Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2014, № 12 (спецвып.)

ОПЫТ
ЭФФЕКТИВНОГО
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
РЕСУРСОВ
ДАЛЬНЕГО
ВОСТОКА

УДК 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Ш 94 

620.9(094) (571.56/.6)
Ш 94 
 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 
29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной 
службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия
человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.13 
 
Штым К.А., Дорогов Е.Ю., Соловьева Т.А., Головатый С.В., 
Лесных А.В., Упский В.А., Упский М.В., Цыбульская О.Н., 
Ксеник Т.В., Чириков А.Ю., Перфильев А.В., Буравлёв И.Ю., 
Юдаков А.А., Азарова Ю.А., Шлык Д.Х., Трухин И.С., Цой К.А., 
Чистяков С.В. , Гончаренко Ю.Б.,  Лесных Е.В., Журмилова 
И.А., Штым А.С., Калинин А.О., Фильчикова Ю.А., Тарасова 
Е.В., Потапова М.В., Богданович Г.А., Ткач Н.С., Еськин А.А., 
Захаров Г.А., Цыганкова К.В., Кобзарь А.В., Черненков В.П., 
Лихачев И.Д., Макаров Д.А., Ревенко Д.О.  

Опыт эффективного использования энергетических ресурсов Даль
него Востока: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельные статьи (специальный выпуск). 
— 2014. — № 12. — 168 с.— М.: издательство «Горная книга» 

ISSN 0236-1493 

Изложены результаты исследований и опыт рационального использования топливно-энергетических ресурсов, которыми располагает Дальний Восток
России. Особенностью энергетических предприятий региона является физически изношенное и морально устаревшее котельное оборудование, для модернизации которого предлагается циклонно-вихревая технология сжигания топлива, 
позволяющая эффективно использовать различные его виды. Приоритет в топливной политике Дальнего Востока отдаётся сжиганию газа, что позволяет получить не только предельно возможные технико-экономические и экологические характеристики котельных установок, но и по новому взглянуть на комбинированную выработку теплоты и электрической энергии, используя современные установки когенерации. Уделено внимание вопросам экологии, которые 
возникают при организации энерготехнологических процессов и предложены 
технические решения по снижению вредных выбросов. 

УДК 620.9(094) (571.56/.6)
 

©  Коллектив авторов, 2014 
©  Издательство «Горная книга», 2014 
ISSN 0236-1493 

©  Дизайн книги. Издательство  
«Горная книга», 2014 

 
 

УДК 62-681 
© К.А. Штым, 2014 
 

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ  
С ТОПЛИВНО-РЕВЕРСИВНЫМИ  
ЦИКЛОННО-ВИХРЕВЫМИ ПРЕДТОПКАМИ 

Рассмотрен опыт применения циклонно-вихревой технологии сжигания топлива, приведены данные исследований по внутритопочному теплообмену в 
котлах с различным видом топлива и с различной компоновкой ЦВП применительно к индивидуальной геометрии топок. Показаны возможности по реверсу газ-мазут, повышению производительности котлов с ЦВП за счет 
стадийного сжигания топлива и формирования высокотурбулизированного 
факела большой единичной в объеме топки. Представлены данные по применению ЦВП на угле при проектировании многотопливных котлов с совмещением различных способов сжигания угля, газа и жидкого топлива. Приведены 
данные по опытной эксплуатации пылеуголных ЦВП с различными способами подвода топлива на дальневосточных углях. Показаны перспективы дальнейшего внедрения ЦВП на предприятиях энергетики. 
Ключевые слова: энергетические котлы, газовое топливо, теплота сгорания, удельный расход топлива, рациональное природопользование, коэффициент использования топлива. 
 
Современная топливная политика в энергетике Дальнего 
Востока направлена на изменение баланса между видами органического топлива. Одна из причин, это начало активного освоения 
газовых месторождений и экспорт голубого топлива. Вторая причина в низкой эффективности производства тепловой и электрической энергии на имеющемся оборудовании, которое длительное время не приводилось в соответствие с современными требованиями по технико-экономическим и экологическим показателям. Известно, что внимание к инновационным технологиям в 
энергетике определяются в основном двумя факторами: топливной политикой и возможностью доводить научные исследования 
до практической реализации. Особенностью энергетики за последние два десятилетия является перевод котлов на сжигание газа, сокращение доли угля и стремление к полному исключению 
из топливного баланса производной нефтепереработки — дорогостоящего мазута. Поскольку перевод угольных и мазутных 
котлов на сжигание газа не представляет особых проблем, то и не 

стимулируются исследования по совершенствованию процессов 
горения и теплообмена при сжигании газообразного топлива. При 
проектировании и реконструкции котлов с переводом на сжигание газа ведущими научно-исследовательскими организациями 
ВТИ ЦКТИ и МЭИ рекомендуются, а котельными заводами применяются стандартные горелочные устройства, а общая тепловая 
схема котла остается практически без изменений. При этом опыт 
подобных реконструкций проводимой с использованием циклонно-вихревой технологии сотрудниками кафедры «Теплоэнергетики и теплотехники» ДВФУ показал имеющиеся возможности по 
повышению экономичности, производительности, надежности и 
экологичности энергетических и промышленных котлов различной мощности [1]. 
При реконструкции котлов с установкой циклонновихревых предтопков (ЦВП) на Охинской ТЭЦ, Якутской ТЭЦ 
и Хабаровской ТЭЦ, проводилось детальное сопоставление 
технико-экономических и экологических показателей на однотипных котлах, имеющих ЦВП  и горелочные устройства. На 
практике подтверждено, что особенности циклонно-вихревого 
сжигания топлива позволяют успешно использовать его преимущества при модернизации котлов в диапазоне теплопроизводительности от 20 до 200 Гкал/ч. Опыт внедрения воздухоохлаждаемых ЦВП  показывает, что на всех без исключения 
котлах (более 70 единиц), получено улучшение техникоэкономических показателей. Некоторые проекты реконструкции выполнены с приростом производительности котлов на 2530 % без изменения габаритов топки котла. Этому способствует перенос процесса смесеобразования и горения в объем ЦВП, 
а так же появляется возможность развития конвективных поверхностей нагрева котла за счет демонтажа воздухоподогревателей. Многолетний опыт эксплуатации модернизированных 
котлов и отзывы эксплуатационного персонала свидетельствуют о предпочтительности котлов с циклонными предтопками. 
Их преимущества особенно ощутимы при переходе котлов на 
сжигание резервного жидкого топлива, что случается из-за нарушений в системах газоснабжения, особенно в зимний период. Хорошо зарекомендовали себя топливно-реверсивные ЦВП 
при переводе 12 котлов в г. Владивостоке на сжигание газа в 

2011 г. [2] Конструкция ЦВП позволяет переходить с одного 
вида топлива на другой без изменения параметров и мощности 
на котле. При этом имеется опыт работы одновременно на двух 
видах топлива с сохранением технико-экономических показателей, что является очень важным фактором при обеспечении 
стабильной выработки тепловой и электрической энергии, особенно в изолированных энергетических системах, таких например как в г. Оха о. Сахалин. 
Необходимо отметить положительный опыт качественного 
изготовления предтопков и форсунок на хорошо оснащенной ремонтно-производственной базе Дальэнерго и поставку двух котлов на ВТЭЦ-1 с Дорогобужского котельного завода в готовности 
для установки циклонных предтопков. 
Общей особенностью всех реконструированных котлов является фронтальное или встречное расположение ЦВП. В основу 
расчетов ЦВП, выбора их числа, единичной мощности и компоновки заложены четыре характеристики, определяемые в проекте 
модернизации при номинальной нагрузке котла: теплонапряжение топочного объёма топки qv; теплонапряжение характерного 
сечения топки qf; отношение длины (в) топки к ширине (а) - в/а 
или отношение длины полутопки (в’) к ширине (а) - в’/а, характеризующие развитие факела в топке.  
Многочисленные исследования внутритопочного теплообмена показывают, что в топках котлов ядро факела и зона максимальных тепловых потоков практически совпадает с осью предтопка, что объясняется устойчивостью вихревого ядра большой 
единичной мощности, а также полным выгоранием топлива в зоне с эффективного смесеобразования [3]. 
На рис. 1 и рис. 2 представлены гистограммы распределения 
объемной плотности тепловыделения топочного объёма qv и теплонапряжение сечения qf топки в зависимости от вида модернизированного котла. Минимальные значения qv≤350 кВт/м3 имеют 
котлы, спроектированные для работы на твердом топливе с дефорсированными топками значительного объема. Максимальную 
объемную плотность тепловыделения имеет промышленный паровой котел ДЕ-25-24МЦ, с блочной горизонтальной модульной 
топкой туннельного типа, и пиковый водогрейный котел ПТВМ30МЦ.  

Рис. 1. Диаграмма зависимости объемного теплонапряжения топки от типа котла 
 
Техническое решение по модернизации котла ПТВМ-40МЦ 
предусматривает увеличение мощности до 40 Гкал/ч и расширение топки за счет боковых экранов с целью уменьшения теплового воздействия на радиационные поверхности нагрева в зоне размещения ЦВП. В связи с этим расчетная форсировка топочного 
объёма и теплонапряжения сечения уменьшается на 6 % по сравнению с котлом ПТВМ-30МЦ. 
 

 
Рис. 2. Диаграмма зависимости теплонапряжения сечения топки от типа 
котла 

Рис. 3. Диаграмма соотношения ширины и длины топки при развитии единичного факела 
 
Группа модернизированных котлов B and W, КВТК-140, 
ЭЧМ-25/35, БКЗ-75 имеет значительный запас по форсировке топочного объема. Следует особо отметить большие резервы по теплонапряжению на водогрейном котле КВТК-140. В случае форсировки характерного сечения этого котла на уровне ПТВМ-40, 
его тепловая мощность возрастет до 183 Гкал/ч при форсировке 
объемного теплонапряжения до 245 кВт/м3. Тепловая мощность 
котлов B and W может быть увеличена до 178 т/ч при форсировке 
объемного теплонапряжения до 270 кВт/м3. Анализ характеристик котла КВГМ-100 показывает, что принятое техническое решение перехода на умеренную форсировку котла и объема является оптимальным: котел имеет достаточно высокие значения qv 
и qf при хорошей пропорции характерного сечения в/а ≈ 0,96. 
Полученные данные свидетельствуют о принципиально различных условиях теплообмена в зависимости от характерных параметров общей компоновки промышленных котлов. Промышленные котлы КВГМ-20, ДЕ-25 имеют туннельные топки, где факел развивается в осевом направлении. По сравнению с Побразными котлами топки таких котлов являются условными 
аналогами подовой компоновки горелок. Для них характерны 
большие значения qv и qf. Для таких топок параметр высоты и 
ширины как 1:1 объясняется условиями транспортировки в собранном состоянии. Наиболее характерным здесь является котел 

ДЕ-25, не достигающий в эксплуатации заявленной заводом номинальной производительности из за высокой форсировки топочного устройства. При такой геометрии топки необходим узкий и достаточно протяженный факел, который может быть получен с помощью ЦВП. 
Из проведенного анализа следует, что оптимальная форсировка топочного объема модернизируемых котлов сотавляет qv= 
500 кВт/м3. Оптимальная форсировка характерного сечения не 
более qf= 3500 кВт/м2 и оптимальные геометрические соотношения сечения топки при установке одного ЦВП  в/а = 1,5, при установке двух и более предтопков в'/а = 1,3.  
Полученные данные применены при вертикальной компоновке двух предтопков на боковом экране топки модернизированного энергетического котла БКЗ-120-100ГМ, при  горизонтальной компоновке четырех ЦВП вместо 20 горелок на водогрейном котле ПТВМ-180 Хабаровской ТЭЦ-3.  
ЦВП для сжигания мазута и газа могут совмещаться со сжиганием твердого топлива на котлах малой мощности, в случаях 
нестабильной поставки топлива. На рис.4 представлена схема 
комбинированной топки котла [4], которая реализована на трех 
котлах ТС-35 Спасского цементного завода. Котлы могут сжигать 
жидкое топливо в ЦВП и уголь в низкотемпературном кипящем 
слое. Генерируемые ЦВП воздушные вихри, в качестве вторичного дутья, позволили на максимальных нагрузках предельно 
снижать потери от уноса твердого топлива. Двухступенчатая подача воздуха на сжигание топлива позволила добиться значительного снижения оксидов азота на обоих видах топлива.  
 

 
Рис. 4. Схема комбинированной топки 

Рис.5. ЦВП с тангенциальным вводом 
угольной пыли: 1 — камера сгорания; 2 
— подвод вторичного воздуха; 3 — подвод аэросмеси; 4 — подвод осевого воздуха; 5 — мазутная форсунка; 6 — регулятор крутки осевого воздуха; 7 — обмуровка; 8 — ввод аэросмеси в камеру сгорания 
 
С учетом опыта конструирования 
и 
эксплуатации 
газомазутных предтопков, разработаны ЦВП с тангенциальной рис.5 и 
аксиальной рис.6 подачей твердого топлива. [5] ЦВП смонтированы на фронтовом экране котла 
«Бакбок-Вилькокс» Артемовской 
ТЭЦ 
(паропроизводительность 
котла – 120 т/ч). Для обеспечения 
надежного 
функционирования 
котла в период осенне-зимнего 
максимума нагрузок на боковых 
экранах топки установлены две 
вихревые горелки, рассчитанные 
на сжигание каменных углей Нерюнгринского и Липовецкого месторождений. Котел оборудован индивидуальной системой пылеприготовления с промежуточным бункером и двумя мельницами ШБМ-250/390. Одна мельница обеспечивает работу основных пылеугольных горелок и двух муфелей, другая подготавливает топливо для циклонных предтопков. По оси предтопков 
установлены двухпоточные многсопловые центробежные мазутные форсунки. 
На первом этапе пуско-наладочных работ в предтопки подавали черемховский каменные уголь, артемовский бурый уголь и 
смесь углей Артемовского, Смоляниновского и Липовецкого месторождений. Характеристики этих углей представлены в табл. 1 
Фракционный состав угольно пыли (по остаткам на ситах с соответствующими ячейками) изменялся в пределах: R90 = 9-23 %; 
R200 = 0,5-7 %. 

Рис. 6. ЦВП с аксиальным вводом угольной 
пыли: 1 — камера сгорания; 2 — тангенциальный ввод третичного воздуха; 3 — осевой ввод вторичного воздуха; 4 — ввод аэросмеси; 5 — мазутная форсунка; 6 — камера предварительного смешения вторичного 
воздуха и аэросмеси; 7 — обмуровка; 8 — 
регулятор крутки вторичного воздуха 
 
Таблица 1 

Характеристики топлив примененных на циклонных предтопках 

Характеристики топлива 
Марка топлива 

Низшая 
теплота 
сгорания 

r
i
Q , 

МДж/кг

Влажность 
рабочей 
массы  
Wr, % 

Зольность 
сухой  
массы  
Аd, % 

Выход летучих веществ 
в пересчете на сухое  
беззольное
состояние 
Vdaf 

Влажность 
пыли  
Wn, % 

Температура 
начала деформации  
t1, оС 

Черемуховский 
каменный 
уголь 

19-22 
9-12 
15-24 
46-52 
3 
1130 

Артемовский 
бурый уголь 
14 
19,9 
29,5 
- 
3 
11101420 

Смесь углей 
разных марок 
12,813,1 
17-21 
31-32 
49-55 
5-13 
- 

 
Результаты пуско-наладочных работ показали принципиальную возможность сжигания разносортного твердого топлива в 
воздухоохлаждаемой циклонной камере с сухим шлакоудалением. В ходе работ определены режимные параметры циклонных 
предтопков, позволяющие обеспечить устойчивое воспламенение 
твердого топлива без мазута при отсутствии шлакования. Детальные исследования представленные в различных источниках 
доказывают, что влиять на процессы горения и смесеобразования 
проще в ограниченном объеме, но для этого требуется знать в каких зонах происходят реакции связанные с образованием оксидов 
азота. Тогда перманентное воздействие водой, либо концентра