Судовые котлы принцип работы

Судовые котлы принцип работы

1.1. Назначение, принцип действия и место парового котла в составе судовой энергетической установки

Паровой котел служит для производства влажного или перегретого водяного пара при давлении, превышающем атмосферное. Температура выходящего из котла влажного пара равна температуре насыщения, а температура перегретого пара может быть значительно больше температуры насыщения.

Водяной пар на судне предназначен для различных целей. Например, в главных паросиловых установках он необходим для работы главных тепловых двигателей – паровых турбин, а также для нагревания воды, топлива и других сред в различ­ных теплообменных аппаратах. На судах с дизельными и газо­турбинными установками пар нужен турбогенераторам, выра­батывающим электроэнергию, а также для обогревания жилых помещений. Кроме того, пар необходим для хозяйственных нужд (камбуза и др.), для технологических установок по пере­работке рыбы и других продуктов моря. Водяной пар в паро­вом котле образуется в результате подвода теплоты к воде. Источником теплоты служат продукты сгорания органического топлива (дымовые газы).

Принципиальная схема котла показана на рис. 1.1, а, общий вид котлов разных типов – на рис. 1.1, б, в, г. Паровой котел (ПК) состоит из топки I и ряда рекуперативных теплообменни­ков, расположенных за топкой: пароперегревателя II, испарите­ля III, водоподогревателя (экономайзера) IV и воздухоподогре­вателя V. В этих теплообменниках горячая среда (дымовые газы) отделена от холодной (пар, вода, воздух) непроницаемой твердой стенкой, то есть среды, обменивающиеся теплотой, не смешиваются друг с другом.

Назначение теплообменников следует из их названий: па­роперегреватель – для перегрева пара, испаритель – для пре­вращения воды в пар, экономайзер – для подогрева воды, а воздухоподогреватель – для подогрева воздуха. Испаритель представляет собой основную поверхность нагрева ПК, а тепло­обменники II, IV, V – дополнительную. Основную поверхность нагрева имеют все котлы. Она может быть скомпонована со­вместно с топкой (Рис. 1.1, б, в). Дополнительная поверхность нагрева у ряда котлов может частично (Рис. 1.1, б, г) или полностью отсутствовать (Рис. 1.1, в). Котлы, использующие теп­лоту отработавших газов дизелей и газотурбинных двигателей (ГТД), могут не иметь топки (Рис. 1.1, г).

Рис. 1.1. Принципиальная схема парового котла (а) и общий вид главного (б), вспомогательного (в) и утилизационного (г) котлов

В – воздух; Т – топливо; ДГ – дымовые газы; ПП – перегретый пар;

НП – насыщенный пар; ПВ – питательная вода

У паровых котлов можно выделить два независимых тракта: газовоздушный и пароводяной. Температура дымовых газов при движении через теплообменники IIV газовоздушного тракта снижается. Стрелками внутри теплообменников показа­но, что часть теплоты от газов в каждом из них отводится к нагреваемой среде, темпера­тура (энтальпия) которой при этом увеличивается.

На рис. 1.2 в координатах (s – удельная энтропия, Дж/(кг∙К); Т – абсолютная температура, К) изображен термодинамический цикл паротурбинной установки (ПТУ). Нижняя (х = 0, где х – сте­пень сухости) и верхняя (х = 1) пограничные кривые со­ответствуют состояниям насы­щения кипящей воды и сухого водяного пара при различных давлениях. Изобарный процесс 1–2–3–4 (; ) реализуется в па­роводяном тракте котла. Он состоит из более простых процессов: подогрева пита­тельной воды до состояния, близкого к состоянию насыщения при давлении в котле (ли­ния1–2); подогрева воды до кипения и образования влажного насыщенного пара, степень сухости которого близка к единице (линия 2–3); подсушки и перегрева пара (линия 3–4).

Рис. 1.2. Термодинамический цикл па­ротурбинной установки

Процессы превращения воды в перегретый пар происходят соответственно в экономайзере (линия 1–2), в испарительной поверхности нагрева (линия 2–3) и в пароперегревателе (ли­ния 3–4) ПК.

Паровой котел – основной элемент судового энергетиче­ского комплекса, упрощенная схема которого приведена на рис. 1.3. Весь комплекс можно условно разделить на две уста­новки: турбинную (машинную) и котельную. В состав турбин­ной установки входят главный турбозубчатый агрегат (ГТЗА) 5 и вспомогательные турбоагрегаты (турбогенераторы) 4, глав­ный 7 и вспомогательный 6 конденсаторы и обслуживающие их системы (на рис. 1.3 не показаны).

Котельная установка включает паровой котел 1 и обеспечи­вающие его работу системы:

– питательную, состоящую из подогревателей питательной воды (ППВ) 10, 13, 14, питательного насоса 12. трубопрово­дов 11 от паровых магистралей, конденсатных насосов 8, 9, из­мерительных приборов и арматуры;

– паровую, предназначенную для отвода пара потребите­лям по трубопроводам 2, 3 с арматурой и контрольно-измери­тельными приборами;

– топливную, состоящую из расходных цистерн 16, топлив­ного насоса 15, топливных фильтров 17, подогревателя топли­ва 18, трубопроводов с измерительными приборами и арматурой;

– газовоздушную, включающую газоход 20, дымовую тру­бу (на схеме непоказана), вентилятор 19 с воздухоприемником, воздушные коробы и др.

Рис. 1.3. Принципиальная схема судового паротурбинного

Котельная установка оснащена также системами автомати­ческого регулирования подачи воды, топлива и воздуха в котел, водоподготовки, дистанционного управления и защиты ПК, ко­торые на схеме не показаны. Бóльшая часть пара поступает в главный турбозубчатый агрегат 5, остальная направляется к вспомогательному турбоагрегату 4.

Читайте также:  Как очистить картридж от краски

Отработавший в турбине ГТЗА 5 пар поступает в главный конденсатор 7, где конденсируется и насосом 8 в виде конден­сата (воды) нагнетается в ППВ 10. Сюда же насосом 9 по­дается конденсат от вспомогательного конденсатора 6, а также греющий пар (стрелки на трубопроводах 11) от отборов тур­бины ГТЗА 5. Вода в ППВ 10 смешивается с паром и нагре­вается до температуры кипения. Растворенные в ней газы удаляются в атмосферу, то есть смесительный подогреватель 10 служит также деаэратором питательной воды. Из подогрева­теля-деаэратора 10 питательным насосом 12 вода нагнетается в паровой котел 1 (через ППВ 13 и 14, обогреваемые паром из отборов турбины ГТЗА 5). Здесь теплота, выделившаяся при сжигании органического топлива, передается от дымовых газов к воде и пару. Топливо в топку котла 1 подается из расходной цистерны 16 насосом 15 через фильтры 17 и подогреватель топ­лива 18. Туда же вентилятором 19 из атмосферы подается воз­дух, а образующиеся при сгорании топлива дымовые газы от­водятся (стрелка 20) в дымовую трубу.

Цикл ПТУ, изображенный на рис. 1.2, включает в себя про­цессы, происходящие не только в ПК, но и в других элемен­тах СЭУ: 45 – адиабатное расширение пара в турбине; 56 – изобарно-изотермический процесс конденсации пара в кон­денсаторе; 67 – адиабатный процесс в насосах; 71 – изо­барный процесс подогрева питательной воды в ППВ.

Термодинамическая эффективность цикла ПТУ в значитель­ной степени зависит от параметров пара, производимого котлом.

Принцип работы судового котла

На судах различного назначения неотъемлемым и важным ресурсом является водяной пар, который служит для разных целей. Если на судне предусмотрена паросиловая установка, то пар необходим для вращения паровых турбин валопровода судна и, как следствие, передачи энергии движителю.

Если на судах установлены дизельные или газотурбинные двигатели, то пар требуется для выработки электроэнергии в турбогенераторах, а также для целей отопления и бытовых хозяйственных нужд. За производство водяного пара отвечает паровой котёл, который производит перегретый и влажный водяной пар под давлением.

Принцип работы заключается в подведении тепла, полученного путём сгорания органического топлива, к воде и образовании пара.

Судовые котлы классифицируются по следующим характеристикам:

  1. Обтекание теплообменника горячими газами (водотрубные, огнетрубные, комбинированные);
  2. Назначение (главные, вспомогательные);
  3. Способ циркуляции воды (естественная, принудительная);
  4. Тяга и дутьё (естественная или принудительная тяга и дутьё);
  5. Вид топлива (жидкое, твёрдое, газообразное);
  6. Параметры пара (низкого давления – до 150 кН/кв.м., среднего давления – от 160 до 280 кН/кв.м., высокого давления – от 610 до 1000 кН/кв.м.)

Со структурой судового парового котла можно ознакомиться на рисунке 1, где указаны схемы судовых котлов разных типов.
Основные части парового котла это топка (I) и несколько рекуперативных теплообменников, находящихся за ней: пароперегреватель (II), испаритель (III), водоподогреватель (IV) и воздухоподогреватель (V). Конструкция котла судового подразумевает разделение горячих дымовых газов и холодных пара, воздуха и воды герметичной перегородкой для того, чтобы среды обменивались теплотой, не смешиваясь.
Функция пароперегревателя заключена в его названии, испаритель образует пар из воды,водо- и воздухоподогреватели соответственно названию. Основная нагреваемая поверхность это испаритель, а остальные теплообменники представляют собой дополнительную.


Узлы и системы котельной установки:

  • паровой котёл;
  • питательная система, включающая подогреватели воды, насоса, трубопрово¬дов, из¬мерительных приборов и арматуры;
  • паровую систему для раздачи пара потребителям;
  • топливную систему;
  • газовоздушную систему (газоход, дымовая труба, вентилятор, воздушные коробы и др.)

Помимо прочего котельная установка снабжена системами автоматического регулирования подачи воды, топлива и воздуха в котёл, системами водоподготовки, защиты парового котла.
Если на корабле установлен утилизационный котёл, то благодаря использованию теплоты исходящих газов – утилизации – обеспечиваются технологические процессы, не связанные с движением судна.

Подготовка котельной к работе

Удостовериться в наличии необходимого количества воды и проверить топку на отсутствие мазута. Также нужна вентиляция топки, чтобы избежать воспламенения накопившихся газов. При подаче топлива в топку розжиг его осуществляется электрическим запалом или от горящего источника.

Пар распределять следует медленно для равномерного прогревания частей котла. Перед подъёмом пара нужно убедиться, что воздушный клапан открыт. Во время подогрева воды и подъёма пара проверяется герметичность люков, лазов и крышек. Включают подпиточные насосы, запускают автоматические котельные установки с включением топливного насоса, вентилятора и подачей тока к зажигающим электродам.
По достижению давления пара 1 кг/кв.см. закрывают воздушные краны и продувают водоуказательные приборы. После достижения паром давления 3 кг/кв.см. обследуют фланцы и лазы, обжимая их гайки. При давлении 5 кг/кв.см. включается подпитка водой и продувка.

При давлении в половину рабочего убеждаются в состоянии предохранительных клапанов. После чего ожидается подъём пара, время от розжига топлива до его первого появления занимает от трети до половины общего времени подъёма. Когда давление достигает рабочих параметров снова осматриваются клапаны, манометры и приборы.

Эксплутационные особенности

Важным условием бесперебойной работы котельных агрегатов является обеспечение достаточного уровня воды иначе недостаток воды чреват пережогом теплообменников и поломкой и снижением срока службы.

Необходимо постоянно контролировать уровень воды в тёплом ящике, работу подпиточных насосов, работу автоматического управления подпиткой. Если температура воды вырастает более, чем на 50° С, то это грозит выходом из строя насоса подачи из-за заполнения его паром. Заполнение котла выше нормы приводит к нестабильной работе паровых механизмов.

В случае использования газового оборудования избежать перегрев воды способно автоматическое газовое регулирование.

Читайте также:  Терновник что это такое фото

Процесс горения топлива

Качество горения в топочной камере осуществляется путём регулярного наблюдения в оборудованный глазок или при помощи газоанализатора.Чтобы обеспечить правильный теплотехнический процесс горения, следует добиться верного соотношения подаваемых в топку топлива и воздуха определённого давления.

Поставщики топлива обязаны предоставить сертификаты, составленные по результатам лабораторного анализа. Форсунки нужно очищать от отложений и нагара 3 раза в сутки при непрерывной работе. Если горение прекращается, то мгновенно закрывается клапан подачи топлива, чтобы оно не скапливалось в топке, что небезопасно.

Прекращение работы котла

При остановке котельной установки нужно выключить систему автоматического управления, прекратить подачу топлива, воздуха и воды. При ручном управлении сначала отключаются форсунки топливный насос, дутьё и подпитка водой. Затем стравливается пар и продувание. Из остывшего котла удаляется вода. Перекрывается запорная арматура и из трубопроводов удаляются вода, воздух и пар.

Очистка котла

В случае несоблюдения требований по водоподготовке на теплообменниках могут образовываться большие объёмы накипи спустя первые 1000 часов работы, что влияет на теплопотери, перегреву и необходимости механической и химической чисток. Процедуры проводятся при условии стоянки судна обеспеченной якорными и швартовными устройствами.
Механическая чистка выполняется кирками, скребками и электроинструментом. Также могут использоваться металлические щётки.
Химическая чистка подразумевает щелочение котла или промывка кислотными средствами. Щелочение это процесс заполнения водотрубного котла выше нормы водным раствором средства против накипи и при давлении в 2 Бар проведение верхней и нижней продувки. Продолжительность процедуры до 10 часов.
Практическая очистка дымогарных и водогрейных труб от сажи выполняется банником.

Производители

Когда дело доходит до модернизации котельных установок на судах, то перед покупателем открывается широкий выбор мировых производителей котлов (Германия, Италия, Корея). На российском рынке популярностью пользуется отечественный котёл марки КОАВ (КВС)-200 — водогрейная автоматизированная тепловая установка предназначенная для обслуживания судовых закрытых систем отопления. Его теплопроизводительность 200 Гкал/час, рабочее давление 0,18 Мпа.

Нормы и правила

Обслуживание судовых паровых котлов регулируется Правилами технической эксплуатации судовых паровых котлов Министерства морского флота. Согласно Правилам использование корабельных котлов должно производиться с учётом максимальной теплопроизводительности, без нанесения ущерба их техническому состоянию, обеспечивая безопасную работу и наименьший расход топлива.

Правильная организация труда и следование Правилам технической эксплуатации судовых котлов играет главную роль в выполнении вышеупомянутых требований. Нарушение Правил чревато авариями и нестабильной работой.

Судовая энергетическая установка независимо от назначения судна и типа применяемого главного двигателя должна непрерывно обеспечивать энергией все судовые потребители, как на ходу судна, так и на стоянке в порту. С этой целью СЭУ вырабатывает энергию различных видов (механическую, электрическую, тепловую), которая хранится на судне в виде скрытой химической энергии органического топлива

Тепловая энергия вырабатывается в основном в котельных установках, являющихся составными элементами СЭУ.

Назначение. Комплекс устройств и агрегатов, обеспечивающий преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию пара или горячей воды требуемых параметров, называется котельной установкой (пароэнергетической установкой).

Состав. Котельная установка состоит из котла, обслуживающих его механизмов и систем:

питательной системы, которая служит для подготовки и подачи питательной воды в котел;

топливной системы, которая служит для подготовки и подачи топлива к форсункам котла;

воздушно-газовой системы, которая служит для подготовки и подачи воздуха в топку котла и отвода из него дымовых газов.

системы продувки, которая предназначена для периодического удаления из котла накапливающихся в котловой воде солей и шлама;

системы ввода в котел химических реагентов с целью предотвращения накипи и образования коррозии;

системы автоматического регулирования, сигнализаций и защиты, в которую входят системы регулирования питания котла, давление и температуры пара, элементы сигнализации и защиты.

Читайте также:  При включении компьютера голубой экран

В паровом котле протекает процесс преобразования энергии органического топлива в тепловую (потенциальную) энергию, производимого пара, который сопровождается горением топлива, теплообменом между продуктами горения и рабочими средствами, парообразования, циркуляцией воды и пароводяной смеси, сепарацией пара, движением сред (пара, воды, воздуха).

На судах применяют главные, вспомогательные котельные установки. В главной котельной установке энергия используется для приведения в действие движителей судна. Вспомогательные котельные установки, обеспечивают энергией вспомогательные технические средства, нормальное функционирование главной энергетической установки и другие судовые потребители.

Паровые котлы теплоходов и газотурбоходов предназначены для производства пара необходимых параметров, расходуемого:

— на эксплуатационные нужды (подогрев топлива, масла, обогрев кингстонов, опреснение забортной воды и др.);

— на общесудовые нужды (отопление, камбуз, прачечные, душевые, систему паротушения и др.);

— на технологические нужды (на промысловых судах);

— для подогрева жидкого груза на танкерах;

— на работу турбогенераторов и вспомогательных механизмов.

В котлах для производства пара используется химическая энергия топлива (вспомогательные котлы), но может использоваться и теплота отработавших газов двигателей (утилизационные котлы).

Рассмотрим процесс производства пара на примере парового водотрубного котла (рис. 1). Каждый котлоагрегат имеет два самостоятельных тракта — воздушно-газовый и пароводяной.

В воздушно-газовом тракте происходит непрерывный подвод воздуха и топлива, горение топлива и отводных продуктов сгорания. В топке 10 стенки 11 которой выложены огнеупорным кирпичом, сжигается топливо. Образующиеся при этом топочные газы проходят между трубами 7, передавая значительную часть своей теплоты циркулирующей воде, и уходят через газоход 1 в дымовую трубу. Газовый тракт котла отделен от атмосферы обшивкой, наружные поверхности которой, а также коллекторов 6 и 12 покрыты теплоизолирующими материями.

Через поверхность нагрева котла теплота от газов передается нагреваемой среде (воде, пару, воздуху).

В пароводяном тракте осуществляются: подвод питательной воды и ее подогрев до кипения, парообразование, перегрев пара и его отвод к потребителям. Пароводяной 6 и водяной 12 коллекторы соединены пучками парообразующих (подъемных) труб 7 и не обогреваемых (опускных) труб 8. Котел имеет один контур циркуляции (направление циркуляции воды и пароводяной смеси показано стрелками).

3-паровое пространство котла

4-трубопровод подачи питательной воды

5-водяное пространство котла

7-парообразующие (подъемные) трубы

Пароводяной коллектор заполнен примерно наполовину. Образующийся в трубах пар собирается в верхней части пароводяного коллектора, называемой паровым пространством котла 3, откуда он отводится через паропровод 2. Нижняя часть внутреннего пространства пароводяного коллектора, заполненная водой, называется водяным пространством котла 5.

Поверхность воды, разделяющая паровое и водяное пространство котла называется зеркалом испарения. Для пополнения воды, израсходованной на получение пара, в пароводяной коллектор 6 по трубопроводу 4 подается питательная вода.

Топочное устройство 9 для сжигания топлива состоит из форсунок, к которым топливо подается насосом и воздухонаправляющих устройств, через которые непрерывно подаваемый вентилятором воздух поступает в топку.

В паровом котле производство пара непрерывно сопровождается следующими процессами:

топочным — горение топлива в топке;

аэродинамическим — подача в топку воздуха и удаление из газоходов газообразных продуктов горения топлива;

теплопередачи — передача теплоты от газов к нагреваемой среде через поверхность нагрева;

циркуляции — движение пара и воды вдоль поверхности нагрева котла.

Тип и компоновка вспомогательной котельной установки теплохода или газотурбохода зависят в основном от паропроизводительности и условий размещения на судне.

Котельная установка, применяемая на отечественный судах (рис.2), состоит из вспомогательного котла 11 и утилизационного котла 6 с обслуживающими их системами и оборудованием. Топливо в топку вспомогательного котла подают из цистерны 18 через фильтр 17 и подогреватель 15 шестеренным насосом 16, а воздух-вентилятором 1. Питательная вода из теплого ящика 14 в пароводяной коллектор вспомогательного котла и паровой сепаратор 9 утилизационного котла подается одним из насосов 10. Из сепаратора циркуляционными насосами 8 вода подается к поверхностям нагрева утилизационного котла, омываемого выпускными газами двигателя. Пароводяная смесь от утилизационного котла подается к паровому сепаратору 9, откуда пар направляется к потребителям насыщенного пара по трубопроводу 2 и в пароперегреватель утилизационного котла, после которого по трубопроводу 7 поступает к утилизационному турбогенератору. Пар от вспомогательного котла направляется к потребителям также по трубопроводу 2. Излишки пара из сепаратора 9 посредством регулятора давления 5 сбрасывают в конденсатор, откуда конденсатным насосом подают в теплый ящик, подпитку которого водой осуществляют посредством насоса 12 через трубопроводы 13.

Трубопровод 4 предназначен для подачи пара к станции паротушения, а электромагнитные клапаны 3 — для отключения потребителей насыщенного пара при резком уменьшении нагрузки или внезапной остановке двигателя.

2-трубопровод насыщенного пара

4-трубопровод подачи пара к станции паротушения

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector