел для обігріву котла, положення максимуму температур зміщено ближче до поду. В такому разі максимум температур значно віддаляється від конвективної поверхні нагріву пучка труб, що сприяє збільшенню терміну служби котла. Димові гази омивають бокові та задні екрани 2, 3, віддаючи тепло гарячій воді, що циркулює в екранних трубах. Далі димові гази надходять в конвективні теплообмінники 7, 8. Після цього відпрацьовані гази, не змінюючи вектора руху, надходять в атмосферу через власну трубу 15 котла. Запропонований котел було випробувано на лабораторних стендах Інституту ту газу НАН України. Результат стендових лабораторних випробувань пропонуємого котла по відношенню до прототипу наведено в таблиці. Таблиця Порівняльні дані відомого і пропонуємого котлів 20 Прототип ККД Викиди NOx Строк служби Пропозиція ККД Викиди ΝΟχ Строк служби Навантаження, % 50 80 100 89,5 177 89,7 88,5 88,1 186 193 202 20...25 років 90,7 92,1 90,3 90,0 124 130 135 141 не менше 30 років Як бачимо з таблиці, ККД пропозиції вище від прототипу 1...2%, при цьому викиди ΝΟχ зменшуються на 25...30%, строк служби котла збільшується.