Водогрейные котлы жаротрубного типа

Автор: Дмитрий Павловский [D_Pavlovsky]  

В. Котлер, к.т.н.

Водогрейные котлы в промышленных котельных и на ТЭЦ – это, как правило, крупные водотрубные котлы отечественного производства: КВГМ, ПТВМ (газомазутные), КВТС, КВТК (для твердого топлива при слоевом и факельном сжигании), КЕВ, ТВГ и др. Но в последние 10-20 лет все чаще в промышленных котельных устанавливаются водогрейные котлы жаротрубного типа, предлагаемые зарубежными и некоторыми российскими производителями.

Наблюдаемое изменение в казалось бы сугубо техническом вопросе в значительной степени связано с глобальной сменой политических и экономических ориентиров в России, начавшейся еще в 1991 г. Отечественным котлостроительным предприятиям в 90-х гг. было тяжело встраиваться в новые рыночные условия. Особенно трудно пришлось тем, кто был занят изготовлением крупных котельных установок. Конечно, потребность в водогрейных котлах оставалась достаточно высокой: износ устаревшего оборудования, а также расширение жилищного и промышленного строительства в конце ХХ и вначале XXI вв. требовали новых отопительных мощностей.

Расширение контактов с зарубежными коллегами показало, что в Европе и Северной Америке котлостроительные предприятия в огромном количестве выпускают не только водотрубные, но и жаротрубные котлы. Между тем, в России в ХХ веке многие стали уже забывать о таких котлах. Только Белгородский завод оставался единственным предприятием, на котором не прекращалось производство жаротрубно-дымогарных котлов АП и АПВ тепловой мощностью до 8 МВт (в основном они использовались для тепличных хозяйств).

Зарубежные производители еще в середине ХХ века сумели избавиться от основных недостатков жаротрубных котлов. Для жаровых труб перестали применять недостаточно надежный металл (ст. 3). Была усовершенствована технология приварки дымогарных труб (наиболее «продвинутые» фирмы снимают напряжение в металле, выдерживая котлы в термокамере). Пришлось увеличить расстояние от дымогарных труб до стенки котла. Научились подбирать модулируемые газомазутные горелки, которые позволяют при переменных нагрузках регулировать форму факела и не допускают касания стен жаровой трубы. И главное – усилили внимание к химводоочистке: в процессе эксплуатации стали использовать новые методы обработки воды (комплексонами, магнитной обработкой и др.).

Эти и другие мероприятия значительно повысили надежность и безопасность эксплуатации жаротрубных котлов, то есть исправили те недостатки, из-за которых они потеряли лидерство в соревновании с водотрубными котлами еще в конце XIX века.

В то же время, еще большее значение приобрели такие достоинства жаротрубных котлов, как компактность, газоплотность, доступность поверхностей нагрева для очистки. Камеры сгорания жаротрубных котлов работают обычно при избыточном давлении, поэтому установка дымососов на них не требуется.

Умеренные габариты и масса жаротрубных котлов обеспечивают их главное достоинство: такие котлы собираются полностью в заводских условиях и поставляются заказчикам в виде одного блока, что значительно упрощает транспортировку и монтаж котла на месте его эксплуатации. Конструкция жаротрубно-дымогарного котла – это, как правило, заполненный водой цилиндр, внутри которого установлена одна или две жаровые трубы. В переднем торце каждой жаровой трубы установлена наддувная (вентиляторная) горелка, рассчитанная на сжигание газообразного или жидкого топлива. Для улучшения рециркуляции в водяном объеме жаровую трубу обычно располагают в нижней части котла.

Для повышения эффективности использования топлива жаротрубные котлы выпускают двух- или трехходовыми. Это значит, что продукты сгорания у задней торцевой стенки делают поворот и возвращаются к фронтовой стенке. Здесь они попадают в кольцевую камеру, из которой по дымогарным трубкам снова направляются к задней стенке, отдавая тепло котловой воде. В дымогарные трубки устанавливают спиралеобразные завихрители из жаропрочной стали, чтобы повысить теплоотвод и снизить температуру уходящих газов. 

Пустующую нишу водогрейных котлов жаротрубного типа в 90-х гг. прошлого века начали активно заполнять ведущие западноевропейские производители. Компания Viessmann (Германия) наряду с другим оборудованием предложила водогрейные котлы как низкого, так и высокого давления. Серия VITOMAX 200-LW включала небольшие промышленные котлы тепловой мощностью от 2,3 МВт на давление 6 бар и более крупные – мощностью 6 МВт на давление 16 бар. Даже самый крупный из этой серии котел имел вполне удобные для транспорта габариты (2,72×2,4×5,85 м) и массу (12,1 т). Трехходовая конструкция газоходов котла при умеренном тепловом напряжении камеры сгорания обеспечивает низкую эмиссию токсичных оксидов азота NO_x при сжигании газа. В котле можно сжигать и тяжелые нефтяные фракции, но для этого потребуется установить специальные ротационные форсунки. Высокоэффективная теплоизоляция толщиной 100 мм и низкая температура уходящих газов обеспечивают экономичную работу котла: КПД при номинальной нагрузке составляет 92 %.

Итальянская фирма Ferroli вышла на российский рынок с промышленными водогрейными котлами жаротрубного типа средней и высокой мощности. Серия водогрейных котлов Prextherm 3G включает стальные трехходовые жаротрубные котлы мощностью от 1 до 10 МВт. Эти котлы выпускаются на давление от 5 до 10 бар и при сжигании газа имеют КПД до 92 %.

Очень скоро на российском рынке водогрейных котлов появились отечественные котлы жаротрубного типа, предлагаемые такими производителями как «Дорогобужкотломаш», «РЭМЭКС» и др. Правда, большинство изготовителей предлагало заказчикам собственно котлы и рекомендовало оснастить их зарубежными горелками известных производителей. Даже такая мощная компания, как ОАО Машиностроительный завод «ЗИО – Подольск», выпускающая жаротрубные водогрейные котлы под маркой ЗИОСАБ, сообщала, что «… котлы комплектуются глухими фланцами, а доработка фланца под конкретную горелку и его закрепление производится при монтаже».

Известный в России Монастырищенский завод котельного оборудования (входит в Промышленную Группу «Генерация») начал выпускать водогрейные котлы серии КСВа (заводская модель «ЭКО») мощностью до 3,15 МВт. Эти котлы комплектуются блочными автоматизированными горелками итальянской фирмы CIB Unigas, арматурой в пределах котла польских фирм Zetkama и Armak, а также микропроцессорной системой управления «Альфа-М», обеспечивающей регулирование нагрузки котла в зависимости от температуры наружного воздуха и защиту при нарушении заданного режима работы.

Даже самые крупные котлы этой серии имеют умеренные габариты и массу: водогрейный котел «ЭКО» - 3,15 (температурный график 60-115 °С) при давлении 6,0 бар и расходе воды 60 м³/ч имеет массу 6,3 т, ширину 2,3 м, высоту 2,59 м и длину 5,1 м.

На базе водогрейных котлов модели «ЭКО» Монастырищенский завод производит блочно-модульные котельные теплопроизводительностью от 0,25 до 12,6 МВт. Важным достоинством таких БМВКУ является возможность устанавливать их на легком основании непосредственно около потребителей тепла, в качестве автономного источника тепла или резервной котельной. Внутри металлического контейнера устанавливаются не только котлы, но еще и теплообменники, насосы, системы автоматики и водоподготовки. Самая крупная блочно-модульная установка теплопроизводительностью 12,6 МВт, включающая 4 котла КСВа-3,15 на природном газе, имеет вполне пригодные для транспортировки размеры: 9,2×19,2×3,45 м (Д×Ш×В).

http://www.aqua-therm.ru/