ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ ПЛАСТИНЧАТОГО ТИПА ВК

1. Область техники, к которой относится полезная модель.
Водогрейный котел пластинчатого типа применяется в области теплоснабжения на промышленных предприятиях и объектах жилищно-коммунального хозяйства.
2. Уровень техники.
Прототипом и аналогом полезной модели служат водогрейные котлы котельного завода №1 Дорогобужкотломаш («Каталог для проектирования котельных» 2008 г., том 1)
2.1 КВ-Р-1,5-95 (прототип)
Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявленной полезной модели:
- Топочная камера и конвективный блок;
- П-образная компоновка котла;
- Расположение газохода уходящих газов;
- Газоплотность;
- Изоляция и обшивка.
⌀
Топочная камера экранирована трубами 60×3 с шагом 90 мм. Между трубами установлены металлические полосы и соединены между собой сваркой, что делает котел газоплотным.
Трубы с полосами не образуют вогнутых линз, тем самым не создаются условия для более полного сгорания топлива.
В конвективном блоке отсутствуют камеры догорания топлива.
Толщина стенок труб составляет 3 мм против 6 мм в заявленной модели, что в свою очередь увеличивает срок службы заявленной модели в два раза.
Оригинальная колосниковая решетка в заявленной модели позволяет сжигать кроме угля дрова, отходы лесопиления, улучшая экологическую обстановку.
2.2 КВ-ГМ-4,65-150 (аналог)
Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявленной полезной модели:
- Топочная камера и конвективный блок;
- П-образная компоновка котла.
⌀
Гоночная камера экранирована трубами 60×3 с шагом в 4 мм. Расстояние между трубами в 4 мм. Не дает котлу быть газоплотным, что приводит к подсосу воздуха в топку, который снижает температуру в ней, для поднятия которой требуется дополнительное топливо.
Раскрытие полезной модели
I.Блок топочный
В состав топочного блока входят емкости прямоугольного сечения фронтового экрана, бокового левого и бокового правого экранов, промежуточного экрана.
Ширина емкости составляет 70 мм, длина и высота устанавливается для котлов различной мощности расчетным путем. Всего в топочном блоке имеется шесть емкостей соединенных между собой калиброванными отверстиями.
Каждая емкость вмещает достаточное количество воды, при перемещении которой из одной емкости в другую происходит спокойное ламинарное течение жидкости. Это позволяет минимизировать выделение кислорода в воде и предотвратить срыв пограничного слоя. Из чего следует, что на внутренних стенках экранов не образуются твердые отложения, отсутствуют локальные участки перегретых поверхностей нагрева. Это в свою очередь продлевает срок службы агрегата и повышает коэффициент теплоотдачи. На рис.1 схематично изображены топочный и конвективный блоки.
Конвективный блок представляет собой одну емкость, состоящую из нескольких экранов (8 шт.) (рис.3).
Экраны топки изготовлены из листовой стали марки СТ 3 СП толщиной 6 мм. Для придания конструкции прочности стенки экранов укрепляют посредством сварки стержнями диаметром 16 мм из стали 3 СП.
Рабочее давление в котлах ВК принимается 0,3 МПа для первой и 2,5 МПа для второй ступеней.
При работе котла под таким давлением в первой ступени (рис.2) его стенки приобретают сферическую форму.
Стальные стенки такой конфигурации и вода между ними образуют множество вогнутых зеркал.
При горении топлива часть лучистого тепла поглощается поверхностями нагрева, другая часть отражается обратно в топку, фокусируясь в различных ее точках.
В точке фокуса при этом создается высокая температура, достигающая 1700°С и более.
2
При таких температурах, как показали исследования академика Н.Н.Семенова, горение летучих веществ СО, Н, углеводородов, протекают в виде разветвленных цепей реакции (Рис.4).
Цепные реакции происходят с огромными скоростями, превосходящими скорости течения обычных химических реакций в сотни тысяч раз.
2
2
2
Катализаторы (СО, HO, SО, образующиеся промежуточные состояния СО, ОН и свободные атомы (Н и О)) образуют активные центры способствующие развитию цепного механизма химических реакций.
На рис.4 показана разветвленная цепная реакция горения водорода. Основными активными центрами в этой реакции являются атомы водорода Н и гидроксильная группа ОН. Продукты диссоциации водяного пара при горении окиси углерода и водорода играют роль основных активных центров цепной реакции.
Известно, что в древесине содержится водорода до 6%, углерода до 51%, кислорода 42,5%, азота 0,5%.
Высшая теплота сгорания древесины составляет 6225 ккал/кг.
В топочном блоке происходит более полное сгорание топлива, чем в водотрубных котлах.
II. Конвективный блок (рис.3)
Конвективный блок представляет собой емкость, состоящую из шести поперечных экранов и двух боковых экранов. Поперечные экраны врезаны в боковые экраны. В верхней части конвективного блока все экраны соединяются перепускными трубами и перемычками, образуя одну емкость с водой.
Промежуточный экран (15) и экраны (27) внутри конвективного блока имеют ребра жесткости шириной 70 мм толщиною 6 мм приваренные вертикально по всей высоте блоков.
Материалы и конструкция конвективных блоков аналогичны блоку топочному (рис.2).
Ребра жесткости в конвективном блоке выполняют несколько функций:
1. При работе котла на естественной тяге (дымовой трубе) скорость уходящих газов низкая (4 м/сек÷6 м/сек). Ребра жесткости увеличивают площадь тепловоспринимающей поверхности конвективного блока. Температура уходящих газов может достигать 70°С. Cоответственно повышается КПД котла. При утеплении газоходов и дымовой трубы, с точки зрения получаемого экономического эффекта, «точкой росы» можно пренебречь.
2. Учитывая, что срок службы котла составляет 30 лет, а ремонт конвективного блока довольно трудоемок, ребра жесткости придают конструкции дополнительную прочность (например, при гидроударах).
3. Ребра жесткости выполняют роль циклона. Во время работы на них оседает зола, которая снимается вручную «ершами» или воздушной струей. Зола осядет в камерах догорания 28, 29 (см. рис.3).
В камерах догорания происходит горение несгоревших частиц, что значительно уменьшает механический недожог топлива.
Из камер догорания вручную или транспортером зола удаляется без остановки котлоагрегата. Чистка конвективного блока производится один раз в десять дней.
III. Металлически каркас с колосниковым устройством (рис.6)
Металлический каркас с колосниковым устройством представляет собой цельносварную конструкцию, на которую устанавливается и крепится котел. Достоинства этой конструкции в следующем:
1. Сокращается время монтажа котла и его стоимость;
2. Трубы, на которых сжигается топливо (дрова), охлаждаются поступающим в топку холодным воздухом снаружи и изнутри. При этом срок службы таких колосников от 2 до 3 лет.
3. При сжигании угля на трубы укладываются чугунные колосники 41. Подача топлива и удаление шлака осуществляется через люк 36.
4. Конструкция обшивается со всех сторон металлическими листами. В листах, закрывающих торцы труб, имеются отверстия для равномерного доступа воздуха в топку и чистки труб изнутри от золы. Расстояние между трубами составляет 50 мм, что обеспечивает равномерный доступ воздуха по всему сечению топки. При этом зола, шлак и другие продукты сгорания беспрепятственно проваливаются на пол топки.
5. Охлаждаемая воздухом конструкция колосников более безопасна в эксплуатации по сравнению с охлаждением водой.
IV. Схема циркуляции сетевой воды (рис.5)
Вход сетевой воды осуществляется с конвективного блока, а выход с фронтового экрана топки котла.
Уходящие газы движутся в противоположном направлении и тем самым достигается наибольший теплоперепад между водой и уходящими газами, что в свою очередь уменьшает металлоемкость котла.
V. Водоподогреватель, вторая ступень (рис.3)
Для получения горячей воды с температурой 150°С и рабочем давлении 2,5 МПа в топке котла устанавливается ширмовой трубный водоподогреватель (33). Учитывая свойства топки котла получаем заданные параметры воды при меньших затратах по топливу.
Осуществление полезной модели
Принципиальная схема организации технологического процесса производств котлов ВК.
Условные обозначения: 1- Склад материалов; 2 - Цех заготовок; 3 - Цех сборки элементов, сегментов и секций котлов; 4 - Цех сборки котлов; 5 - Цех покраски; 6 - Цех изготовления котельно-вспомогательного оборудования и др.; 7 - склад готовой продукции.
Массовое производство ресурсосберегающих котлов ВК целесообразнее и практичнее осуществлять по принципу «конвейерной технологии» в связи с имеющейся технологической возможностью организовать множество специализированных цехов по изготовлению отдельных элементов, сегментов и секций котла с последующей передачей их в цех сборки.
Требуемые необходимые и достаточные ресурсы, в том числе кадровые.
Для организации и обеспечения ежегодного производства от 10 до 15 тысяч условных котлов (принимаем, что один условный котел соответствует 1 МВт мощности котла ВК) и котельного вспомогательного оборудования к ним потребуются:
1. Отапливаемые производственные площади в объеме от 16 до 20 тысяч квадратных метров, оснащенных достаточной приточно-вытяжной вентиляцией для производства сварочных работ и оборудованных мостовыми кранам грузоподъемностью от 5 до 20 тонн.
2. Хозяйственно-бытовые площади для 1700-2000 человек, работающих в три смены.
3. Подъездные железнодорожные пути с погрузо-разгрузочной площадкой.
4. Электроснабжение для установленной мощности 1000 кВт,
5. Работников:
а. Слесарей-сборщиков
2-4 разряда - 800 чел,
b. Электросварщиков ручной сварки
2-4 разряда - 600 чел.
с. Рабочих других профессий
- 200 чел.
d. Инженерно-технических работников
- 90 чел.
е. Административно-управленческого персонала
-
20 чел.
Всего персонала
- 1710 чел.
6. Финансовые средства в объеме одного миллиарда рублей для приобретения необходимого оборудования, осуществления других необходимых затрат по организации массового производства котлов ВК с целью выведения производства котлов ВК на проектную мощность. Внимание, На оборудование устанавливается гарантийный срок от 12 до 48 месяцев. Котлы ВК и необходимый комплект котельного вспомогательного оборудования полностью комплектуются на заводе-изготовителе котлов ВК, что позволяет оперативно, в минимальные сроки выполнять их монтаж.
Технологический регламент производства водогрейных котлов ВК и котельного вспомогательного оборудования:
1. Склад металла.
2. Разметочный стол.
3. Ножницы рубительные.
4. Станок для сверления технологических отверстий.
5. Сборка сегментов и секций котла, котельного вспомогательного оборудования.
6. Гидравлические испытания секций котла.
7. Контроль сварочных швов и соединений.
8. Сборка котла и котельного вспомогательного оборудования.
9. Гидравлические испытания котла.
10. Покраска котла и котельного вспомогательного оборудования.
11. Технический контроль качества изготовления котла (ОТК).
12. Склад готовой продукции.
13. Доставка котла потребителю.
14. Установка котла.
15. Пробный пуск котла.
16. Пусконаладка котельного агрегата.
17. Передача котла потребителю по Акту приема-передачи.
Перечень необходимого котельного вспомогательного оборудования на 1 котел ВК:
1. Лестницы и площадка обслуживания котла - 1 комплект;
2. Ограждение котла -1 комплект;
3. Газоходы от котла до дымовой трубы, в среднем L=15 метров;
4. Вагонетка для подачи топлива (дрова) - 1 штука;
5. Железная дорога для подачи топлива, в среднем L 15-40 метров;
6. Здание блочной котельной из легких ограждающих конструкций;
7. Дымовая труба - 1 штука;
3
8. Бак запаса воды V=3-40 м - 1 штука;
9. Регистры отопления -1 комплект;
3
10 Бункер топлива V=10-80 м - 1 штука;
11. Склад топлива (щепа, опилки и т.д.).
Покупное оборудование и материалы на 1 котел ВК:
1. Дымосос ДК-3,5-6,3 -1 штука;
2. Клапан предохранительный Ду-50-250 Ру-16-2 штуки;
3. Задвижки запорные с фланцами Ду-50-250 Ру-16-2 штуки;
4. Трубы стальные 0-57-273, в среднем L=15 метров;
5. Отводы 90° Д-57-273 - 10 штук;
6. Транспортеры для подачи топлива - 1-3 штук;
7. Колун для дров (механический);
8. Станки для изготовления гранул в комплекте;
9. Электрооборудование.
Монтаж и пусконаладка котлов ВК и котельного вспомогательною оборудования.
Для того, чтобы иметь возможность гарантированно получить максимальный положительный технический и экономический эффект при реконструкции, в частности, жилищно-коммунального хозяйств, необходимо в обязательном порядке и в полном объеме выполнить следующие условия;
1. Провести нивелирование всех тепловых сетей (в том числе внутри котельной, наружных и внутренних тепловых сетей) на предмет определения верхних точек трубопроводов, где собирается воздух. Работы можно проводить нивелиром, уровнем, гидроуровнем. Во всех верхних точках установить воздушники (краны маевского и т.п.). Внимание! Полное устранение «воздушных мешков» позволяет на практике снизить расход электроэнергии на циркуляцию теплоносителя до 7 Квт/час на 1 Квт/час вырабатываемой тепловой мощности.
2. Заменить запорную арматуру во всех точках тепловых сетей.
2
3. Провести гидравлические испытание тепловой сети давлением 10-12 кг/см.
4. Заменить дефектные участки (нет необходимости сразу менять все трубы теплотрассы)
5. Заменить сетевые насосы на ресурсосберегающие мощностью не выше достаточной. Можно параллельно с установленными сетевыми насосами установить импортный насос с потребляемой энергией до 7 квт/час на 1 МВт мощности.
Стоимость реконструкции 1 МВт мощности при остановке котлов ВК.
С целью большего и в короткие сроки перевода котельных на ресурсосберегающую технологию эксплуатации котлов реконструкцию (перевооружение) котельных целесообразно осуществлять в два этапа:
1 этап - установка одного основного, номинальной мощности котла ВК, при этом:
1. Котел ВК-1,0-1,0 млн. руб. (стоимость котла ВК на заводе-изготовителе);
2. Котельно-вспомогательное оборудование - 0,5 млн. руб.;
3. Монтаж, пусконаладка - 1 млн. руб.
Всего: 2,5 млн, руб.
2 этап - установка резервного котла ВК, при этом:
1. Котел 1,0 (резерв) - 1 млн. руб. (стоимость котла ВК на заводе-изготовителе);
2. Монтаж, пусконаладка 0,25 млн. руб.
Всего: 1,25 млн. руб.
ИТОГО (общая стоимость реконструкции): 3,75 млн. руб.
*Оценка стоимости реконструкции предварительная.
Общий экономический эффект,
достигаемый снижением потребности расхода топлива в связи с широким переходом на ресурсосберегающие котлы ВК
Исходные расчетные данные:
1. Годовой объем выработки тепловой энергии 200 млн. Гкал.
2. Табличное (Инструкция по нормированию расхода котельно-печного топлива на отпуск тепловой энергии котельными, М. - 1991) значение расхода дров влажностью 50% при работе на котлах металлических новых в объеме 210 кг у.т.
3. Имеем поправку к табличным (Инструкция, см выше) значениям расхода дров влажностью 50% при работе на котлах металлических со сроком эксплуатации свыше 15 лет, что равно 210 кг у.т. + 25,9 кг у.т.=235,9 кг у.т.
4. Фактический расход топлива па котлах ВК 0,333 кбм/МВт или 0,286 кбм/Гкал.
Расчет:
Переводим условное топливо в натуральное:
- Котлы новые, при этом 210/0,266/652,5=1,21 кбм/Гкал*'1,16=1,40 кбм/MBт.
Высвобождение финансовых средств составит:
(1,21 кбм/Гкал - 0,286 кбм/Гкал)* 200 млн. Гкал - 184 800 000 кбм. В денежном выражении 184800000 кбм.*350 руб.- 64 680 000 000 рублен.
- Котлы старше 15 лет, при этом 235,9/0,266/652,5=1,36 кбм/Гкал*1,16=1,57 кбм/МВт
Высвобождение финансовых средств составит:
(1,36 кбм/Гкал - 0,286 кбм/Гкал)* 200 млн, Гкал=214 800 000 кбм.
В денежном выражении 214 800 000 кбм.*350 руб.=75 180 000 000 рублей.
- Дополнительный экономический эффект отражательных экранов после перехода на ресурсосберегающие котлы ВК в денежном выражении при цене дров 350 руб. за кбм. составит 10003020,81 * 350=3 501 057 283,5 рублей.
Общий экономический эффект широкого применения ресурсосберегающей технологии, котлов ВК и котельного вспомогательного оборудования при выполнении комплекса организационно-технических мероприятий по реконструкиии котельных может составить лишь только за счет снижения объемов потребления топлива в системе жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации до 100 миллиардов рублей