CC BY
70
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛОВ КСГН-1,16 И КСГН-3,15 Сейдалиева А.Б.1, Отынчиева М.Т.2, Жекенов Е.Л.3, Искаков Д.О.4 Email: [email protected]
1Сейдалиева Айганым Булаткызы - докторант, магистр техники и технологий, ассистент; 2Отынчиева Маржан Турепашовна - докторант, магистр педагогических наук; 3Жекенов Елдос Лесбекулы - студент; 4Искаков Дильшат Озатулы - студент, кафедра теплоэнергетических установок, Некоммерческое акционерное общество Алматинский университет энергетики и связи, г. Алматы, Республика Казахстан
Аннотация: в статье описываются испытания водогрейного котла КСГн-1,16, которые позволяют вести анализ показателей действующих котлов. По данному анализу выявлены недостатки существующих систем в системах теплоснабжения г. Алматы. Исходя из этого, авторы в работе предлагают КСГн нового типа, позволяющий повысить эффективность работы водогрейного котла и срок эксплуатации за счет работы на пониженных давлениях воды. Представлены результаты теплотехнических испытаний новых водогрейных котлов типа КСГн-1,16 и КСГн-3,15.
Ключевые слова: водогрейные котлы, теплотехническое испытание, двусветный экран, цельносварной экран.
THERMAL ENGINEERING TESTS OF KSGN-1,16 AND KSGN-3,15
WATER BOILERS Seidaliyeva A.B.1, Otynchiyeva M.T.2, Zhekenov E.L.3, Iskakov D.O.4
1Seidaliyeva Aiganym Bulatkyzy - PhD Student, Master of Engineering and Technology, Assistant; 2Otynchiyeva Marzhan Turepashovna - PhD Student, Master of Education; 3Zhekenov Eldos Lesbekuly - Student; 4Iskakov Dilshat Ozatuly - Student, DEPARTMENT OF HEAT AND POWER INSTALLATIONS, NON-COMMERCIAL JOINT-STOCK COMPANY ALMATY UNIVERSITY OF POWER ENGINEERING AND TELECOMMUNICATIONS, ALMATY, REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
Abstract: the article describes the tests of the hot water boiler KSGn-1,16 (horizontal steel water boiler), which allow to analyze the performance of existing boilers. According to this analysis, the shortcomings of the existing systems in the heat supply systems of Almaty were revealed. Proceeding from this, the authors in the work propose a new type of KSGn, which allows to increase the efficiency of the boiler operation and the service life due to operation at low water pressures. The results of heat testing of new boilers of the type KSGn-1,16 and KSGn-3,15 are presented.
Keywords: hot water boilers, heat engineering test, double-light screen, all-welded screen.
УДК 62-69
При создании водотрубного котла решались задачи по обеспечению надежной работы при давлениях воды, соответствующих работе водогрейных котлов по
открытой схеме горячего водоснабжения, когда давление воды могло снизиться до предельных величин, близких к температуре закипания.
Для этого отдельно собирался внутренний цельносварной экран с горизонтальным расположением параллельных труб, за которым размещался наружный экран, собранный из параллельных труб и расположенных в рассечку относительно труб внутреннего экрана. С фронта котла размещался фронтовой цельносварной экран и с верхней стороны цельносварной потолочный экран закрывал топку и всю конвективную часть котла. Наружная тыльная и две боковые стороны котла закрывались съемными панелями и фиксировались к стальной планке болтами по рис. 1. Конструкция съемных теплоизолированных панелей позволяла оперативно без остановки работы водогрейного котла по водяной стороне производить ревизию, осмотр и обслуживание (очистку) всех конвективных и радиационных поверхностей нагрева. Указанные разработчиками преимущества в эксплуатации, обслуживании и ремонте котлов серии КСГн неоспоримы и еще раз доказываются тем, что до настоящего времени специалисты ремонтной группы ТОО «АТКЭ» изготавливают и устанавливают все большее количество таких котлов на своих участках по РЭКХ (район эксплуатации котельного хозяйства г. Алматы), для работы на природном газе.
Организация поперечного обтекания газами конвективных труб между цельносварным внутренним экраном и наружной теплоизолированной стенкой позволила разработчикам оптимизировать конвективную поверхность нагрева котла. А последовательная схема циркуляции сначала по трубам цельносварного внутреннего экрана, далее по трубам наружного конвективного экрана и перед выходом из котла последовательно три хода по фронтовому экрану, и далее к выходному верхнему тыльному патрубку позволила сформировать компактную призматическую в плане топку и эффективный водогрейный котел [1].
Порядок соединения, экранов предложенный в новом котле, позволяет эффективно работать в условиях эксплуатации как в оптимальном режиме с номинальным расходом воды, так и снижать тепловую нагрузку до 20% до минимального давления воды. При этом в водогрейных котлах достигнута устойчивая работа на минимальной нагрузке в 20%. Такая возможность достигается только в новых водогрейных котлах, конструкция которых предусматривает работу на пониженных давлениях воды. В условиях длительной эксплуатации на водогрейных котлах КСГн-0,63 и КСГн-1,16 проводились испытания с работой на пониженных давлениях до 0,11 - 0,12 МПа с проверкой и установкой граничных условий, при которых возникает закипание воды и возможное опрокидывание циркуляции воды в контуре котла. Только указанные водогрейные котлы серии КСГн имеют расчетную среднюю самую верхнюю точку в верхнем экране с равными половинами от гидравлического сопротивления котла, когда обе симметричные стороны водогрейного котла от указанной точки имеют равные величины по гидравлическому сопротивлению [3]. Предложенная конструкция полностью устраняет закипание и взрыв в малых водогрейных котлах продолжающих работать на твердом топливе в мелких котельных.
Конструкция водогрейного котла серии КСГн позволяет варьировать отношением длины топки к поперечному сечению топки, а также отношения радиационной поверхности к конвективной.
Рис. 1. Фотография общего вида котлов КСГн-0,63
При проведении теплотехнических испытаний первых головных двух водогрейных котлов КСГн-0,63 станционный №1 и №2 в котельной «Тех. Лицей №71» РЭКХ 3 участок, г. Алматы на двух режимах с горелкой Л1-Н и автоматикой КСУМ на малом и большом горении по тепловой производительности были получены следующие результаты: тепловая мощность котла изменялась от 0,174 МВт (0,15 Гкал/час) до 0,417 МВт (0,36 Гкал/час) на первом котле №1, с расходом газа калорийностью 8048,4 ккал/м3, малое горение 21 м3/час и большое горение 51 м3/час. Избыток воздуха а в уходящих газах составил соответственно от 2,15 до 2,02, а содержание окиси углерода СО в уходящих газах составило ноль процентов. Тепловая мощность котла №2 изменялась от 0,417 МВт (0,36 Гкал/час) до 0,51 МВт (0,44 Гкал/час), с расходом газа на малом горении 50 м3/час и большом горении 62 м3/час с избытком воздуха в уходящих газах при малом горении 2,24 и при большом горении 2,34. Большие значения коэффициента избытка воздуха объясняются существенными присосами воздуха через зазоры между наружными теплоизолированными стенками и недостаточно плотным прилеганием самих стенок к вертикальным полосам из-за их нагрева и теплового расширения. Низкие значения КПД и высокие значения удельных расходов натурального и условного топлива объясняются отсутствием в первых котлах поперечных профильных пластин, набрасывающих поток газов на каждую конвективную однорядную трубу, интенсифицирующую теплоотдачу и дополнительно увеличивающую коэффициент теплоотдачи на 40-45% относительно коэффициента теплоотдачи при обычном поперечном обтекании газами. Качество сжигания контролировалось анализом газа непрерывно. Из-за неплотного прилегания и достаточно малой толщины теплоизолированных панелей в первых образцах водогрейных котлов КСГн-0,63 были получены большие величины тепловых потерь в окружающую среду q5 доходившие до 4,67%.
В результате оптимизации двусветных экранов, разработки новой конструкции трубного ограждения котла, использования нижнего экрана, в том числе и при выполнении настоящей работы, удалось существенно снизить потери с наружными ограждениями и существенно повысить эффективность котла.
Теплотехнические испытания усовершенствованных котлов КСГн-1,16 и КСГн-3,15, проведенные на испытательном полигоне ТОО «Казкотлосервис», подтвердили заложенные авторами проектные решения.
Наименование показателя Значение
КСГн-1,16 КСГн-3,15
1 Тепловая производительность, ном. МВт, не менее 1,16 3,15
2 Вид топлива Газ природный Газ природный
3 Рабочее давление воды, МПа (кгс/см2), не более 0,4 (4,0) 1,0 (10)
4 Минимальная температура воды на входе в котел, 0С 70 70
5 Разность температур воды на выходе из котла и на входе в котел, 0С, при температуре воды на выходе из котла 1150С 45 45
6 Абсолютное давление воды на выходе из котла при не догреве воды до кипения 30 0С, МПа (кгс/см2), не менее 0,4(4,0) 1,0(10)
7 Максимальная температура воды на выходе из котла, 0С 115 115
8 Номинальное гидравлическое сопротивление при расчетном перепаде температур, МПа (кгс/см2), не более 0,18 (1,8) 0,25 (2,5)
9 Температура уходящих газов за котлом, 0С, не менее: - при сжигании природного газа 170 170
10 Разрежение в топке, Па (мм вод. ст.), не менее 12 (1,2) 10 (1,0)
11 Расход воды через котел, т/ч, не менее (макс) 50 (55) 50 (60)
12 Масса котла (расчетная), кг, не более 2116 8025
13 Масса трубной системы, кг, не более 950 3920
14 Габаритные размеры, м, не более: Длина 2,97 6,47
Ширина 2,45 3,52
Высота 2,08 4,48
15 Объем топочной камеры, м3, не менее 5,6 17,6
16 Время растопки, ч, не менее 0,2 0,2
17 Коэффициент полезного действия (КПД) при сжигании дизтоплива (природ-го газа), %, не менее (93,5) (93,5)
18 Уровень звука в контрольных точках, дБА, не более 80 80
19 Время срабатывания устройств контроля пламени, секунд, не более 1,5 1,5
20 Температура ограждающих поверхностей, 0С, не более 40 40
21 Удельная металлоемкость котла, т/МВт, не более 2,1 2,25
22 Удельный расход условного топлива при номинальной нагрузке (7000ккал/кг), кг/МВт, не более 155 155,3
В настоящее время разработчиками конструкции водогрейных котлов серии КСГн производится модернизация и доработка с учетом особенностей и замечаний эксплуатирующих организаций и доведение до совершенства, а технические и экономические показатели новых водогрейных котлов не имеют аналогов по СНГ.
За счет новой конструкции с использованием двухсветного экрана в конструкции котлов КСГн при теоретических поверочных расчетах были получены высокие технико-экономические показатели. Эти данные были подтверждены экспериментально. При проведении испытаний были смоделированы непроектные
условия эксплуатации для котла, а именно - 20% от номинальной нагрузки и 120% с превышением номинальной мощности. Результаты испытаний показали стабильность работы котлов.
Список литературы /References
1. Орумбаев Р.К., Кибарин А.А., Коробков М.С., Ходанова Т.В. Повышение эффективности и надежности газомазутных водогрейных котлов систем теплоснабжения // Алматы: АУЭС, 2017. 257 с.
2. Орумбаев Р.К., Кибарин А.А., Орумбаева Ш.Р., Ходанова Т.В., Коробков М.С., Мергалимова А.К. Предложения по повышению экономической эффективности и надежности при модернизации башенных водогрейных котлов ПТВМ-100/Энергетика: Эффективность, надежность, безопасность: материалы XXI всероссийской научно-технической конференции // Томский политехнический университет. Томск: Изд-во «Скан», 2015. 1 Т. С. 399-402.
3. Орумбаев Р.К., Чижов В.Э. и др. «Водогрейный котел» // Патент Республики Казахстан. № 11229. Опубл. Бюлл. № 2, 15.02.2002.
4. Орумбаев Р.К., Орумбаева Ш.Р. Оценка экономического и экологического эффекта при замене морально устаревших водогрейных котлов в Республике Казхастан // Actual Problems of Economics. Киев, 2012. № 5. С. 38-43. ISSN - 19936788.
5. Межведомственные теплотехнические испытания водогрейных котлов от КВа-0,4 МВт до КВа-3,15 МВт на дизельном топливе (природном газе) с выдачей экспертного заключения для серийного производства. Заключительный отчет о НИР. А.А. Кибарин, Р.К. Орумбаев. Алматы, 2015. 161 с.
