Промышленные водотрубные водогрейные котлы
В системе отопления с водяным теплоносителем генератором тепла являются паровые подогреватели или водогрейные котлы. Таким образом, водотрубные водогрейные котлы являются по существу экономайзерами с самостоятельной топкой. Котел водотрубный по сравнению с паровыми дает более глубокий температурный перепад между нагревающим и нагреваемым телами.
При водогрейных котлах можно охлаждать отходящие газы до экономически наивыгоднейшей температуры без опасения вызвать закипание воды, как это может случиться при сильно развитых экономайзерных поверхностях паровых установок с невысокими давлениями пара. Устанавливая водотрубные водогрейные котлы вместо паровых, можно значительно упростить оборудование котельной: проще получается питание, отсутствуют паровые подогреватели.
У паровых котлов имеется два питания: электроцентробежными насосами и паровыми. Нормально работают электроцентробежные насосы, но в случаях аварии на электролинии переходят к питанию паровыми насосами. Если в котельной, кроме водогрейных, не имеется других котлов, то в случаях перерыва тока циркуляция воды в системе останавливается и требуется немедленно заглушить топки, а то и просто их очистить от топлива, чтобы предотвратить вскипание воды в водогрейных котлах. Однако даже только накаленная обмуровка топки часто способна вызвать вскипание воды.
В подобных случаях в котле можно произвести обмен воды, открывая вентиль на аварийной линии и выпуская воду наружу (рис. 136).
В крупных водогрейных котельных целесообразно иметь резервный двигатель внутреннего сгорания, который будет служить приводом для циркуляционного насоса в случаях перерыва в подаче электрического тока.
Часто от котельной требуется тепло не только в виде горячей воды для отопления и вентиляции, но и пара, идущего на цели производства, для получения горячей воды и пр. Тогда при желании воспользоваться для отопления и вентиляции водогрейными котлами приходится иметь в котельной два теплоносителя и два рода взаимно незаменяемых котлов. Это может иногда вызвать необходимость в увеличенном резерве, а также осложняет обслуживание. Поэтому при проектировании укрупненных котельных установок, назначение которых - обслуживание отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и производственных нужд, необходимо достаточно глубоко проанализировать, что в данном случае будет выгоднее: остановиться ли на двух теплоносителях или перейти к одному - пару.
Паровой котел любой системы можно приспособить для работы на нагревание воды; здесь необходимо только считаться с тем, что предел форсировок водогрейных, а также и паровых отопительных котлов, обслуживаемых сравнительно примитивными топками, ограничивается мощностью топки.
Проектируя заново водогрейный котел или переоборудуя паровой котел на водогрейный, необходимо главнейшее внимание обратить на правильную организацию водяного потока. Если схема водогрейного котла будет представлять собой род змеевика или спирали, причем в один конец будет входить питательная вода, а из другого выходить горячая, то, как бы ни располагались газоходы и топочная часть, никаких местных перегреваний воды не будет и не появится стук, часто возникающий в трубах водогрейного котла при неорганизованном потоке воды.
Схема водогрейной установки
При конструировании водотрубные водогрейные котлы стремяться максимально экономить листовую сталь и бесшовные трубы, заменяя последние газоходы чугунными экономайзерами, тем более, что в данном случае нет опасений перегревания воды выше фиксированной нормы, как это возможно при паровых котлах.
Устанавливать топку непосредственно под чугунными поверхностями нагрева в водогрейных котлах с температурой нагрева воды выше 115° не допускается, так как чугун непрочен; поэтому наиболее интенсивно работающие поверхности, подвергающиеся воздействию излучения, должны выполняться из стали.
Отсюда намечается следующая схема водогрейной установки.
Поверхности нагрева, размещаемые в топках и воспринимающие лучистое тепло, сводятся к минимальным размерам.
Конвективные поверхности выполняются из чугуна и сильно развиваются с целью обеспечения наивыгоднейшей температуры отходящих газов.
На котел в таком случае расходуется минимальное количество высококачественного металла.
На рис. 216 приведен разрез обмуровки котла предложенного нами типа и отвечающего основным положениям, высказанным выше. Вместо экрана использованы пучки труб котла Шухова без барабана-паросборника, который не нужен. Такие секции располагаются в горизонтальный ряд: одна, две, три и т. д.
Вода из магистрального трубопровода обратной воды поступает сначала в экономайзер из чугунных ребристых труб, затем идет в нижнюю головку котла. Из верхней головки вода отводится в магистральный трубопровод горячей воды.
Котел в данном случае выполняет роль экрана, хотя, конечно, неполностью, так как имеется несколько рядов труб в глубину пучка. Поэтому в тепловом расчете необходимо проверять темпе¬ратуру воды в трубах, воспринимающих тепло от излучения топки. При испытаниях на нефтяном топливе и при минимальных избытках воздуха в топке, близких к единице, снимали с котла до 22000 ккал/м2час.
В процессе эксплуатации этих котлов обнаружилось отложение накипи в трубах, воспринимающих лучистое тепло. Наибольшее количество накипи наблюдалось в нижних трех трубах каждого пучка, затем - уже меньшее количество - в следующих двух трубах, симметрично расположенных по периферии, и, наконец, ничтожно малое количество накипи отлагалось в двух трубах, также находящихся на периферии, которыми закапчивается как бы полукруг пучка. Остальные трубы пучка оставались чистыми. Это обстоятельство лишний раз подтверждает, что усиленное отложение накипи появляется в местах наибольшего нагревания воды.
Для правильной организации водяного потока (большая часть потока должна быть направлена в трубы, в которых отлагалась накипь) в те трубы, где накипи не было, были вставлены диафрагмы диаметром 20 мм при внутреннем диаметре трубы, равном 70 мм. Конструкцию диафрагм можно рекомендовать двух типов (рис. 217, а и б).
В дальнейшем эксплуатация котла протекала нормально, налеты накипи если и отлагались, то равномерно по всем трубам. Механическая очистка труб от накипи в котле с головками Шухова затруднений не встречает.
Чтобы избежать установки диафрагм, нами предлагалось также вводить питание с фронта котла в особый коллектор, к которому привариваются 5 периферийных труб пучка. В оставшиеся без труб 5 отверстий в передней головке котла ввальцовываются заглушки (рис. 218, а и б). Таким образом, водяной поток, питающий котел сперва, проходит 5 труб, почти целиком воспринимающих лучистое тепло, далее входит в заднюю головку котла, в ней поворачивается и поднимается по оставшимся 23 трубам пучка, направляясь к выходному патрубку.
Такая схема включения позволяет получить меньший подогрев воды в трубках, воспринимающих излучение в топке, и предотвратить возможность вскипания в них воды. Это видно из следующего.
Конечная температура воды, пропущенной через пять труб, может быть подсчитана из уравнения теплового баланса
Qл=D(t”-t’), (177)
Если предположить, что вода в котле должна нагреваться от 70 до 95°, a Q, составляет 40% от общего тепловосприятия котлом, то в первом случае, проходя через 5 труб, она нагреется до 80°, а во втором, несмотря на предварительное нагревание в газоходе,- до 126°.
На рис. 219 приводится водогрейный котел М. М. Щеголева, состоящий только из труб. Котел собирается из труб, которые ввариваются в два вертикально расположенных коллектора. Против каждой трубы, с одного ее конца, на коллекторе имеется патрубок, перекрываемый фланцем, обеспечивающий возможность механической очистки трубы от грязи и накипи.
С целью организации водяного потока внутри коллекторов привариваются горизонтальные перегородки, побуждающие воду проходить последовательно по трубам секции.
Коллекторы расставлены на значительное расстояние с целью обеспечить догорание топочного факела в пространстве между рядами труб первого газохода и тем уменьшить высоту топки; коллекторы снизу и сверху объединяются трубами.
Чтобы повысить скорость газового потока в последних газоходах, их длина доводится до минимума.
Если отказаться от механической очистки накипи, заменяя ее периодической промывкой котла кислотным раствором, то надо переходить на более компактные конструкции змеевикового типа.
Примерами таких водогрейных котлов являются котел Ревокатова (рис. 220) и котел Рамзина (рис. 221).
На рис. 222 приводится пример переоборудования парового котла Шухова-Берлина на водогрейный. Топка водотрубных водогрейных котлов по нашему указанию снабжена боковыми и потолочными экранами. Обратная вода, пройдя через групповой чугунный экономайзер ЦККБ, направляется в экран и далее в котел. Путь воды указан стрелками. В местах, где направление потока воды начинает идти сверху вниз, устанавливаются воздухоотводчики. В трубах, соединяющих задние головки котла с барабаном, в их нижних частях, установлены диафрагмы, имеющие отверстия диаметром в 2 мм, с целью обеспечить отвод воздуха в верхний барабан. Чтобы избежать нагревания воды в указанных трубах, они покрыты торкретной массой. Водомерное стекло ib данном случае не требуется, и соответствующие отверстия в барабане перекрыты заглушками (рис. 218). При эксплуатации котла температура воды доходила до 140°.
