Назначение судовых котлов

Судовая энергетическая установка (СЭУ), независимо от назна­чения судна и типа главного двигателя, должна непрерывно обеспе­чивать все судовые потребители энергией различных видов (меха­нической, электрической и тепловой), которая хранится на судне в виде скрытой химической энергии органического топлива.

Тепловая энергия на судне вырабатывается в основном котель­ными установками.

В общем случае котельная установка может обеспечивать теплом следующих потребителей:

- система обогрева цистерн топлива и масла;

- подогреватели сепараторов топлива, масла, нефтесодержащих льяльных вод;

- подогреватели блоков топливоподготовки;

- опреснители;

- спутники трубопроводов;

- подогреватели бытовой пресной воды;

- система вентиляции и кондиционирования воздуха;

- система отопления помещений;

- система обогрева балластных цистерн и цистерн пресной воды;

- система вентиляции грузовых трюмов;

- система обогрева грузовых танков;

- система мойки грузовых танков.

Носителем тепловой энергии при этом может быть:

- водяной пар;

- органический теп­лоноситель (термальное масло);

- вода.

Назначение судовых паровых котлов — обеспечение судовых потребителей паром требуемого количества и качества.

Паровая котельная установка, в дополнение к вышеперечисленным, может обеспечивать паром следующих потребителей:

- главные паротурбинные установки;

- паровые приводы насосов и турбогенераторы;

- продувание бортовой арматуры;

- продувание кингстонных ящиков;

- пропаривание цистерн;

- пропаривание якорных клюзов;

- топливные форсунки котлов;

- сажеобдув;

- хозяйственно-бытовые нужды.

Состав потребителей пара конкретного судна зависит от назначения судна, района его эксплуатации, типа и мощности ГД и других факторов.

Упрощенная принципиальная схема главной котельной установки представлена на рис. 1.

Компоненты системы:   1 топка 2 форсунка 3 воздухопровод 4 пароохладитель 5 паропровод 6 дымоход 7 воздухоподогреватель 8 дутьевой вентилятор 9 водоподогреватель газовый (экономайзер) 10 пароперегреватель 11 паропровод 12 магистраль охлажденного пара 13 котел 14 водоподогреватель паровой 15 расходная цистерна топлива 16 подогреватель 17 питательный трубопровод 18 топливный насос 19 питательный насос 20 топливный фильтр 21 тёплый ящик 22 конденсат 23 трубопровод 24 насос подпитки тёплого ящика 25 цистерны котловой воды

Рис 1. Схема главной котельной установки

Из расходной цистерны 15 топливо топливным насосом 18 подается через фильтр 20, подогреватель 16 и топливную форсунку 2 в топку 1 котла 13. Необходимый для горения топлива воздух по воздухопроводу 3 нагнетается дутьевым вентилятором 8 через воздухоподогреватель 7, где он подогревается горячими газами, уходящими из котла по дымоходу 6. Котел вырабатывает насыщенный пар, который через клапан, называемый стопорным, по паропроводу 5 подается к потребителям.

Для повышения экономичности пароэнергетической установки главные и некоторые вспомогательные паровые двигатели работают на перегретом паре. Для его получения в рассматриваемой схеме насыщенный пар из котла поступает в пароперегреватель 10, где уходящие из парогенератора газы передают ему часть своей теплоты и, выходя из пароперегревателя, он имеет более высокую температуру.

Некоторые паровые механизмы энергетической установки рассчитаны на работу на перегретом паре, но с температурой меньшей, чем ее имеет пар, выходящий из пароперегревателя. Такой пар называется охлажденным. Для его получения в котлах служит пароохладитель 4. Определенное количество перегретого пара после пароперегревателя по паропроводу 11 отбирается в пароохладитель, где пар отдает часть своей теплоты воде котла и уже с пониженной температурой поступает в магистраль 12 охлажденного пара.

Отработавший пар от большинства паровых потребителей в виде конденсата по трубам 22 отводится в тёплый ящик 21, откуда питательным насосом 19 по питательному трубопроводу 17 через паровой водоподогреватель 14 и газовый, называемый экономайзером, водоподогреватель 9 поступает обратно в котел. Вследствие утечек количество воды в системе уменьшается. Насос 24 добавляет воду в цистерну 21 из цистерны запаса котловой воды 25 по трубопроводу 23.

Поддержание заданного режима работы котла, количества подаваемого топлива, воздуха и воды в современных установках обеспечивается системами автоматики. В случаях отклонения от заданного режима работы срабатывает автоматическая система защиты и сигнализации.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ КОТЛА

Передача теплоты от газов к воде и пароводяной смеси в котле осу­ществляется через металлические стенки, разделяющие эти две среды. Стенки называют поверхностями нагрева котла. Они представляют собой в основном поверхности труб, а у некоторых котлов и поверхности топочных камер.

Судовые котлы подразделяют на две основные группы: огнетрубные и водотрубные. В огнетрубном котле горячие газы движутся внутри труб, а вода окружает их снаружи. Эти трубы называют дымогарными. В водотрубном котле, наоборот, вода и пароводяная смесь находятся внутри труб, а горячие газы омывают их снаружи. Эти трубы называют водогрейными.

Упрощенная схема огнетрубного котла представлена на рис. 2, а.

Компоненты:   1 патрубок для форсунки 2 топка 3 дымогарные трубы 4 корпус 5 дымовая камера 6 дымоход

Котел состоит из корпуса 4, имеющего контрольно-измерительные приборы (КИП), изоляцию, обшивку (на схеме не показаны). Горение топлива происходит в топке 2, куда через патрубок 1 от топливно-форсуночного агрегата подаются топливо и воздух. Продукты сгорания по дымогарным трубам 3 поступают в корпус дымовой камеры 5 и далее в дымоход 6.

Компоненты системы:   1 водяной коллектор 2 пароперегреватель 3 опускные водогрейные трубы 4 водогрейные трубы 5 обшивка 6 экономайзер 7 воздухоподогреватель 8 пароводяной коллектор 9 стенки 10 экранные трубы подъёмные 11 экранные трубы опускные 12 топливная форсунка 13 опускные трубы 14 под

Водотрубный котел (рис. 2, б) состоит из верхнего пароводяного коллектора 8 и нижнего водяного коллектора 1, соединенных водогрейными трубами 4. Пучок труб 10, расположенный на боковой стенке топки, называется боковым экраном. Трубы 11 второго ряда экрана, загороженные первым рядом, и трубы 13, расположенные вне топки или в специальных выгородках, называются опускными. У некоторых котлов опускными являются также и трубы 3, наиболее отдаленные от топки. Все остальные трубы являются подъемными. Движение воды вниз по опускным и пароводяной смеси вверх по подъемным трубам создает циркуляцию воды в котле необходимую для его надежной работы.

На рассматриваемой схеме топка котла образована экраном 10 притопочным пучком труб 4, подом 14 и стенками 9, выложенными огнеупорным кирпичом. Топка оборудована топочным устройством в виде топливной форсунки 12 и воздухонаправляющего устройства через которое подается необходимый для горения топлива воздух. Газовый тракт отделен от атмосферы обшивкой 5, наружные поверхности которой покрыты теплоизоляцией. Для компоновки котла и крепления его элементов делают каркас. На котле устанавливают необходимую арматуру и контрольно-измерительные приборы.

Котел имеет пароперегреватель 2, экономайзер 6 и воздухоподогреватель 7, которые хотя и приводят к усложнению, удорожанию и утяжелению агрегата, однако существенно повышают его экономичность. Работающие за счет теплоты уходящих газов водяной экономайзер и воздухоподогреватель образуют дополнительные, так называемые хвостовые, поверхности нагрева котла.

В зависимости от размещения водогрейные трубы получают неодинаковое количество теплоты. В элементах котла имеют место два типа теплообмена: радиационный (лучистый) и конвективный. В зависимости от этого поверхности нагрева котла подразделяются на радиационные и конвективные. При радиационном теплообмене теплота передается с помощью электромагнитных волн определенной длины, при этом соприкосновения тел не требуется.

При конвективном теплообмене теплота распространяется вместе с частицами теплоносителя. Конвекция неразделима с теплопроводностью, так как нагретые и холодные частицы соприкасаются друг с другом, из-за чего конвективный теплообмен иногда называют теплопередачей соприкосновением. Радиационный теплообмен во много раз интенсивнее, и при нем обеспечивается съем пара с поверхности нагрева площадью 1 м² в 8-10 раз больший, чем при конвективном теплообмене. При создании современных котлов стараются применять именно радиационные поверхности нагрева, что способствует уменьшению массы размеров и стоимости котлов.

Радиационными являются поверхности нагрева парогенератора, обращенные к топке и воспринимающие излучение факела форсунки. К ним относятся поверхности труб первого ряда бокового экрана и труб первого ряда притопочного пучка. У некоторых котлов предусматривают дополнительные пучки труб также и на стенках топочных фронтов, располагаемые, как правило, в один ряд. Эти трубы, образующие тоже радиационную поверхность нагрева, называются торцевыми экранами. Их применение определяется условиями работы котла и рациональностью его компоновки. Передним и задним фронтами называются, соответственно, передняя и задняя торцевые стенки топки котла.

Большинство водотрубных котлов оборудуют двухрядными боковыми экранами, и лишь иногда встречаются конструкции с боковыми экранами, выполненными из одного ряда труб. Трубы, омываемые газами, называются конвективными, при этом первый ряд труб конвективного пучка, обращенный к топке, является одновременно радиационной поверхностью нагрева. Трубы, не получающие теплоты или по сравнению с другими трубами получающие ее значительно меньше, являются опускными.

Пространство котла, в котором находится вода, называется водяным, а пространство, в котором находится пар, – паровым. Водотрубный котел заполняется водой примерно до середины пароводяного коллектора. Поверхность воды, где проходит граница между водяным и паровым пространством, называется зеркалом испарения. Топка и газоходы относятся к газовому (огневому) пространству.