Разработка и производство
теплообменного оборудования
  • Главная
  • Статьи
  • Котлы-утилизаторы ООО «Гидротермаль» для применения в составе малых тепло-электро станций (мини ТЭС)

Котлы-утилизаторы ООО «Гидротермаль» для применения в составе малых тепло-электро станций (мини ТЭС)

2017.04.07

При разработке котла для ТЭС специалисты ООО «Гидротермаль» — Директор по технической политике  Валиулин С.Н. и главный конструктор Бурдастов Н.Н. использовали свой личный почти 20-летний опыт создания компактного теплообменного оборудования из коррозийно-стойких сталей, опыт разработки и постройки комплексных систем утилизации тепла для судов речного флота, а также данные об особенностях эксплуатации котлов-утилизаторов ведущих зарубежных и отечественных производителей в составе современных поршневых и газотрубных мини-ТЭС.

Рабочее проектирование котлов-утилизаторов ООО «Гидротермаль» началось в 2002г. и продолжается по настоящее время.

Созданы два принципиально различных типоразмерных вида котлов, обладающих своими достоинствами и недостатками:

1. Котлы водогрейные интенсифицированные газотрубные серии КУВИ.

Котлы КУВИ предназначены для работы с дизельными, газопоршневыми и газотрубными генераторами механической мощностью от 100 до 1000 кВт.

Рабочая температура горячих газов на входе – до 600°С на выходе 120-150°С.

В качестве нагреваемого теплоносителя может использоваться как вода, так и растворы этиленгликоля  с температурой до 115°С.

Котлы КУВИ выполнены по схеме перекрестно точного теплообменника с общим  противотоком. При этом по газу предусматривается один ход, а по жидкости от 3 до 8 ходов.
Котел- утилизатор КУВИ-16

Котел КУВИ-16

Для работы в составе дизельных ТЭС материалом для всех элементов котлов является коррозийностойкая сталь 10Х17Н13М2Т.
Для совместной работы с газопоршневыми генераторами все детали изготавливаются из сталей 08Х18Н9Т, 12Х18Н9Т (либо аналог AISI 321).
На корпусе всех котлов КУВИ предусмотрен гофр – термокомпенсатор, исключающий повреждения трубок при пусковых, маневровых рабочих режимах.
Коническая передняя крышка всех котлов содержит систему диффузоров- распределителей газа на входе в трубный пучок.
Котел- утилизатор КУВИ-32,2 / 625

Котел КУВИ-32,2 / 625

В котле обеспечивается равномерная раздача теплоносителя, исключаются местные перегревы и в целом повышается тепловая эффективность котлов.

Задняя крышка утилизаторов котлов содержит плоский мембранный участок, позволяющий при необходимости устанавливать котлы КУВИ без сильфонных термокомпенсаторов на отводящем трубопроводе.

На корпусе всех котлов имеются штуцеры отвода воздуха, тепла и слива воды.

На передней крышке установлен лючок увеличенного диаметра для удаления сажи после механической очистки. На задней крышке имеется штуцер отвода конденсата.

На корпусе в нижней части установлен, кроме того, лючок для удаления шлама.

После появления на отечественном рынке новых теплоизоляционных материалов на котлах утилизаторах  КУВИ монтируется тепловая защита передней трубной решетки из термокартона на основе муллитокремнеземистого волокна.

На всех котлах КУВИ используются цельнотянутые либо электросварные трубки с диаметром от 16 до 25 мм. с толщиной стенки от 1 до 1,5 мм.

Трубки котла профилируются для интенсификации теплообмена.

Благодаря малому диаметру труб, плотной компоновке и профилировке труб достигнуты очень высокие массогабаритные характеристики котлов КУВИ. В связи с этим котлы КУВИ легко монтируются в условиях самых жестких массогабаритных ограничений. При этом, как правило, не требуется специальной подъемно транспортной техники.

Регулировка теплопроизводительности котлов КУВИ производится перепуском горячих газов по байпасному трубопроводу. С этой целью котлы КУВИ по требованию заказчика снабжаются байпасными трубопроводами с высокотемпературными поворотными электроприводными заслонками.

Котел- утилизатор КУВИ-18 с байпасными трубопроводами и регулирующей арматурой на отгрузкеКотел- утилизатор КУВИ-18 с байпасными трубопроводами и регулирующей арматурой на отгрузке
Котел- утилизатор КУВИ-69 с байпасными трубопроводами и регулирующими заслонками Ду 350 и Ду 400Котел- утилизатор КУВИ-69 с байпасными трубопроводами и регулирующими заслонками Ду 350 и Ду 400

Как и другие газотрубные котлы, аппараты КУВИ имеют низкую температуру поверхности корпуса и не требуют мощной теплоизоляции.

Котлы КУВИ имеют недостатки общие для всех газотрубных котлов.

В первую очередь это затрудненная очистка межтрубного внутрикорпусного пространства от накипных и иных отложений. Дело в том, что образование отложений в разных местах котла идет с разной степенью интенсивности, переменным является состав отложений. Полностью удалить загрязнения в связи с этим очень непросто, особенно в районе передней трубной решетки.

По мере эксплуатации, загрязнения, ухудшая условия охлаждения узлов крепления трубок в передней трубной решетке, способствуют усилению процессов изменения структуры стали и возникновению коррозии, что со временем может привести к разгерметизации узлов крепления трубок.

В связи с этим, к воде циркулирующей в газотрубных утилизационных котлах предъявляются повышенные требования по содержанию солей временной жесткости,
растворенных газов и других примесей.

Эксплуатирующие службы должны обеспечивать качество и сроки очистки котлов.

Во вторую очередь необходимо иметь в виду, что обязательная периодическая очистка внутренней поверхности трубок от сажи может привести к повреждению термозащиты  передней трубной решетки, что может потребовать ремонта либо переустановки защиты.

2. Котлы водогрейные интенсифицированные водотрубные серии КУВИв.

КУВИв предназначены для совместной работы  с дизельными, газопоршневыми и газотрубными генераторами механической мощностью от 200 до   2000 кВт.

Рабочая температура горячих газов на выходе – до 600°С. Конструктивные особенности котлов КУВИв позволяют при необходимости довести эту температуру до 750°С. Температура газов на выходе 120-150°С.

Нагреваемый теплоноситель – вода, растворы этиленгликоля, иные негорючие некоррозийноактивные жидкости по согласованию с заводом-изготовителем с температурой до 115°С.

Котлы КУВИв выполнены по схеме многоходового перекрестного реверсного по газу прямотрубного теплообменника.
Котел- утилизатор КУВИв-400,880,1500 с байпасными трубопроводами и регулирующими заслонками Ду 350 и Ду 400

Котел КУВИв-400,880,1500
с байпасными трубопроводами и
регулирующими заслонками Ду 350 и Ду 400

Особенностью конструкции КУВИв является то, что выбранная схема, в отличие от других известных водотрубных котлов, обеспечивает значительное снижение температуры кожуха с 600°С характерного для котлов известных конструкций, до 250-300°С.

В результате, в котлах КУВИв значительно снижены термические напряжения и тепловая нагрузка корпуса. Как следствие, исключено появление на корпусе термических и усталостных трещин, ликвидировано окалинообразование.

Также как в котлах КУВИ для работы в составе дизельных ТЭС детали КУВИв изготавливаются из стали 10Х17Н13М2Т. Для ТЭС, работающих на природном газе, детали котлов КУВИв изготавливаются из сталей 08Х18Н10Т и 12Х18Н9Т и их аналогов.

На корпусе всех котлов КУВИв имеются гофр-компенсаторы температурных расширений.
Котел- утилизатор КУВИв-250,610,1250

Котел- утилизатор КУВИв-250,610,1250

Внутри котлов имеется система дифлекторов, обеспечивающих равномерное обтекание всех трубок.

Передний и задний водяные коллекторы снабжены съемными кольцевыми крышками, обеспечивающими возможность осмотра, обслуживания и ремонта водяной полости котлов.

Доступ к межтрубному пространству котла обеспечивается через входной и выходной газовые патрубки, а так же через люки в нижней и верхней частях кожуха.

На водяных коллекторах установлены патрубки воздухоудаления и дренажа.

По требованию заказчика котлы КУВИв поставляются с изоляцией.
Котел- утилизатор КУВИв-400,880,1500 с байпасными трубопроводами и заслонками в теплоизоляции

Котел- утилизатор КУВИв-400,880,1500
с байпасными трубопроводами и
заслонками в теплоизоляции

Котлы КУВИв имеют традиционные для водотрубных котлов положительные свойства:

  • стабильно низкие температуры (до 120°С) всех водоохлаждающих элементов, как следствие – повышенную надежность, химическую и коррозионную стойкость,
  • высокая маневренность (быстрая реакция на повышение температуры и расхода теплоносителя),
  • отсутствие высокого давления в корпусе котла,
  • стабильно высокие коэффициенты теплопередачи во всех элементах теплообменной поверхности.

Имеются новые положительные свойства, присущие только котлам КУВИв:

  • осевая цилиндрическая компоновка котла (включая газовые патрубки и теплообменные трубки) обеспечивает высокую компактность котлов КУВИв и удобство монтажа в любых стесненных условиях, в т.ч. при контейнерной компоновке и размещении теплоутилизаторов в качестве дополнительного оборудования в рамках модернизации электростанций:
  • возможность механической очистки внутренней поверхности труб от накипных отложений,
    -пониженная температура корпуса и как следствие уменьшение толщины изоляции и снижение тепловых потерь.

В активе ООО «Гидротермаль» к настоящему моменту (март 2008 г.) имеется достаточно развитый ряд котлов КУВИв, позволяющий согласованно работать этим аппаратам со всеми имеющимися на отечественном рынке Российскими и зарубежными двигателями механической мощностью от 200 кВт до 2,0 МВт.

В настоящее время расширение ряда КУВИв идет как в сторону уменьшения, так и увеличения мощности.

В конце второго квартала 2008 г. Будут готовы проекты котлов, работающих с двигателями механической мощностью 100 кВт, а так же 3,6 МВт.

В конце 2008 г. планируется подготовка рабочей документации по КУВИв для двигателя мощностью 7-9 МВт.

На март 2008 г. в эксплуатации находится 45 котлов КУВИв, установленных на дизельных и газопоршневых ТЭС как в России, так и в ближнем зарубежье.

Ни одного случая разгерметизации труб (в сумме  25 000 шт.)  или элементов корпуса по котлам КУВИв не зафиксировано, что говорит о правильности принятых технических решений и высокой надежности котлов КУВИв.