CC BY
101
УДК 621.181.12
В. В. АФТАНЮК, канд. техн. наук, доц., С. К. БАНДУРКИН, канд. техн. наук, доц. А. Л. ПОЛЯКОВ, бакалавр, Ю. Г. ПОПОВ, асистент
Одесская государственная академия строительства и архитектуры, г. Одесса МОДЕРНИЗАЦИЯ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ВОДОТРУБНЫХ КОТЛОВ
Приведено краткое описание развития конструкций паровых и водогрейных котлов. Рассмотрена проблема применения импортных диффузионных горелок на отечественных водотрубных котлах. Указаны варианты ее решения.
Наведений короткий описрозвитку конструкцт парових I водогртних котл1в. Розглянута проблема застосування Iмпортних дифузтних пальнитв на втчизняних водотрубних котлах. Зазначеш вар1анти и ршення.
Развитие конструкций паровых и водогрейных котлов идет потремосновным направлениям [1, 2] в зависимости от типа омывания газами поверхности нагрева - водотрубные, газотрубные и комбинированные. В водотрубных котлах теплоноситель движется внутри разделительной поверхности, которую омывают дымовые газы. В газотрубных котлах процесс теплообмена происходит наоборот, то есть дымовые газы движутся внутри разделительной поверхности, а теплоноситель ее омывает. В случае комбинированного теплообмена, часть элементов котла работает по водотрубному, а часть - по газотрубному принципу.
Первоначально газотрубные котлы состояли из горизонтального цилиндра и нескольких труб большого диаметра (жаротрубные котлы) или цилиндра и пучка труб малого диаметра (дымогарные котлы) [1].
Котлы с дымогарными трубками позволяли получать в единице объема основного барабана большую поверхность нагрева, по сравнению с жаровыми трубами. Благодаря такому техническому решению увеличивалась паропроизводительность при сохранении габаритных размеров.
Наибольшую теплопередающую поверхность была достигнута комбинированными газотрубными котлами, в которых топкой являлась жаровая труба, а конвективной поверхностью - дымогарные трубки. Однако, вышеперечисленные конструкции имели и существенные недостатки, основными из которых являются:
-высокая металлоемкость и большие габариты;
-низкая надежность жаровых труб;
- ограничивающая паропроизводительность до 2-4т/ч;
- сложность получения высоких параметров пара;
- высокая склонность к забиванию дымогарных труб золой, что приводит к усложнению эксплуатации и снижению КПД.
Конструкция водотрубного котла значительно сложнее газотрубного, но она обладает рядом значительных преимуществ: практически полная взрывобезопасность, ускоренный разогрев, простота регулировки в соответствии с изменяющейся нагрузкой, допускает значительную перегрузку, умеренная требовательность к качеству поступающей воды, повышенная долговечность, транспортабельность. Из недостатков можно отметить большое количество агрегатов и узлов, составляющих котельную установку, в которых недопустимы протечки при высоких значениях температуры и давления. Кроме того, к агрегатам котла, работающим под давлением, затруднен доступ при их ремонте [2].
Водотрубный котел состоит из пучков труб, присоединенных концами к барабану (или барабанам) умеренного диаметра, при этом вся система монтируется над топочной камерой и заключается в наружный кожух. Направляющие перегородки заставляют топочные
газы несколько раз проходить через трубные пучки, благодаря чему обеспечивается более полная теплоотдача. Барабаны (разной конструкции) служат резервуарами для воды и пара. В топке котла часто предусматривают радиационные экраны, которые позволяют повысить тепловыделение при меньшей тепловой нагрузке на ее стенки, благодаря чему снижаются затраты времени на техническое обслуживание и повышается КПД. Кроме того, существенно снижаются требования к теплоизоляции стенок. Экраны выполняют в виде частых труб, по которым проходит котловая вода; образующийся в них пар отводится в паровой барабан. Такими экранами, полностью или частично, защищают стены топочного пространства. Трубы могут быть гладкими, с проставкой, плавниковыми, ошипованными, с огнеупорной обмазкой.
Водотрубные котлы бывают следующих типов: горизонтальные с продольным или поперечным барабаном, вертикальные с одним или несколькими паровыми барабанами, радиационные, вертикальные с вертикальным или поперечным барабаном и комбинации перечисленных вариантов, в некоторых случаях с принудительной циркуляцией.
Изложенные выше недостатки газотрубных котлов различных конструкций привели к тому, что от их производства в СССР отказались, и была принята концепция использования котлов водотрубного исполнения. На Западе же наряду с сохранением выпуска водотрубных котлов, выпускались газотрубные котлы для собственных нужд, а также на импорт [1].
Результатом вышеуказанной концепции явилось то, что на постсоветском пространстве действует огромное количество водотрубных котлов, например ДЕ, ДКВР, КВ-ГМ и др. [2], которые устарели и требуют модернизации. Как правило, они укомплектованы устаревшими горелками с ручным режимом регулирования и розжигом. Эксплуатация таких котельных установок экономически нецелесообразна, особенно при сохранении тенденции роста цен на топливо. Стандартное соотношение «газ-воздух» составляет примерно 1:10, оперативное изменение которого не предусмотрено конструкцией горелочного устройства. Недожог топлива возникает при недостаточном количестве воздуха поступающего в топочную камеру, что приводит к выбросу не сгоревшего газа в атмосферу и соответственно к повышенному расходу топлива. При избытке воздуха в топочной камере происходит образование ядовитых, загрязняющих атмосферу, соединений и наблюдается охлаждение топочного пространства. С точки зрения экономики и экологии такой режим работы недопустим. Также значительно затруднена автоматизация таких котельных. Поэтому целесообразна, замена устаревших отечественных горелок на полностью автоматизированные зарубежные, которая позволит добиться таких преимуществ [3]:
- уменьшение выбросов СО2 в атмосферу за счет гибкого регулирования норм подачи воздуха;
- снижение энергозатрат путем применения плавного частотного регулирования;
- увеличение срока службы оборудования, в следствии правильной организации сжигания топлива;
- расширение диапазона регулирования, с целью обеспечения экономных режимов работы;
- увеличение КПД, в следствии, снижения потерь тепла с уходящими дымовыми газами и исключения неполноты сгорания топлива;
- снижение расхода пара на собственные нужды (например сажеобдувка);
- возможность применения любой современной автоматики или готовых решений автоматизации горелок. Возможность удаленного доступа и управления системами котельной;
- экономия электроэнергии;
- удобство эксплуатации и простота обслуживания.
Ведущими импортными производителями газовых и комбинированных горелок являются: Weishaupt, De Dietrich, Buderus, Cuenod, Giersch и другие.
Применение зарубежных горелок весьма затруднено в связи с несоответствием габаритов
факела размерам камеры сгорания отечественных водотрубных котлов. Это связано с тем, что в Европе практически отсутствует производство водотрубныхкотлов, а новые конструкции горелок разрабатываются ипроизводятсядля работы снаддувными жаротрубными.
Для решения указанной проблемы компания Weishaupt выпустила горелки в исполнении SF ^шй-Аате). Специальное устройство (р^а^с^. 1) позволяет сократить геометрию
факела: 18Б та 50 %, 28Рна 30% [4].
б)
Рис. 1. Смесительные головки горелки Wei(haupt в исполнении аК:
а) - ак-1, б) - ак-2
Диапазон регулирования режимных параметров горелок, оснащенных вышеуказанными смесительными устройствами, по мнению авторов, не обеспечивает полноты решения возникающих проблем при их использовании. Недостаточная турбулизация и закручивание потока,снижаеткачествопроцессасжиганиятоплива.
Предлагаемая авторами конструкция оборудуется двумя встречными рядами лопаток расположенными внутри смесительного устройства (рис. 2). Такое усовершенствование увеличивает турбулизацию и закручивание потока и как следствие улучшает процесс горения. Расширяет диапазон регулирования параметров факела, что решает проблему использования зарубежных горелок практически с любыми отечественными водотрубными котлами.
На основании вышеизложенного материала подготовлена заявка на патент Украины (Заявка на патент Украины № и 2009 11374. «Вихревая горелка для сжигания газообразного и жидкоготоплива».Авторы:АфтанюкВ.В., БандуркинС.К., ПоляковА.Л., Попов Ю. Г.).
г
Рис. 2. Смесительное устройство с двумя встречными рядами лопаток по заявке
на патент Украины № u 2009 11374.
1. Корпус смесительного устройства.
2. Набор направляющих лопаток .
3. Второй ряд встречных направляющих лопаток.
4. Электроды запала.
5. Электрод ионизации.
lía основевышеизложенногоматериалавидно, что модернизация котельных установок, путем замены устаревшего горелочного оборудования, не только значительно дешевле их полной реконструкции, но и позволяет до стичь вы с окихпоказателейэффективностиипол ной автоматизациипроцессов.
Списоклитературы
1. С. Г. Каспаров, Особенности современных жаротрубных котлов для отопительных систем.// Энергосбережение, Энергетика, Энергоаудит.-2007, № 12 .- С .35-53;
2. А. К. Зыков. Паровые и водогрейные котлы. Справочное пособие. Энергоатомиздат,
1987;
3. Ю. М. Липов, Ю. М. Третьяков. Котельные установки и парогенераторы. 2006г, - 592 с;
4. Каталог горелок Wei shaupt исполнения SF (swirl-flame) от500 до 17,500кВт;
MODERNIZATION OFWATER-TUBE BOILERS
V.V. AFTANIUK, С and. Tech. Sien s., Dccent., S.K . BANDURKIN, Cand. Tech. Siens., Do-cent. , A. L.POLIAII(OV,BaChhlor,Y.G. COPOV,Asti sS. Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture, Odessa.
Brief reviewof thedevelopmentvariousdesiopisforsteam andhot waterboilersareresulted. Theproblems c>BdifBuvioatin imported burners fea water-tube beiieas Was been searched. The variants ef the solution are given.
Поступила в редакцию 14. 04 2010 г.
