Для систем централизованного теплоснабжения, как указывалось выше, применяют источники теплоснабжения с паровыми или водогрейными котлами. Существует много разнообразных типов и конструкций паровых и водогрейных теплогенераторов.
Паровой котлоагрегат (теплогенератор) - предназначен для выработки водяного пара. В источниках теплоснабжения (ИТ) производственного и производственно-отопительного типа устанавливают паровые котлоаг-регаты среднего или низкого давления, в ИТ отопительного типа - котлоаг-регаты, вырабатывающие пар только низкого давления (до 0,17 МПа). Паровые котлоагрегаты низкого давления изготавливают, как правило, чугунными и используют как отопительные.
Основными характеристиками паровых котлоагрегатов, которыми руководствуются при выборе их типа, мощности и количества, являются производительность и параметры (давление и температура) вырабатываемого пара.
Различают номинальную и минимальную производительность, номинальные параметры пара.
Номинальная производительность - расход вырабатываемого пара в единицу времени, принятый при проектировании котлоагрегата, который обеспечивается в результате длительной эксплуатации и сжигания основного топлива при номинальных параметрах пара и питательной воды.
Номинальные параметры пара - номинальные давление и температура пара, принятые при проектировании котельного агрегата.
Минимальная производительность - наименьшая паропроизводитель-ность, при которой котлоагрегат может длительно работать без нарушения режимов циркуляции воды в трубах и горения топлива. Паровые котлоагрегаты по производительности разделяются на три группы, малой мощности -до 6,9 кг/с (25 т/ч); средней - 9,7-20,8 кг/с (35-75 т/ч); большой - 27,8-44,4 кг/с (100-160 т/ч).
По давлению вырабатываемого пара Котлоагрегаты объединяются в группы: с давлением пара 1,4-2,4 МПа - низкого давления; 4,0 МПа - среднего давления.
К паровым котлоагрегатам низкого давления и малой мощности относятся Котлоагрегаты типа ДКВР, КЕ, ДЕ. Общие конструктивные признаки этих котлоагрегатов - естественная циркуляция воды, наличие двух барабанов (верхнего и нижнего), вертикальное расположение труб, в которых происходит парообразование.
Новые специализированные котельные агрегаты КЕ и ДЕ низкого давления имеют производительность 0,69-6,9 кг/с (2,5-25 т/ч). Котлоагрегаты серии КЕ предназначены для сжигания твердого топлива в неподвижном слое на движущейся колосниковой решетке. Загрузка топлива и удаление шлака механизированы.
Котлоагрегаты КЕ-2,5-14С, КЕ-4-14С (табл. 4.16) предназначены для выработки только насыщенного пара давлением 1,4 МПа. Котлоагрегаты КЕ остальных типоразмеров предназначены для выработки насыщенного пара как при давлении 1,4 МПа, так и 2,4 МПа, а также перегретого пара с температурой 498 К (225°С) при давлении, равном 1,4 МПа и 523 К (250°С) при давлении, равном 2,4 МПа.
Таблица 4.16Основные расчетные характеристики котельных агрегатов КЕ-14С
Характеристика | КЕ-2.5-14С | КЕ-4-14С | КЕ-6,5-14С | КЕ-10-14С | КЕ-25-14С |
Выработка пара *, кг/с (т/ч) | 0,69 | 1,1 (4,0) | 1,8(6,5) | 2,8(10) | 6,9(25) |
Давление пара **, МПа | 1,37 | 1,37 | 1,37 | 1,37 | 1,37 |
Температура пара, °С | 194/225 | 194/225 | 194/225 | ||
КПД (при сжигании каменных углей), % | 81-83 | 81-83 | 81-83 | 81-83 | |
Площадь поверхности нагрева, м2 | 19,0 | 20,5 | 24,8 | 30,3 | 92,1 |
Радиационная конвективная | |||||
Гип топочного устройства | ЗП-РПК-2- 180/1525 | ТЛЗМ-1870/2400 | ТЛЗМ-1800/3000 | тлзм- 2700/5600 | тчз- 2700/5600 |
Площадь зеркала горения, м2 | 2,75 | 3,3 | 4,4 | 6,4 | 13,4 |
Диаметр экранных и кипятильных труб, мм | 51x2,5 | ||||
Площадь поверхности нагрева экономайзера (ВТИ), м2 | |||||
Масса в объеме заводской поставки, т | 9,82 | 11,34 | 13,95 | 16,99 | 37,37 |
* Котлы серии КЕ обеспечивают устойчивую работу в диапазоне от 25 до 100%
номинальной производительности.
** Котлы КЕ-25-24Р (КЕ-25-24С) могут работать при давлении пара 1,8-2,4 МПа.
Котлоагрегаты серии ДЕ (табл. 4.17) предназначены для сжигания жидкого или газообразного топлива. Котлоагрегаты ДЕ всех типоразмеров могут вырабатывать перегретый пар с температурой 498 К (225°С) при давлении, равном 1,4 МПа, а при давлении, равном 2,4 МПа (за исключением ДЕ-4-ГМ и ДЕ-6,5ГМ) - перегретый пар с температурой 523 К (250°С).
Котельные агрегаты типа ДКВР оборудуются топками для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива. Твердое топливо сжигается в неподвижном слое на подвижной или неподвижной колосниковой решетке. Загрузка топлива, шлакоудаление осуществляются механически. По рекомендации завода-изготовителя Котлоагрегаты ДКВР могут эксплуатироваться при повышенной (сверх номинальной) паропроизводительности (табл. 4.18).
Минимальная производительность котлоагрегатов ДКВР при избыточном давлении 1,3 МПа допускается не ниже 25% номинального значения при работе на твердом топливе, при работе на жидком или газообразном топливе - не ниже 30% минимального значения.
Таблица4.17
Основные расчетные ха | рактеристики котельных агрегатов ДЕ-14ГМ | |||||||||
Характеристика | ДЕ-4-14ГМ | ДЕ-6,5-14 ГМ | ДЕ-10-14 ГМ | ДЕ-16-14 ГМ | ДЕ-25-14 ГМ | |||||
газ | мазут | газ | мазут | газ | мазут | газ | мазут | газ | мазут | |
Выработка пара, кг/с (т/ч) | 11 5 | 4,14 | 1 87 | 6,73 | 10,35 | 4,6 | 16,56 | 7,47 | 26,88 | |
Давление пара*, МПа | 1,37 | 1,37 | 1,37 | 1,37 | 1,37 | |||||
Коэффициент избытка воздуха | 1,05 | 1,1 | 1,05 | 1,1 | 1,05 | 1,1 | 1,05 | 1,1 | 1,05 | 1,1 |
КПД котельного агрегата,% | 90,31 | 88,68 | 90,96 | 89,32 | 92,15 | 90,85 | 91,76 | 90,07 | 92,79 | 91,35 |
Объем топочной камеры, м3 | 8,01 | 11,2 | 17,14 | 22,5 | 29,0 | |||||
Площадь поверхности нагрева, м2: | 21,81 | 27,93 | 38,96 | 48,13 | 60,46 | |||||
Радиационной конвективной | 48,51 | 68,04 | 117,69 | 156,0 | 212,4 | |||||
Полная площадь поверхности стен топки, м2 | 23,8 | 29,97 | 41,47 | 51,84 | 64,22 | |||||
Площадь поверхности нагрева экономайзера ВТИ, м2 | 94,4 | 141,6 | 236,0 | 330,4 | 808,2 | |||||
Температура газов за экономайзером, °С |
Таблица 4. 19 Основные расчетные характеристики водогрейных котлов серии КВ-ГМ | |||||||
Характеристика | КВ- ГМ-4 | КВ- гм- | КВ-ГМ- 10 | КВ- ГМ-20 | кв- гм- | КВ-ГМ-50 | КВ-ГМ- 100 |
Тепловая мощность котла, МВт (Ткал/ч) | 4,6(4) | 7,5(6,5) | 11,6(10) | 23,2(20) | 35(30) | 58(50) | 116(100) |
Забочее давление воды, МПа | 1,0- 2,45 | ||||||
Температура воды, °С: на входе в котел на выходе из котла | 70 150 | ||||||
Температура уходящих газов, °С, при сжигании: газа мазута | 150 245 | 185 230 | 160 250 | 140 180 | 140 180 | ||
КПД при номинальной нагрузке, % при сжигании: газа мазута | 90,5 86,35 | 91,1 87,0 | 91,9 88,4 | 91,9 88,0 | 91,2 87,7 | 92,5 91,1 | 92,5 91,3 |
Аэродинамическое сопротивление газового тракта, Па, при сжигании: газа мазута | 221 258 | 229 261 | 670 670 | 1000 1000 | 1200 1200 | ||
Гидравлическое сопротивление котла, МПа | 0,119 | 0,120 | 0,15 | 0,23 | 0,19 | основной режим | |
0,133 | 0,165 | ||||||
Расход топлива: газа,м3/ч мазута, кг/ч | 515 500 | 830 800 | 2160 1200 | 2520 2450 | 3680 3490 | 6260 5750 | 12520 11500 |
Расход воды через котел, т/ч | 49,5 | 123,5 | основной режим | ||||
0,165 | |||||||
Площадь поверхности нагрева, м: радиационной конвективной | 38,6 88,7 | 48,9 150,4 | 53,6 221,5 | 106,6 406,5 | 126,9 592,6 | 245 1223 | 325 2385 |
В котлоагрегатах КВ-ТС, предназначенных для сжигания твердого топлива в слое, применены топки с пневматическими забрасывателями (ПМЗ) и цепными решетками обратного хода типа ТЛЗ; они оборудованы системой возврата уноса угольной мелочи и острым дутьем.
В топках котлоагрегатов КВ-ТС (см. табл. 4.20) не рекомендуется сжигать высокозольные высоковлажные бурые угли с теплотой сгорания меньше 11,7 МДж/кг (2800 ккал/кг), горючие сланцы, торф и твердое топливо с высоким содержанием серы. При сжигании высоковлажных бурых углей рекомендуется устанавливать воздухоподогреватели. Котлоагрегаты КВ-
ТСВ оборудуются воздухоподогревателем, обеспечивающим подогрев воздуха до температуры 200-220° С.
В котлоагрегатах со слоевыми топками отсутствует подовый экран, имеющийся в газомазутных котлоагрегатах. Экранные поверхности нагрева котлоагрегатов серии KB выполнены из труб диаметром 60x3 мм, а конвективные поверхности - из труб диаметром 28x3 мм.
Основные расчетные ха | Таблица 4.20 рактеристики водогрейных котлов серии КВ-ТС | ||||||
Характеристика | КВ-ТС-4 | КВ-ТС-6,5 | КВ-ТС- 10 | КВ-ТСВ-10 | КВ- ТС-20 | КВ- тсв- | КВ- тс-зо |
Тепловая мощность котла, МВт (Гкал/ч) | 4,6(4) | 8,5(6,5) | 11,6(10) | 11,6(10) | 23,2(20) | 23,2(20) | 35(30) |
Рабочее давление воды, МПа | 1,0-2,45 | ||||||
Температура воды, °С: на входе в котел на выходе из котла | 70 150 | ||||||
К КПД брутто, %, при сжигании угля: каменного марки Д бурого марки Б2 | 81,9 81,1 | 82,2 82,1 | 80,9 | 82,8 | 80,66 | 82,5 | 80,6 |
Температура уходящих гачов. °С | |||||||
Аэродинамическое сопротивление газового тракта, Па | 360-440 | ||||||
Гидравлическое сопротивление котла, МПа | 0,1 | 0,11 | 0,12 | 0,11 | 0,21 | 0,19 | 0,15 |
Расход воды через котел, т/ч | 49,5 | 123,5 | 123,5 | ||||
Расход топлива, кг/ч: каменного марки Д бурого марки Б2 | 875 1280 | 1420 2060 | |||||
Площадь поверхности нагрева, м2: радиационной конвективной (включая фес-гон) воздухоподогревателя | 38,66 88,7 | 48,9 150,4 | 55,9 229 | 55,9 229 | 82,8 417 | 82,8 | - |
Водогрейные котлоагрегаты типа ПТВМ. Они выпускаются средней и большой тепловой мощности для работы на газообразном, жидком и твердом топливе. Эти котлоагрегаты бывают с П-образной компоновкой и башенной конструкции.
Котлоагрегат ПТВМ-ЗОМ предназначен для работы на газе (тепловая мощность 46 МВт) и на мазуте (тепловая мощность 40 МВт). Он оборудован шестью газомазутными горелками, установленными по три на каждой
боковой стенке топки. Вода в котлоагрегате движется принудительно по прямоточной схеме. При основном отопительном режиме поток воды в котле имеет десять ходов.
Водогрейный теплофикационный котлоагрегат ПТВМ-50 имеет башенную компоновку и выполнен в виде прямоугольной шахты, в нижней части которой находится полностью экранированная топочная камера.
Топка котлоагрегата оборудована двенадцатью газомазутными горелками с двенадцатью индивидуальными дутьевыми вентиляторами. Горелки расположены на боковых стенках (по шесть горелок на каждой стороне). Вода в котлоагрегате циркулирует с помощью насосов. Котлоагрегаты ПТВМ-100 с тепловой мощностью 116,3 МВт аналогичны по конструкции котлоагрегатам ПТВМ-50. Они предназначены для работы на газе и мазуте. Применяются в качестве теплофикационных (пиковых) котлоагрегатов на ТЭЦ, а также в виде основного оборудования в районных отопительных котельных (см. табл. 4.21).
Таблица 4.21Технические данные котлов типа ПТВМ
Показатели | ПТВМ-30 | ПТВМ-50 | ПТВМ-100 | ПТВМ-180 |
Тепловая мощность, МВт | 40-70 | |||
КПД при номинальной нагрузке, %, при работе: на мазуте на газе | 88 91 | 88 90 | 87 87 | 87 89 |
Площадь лучевоспринимающей поверхности нагрева, м2 | ||||
Площадь конвективной поверхности нагрева, м2 | ||||
Объем топочной камеры, м3 | ||||
Температура уходящих газов °С, при работе: на мазуте на газе | 250 160 | 280 190 | 230 185 | 220 180 |
Расход воды, т/ч, при режиме: пиковом основном | ||||
— | ||||
Температура воды, °С; на входе на выходе | 70/110 | 70/110 | ПО | |
Давление воды (расчетное), МПа | 1-2,5 | 1-2,5 | 1-2,5 | |
Число устанавливаемых горелок |
Интенсивное жилищное строительство, снос ветхого жилого фонда с заменой на дома повышенной этажности и комфортности обусловили необходимость увеличения мощностей действующих теплостанций [28].
Из-за недостатка свободных площадей было принято решение о реконструкции выпускаемых на Дорогобужском заводе «Котломаш» котлов ПТВМ-100 и ПТВМ-50 с целью повышения их теплопроизводительности соответственно до 120 и 60 Гкал/ч при сохранении неизменных габаритов котлов в плане. Увеличен объем топочных камер при сохранении удельного теплонапряжения в топке практически на прежнем уровне за счет изменения конфигурации пода и поднятия конвектива на один метр у котла ПТВМ-50, а также увеличена конвективная поверхность котлов. На котле ПТВМ-120 для сохранения приемлемого уровня температур топочных газов перед конвективом выполнено изменение по высоте расположения горелок с сохранением их общего количества (см. табл. 4.22).
Таблица 4.22Конструктивные размеры котлов ПТВМ-60 и ПТВМ-120
Наименование величины | Конструктивные размеры | |
ПТВМ-60 | ПТВМ- 120 | |
Объем топки, куб.м | 142,7 | 284,7 |
Теплонапряжение топочного объема, ккал/(м3-ч) | 459,0 | 460,0 |
Поверхность нагрева, м" : - радиационная - конвективная - общая | 169,8 1374,0 1543,8 | 258,8 2994,0 3252,8 |
В 1996 г. был введен в эксплуатацию головной образец котла ПТВМ-120 на РТС «Коломенская», в 1997 г. - головной образец котла ПТВМ-60 на РТС «Чертаново».
На основании положительных испытаний головных образцов данные модификации были запущены в серийное производство. На сегодняшний день эксплуатируется уже более 65 таких котлов.