Жаротрубные паровые котлы для промышленных котельных

В последние годы на российском рынке наблюдается большой интерес к промышленно-отопительным котлам, которые поставляют зарубежные фирмы. Стоимость котлов импортной поставки, как правило, выше стоимости аналогичных котлов отечественных производителей, тем не менее заказчики при комплектации промышленных и крупных отопительных котельных чаще предпочитают продукцию известных европейских фирм.

Главная особенность промышленных паровых котлов, поставляемых на российский рынок производителями из Италии, Германии, Бельгии и других европейских стран, состоит в том, что практически все котлы – жаротрубные, точнее – жаротрубно-дымогарные. Это относится не только к водогрейным котлам, но и к паровым котлам с пароперегревателем производительностью до 30 т/ч и более. Преимущество жаротрубно-дымогарных котлов перед водотрубными объясняется просто: такая конструкция позволяет собирать котел полностью в заводских условиях и поставлять котел заказчику в виде одного блока, что значительно упрощает монтаж оборудования в котельной.

Жаротрубно-дымогарные котлы имеют, как правило, цилиндрический корпус, лежащий на боку. Даже в тех случаях, когда снаружи котел имеет вид вытянутого прямоугольника, можно не сомневаться, что внутри у него расположен цилиндрический корпус (рис. 1 ). Внутри корпуса у паровых котлов – водяной и паровой объемы.

В большом объеме воды размещается одна, а иногда – две жаровые трубы. В переднем торце каждой жаровой трубы установлена наддувная, или, как говорят, вентиляторная горелка, рассчитанная на сжигание газа или жидкого топлива. Таким образом, жаровая труба является топочной камерой, в которой сгорает практически все топливо.

Тепловое напряжение топочного объема составляет обычно 1?1,2 МВт/м 3. В зависимости от диаметра и избыточного давления применяются гладкие или волнистые жаровые трубы. Расположены они всегда в нижней части водяного пространства, что повышает теплообмен и улучшает циркуляцию котловой воды (рис. 2 ).

В Германии имеются нормативные акты, требующие устанавливать две жаровые трубы при мощности котла более 10 МВт. В других странах нет жесткого требования по соотношению мощности и числа жаровых труб, поэтому можно встретить более мощные котлы с одной жаровой трубой, так же, как и менее мощные – с двумя жаровыми трубами.

Если производители не подчеркивают, что их котел – трехходовой, то это значит, что горелка практически прямоточная: она образует длинный факел. Продукты сгорания достигают противоположной водоохлаждаемой стенки, разворачиваются и двигаются в сторону передней стенки. Здесь они попадают в кольцевую камеру, из которой по дымогарным трубкам двигаются опять в сторону задней стенки, отдавая тепло котловой воде (рис. 3 ).


Чаще в названии котла присутствует термин «трехходовой». Это значит, что продукты сгорания после жаровой трубы возвращаются назад уже по дымогарным трубам, расположенным, как правило, ближе к жаровой трубе. У фронтовой стены котла дымовые газы делают еще один поворот и проходят по дымогарным трубам третьего хода в сторону задней стенки.

Для более полного использования тепла дымовых газов многие производители устанавливают в дымогарные трубки третьего хода специальные турбулизаторы из высокопрочной стали. Такой же эффект достигается иногда без вставок, за счет специальной формы самих трубок. Турбулизация потока увеличивает теплоотвод и тем самым снижает температуру уходящих газов, то есть повышает КПД котла.

В более крупных котлах повышение КПД обеспечивается установкой экономайзера после третьего хода дымовых газов. На рис. 3 показана схема такого котла с одной важной особенностью: заслонка в верхней части дымовой камеры позволяет пропускать часть продуктов сгорания напрямую, шунтируя экономайзер. Благодаря этому при изменении нагрузки или при недопустимом снижении температуры обратной котловой воды удается поддерживать постоянную температуру уходящих газов. При сжигании серосодержащих топлив это особенно важно, так как благодаря этому простейшему устройству удается поддерживать «сухой» режим работы экономайзера, не опускаясь ниже температуры точки росы.

Само по себе наличие экономайзера заметно повышает КПД котла. Так, например, водогрейный котел Omnimat 16PG фирмы Borsig Energy без экономайзера имеет КПД 93 %, а Omnimat 16PGA (с экономайзером) – 95,6 %. При равной полезной тепловой мощности этих котлов (8 МВт), первый потребляет при номинальной нагрузке 929 м 3 /ч природного газа, а второй – только 904 м 3 /ч. При этом оба котла имеют одинаковую высоту и ширину, но длина котла с экономайзером больше на ?10% ( 4,81 м у 16PG и 5,30 м у котла 16PGA).

В большинстве случаев трехходовые котлы имеют на выходе из жаровой трубы так называемую дымогарно-огневую камеру. Продукты сгорания в этой камере разворачиваются на 180 ° и поступают в дымогарные трубки второго газохода. Огневая камера обычно охлаждается окружающей ее котловой водой, хотя встречаются и выносные огневые камеры, изготовленные из цельносварных экранных труб.

Поворот дымовых газов от второго хода к дымогарным трубкам третьего хода осуществляется в передней огневой камере. Эта кольцевая камера оснащена одним или двумя люками, которые позволяют добраться (разумеется, на остановленном котле) до дымогарных труб для их осмотра и очистки.

Цилиндрический корпус жаротрубных котлов всегда покрыт высокоэффективной теплоизоляцией толщиной 100- 120 мм. Поверх изоляции корпус обычно обшивают с двух сторон оцинкованными или алюминиевыми листами. Хорошая изоляция в сочетании с компактным исполнением самого котла способствует снижению потерь тепла в окружающую среду.

К корпусу котлов подсоединены штуцеры для возврата воды и для выдачи насыщенного пара. Для слива воды имеется специальный штуцер в нижней части у заднего конца корпуса. На верхней части корпуса имеются также штуцеры контрольно-измерительных приборов. На паровых котлах обязательны указатели уровня воды.

Большинство производителей поставляют паровые котлы вместе с питательным электронасосом и паровым инжектором. На верхней части всех крупных котлов обычно имеется площадка для обслуживания арматуры и контрольно-измерительных устройств. В комплекте с основным оборудованием производители, как правило, поставляют блок управления, который иногда называют «панель» или даже «шкаф» управления. Этот блок на паровых котлах включает регулятор уровня, воздействующий на питательный насос. Блок управления соединен с манометром, с ограничительным и предохранительным реле давления. Здесь же имеется переключатель с ручного на автоматическое управление насосом, световая и звуковая сигнализации, включающиеся при аварийной ситуации.

Камеры сгорания в жаротрубных котлах работают обычно при избыточном давлении, поэтому установка дымососа для эвакуации газов не требуется. Воздух для горения обычно подается вентилятором, встроенным в горелочный блок.

Автоматизированное управление работой котла позволяет свести к минимуму занятость квалифицированного персонала даже при обслуживании крупных паровых или водогрейных котлов.

Несколько слов надо сказать о топливе для описанных выше промышленных и отопительных котлов. Эти котлы устанавливают, как правило, в черте города или, в крайнем случае, в пригородах. Жесткие нормы по защите окружающей среды заставляют владельцев котельных ограничивать выбросы в атмосферу таких токсичных загрязнителей, как золовые частицы, оксиды азота (NOx ), сернистый ангидрид (SO2 ) и монооксид углерода (угарный газ – СО). Поскольку комплектация котельных установок аппаратами по очистке дымовых газов от этих токсичных компонентов повысила бы их стоимость в несколько раз, наиболее экономичным вариантом оказывается использование газообразного или жидкого топлива. В последнем случае обязательным является использование дизельного топлива или легких сортов мазута с низким содержанием серы. При таком выборе топлива практически единственным загрязнителем атмосферы оказываются оксиды азота NOx.

Главным средством обеспечения допустимых выбросов NOx на промышленных и отопительных котлах служат малотоксичные горелки. В некоторых случаях используется также рециркуляция дымовых газов через горелку. За счет специальной конструкции малотоксичные горелки создают факел с определенной интенсивностью смешения топлива с воздухом, что уменьшает скорость образования NOx. В сочетании с умеренным тепловым напряжением топочной камеры, интенсивным теплоотводом и трехходовой схемой большинства котлов малотоксичные горелки обеспечивают снижение выбросов NOx до уровня, удовлетворяющего требованиям Российской Федерации.

Конечно, производители промышленных котлов не могли не учитывать, что некоторые заказчики все же вынуждены сжигать твердое топливо: уголь, древесные отходы, твердые бытовые отходы и т.д. Для таких заказчиков также имеется широкий выбор котлов, в том числе стальных жаротрубных. Но заказчику такие агрегаты поставляются уже как минимум в виде трех блоков: собственно котла, выносной топки с механической решеткой и золоуловителя, после которого дымовые газы поступают к дымососу. Сжигание древесных или сортированных промышленных отходов происходит на наклонной механической решетке, а продукты сгорания направляются в жаровую трубу. Реже встречается другой вариант: цепная механическая решетка вставлена непосредственно в жаровую трубу цилиндрического котла.

Описанные выше жаротрубные котлы во многом схожи с аналогичными котлами отечественных производителей, когда речь идет о конструкции собственно котлов. Поэтому все чаще встречается ситуация, когда потребитель предпочитает достаточно надежный и более дешевый отечественный котел, но просит установить на него импортную горелку – более дорогую, но обеспечивающую работу котла без обслуживающего персонала, пуск котла путем нажатия кнопки и минимальные выбросы токсичных загрязнителей в атмосферу (СО и NOx ).

В качестве примера расскажем о жаротрубных паровых котлах нескольких зарубежных компаний, активно действующих на российском рынке. Одна из таких компаний – B abcock W anson (Франция).

Эта компания представляет на российском рынке несколько серий жаротрубных паровых котлов. При небольших потребностях в паре B abcock W anson предлагает компактный паровой котел серии BWB (от 160 кг до 3 т/ч). Благодаря малым размерам такой котел можно использовать при проектировании модульной котельной. Котел – двухходовой, размещение жаровой трубы в центре улучшает распределение напряжений и увеличивает срок службы теплообменного блока котла, в особенности при многочисленных циклах запуска и остановки котла. Доступ к задней трубной панели обеспечивается путем отката задней осмотровой двери, подвешенной на консольном рельсе. Таким образом, облегчается как обслуживание котла, так и обязательные периодические инспекции органами технадзора.

При большей потребности в паре предпочтительнее использовать котел BWD (от 1 до 10,4 т/ч). Модель серии BWD является трехходовым котлом специальной конструкции, с частично водоохлаждаемым дном топки, разработанным компанией B abcock W anson. Сепаратор пара, расположенный внутри корпуса котла, а также короткое время адаптации горелки обеспечивают гарантированную сухость пара 99,5%.

Для крупных промышленных котельных компанией B abcock W anson была разработана серия BWR (12,5-30 т/ч). Это паровые трехходовые жаротрубно-дымогарные котлы специальной конструкции с трубным водоохлаждаемым дном топки (рис. 4 ). Данные котлы совмещают преимущества жаротрубной и водотрубной технологии. Конструкция обеспечивает максимально высокое допустимое для жаротрубных котлов давление в водогрейной камере (до 25 бар). Данная конструкция котла обеспечивает лучший уровень безопасности при низком уровне воды и исключает риск отложения шлама на дне котла. Оптимизация конструкции котла позволяет встроить в переднюю дымовую камеру модуль перегрева пара.

КПД описанных выше котлов оптимизирован благодаря особой технической разработке компании B abcock W anson. Внутри гладкостенных дымогарных труб размещаются винтообразные направляющие, которые сообщают вращательное движение проходящим по трубе продуктам сгорания, в результате чего достигается значительное улучшение теплообмена. Компания B abcock W anson использует свои фирменные горелки во всем модельном ряде жаротрубных котлов. Каждая отдельно взятая горелка спроектирована с учетом особенностей камеры сгорания, что позволяет экономить топливо, тем самым повышая КПД. Горелки работают как на газе и дизельном топливе, так и на мазуте.

Для еще большего увеличения КПД, снижения расхода топлива и электроэнергии, а также для достижения чрезвычайно низких выбросов NOx. B abcock W anson предлагает для своих клиентов пакет Ecosteam, снижающий эксплуатационные затраты этих, и без того недорогих в эксплуатации котлов. Данный пакет включает в себя систему теплообменников вода-вода или/и вода-воздух. Также компания производит серию котлов VAB - BP (от 160 до 5300 кг/ч) с низким давлением пара (<0,5 бара), которые не попадают под действие органов по надзору за безопасностью. Для утилизации же тепла, образующегося в технологических процессах, предлагаются жаротрубные паровые котлы-утилизаторы.

Рассмотрим еще одну линейку – паровые жаротрубные котлы компании Bosch Industriekessel GmbH (Германия). Наиболее популярные котлы этой компании известны на рынке под маркой Buderus. Линейка котлов Buderus Logano SHD 815/ UL - S включает в себя жаротрубно-дымогарные котлы с одной жаровой трубой (трехходовая схема) паропроизводительностью от 1,25 до 28 т/ч.

Более крупные котлы (типоряд Buderus Logano SHD 915/ ZFR ) оборудованы двумя жаровыми трубами, а их паропроизводительность составляет от 18 до 55 т/ч. Все котлы серии Buderus Logano оборудованы малотоксичными горелками, обеспечивающими минимальную эмиссию токсичных оксидов азота. Потери в окружающую среду у этих котлов снижены за счет применения высококачественных теплоизоляционных матов и специальных утеплителей. На всех нагрузках котлы работают с низким уровнем шума. Уменьшение эксплуатационных расходов обеспечивается не только в результате снижения расхода топлива, но и за счет меньшего потребления электроэнергии на собственные нужды и высокоэффективной системы управления котлом.

В зависимости от требований потребителя пара в котельной могут быть установлены котлы на давление от 0,5 до 30 бар. Котлы с повышенной температурой пара оборудованы пароперегревателями. Котлы серии SHD 915/ ZFR имеют по 2 жаровых трубы, но при сниженной нагрузке могут работать и с одной включенной жаровой трубой. Важно отметить, что работа с одной жаровой трубой позволяет существенно повысить КПД котла на сниженной нагрузке (по сравнению с работой на двух горелках).

По материалам сайта: http://kotelnye-tez.livejournal.com