07.10.2016

Котлы и котельные ВЦКС

Детальнее о котлах на сайте VCKS.RU

Вступление

На сегодняшний день наше предприятие имеет огромный опыт проектирования, изготовления и поставки оборудования, строительных и монтажных работ, гарантийного и сервисного обслуживания объектов энергетики.

Сегодня в составе команды работают профессионалы, которые осуществляют комплексный инжиниринг в сфере альтернативной теплоэнергетики ещё с 1992 года, создавая и сопровождая объекты генерации на протяжении всего жизненного цикла.

У истоков формирования команды стояли, ведущие конструкторы и специалисты отрасли, имеющие многолетний опыт исследования и конструирования котельного оборудования. В период с 1992 по 2004 основной практический опыт специалистов формировался на базе реализации более 20 объектов теплоэнергетики — котельных, с водогрейными (5 — 20 МВт) и паровыми (10 — 25 т/ч) котлами, работающими на угле.

Сегодня наше предприятие выполняет работы по новой установке и переоборудованию старых котлов на сжигание твёрдого топлива в высокотемпературном циркулирующем кипящем слое (ВЦКС). Коллектив «НСК-Петрокотел» в настоящее время, как и до 1998 г., является главным разработчиком и идеологом этого направления в России.

 

Важную роль в успешной реализации проектов альтернативной теплоэнергетики занимают:

  • Отработанные на практике мировые достижения в области котлостроения;
  • Современные технологии изготовления котельного оборудования.

Для этих целей с 1994 году котлы и топки ВЦКС изготавливались в ОАО «Кузбассэнергоуголь» (г. Кемерово); в настоящее время – современное предприятие энергомашиностроения ОАО «Ижорские заводы» (Санкт-Петербург).

 

Спектр выпускаемого оборудования включает:

  • Паровые котлы ВЦКС производительностью от 3,9 до 200 тонн пара в час с рабочим давлением пара от 0,9 до 3,9 МПа;
  • Водогрейные котлы ВЦКС мощностью от 2 до 150 МВт;
  • Топочные устройства ВЦКС различной мощности;
  • Комплекты реконструкции паровых и водогрейных котлов для их модернизации в ВЦКС;
  • Стальные экономайзеры;
  • Прямоточные циклоны для предварительной газоочистки.

Неотъемлемой частью котельных агрегатов, работающих на твёрдых топливах, является система газоочистки. В качестве основного оборудования мы применяем циклоны, циклоны-искрогасители, рукавные фильтры.

Изучив досконально рынок газоочистного оборудования, мы начали свою работу с успешными и опытными компаниями: ЗАО «СПЕЙС-МОТОР» (Россия). На счету этой компании более 100 единиц оборудования успешно работающих и на сегодняшний день.

Головной компанией осуществляется комплексный инжиниринг в сфере альтернативной теплоэнергетики — создание и сопровождение объекта генерации на протяжении его жизненного цикла.

Всё нестандартное вспомогательное оборудование для бесперебойной работы объектов энергетики компания изготавливает на отечественном производстве.

 

Котлы на угле

Объекты угольной теплоэнергетики успешно и с высокими технико-экономическими показателями реализовывались благодаря технологии ВЦКС (Высокотемпературный циркулирующий кипящий слой). Успех обязан глубокому теоретическому изучению и исследованиям процесса горения угля в ВЦКС, проводимым в НПО ЦКТИ, с участием ведущих учёных Украинской и Белорусской АН. Глубокое понимание процесса горения угля в ВЦКС было получено при математическом моделировании этих процессов и проверке этих моделей на действующих котлах ВЦКС.

Сейчас мы предлагаем уже целый ряд проверенных в работе, надёжных топочных устройств и котлов ВЦКС мощностью от 1 до 50 МВт и более (имеются наработки до 180 МВт). Оборудование изготавливается в РФ. Основным изготовителем топочных устройств ВЦКС выступает компания ООО «НСК-Петрокотел».


Разрез парового котла ВЦКС производительностью 25-35 т/ч пара с давлением 1,4-3,9 МПа и температурой 195-440°С

 


Топочное устройство (решетка) ВЦКС

 

Многолетняя успешная работа котлов ВЦКС в реальных условиях эксплуатации котельных давно опровергла бытовавшее ранее мнение о том, что технология кипящего слоя «не по плечу» промышленной энергетике ввиду её сложности и высоких затрат на внедрение. Зачастую, услышав термин «кипящий слой», заказчики сразу представляли себе грандиозный объем реконструкции, мощные растопочные горелки, тонны песка для засыпки слоя, проблемы с износом погруженных в него поверхностей, вентиляторы и компрессоры, пожирающие сотни киловатт электроэнергии, и исполинские «горячие циклоны». Во многом это ошибочное мнение сформировалось в связи с освещением в технической литературе, только классического варианта кипящего слоя — на неподвижной колпачковой решётке, в значительном объеме инертной засыпки, разогреваемой пусковыми горелками.

Технология ВЦКС, сохраняя все основные преимущества классического варианта, не требует применения специального дорогостоящего оборудования и максимально адаптирована к внедрению с минимальными затратами на большинстве отечественных котлов. Слой умеренной высоты формируется без засыпки инертом за счёт собственной золы топлива и функционирует на подвижной колосниковой решётке, внешне напоминающей узкую слоевую топку, установленную наклонно. При реконструкции действующих котлов основное технологическое оборудование, как правило, сохраняется.

Сочетание привычного для персонала котельных принципа сжигания топлива на подвижной решетке (как на слоевой) и преимуществ ВЦКС дает положительный эффект, как в плане надежности работы котла, так и в плане быстрого освоения новой технологии.

При сжигании низкосортных углей применение ВЦКС обеспечивает КПД, практически недостижимый для серийных слоевых котлов, а для более качественного топлива дополнительно
гарантируется повышение производительности.


КПД котлоагрегата ВЦКС производительностью 35 т/ч пара Р=2,4 МПа, t=350°C, полученный по результатам испытаний при пусконаладке.

К настоящему времени в различных регионах РФ и Украины на технологию ВЦКС переведено большое количество котлов тепловой мощностью от 1,75 до 35 МВт.

Принципиальная схема газовоздушного тракта котлоагрегата ВЦКС 35 т/ч с паром Р=2,4 МПА и tпе=350 С (мини-ТЭЦ в России ):
1 — вентилятор первичного воздуха; 2- воздухоподогреватель; 3 — короб первичного воздуха; 4 — П-образный короб вторичного воздуха; 5 — подвод воздуха к дутьевым зонам решетки ВЦКС; 6-топочная камера; 7- вентилятор вторичного дутья; 8 — сопла вторичного дутья; 9 — вентилятор возврата уноса из камеры осаждения и конвективного блока котла; 10 — калорифер дутья; 11 -подвод воздуха на сдув топлива и в подпорною зону решетки; 12 — эжекторы; 13 — подвод воздуха на пневмозаброс; 14 — разгонный короб топлива; 15 — камера догорания и осаждения уноса; 16 -конвективный пучок; 17- экономайзер; 18 — прямоточный циклон; 19 — рукавный фильтр; 20 — сброс уноса на конвейер золоудаления; 21 — короб рециркуляции дымовых газов; 22 — дымосос; 23 -смесительные трубы; 24 — решетка ВЦКС; 25 — дымовая труба; 26 — вентилятор пневмозаброса и подпорной зоны решетки ВЦКС; 27 — пароперегреватель; 28 — заслонка с электроприводом.

Оперативность, гибкость и комплексный подход к решению поставленных задач не остаются без внимания заказчиков. География реализованных проектов включает Кузбасс и Республику Коми, Якутию и Дальний Восток, Печорский и Кузнецкий бассейны, Красноярский край и Хакасию

 

Ситуация в отопительной и промышленной энергетике:

  • твердое топливо остается основным или даже единственным видом топлива в большинстве регионов;
  • качество твердого топлива, поставляемого для нужд малой энергетики, продолжает неуклонно снижаться;
  • серийные котлы со слоевыми топками, разработанные 30-40 лет назад для сжигания калорийных углей, практически не способны эффективно работать на низкокачественном твердом топливе из-за слабой устойчивости их воспламенения и неполного выгорания.

Задача эффективного сжигания проблемных видов топлива давно и успешно решается путем использования современных технологий кипящего и циркулирующего слоя. Однако, внедрение этих технологий в традиционном виде (НТКС) на действующих котлах встречает ряд технических и экономических трудностей (необходимость установки пусковых горелок, сложной автоматики, мощных вентиляторов, «горячих» циклонов и т.д.) и не находит распространения в промышленной энергетике.

Реконструкция типовых слоевых котлов с переводом их на новую перспективную технологию сжигания твердых топлив ВЦКС, позволяет повысить производительность котла на 50% (за счет интенсификации теплообмена в кипящем слое и установки дополнительных поверхностей), тем самым с той же площади котельной снимать большее количество тепла.

Технология ВЦКС позволяет при реконструкции практически полностью сохранить традиционные конструктивные решения по котлам, системе шлакозолоудаления и автоматике, что значительно снижает общие затраты на проведение работ.

Реконструкция сохраняет котёл в своей ячейке на своём старом месте и не затрагивает вспомогательного оборудования.

Обычные слоевые топки требуют пневмо-механических забрасывателей (одного из самых ненадежных механизмов) для равномерного распределения топлива по всей площади широкой решетки.

Поскольку сжигание в ВЦКС происходит на узкой решетке, котлы ВЦКС оборудуются для подачи топлива простыми пневмо-гравитационными питателями без забрасывателей. Кипящий слой сам равномерно распределит и перемешает поданное топливо.

В котлах ВЦКС сжигаются практически любые твердые топлива: каменные и бурые угли, их отсевы, древесные и сельско-хозяйственные отходы.

Диапазон разных видов используемого твердого топлива:

Теплотворная способность, ккал/кг Qph 7082÷1556
Содержание золы, % Ap 10,3÷36,7
Содержание влаги, % Wp 8,0÷55,2
Содержание летучих, % Vp 11,6÷70,0
Фракционный состав (крупность куска), мм 0-13÷0-50

 

 

Основные эксплуатационные характеристики некоторых котлов (ВЦКС и слоевых):

Тип котла Котёл водогрейный 17,5 МВт Котёл паровой 10 т/ч Котёл водогрейный 35 МВт
Тип сжигания ВЦКС слоевой ВЦКС слоевой ВЦКС слоевой
Топливо смесь каменных углей нерюнгинский каменный уголь отсев угля черногорского
Эксплуатационный кпд, % 83-86 70-76 85-87 73-76 84-87 72-77
Диапозон регулир. нагрузки, % от Дном 20-150 50-80 20-150 40-100 20-150 50-80
Выброс летучей
золы, μ г/м3
1,5-2 12-15 1,5-2 12-15 1,5-2 12-15
Выбросы оксидов азота NOX, мг/м3 150-200 300-400 200-240 300-400 145-200 300-400

 

 

 

Работа по реконструкции слоевого котла состоит:

  • из проекта (2-3 месяца), выполняемого в соответствии с пожеланиями заказчика;
  • изготовления комплекта реконструкции (около 3-4 месяцев);
  • монтажных работ (3-4 месяца).

Решения, которые неоднократно внедрялись в прошлом, систематизированы и собраны в «золотой фонд». Это позволяет заметно облегчить и ускорить реализацию любого проекта.

При желании заказчиков им всегда предоставляется возможность посетить действующие котлы ВЦКС, ознакомиться с их работой и поговорить с персоналом котельных.

Паровые и водогрейные котлы ВЦКС имеют те же размеры (кроме высоты, которая увеличивается на 20-25%), как и слоевые котлы соответствующего типа. Для обеспечения необходимой кипящему слою высоты топочного пространства, топочное устройство ВЦКС опускается под котел в зольное отделение котельной, а сам котел не поднимается и остается на своем месте — в своей собственной котельной ячейке. Сохранение габаритов котлов ВЦКС обеспечивает возможность размещения их в котельных типовых проектов, и не приводит к разработке и строительству специальных зданий котельных.

Общий вес котла снижается за счёт замены слоевого топочного устройства на ВЦКС и исключения из технологии таких металлоёмких и ненадёжных механизмов, как роторные забрасыватели топлива. Приведём примеры.

 

1. Изменение веса парового котла производительностью 25 т/ч пара P=1,4 МПа:

До реконструкции После реконструкции Изменение веса
Вес топки вместе с питателем и приводом, т 27,0 12,0 -15,0
Вес трубной системы, т 41,2 Удлинение:

  • двух бокових
    экранов;
  • фронтового экрана;
  • заднего топочного
    экрана;
  • опусных труб
+2,0
+1,0
+1,3
+1,0
ИТОГО: изменение веса котла, т -9,7

 

 

2. Пример реконструкция угольного польского котла OR 32 («ФАКОП», г. Сосновец) с переводом на сжигание тюков кукурузы или соломы. Производительность на угле 36т/ч, 3,9 МПа, t=450°C.


Также возможна реконструкция на ВЦКС и продолжение работы на угле с высоким КПД.

 

3. Пример возможной реконструкция угольного французского котла Радиант («Бабкок Вилькокс») с переводом на сжигание лигнина, торфа, древесной щепы. Производительность на угле 23 т/ч, 3,9 МПа, tпе=440°C


Также возможна реконструкция на ВЦКС и продолжение работы на угле с высоким КПД.

 

Эксплуатация котлов с топками ВЦКС не предъявляет высоких требований к квалификации обслуживающего персонала и, практически, ничем не отличается от типовых слоевых котлов, не требует специального обучения, достаточно кратковременной стажировки.

Применение технологии сжигания твердых топлив в высокотемпературном циркулирующем кипящем слое (ВЦКС) в промэнергетике в последние годы расширяется благодаря возможности вовлечь в использование достаточно широкий диапазон дешевого местного топлива низкого качества.

 

Котлы с ВЦКС имеют следующие преимущества перед типовыми слоевыми котлами:

  • повышение надежности за счет отказа от ненадежных элементов и механизмов, улучшение культуры обслуживания;
  • расширения диапазона используемых топлив: в них могут сжигаться практически любые угли (теплотворной способностью от 1500 до 7000 ккал/кг, зольностью до 50%, крупностью куска от 1 до 50 мм);
  • повышение эксплуатационного КПД до 85 — 87% против 72 — 80% у типовых слоевых котлов;
  • расширение диапазона регулирования нагрузки (от 20 до 100% мощности);
  • возможность применения внутритопочных методов снижения выбросов оксидов азота (NOх) до 150 — 200 мг/м куб газа — (более, чем в 3 раза);
  • возможность организовать многоступенчатое улавливание и возврат в топку на дожигание мелких частиц топлива и золы, тем самым снизить концентрацию твердых выбросов в атмосферу в 5 -6 раз по сравнению с типовым слоевым сжиганием.

 

Перевод слоевых котлов на ВЦКС происходит путем простой реконструкции:

  • замены широкой слоевой топки на узкую (из типовых колосников ТЛЗМ, валов, механизмов передачи);
  • размещения топки ВЦКС в зольном отделении (при его наличии) для увеличения высоты топочного пространства;
  • размещения топки ВЦКС в зольном отделении (при его наличии) для увеличения высоты топочного пространства;

 

Создание комбинированных по топливам котлов путем реконструкции — это:

  • обновление устаревшего оборудования;
  • мероприятия по топливосбережению;
  • вовлечение в использование дешевых топлива пониженного качества;
  • соблюдение экологических нормативов по вредным выбросам в атмосферу.

 


Фрагмент подвижной колосниковой решетки топки ВЦКС

 

В экологическом аспекте использование технологии ВЦКС в промышленной и отопительной энергетике позволяет:

1. Только за счёт особенностей способа сжигания топлива снизить выбросы оксидов азота в 1,3-1,5 раза по сравнению уровнем NOх слоевых котлов, т.е. обеспечить их концентрацию в пределах 250-300 мг/м3.

2. При сжигании углей с содержанием серы до 0,6-0,7% снизить выбросы оксидов серы до нормативных величин без применения специальных дорогостоящих методов очистки.

3. При сжигании углей с повышенным содержанием серы обеспечить подавление оксидов серы наиболее простым и наименее затратным методом — путем присадки к топливу известняковой добавки.

4. Обеспечить, как минимум, троекратное снижение выбросов летучей золы без применения дорогостоящих и громоздких аппаратов электрической, тканевой и мокрой очистки газов.

 

В заключение следует отметить, что при особо высоком содержании в топливе компонентов, приводящих к образованию вредных выбросов, значительном фоновом загрязнении атмосферы и жестких требованиях к ПДВ разработчики технологии ВЦКС готовы заранее внести в разрабатываемый проект дополнительный комплекс мероприятий по глубокой очистке дымовых газов.

 

Паровые и водогрейные котлы на биотопливах

Сжигание в переменных режимах работы топлив переменного расхода и состава в котлах ВЦКС обеспечивается следующими условиями:

  • температура горения — 1100 — 12000С;
  • автоматическое удаление шлака с подвижной наклонной решетки с регулировкой ее скорости движения от 0 до 20 м/ч;
  • надежность процесса сжигания благодаря «зажигательному поясу» из шамотного кирпича;
  • изотермические условиями по всей высоте топочной камеры;
  • двухступенчатая схема (первичный и вторичный воздух) сжигания позволяет осуществлять гибкую регулировку нагрузки котла;
  • внутритопочное циркулирование частиц (I-я ступень циркулирования);
  • улавливание и возврат на дожигание унесенных частиц (II-я ступень циркулирования частиц);
  • сжигание отходов и утилизация тепла происходят в одном агрегате (трубная система котла служит утилизатором тепла);
  • затраты электроэнергии на собственные нужды котла не превышают 3,2 кВт;
  • применение типового тягодутьевого оборудования;
  • переналадка топочного режима при замене топлива происходит без остановки агрегата регулированием воздушного режима, скорости подачи топлива и скорости решетки ВЦКС;
  • высокая маневренность котла позволяет работать как в периодическом (переменном), так и в постоянном режимах.

Растопка и выход котла на номинальный режим составляет 15 – 20 мин, остановка — 5 – 10 мин

Котел с топочным устройством ВЦКС специально предназначен для древесных и сельско-хозяйственных отходов резкопеременного качества и вида.

где:

Qка — нагрузка котлоагрегата 5,16.106 ккал/ч или 5,16 Гкал/ч;

Qнр = 1600 ккал/кг — калорийность топлива;

ηка = 76% — КПД котлоагрегата при влажности 50%.