Описание котлоагрегата, характеристика оборудования

Пиковый теплофикационный водогрейный котел типа ПТВМ-100 тепловой производительностью 100 Гкал/час, рабочее давление от 10 до 16 ата, предназначен для покрытия тепловых теплофикационных нагрузок ТЭЦ.

(В случае необходимости, пиковый котел может быть использован в качестве основного источника тепла)

Котел башенный, всас трубный, радиационного типа, прямоточный с принудительной циркуляцией. (циркуляционными насосами служат сетевые насосы) Тип насоса 18-СД-13.

Изменение теплопроизводительности котла осуществляется изменением количества работающих горелок, при постоянном расходе сетевой воды, в зависимости от расхода воды котел может работать по 2-х ходовой, либо по 4-х ходовой схеме.

Переключение котла с двухходовой схемы на 4-ходовую осуществляется путем установок заглушек на линиях соединяющих котел с прямой и обратной магистралями.

Описание двухходовой схемы (пиковый режим)

Пиковые теплофикационные водогрейные котлы ПТВМ-100 ТЭЦ в настоящее время работают по 2-х ходовой схеме, при этом вода по циркуляционному контуру проходит следующим образом:

Вода, подогретая в основных бойлерах турбин, по трубопроводу  600 через входную задвижку № 1640 поступает к котлу от трубопровода  600, двумя магистралями  400 вода подводится во входные камеры котла, на которых по двум трубопроводам  250 направляется в нижние коллектора боковых экранов.

Из нижних коллекторов боковых экранов по экранным трубам вода поднимается в верхний кольцевой коллектор, который посредине боковых экранов разделен глухими перегородками.

По кольцевому коллектору вода подается в коллекторы конвективной секции, проходит через них в верхние коллекторы фронтового и заднего экранов, и оттуда по экранным трубам поступает в нижние коллектора. Из нижних коллекторов по 4-м трубопроводам 250 вода поступает в выходные камеры котла, а из них 2-мя трубопроводами400, соединяющихся далее в один трубопровод600, через выходные задвижки № 1641 направляется в теплосеть.

Температура воды

а) при пиковом режиме (2-х ходовая схема) - Т­ вх = 104 0 С

Т вых = 150 0 С

б) при основном режиме (4х-ходовая схема) - Т­ вх = 70 0 С

Т вых = 150 0 С

Расход воды

а) при пиковом режиме D макс – 2140т/час, D мин – 1650 т/час;

б) при основном режиме D макс – 1235 т/час, D мин – 800т/час.

Гидравлическое сопротивление котла

а) при пиковом режиме – 0,96 ата

б) при основном режиме – 2,15 ата

При работе котла в пиковом режиме вода проходит вначале через основные бойлера турбинного цеха, где подогревается до 104 0 С и после их направляется в пиковый водогрейный котел, где догревается до более высоких температур (но не свыше 150 0 С).

При работе котла в основном режиме (4-х ходовая схема) обратная сетевая вода, минуя основные бойлера, направляется сразу в водогрейный котел, где и подогревается от температуры 70 0 С до необходимой, но не свыше 150 0 С.

При работе на газе минимальная тепловая нагрузка допускается не ниже 25 Гкал/час (в работе 4 газовые горелки).

Котел работает на естественной тяге, создаваемой дымовой трубой высотой 120 м.

Котел оборудован 16-ю газомазутными горелками и 16-ю дутьевыми вентиляторами типа «ЭВР-6».

Схема расположения горелок

1 3 5 7 9 11 13 15

2 4 6 8 10 12 14 16

Горелки: 1,2,3,4,13,14,15,16 - дистанционные;

7,8,9,10 – автоматизированные;

5,6,11,12 – растопочные;

Для каждой растопочной горелки устанавливается:

А) на мазутопровод – задвижка с электроприводом;

Б) на воздухопроводе – шибер с электрическим исполнительным механизмом, ручной шибер.

Для остальных горелок устанавливаются:

А) на мазутопроводе – задвижка с электроприводом;

Б) на газе и воздухопроводах – кран и шибер, сочлененные между собой механически с общим электроприводом.

В данной статье представлен анализ работ, проведенных в Казахстане, по повышению эффективности и надежности башенных водогрейных котлов ПТВМ-100

Показано, что проведенная на ТЭЦ и котельных реконструкция котлов ПТВМ-100 направлена в большей степени на повышение надежности и сохранение длительной теплопроизводительности, при этом эффективность работы котлов осталась практически на прежнем уровне. Конструктивные изменения котельного агрегата, предложенные авторами, наряду с повышением надежности работы котла и его тепловой производительности, позволяют поднять его КПД до уровня 93 %.

Длительный опыт эксплуатации водогрейных котлов ПТВМ-100 башенной компоновки показал наличие серьезных конструктивных недостатков, которые привели к снижению нагрузок, надежности и экономичности их работы. В свою очередь это привело к увеличению ремонтных и эксплуатационных затрат, а также необоснованному увеличению вредных выбросов и снижению экологических показателей.

Основные конструктивные недостатки водогрейного котла ПТВМ-100, отмеченные эксплуатирующими, наладочными и научно-исследовательскими организациями теплоэнергетического профиля (СКБ ВТИ, ЦКБЭ (г.Москва), КТЭ (Казтехэнерго, г.Алматы), КазНИИЭнергетики (г.Алматы), НПФ «Квазар» и др.), акцентировались на следующих моментах:

• малый объем и высота топки с высокими удельными тепловыми напряжениями объема топки (479086 ккал/м3) , конвективных поверхностей нагрева первых двух рядов труб (3,04×106 ккал/м2) ;
• небольшие расстояния (относительный поперечный шаг труб) в местах U - образных изгибов конвективных труб, приводящие к заносу и частичному перекрытию газовых сечений частицами золы и сажи;
• малый диаметр труб конвективного пучка (28×3 мм), приводящий при недостаточном качестве сетевой воды к заносу внутренними отложениями до полного перекрытия поперечного сечения конвективных труб;
• низкие скорости газов во втором конвективном пакете, приводящие к забиванию пространства между трубами частицами золы и сажи;
• отсутствие аппаратов для обдувки и очистки конвективных пакетов;
• сжигание топлива в холодном воздухе.

Высокое сопротивление заводских горелок в сочетании с недостаточной производительностью индивидуальных вентиляторов, разбежками в производительности вентиляторов и расходных характеристик форсунок приводили к неудовлетворительному горению, ограничению расчетной производительности, как горелок, так и котла ПТВМ-100 в целом.

В течение всего периода эксплуатации водогрейных котлов ПТВМ-100 проектными, наладочными, конструкторскими организациями совместно с эксплуатационным персоналом котельных и ТЭЦ предпринимались серьезные попытки улучшить конструкцию котлов, достичь фактических показателей, приближенных к их проектным значениям.

Одним из первых мероприятий по реконструкции котла ПТВМ-100 (рисунок 1) по проекту СКБ ВТИ было увеличение объема топки на 30 м3 путем частичного уменьшения угла наклона скатов холодной воронки и переноса верхнего яруса горелок ниже основного (рисунок 2).

Рисунок 1 - Водогрейный котел ПТВМ-100 до реконструкции

В дополнение к названному проекту КТЭ предложил организовать ступенчатое сжигание (рисунок 2), в котором крайние горелки верхнего яруса убирались.

Воздух от вентиляторов этих горелок объединенным коробом выводился выше основных горелок и из этого короба соплами под углом 10° вниз относительно горизонтальной оси вводился над основными горелками в топочный объем. Оси оставшихся основных горелок наклонялись вниз на 15°, крайние горелки основного яруса дополнительно были развернуты к центру топки на 15°, а две горелки верхнего яруса были перенесены под основной ярус горелок .

Рисунок 2 - Водогрейный котел ПТВМ-100, реконструированный по проектам СКБ ВТИ (топка) и КТЭ (ступенчатое сжигание)

Конструктивно горелки подверглись реконструкции: увеличивалось проходное сечение по воздуху, были применены закручивающие лопатки с безударным входом, в результате производительность горелок увеличилась на 20-30 % относительно первоначальной заводской конструкции. Такая схема реконструкции первоначально была произведена на котлах №3, 4, 7 (АО «АлЭС») .

Предварительное опробование результатов реконструкции показало рост тепловой мощности и увеличение межобмывочного периода, снижение выбросов окислов азота на 21%. Поэтому ступенчатое сжигание было предложено распространить на котлы Западного Теплового Комплекса ЗТК (г.Алматы) .

Одним из вариантов реконструкции была замена 16 газомазутных горелок с индивидуальными вентиляторами шестью двухпоточными по воздуху вихревыми горелками, установленными на отметке 6450 мм на всех стенах топки под разными углами с организацией вихревого горения в центре топки со средним углом наклона горелок вниз на - 20°. Для распыливания мазута были применены паро-механические форсунки «Титан». Испытания показали ряд недостатков в работе реконструированного котла ПТВМ-100, и, учитывая большой объем работ при указанной реконструкции и недостаточный эффект, эта реконструкция на другие котлы не распространялась.

В дополнение к объему работ по реконструкции СКБ ВТИ, на котле №3 Алматинской ТЭЦ-1 была выполнена реконструкция конвективного пакета труб с переходом на прямые трубы диаметром Ø32×3 мм вместо труб диаметром Ø 28×3 мм U - образной формы по проекту НПФ «Квазар» .

В Республике Казахстан в эксплуатации находится 44 водогрейных котла ПТВМ-100. Увеличение тепловой производительности и КПД водогрейных котлов ПТВМ-100 до 93,5-94% от реальных эксплуатационных 86,8% , при грамотной модернизации, в расчете за время работы в 3600 часов в 1 год даст экономию 124645 тонн мазута .

Авторы работы провели подробный расчетный анализ всех выполненных мероприятий по реконструкции водогрейных котлов ПТВМ- 100 по Республике Казахстан, основанный на сравнении результатов тепловых расчетов и результатов тепловых испытаний указанных котлов между собой и с базовым заводским вариантом котла ПТВМ-100 без проведения реконструкции.

Анализ результатов реконструкции водогрейных котлов ПТВМ-100 показал, что технико-экономические показатели реконструированных котлов и не реконструированных практически не меняются. Для ряда реконструированных котлов удалось поднять расчетный КПД только до 90,5%, у некоторых произошло даже снижение эффективности за счет сокращения конвективной части.

В результате проведенных реконструкций температура газов на выходе из топки практически не изменилась. Исключением явились варианты реконструкции водогрейного котла ПТВМ-100 с отсутствующими сбросными горелками и низкотемпературным вихревым сжиганием мазута.

В середине 90-х была предпринята попытка установить вместо 16-ти горелок восемь вихревых предтопков по Патенту РК № 2318 «Циклонная топочная камера» , и по Патенту РК №21479 «Водогрейный котел» . Первый вариант был реализован на ТЭЦ-1 в г. Астана на водогрейном котле ПТВМ-100. Основной идеей авторов этой реконструкции была организация предварительной термической подготовки распыленного мазута с регулируемыми избытками воздуха в вихревой камере. Это позволяло регулировать термическую подготовку распыленного мазута вне топочного объема, в зависимости от качества топочного мазута и режимов работы котла. Однако номинальной тепловой производительности и в этом варианте не удалось достичь. Следует учесть и достаточно серьезный объем работ по реконструкции топочных экранов и схем установки восьми вихревых камер с подбором дутьевых вентиляторов.

Поэтому в целом выполненные на котлах ПТВМ-100 мероприятия были направлены, прежде всего, на повышение надежности отдельных узлов, включавших схемы циркуляции котла, работы конвективных пакетов труб, топки котла и горелок, чем на повышение и достижение номинальных паспортных значений нагрузок. Расчетные экономические показатели работы реконструированных котлов остались на уровне заводских. Отдельные недостатки остались и после проведения реконструкции.

Наиболее близко к решению задачи повышения эффективности работы котлов и доведения до номинальной величины тепловой производительности водогрейного котла башенной конструкции ПТВМ-100 подошли специалисты ОАО «Дорогобужкотломаш» (РФ), конструктивно изменившие схему циркуляции и конструкцию топочных экранов.

Начавшийся выпуск на ОАО «Дорогобужкотломаш» новых башенных водогрейных котлов КВ-ГМ-69,8-150 (ПТВМ-60 Э) и КВ-ГМ-139,6-150 (ПТВМ-120 Э) с одним двусветным экраном и разведенными далее по бокам от центра наклонными трубами в верхней части топки перед конвективным пакетом, позволили решить только часть проблемы .

В заводском решении ОАО «Дорогобужкотломаш» отношение радиационной поверхности Нр к конвективной составило только Нр/Нкон = 10,8%. Тепловые расчеты башенных пиковых котлов ПТВМ-100 при работе на мазуте, проведенные авторами, показывают, что величина радиационной поверхности Нр все еще недостаточна. Поэтому количество тепла не воспринятое в топке направляется на первый конвективный пакет труб и далее. Наклонные и разряженные (трехрядные) трубы двусветного экрана, расположенные в 4 м от верхнего яруса горелок недостаточно экранируют и защищают первый конвективный пакет труб водогрейного котла КВ-ГМ-139,6- 150 (рисунок 3).

Авторами настоящей работы было предложено принципиально отличающееся от всех предыдущих работ по модернизации старых котлов ПТВМ-100 конструктивное решение по использованию двух двусветных экранов. При этом, величина радиационной поверхности нагрева в топочном пространстве доведена авторами до нормативных значений Нр/Нполн = 15,7% , как у П-образных серийных котлов.

Новое конструктивное решение обеспечивает полную тепловую защиту первого конвективного пакета труб от прямого лучистого воздействия факела из короткой топки котла холодными разряженными трубами. Второй конвективный пакет труб с переменным поперечным сечением в каждом последующем продольном ряду труб сохраняет высокий уровень скорости газового потока и соответственно коэффициент теплоотдачи. Такое конструктивное решение позволяет переводить водогрейные башенные котлы из разряда пиковых в водогрейные котлы, которые могут нести базовую (основную) нагрузку с высокими технико-экономическими показателями.

Рисунок 3 - Водогрейный котел КВ-ГМ-139,6-150 ОАО «Дорогобужкотломаш»

Реконструкция заключается в том, что в ячейке старого котла ПТВМ- 100, установлены внутри топки два двусветных экрана и холодный разряженный пучок труб перед первым конвективным пакетом (рисунок 4).

Рисунок 4 - Водогрейный котел ПТВМ-125 по проекту АУЭС

Это позволит достигнуть тепловой мощности в 1,25 раза превосходящей 116 МВт. При этом КПД водогрейного котла увеличится с 86,5-88,5 до 93,5%. Радиационная поверхность нагрева топки модернизированного котла будет увеличена на 246 м2 Отношение радиационной поверхности по отношению к конвективной поверхности будет увеличено до 15,8%, тогда как у старых котлов ПТВМ-100 оно составляло всего 7,5%. Это и являлось основным недостатком старых водогрейных котлов ПТВМ-100. Дополнительная радиационная поверхность в 246 м2 принимает большее количество тепла в пределах топки, а разряженные холодные трубы полностью экранируют и защищают собой первые ряды труб конвективных пакетов. Новые конвективные пакеты работают в более благоприятных тепловых условиях как и в водогрейных котлах П - образной компоновки, не «видя» факела. При этом значительно понижается температура уходящих газов, даже при некотором снижении конвективных поверхностей нагрева.

Выводы:

1. Для старых водогрейных котлов башенного типа ПТВМ-100 предложена схема реконструкции с применением двух двусветных экранов и холодных разреженных труб, расположенных перед первым конвективным пакетом.
2. Второй конвективный пакет труб выполнен с переменным поперечным сечением, уменьшающимся по ходу газов и сохраняющим высокий уровень скорости газов и коэффициента теплоотдачи.
3. Предложенная реконструкция позволит увеличить теплопроизводительность водогрейного котла, повысить надежность работы конвективных пакетов котла, поднять его КПД до 93 %.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности / Под. Ред. К. Ф. Роддатиса. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 488 с.
2. Отчет. НПФ «Квазар». Анализ реконструктивных мероприятий на котлах ПТВМ-100 и ПТВМ-50. Департамент энергосбережения по г. Алматы. 1999. - 87 с.
3. Орумбаев Р.К. Автореферат диссертации д.т.н. «Исследование, разработка и организация серийного производства водогрейных котлов нового поколения». Алматы, 2002. - 53 с.
4. Кожахметов Д.Б. Патент РК №2318, «Циклонная топочная камера». Бюл. №6, 15.06.1999.
5. Орумбаев Р.К., Орумбаева Ш.Р. и др. Патент РК №21479, «Водогрейный котел». Бюл.№11, 15.11.2011.
6. Каталог Котлы водогрейные мощностью от 11,63 до 209 МВт. Дорогобужкотломаш. Том.2. Издание 4. 2007. С. 79.
7. Орумбаев Р.К., Кибарин А.А., Орумбаева Ш.Р., Орумбаев А.Р. Инновационный патент «Водогрейный котел». Бюл. №7, 15.07.2015.

Журавов А.А.- Генеральный директор МГП «Мостеплоэнерго»

В последние годы развитие теплоснабжения г. Москвы происходит, в основном, за счет строительства новых районных тепловых станций и реконструкции действующих РТС МГП «Мостеплоэнерго». При этом, в связи с ростом жилищного строительства и увеличения теплопотребления в городе, наиболее остро встала задача увеличения единичной тепловой мощности водогрейных котлов.

Принятая в середине 90-х годов ориентация на установку котлов КВГМ-100 не оправдала себя прежде всего из-за их низкой ремонтопригодности, большой энергоемкости и трудностей с достижением проектной мощности после их наладки.

В начале 1996 года МГП «Мостеплоэнерго» совместно с котельным заводом «Дорогобужкотломаш» разработали проект и выполнили реконструкцию водонагревательного котла ПТВМ-100 РТС «Коломенская», которая заключалась в изменении конфигурации топки, снижении на 1400 мм верхнего и нижнего яруса горелочных устройств, увеличении мощности индивидуальных вентиляторов, установке дымовой трубы высотой 69 метров, заключенной в трубный каркас. Новый котел целиком вписывался в существующую котельную ячейку котла ПТВМ-100, что позволило максимально использовать каркасные конструкции, а увеличение объема топки позволило сохранить прежние значения температурных напряжений при общем росте тепловой мощности котла на 20Гкал/час. В марте 1997 года новый котел ПТВМ-120 был принят междуведомственной комиссией для промышленного производства.

В следующем году была проведена реконструкция котлаПТВМ-50 РТС«Чертаново», которая заключалась в увеличении высоты дымовой трубы до70 метров, увеличении высоты топочной камеры, увеличении конвективной поверхности нагрева котла и монтаже новой конструкции в существующих старых котельных габаритах.

При пусконаладочных испытаниях котла ПТВМ-60 РТС «Чертаново» достигнута тепловая мощность - 63 Гкал/час (73,2 МВт/ч), т.е. прирост, как и у котла ПТВМ-120, составил -20%. Кроме отмеченного выше, внедрение новых котлов позволяет:

• существенно снизить приземные концентрации вредных выбросов в атмосферу (более высокая дымовая труба);
• снизить, в среднем, выбросыNOx на 20 мг/м 3 ;
• получить максимальный КПД при работе на газе - 93%;
• снизить, за счет реконструкции, теплонапряженность топки;
• продолжить модернизацию оборудования в условиях недостатка финансовых средств.

На 01.01.2001 года в МГП «Мостеплоэнерго» будет эксплуатироваться 32 единицы реконструированных котлов ПТВМ-120 и ПТВМ-60. Учитывая положительный опыт работы этих котлов МГП «Мостеплоэнерго» при поддержке Управления топливно-энергетического хозяйства г. Москвы, при строительстве новых РТС, ориентируется сегодня исключительно на их установку.

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР

ГЛАВНОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ

ТИПОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА ПТВМ-100
ПРИ СЖИГАНИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

ТХ 34-70-014-85

Москва

СОСТАВЛЕНО предприятием «Уралтехэнерго» Производственного объединения по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей «Союзтехэнерго»

ИСПОЛНИТЕЛИ Н.Ф. ОВСЯННИКОВ, В.Д. СОЛОМОНОВ

УТВЕРЖДЕНО Главным техническим управлением по эксплуатации энергосистем 17.07.85 г.

Заместитель начальника Д.Я. ШАМАРАКОВ

Типовая энергетическая характеристика котла ПТВМ-100 составлена на основании результатов испытаний и фактических показателей работы котлов, на которых не внедрялись реконструктивные мероприятия по повышению надежности и экономичности, и отражает технически достижимую экономичность котла.

Типовая энергетическая характеристика может служить основой для составления нормативных характеристик котлов ПТВМ-100 при сжигании природного газа.

Условия построения характеристики

2 . ТИПОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОТЛА ПТВМ-100

2.1 . При составлении характеристики использовались материалы испытаний, проведенных в разное время Уралтехэнерго, Южтехэнерго, МГП Союзтехэнерго, а также фактические показатели работы котлов ПТВМ-100 в 1983 - 1984 гг.

Характеристика соответствует руководящим документам и методическим указаниям по нормированию технико-экономических показателей котлов и отражает технически достижимую экономичность котла при нижеприведенных условиях, принятых за исходные.

2.2 . Исходные условия составления характеристики:

2.2.1 . Котел работает в основном режиме по четырехходовой схеме и в пиковом режиме по двухходовой схеме без предварительного подогрева воздуха.

2.2.2 . Котел работает на естественной тяге (без дымососа) на индивидуальную дымовую трубу.

2.2.3 . Топливо - природный газ. Низшая теплота сгорания МДж/м 3 (7950 ккал/м 3).

2.2.4 . Температура холодного воздуха (t х.в ) на входе в дутьевые вентиляторы 5 ° C .

2.2.5 . Температура сетевой воды (t вх ) на входе в котел:

В основном режиме 70 °C;

В пиковом режиме 104 °C.

2.2.6 . Общая площадь конвективных поверхностей нагрева равна проектной. Отглушенные змеевики отсутствуют.