Устройство и конструкционные характеристики энергетических котельных агрегатов

Е. А. БОЙКО 
ǟǝǞǜǚǕǝǞǎǚ  
ǔ ǖǚǙǝǞǜǟǖǢǔǚǙǙǧǑ ǡnjǜnjǖǞǑǜǔǝǞǔǖǔ  
ǩǙǑǜǏǑǞǔǣǑǝǖǔǡ ǖǚǞǑǗǨǙǧǡ njǏǜǑǏnjǞǚǎ 
ǟȃDZǭǹǺDZ ǻǺǽǺǭǴDZ 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2021 
1 

УДК 621.182 (075.8) 
ББК 31.361 
Б77 
Рецензенты: 
Мунц Владимир Александрович – доктор технических наук, профессор,  
заведующий кафедрой теплоэнергетики и теплотехники Уральского энергетического  
института (УралЭНИН) ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет  
им. первого Президента России Б. Н. Ельцина» 
Пачковский Сергей Владимирович – кандидат технических наук, доцент,  
начальник отдела Службы испытания и наладки тепломеханического оборудования  
АО «Сибирский инженерно-аналитический центр»  
(ООО «Сибирская генерирующая компания») 
Бойко, Е. А. 
Б77  
Устройство и конструкционные характеристики энергетических котельных агрегатов : учебное пособие / Е. А. Бойко. – Москва ; Вологда : 
Инфра-Инженерия, 2021. – 364 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-0644-4 
Рассмотрены основные конструктивные и технические характеристики 
энергетических котельных агрегатов. Приведены краткие описания конструкций различных типов паровых котлов и перечень основного котельновспомогательного оборудования. 
Для студентов тепло- и электроэнергетических, энергомашиностроительных направлений подготовки. Может быть использовано производственнотехническим персоналом, занимающимся проектированием, наладкой и эксплуатацией котельных агрегатов тепловых электростанций. 
УДК 621.182 (075.8)
ББК 31.361 
ISBN 978-5-9729-0644-4 
© Е. А. Бойко, 2021 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
2 

 
ǎǎǑǐǑǙǔǑ 
В данное пособие включены материалы по устройству и конструкционным характеристикам котельных агрегатов: прямоточных с паропроизводительностью 660–3950 т/ч; с естественной циркуляцией паропроизводительностью 160–690 т/ч; а также высоконапорных парогенераторов, изготовляемых производственными объединениями «Красный котельщик»  
(г. Таганрог) и «Сибэнергомаш» (г. Барнаул), а также Подольским машиностроительным заводом (ЗиО). 
Котлы предназначены для работы в составе энергоблоков ТЭС и ТЭЦ, а также на ТЭС 
 с поперечными связями. 
Для различных типов котлов приведены краткие описания конструкций, основные технические, габаритные характеристики, перечень основного котельно-вспомогательного оборудования. 
Типы и параметры котлов соответствуют ГОСТ 3619-89 «Котлы паровые стационарные. Типы и основные параметры». 
Технические характеристики паровых котлов приведены в соответствии с требованиями ГОСТ 28269-89 «Котлы паровые стационарные большой мощности. Общие технические 
требования». 
Высоконапорные парогенераторы представлены по проектным показателям.  
В пособии представлены типовые конструкции котлов, однако в зависимости от характеристики топлива, места установки и других условий строящейся или расширяемой, а также 
модернизируемой электростанции заводом-изготовителем могут быть внесены изменения в 
конструкцию котла, в тепломеханические, гидравлические, аэродинамические и прочностные расчеты. 
Каждый типоразмер котла обозначен шифром, состоящим из буквенных и цифровых 
индексов по ГОСТ 3619-89. Буквы обозначают: Е – котлы с естественной циркуляцией,  
Пп – прямоточные котлы; п – наличие промежуточного перегрева (промперегрева); Пр – 
принудительная циркуляция, Кп – комбинированная циркуляция и промперегрев. Первые 
цифры указывают паропроизводительность в т/ч; вторые – давление в МПа, затем – температуру в °С (в числителе – температура первичного пара, в знаменателе – температура пара 
промперегрева). В случае одинаковой температуры первичного пара и пара промперегрева 
температуру указывают один раз. Далее обозначают буквами вид топлива и тип топки, для 
котлов с наддувом добавляют индекс «Н». 
Для обозначения вида топлива и типа топки установлены следующие индексы: ПА – 
полуантрацит; К – каменный уголь; Б – бурый уголь; С – сланцы: М – мазут; Г – газ; Д – другие виды топлива. 
Типы топок, наиболее распространенные в котлах большой мощности: Т – камерная 
топка с твердым шлакоудалением; Ж – камерная топка с жидким шлакоудалением; В – вихревая топка; Ц – циклонная топка; Ф – топка кипящего (флюидизированного) слоя. 
В скобках приводится заводской шифр модели котла. Каждый завод придерживается 
собственных условных обозначений отдельных типоразмеров котлов. Наиболее распространенная маркировка, в которой первая буква или буквы характеризуют завод-изготовитель:  
Т – ПО «Красный котельщик» (Таганрогский котельный завод – ТКЗ); П – Подольский машиностроительный завод им. Орджоникидзе (ЗиО); БКЗ – ПО «Сибэнергомаш» (Барнаульский котельный завод – БКЗ). 
 
 
 
 
 
3 
 

 
1. ǟǝǞǜǚǕǝǞǎǚ ǖǚǞǗǚnjǏǜǑǏnjǞǚǎ 
 
1.1. ǠǿǹǶȂǴȋ Ǵ ǸDZǽǾǺ ǻǬǼǺǮǺǯǺ ǶǺǾǷǬ  
Ǯ ǾDZǻǷǺǮǺǵ ǽȁDZǸDZ Ǟǩǝ 
Электрическая станция представляет собой промышленное предприятие для выработки электрической энергии. Основное количество электрической энергии в России и в большинстве крупных экономически развитых стран мира производят на тепловых электрических станциях (ТЭС), использующих химическую энергию сжигаемого органического топлива.  
Тепловые электростанции. Основным типом тепловой электрической станции на органическом топливе являются паротурбинные электростанции, которые делятся на конденсационные (КЭС), вырабатывающие преимущественно только электрическую энергию,  
и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), предназначенные для выработки тепловой и электрической 
энергии. 
Централизованное снабжение теплом крупных городов и поселков в виде горячей воды и пара низкого давления значительно повышает эффективность использования энергии 
сжигаемого топлива и улучшает состояние воздушного бассейна в зоне городов. 
Паротурбинные электростанции выгодно отличаются возможностью сосредоточения 
огромной мощности в одном агрегате, однако эффективность использования энергии сжигаемого топлива не столь высока (38–40 %), и прежде всего, в силу физических свойств рабочего вещества энергетических установок – воды и пара. 
Основными тепловыми агрегатами паротурбинной ТЭС являются паровой котел и паровая турбина (рис. 1.1). Паровой котел представляет собой систему поверхностей нагрева 
для производства пара из непрерывно поступающей в него воды путем использования тепла, 
выделяющегося при сжигании топлива. Подаваемую в паровой котел воду называют питательной водой. Питательная вода в котле подогревается до температуры насыщения, испаряется, а полученный насыщенный пар затем перегревается. 
Полученный перегретый пар высокого давления поступает в турбину, где его потенциальная тепловая энергия превращается в механическую энергию вращающегося вала турбины. С последним связан электрический генератор, в котором механическая энергия на основе закона Фарадея превращается в электрическую. 
На современных ТЭС с агрегатами единичной электрической мощности 100 МВт и 
выше применяют промежуточный перегрев пара, при котором частично отработавший пар из 
промежуточных ступеней турбины возвращают в паровой котел. Промежуточный перегрев 
пара увеличивает КПД турбинной установки и соответственно снижает удельный расход пара на выработку электроэнергии и расход топлива в паровой котел. Промежуточный перегрев пара снижает также влажность пара в последних ступенях низкого давления турбины, и, 
тем самым, уменьшает эрозионный износ лопаток. 
Отработавший пар из турбины поступает в конденсатор, где теплота конденсации 
пара (скрытая теплота парообразования – значительная часть энергии пара) передается 
охлаждающей воде и далее рассеивается в окружающей среде. Полученный основной конденсат перекачивают конденсатными насосами через подогреватели низкого давления в деаэратор, где конденсат доводится до кипения при давлении деаэратора, освобождаясь при 
этом от растворенных в воде коррозионно-агрессивных газов (кислорода и углекислоты). 
Сюда же поступает очищенная добавочная вода, компенсирующая потери пара и конденсата в цикле. Из деаэратора вода питательным насосом через подогреватели высокого давления подается в паровой котел под давлением, превышающим давление пара на выходе  
из котла.  
4 
 

 
Рис. 1.1. Принципиальная схема паротурбинной ТЭС. Котельная установка:  
ТТХ – топливно-транспортное хозяйство; ПС – система пылеприготовления;  
ТК – топочная камера; ПП – пароперегреватель; ВЭК – водяной экономайзер;  
ВЗП – воздухоподогреватель; ДВ – дутьевой вентилятор; ГО – система газоочистки;  
ДС – дымосос; Паротурбинная установка: ПТ – паровая турбина;  
ЭГ – электрогенератор; К – конденсатор; КН – конденсатный насос;  
ХВО – химводоочистка; ЦН – циркуляционный насос;  
ПНД – подогреватель низкого давления; Д – деаэратор;  
ПН – питательный насос; ПВД – подогреватель высокого давления 
 
Подогрев основного конденсата в подогревателях низкого давления и питательной 
воды в подогревателях высокого давления производится теплотой конденсирующегося пара, 
отбираемого из проточной части (ступеней) турбины. Этот процесс называют регенеративным подогревом воды. Регенеративный подогрев заметно повышает КПД паротурбинной 
установки. 
Тенденция развития паровых котлов – это увеличение единичной мощности, повышение начальных параметров (давления и температуры) пара, применение промежуточного перегрева пара, полная механизация и автоматизация управления, изготовление и поставка 
оборудования крупными блоками для облегчения и ускорения монтажа. 
С применением пара сверхкритического давления (р = 25,5 МПа) и перегрева пара  
(t = 545–565 °С), развитием регенерации тепла тепловая экономичность ТЭС приблизилась к 
своему термодинамическому пределу (КПД около 42 %). Дальнейшее повышение начальных 
параметров пара уже мало повышает тепловую экономичность паротурбинных блоков,  
но сильно увеличивает их стоимость из-за необходимости применения более высоколегированных и дорогостоящих сталей.  
5 
 

1.2. ǛǬǼǺǮǺǵ ǶǺǾDZǷ Ǯ ǾDZȁǹǺǷǺǯǴȃDZǽǶǺǵ ǽȁDZǸDZ ǻǼǺǴdzǮǺǰǽǾǮǬ ǻǬǼǬ 
 
Паровым котлом называется устройство для выработки пара с давлением выше атмосферного за счет теплоты сжигаемого топлива. Сочетание топочной камеры, в которой осуществляется горение топлива и теплоиспользующих поверхностей нагрева, в которых происходит нагрев воды до кипения, испарение воды (генерация пара) и перегрев пара называется 
котельным агрегатом. Котельная установка – это более широкое понятие, включающее  
дополнительные устройства для приготовления и ввода в топку топлива; вентиляторы для 
подачи воздуха; дымососы для отвода в атмосферу дымовых газов; питательные насосы  
и другое вспомогательное оборудование. Технологическая схема производства пара в паровом котле на электростанции, сжигающей угли в пылевидном состоянии, представлена  
на рис. 1.2. 
Кусковое топливо выгружается из вагонов 1 в бункер разгрузочного устройства 2, откуда ленточным транспортером 16 подается в дробильное устройство 3, в котором топливо 
измельчается до кусков размером 15 мм. Затем уголь по ленточному транспортеру 16 подается в бункер сырого угля 4, откуда поступает в мельничное устройство 5. Здесь топливо 
окончательно измельчается и подсушивается. Готовая угольная пыль вместе с нагретым воздухом в воздухоподогревателе 10 через горелки 18 поступает в топочную камеру 7 парового 
котла 19, где и сгорает. При этом химическая энергия топлива преобразуется в тепло, излучаемое от факела и топочных газов, и передается поверхностям нагрева 20, экранирующих 
стены топочной камеры и в которых происходит нагрев и испарение воды, предварительно 
подогретой в экономайзере 9. Полученная из воды пароводяная смесь поступает в барабан 
котла 6, где осуществляется сепарация пара. 
 
Рис. 1.2. Технологическая схема котельной установки, работающей на твердом  
органическом топливе: 1 – вагон с топливом; 2 – бункер разгрузочного устройства;  
3 – дробилка; 4 – бункер сырого угля; 5 – мельничное устройство; 6 – барабан;  
7 – топочная камера; 8 – пароперегреватель; 9 – водяной экономайзер;  
10 – воздухоподогреватель; 11 – дутьевой вентилятор; 12 – золоуловитель; 13 – дымосос; 
14 – дымовая труба; 15 – багерный насос; 16 – ленточный транспортер; 17 – штабель угля; 
18 – горелки; 19 – паровой котел; 20 – экраны; 21 – устройство шлакоудаления; 
22 – деаэратор; 23 – питательный насос; 24 – мельничный вентилятор;  
а – питательная вода; б – перегретый пар; в – продукты сгорания; г – шлак и зола 
 
После чего насыщенный пар подается в пароперегреватель 8, перегревается до определенных параметров и направляется в машинный зал к паровой турбине. Перегрев пара в 
пароперегревателе 8, нагрев питательной воды в экономайзере 9 и воздуха в воздухоподогревателе 10 осуществляется за счет охлаждения газообразных продуктов сгорания топлива. 
Подача воздуха в воздухоподогреватель производится дутьевым вентилятором 11. Зола, образующаяся в результате сгорания топлива, частично в виде шлака осаждается в топке и затем удаляется через холодную воронку системой шлакоудаления. Основная масса золы вме6 
 

сте с дымовыми газами проходит газоходы котла и улавливается в золоуловителе 12, остатки 
не уловленной летучей золы вместе с газообразными продуктами сгорания рассеиваются 
дымовой трубой 14 в окружающей атмосфере. Эвакуация продуктов сгорания из топочной 
камеры парового котла в дымовую трубу осуществляется с помощью дымососа 13. Образовавшиеся в результате горения твердого топлива в топке шлак и зола, уловленные в золоуловителе, транспортируются по каналам системы золошлакоудаления в багерную насосную 
установку 15, служащую для перекачки шлака и золы с технической водой по трубопроводам 
на золоотвалы. 
Из рассмотрения технологической схемы производства пара следует, что в состав котельной установки входят (см. рис. 1.3): 
- топливный тракт, т. е. путь движения топлива, включающий бункер сырого дробленного топлива 4, углеразмольную мельницу 5 и соединяющие это оборудование 
пылепроводы до горелочного устройства 18; сопротивление по топливному тракту, 
начиная с мельницы, преодолевается давлением, создаваемым дутьевым вентилятором 11; 
- газовый тракт – путь движения продуктов сгорания, начинается в топочной каме- 
ре 7, проходит через пароперегреватель 8, экономайзер 9, воздухоподогреватель10, 
золоуловитель 12 и заканчивается дымовой трубой 14; аэродинамическое сопротивление газового тракта до дымовой трубы преодолевается дымососом 13; 
- воздушный тракт – путь движения воздуха, включает короб холодного воздуха, 
воздухоподогреватель 10 и горелочные устройства 18; аэродинамическое сопротивление воздушного тракта преодолевается дутьевым вентилятором 11, который в 
целях вентиляции забирает воздух из верхней части помещения; в холодное время 
года, когда по температурным условиям усиленная вентиляция помещения недопустима, всасывающий воздухопровод переключают на забор атмосферного холодного воздуха; 
- водопаровой тракт – путь последовательного движения питательной воды, пароводяной смеси и перегретого пара; водопаровой тракт включает следующие элементы 
оборудования: экономайзер 9, топочные экраны 20, барабан 6, пароперегреватель 8. 
Преодоление гидравлического сопротивления водопарового тракта различно в зависимости от метода генерации пара. Для рассмотренной схемы с котлом естественной циркуляции вода от экономайзера до барабана движется за счет давления, 
создаваемого питательным насосом; в топочных экранах движение пароводяной 
смеси осуществляется за счет естественной циркуляции; от барабана к турбине –  
за счет перепада давления. Для схемы с прямоточными котлами это сопротивление 
преодолевается питательным насосом. 
Работа оборудования котельной установки определяется протеканием большого комплекса сложных процессов. К их числу относятся: 
1) подготовка топлива для сжигания и подачи его в топочную камеру; 
2) преобразование химической энергии топлива в тепло; 
3) передача выделившегося тепла поверхностям нагрева: топочным экранам – излучением; пакетам труб – конвекцией; 
4) передача тепла от поверхностей нагрева рабочему телу: в экономайзере – воде,  
в испарительных трубах – пароводяной смеси, в пароперегревателе – перегреваемому пару,  
в воздухоподогревателе – воздуху; 
5) подача питательной воды в котел, фазовые превращения в процессе движения в его 
поверхностях нагрева и выдача перегретого пара заданных давления и температуры; 
6) организация водного режима, обеспечивающего предотвращение образования отложений на интенсивно обогреваемых поверхностях нагрева и выдачу в турбину пара заданной чистоты; 
7) максимальное улавливание из продуктов сгорания золы и шлака и транспортировка 
их за пределы электростанции; 
7 
 

8) транспортировка продуктов сгорания по газоходам и выброс их после охлаждения в 
котле через дымовую трубу в атмосферу; 
9) полностью механизированный и автоматизированный контроль и управление работой котельной установки и всех протекающих в нем процессов. 
 
Рис. 1.3. Технологические тракты и функциональные узлы котельных установок 
 
Организация перечисленных процессов, протекающих в элементах котельной установки, предъявляет определенные требования к конструкции ее оборудования. В свою очередь, рациональная конструкция оборудования создает условия нормального протекания 
процессов и обеспечивает надежную и экономичную работу котельной установки в целом. 
 
1.3. ǖǷǬǽǽǴȀǴǶǬȂǴȋ ǻǬǼǺǮȇȁ ǶǺǾǷǺǮ 
 
Широкое распространение на практике получила классификация котлов: по назначению, по давлению, производительности, способу циркуляции воды (см. рис. 1.4). 
По назначению паровые котлы можно разбить на несколько групп: энергетические, 
промышленные, энерготехнологические и специальные. 
Энергетические паровые котлы отличают: высокая единичная паропроизводительность, повышенные параметры пара, высокие требования к надежности и экономичности  
в процессе проектирования и изготовления на заводе, и, наконец, высокие требования к 
культуре эксплуатации на электростанциях. 
Промышленные паровые котлы вырабатывают пар для технологических нужд промышленности и сельского хозяйства. 
Отопительные котлы производят пар или горячую воду для отопления промышленных, жилых и общественных зданий. 
Особое место занимают водогрейные отопительные котлы. Водогрейный котел – 
устройство для получения горячей воды с давлением выше атмосферного. 
Котлы-утилизаторы и энерготехнологические котлы используют резервы вторичных 
энергетических ресурсов при переработке отходов химических производств, бытового мусора и др. 
8 
 

Паровые котлы
По назначению
По давлению
По производительности
По способу 
циркуляции воды
Энергетичеcкие
Малой
С естественной
Низкого
(до 1 МПа)
Промышленные
Средней
С принудительной
Среднего 
(1 – 1Â МПа)
Котлы-утилизаторы
Большой
Прямоточные
Высокого
(14 МПа)
Энерготехнологические
Сверхвысокого
(18–20 МПа) 
Сверхкритического
(22,5 МПа)
Суперсверхкритического 
(более 22,5 МПа)
 
 
Рис. 1.4. Классификация паровых котлов 
 
По давлению различают следующие группы котлов: котлы низкого (до 1 МПа), среднего (1–10 МПа), высокого (14 МПа), сверхвысокого (СВД) давления (18–20 МПа), сверхкритического давления (СКД) – давление 22,5 МПа, суперсверхкритического давления 
(ССКД) – давление выше 22,5 МПа. 
По производительности различают котлы малой, средней и большой производительности (энергетические). 
По способу циркуляции воды все разнообразие конструкций паровых котлов малых  
и больших на весь диапазон рабочих давлений можно свести к трем типам: с естественной 
циркуляцией (рис. 1.5, а); с многократной принудительной циркуляцией (рис. 1.5, б) и прямоточные (рис. 1.5, в). В котлах с естественной циркуляцией движение рабочего тела по испарительному контуру осуществляется за счет естественного напора, обусловленного разностью плотностей столбов рабочей среды: воды 
в
U  в опускных трубах и пароводяной смеси 
см
U
 в подъемных экранных (испарительных) трубах циркуляционного контура (рис. 1.5, а). 
Циркуляционный контур образован замкнутой гидравлической системой, состоящей 
из обогреваемых подъемных (ТЭ) и не обогреваемых опускных (ОП) труб, объединенных 
вверху барабаном (Б), а внизу – коллектором (К). 
Движущий напор циркуляции 
дв
S
, Па в контуре можно выразить формулой  
 
 


дв
в
см
п
S
H g
 U  U
, 
(1.1) 
 
где  




в
б
s
t
p
c
U  U
 – плотность котловой воды в опускных трубах, кг/м3;  
см
U
 – средняя плотность пароводяной смеси в подъемных трубах, кг/м3;  
п
H  – высота паросодержащей части контура, м. 
9 
 

ПП
пе,
D
пе,
р
пе
t


б
ts Р
Б
пв
р
Пар на 
турбину
Питательная 
вода
пр
G
пв,
G
пв
t
ПН
РПК
ВЭК


б
ts Р
Пр
в
G
ТЭ
Н
ОП
см
ȡ
в
ȡ
а) 
п
Н
эк
Н
в
t
К
 
ПП
пе,
D
пе,
р
пе
t


б
ts Р
Б
Пар на 
турбину
Питательная 
вода
пв
р
пв,
G
пв
t
пр
G
ПН
РПК
ВЭК
Пр
в
G


б
ts Р
ТЭ
НПЦ
см
ȡ
в
ȡ
в
t
б) 
К
 
Питательная 
вода
пв
р
пе,
D
пе,
р
пе
t
пв,
G
пв
t
в) 
Пар на 
турбину
ПН
РПК
ВЭК
ТЭ
ПП
 
Рис. 1.5. Схема водопарового тракта котла: а – барабанного с естественной  
циркуляцией; б – барабанного с многократно-принудительной циркуляцией;  
в – прямоточного; ПН – питательный насос; РПК – регулятор питания котла;  
ВЭК – водяной экономайзер; Б – барабан; ОП – опускные трубы;  
ТЭ – топочные экраны (испарительные трубы); К – коллектор; ПП – пароперегреватель; 
НПЦ – насос принудительной циркуляции; Пр – вывод из барабана части воды 
 (непрерывная продувка) 
 
При относительно небольшой разности плотностей воды и пароводяной смеси необходимый движущий напор получают увеличением в высоту контура циркуляции. 
При критическом давлении (22,5 МПа) рабочая среда является однофазной, и ее плотность зависит только от температуры, а так как последние близки между собой в опускных  
и подъемных трубах, то движущий напор циркуляции будет очень мал. Поэтому на практике 
10