Изготовление и монтаж котлоагрегатов малой мощности «КВП-1.74-ВТКС»
В Российской Федерации котлы малой мощности (до 3 МВт) получили широкое распространение при оборудовании групповых и районных котельных, предназначенных для теплоснабжения, коммунально-бытовых нужд и производства. При этом 90% котлов и котельного оборудования, находящихся в эксплуатации, морально и физически не пригодны к эффективной работе и требуют замены или существенной реконструкции.
По данным эксплуатационных испытаний, КПД котлов малой мощности во многих случаях не достигает паспортных значений и не отвечает современным требованиям, предъявляемым к котельно-топочной технике. При сжигании твердого топлива (рядовых углей), на ручных колосниковых решетках (РКР) КПД не превышает 40–50%, что ниже паспортных данных на 20–30%.
Данная ситуация усугубляется поставкой углей, не соответствующих ГОСТам и без сертификатов. В ряде случаев сжигание таких углей на РКР практически невозможно, а количество механизированных топок для котлов малой мощности недостаточно и составляет всего 10–14%. Следует подчеркнуть, что все слоевые топки обеспечивают проектную эффективность сжигания только при работе на сортированном угле (фракции 6–24 мм). Подача в такие топки рядового угля, содержащего большое количество мелочи, который к тому же еще пропускают через дробилку, увеличивает долю штыба (частиц мельче 6 мм) до 30% и более. Плотный слой мелких частиц плохо продувается воздухом, поэтому процесс горения приобретает «кратерный» характер. Уголь, расположенный между кратерами, практически не сгорает и удаляется со шлаком. Доля несгоревшего топлива (механический недожог) доходит до 30–40%. Для сжигания фракций мельче 10 мм предназначены котлы с топками кипящего слоя, в которых частицы топлива сгорают во взвешенном состоянии.
В Военном инженерно-техническом университете (ВИТУ) совместно с ООО «Тепломех» и рядом других организаций разработан котлоагрегат с топкой высокотемпературного кипящего слоя мощностью 1.74 МВт, специально предназначенный для сжигания рядовых низкосортных высокозольных углей.
В данной статье изложены основные конструктивные характеристики котло-агрегатов «КВП-1.74-ВТКС», а также особенности технологии их изготовления и монтажа на строительной площадке.
Общий вид такого котлоагрегата приведен на рис. 1.
Рис. 1. Схема котла малой мощности с топкой ВТКС
1 — экранные поверхности; 2 — конвективные поверхности; 3 — подвижная колосниковая решетка; 4 — дутьевые зоны первичного воздуха; 5 — трубная панель охлаждения; 6 — питатель; 7 — коллектор вторичного дутья; 8 — бункер осаждения уноса; 9 — эжектор
Котлоагрегат составляют два крупных блока: рама котла с топкой ВТКС и трубные поверхности нагрева.
Котлоагрегат состоит из трубных экранных (1) и конвективных (2) поверхностей нагрева, механической топки высокотемпературного кипящего слоя, оборудованной узкой наклонной подвиж-ной цепной колосниковой решеткойпрямого хода (3) с дутьевыми зона-ми (4) первичного воздуха и удаления провала уно-са, трубной панелиохлаждения (5), ме-ханического пита-теля угля (6), кол-лекторов вторичного дутья (7), бунке-ра осаждения уноса (8) с воздушным эжектором (9) возврата уноса, рамы котла и рамы решетки [1]. Конструкция данного котла защищена патентом на полезную модель [2].
Котлоагрегаты «КВП-1.74-ВТКС» в количестве шести штук в настоящее время изготавливаются на производственной базе ОАО «Кировский завод» по конструкторско-монтажной документации ООО «Тепломех» и при научном сопровождении специалистов кафедры теплосиловых установок ВИТУ.
Упомянутые котлоагрегаты предназначены для установки при строительстве экспериментальной угольной котельной мощностью 10 МВт в поселке Горская (Санкт-Петербург), выполняемой по директиве заместителя министра обороны по строительству и расквартированию войск РФ.
Котельная строится по проекту, выполненному ООО «Технопром» (Санкт-Петербург), а генеральной подрядной организацией является ФГУП 145 УНР.
В котельной планируется установить шесть котлоагрегатов типа «КВП-1.74-ВТКС» [1]. Она оборудуется укрытым топливным складом и механизированными скребковыми системами топливоподачи (типа УСУ) и шлакозолоудаления (типа УСШ). В здании угольного склада имеется один подвесной кран грузоподъемностью 2 т, и прямо под оборудование дробильного отделения. На рис. 2. представлен разрез данной котельной. В настоящее время выполнен нулевой цикл и ведутся работы по монтажу котлов и вспомогательного оборудования.
Рис. 2. Разрез угольной котельной мощностью 10 МВт с котлами ВТКС
Габаритные размеры рамы котла — 5 161 х 2 350 х 2 400 мм, габаритные размеры трубной части в изоляции — 3 595 х 1 689 х 2 050 мм. Указанные размеры позволяют перевозить котел к месту монтажа транспортабельными блоками на автотрейлере с низкой платформой.Кроме двух основных блоков, к месту монтажа отдельно автотранспортом доставляются скребковый питатель, бункер возврата уноса с эжектором, панель охлаждения, коллекторы вторичного дутья и съемные панели изоляции. Котел в сборе имеет следующие габаритные размеры (по крайним точкам конструкции) — 5 161 х 3 010 х 4 650 мм.
Топочное устройство высокотемпературного кипящего слоя представляет собой механическую колосниковую решетку прямого хода и скребковый питатель топлива. Топка состоит из двух щек, соединенных поперечными рамками, на которые приварены шины и межзонные уплотнения; валов ведущего и ведомого; полотна колосникового; устройства направляющего, плиты верхнего переднего уплотнения (фото).
Решетка колосниковая устанавливается на раму опорную, связанную с рамой котла. В нижней части рамы топки к поперечным балкам и щекам приварены листы, образующие камеры (зоны), куда подается необходимый для горения воздух.
В топке предусмотрено плавное регулирование подачи воздуха по зонам через шибера воздуховодов. К щекам привернуты боковые уплотнения. Накапливающийся в зонах провал удаляется по наклонному зольному полу через патрубки с заслонками.
Основное внимание при изготовлении топки уделяется сборке колосникового полотна. С этой целью часть колосников подвергается дополнительной механической обработке. Колосники тщательно подгоняются друг к другу с помощью специального приспособления, образуя полотно.
Полотно состоит из четырех типов колосников: ведомого, крайних (правого и левого), ведущего. Колосники набираются на соединительном стержне (штыре), на концах которого приварены шайбы. Ведущие колосники являются тяговыми, ведомые заполняют промежутки между ведущими колосниками, а крайние выполняют роль бокового уплотнения. На боковых поверхностях колосников имеются зубцы, которые взаимно входят в друг в друга, увеличивая площадь живого сечения при минимальных зазорах и предупреждая выворачивание отдельных частей колосника в случае поломки.
Межзонные уплотнения не позволяют перетекать воздуху из одной зоны в другую, что значительно облегчает позонное регулирование процесса горения. По краям решетки выполнены боковые уплотнения, которые могут регулироваться в течение эксплуатации котла. Для привода колосниковой решетки топки ВТКС применен мотор-редуктор МЧ2-80/160-1000-1-21-21-У3 с частотно-регулируемым приводом NXL 00035, который устанавливается на опорную раму.
После сборки колосникового полотна и установки его на раме в цеху выполняются испытания ее вхолостую и под нагрузкой при различных скоростях в течение 8 часов.
В топке котла выполнена панель, включенная в контур циркуляции котла.
Панель охлаждения состоит из шести труб и имеет в плане п-образную компоновку. Трубы панели замыкаются на коллекторы. Угол раскрытия панели охлаждения в вертикальной плоскости составляет 60°.
Подача топлива осуществляется скребковым питателем, который состоит из корпуса, цепи со скребками, привода питателя, разгонной плиты. Питатель работает по гравитационной схеме: топливо при падении с питателя разгоняется на разгонной плите и поступает в топку. Для исключения зависания угля на течке угол наклона ее к горизонту составляет 70°. Нижний край течки заходит за край панели охлаждения таким образом, что уголь, двигаясь по течке, попадает в район первой дутьевой зоны. Регулирование производительности (скорости движения) питателя производится изменением частоты вращения приводного вала электродвигателя. Для привода питателя используется мотор-редуктор МЧ2-63/100-500-2-21-21-У3 с частотно-регулируемым приводом NXL 00035.
После сборки питателя, установки его на штатное место на раме котла и соединения с мотор-редуктором проводятся испытания, аналогичные испытаниям колосниковой решетки.
Котлоагрегат поставляется в легкой обмуровке, для чего наружные поверхности нагрева выполнены в виде мембранных экранов. Мембранный экран образуется из гладких труб и проставок (стальных полос) шириной 15–25 мм, которые устанавливаютсямежду трубами и привариваются к ним. При этом получается плотная металлическая стенка. Изготовление газоплотных экранов требует специальной технологии сварки и приспособлений. Выполнение стенок топочной камеры из мембранных экранов позволяет освободиться от обмуровки, заменив ее тепловой изоляцией, снизить массу котла, обеспечить герметичность топки.
Все экраны, в том числе и потолочный экран конвективной части и подовозадний экран, выполнены из труб 57х3,5, вваренных в коллекторы с шагом 76 мм. Нижние коллекторы боковых экранов выполнены из труб 159х8 мм, все остальные коллекторы — из труб 133х4,5 мм. Трубы боковых экранов выполнены прямыми, трубы потолочно-фронтового экрана — с одним гибом под прямым углом.
Конвективный блок набирается из 12 секций, их стояки ввариваются в четыре продольных коллектора, верхние из которых являются продолжением верхних коллекторов боковых экранов. Каждая секция выполнена из горизонтальных труб 32х3 мм, вваренных в шахматном порядке в два вертикальных стояка из труб 102х3,5 мм.
В седьмой от входа газов из топки секции между трубами приварены плавники, которые образуют вертикальную перегородку, обеспечивая разворот газов в вертикальной плоскости.
Выход газов из конвективного блока осуществляется со стороны задней стенки через окно. Под конвективным блоком расположен бункер для сбора золы, оседающей в конвективном газоходе, из которого она возвращается в топку специальным эжектором.
Все трубные поверхности нагрева котла подвергаются гидравлическим испытаниям. При этом до проведения испытаний полностью собранного трубного пучка, проводятся гидравлические испытания отдельных секций давлением, несколько превышающим нормативное. Все это значительно повышает надежность всей сварной конструкции в целом.
Так как котлоагрегат «КВП-1.74-ВТКС» изготовлен в газоплотном исполнении, то на нем применена тепловая изоляция экранов топки и конвективных газоходов в виде съемных панелей изоляции. Панели делаются на рамной конструкции, имеют заполнение из легких известково-кремнеземистых плит плотностью (200–225) кг/куб. см и сверху облицованы металлическими листами. Максимальная температура внутренней поверхности принята равной расчетной температуре вершины плавника. Расчетная температура на наружной поверхности не превышает 55 0С. Основными технологическими операциями при изготовлении котла являются сверление, резка и сварка.
Котлоагрегат «КВП-1.74-ВТКС» имеет следующие весовые характеристики: трубная система котла — 3 870 кг; механическая топка ВТКС в сборе — 2 350 кг; рама котла — 2 030 кг; панель охлаждения — 210 кг; бункер возврата уноса — 230 кг; скребковый питатель — 418 кг. Общий вес котлоагрегата в сборе — 9 108 кг.
В комплект поставки, кроме упомянутых комплектующих котла, входят блок батарейных циклонов, вентилятор и дымосос.
В паспорте котлоагрегата «КВП-1.74-ВТКС» содержится его описание, дается техническое описание характеристик комплектующих, изложены принцип работы, порядок обслуживания и последовательность выполнения монтажа на объекте, которая обеспечивается сборочным чертежом с указанием всех установочных размеров.К паспорту котлоагрегата приложены также паспорта мотор-редукторов с частотными преобразователями, паспорта вентилятора и дымососа, протоколы гидравлических испытаний трубной системы и протоколы испытаний колосниковой решетки и питателя.
Сборка котла на площадке включает в себя установку рамы котла с топкой в соответствии с проектными отметками. Затем устанавливается панель охлаждения и трубные поверхности нагрева. Далее пристыковывается бункер возврата уноса с эжектором и устанавливается скребковый питатель с течкой. Все грузоподъемные операции осуществляются автокраном на открытой площадке, либо через кровлю (в случае возведенных стен здания котельной).
Обмуровка котла выполняется на монтаже следующим образом. Вертикальная фронтовая, боковая и задняя стенка топочной камеры между панелью охлаждения и трубной частью котла сверху выполняется трехслойной, опирающейся на специальный каркас, связанный с рамой котла. Первый слой (изнутри) выполнен из шамотного кирпича ШБЛ-08 толщиной Ѕ кирпича, второй — из диатомового кирпича толщиной в 1 кирпич, третий — из муллитокремнеземистого войлока МКРВ толщиной 120 мм. Под трубами панели охлаждения устанавливается обмуровка из шамотного кирпича толщиной Ѕ кирпича, опирающаяся на каркас из листов и уголков, связанный с рамой топки и каркасом вертикальных стен обмуровки.
В соответствии с программой экспериментального строительства после окончания строительно-монтажных работ будут выполняться пуско-наладка на номинальном и долевых режимах с дополнительным экспериментальным исследованием рабочих процессов, а затем пуско-наладка на одном из котлоагрегатов комплектного устройства управления топочными процессами с программируемым логическим контроллером [3].
Далее предусмотрена опытная эксплуатация под научным сопровождением специалистов кафедры теплосиловых установок ВИТУ, в ходе которой в течение 1–2 лет будут выявляться положительные и негативные особенности, анализ данных и формирование технических решений по совершенствованию технологии сжигания угля в высокотемпературном кипящем слое в котлах малой мощности.
Литература:
1. Юферев Ю. В. «Проблемы и перспективы реконструкции угольных котельных малой мощности по технологии кипящего слоя». // «Инженерные системы», № 2, 2001, с. 41–44.
2. Котлоагрегат для сжигания угля в кипящем слое. Патент на полезную модель № 38041 по заявке № 2003133007. — 20.05.04. / Бюл. № 14.
3. Смирнов А. В., Юферев Ю. В., Лукичев А. Е., Карпов М. А. «Автоматизация котлов малой мощности с топками высокотемпературного кипящего слоя». // «Стройпрофиль», № 3, 2004, с. 100–102.
| Автор: А. В. Смирнов, Ю. В. Юферев, Л. М. Юферева, И. В. Овчаров Дата: 11.08.2004 Журнал Стройпрофиль 5-04 Рубрика: оборудование Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |