Паровые котлы на мазуте, газе, дизельном топливе, отработанном масле

Наше предприятие изготавливает три модели топливных  паровых котлов: жаротрубные котлы  ПДУ, ПДУ-Д и водотрубный котёл БМ. Все модели котлов произвордят насыщенный пар.

Жаротрубные паровые котлы ПДУ и ПДУ-Д имеют реверсивную топку и отличаются большим внутренним объёмом. Дымовые газы двигаются по жаровым трубам. К несомненным достоинствам жаротрубных котлов можно отнести:

  • Стабильное давление пара при «рваных» режимах паропотребления и в диапазоне расхода пара от 0 до 100%;
  • Возможность обходиться обычной ступенчатой горелкой, которые являются самыми бюджетными;
  • Высокий КПД, достигающий 92%;
  • Простота и доступность обслуживания внутренних поверхностей котла.

Водотрубный котел БМ не имеет барабана, поэтому отличается очень компактными размерами и маленьким временем выхода на рабочие режимы.

В зависимости от требований котлы комплектуются горелками на различных видах топлива:

Газовые горелки предназначены для сжигания  природного и сжиженного газа (СУГ). Горелки по типу управления бывают: одноступенчатыми, двухступенчатыми и модулируемыми. Газовые горелки по давлению газа разделяются на горелки с низким давлением газа (до 50 мбар), средним (от 50 до 360 мбар) и высоким (свыше 360 мбар). При заказе горелки на сжиженном газе (пропан-бутан) горелка остается той же самой, только меняется блок клапанов (газовая рампа).  Применение модулируемой горелки на жаротрубных котлах не целесообразно, так как «провалов» давления нет. При работе на сжиженном газе устанавливается газгольдер, к которому и подключена горелка. Сжиженный газ перед подачей в горелку надо газифицировать. Испарение сжиженного газа требует подвода тепла (теплота парообразования). Испарители бывают электрические и водяные.

Дизельные горелки предназначены для сжигания дизельного и печного топлива. По типу управления бывают одно и двухступенчатыми. При подключении горелки необходимо установить фильтр-деаэратор топлива соответствующей производительности. Дизельные горелки самые простые и самые дешевые.

Мазутные горелки предназначены для сжигания мазута М40, М100, Ф5, Ф12, СНО (при соответствующей подготовке). Конструктивно они похожи на дизельные, а отличается наличием подогрева электромагнитных клапанов и высокой температурой в подогревателе топлива. По типу управления бывают одно и двухступенчатыми. При настройке горелки или при неисправности горелки возможно попадание мазута на стенку топки и, в отличие от дизельного топлива, которое тут же испарится, мазут останется на стенке топки и в конце концов закоксуется. Наличие же любых загрязнений на поверхности теплообмена влечет за собой резкое снижение КПД котла и повышение температуры уходящих газов. Для защиты топки нами разработана жаропрочная вставка в топку из стали 20Х23Н. Жаропрочная вставка абсолютно прозрачна для инфракрасного излучения, в процессе работы она разогревается докрасна. При попадании на жаропрочную вставку мазута, последний мгновенно воспламеняется и сгорает. Следует обратить внимание на то, что в мазуте марок М40, М100 и СНО присутствует сера и если котел запускается из «холодного» состояния, то водяной пар из дымовых газы конденсируются, а  внем растворяются окислы серы. Образовавшаяся серная и сернистая кислоты разрушают котел. Поэтому запускать мазутную горелку надо после того, как температура в котле превысила 55°С, так называемую «точку росы». Для запуска котла из «холодного» состояния есть два способа: предварительный подогрев электричеством и запуск мазутной горелки на дизельном топливе с последующим переключением на мазут.

Горелки на отработанном масле предназначены для сжигания отработанного масла. В связи с тем, что вязкость масла высокая, то получить качественное распыление на форсунке получается только если подать сжатый воздух. Горелку желательно приобретать с компрессором. Масло должно быть отфильтровано. Необходима установка жаропрочной вставки (см. абзац про дизельные горелки).

Горелки на СНО (смеси нефтесодержащих отходов) в природе не существуют. Тем не менее, нашей компанией изготовлены несколько паропропарочных комплексов для мойки ж/д цистерн, которые успешно работают уже пять лет. СНО, в отличие от дизельного топлива или мазута, имеют индивидуальные особенности: непостоянный состав по фракциям, наличие большого количества подтоварной воды, наличие легких бензиновых фракций, наличие тяжелых битумных фракций. Сжигание СНО, в качестве топлива в паровых и водогрейных котлах, представляет некоторый комплекс мероприятий:

  1. Мероприятия по подготовке топлива: удаление легких фракций, гомогенизация топлива и приготовление топливной эмульсии, создание достаточного большого автоматизированного топливного хранилища, обеспечивающего достаточно большой запас однородного по химическому составу и фракционности топлива. Объем топливохранилища рассчитывается и связано это с тем, что при смене топлива очень часто надо перенастраивать горелку.
  2. Мероприятия по незначительной переделке мазутной горелки.
  3. Мероприятия по изменению конструкции котла: увеличение длины топки и установка жаропрочной вставки в топку котла. В СНО присутствуют битумные фракции, время горения которых дольше, чем у мазутов, поэтому и длина факела будет больше. Сжигание СНО реализовано нами на паровых котлах, производимых нашей компанией (ПДУ и ПДУ-Д), в которых конструктивно предусмотрена увеличенная длина топки.

Про жаропрочную вставку и особенности запуска из «холодного» состояния можно прочитать в разделе «Мазутные горелки».

При подборе парового котла по давлению следует отличать максимальное рабочее давление котла от необходимого давления пара на паропотребляющем оборудовании. Например, необходимое давление пара для автоклава, согласно документации, составляет 6 атм. Если мы выберем модель парогенератора с максимальным рабочим давлением в 6 атм, то пар не будет двигаться в сторону автоклава, так как для движения ему нужна разница давлений. Поэтому, для этого примера, следует выбрать котел с максимальным рабочим давлением не ниже 7,0−7,5 атм.

При подборе парового котла по давлению надо учесть и то, что все котлы оснащены реле давления или электроконтактным манометром для автоматического поддержания давления. Если максимальное рабочее давление котла 10 атм, то на реле давления устанавливается давление включения горелки около 9 атм. Значит ориентироваться надо на «нижнее» давление, то есть на 9 атм. Все паровые котлы имеют минимальное рабочее давление не ниже 0,5 номинального.

Транспортировка пара к потребителю связана с наличием теплопотерь и затрат на аэродинамическое сопротивление. Поскольку пар насыщенный, то теплопотери трубопроводов компенсируются за счет теплоты конденсации пара, а значит пара становится меньше, снижается давление и появляется конденсат. Потери на аэродинамическое сопротивление – это потери давления без снижения температуры пара. Чтобы пар не снизил свои параметры в конечной точке, у потребителя его делают перегретым. И тогда на теплопотери (основные затраты) будет расходоваться температура перегрева без конденсации пара.

Есть два способа этого добиться:

  1. Паровой котел выбирается заведомо с повышенным давлением, на паропроводе устанавливается регулятор давления пара «после себя», который снижает давление пара, температура остается прежней. Пар для сниженного давления становится перегретым.
  2. Установить электрический пароперегреватель, который увеличит температуру пара, давление же останется прежним. Этот способ хорош, когда нет резерва по давлению пара в котле.

Также снижение давления пара связано потерями пара (давления) на транспортировку пара, теплопотери компенсируются теплотой конденсации пара. Уменьшается количество пара и снижается давление.