Технические характеристики котла БКЗ: устройство, принцип работы

Энергетические котлоагрегаты БКЗ выпускаются ООО «Сибэнергомаш — БКЗ», их устанавливают на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). Котел БКЗ имеет вертикально-однотрубный тип расположения. Циркуляция котловой воды — естественная, насыщенный пар сепарируется от влаги в барабане котла.

Компоновка трубных поверхностей выполняется П или Т-образной, конструкция башенного типа. Работают агрегаты на всех видах энергетического топлива: уголь, газ, жидкообразное топливо и лигниты.

Расшифровка модификации котла

Российский производитель агрегатов Барнаульский котельный завод, сегодня именуется ООО «Сибэнергомаш — БКЗ», начал свою деятельность в разгар Великой Отечественной Войны 1942 году и был вывезен из Ленинграда.

Очень долгое время котлоагрегаты носили название БКЗ, однако в связи с выходом на внешний рынок, был получен новый стандарт ЕН ИСО 9001:2000, после чего котлы стали именоваться по-другому, например агрегат БКЗ 670-140-3 переименован в Еп-670-13,8-545, а БКЗ 220-100-9 в Е-220-9,8-540 КБТ.

При этом практически поменялись первые буквенные обозначения, а цифры, характеризующие паропроизводительность и давление в барабане агрегата остались неизменными, разве что изменилась размерность, кгс/см2 заменена на единицу в системе — МПа.

Завод-изготовитель придерживается строгого принципа маркировки оборудования, по которому можно определить многие важные характеристики его работы, например, для котлоагрегата БКЗ-420-140 НГМ-3:

• БКЗ — завод-изготовитель ООО «Сибэнергомаш — БКЗ» ;
• 420 - часовая паропроизводительность по перегретому пару (ПП), т/ч;
• 140 - давление ПП, кгс/см2 ;
• Н - работает под наддувом,49 МПа;
• ГМ — газомазутная горелка, работает на газообразном и мазутном топливе.

Согласно новым стандартам этот котел имеет маркировку Е-420-13,8-560:

• Е - естественная циркуляция воды;
• 420 - часовая производительность по перегретому пару, т/ч;
• 13,8 - давление пара Р, МПа;
• 560 - температура ПП, С.

Технические характеристики котлоагрегатов

Паровые водотрубные котлоагрегаты БКЗ относятся к классу энергетических устройств, они используются на ТЭЦ. Котлы выпускаются с большим диапазоном по паропроизводительности от 75 т/ч для агрегатов БКЗ 75-39ФБ до 690 т/ч, по давлению пара от 3,9 до 14 МПа и по температуре от 450 до 540 С.

Основной перечень ТЭЦ и ГРЭС, где установлены котлы БКЗ:

1. Минская ТЭЦ-4, БКЗ-420-140ГМ, газомазутный с естественной циркуляцией, расход ПП - 420 т/ч, давление ПП - 140 атм.
2. Красноярская ТЭЦ-2, БКЗ-420-140-ПТ1 и БКЗ-500-140-1, специально рассчитанные на использование березовских и иных бурых углей Сибирского района, расход ПП - 500 т/ч, Р - 140 атм.
3. Вологодская ТЭЦ, БКЗ-50-39Ф БКЗ-75-39ФБ, предназначены для сжигания бурых углей, для чего оборудованы двумя шахтными мельницами, расход пара - 50 т/ч, Р - 39 кгс/см2.
4. Абаканская ТЭЦ 4, котлы БКЗ-420-140 ПТ-2, для использования твердого топлива с пылесистемами и промбункерами, расход ПП - 420 т/ч, Р - 140 атм.
5. Кировская ТЭЦ-4 БКЗ - 210-140Ф, рассчитаны на сжигание челябинского бурого угля и природного газа, расход пара - 210 т/ч, Р - 140 атм.
6. Гусиноозерская ГРЭС, БКЗ 640-140ПТ-1, рассчитаны на сжигание топки Окино-Ключевского разреза и Гусиноозерского месторождения, расход пара - 640 т/ч, Р - 140 атм.

Принципиальная схема

Котлы БКЗ 160— вертикально-водотрубные устройства. Циркуляция воды — естественная. В конструкции вверху выполнен монтаж барабана, где потоки воды и пара соединяются. В выносных циклонах протекает процесс сепарации пара. Агрегаты работают либо с разрежением в топке либо под наддувом.

Компоновка агрегатов выполняется П/Т-образной либо башенной. Конструкция может использовать опоры либо быть подвесной. П-образная компоновка занимает намного меньше места, при этом тягодутьевые устройства располагаются на нулевой отметке. Котлы предусматривается для разных видов топлива, при этом расчет ведется индивидуально для зоны размещения котла, учитывая местные топливные ресурсы.

Принципиальная схема работы однобарабанных котлов БКЗ 160:

1. Топливо подается в вертикальную топку, закрытой со всех сторон экранами, верх и низ которых объединены трубными коллекторами.
2. На фронтовой стене топочной камере на 2-х ярусах размещены горелки в количестве от 2 до 8 единиц, в зависимости от производительности котла.
3. В обогреваемых дымовыми газами экранах, нагревается котловая вода с образованием пароводяной смеси.
4. Пароводяная смесь благодаря естественной циркуляции движется в верхние коллекторные устройства.
5. Далее пароводяная смесь попадает в барабан и через выносные сепараторы направляется в паросборник.
6. Нагретая в экономайзере питательная вода с большим давлением насосами направляется в верхний барабан для пополнения объема воды, который был выведен из водяного тракта отбором перегретого пара.
7. По опускным более холодным трубам, котловая вода опускается из барабана в нижнюю коллекторную систему коллектора экранов, чтобы повторить цикл нагрева.
8. Пар, очищенный от влаги в сепараторах из барабана котла направляется в пароперегреватели, которых установлено несколько: радиационный и конвекционный.
9. После пароперегревателей пар идет для промышленного отбора на паровую турбину или для технологических процессов.
10. В котле установлен воздухоподогреватель рекуперативного типа, где за счет температуры дымовых газов подогревается воздух для подачи в горелочное устройство. Обычно устанавливается двухступенчатая система подогрева воздуха, с температурой до 200 С.
11. Дымосос поддерживает разрежение в топке минус 2 мм. в. ст.
12. После топки дымовые газы направляются в межтрубное пространство пароперегревателей с температурой 1180 С, и далее в экономайзер с температурой 250 С и систему воздухообогрева с температурой 130 С. После чего дымосос выбрасывает уходящие газы в дымовую трубу.

Устройство БКЗ-160-100 ГМ

Согласно принципиальной схемы работы однобарабанного котла БКЗ, его конструкция состоит из топки, нескольких горелочных устройств, верхнего барабана с выносными циклонными сепараторами, нескольких пакетов пароперегревателей, экономайзера, питательного тракта, воздухоподогревателя, дымоходов, дымососа и системы топливоподачи. Все оборудование тщательно спроектировано, смонтировано и настроено на оптимальную работу котла.

Топка

Топочная камера выполнена открытого типа, прямоугольного сечения, экранирована трубами 60х4 из котловой стали Ст.20. Задний и фронтовой экраны образуют малоуклонную конструкцию, теплоизолированную шамотным кирпичом.

Верх топочной камеры закрыт пароперегревателем. Топочные 13 независимых контуров, соединенными верхними и нижними коллекторами из котловых труб 219 х 25 мм.

Фронтальный и задний экранные поверхности нагрева образуют на уровне 11380 мм от пода топки пережим, который делит топочную камеру на две части: горения и охлаждения. Для эффективности горения трубы в нижней камере, выполненные шипованными и закрыты жаростойкой хромитовой массой.

Горелка

Для сжигания топлива на боковых, а в некоторых конструкциях на фронтальной стенке топочной камере предусмотрены несколько горелочных устройств от 2-х до 8-ми. Они могут быть пылеугольные или газомазутными.

Прямоточные главные горелочные устройства располагаются под углом к горизонтали. Сбросные горелки находятся над главными и формируют в середине топочной камеры закрученный поток топливовоздушной смеси с противоположным направлением вращения. Для розжига котлоагрегат оборудуется 2-мя муфельными горелочными устройствами, расположенных с боков топки.

Барабан котлоагрегата и сепарация пара

Отгрузка барабана котла БКЗ

Барабан котлоагрегата имеет Д= 1600 мм изготовлен из стали 16ГНМА. Котел имеет две ступени испарения. Первая находится в чистом отсеке, куда входит барабан и фронтальные экраны. Во вторую входят боковые и задний экраны с внешними циклонами, которые образуют солевой отсек.

Пароводяная смесь из экранных пакетов, чистого отсека следует в распределяющий короб барабана и из него устремляется в циклоны, где происходит сепарация капель из пара. Вода из сепараторов, возвращается в барабан. А пар проходит вторую ступень сепарации и поступает в пароперегреватель.

Блоки пароперегревателей

Пар в пароперегревателе движется 2 самостоятельными потоками. Пароперегреватель выполнен из 3-х компонентов:

• потолочный пакет, полностью экранирующий топку — радиационного типа;
• 20 ширм перед горизонтальной частью дымохода — полурадиационного типа;
• пакет в поворотной части — конвективного типа.

Если температура насыщенного пара котлоагрегата постоянна, то температура перегретого пара (Тпп) способна расти. Иногда, по условиям эксплуатации оборудования ТЭЦ, ее нужно снижать. Котлы БКЗ имеют систему регулирования Тпп, которую выполняют в пароохладителях 1 и 2 ступени, используя впрыск конденсата.

Подвод конденсатной жидкости на впрыск в пароохладитель 1-ой ступени производится с применением парового эжектора. Во 2-ой ступени пароохладителя — благодаря разнице давления в пароохладителе и конденсаторе.

Экономайзер и питательный тракт

Экономайзер служит для нагрева воды перед подачей ее в барабан за счет снижения температуры дымовых газов. Устройство из блоков змеевиковых котловых труб 32х4 мм, размещаются в шахте котла.

Экономайзер для БКЗ

Питательная вода, подпитывающая агрегат, котловая вода, циркулирующая по экранам, пароводяная смесь, и перегретый пар, создают питательный тракт котлоагрегата БКЗ. Для охлаждения экранов вода должна обладать расчетной скоростью циркуляции, может проходить контур, как однократно, например, как перегретый пар, так и многократно, как котловая вода в экранах.

Подачу питательной воды направляют в верхний барабан и по нижним коллекторам Д=133х10 мм, а отвод пароводяной смеси происходит из верхних коллекторов аналогичного диаметра.

Рециркуляция уходящих газов

Движение уходящих газов по газовому тракту котла происходит благодаря топочному разряжению. Дымососы для котла БКЗ имеют запас по производительности 10 %, а по напору до 30 % и частоту вращения 746 об/мин, обеспечивая выброс топочных газов в атмосферу до 1000 м3/ч с Т= 150 С. Регулирование объемов выброса выполняется осевым шибером дымососа.

Для снижения выбросов оксидов азота в котлах БКЗ предусмотрена рециркуляция уходящих газов. Метод стал применяться еще в начале 80-х годов.

Исследования показали, что наибольший результат достигается по снижению NOx происходит, когда часть дымовых газов через линию рециркуляции подается в центральные каналы горелочных устройств. Этот метод мало применим при сжигании мазута, так как появляются сложности с его розжигом.

Поэтому для газомазутных топок применяют рециркуляцию путем смешения части дымовых газов с воздухом и подачей смеси по среднему или периферийному каналам горелочного устройства.

Воздухоподогреватель и схема воздушного тракта

Для нагрева дутьевого воздуха до 300 С перед подачей в горелочное устройство БКЗ устанавливается регенеративный воздухоподогреватель РВП-54. Ранее на таких агрегатах устанавливались трубчатые конструкции, которые имели большие габариты и низкую эффективность.

РВП-54 выполнен из ротора, вращающегося на вертикально установленном валу. Внутри конструкции расположены нагревательные пакеты со специальным профилем, через которые тепло от топочных газов передаются воздуху. Фланец вала опирается на роликоподшипник на балке воздухоподогревателя. Вращение ротора выполняет электромеханический привод. Газовый и воздушный потоки разделены уплотнителями.

Автоматика

Автоматика котла БКЗ — центральный орган управления тепловыми процессами выработки перегретого пара, обеспечивающий расчетную эффективность работы котла, и его безопасную эксплуатацию.

Современные автоматические системы выполняются на базе микропроцессорного устройства с параметрами, установленными правилами и нормативами защиты паровых котлов.

Система с помощью первичных датчиков следит за многочисленными параметрами работы котла и сигнализирует оперативному персоналу обо всех нарушениях. Если персонал не примет меры по устранению нарушений в работе теплового оборудования, система самостоятельно выполнит аварийное отключение.

Основные параметры срабатывания системы безопасности котла:

• нет факела на форсунке;
• аварийный уровень воды в агрегате;
• аварийные значения по параметрам пара;
• отключены тягодутьевые устройства;
• низкие параметры подачи питательной воды;
• низкое давление воздуха перед горелкой;
• отсутствует разрежение в топочной камере;
• низкое давление топлива перед горелкой;
• неисправность первичных датчиков

Аварийная остановка котла также выполняется системой безопасности при разрыве главного паропровода, линии питательной воды и экономайзера, чрезмерном наполнении котла водой, образования свищей в экранных трубах, взрыв газа в дымоходах, остановки системы топливоподачи и разрушении обмуровки котла.