МОДЕРНИЗИРОВАННАЯ КОНВЕКТИВНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ НАГРЕВА ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛОВ

Для обеспечения потребностей бурного роста промышленного и жилищного строительства в 60-е годы в ВТИ совместно с Оргэнергостроем (г. Москва) была разработана серия водотрубных водогрейных котлов типа ПТВМ тепловой мощностью от 34,9 до 209,4 МВт (30…180 Гкал/ч). Они были спроектированы для сжигания природного газа и мазута. Несмотря на выявленные в первые же годы эксплуатации недостатки, эти котлы получили широкое распространение, так как экономические условия того времени позволяли мириться с их низкой эксплуатационной надежностью и экономичностью.

Разработанные позже аналогичные котлы типа КВГМ, устранив ряд выявленных недостатков, сохранили основной из них – конструкцию конвективной поверхности нагрева. В эту конструкцию была заложена идея малой загрязняемости поверхности нагрева за счет эффекта самообдувки, вызванной малым диаметром труб (28 мм) и их плотной компоновкой (зазоры в свету между трубами составляют всего лишь 4 мм). Эта идея получила к тому времени подтверждение в лабораторных условиях и на практике при сжигании в энергетических котлах твердого топлива, особенно дающего на трубах поверхностей нагрева сыпучие отложения. На рассматриваемые водогрейные котлы она была распространена поспешно, без достаточного изучения характера золовых отложений мазута.

Практика показала, что при сжигании мазута предполагавшийся эффект самообдувки полностью отсутствует, а вместо него в низкотемпературной части конвективной поверхности нагрева часто наблюдается занос межтрубного пространства золовыми отложениями мазута. В высокотемпературной части поверхности примененная конструкция трубного пучка привела к другому существенному недостатку. Из-за высоких тепловых потоков, особенно внутри первых рядов труб по ходу продуктов сгорания, часто возникает пристенное кипение воды. Это приводит к интенсивному образованию внутренних отложений, уменьшению проходного сечения и протока воды в трубках. Результат известный – пережог труб. Чем хуже качество воды, тем интенсивнее идет этот процесс и меньше ресурс секций поверхности нагрева.

К настоящему времени общепризнано, что конвективная поверхность нагрева в водогрейных котлах ПТВМ и КВГМ является наиболее слабым звеном. Многие котлостроительные заводы, ряд проектных организаций и ремонтных предприятий имеют свои проекты ее модернизации. Наиболее совершенной следует признать разработку ОАО «Машиностроительный завод «ЗИО-Подольск». Разработчики подошли к решению проблемы комплексно. Кроме увеличения диаметра труб с 28 мм до 38 мм и их поперечного шага в два раза, традиционные гладкостенные трубы заменены на оребренные. Применено мембранное и поперечно-спиральное оребрение. По оценке разработчиков замена в котлах ПТВМ-100 старой конструкции на новую позволит получить экономию топлива до 2,4%, а самое главное – увеличить эксплуатационную надежность и ресурс работы конвективной поверхности в 3 раза.

Ниже приводятся результаты дальнейшего совершенствования конвективной поверхности, направленные на возможность отказа от мембранного оребрения в высокотемпературной части поверхности с целью уменьшения ее металлоемкости. Вместо мембран между трубами вварены короткие дистанционирующие вставки. Они образуют по длине секций три пояса жесткости и поэтому дистанционирующие стойки не требуются. Точно такие же короткие дистанционирующие вставки применены и в низкотемпературной части поверхности из труб с поперечным спиральным оребрением. Они заменили громозкие штампованные стойки. Ранжирование поперечного шага труб и соответственно секций между собой осуществляется гребенками в области поясов жесткости. Гребенки фиксируют только крайние ряды труб каждой секции. Внутри собранной из секций поверхности нагрева ранжирование труб по перечному шагу происходит за счет жесткой конструкции секций.

Вваренные между трубами змеевиков дистанционирующие вставки вместо традиционных стоек применяются более 20 лет. Результат положительный. Дистанционирующие вставки надежно охлаждаются и не вызывают деформации труб. Случаев возникновения на трубах свищей по причине применения вставок за всю многолетнюю практику не зафиксировано.

Отказ от мембранного оребрения труб в высокотемпературной части поверхности нагрева и возврат к гладкотрубной конструкции позволил уменьшить ее металлоемкость практически без изменения тепловосприятия. В первых проектах шаг между поперечно-спиральными ребрами в низкотемпературной части принят 6,5 мм, а в более поздних он сокращен до 5 мм. Практика показывает, что при сжигании в водогрейных котлах только природного газа этот шаг можно еще уменьшить и получить дополнительную экономию топлива.

Представленное здесь техническое решение защищено патентом на полезную модель. Проекты выполняются совместно сотрудниками НПФ «Градиент-С» СГТУ и ОП «Свердловэнергоремонт». Изготовление осуществляется на производственной базе ОП «Свердловэнергоремонт». В период с 2002 по 2010 годы модернизированные конвективные поверхности нагрева для котлов ПТВМ-100 внедрены на Гурзуфской районной котельной (г. Екатеринбург) – 4 котла; ТЭЦ Нижнетагильского металлургического комбината (г. Нижний Тагил) -3 котла; Свердловская ТЭЦ (ОАО «Уралмаш», г. Екатеринбург) – 2 котла; для ПТВМ-180: Саратовская ТЭЦ-5 (г. Саратов) – 2 котла; КВГМ-100 (Ростовская область) – 2 котла.

Замечания со стороны эксплуатации по вновь разработанным и установленным в водогрейных котлах поверхностям нагрева отсутствуют. Подтверждено значительное уменьшение гидравлических и аэродинамических сопротивлений. Котлы легко выходят на номинальную нагрузку и устойчиво работают в этом режиме. Примененные дистанционирующие вставки надежно охлаждаются. Деформаций труб и самих секций в модернизированных поверхностях нагрева не наблюдается. Температура уходящих газов при номинальной заводской теплопроизводительности снизилась на 15оС у котлов с шагом между поперечно-спиральными ребрами 6,5 мм и на 18оС у котлов с шагом между ребрами 5 мм.