Наши разработки
Технологии, используемые в работе в области теплоэнергетики, сложные и интересные. Мы представляем Вам подробную информацию о том, как Мы работаем!
Теплоснабжение городов и населенных пунктов в регионах РФ, а также объектов инфраструктуры различных ведомств страны, в значительной степени осуществляется от отопительных угольных котельных малой мощности до 10 МВт.
Угольные котельные малой мощности укомплектованы чугунными секционными и стальными сварными котлами с ручными топками без какой-либо механизации топливоподачи и шлакозолоудаления. В таких котельных запасы угля, как правило, хранятся на открытых площадках и подвержены воздействию атмосферных осадков (дождь, снег). В результате уголь имеет большую влажность и в зимнее время смерзается. Это приводит к необходимости его дробления, либо вручную (лом, реже отбойными молотками), либо средствами механизации (экскаватор, бульдозер). От площадки с запасами угля в помещение котельной уголь транспортируется, как правило, вручную с помощью тачки или тележки, а реже средствами малой механизации.
Перед котлами уголь сгружается на пол, и далее машинисты вручную обычными лопатами забрасывают уголь в топки котлов. По мере выгорания угля машинист вручную перемешивает уголь на колосниковой решетке специальным приспособлением, называемым шуровкой. Этим же инструментом машинист выгребает из топки шлак и золу, которые вручную на тачке или тележке вывозит из помещения котельной на площадку золоотвала.
Отсутствие механизации топливоподачи, топливоподготовки, шлакозолоудаления, низкое качество организации процесса горения угля в ручных топках, а также устаревшие конструкции поверхностей нагрева котлов, неэффективных по теплообмену приводит:
Применение в котельных котлов с механическими слоевыми топками (с шурующей планкой, подвижной колосниковой решеткой, наклонной переталкивающей решеткой) несколько повышает эффективность сжигания только сортированных каменных углей. При поставке на такие котельные несортированных каменных и бурых углей с зольностью > 15% и влажностью > 30% эффективность горения резко падает и кпд не превышает (50 – 60)%.
На основании изложенного можно сделать вывод об актуальности масштабной реконструкции угольных котельных с целью повышения экономических и экологических показателей, улучшения санитарно-гигиенических условий труда эксплуатационного персонала.
Для решения задач реконструкции угольных котельных необходимы новые котлы с высокими экономическими и экологическими характеристиками.
Конструкции таких котлов должны иметь механизированные топочные устройства, развитые трубные поверхности нагрева, систему автоматизации процессов подачи угля в котел, горения угля в топке, удаления шлака из топки котла. Котлы должны обеспечивать высокий к.п.д. более 80 %, низкие значения выбросов вредных веществ в атмосферу (NOx менее 200-300 мг/м3 и твердых частиц менее 10-15 г/м3.
Патент на полезную модель № 38217
«Котлоагрегат для сжигания фрезерного торфа и древесных отходов в кипящем слое», зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 27.05.2004 г.
• Патент на полезную модель № 38041 «Котлоагрегат для сжигания угля в кипящем слое», зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 20.05.2004 г.
• Патент на полезную модель № 41837 «Комбинированный котел для сжигания угля в ВТКС», зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 10.11.2004 г.
• Патент на полезную модель № 41838 «Двухбарабанный котел малой мощности с топкой ВТКС», зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 10.11.2004 г.
• Патент на полезную модель № 49602 «Чугунный секционный котел малой мощности с топкой высокотемпературного кипящего слоя», зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 27.11.2005 г.
• Патент на полезную модель № 69201 «Водогазотрубный котел малой мощности с топкой высокотемпературного кипящего слоя», зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 10.12.2007 г.
• Патент на полезную модель № 49603 «Система автоматического регулирования процесса горения в топке с высокотемпературным кипящим слоем котла малой мощности», зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 27.11.2005 г.
• Нашей организацией получен сертификат соответствия на котел КВП -1,74-ВТКС.
По патенту № 38041 нами разработана конструкторско-монтажная документация на автоматизированный котлоагрегат КВП -1,74-ВТКС с топкой высокотемпературного кипящего слоя. Нашей организацией изготовлено 6 котлоагрегатов данной конструкции для экспериментальной угольной котельной в пос. Горская, Ленинградской Обл. Нами выполнены пусконаладочные работы, теплобалансовые, комплексные и сертификационные испытания котлоагрегат КВП -1,74-ВТКС. Испытания показали устойчивую работу на номинальном и долевых режимах с КПД 80-82% при сжигании каменных и бурых углей теплотворной способностью от 3000 до 5000 ккал/кг, зольностью 15-35%, влажностью до 30%, фракционным составом с размеров кусков от 40-50мм до угольной пыли.
Кроме того, комплекс работ по изготовлению, монтажу, пуско-наладке, испытаниям и эксплуатации показали следующие достоинства разработанных котлоагрегатовКВП -1,74-ВТКС:
устойчивая работа на номинальном и долевых режимах с КПД 80-83% при сжигании каменных и бурых углей теплотворной способностью от 3000 до 5000 ккал/кг, зольностью 15-35%, влажностью до 30%, фракционным составом с размеров кусков от 40-50мм до угольной пыли.
Нашей организацией получен сертификат соответствия на котел КВП -1,74-ВТКС
Угольные котельные малой мощности укомплектованы чугунными секционными и стальными сварными котлами с ручными топками без какой-либо механизации топливоподачи и шлакозолоудаления. В таких котельных запасы угля, как правило, хранятся на открытых площадках и подвержены воздействию атмосферных осадков (дождь, снег). В результате уголь имеет большую влажность и в зимнее время смерзается. Это приводит к необходимости его дробления, либо вручную (лом, реже отбойными молотками), либо средствами механизации (экскаватор, бульдозер). От площадки с запасами угля в помещение котельной уголь транспортируется, как правило, вручную с помощью тачки или тележки, а реже средствами малой механизации.
Перед котлами уголь сгружается на пол, и далее машинисты вручную обычными лопатами забрасывают уголь в топки котлов. По мере выгорания угля машинист вручную перемешивает уголь на колосниковой решетке специальным приспособлением, называемым шуровкой. Этим же инструментом машинист выгребает из топки шлак и золу, которые вручную на тачке или тележке вывозит из помещения котельной на площадку золоотвала.
Отсутствие механизации топливоподачи, топливоподготовки, шлакозолоудаления, низкое качество организации процесса горения угля в ручных топках, а также устаревшие конструкции поверхностей нагрева котлов, неэффективных по теплообмену приводит:
- к низким экономическим показателям (коэффициент полезного действия котлов не превышает 40-50 % из-за больших потерь теплоты от химического и механического недожога и с уходящими газами);
- к неудовлетворительным экологическим показателям с выбросами сажи, золы, мелкой фракции несгоревшего угля, окислов серы и азота с дымовыми газами в несколько раз превышающими предельно допустимые концентрации;
- к тяжелому ручному труду эксплуатационного персонала в антисанитарных условиях загазованных и запыленных машинных залов котельных.
Применение в котельных котлов с механическими слоевыми топками (с шурующей планкой, подвижной колосниковой решеткой, наклонной переталкивающей решеткой) несколько повышает эффективность сжигания только сортированных каменных углей. При поставке на такие котельные несортированных каменных и бурых углей с зольностью > 15% и влажностью > 30% эффективность горения резко падает и кпд не превышает (50 – 60)%.
На основании изложенного можно сделать вывод об актуальности масштабной реконструкции угольных котельных с целью повышения экономических и экологических показателей, улучшения санитарно-гигиенических условий труда эксплуатационного персонала.
Для решения задач реконструкции угольных котельных необходимы новые котлы с высокими экономическими и экологическими характеристиками.
Конструкции таких котлов должны иметь механизированные топочные устройства, развитые трубные поверхности нагрева, систему автоматизации процессов подачи угля в котел, горения угля в топке, удаления шлака из топки котла. Котлы должны обеспечивать высокий к.п.д. более 80 %, низкие значения выбросов вредных веществ в атмосферу (NOx менее 200-300 мг/м3 и твердых частиц менее 10-15 г/м3.
Патент на полезную модель № 38217
«Котлоагрегат для сжигания фрезерного торфа и древесных отходов в кипящем слое», зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 27.05.2004 г.
• Патент на полезную модель № 38041 «Котлоагрегат для сжигания угля в кипящем слое», зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 20.05.2004 г.
• Патент на полезную модель № 41837 «Комбинированный котел для сжигания угля в ВТКС», зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 10.11.2004 г.
• Патент на полезную модель № 41838 «Двухбарабанный котел малой мощности с топкой ВТКС», зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 10.11.2004 г.
• Патент на полезную модель № 49602 «Чугунный секционный котел малой мощности с топкой высокотемпературного кипящего слоя», зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 27.11.2005 г.
• Патент на полезную модель № 69201 «Водогазотрубный котел малой мощности с топкой высокотемпературного кипящего слоя», зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 10.12.2007 г.
• Патент на полезную модель № 49603 «Система автоматического регулирования процесса горения в топке с высокотемпературным кипящим слоем котла малой мощности», зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 27.11.2005 г.
• Нашей организацией получен сертификат соответствия на котел КВП -1,74-ВТКС.
По патенту № 38041 нами разработана конструкторско-монтажная документация на автоматизированный котлоагрегат КВП -1,74-ВТКС с топкой высокотемпературного кипящего слоя. Нашей организацией изготовлено 6 котлоагрегатов данной конструкции для экспериментальной угольной котельной в пос. Горская, Ленинградской Обл. Нами выполнены пусконаладочные работы, теплобалансовые, комплексные и сертификационные испытания котлоагрегат КВП -1,74-ВТКС. Испытания показали устойчивую работу на номинальном и долевых режимах с КПД 80-82% при сжигании каменных и бурых углей теплотворной способностью от 3000 до 5000 ккал/кг, зольностью 15-35%, влажностью до 30%, фракционным составом с размеров кусков от 40-50мм до угольной пыли.
Кроме того, комплекс работ по изготовлению, монтажу, пуско-наладке, испытаниям и эксплуатации показали следующие достоинства разработанных котлоагрегатовКВП -1,74-ВТКС:
устойчивая работа на номинальном и долевых режимах с КПД 80-83% при сжигании каменных и бурых углей теплотворной способностью от 3000 до 5000 ккал/кг, зольностью 15-35%, влажностью до 30%, фракционным составом с размеров кусков от 40-50мм до угольной пыли.
- быстрая сборка котлоагрегата КВП -1,74-ВТКС на монтажной площадке из блоков полной заводской готовности (трубная система в тепловой изоляции, рама котла с узкой наклонной подвижной колосниковой решеткой прямого хода, питатель, мотор-редуктора, бункер с эжектором возврата уноса);
- надежность работы механических узлов (питателя, подвижной колосниковой решетки)
- хорошие маневренные характеристики (быстрый пуск и останов котла в штатных и аварийных ситуациях)
- удобство управления работой котлоагрегата в штатных и аварийных режимах с использованием органов управления частотными приводами питателя и решетки, органов регулирования дутьевыми зонами первичного и вторичного воздуха, органами управления дымососом и вентилятором
- высокая ремонтопригодность основных узлов (легкий доступ к трубам экранов и конвективного пучка, удобство сборки и разборки колосниковой решетки, питателя)
Нашей организацией получен сертификат соответствия на котел КВП -1,74-ВТКС
Физические основы горения угля
Уголь состоит из горючих элементов (углерод С, сера S, водород Н) и негорючего балласта (глинозём Al2O3, кремнезём SiO2 и влага W).Горение угля является химической реакцией окисления (соединения с кислородом, находящимся в окружающем воздухе) горючих элементов с выделением теплоты.
С+О2=СО2; S+О2=SO2;2Н2+О2=2Н2О.
Из негорючего балласта при горении угля образуется сыпучая зола, которая при температуре выше 900 С° спекается в твёрдый шлак.
Особенность химического состава угля состоит в том, что горючие элементы (С,S,Н) и негорючий балласт распределены по всему объёму (массе) куска угля равномерно. Поэтому, при выгорании горючих элементов на поверхности куска угля образуется корочка шлака, которая препятствует доступу кислорода к ещё несгоревшим горючим, находящимся внутри куска.
В результате, при горении угля имеют место потери теплоты от механического недожога несгоревших горючих элементов внутри куска угля.
Процентное содержание негорючего балласта (зольность) в угле может составлять от 5% до 10% для каменных углей, до 35 и более % для бурых углей.
Чем выше зольность тем больше корочка шлака на поверхности куска угля, тем больше механический недожог.
Влага W является, также, вредной составляющей негорючего балласта угля, т.к. на ее испарение затрачивается значительное количество выделяемого при горении тепла.
Способы промышленного сжигания угля в топках котлов
Слоевое сжигание
Куски угля лежат на твёрдом основании и горят в слое при температуре 1400 С°. Часть поверхности каждого куска соприкасается с твёрдым основанием и поверхностью соседних кусков. В результате только часть поверхности куска угля соприкасается с кислородом, где происходит горение с последующим образованием корочки шлака. Для дальнейшего выгорания несгоревших внутри куска угля горючих элементов, необходимо постоянное перемешивание кусков относительно друг друга. При этом будет разрушаться корочка шлака и освобождаться «свежая» поверхность куска для горения.Различают ручные топки и механические топки.
В ручных топках уголь лежит на неподвижной колосниковой решётке, состоящей из чугунных колосников. Воздух для горения подаётся через зазоры между колосниками. Перемешивание угля осуществляется вручную.
Из-за практической невозможности на поверхности колосниковой решётки площадью (2-3) квадратных метра и более постоянно перемешивать уголь и поддерживать постоянную минимально возможную толщину слоя угля происходит интенсивное образование корочки шлака на поверхности кусков угля и зашлаковывание воздушных зазоров между колосниками. В результате механический недожог может составлять до (30-50)%, а некоторые высокозольные бурые угли практически не горят в ручных слоевых топках. КПД котлов с ручными топками на низкосортных несортированных (размер кусков от 50 мм до угольной пыли) влажных каменных и бурых углей не превышает (40-50%).
Механические топки (с шурующей планкой, с горизонтальной подвижной колосниковой решёткой, с наклонно-переталкивающей решёткой и другие) обеспечивают устойчивое эффективное горение с КПД до (70-75)% только на сортированных каменных углях с зольностью не более 10%, малой влажностью и высокой теплотой сгорания 5000-6000 Ккал/кг. На низкосортных углях механический недожог существенно растёт и КПД котла снижается до (50-60)%.
Сжигание угля в высокотемпературном кипящем слое
В топках «кипящего слоя» горение угля осуществляется не в слое, а в объёме при температуре 1100-1200 С°. В частности, в воздушные зазоры между колосниками подаётся воздух под таким напором, что куски угля поднимаются вверх, затем под действием силы тяжести опускаются вниз, но не доходя до колосниковой решётки снова подхватываются воздухом.Слой угля как бы «псевдоожижается» и кипит. В «кипящем» слое вся поверхность куска доступна обмыванию кислородом из воздуха, а в результате постоянного трения куска о кусок при их хаотичном перемещении в «кипящем слое» сбивается корочка шлака с поверхности куска. Механический недожог не превышает (5-7)%, а КПД возрастает до 80-85%.
Технология сжигания твердого топлива в высокотемпературном кипящем слое реализована в котлах с узкой подвижной колосниковой решеткой. Общий вид такого котла приведен на рисунке.
Котел состоит из трубных экранных 1 и конвективных 2 поверхностей нагрева, механической топки высокотемпературного кипящего слоя, оборудованной узкой наклонной подвижной цепной колосниковой решеткой прямого хода 3 с дутьевыми зонами 4 первичного воздуха и удаления провала уноса, трубной панели охлаждения 5, пластинчатого питателя угля 6 с соплом пневмозаброса, коллекторов вторичного дутья 7, бункера 8 осаждения уноса с воздушным эжектором 9 возврата уноса, рамы котла и рамы решетки.
Принцип работы котла с топкой высокотемпературного кипящего слоя (ВТКС) следующий:
Дутьевым вентилятором воздух в количестве примерно 50% от общего расхода подается в дутьевые зоны первичного воздуха под колосниковую решетку через зазоры между колосниками для создания кипящего слоя и организации процесса горения твердого топлива. Остальная часть воздуха поступает в сопла вторичного дутья для дожигания продуктов неполного сгорания (окислов углерода, серы, азота), в воздушный эжектор для возврата легких фракций твердого топлива, унесенных из топки и в сопло пневмозаброса.
В котле вместо ненадежного забрасывателя, работающего в тяжелых условиях ударно-вибрационных нагрузок, предусмотрен надежный скребковый питатель с приводом от мотор-редуктора с частотным преобразователем.
Уголь из расходного бункера медленно перемещается за счет плавного движения скребкового транспортера питателя 6 к наклонной уголь ной течке, расположенной под углом 70 градусов к горизонту и далее под действием силы тяжести ссыпается в первую дутьевую зону. Далее куски угля подхватываются первичным воздухом и сгорают в псевдоожиженном состоянии в кипящем слое. Топливо сгорает в кипящем слое в основном в нижней части колосниковой решетки (над первыми тремя дутьевыми зонами). Твердые очаговые остатки (шлак) оседают на решетке и затем удаляются в шлаковый канал. Газы вместе с мелкой фракцией топлива огибают поворотный экран. Несгоревшее топливо оседает в бункере осаждения уноса и воздушным эжектором возвращается в топку на дожигание. Газы поступают в конвективный пучок труб и, охлаждаясь в нем, поступают в систему газоочистки, а далее дымососом удаляются в дымовую трубу.
Трубная панель охлаждения обеспечивает отвод теплоты от «кипящего слоя», снижает его температуру и охлаждает решетку. Охлаждение решетки от омывания ее первичным воздухом и в результате отвода теплоты через панель охлаждения создает условия для ее надежной и безшлаковочной работы.
Узкая подвижная колосниковая решетка имеет малую массу и ширину (30 см.), хорошо охлаждается, т.к.:
Топка ВТКС может устойчиво работать на рядовом влажном угле. Крупные куски топлива размером более 30 мм, которые не могут подниматься воздухом, горят прямо на решетке и вместе со шлаком удаляются из топки.
Как видно из описания, котлы с топками ВТКС сохраняя все свойства «кипящего слоя» могут устойчиво работать на несортированных влажных бурых углях, не предъявляют высоких требований к поддержанию температурного режима горения, к подсушке и дроблению топлива.
Управление такого котла может осуществляться оператором по режимной карте в дистанционном режиме со щита, на котором выведены следующие органы регулирования:
При необходимости котел может работать в автоматическом режиме при условии оснащения его комплектным устройством управления топочными процессами на базе программируемого логического контроллера.
Котел имеет хорошие маневренные характеристики. Пуск осуществляется за несколько минут с розжигом от обыкновенных растопочных дров, загружаемых на решетку через боковой лаз. Нормальный и аварийный останов котла осуществляется почти мгновенно с возможностью легкого удаления горящего угля обычной шуровкой через задний люк котла.
Нами разработаны подобные конструкции ряда новых котлов, на которые получены патенты на изобретения:
Котел состоит из трубных экранных 1 и конвективных 2 поверхностей нагрева, механической топки высокотемпературного кипящего слоя, оборудованной узкой наклонной подвижной цепной колосниковой решеткой прямого хода 3 с дутьевыми зонами 4 первичного воздуха и удаления провала уноса, трубной панели охлаждения 5, пластинчатого питателя угля 6 с соплом пневмозаброса, коллекторов вторичного дутья 7, бункера 8 осаждения уноса с воздушным эжектором 9 возврата уноса, рамы котла и рамы решетки.
Принцип работы котла с топкой высокотемпературного кипящего слоя (ВТКС) следующий:
Дутьевым вентилятором воздух в количестве примерно 50% от общего расхода подается в дутьевые зоны первичного воздуха под колосниковую решетку через зазоры между колосниками для создания кипящего слоя и организации процесса горения твердого топлива. Остальная часть воздуха поступает в сопла вторичного дутья для дожигания продуктов неполного сгорания (окислов углерода, серы, азота), в воздушный эжектор для возврата легких фракций твердого топлива, унесенных из топки и в сопло пневмозаброса.
В котле вместо ненадежного забрасывателя, работающего в тяжелых условиях ударно-вибрационных нагрузок, предусмотрен надежный скребковый питатель с приводом от мотор-редуктора с частотным преобразователем.
Уголь из расходного бункера медленно перемещается за счет плавного движения скребкового транспортера питателя 6 к наклонной уголь ной течке, расположенной под углом 70 градусов к горизонту и далее под действием силы тяжести ссыпается в первую дутьевую зону. Далее куски угля подхватываются первичным воздухом и сгорают в псевдоожиженном состоянии в кипящем слое. Топливо сгорает в кипящем слое в основном в нижней части колосниковой решетки (над первыми тремя дутьевыми зонами). Твердые очаговые остатки (шлак) оседают на решетке и затем удаляются в шлаковый канал. Газы вместе с мелкой фракцией топлива огибают поворотный экран. Несгоревшее топливо оседает в бункере осаждения уноса и воздушным эжектором возвращается в топку на дожигание. Газы поступают в конвективный пучок труб и, охлаждаясь в нем, поступают в систему газоочистки, а далее дымососом удаляются в дымовую трубу.
Трубная панель охлаждения обеспечивает отвод теплоты от «кипящего слоя», снижает его температуру и охлаждает решетку. Охлаждение решетки от омывания ее первичным воздухом и в результате отвода теплоты через панель охлаждения создает условия для ее надежной и безшлаковочной работы.
Узкая подвижная колосниковая решетка имеет малую массу и ширину (30 см.), хорошо охлаждается, т.к.:
- горение топлива происходит не на решетке в слое, а в надслоевом пространстве при температуре 1100-1200 градусов, что на 300 градусов ниже, чем при слоевом сгорании
- обеспечено эффективное охлаждение потоком первичного воздуха и за счет отвода теплоты через панель охлаждения
Топка ВТКС может устойчиво работать на рядовом влажном угле. Крупные куски топлива размером более 30 мм, которые не могут подниматься воздухом, горят прямо на решетке и вместе со шлаком удаляются из топки.
Как видно из описания, котлы с топками ВТКС сохраняя все свойства «кипящего слоя» могут устойчиво работать на несортированных влажных бурых углях, не предъявляют высоких требований к поддержанию температурного режима горения, к подсушке и дроблению топлива.
Управление такого котла может осуществляться оператором по режимной карте в дистанционном режиме со щита, на котором выведены следующие органы регулирования:
- первичного и вторичного воздуха;
- скорости движения колосниковой решетки и питателя;
- разряжение в топке и газоходах котла.
При необходимости котел может работать в автоматическом режиме при условии оснащения его комплектным устройством управления топочными процессами на базе программируемого логического контроллера.
Котел имеет хорошие маневренные характеристики. Пуск осуществляется за несколько минут с розжигом от обыкновенных растопочных дров, загружаемых на решетку через боковой лаз. Нормальный и аварийный останов котла осуществляется почти мгновенно с возможностью легкого удаления горящего угля обычной шуровкой через задний люк котла.
Нами разработаны подобные конструкции ряда новых котлов, на которые получены патенты на изобретения:
Проектные решения по реконструкции угольных котельных зависят от габаритов и технического состояния существующего здания реконструируемой котельной, наличия угольного склада, механизированных систем топливоподачи, шлакозолоудаления, газоочистки, характеристик и технического состояния тепломеханического оборудования и электрооборудования.
Анализ показал, что для комплексной реконструкции существующих угольных котельных с ручным обслуживанием и механизацией можно сформировать пять основных вариантов проектных решений реконструкции существующих угольных котельных в зависимости от характеристик и технического состояния реконструируемого объекта. Характеристика каждого из вариантов реконструкции и значение капитальных затрат приведены в таблицах 4.1, 6.2-6.4
Самым дорогостоящим вариантом реконструкции является новое строительство, включающее здание котельной с новыми котлами КВП-1,74-ВТКС и вспомогательным тепломеханическим оборудованием (теплообменники, насосы, фильтры и др.), механизированные скребковые системы углеподачи и шлакозолоудаления, механизированный угольный склад с мостовым краном и грейферным ковшом , блок батарейных циклонов и дымовую трубу (см.рисунок).
Анализ показал, что для комплексной реконструкции существующих угольных котельных с ручным обслуживанием и механизацией можно сформировать пять основных вариантов проектных решений реконструкции существующих угольных котельных в зависимости от характеристик и технического состояния реконструируемого объекта. Характеристика каждого из вариантов реконструкции и значение капитальных затрат приведены в таблицах 4.1, 6.2-6.4
Таблица 4.1.
Существующие здания и оборудование
Строящиеся здания и оборудование
Вариант 1
- здание котельной,
- укрытый топливный склад,
- дымовая труба,
- система топливоподачи,
- система ШЗУ,
- система воздухоподачи и газоочистки,
- замена всего основного и вспомогательного оборудования,
- замена инженерных систем котельной.
Вариант 2
- здание котельной.
- укрытый топливный склад,
- дымовая труба,
- система топливоподачи,
- система ШЗУ,
- система воздухоподачи и газоочистки,
- замена всего основного и вспомогательного оборудования,
- замена инженерных систем котельной.
Вариант 3
- здание котельной,
- укрытый топливный склад.
- дымовая труба,
- система топливоподачи,
- система ШЗУ,
- система воздухоподачи и газоочистки,
- замена всего основного и вспомогательного оборудования,
- замена инженерных систем котельной.
Вариант 4
- здание котельной,
- укрытый топливный склад,
- дымовая труба,
- система топливоподачи,
- система ШЗУ,
- система воздухоподачи и газоочистки.
- замена всего основного и вспомогательного оборудования,
- замена инженерных систем котельной,
- замена котлов на котлы КВ П-1,74-ВТКС.
Вариант 5
- здание котельной,
- топливный склад,
- дымовая труба,
- система топливоподачи,
- система ШЗУ,
- система воздухоподачи и газоочистки,
- вспомогательное оборудование,
- инженерные системы котельной
- замена существующих котлоагрегатов на котлы
- КВП-1,74-ВТКС,
- замена электрооборудования котлов,
- замена системы автоматизации котлов.
Самым дорогостоящим вариантом реконструкции является новое строительство, включающее здание котельной с новыми котлами КВП-1,74-ВТКС и вспомогательным тепломеханическим оборудованием (теплообменники, насосы, фильтры и др.), механизированные скребковые системы углеподачи и шлакозолоудаления, механизированный угольный склад с мостовым краном и грейферным ковшом , блок батарейных циклонов и дымовую трубу (см.рисунок).
Ниже приведены конструктивные схемы котла КВП-1,74-ВТКС и ближайших аналогов со слоевыми механическими топками (топки с шурующей планкой, топки с широкой горизонтальной подвижной колосниковой решеткой и пневмомеханическим забрасывателем), а также описаны их технологические особенности.
Технология сжигания твердого топлива в высокотемпературном кипящем слое реализована в котлах с узкой подвижной колосниковой решеткой. Общий вид такого котла приведен на рисунке.
Котел состоит из трубных экранных 1 и конвективных 2 поверхностей нагрева, механической топки высокотемпературного кипящего слоя, оборудованной узкой наклонной подвижной цепной колосниковой решеткой прямого хода 3 с дутьевыми зонами 4 первичного воздуха и удаления провала уноса, трубной панели охлаждения 5, пластинчатого питателя угля 6 с соплом пневмозаброса, коллекторов вторичного дутья 7, бункера 8 осаждения уноса с воздушным эжектором 9 возврата уноса, рамы котла и рамы решетки.
Принцип работы котла с топкой высокотемпературного кипящего слоя (ВТКС) следующий:
Топка ВТКС может устойчиво работать на рядовом влажном угле. Крупные куски топлива размером более 30 мм, которые не могут подниматься воздухом, горят прямо на решетке и вместе со шлаком удаляются из топки.
Как видно из описания, котлы с топками ВТКС сохраняя все свойства «кипящего слоя» могут устойчиво работать на несортированных влажных бурых углях, не предъявляют высоких требований к поддержанию температурного режима горения, к подсушке и дроблению топлива.
Управление такого котла может осуществляться оператором по режимной карте в дистанционном режиме со щита, на котором выведены следующие органы регулирования:
Котел состоит из трубных экранных 1 и конвективных 2 поверхностей нагрева, механической топки высокотемпературного кипящего слоя, оборудованной узкой наклонной подвижной цепной колосниковой решеткой прямого хода 3 с дутьевыми зонами 4 первичного воздуха и удаления провала уноса, трубной панели охлаждения 5, пластинчатого питателя угля 6 с соплом пневмозаброса, коллекторов вторичного дутья 7, бункера 8 осаждения уноса с воздушным эжектором 9 возврата уноса, рамы котла и рамы решетки.
Принцип работы котла с топкой высокотемпературного кипящего слоя (ВТКС) следующий:
- Дутьевым вентилятором воздух в количестве примерно 50% от общего расхода подается в дутьевые зоны первичного воздуха под колосниковую решетку через зазоры между колосниками для создания кипящего слоя и организации процесса горения твердого топлива. Остальная часть воздуха поступает в сопла вторичного дутья для дожигания продуктов неполного сгорания (окислов углерода, серы, азота), в воздушный эжектор для возврата легких фракций твердого топлива, унесенных из топки и в сопло пневмозаброса.
- В котле вместо ненадежного забрасывателя, работающего в тяжелых условиях ударно-вибрационных нагрузок, предусмотрен надежный скребковый питатель с приводом от мотор-редуктора с частотным преобразователем.
- Уголь из расходного бункера медленно перемещается за счет плавного движения скребкового транспортера питателя 6 к наклонной уголь ной течке, расположенной под углом 70 градусов к горизонту и далее под действием силы тяжести ссыпается в первую дутьевую зону. Далее куски угля подхватываются первичным воздухом и сгорают в псевдоожиженном состоянии в кипящем слое.
- Топливо сгорает в кипящем слое в основном в нижней части колосниковой решетки (над первыми тремя дутьевыми зонами). Твердые очаговые остатки (шлак) оседают на решетке и затем удаляются в шлаковый канал. Газы вместе с мелкой фракцией топлива огибают поворотный экран.
- Несгоревшее топливо оседает в бункере осаждения уноса и воздушным эжектором возвращается в топку на дожигание. Газы поступают в конвективный пучок труб и, охлаждаясь в нем, поступают в систему газоочистки, а далее дымососом удаляются в дымовую трубу.
- Трубная панель охлаждения обеспечивает отвод теплоты от «кипящего слоя», снижает его температуру и охлаждает решетку. Охлаждение решетки от омывания ее первичным воздухом и в результате отвода теплоты через панель охлаждения создает условия для ее надежной и безшлаковочной работы.
- горение топлива происходит не на решетке в слое, а в надслоевом пространстве при температуре 1100-1200 градусов, что на 300 градусов ниже, чем при слоевом сгорании.
- обеспечено эффективное охлаждение потоком первичного воздуха и за счет отвода теплоты через панель охлаждения.
Топка ВТКС может устойчиво работать на рядовом влажном угле. Крупные куски топлива размером более 30 мм, которые не могут подниматься воздухом, горят прямо на решетке и вместе со шлаком удаляются из топки.
Как видно из описания, котлы с топками ВТКС сохраняя все свойства «кипящего слоя» могут устойчиво работать на несортированных влажных бурых углях, не предъявляют высоких требований к поддержанию температурного режима горения, к подсушке и дроблению топлива.
Управление такого котла может осуществляться оператором по режимной карте в дистанционном режиме со щита, на котором выведены следующие органы регулирования:
- Кроме того, в щите управления имеются органы управления дымососом и вентилятором, а также необходимые контрольно-измерительные приборы и средства автоматики безопасности.
- При необходимости котел может работать в автоматическом режиме при условии оснащения его комплектным устройством управления топочными процессами на базе программируемого логического контроллера.
- Котел имеет хорошие маневренные характеристики. Пуск осуществляется за несколько минут с розжигом от обыкновенных растопочных дров, загружаемых на решетку через боковой лаз. Нормальный и аварийный останов котла осуществляется почти мгновенно с возможностью легкого удаления горящего угля обычной шуровкой через задний люк котла.
Примером котла с данной конструктивной схемой является котлоагрегат «Гефест 1,8-95Шп» производства ООО “Кустинский литейно-машиностроительный завод”, г. Куса, Челябинская область.
Котел имеет горизонтальную компоновку, топочная камера котла (за исключением пода) полностью экранирована панелями, сваренными из труб диаметром 51x2,5 с шагом 80 мм и проставок (плавников) шириной 35 мм.
Панели обеспечивают газоплотность котла. В котле предусмотрена система сопел вторичного дутья, обеспечивающая более полное выгорание топлива и как следствие уменьшение расхода топлива и увеличение КПД. Воздух под колосниковую решетку и на вторичное дутье подается от одного вентилятора. В КП предусмотрено место для установки генератора ударных волн (ГУВ) способного проводить очистку от наружных отложений в процессе работы котла. Зольный бункер, находящийся в нижней части КП имеет лаз для очистки от зольных отложений и осмотра труб конвективного пучка. Обшивка котла выполнена из оцинкованной стали толщиной 0,8 мм. Теплоизоляция выполнена толщиной 50-70 мм из минеральных матов.
Топочное устройство укомплектовано водоохлаждаемой шурующей планкой, что обеспечивает перемещение угля при прямом ходе планки подрезание шлака при обратном ходе. Топка эффективно работает только на высококалорийном малозольном сортированном (гранулированном) угле. При использовании низкокалорийного высокозольного влажного каменного и бурого угля с фракционным составом от угольной мелочи 1-2мм до 40-50мм происходит зашлаковывание неподвижной колосниковой решетки, снижение эффективности горения. В результате из-за механического недожога к.п.д. не превышает 60%.
Котел имеет горизонтальную компоновку, топочная камера котла (за исключением пода) полностью экранирована панелями, сваренными из труб диаметром 51x2,5 с шагом 80 мм и проставок (плавников) шириной 35 мм.
Панели обеспечивают газоплотность котла. В котле предусмотрена система сопел вторичного дутья, обеспечивающая более полное выгорание топлива и как следствие уменьшение расхода топлива и увеличение КПД. Воздух под колосниковую решетку и на вторичное дутье подается от одного вентилятора. В КП предусмотрено место для установки генератора ударных волн (ГУВ) способного проводить очистку от наружных отложений в процессе работы котла. Зольный бункер, находящийся в нижней части КП имеет лаз для очистки от зольных отложений и осмотра труб конвективного пучка. Обшивка котла выполнена из оцинкованной стали толщиной 0,8 мм. Теплоизоляция выполнена толщиной 50-70 мм из минеральных матов.
Топочное устройство укомплектовано водоохлаждаемой шурующей планкой, что обеспечивает перемещение угля при прямом ходе планки подрезание шлака при обратном ходе. Топка эффективно работает только на высококалорийном малозольном сортированном (гранулированном) угле. При использовании низкокалорийного высокозольного влажного каменного и бурого угля с фракционным составом от угольной мелочи 1-2мм до 40-50мм происходит зашлаковывание неподвижной колосниковой решетки, снижение эффективности горения. В результате из-за механического недожога к.п.д. не превышает 60%.
Примером котла с данной конструктивной схемой является котлоагрегат «КВ-Р-2,0-95(ТЛО) производства ООО “Кустинский литейно-машиностроительный завод”, г. Куса, Челябинская область.
Котел водогрейный предназначен для получения горячей воды в системах централизованного отопления, горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения, а также для технологических целей при слоевом сжигании твердого топлива. Топка работает по принципу непрерывного заброса топлива на горящий слой, что в сочетании с медленным обратным движением цепной ленточной решетки обеспечивает нижнее зажигание по всей площади колосникового полотна и стабильное горение. Особенностью топки является совмещение механического, как основного, и пневматического заброса топлива, позволяющего оптимизировать горение пылевых фракций в топочном объеме.
Технические характеристики:
Топка эффективно работает только на высококалорийном малозольном сортированном (гранулированном) угле. При использовании низкокалорийного высокозольного влажного каменного и бурого угля с фракционным составом от угольной мелочи 1-2мм до 40-50мм происходит зашлаковывание подвижной колосниковой решетки, снижение эффективности горения, а, также, увеличиваются потери с провалом. В результате из-за механического недожога к.п.д. не превышает 60%.
Существенными недостатками конструкции является относительно невысокая надежность двух узлов:
Котел водогрейный предназначен для получения горячей воды в системах централизованного отопления, горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения, а также для технологических целей при слоевом сжигании твердого топлива. Топка работает по принципу непрерывного заброса топлива на горящий слой, что в сочетании с медленным обратным движением цепной ленточной решетки обеспечивает нижнее зажигание по всей площади колосникового полотна и стабильное горение. Особенностью топки является совмещение механического, как основного, и пневматического заброса топлива, позволяющего оптимизировать горение пылевых фракций в топочном объеме.
Технические характеристики:
- Теплопроизводительность, МВт(Гкал/час) - 2,0(1,72)
- Топливо - Каменные и бурые угли
- КПД, %, не более – 60 на несортированных низкосортных влажных каменных и бурых углях
- Габаритные размеры (без золоуловителя, вентилятора и дымососа), мм
- длина - 4560
- ширина - 2440
- высота - 3330
- Масса (без золоуловителя, дымососа и вентилятора), кг – 10500.
Топка эффективно работает только на высококалорийном малозольном сортированном (гранулированном) угле. При использовании низкокалорийного высокозольного влажного каменного и бурого угля с фракционным составом от угольной мелочи 1-2мм до 40-50мм происходит зашлаковывание подвижной колосниковой решетки, снижение эффективности горения, а, также, увеличиваются потери с провалом. В результате из-за механического недожога к.п.д. не превышает 60%.
Существенными недостатками конструкции является относительно невысокая надежность двух узлов:
- пневмомеханический забрасыватель, работающий в сложных условиях ударно-вибрационных нагрузок;
- широкая подвижная ленточная колосниковая решетка, работает в сложных условиях высоких температур до 1400 °C и неравномерным прогревом по ширине полотна; это приводит к прогару колосников, к перекосу и заклиниванию.
