Классификация и рабочие параметры паровых и водогрейных котлов

Котлы классифицируются по назначению, паропроизводительности, параметрам пара, типу топочного устройства, способу организации взаимного движения продуктов сгорания и рабочей среды, способу организации движения рабочей среды в поверхностях нагрева и виду сжигаемого органического топлива.

По назначению котлы подразделяются на паровые, вырабатывающие водяной пар требуемых параметров, водогрейные, котлы-утилизаторы и энерготехнологические котлы. Они предназначаются для энергетических, производственных, отопительно-производственных и отопительных котельных установок.

По паропроизводительности котлы подразделяются на котлы малой производительности, котлы средней производительности, энергетические котлы и котлы большой паропроизводительности энергоблоков ТЭС.

По параметрам пара паровые котлы подразделяются на котлы, работающие на низком (0,88 МПа), среднем (1,36, 2,36 и 3,9 МПа), высоком (9,8 и 13,8 МПа), критическом (16 МПа), сверхкритическом (24 МПа) давлении. Достижения современной науки и техники в области получения новых конструкционных материалов и сталей позволили создать новые типы паровых котлов, работающих на супер сверхкритическом давлении (до 30 и более МПа).

Паровые котлы малой паропроизводительности (до 20 т/ч) выпускаются на низкое и среднее давление пара. Они получили значительное распространение и широко используются для технологических и хозяйственных нужд, входят в состав стационарных и передвижных котельно-отопительных установок.

Котлы средней производительности (до 100 т/ч) — это, как правило, котлы среднего давления с умеренной температурой перегретого пара (425−450°С) — широко используются в качестве источника технологического пара на промышленных предприятиях.

Энергетические паровые котлы выпускаются на среднее и высокое давление пара и имеют паропроизводительность от 100 до 640 т/ч. Эти котлы устанавливаются на небольших теплоэлектроцентралях и промышленных предприятиях и предназначаются для выработки электроэнергии, получения водяного пара или горячей воды для технологических нужд и нужд отопления.

Котлы энергоблоков ТЭС (КЭС и ТЭЦ) имеют паропроизводительность до 3600 т/ч и выпускаются на среднее, высокое, сверхкритическое и супер сверхкритическое давление пара. Они предназначены для обеспечения выработки электроэнергии и теплофикации населенных пунктов.

По типу топочного устройства можно выделить котлы, оснащенные слоевой топкой, камерной топкой, циклонной топкой, вихревой топкой, топкой с кипящим слоем, специальными топками для сжигания специфических видов топлива. Котлы, оснащенные вихревыми топками и топками с кипящим слоем, в последнее время имеют множество модификаций и получают все более широкое распространение. Их преимущество перед котлами с камерными топками состоит в том, что они могут сжигать твердое топливо ухудшенного качества и широкую гамму промышленных и бытовых отходов. При этом для них не требуются системы пылеприготовления. Они имеют меньшую металлоемкость и более высокие экологические показатели.

По способу организации взаимного движения продуктов сгорания и рабочей среды котлы подразделяются на газотрубные и водотрубные. Водотрубные котлы в свою очередь выпускаются нескольких модификаций: барабанные с естественной циркуляцией, сепарационные (безбарабанные) с многократной принудительной циркуляцией и прямоточные котлы. В котлах с естественной циркуляцией циркуляция воды осуществляется за счет разностей ее плотности; для обеспечения принудительной циркуляции используются циркуляционные насосы, а движение среды в прямоточных котлах осуществляется за счет напора, развиваемого питательным насосом.

Развитие типов водотрубных котлов показано на рисунке 2.1.

Отличительной чертой водотрубных барабанных котлов является наличие одного или нескольких барабанов с фиксированной границей раздела между паром и водой.

Важным шагом в развитии конструкций паровых котлов явилось изобретение прямоточных котлов (рис. 2.1, д). Прямоточное движение рабочей среды в паровых котлах предложено в конце XIX века русскими инженерами, в том числе Д. И. Артемьевым, который в 1893 году создал судовой прямоточный котел.

Прямоточные котлы не имеют барабана, в них вода, а затем пароводяная смесь и пар (называемые вместе рабочей средой) последовательно проходят все поверхности нагрева котла. В отличие от барабанного типа прямоточные котлы могут работать и при сверхкритическом давлении рабочей среды.

По типу тяги в газовоздушном тракте паровые котлы разделяются на котлы с уравновешенной тягой и наддувом. В котлах с уравновешенной тягой движение продуктов сгорания по газовоздушному тракту принудительное и осуществляется за счет совместной работы дымососа и дутьевого вентилятора. В котлах с наддувом сопротивление газового тракта в основном преодолевается работой компрессора.

Рис. 2.1. Развитие типов водотрубных котлов: а — цилиндрический; б — камерный горизонтально-водотрубный; в — двухбарабанный вертикальноводотрубный; г — однобарабанный факельный вертикально-водотрубный; д — прямоточный; 1 — топка; 2 — барабан-сепаратор; 3 — нижний барабан; 4 — выход пара; 5 — раздающая водяная камера; 5' - коллектор; 6 — трубы котельных пучков; 6' - трубы настенных экранов; 7 — экономайзер; 8 — пароперегреватель; 8' - настенный ленточный перегреватель; 9 — воздухоподогреватель; 10 — колосниковая решетка; 11 — горелка; 12 — вход воды в котел

По виду сжигаемого органического топлива паровые котлы разделяются на котлы, сжигающие твердое, жидкое, газообразное топливо, а также бытовые отходы, дрова, биомассу.

Для маркирования паровых котлов приняты такие обозначения: П — прямоточный; Е — котел с естественной циркуляцией; Пр — котел с принудительной циркуляцией и т. д. Например, типоразмер Е-420−140ГМ означает: паровой котел с естественной циркуляцией для сжигания газа и мазута паропроизводительностью 420 т/ч с давлением 140 кгс/см 2 (14 МПа).

Паровые котлы маркируются в соответствии с ГОСТом следующим образом: 1 — буквенное обозначение (характер циркуляции теплоносителя), далее паропроизводительнгость, т/ч, давление пара, кг/см2, индекс топки (топливо), цифрами — температура перегрева пара. Е — естественная циркуляция, Еп — естественная с промежуточным перегревом пара, Пр — принудительная, Пппрямоточные с промежуточным перегревом, Кп — комбинированные с промежуточным перегревом. Е-10−14-ГМ-250. Водогрейные котлы — вид сжигаемого топлива, теплопроизводительность, Гкал/ч (МВТ), температура нагрева воды (на выходе из котла). КВ-ГМ-10−150, КВ-ТС-6,5−130 (ТС — твердое топливо, слоевая топка) По назначению — энергетические, отопительные, производственные, отопительно-производственные. По характеру вырабатываемого теплоносителя — паровые и водогрейные. По устройству и расположению топок — слоевые и камерные, внутренние и выносные. По перемещению продуктов сгорания и воды — газотрубные, вооотрубные. По характеру циркуляции рабочего тела — с естественной и принудительной. По транспортабельности — передвижные и стационарные. По паропроизводительности — малой мощности — до 25 т/ч; - средней мощности — 35−75 т/ч; - большой мощности — более 100 т/ч.

Паровые котлы характеризуются основными параметрами: номинальной паропроизводительностью, давлением, температурой пара (основного и промежуточного перегрева) и питательной воды.

Под номинальной паропроизводительностью понимают наибольшую нагрузку (т/ч или кг/с), которую стационарный котел должен обеспечивать в длительной эксплуатации при сжигании основного топлива (или при подводе номинального количества теплоты) при номинальных значениях температуры пара и питательной воды (с учетом допускаемых отклонений).

Номинальными давлением и температурой пара считают те, которые должны быть обеспечены непосредственно перед паропроводом к потребителю пара при номинальной производительности котла (для температуры — дополнительно при номинальном давлении и температуре питательной воды).

Номинальной температурой промежуточного перегрева пара называют температуру пара непосредственно за промежуточным пароперегревателем котла при номинальных значениях давления пара, температуры питательной воды, паропроизводительности, а также номинальных значениях остальных параметров пара промежуточного перегрева с учетом допускаемых отклонений.

Номинальная температура питательной воды — это температура, которую необходимо обеспечить перед входом воды в экономайзер или в другой относящийся к котлу подогреватель питательной воды (при их отсутствии — перед входом в барабан котла) при номинальной паропроизводительности.

Главным параметром водогрейного котла является показатель теплопроизводительности — количества теплоты, которое получает вода в котле за определенное время. Эта величина измеряется в кВт, МВт, а также Гкал в час. По этому показателю водогрейные котлы делятся на:

• 1. Котлы малой мощности (4.65 кВт).
• 2. Котлы средней мощности (70.1750 кВт).
• 3. Котлы большой мощности (от 1,8 МВт и выше).

Главные характеристики в спецификации водогрейных котлов:

• 1. Номинальной мощностью считаются самые высокие параметры теплопроизводительности, которые обеспечиваются на протяжении длительной эксплуатации при использовании воды с номинальными параметрами, не выходящими за рамки допустимых отклонений.
• 2. Номинальная температура воды на входе должна обеспечивать номинальную теплопроизводительность котла. В зависимости от модели этот показатель может составлять 60.110°C.
• 3. Минимальные допустимые значения температуры воды на входе во многом зависят от особенностей потребляемого топлива (в частности, его зернистости и влажности) и не должны быть ниже пороговых значений, поскольку из-за выделяемого конденсата происходит низкотемпературная коррозия труб элементов нагрева. Среднее значение этого параметра для газовых котлов — 60 °C.
• 4. Значение максимальной допустимой температуры воды на выходе для разных моделей может составлять 75.150°C. Важно, чтобы вода в водогрейном котле не доходила до кипения и при существующих параметрах рабочего давления обеспечивалась бы температура не выше установленных пороговых значений.
• 5. Температурный градиент — это показатель разницы между температурой воды на входе и выходе водогрейного котла. Для стальных котлов по данному параметру установлены не такие жесткие рамки, как для чугунных моделей.