Совершенствование конструкций секционных котлов

Несмотря на то, что секционные котлы шатрового типа «Универсал», «Энергия», «Минск» считаются недостаточно эффективными, они выпускаются, устанавливаются, эксплуатируются и во многих случаях являются основным источником тепла в небольших отопительных котельных, работающих на газообразном и твердом топливе.

Проведенные в НИИсантехники (г. Москва) теплотехнические испытания таких котлов в эксплуатационных условиях выявили возможности совершенствования их конструкций с целью повышения надежности и тепловой эффективности. Измерения проводились в подмосковной котельной на котле «Универсал-6» с ручной слоевой топкой при сжигании каменных рядовых углей ССР при нагрузке зеркала горения — 0,25 МВт/м² [1].

На рис. 1а показано устройство котла «Универсал-6». Его основные элементы — чугунные секции, соединенные между собой конусными ниппелями и стяжными болтами. При сжигании топлива дымовые газы из топки поднимаются вверх, омывают выступы секций, разделяются на два потока и по каналам, образованным вертикальными ребрами секций, опускаются в боковые газоходы, откуда поступают в сборные газоходы и далее в дымовую трубу. Вода в котел подается через нижние коллекторы, образованные ниппельными соединениями секций, и после прохождения через секции собирается в верхних коллекторах, откуда поступает в систему отопления.

На рассматриваемом котле для проведения испытаний были установлены рядом в пакете новая и «старая» (с накипью) секции котла, оборудованные термопарами (подробнее см. статью Б. Я. Каменецкого в НТ № 1, 2011 г. — прим. ред.). Зависимость температуры наружной поверхности по высоте этих секций показана на рис. 1б.

лобовой котел накипь температурный.

На рис. 2 представлено распределение температуры лобовой (радиационной) поверхности секций в нижнем сечении. Самые высокие значения температур зафиксированы в нижней зоне секций, где они воспринимают наибольшие тепловые потоки (до 160 кВт/м²), что отражает решающую роль излучения поверхности горящего слоя. Значительно более высокие температуры поверхности «старой» секции, проработавшей три отопительных сезона, обусловлены слоем отложений накипи, образующимся на лобовой поверхности и в области примыкающих ребер [2]. Образование накипи усиливает неравномерность температурного поля секции, что существенно увеличивает аксиальные термические напряжения.

Распределение температур по сечению секций свидетельствует о «перетоке» тепла от ребер к конвективной поверхности и к осевой зоне лобовой поверхности, что увеличивает локальные тепловые потоки на этой поверхности. Для снижения температуры и повышения надежности целесообразно перенести ребра с лобовой на боковую поверхность секций на расстояние 20−25 мм (показано пунктиром на рис. 2) и снизить их высоту с 22 до 19−20 мм. Это приведет к снижению локальных тепловых потоков и температур лобовой поверхности, снижению темпа образования отложений. Также снижение высоты ребер приведет к уменьшению проходного сечения конвективных газоходов, увеличению скорости газов, что повысит тепловосприятие конвективной поверхности секций.

Для дальнейшего повышения тепловой эффективности котла предлагается продлить верхнее ребро 6 (рис. 1) до верхней части секции с тем, чтобы закрыть вход топочных газов 4 в конвективные газоходы. В этом случае топочные газы смогут поступать в секцию через окно 5, омывая поверхность В, которая в исходной конструкции «не работала», т.к. основная часть газов поступала через окно 4. Кроме того, для увеличения площади омываемой конвективной поверхности в секциях котлов «Универсал-6М» целесообразно отказаться от окон 3. Это приведет к тому, что топочные газы будут проходить в канал 2, омывая поверхность Б, в результате чего увеличится тепловосприятие секций. Благодаря этому котел «Универсал-6», отличающийся лишь тем, что не имеет такого окна, показал в теплотехнических испытаниях [3] более высокое значение КПД за счет снижения потерь с уходящими газами q₂ (рис. 3).