Контактно поверхностного

В книге рассматриваются процессы контактного нагрева воды продуктами сгорания природного газа и оборудование, применяемое для этой цели. Основное внимание уделено устройству, результатам эксплуатации и методике расчета контактных газовых экономайзеров, разработанных Научно-исследовательским институтом санитарной техники и оборудования зданий и сооружений {НИИСТ) Минстройматериалов СССР совместно с проектно-конструкторскими и наладочными организациями. Описаны также конструкции и теплотехнические показатели контактных и контактно-поверхностных котлов, разработанных в Академии коммунального хозяйства (АКХ) им. К. Д. Памфилова, НИИСТ и других организациях.

В настоящее время наиболее обстоятельная и систематическая работа по созданию, исследованию, внедрению и организации промышленного изготовления контактных газовых экономайзеров и контактно-поверхностных котлов ведется НИИСТ в содружестве с Промэнергогазом, ВНИИПромгазом и Каменским опытным заводом при содействии Мингазпрома, Главпромстройпроекта Госстроя СССР, ГПИ Сантехпроект, Свердловэнерго и ряда других организаций, промышленных предприятий и электростанций.

К настоящему времени накоплен значительный опыт расчета, разработки конструкций, изготовления, монтажа и эксплуатации контактных экономайзеров, контактных и контактно-поверхностных котлов, определены на основании многолетних наблюдений и многочисленных исследований теплотехнические, теплохими-ческие и технико-экономические показатели этих установок.

В данной работе сделана попытка обобщения опыта повышения к. и. т. природного газа как за счет создания отопительного оборудования, отличающегося максимальным к. п. д. и соответствующего современным требованиям максимального использования тепла топлива в самом агрегате (контактных и контактно-поверхностных котлов), так и за счет установки за технологическими, энергетическими и отопительными агрегатами, работающими на природном газе и отличающимися недостаточно высоким к. п. д., высокоэффективного теплоутилизационного оборудования (контактных экономайзеров).

После проведения комплекса исследований работы контактной камеры при различном характере укладки, разных размерах колец и уточнения значений коэффициента смачиваемости насадки для контактных экономайзеров и контактно-поверхностных котлов была принята правильно уложенная насадка из колец Рашига размерами не менее 50 X 50 X 5 мм. В единице объема правильно уложенной в шахматном порядке насадки полная поверхность колец примерно на 10—20% меньше, чем при загрузке навалом. Однако активная поверхность, в которую не включена поверхность в зоне точек соприкосновения соседних колец, отличается менее заметно. Если учесть обилие застойных зон при загрузке колец навалом, особенно мелких, размерами 15 X 15 X 2 и 25 X 25 X X 3 мм, то нецелесообразность применения беспорядочно лежащей насадки становится очевидной.

В установке использовались дымовые газы, получаемые в собственной топке специально для этой цели. Было установлено специальное оборудование для охлаждения и увлажнения топочных газов до определенной температуры и заданного содержания влаги. Поэтому на данном стенде была обеспечена возможность проведения опытов, полностью соответствующих условиям работы контактных экономайзеров, устанавливаемых за: а) котлами без хвостовых поверхностей нагрева; б) котлоагрегатами, имеющими хвостовые поверхности; в) промышленными печами, имеющими высокую температуру уходящих газов; г) сушильными установками, отличающимися высоким влагосодержанием и сравнительно низкой температурой уходящих газов, а также условиям работы контактно-поверхностных котлов различных типов.

Тепловой баланс котельных установок в СССР и многих других странах определяется по низшей теплоте сгорания топлива QH. До сих пор применение подобной методики было вполне оправдано, поскольку охлаждение дымовых газов ниже точки росы не практиковалось и скрытая теплота паров, содержащихся в продуктах сгорания, не использовалась. В случае применения контактных экономайзеров, контактных и контактно-поверхностных водогрейных котлов, позволяющих обеспечить глубокое охлаждение дымовых газов ниже точки росы и сконденсировать значительный процент водяных паров, содержащихся в газах, т. е. когда при движении дымовых газов по установке происходит изменение их влагосодержания, расчет теплового баланса по низшей теплоте сгорания является неправомерным, поскольку эта методика не учитывает изменения влагосодержания газов. Неправомерность сведения баланса по Qu особенно видна при конденсации значительной части водяных паров, когда потеря тепла с уходящими газами может стать отрицательной величиной, а к. п. д. котельной установки превысить 100%.

В литературе появляются описания и других зарубежных конструкций контактных и контактно-поверхностных котлов в основном барботажного, форсуночного и форсуночно-каскад-ного типов. Следует все же констатировать, что за рубежом контактные и контактно-поверхностные котлы применяются в основном для нагрева и выпаривания воды и различных жидкостей в химической промышленности с использованием погружных горелок, работающих под давлением, а также для нагрева воды в бассейнах.

По сравнению с описанными выше конструкциями доля поверхностной части в общем тепловосприятии котла в этом случае значительно выше. Устройство контактной камеры во многом аналогично устройству камеры котла ЛНИИ АКХ для горячего водоснабжения [95]. В отличие от других контактно-поверхностных котлов данная конструкция может быть использована для комплексного теплоснабжения не только жилых и общественных зданий и коммунальных служб, но и промышленных предприятий.

Органическим недостатком контактных водонагревателей (котлов) является невозможность нагрева воды выше предельной температуры (85° С — 88° С) при сжигании газа в топке с атмосферным давлением. Это обстоятельство плюс необходимость применения по конструктивным соображениям водоохлаждаемых топок привели к созданию контактно-поверхностных котлов, в которых в качестве первой ступени нагрева воды используется контактная камера, а в качестве второй ступени — радиационная поверхность топки. Уместно отметить, что при наличии внутренних топок (как в первых конструкциях котлов АКХ и ЛНИИ АКХ) выдержать только контактный принцип действия агрегата за-

В контактно-поверхностных котлах в топке через поверхность нагрева воде передается значительная доля общего тепла, что снижает предельную температуру нагрева воды в контактной камере. Это отчетливо видно, если построить процесс охлаждения продуктов сгорания в / — «^-диаграмме. Если предельная температура контактного нагрева воды газами, имеющими параметры, соответствующие начальной точке процесса, была равна их температуре мокрого термометра (около 87° С), то после охлаждения продуктов сгорания в топочной камере при d = const примерно до 1200° С предельная температура контактного нагрева воды снижается до 75—80° С в зависимости от распределения тепловос-лриятия между поверхностной и контактной частями котла.

1. Разработка котлов (т. е. водонагревателей с собственной топкой) контактного и контактно-поверхностного типа для горячего водоснабжения и комплексного теплоснабжения (отопления и горячего водоснабжения). Эти работы, начатые по инициативе АКХ им. К. Д. Памфилова и ее Ленинградского института (ЛНИИ АКХ) при активном участии П. А. Кузьмина [41, И. Н. Тычкова [51, 3. Л. Захаровой [6], Ю. П. Соснина, А. В. Рачинского, С. Н. Муромского [7, 81, а также Л. К. Якимова, О. Г. Ляхова [9] и других, проводятся в настоящее время рядом организаций: АКХ, Московским институтом народного хозяйства (МИНХ) им. Плеханова, Всесоюзным заочным политехническим институтом (ВЗПИ), Научно-исследовательским институтом санитарной техники и оборудования зданий и сооружений (НИИСТ), Московским институтом пищевой промышленности, Всесоюзным

Обеспечение высокого качества горячей воды на выходе из контактного экономайзера (или котла) прежде всего предусматривает поддержание удовлетворительного сгорания природного газа в топке котла, к которому подключен контактный экономайзер, и в топке контактного или контактно-поверхностного котла. Следует подчеркнуть, что требование это относится не только к контактным газовым агрегатам, а к любым тошшвосжигающим установкам независимо от их типа, назначения и конструкции, поскольку оно позволяет поддерживать достаточно высокий к. п. д. агрегата и предотвращать выброс повышенных количеств вредных веществ в атмосферу.

В разное время Хильденбраудом, Вандерхортом, Блосфельд-том, Вальдбауэром и другими были предложены конструкции контактных водогрейных котлов форсуночного, тарельчатого (кас-кадно-дискового), насадочного, пленочного типов с горелками для сжигания городского газа [92, 93]. Этот газ, получаемый при полукоксовании или газификации углей, содержал сернистые соединения, а применяемые горелки не обеспечивали полного сгорания топлива. В результате качество горячей воды не соответствовало гигиеническим требованиям. К тому же вода при контакте с продуктами сгорания городского газа была корро-зионно-агрессивной. В результате предложенные конструкции распространения не получили. Необходимо отметить, что это были, строго говоря, конструкции контактно-поверхностного типа, так как топки их имели водяные рубашки.

П. А. Кузьминым разработана весьма интересная конструкция контактно-поверхностного котла, предназначенного для комбинированной выработки горячей воды с температурой 95—170° С и насыщенного пара с избыточным давлением 0,7—7 кгс/см2. Котел состоит из экранированной топки и контактной камеры каскадно-дискового типа.

Одна из первых конструкций контактно-поверхностного котла для раздельного нагрева воды на отопление и горячее водоснабжение в закрытых системах теплоснабжения была разработана в 1960 г. в НИИСТ Б. Н. Лобаевым и И. 3. Ароновым. Опытный образец котла (рис. XI-1, XI-2), изготовленный в 1961 г., представляет собой цилиндрический агрегат высотой 2900, диаметром нижней части (первая ступень и топка) 800 и верхней части 500 мм расчетной теплопроизводительностью 0,3 Гкал/ч. Корпус топки, в котором размещены две подовые горелки среднего давления, имеет диаметр 500 мм. Таким образом, между корпусом топки и корпусом котла имеется кольцевое пространство шириной 150 мм, в которое поступает вода, подогретая контактным путем в первой ступени отопительной части котла. Для создания условий, благоприятствующих полному сгоранию газа, топка футеруется изнутри шамотным кирпичом толщиной 65 мм. Над топкой устроен охлаждаемый водой трубчатый зонт, служащий для предотвращения попадания в топку воды из первой ступени котла и одновременно являющийся радиационным подогревателем воды.

Схема контактно-поверхностного котла конструкции НИИСТ для отопления и горячего водоснабжения.

Общий вид установки опытного образца контактно-поверхностного котла НИИСТ для комплексного теплоснабжения в котельной Киевского таксомоторного парка. 1 — коте;л ? — промежуточный теплообменник.

Итак, опытный образец контактно-поверхностного котла НИИСТ состоит из внутренней топки, окруженной водяным объемом, контактной камеры первой ступени, в которой нагревается вода, циркулирующая в отопительной системе, и контактной камеры второй ступени, в которой нагревается холодная водопроводная вода для системы горячего водоснабжения.

В НИИСТ разработаны конструкции контактного котла-экономайзера с погружной горелкой и контактно-поверхностного котла-экономайзера с дутьевой и инжекционной горелками. Обе модификации рассчитаны на сжигание природного газа среднего давления.

Опытный образец контактно-поверхностного котла-экономайзера теплопроизводительностью 0,3 Гкал/ч по чертежам Укргипро-инжпроекта был установлен в отопительной котельной под Киевом

Методика испытаний опытного образца контактно-поверхностного котла-экономайзера, схема измерений и измерительная аппаратура были аналогичны применявшимся при испытании котла с погружной горелкой. Производительность котла по воде составляла 3,6— 6,8 м8/ч, по природному газу — 19—40 м3/ч. По условиям проведения опытов средняя скорость дымовых газов в контактной камере была ниже расчетной и составляла 0,3— 0,9 м/сек. Плотность орошения насадки водой в опытах была 7,5—9,0 м3/(м2-ч). Из-за малой скорости газов аэродинамическое сопротивление опытного образца котла-экономайзера составляло только 3—4 мы вод. ст. Результаты некоторых испытаний при разных режимах приведены в табл. XI-3 и на рис. XI-4. Как видно из ре-