Разработка новых схем циркуляции воды для металлических секционных котлов

К.т.н. Р.К. Орумбаев, заведующий лабораторией котельных агрегатов, ОАО «КазНИИ энергетики им. академика Ш.Ч. Чокина», г. Алматы

Журнальчик «Анонсы теплоснабжения» № 9, (25), сентябрь 2002, С. 36 – 38, www.ntsn.ru

(По материалам «Энергетика и топливные ресурсы Казахстана», № 7, 2002)

Последние 10 лет в Республике Казахстан отмечается значимый рост автономных систем теплоснабжения в главном забугорного производства на водянистом горючем. Финансовая необходимость широкого распространения таких систем безосновательна. До 1990 г. на каждый областной центр в Республике Казахстан в среднем приходилось более 60 котельных, работающих в главном на жестком горючем, в Алматы – более 230, в Семипалатинске более – 190 и т. д. К примеру, исключительно в г. Алматы по сей день находятся в эксплуатации: «Универсалов» – 49, “Энергия» – 50, «Тула» – 17, HP – 18 – 10, т.е. 126 устаревших конструкций отопительных котлов, работающих в главном на природном газе.

Имея маленький КПД (не считая забугорных образцов узнаваемых компаний), конструкции большинства металлических секционных отопительных котлов требуют значимых издержек при монтаже и производстве ремонтных работ по подмене вышедших из строя секций. Чугунные секции отопительных котлов (Наша родина) имеют определенные ограничения по теплонапряжению поверхностей нагрева и температурным колебаниям по условиям остывания металлических стен. Температура поверхности водяного канала в водогрейном котле при номинальной термический производительности не должна превосходить температуру кипения более чем на 25 °К (25 °С). При всем этом наибольшая температура поверхности нагрева при номинальной термический производительности не должна быть выше 523 °К (250 °С). Ограничиваются и способности оребрения металлических секций. В оребренной поверхности нагрева разность температуры верхушки ребра и примыкающего водяного канала не должна быть более 70 °К (70 °С) (ГОСТ 10617–83).

Разработка новых схем циркуляции воды для металлических секционных котлов

При работе котлов по открытой схеме ГВС и вероятных колебаниях давления воды до 0,07 — 0,1 МПа в системе, к примеру в котельных агрегатах «Братск-1 Г», выходит из строя штампованная железная панель топочного экрана. Ввиду того, что наибольшее удельное тепловосприятие радиационных поверхностей нагрева стольного предтопка добивается порядка (220–300) ‘ 103 ккал/(м2 ‘ ч), а скорость воды в угловых зонах штампованных железных панелей маленькая, это приводит к тому, что в угловых зонах примыкания обратных листов температура стены канала резко растет. Маленькая скорость воды в угловых зонах при низком ее давлении содействует насыщенному парообразованию и выходу из строя железных панелей топки котла.

Интенсификация термообмена в современных металлических секционных котлах достигается методом ускорения газов и теплонапряжения поверхности нагрева, это приводит к повышению температуры металла секций. В связи с этим растут требования к схемам циркуляции воды в пакетах металлических секций. Более всераспространена параллельная схема движения воды по секциям пакета, при которой имеет место большая неравномерность рассредотачивания по ним потока воды. Для ускорения воды в НИИ сантехники (г. Москва) предложили поочередную схему [1] с внедрением шайб на стяжных болтах. Эта схема существует по сей день. Не один раз предлагались разные устройства по обеспечению надежного остывания стен водяных каналов металлических секций. Но такие схемы циркуляции металлических секций колонкового типа и секций новых конструктивных форм и схем современных западных котлостроительных компаний, когда одна часть секции принимает тепло излучением из топки, а другая часть работает как активная конвективная поверхность, оказались неприемлемыми.

Разработка новых схем циркуляции воды для металлических секционных котлов

В связи с этим была разработана и реализована новенькая схема циркуляции воды, которая предугадывала дифференцирование по направлению ее движения по отдельным частям в каждой секции либо по частям нескольких секций в пакете. Новенькая схема циркуляции предугадывает гидродинамическую устойчивость и надежное остывание стен каналов зависимо от направления движения воды и теплонапряженного участка секции либо пакета секций в целом. Внедрение модернизированных схем циркуляции и расчетов [3] позволяет улучшить температуру стены водяных каналов металлических секций методом выбора таковой скорости воды, которая соответствует теплонапряжению каждой части секции и стопроцентно исключает локальное вскипание воды.

Поверхность нагрева водогрейного котла содержит многоканальные секции (рис. 1), поочередно соединенные меж собой отверстиями ниппельных головок, снабженных направляющими перегородками, которые образуют в их полости соответственно радиационные 1 и конвективные 2 отсеки. Любой из пакетов секций содержит по два перфорированных коллектора, верхний 3 и нижний 4, устанавливаемые в отверстиях ниппельных головок. При всем этом снутри перфорированных коллекторов располагаются профилированные перегородки 5 и 6 таким макаром, чтоб отверстия в коллекторах совпадали и размещались напротив радиационных 1 и конвективных 2 отсеков каждой секции. При этом размеры и форма верхних 5 и нижних 6 перегородок меняются. В полости каждой ниппельной головки устанавливались разделительные ребра 4, которые устраняли утечку воды из конвективной части в радиационную.

Зависимо от теплопроизводительности котла предусматриваются разные варианты выполнения съемных перфорированных коллекторов с направляющими перегородками, которые могут обеспечить фактически всякую схему циркуляции воды.

В истинной статье рассматриваются три вероятные схемы движения воды, учитывающие различное тепловосприятие радиационной и конвективной частей каждой секции котла.

На рис. 2 приведена схема движения воды по двум смежным секциям с перепуском в верхней и нижней ниппельной камере на две следующие секции. Вода из нижнего коллектора 3 поступает в первую секций и радиационную часть 2-ой секции (рис. 2 — II), по этим элементам вода подымается в верхний коллектор 3, в каком при помощи перегородки 6 верхнего коллектора перепускается в конвективную часть 2-ой секции и конвективную часть третьей секции. Дальше по двум конвективным частям 2-ой и третьей секции вода опускается в нижний коллектор (рис. 2 — II). В нижнем перфорированном коллекторе вода перепускается при помощи перегородок 5 в радиационные части третьей и четвертой секций котла. В итоге по более теплонапряженным радиационным частям всех секции пакета вода делает восходящее движение с большей скоростью, это положительно сказывается на гидродинамической стойкости циркуляции и надежности котла в целом. Конструкции съемных перфорированных коллекторов с перегородками 5 и 6 могут комбинироваться фактически с хоть каким числом параллельного движения частей секций в согласовании со схемой по рис. 2.

Разработка новых схем циркуляции воды для металлических секционных котлов

На рис. 3 приведена схема движения воды, проходящей поочередно каждую часть следующей секции. При этом перепуск воды из радиационной части одной секции в конвективную часть последующей секции делается в верхнем коллекторе. Эта схема циркуляции воды предпочтительна в водогрейных котлах, работающих со слоевыми топками на жестком горючем. В данном случае теплонапряжение в нижней части пакета секций существенно больше, чем в верхней, и условия надежного остывания нижней части секций более жесткие. Вода поступает в нижний коллектор 3 (рис. 3 — II) и по всей секции подымается в верхний коллектор 4 (рис. 3 — I). В верхнем коллекторе при помощи верхней профилированной перегородки 6 поток воды направляется в конвективную часть 2-ой секции и по конвективной части движется вниз. Нижняя часть пакета секций по условиям эксплуатации находится в теплонапряженной части топки и потому в этой части секции перегородками 5 (рис. 3 — II) обеспечивается надежное остывание водой нижних угловых зон каждой секции. Происходит плавный переток воды из конвективной части в радиационную, при этом максимум профиля скорости воды всегда двигается к стене нижней радиационной части секции [4] до начала подъемного движения воды по радиационной части. По радиационной части 2-ой секции вода подымается в верхний коллектор 3 (рис. 3 — I) и при помощи профилированной перегородки 6 поток воды перепускается в конвективную часть третьей секции и т.д. Зависимо от мощности котла и его многофункционального предназначения схема, приведенная на рис. 3, может исполняться по двум параллельным частям 2-ух секций либо по хоть какому произвольному числу частей секций. При всем этом массовая скорость воды в радиационной части секций, рассчитываемая в согласовании с коэффициентом теплопотери а2, обеспечивает такую температуру стены /5/ водяного канала металлической секции, которая всегда превосходит температуру парообразования в согласовании с ГОСТом 10617–83.

Не считая рассмотренных колонковых секций, предлагаемая схема после модификации может быть реализована в металлических секциях котлов типа «Факел», «Рапидо» и др.

В текущее время на выпускаемых в Рф металлических секционных водогрейных котлах серии «Контур» с секциями колонкового типа реализована схема циркуляции воды, которая принципно не отличается от рассмотренных в истинной статье.

Выводы

Разработана серия высокоэкономичных и маневренных металлических водогрейных котлов завышенной надежности и маневренности. Выполнен комплекс расчетов для металлических водогрейных котлов теплопроизводительностью от 100 кВт до 2320 кВт с колонковыми секциями, пакеты которых инсталлируются на железные мембранные трубные панели, образующие топочный объем. Для соответственной (ГОСТ 10617–83) теплопроизводительности котла разработаны рабочие чертежи съемных перфорированных коллекторов с профилированными перегородками. В первый раз предлагаемая схема циркуляции была использована и проработала более 4 отопительных сезонов в одной из котельных сегодняшнего Казахтелекома в 1989 г. и в колхозе им. Калинина (Алматинская область).

Литература:

1. А. С. № 225408 СССР, Отопительный котел // Марголин М.А., Мозгов B.C., Борщов Д.Я. Опубл. В Б.И. № 27, 1968.

2. Локшин В.А., Сараф Б.А. Температурный режим водогрейных котлов. Теплоэнергетика, 1980, № 10, с.63 – 65.

З. А. С. № 1573315 СССР, Поверхность нагрева водогрейного котла // Орумбаев Р.К., Филиппов В.Ф., Вырва Н.Т. и др. Опубл. В Б.И. № 23, 23.06.1990.

4. А.Роддатис К.Ф., Кивинзон Л.М. К расчету стойкости гидродинамических черт вертикальных панелей прямоточных котлов. Теплоэнергетика, № 1, 1963.

5. Термический расчет котельных агрегатов. Нормативный способ. Ред. Кузнецов Н.В. и др. Москва, 1973, с. 295.

Рис.1. Поперечное сечение колонковой металлической секции. 1 – радиационная часть секции; 2 – конвективная часть; 3 – верхний перфорированный коллектор с направляющими перегородками; 4 – нижний перфорированный коллектор; 5 – направляющие перегородки нижнего коллектора; 6 — направляющие перегородки верхнего коллектора; 7 – перегородки снутри секций.

Рис. 2.Схема движения воды по двум частям примыкающих секций. I — А — А – поперечное сечение верхней ниппельной камеры; II — Б — Б — поперечное сечение нижней ниппельной камеры металлических секций.

Рис. 3. Схема движения воды последова­тельно по каждой части секции. I — А — А – поперечное сечение верхней ниппельной камеры; II — Б — Б – поперечное сечение нижней ниппельной камеры металлических секций.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

recuperatio.ru