1.     Краткое описание котла типа ДКВР.

         ДКВР – двухбарабанный паровой котел, вертикально-водотрубный, реконструированный с естественной циркуляцией и уравновешенной тягой, предназначен для выработки насыщенного пара.

            Расположение барабанов продольное. Движение газов в котлах горизонтальное с несколькими поворотами или без поворотов, но с изменением сечения по ходу газов.

            Котлы относятся к системе котлов горизонтальной ориентации, т.е. увеличение паропроизводительности идет за счет их развития в длину и ширину при сохранении высоты.

            Котлы выпускаются Бийским котельным заводом производительностью 2,5; 4; 6,5; 10 и 20 т./ч. С избыточным давлением пара на выходе из котла (для котлов с пароперегревателем – давление пара за перегревателем) 1,3 МПа и некоторые типы котлов с давлением 2,3 и 3,9 МПа. Перегрев пара у котлов с давлением 1,3 МПа до 250˚C, с давлением 2,3 МПа – до 370˚C, с давлением 3,9 МПа – до 440˚C.

            Котлы применяются при работе на твердом, жидком и газообразном топливе. Вид используемого топлива диктует особенности компоновочных решений котла.

            Газомазутные котлы типа ДКВР имеют камерную топку.

            Котлы паропроизводительностью 2.5; 4; 6,5 т/ч выполняются с удлиненным верхним барабаном, 10 т/ч – с удлиненным и коротким верхним барабаном, 20 т/ч – с коротким верхним барабаном.

            Газомазутные котлы ДКВР – 2,5; 4; 6,5 т/ч с избыточным давлением 1,3 МПа выпускаются с низкой компоновкой в тяжелой и облегченной обмуровке, котлы ДКВР – 10 т/ч – с высокой компоновкой в тяжелой обмуровке и с низкой компоновкой в тяжелой и облегченной обмуровке, ДКВР–20 т/ч – с высокой компоновкой и облегченной обмуровкой.

            Котлы ДКВР – 2,5; 4; 6,5; 10 т/ч с удлиненным барабаном поставляются в полностью собранном виде без обмуровки.

            Котлы ДКВР 10 и 20 т/ч с коротким барабаном поставляются 3 блоками: передний топочный блок, задний топочный блок, блок конвективного пучка. Котлы с облегченной обмуровкой могут поставляться вместе с обмуровкой            .

            Котлы с удлиненным верхним барабаном имеют одну ступень испарения, с коротким верхним барабаном – две ступени испарения.

            Схема котла ДКВР с длинным верхним барабаном приведенана рисунке 1, с коротким  - на рисунке 2.

Конструктивная схема котлов ДКВР – 2,5; 4; 6,5; 10 т/ч с длинным верхним барабаном одинакова (рис 3).

      Котлы ДКВР – 2,5; 4; 6,5; т/ч в топке имеют два боковых экрана – фронтового и заднего экранов у них нет. Котлы паропроизводительностью 10 и 20 т/ч имеют 4 экрана: фронтовой, задний и два боковых. Боковые экраны одинаковые. Фронтовой экран отличается от заднего меньшим количеством труб (часть стены занята горелками) и схема питания. Задний экран установлен перед шамотной перегородкой.

      Трубы боковых экранов завальцованы в верхнем барабане. Нижние концы труб баковых экранов приварены к нижним коллекторам (камерам), которые расположены под выступающей частью верхнего барабана возле обмуровки боковых стен. Для создания циркуляционного контура передний конец каждого экранного коллектора соединен опускной не обогреваемой трубой с верхним барабаном, а задний конец – перепускной (соединительный) трубой с нижним барабаном.

Вода поступает в боковые экраны одновременно из верхнего барабана по передним опускным трубам и из нижнего барабана по перепускным трубам. Такая схема питания боковых экранов повышает надежность работы котла при понижении уровня воды в верхнем барабане и повышает кратность циркуляции.
                                                


                                     



Рис. 1

Схема парового котла типа ДКВР с длинным верхним барабаном.

1-продувочный вентиль; 2-предохранительный клапан; 3-водоуказательное стекло;

4-регулятор питания; 5-вентиль ввода химикатов; 6-обратный клапан; 7-вентиль насыщенного пара; 8-верхний барабан; 9-обдувочная линия; 10-вентиль перегретого пара; 11-спускной вентиль; 12-пароперегреватель; 13-вентили для спуска воды из котла; 14-нижний барабан; 15-кипятильные трубы; 16-экранный коллектор; 17-экранная труба; 18-водоопускная труба.
Рис. 2

Паровой котел типа ДКВР с коротким верхним барабаном

      1-нижний экранный коллектор; 2-потолочные экранные трубы; 3-верхний экранный коллектор; 4-выносной циклон; 5-пароперепускная труба; 6-верхний барабан; 7-кипятильные трубы; 8-нижний барабан.




Рис 3

Конструктивная схема котла
ДКВР – 6,5 с газомазутной топкой.



           

Верхние концы труб заднего и бокового экранов завальцованы в верхний барабан, а нижние – в коллекторы. Фронтовой экран получает воду из верхнего барабана по отдельной не обогреваемой трубе, а задний экран – по перепускной трубе из нижнего барабана.

            Циркуляция в кипятильных трубах конвективного пучка происходит за счет бурного испарения воды в передних рядах труб, так как они ближе расположены к топке и омываются более горячими газами, чем задние, в следствии чего в задних трубах, расположенных на выходе из котла, вода идет не вверх, а вниз.

            Камера догорания отделяется от конвективного пучка шамотной перегородкой, устанавливаемой между первым и вторым рядами кипятильных труб, в следствие чего первый ряд конвективного пучка является одновременно и задним экраном камеры догорания.

            Внутри конвективного пучка устанавливается поперечная чугунная перегородка, разделяющая его на 1 и 2 газоходы, по которым движутся дымовые газы, поперечно омывающие все кипятильные трубы. После этого они выходят из котла через специальное окно, расположенное с левой стороны в задней стенке.

            В котлах с перегревом пара пароперегреватель устанавливается в первом газоходе после 2 – 3 ряда кипятильных труб (вместо части кипятильных труб).

            Питательная вода подается в верхний барабан и в его водяном пространстве распределяется по перфорированной трубе.

            Барабан оборудован устройствами для непрерывной продувки, предохранительными клапанами, водоуказательными приборами и сепарационными устройствами, состоящими из жалюзи и дырчатых листов.

            Нижний барабан является шламоотстойником и из него по перфорированной трубе производится периодическая продувка. В нижнем барабане устанавливается труба для прогрева котла паром при растопке.

            Газомазутные блочные котлы ДКВР-10 и ДКВР-20 с коротким верхним барабаном (рис.2 и рис.4) имеют особенности по сравнению с вышеописанными котлами.

            В этих котлах применяется двух ступенчатая схема испарения. Первая ступень испарения включает конвективный пучок, фронтовой и задний экраны, боковые экраны заднего топочного блока. Баковые экраны переднего топочного блока включены во вторую ступень испарения. Сепарационными устройствами второй ступени испарения являются выносные циклоны центробежного типа.

            Верхние и нижние концы топочных экранов приварены к коллекторам (камерам), что обеспечивает разбивку на блоки, но увеличивает сопротивление циркуляционного контура. Для увеличения скорости циркуляции в контур введены не обогреваемые рециркуляционные трубы.

            Трубы боковых экранов котла закрывают потолок топочной камеры. Нижние концы боковых экранных труб приварены к нижним коллекторам, т.е. трубы правого экрана приварены к правому коллектору, а трубы левого экрана – к левому коллектору.

            Верхние концы экранных труб соединены с коллекторами иначе. Конец первой трубы правого экрана приварен к правому коллектору, а все остальные трубы приварены к левому коллектору. Таким же образом расположены концы экранных труб левого ряда, благодаря чему на потолке они образуют потолочный экран (рис 5).

            Фронтовой и задний экраны закрывают часть фронтовой и задней стенки топки.

            На наклонной части заднего экрана установлена шамотная перегородка, разделяющая топочную камеру на собственно топку и камеру догорания.

            Блок конвективного пучка котла ДКВР-20 включает верхний и нижний барабаны одинакового размера и пучок кипятильных труб пролетного типа с коридорами по краям, как у котлов производительностью 2,5;4;6,5;10 т/ч. Вторая часть конвективного пучка коридоров не имеет. Обе части имеют коридорное расположение труб с теми же шагами, что и у всех остальных котлов типа ДКВР.




 
Рис 4

Котел ДКВР-20-13

1-газомазутная  горелка; 2-боковые экраны; 3-выносной циклон; 4-короб взрывного предохранительного клапана; 5-задний топочный блок; 6-конвективная поверхность нагрева (конвективный блок); 7-изоляция верхнего барабана; 8-нижний барабан; 9-задний экран.
            Для улучшения омывания газами первой части пучка за 6 рядом труб должны быть установлены диафрагмы из шамотного кирпича, перекрывающие боковые коридоры. При отсутствии диафрагм температура за котлом может повыситься до 500˚C.

            Питательная вода по питательным трубопроводам 15 поступает в верхний барабан 16, где смешивается с котловой водой. Из верхнего барабана по последним рядам труб конвективного пучка 18 вода опускается в нижний барабан 17, откуда по подпиточным трубам 21 направляется в циклоны 8. Из циклонов по опускным трубам 26 вода подается к нижним коллекторам (камерам) 24 боковых экранов 22 второй ступени испарения, пароводяная смесь поднимается в верхние камеры 10 этих экранов, откуда поступает по трубам 9 в выносные циклоны 8, в которых разделяется на пар и воду. Вода по трубам 31 опускается в нижние камеры 20 экранов, отсепарированный пар по перепускным трубам 12 отводится в верхний барабан. Циклоны (их 2) соединены между собой перепускной трубой 25.

            Экраны первой ступени испарения питаются из нижнего барабана. В нижние камеры 20 боковых экранов 22 вода поступает по соединительным трубам 30, в нижнюю камеру 19 по другим соединительным трубам. Фронтовой экран питается из верхнего барабана – вода поступает в нижнюю камеру 3 по перепускным трубам 27.

Рис 5

Общая схема циркуляции котла ДКВР-10 с укороченным верхним

барабаном с низкой компоновкой

            1-верхний барабан; 2-верхние коллекторы боковых экранов; 3-боковые экраны; 4-нижние коллекторы боковых экранов; 5-перегородка коллекторов 2 и 4; 6-выносные циклоны; 7-опускные трубы; 8-нижний барабан; 9-труба подпитки циклонов из нижнего барабана; 10-трубы, соединяющие переднюю часть коллекторов 2 с выносными циклонами 6; 11-трубы отвода пара из циклона 6 в верхний барабан 1; 12-трубы питания экранов первой ступени испарения; 13-трубы отвода пароводяной смеси экранов первой ступени испарения в верхний барабан 1; 14-рециркуляционные трубы; 15-кипятильный пучок; 16-штуцер отбора пара; 17-труба питательной воды.
Рис 6

Схема циркуляции котла ДКВР-20




Продолжение рис 6

Схема циркуляции котла ДКВР-20
            1-вторая ступень испарения: 2-фронтовой экран; 3-камера; 4-непрерывная продувка; 5-рециркуляционные трубы: 6-перепускная труба из верхнего коллектора в барабан; 7,10,11-верхние камеры; 8-выносные циклоны; 9-перепускные трубы из верхней камеры в выносной циклон; 12-перепускные трубы из выносного циклона в барабан; 13-патрубок отвода пара; 14-сепарационнное устройство; 15-питательные линии; 16-верхний барабан; 17-нижний барабан; 18-конвективный пучок; 19,20,23,24-нижние камеры; 21-подпиточные трубы; 22-боковые экраны; 25-перепускная труба; 26-опускные трубы; 27,29,30,31-перепускные трубы; 28-пароотводящие трубы.
        
            Пароводяная смесь отводится в верхний барабан из верхних камер 10 боковых экранов 1 ступени испарения по пароотводящим трубам 28, из верхней камеры 11 заднего экрана – трубами 29, из верхней камеры 7 фронтового экрана трубами 6. Фронтовой экран имеет рециркуляционные трубы 5.

            В верхней части парового объема верхнего барабана установлены жалюзийные сепарационные устройства с дырчатыми (перфорированными) листами.

            В водяном объеме верхнего барабана установлен корытообразный направляющий щит. Для изменения направления движения потока пароводяной смеси, выходящей из промежутка между стенками барабана и направляющим щитом, над верхними кромками направляющего щита установлены продольные отбойные козырьки.

Особенностью конструкции котлов с двухступенчатым испарением является то, что водяной объем контуров второй ступени испарения составляет 11 % водяного объема котла, а их паропроизводительность 25-35 %. Это связано с тем, что при возможных нарушениях режима работы котла уровень воды во второй ступени испарения снижается значительно быстрее, чем в первой.

            В начале конвективного пучка у котлов с перегревом пара (после 2-3 ряда) расположены змеевики вертикального пароперегревателя, подвешенные к верхнему барабану с одной или двух сторон. Температура перегретого пара во всех котлах типа ДКВР не регулируется.

            Все котлы типа ДКВР унифицированы и имеют одинаковый диаметр верхнего и нижнего барабанов, экранных и кипятильных труб, одинаковые шаги труб боковых экранов, фронтового и заднего экранов, труб конвективного пучка.

           
2 Объем и энтальпии воздуха и продуктов сгорания.
         2.1 Состав и теплота сгорания топлива.
Расчетные характеристики газообразного топлива.

газопровод

Состав газа по объему, %

СН4

С2 Н6

С3 Н8

С4 Н10

С5 Н12

С6 Н14

С О

СО2

N2

О2

H2 S

Н2

Низшая теплота

сгорания

Q di  , кДж/м3

Плотность ρ  при

0˚C и 101.3 кПа,

кг/м3

98.90

0.13

0.01

<0.01

-

-

-

0.08

0.87

-

-

-

3559

0.723

        
2.2 Присосы воздуха и коэффициенты избытка воздуха по отдельным газоходам.

        
         Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки для газовых котлов небольшой производительности принять в пределах α_т=1.05-1.1.

Все котлы типа ДКВР имеют один конвективный пучок.

            Присосы в газоходах за котлом оценить по ориентировочной длине газохода, которую принять для котлов типа ДКВР -5 м.
Коэффициент избытка воздуха и присосы в газоходах котла.

Показатель	Усл. обо- значение	Величина
Коэфф. избытка воздуха в топке	αт	1,07
Присосы: - в топку	Δαт	0,02
- в 1 конвективный пучок и пароперегреватель	Δαк.п.I	0,05
- во 2 конвективный пучок	Δαк.п.II	0,1
- в водяной экономайзер и газоходы за котлом	Δαэк	0,08

Наименование газохода	α”	Δα	α ср
1.Топка	1,07	0,02	1,07
2.Первый  конвективный пучок и    пароперегреватель	1,12	0,05	1,1
3.Второй конвективный пучок	1,22	0,1	1,17
4.Экономайзер и газоходы за котлом	1,3	0,08	1,26

Избытки воздуха и присосы по газоходам котла.
            Коэффициент избытка воздуха в сечении за поверхностью нагрева α^” газового тракта котла с уравновешенной тягой определяется суммированием коэффициента избытка воздуха в топке α_т с присосами в газоходах котла Δα, расположенных между топкой и рассматриваемой поверхностью нагрева.




            Например:

            α_т = α^”_т = α^ср_т= α^’_{к.п. I},

            α” _к.п.I = α_т + Δα_к.п.I = α^’_к.п.I + Δα_к.п.I,

            α” _{к.п.I I} = α_т + Δα_к.п.I + Δα_{к.п.I I} = α^’_к.п.I + Δα_{к.п.I I}   и т.д.

Пояснение к таблице.

Площадь сечения участка газохода:

            F_гх = bh_cр, м²

                F_тр – площадь сечения участка газохода занятого трубами пучка или пароперегревателя, м²

            При движении газов поперек оси барабана:

            F_тр = d_нl_пz 10^-6, м²

l^ср_тр = , мм; принимается по длинам тех труб, которые попали в сечение газохода;

            Если в сечении есть трубы проперегревателя, то их площадь считается по тем же формулам. Если в сечении участка имеются трубы и пучка и п/п, то их площадь суммируется.

            Площадь живого сечения участка для прохода газов:

            F_г = F_гх - F_тр, м²

При плавном изменении сечения живое сечение для прохода газов по каждому участку определяется по формуле:





F_г.у = , м²;  F_г.у1 = 3,99 м²; F_г.у2 = 3,04 м²; F_г.у3 = 2,99 м²;

F_г.у4 = 3,04 м²; F_г.у5 = 2,248 м²;

где - живое сечение для прохода газов на входе в участок и на выходе из него. Этот расчет повторяется столько раз, сколько участков в пучке.
            4.4.5 Характеристики конвективного пучка.
         Конвективная поверхность нагрева конвективного пучка с п/п

            Н_к = Н_к.у1 + Н_к.у2 + … + Н_к.уn = 146,34 м²

где Н_к.у1, Н_к.у2, Н_к.уn – из таблицы строка 14
            Конвективная поверхность нагрева конвективного пучка без п/п

            Н_к.п = Н_к – Н_пе = 139.02 м²
            Средний диаметр труб конвективного пучка

            = 0,0495 м²
            Средний поперечный шаг

            s^ср₁ = = 106 мм

где s_1.1, s_{1.2, и т д} – поперечные шаги по участкам пучка, мм

Н_к.у1, Н_к.у2, Н_к.уn – конвективная поверхность нагрева участков пучка без поверхности нагрева пароперегревателя, м²
            Средний продольный шаг

            s^ср₂ = = 111 мм
            Средние относительные поперечный и продольный шаги

           

           
            Средняя площадь живого сечения для прохода газов в конвективном пучке

            F_г = м²
Эффективная толщина излучающего слоя

            s = 0,9= 0,227 м





6. Конструктивный расчет экономайзера.
            Котлы типа ДКВР комплектуются чугунными не кипящими экономайзерами, поверхность нагрева которых состоит из ребристых чугунных труб конструкции ВТИ и ЦККБ. Трубы соединяются между собой по средствам калачей. Питательная вода последовательно проходит по всем трубам снизу вверх, что обеспечивает удаление воздуха из экономайзера. Продукты сгорания направляются сверху вниз для создания противоточной системы движения воды и газов. Компоновка поверхности нагрева водяного экономайзера может производиться в одну или две колонки, между которыми ставится стальная перегородка. При компоновке не рекомендуется принимать к установке в одном ряду менее 3 и более 9 труб, а в колонке принимают от 4 до 8 труб. Через каждые 8 рядов предусматривается разрыв 500 – 600 мм для осмотра и ремонта экономайзера (ремонтная рассечка).
Рис. Компоновка одноходового чугунного экономайзера.

1 – ребристые трубы, 2 – фланцы, 3 и 4 – соединительные калачи, 5 – обдувочный аппарат.





Рис. Детали чугунного водяного экономайзера системы ВТИ.

а – ребристая труба, б – соединение труб
Геометрические характеристики экономайзера

Наименование величины	Усл. Обо- значе- ния	Ед. измер- ения	Фес- тон
1. Наружный диаметр труб	d	мм	76
2.Толщина стенки труб		мм	8
3. Размер квадратного ребра	b b’	мм мм	150 146
4. Длина трубы	l	мм	1500
5.Число труб в ряду	zp	шт	2
6.Поверхность нагрева с газовой стороны    одной трубы	Нтр	м2	2,18
7.Живое сечение для прохода газов одной     трубы	Fтр	м2	0,088
8.Поверхность нагрева с газовой стороны    одного ряда	Нp	м2	4,36
9. Живое сечение для прохода газов	Fг	м2	0,176
10.Сечение для прохода воды		м2	5,652*10-3
11.Поверхность нагрева экономайзера	Нэк	м²	82,75
12.Количество рядов экономайзера	np	шт	18
13.Количество петель	nпет	шт	9
14.Высота экономайзера	hэк	м	2,7
15.Общая высота экономайзера с учётом      рассечек	hэк общ	м	3,7

Рис. Размеры трубы экономайзера.
Размеры: d = 76 мм,  = 8 мм, b = 150 мм, b^’= 146 мм;

Длина трубы ВТИ  l = 1500 мм;

Число труб в ряду z_p = 2 шт;

Тепловосприятие экономайзера Q^б_эк = 2630 кДж/м³;

Коэффициент теплопередачи k = 19 Вт/(м²К);

Средний температурный напор Δt = 92 K;
Поверхность нагрева с газовой стороны одного ряда Н_р = Н_тр z_p, м²

Н_р = 2,18*2=4,36 м²;

Живое сечение для прохода газов одного ряда F_г = F_трZ_р, м²

F_г = 0,088*2= 0,176 м²;

Сечение для прохода воды одного ряда

  = 5,652*10^-3 м² ,

где d_вн = d - 2 =76 – 16 = 60 мм, – внутренний диаметр трубы.
Поверхность нагрева нагрева экономайзера (по уравнению теплопередачи):

Н_эк =  = 82,75 м²

где В_р = 0,055 м³/с– секундный расход топлива,
Количество рядов в экономайзере:

n_p =     

            Количество петель:

n_пет =

            Высота экономайзера:

h_эк = n_pb10^-3 = 2,7 м

           

            Общая высота экономайзера с учётом рассечек:

h_эк ^общ = h_эк+0,5 n_рас = 3,7 м

где 0,5 м – высота одной рассечки;

n_рас – количество ремонтных рассечек, которые  принимаются через каждые 8 рядов.