Предназначение парового котла в СЭУ.

Паровой котел служит для производства водяного пара для паровых турбин в главных паросиловых установках, для турбогенераторов, нагрева воды и топлива, обогрева жилых помещений.

Источник теплоты, получаемый в результате работы котла, - это продукты сгорания органического топлива (дымовые газы).

В результате подвода теплоты к воде в паровом котле образуется водяной пар.

Производство влажного или перегретого водяного пара осуществляется при давлении, превышающем атмосферное.

Применение водяного пара на судне:

1. в главных паросиловых установках (паровая турбина) -

для работы главных паровых двигателей, нагрева воды, топлива и других средств теплообменных аппаратов;

2. на судах с дизельными и газотурбинными установками -

для работы турбогенераторов, вырабатывающих электроэнергию,

обогрева жилых помещений;

3. для хозяйственных нужд (камбуз, душевые) и вспомогательных механизмов.

Классификация и основные характеристики паровых котлов.

Паровой котел - основной элемент паросиловой установки.

Котлы классифицируют по следующим признакам:

1. по назначению: - главные;

- вспомогательные.

Главные котлы - обеспечивают паром главную паровую турбину (турбозубчатый агрегат), которая приводит в движение гребной винт.

Котлы, в которых сгорание топлива происходит при повышенных параметрах давления газов, называются высоконапорными котлами. Например, КВТ - котел высоконапорный главный.

Вспомогательные паровые котлы предназначены для подачи пара на вспомогательные механизмы: - турбогенераторы (на привод паровой турбины),

- испарительные установки, на привод насосов (турбонасосы),

- на бытовые нужды (обогрев, камбуз, душевые),

- на палубные механизмы во время стоянки судна.

Такие котлы применяются на теплоходах.

Вспомогательные котлы.

Вид вспомогательных котлов - утилизационные котлы. Они используют теплоту отходящих газов главных двигателей во время движения судна (нет топки, а горючие газы получаем от главного двигателя).

Наибольшее распространение получили водотрубные котлы типа:

КВВА - котел водотрубный, вспомогательный, автоматизированный;

КАВ - котел агрегатированный, водотрубный.

Например: котел КВВА 12/15 с естественной циркуляцией автоматизированный:

D = 12000 кг/час - паропроизводительность

Р_К = 15 кг/см² - давление в котле (1,47 МПа)

котлы типа КАВ имеют аналогичную конструкцию.

УСТРОЙСТВО ПАРОВОГО КОТЛА.

Водотрубный котел с естественной циркуляцией

Основные узлы котла:

- корпус: 1 - пароводяной коллектор

6 - водяной коллектор

2 - опускные необогреваемые трубы (подача вды в коллектор 6 и в 3,7)

3,7 - парообразующие трубы - основная поверхность нагрева:

7 - притопочный пучок труб

3 - трубы бокового экрана

- топка: 4 - топка

5 - топочное устройство

- дополнительные поверхности нагрева (ДПН):

9 - пучок труб пароперегревателя (коквективный пучок труб)

12 - экономайзер (пучок труб)

13 - воздухоподогреватель (пучок труб)

10 - газоход котла

8 - перегретый пар

11 - подача питательной воды в котел

14 - подача воздуха в воздухоподогреватель от вентилятора

15 - выход отработанных газов в дымовую трубу

16 - подача воздуха в топку

17 - подача насыщенного пара в коллектор пароперегревателя

Принцип действия котла.

Паровой котел состоит из:

- топки, в которой происходит сгорание топлива и передача трубам тепла излучением;

- воздухоподогревателя - для подогрева воздуха;

- водоподогревателя (экономайзера) - состоящего из труб и коллекторов,

в котором осуществляется подогрев подаваемой в котел питательной воды;

- испарителя - для превращения воды в пар;

- пароперегревателя - для создания перегрева пара.

В топке происходит сгорание топлива, образование факела и продуктов сгорания (дымовых газов), имеющих высокую температуру. Теплота передается парообразующим трубам в основном тепловым излучением (лучистый теплообмен) от высокотемпературного факела, а вне топки в газоходе (10) тепловой конвекцией от газов (коквективный теплообмен).

Питательная вода нагнетается питательным насосом по трубопроводу (11)

в экономайзер (12), подогревается в нем до температуры на 20¸30⁰С ниже температуры кипения. Из экономайзера подается в водяную (нижнюю) часть коллектора (1),

там смешивается с котловой кодой и по опускным трубам (2) движется к водяному

коллектору (6), а из него в парообразующие пучки (3), (7).

Ряд труб (3), защищающих от облучения факелом опускные трубы (2),

называются экраном. Первые ряды труб пучка (7) (притопочный пучок) и экран (первый ряд труб (3)) воспринимают теплоту излучения газов в топке. Поверхность труб (7), (9), (12) и (13) воспринимают теплоту, передаваемую конвекцией от движущихся газов.

Внутри труб парообразующих пучков (3) и (7) происходит процесс парообразования. Пароводяная смесь поступает в коллектор (1), оттуда по перепускной трубе (17) направляется

в верхний коллектор паронагревателя, а вода из экономайзера подогревается, смешиваясь

с питательной водой в коллекторе (1), вновь поступает по опускным трубам (2) к водяному коллектору (6). Вода и пароводяная смесь движутся по замкнутому контуру: пароводяной коллектор - парообразующие трубы - водяной коллектор. Это движение происходит

из-за разности плотностей воды и пароводяной смеси в трубах и называется естественной циркуляцией. Элементы котла, в котором осуществляется замкнутое движение воды и пароводяной смеси, называется контуром циркуляции. В данном котле один контур циркуляции, но возможны котлы и с несколькими контурами.

В пароперегревателе происходит образование сухого насыщенного пара и его перегрев. Перегретый пар через главный стопорный клапан (на схеме не указан) направляется к потребителю (по стрелке (8)).

Системы парового котла.

Каркас и обивка.

Каркас - предназначен для крепления обшивки кирпичной кладки теплообменника и других элементов котла.

Каркас должен быть прочным и жестким. Набор каркаса осуществляется из профилей - полос, листов - сваренных между собой и образующих решетку и служит основанием для крепления щитов обшивки. Так как на каркас действуют значительные инерционные и термические нагрузки, то в соединениях каркаса с корпусом должна быть предусмотрена возможность теплового расширения элементов котла. Например, при креплении коллектора

к коллектору, каркас крепится угольниками с помощью болтов, проходящих через овальные отверстия, которые обеспечивают свободное расширение коллекторов.

Обшивка котла предназначена для образования газоходов и создания герметичности. Обшивка крепится к каркасу съемными и несъемными щитами.

Съемные щиты используются в местах доступа в топку, а воздуховодная обшивка изготавливаются из стальных листов и приваривается к каркасу или же крепится с помощью болтов или задраек.

Вместе с каркасом обшивка образует кожух котла. Современные котлы имеют внутренние и наружные кожуха. Между ними движется воздух, который нагнетается вентилятором.

Воздух нагревается и препятствует проникновению газов в котельное отделение, потому что давление воздуха выше давления газов в топке. Материал кожуха - углеродистая сталь, поэтому для защиты от перегрева кожуха (t_ОКАЛ < 450⁰С ) применяют изоляционные покрытия.

Обмуровка и изоляция.

В высоконапряженных котлах для обмуровки применяют карборундовые кирпичи с предельной температурой 1700⁰С. При температуре среды меньше 600⁰С используют асбест,

а в топке кирпичную кладку или обмуровку из огнеупорного шамотного кирпича,

наибольшая t_РАБ = 1600⁰С. Огнеупорные кирпичи имеют относительно большую теплопроводность, поэтому для уменьшения теплопотерь ширина кирпича составляет 100 мм.

Внутренняя часть обмуровки топки, которая соприкасается с факелом, называется футировкой.

Для снижения футировки кирпичи иногда делают пустотелыми, т.к. в современных котлах наружные стены топки омываются воздухом, толщина обмуровки минимальна или вовсе отсутствует. Ее заменяют легким изоляционным материалом.

Кирпичная кладка покрывает все стенки газохода котла. Крепление кирпичей к каркасу осуществляется болтами, таврами и уголками. Кладку производят на огнеупорном растворе.

В соответствии с правилами регистра температура наружных стен котла не должна быть более 50⁰С, а трубопровода не более 60⁰С. Поэтому плоские поверхности котла, покрывают совелитовыми плитами, а так же матрацами из асбестовой ткани с порошковыми наполнителями, а выступающие части коллекторов, трубопроводов и арматуру покрывают асботканью. Толщина изоляции зависит от температуры поверхности и составляет 100-150 мм.

Снаружи изоляцию покрывают листами из оцинкованной стали толщиной 1,5 мм.

Фундаменты и опоры котла.

Судовые котлы имеют большую массу, поэтому их требуется надежно крепить на фундамент, чтобы предотвратить смещение во время качки. На фундамент котел устанавливают при помощи опор. Опоры бывают подвижные и неподвижные. Подвижные опоры обеспечивают тепловое расширение котла. Неподвижной может быть одна опора, остальные - подвижные. Количество опор зависит от габарита и массы котла.

Корпус парового котла.

В качестве главных и вспомогательных котлов наиболее часто применяют однопроточные паровые котлы с естественной циркуляцией.

Корпус котла состоит из замкнутой трубной системы, состоящей из пароводяных и водяных коллекторов.

Коллекторы корпуса котла предназначены для сбора и распределения воды и пароводяной смеси.

Коллектор состоит из цилиндровой обечайки и двух элептических днищ.

Крепление труб к коллекторам осуществляется развальцовыванием, т.е. путем раздачи конца трубы в отверстии трубной решетки.

Во внутренней части коллектора размещают устройства, которые обеспечивают распределение питательной воды и поддержание необходимого количества воды и подводимого пара.

Водяной коллектор включает в себя:

- трубная решетка с установленными в ней трубами:

- перегородка, которая отделяет подъемные трубы от отпускных и обеспечивает более равномерное распределение воды по подъемным трубам. Это необходимо для обеспечения одинаковых параметров пара во всех трубках.

В водяном пространстве коллектора установлен пароохладитель - трубчатый теплообменник в котором перегретый пар, движущийся внутри трубок, охлаждается котловой водой. Охлажденный пар предназначен для работы вспомогательных механизмов.

Вода в пароводяной коллектор подается через питательный клапан и поступает в перфорированную водораспределительную питательную трубу, которая установлена вдоль всего коллектора под отпускными трубами. Конец питательной трубы заглушен, и вода выходит через отверстия в боковой стенке Æ 6-8 мм.

В верхней поверхности воды находится наибольшая концентрация солей, поэтому для очистки воды и отвода этих солей, в коллекторе устанавливаются воронки верхнего продувания, которые соединены с трубой клапаном верхнего продувания. Воронки установлены на 25 мм ниже среднего уровня воды.

В верхней части парового объема коллектора расположен сетчатый дырчатый щит, являющийся сепарирующим устройством и служащий для равномерного отбора пара. Через отверстие щита и прорези в стакане пар поступает к паросборной трубе.

Над питательной трубой вдоль коллектора расположен дырчатый щит, который установлен на 40 мм ниже уровня воды и предназначен для успокаивания поверхности воды

в коллекторе и равномерного выхода пара.

Рабочая часть сажеобдувочного аппарата - это вращающаяся труба с рядом сопел, расположенных вдоль образующей цилиндра (сопло суживающееся): кипение возрастает, давление падает, объем растет. В трубу подается пар, который, выходя из сопла, ударяет о стенки труб, размещенных в газоходе котла, и очищает их от загрязнений.

Топка. Топочное устройство.