Схемы утилизационных установок

Судовые утилизационные установки классифицируются по следующим признакам:

Признак классификации	Характеристики
Число контуров испарения	Одноконтурные (пар одного давления)
Двухконтурные (низкого и повышенного давления)
Давление пара	От 2 до 12 кг/см^2
Тип утилизационного котла	Газотрубный
Водотрубный с естественной циркуляцией
Водотрубный с многократной циркуляцией
Комбинированный
Схема и компоновка утилизационного котла	Простые (с одной испарительной поверхностью)
Развитые (водоподогреватель, экономайзер, испарительная поверхность, пароперегреватель)
Сепарирование пара	Автономные с отдельными сепараторами
Без сепараторов (подача пара во вспомогательный котёл)
Использование пара	Замещение вспомогательного котла (или совместная работа УК и ВК) для выработки насыщенного пара
Утилизационный турбогенератор, турбоприводы других агрегатов, передача мощности на гребной вал

Технико-экономический эффект использования вторичных энергоресурсов во многом определяется схемой утилизации теплоты.

На судах для выработки насыщенного пара давлением 0,5 – 0,8 МПа широко применяют системы утилизации теплоты отработавших газов дизелей с принудительной (рис. 11.1, а) и естественной циркуляцией.

а) б) в) г)

Рис. 11.1 Схемы утилизационных установок:

1. Утилизационный котёл. 2. Циркуляционный насос. 3Сепаратор пара (вспомогательный котёл). 4. Питательный насос. 5. Подогреватель питательной воды. 6Теплообменник (испаритель) низкого давления.

Система глубокой утилизации теплоты (рис. 11.1, б – г) представляет собой УК с более развитой поверхностью нагрева (имеющий экономайзер, пароперегреватель и подогреватель питательной воды) и обеспечивающий более высокие параметры пара и паропроизводительность.

Оптимальные параметры пара УК при установке утилизационного турбогенератора составляют: Рп = 8 – 12 кг/см², Тп = 240 – 310 °С, температура уходящих газов 170 – 180 °С.

Схема утилизационной установки с тепловым потреблением показана на рис. 11.2, где происходит утилизация тепла отходящих газов главных двигателей (суда типа "Александр Пушкин"). Используются утилизационные котлы типа "Ла-Монт" с поверхностью нагрева 226 м², паропроизводительность каждого 2250 кг/ч, рабочее давление пара 6 кг/см². Схема характеризуется неполной утилизацией тепла и необходимостью включения вспомогательного котла при снижении числа оборотов главного двигателя до ≈ 0,92 n_ном.

Рис. 11.2 Схема утилизации тепла отходящих газов главных двигателей:

1. Утилизационные котлы.

2. Клапан сброса пара в конденсатор.

3. Конденсатор.

4. Тёплый ящик.

5. Насос добавочной воды.

6. Питательный насос.

7. Циркуляционный насос.

8. Сепаратор пара (вспомогательный котёл).

9. Питательный клапан.

10. Секущий клапан.

На теплоходах типа "Борис Бутома" котельная установка состоит из двух вспомогательных котлов КВ1 и КАВ 6,3/7, а также утилизационных котлов КУП-1100 производительностью 9,2 т/ч пара давлением 0,69 МПа при мощности дизеля 15500 кВт. Вспомогательные котлы обеспечивают подогрев нефтепродуктов, мойку танков, работу грузовых насосов, общесудовых потребителей, а УК вырабатывают перегретый пар для работы УТГ (мощность 800 кВт).

В утилизационной котельной установке с котлом КУП-1100 (рис. 11.3) используется горизонтальный сепаратор пара. Трубная часть УК состоит из двух симметричных секций по паровому тракту. Вода из тёплого ящика 4 питательным насосом 3 подаётся в сепаратор 1, откуда циркуляционным насосом 2 вода направляется через входные коллекторы 13, змеевики 12, выходные коллекторы 11 экономайзера (324 м²) и перепускные трубы во входные коллекторы 8 и змеевики 9 испарительной части (778 м²). Пароводяная смесь из выходных коллекторов 10 поступает по трубопроводу 14 в сепаратор. Пар из сепаратора через входные коллекторы 7, змеевики 6, выходные коллекторы 5 пароперегревателя (56 м²) направляется в утилизационный турбогенератор.

При неработающем УТГ возможно использование экономайзера как парообразующей поверхности нагрева производительностью до 4 т/ч насыщенного пара, направляемого в сепаратор 1 по трубопроводам, обозначенным штриховой линией. При относительно небольшом объёме УК коэффициент утилизации теплоты отработавших газов составляет 0,44.

Рис. 11.3 Схема утилизационной установки с котлом КУП-1100

Рис. 11.4 Схема утилизационной установки с турбогенератором:

1. Экономайзер. 2. Испарительная поверхность. 3. Пароперегреватель. 4. Утилизационный котёл. 5. Циркуляционный насос. 6, 8. Водяной и паровой коллекторы вспомогательного котла. 7. Паропровод. 9. Питательный насос. 10. Сепаратор пара. 11. Тёплый ящик. 12. Эжектор. 13. Конденсатный насос. 14. Конденсатор. 15. Турбина. 16. Генератор. 17. Потребители тепла. 18. Конденсатоотводчик.

В турбокотельной установке танкера "Ленинакан" (рис. 11.5) функцию сепаратора пара выполняет пароводяной коллектор одного из двух вспомогательных котлов. Насос 12 подаёт питательную воду из тёплого ящика 11 через паровой подогреватель 13 и экономайзер 15 утилизационного котла 1 в пароводяной коллектор 9 вспомогательного котла. Отсюда вода одним из циркуляционных насосов 10 подаётся в одну или две (в зависимости от потребности в паре) испарительные секции 14, обогреваемые отработавшими газами главного двигателя. Образующаяся в секциях пароводяная смесь поступает в пароводяной коллектор 9, где поддерживается давление 1,6 МПа. Отсепарированный пар, редуцированный клапаном 3 до давления 1 МПа направляется к утилизационному турбогенератору 5 и к пароструйному воздушному эжектору 6. К тепловым потребителям пар поступает через редукционный клапан 2 давлением 0,4 МПа. Конденсат греющего пара от подогревателей и бытовых потребителей 16 отводится в атмосферный конденсатор 4, откуда самотёком поступает в тёплый ящик 11. Из вакуумного конденсатора 7 турбогенератора конденсат подаётся в тёплый ящик одним из двух конденсатных насосов 8. Конденсат рабочего пара из охладителя эжектора 6 поступает в тёплый ящик самотёком. Грузовые операции обеспечивают три грузовых насоса, работающие на паре вспомогательного котла давлением 1,6 МПа. Паропроизводительность утилизационного котла 5,1 т/ч, а каждого из вспомогательных котлов – 14,5 т/ч.

Рис. 11.5 Схема турбокотельной установки танкера "Ленинакан"

Такие компоновочные решения, определяемые вероятностью включения ВК в ходовом режиме, нашли применение на крупнотоннажных судах. Основные преимущества такой компоновки – постоянная готовность ВК к работе и упрощение конструкции котельной установки. Недостатки заключаются в снижении общей надёжности котельной установки, трудностях обеспечения нормальной эксплуатации обоих котлов, значительных потерях теплоты в окружающую среду через трубную часть неработающего ВК.

Утилизационная котельная установка теплохода "Профессор Щеголев" (рис. 11.6) отличается от обычных установок с принудительной циркуляцией воды. Утилизационный котёл и сепаратор пара 1 скомпонованы в одном агрегате. Поверхность нагрева образована спиральными змеевиками, причём испарительная поверхность нагрева состоит из труб диаметром 32×3 мм, а пароперегревательная – из труб 44,5×3,5 мм. Испарительная часть состоит из двух секций 4 и 5 поверхности нагрева, водяных 9 и 10 и пароводяных 11 и 12 камер.

Вода из сепаратора 1 в параллельно включённые секции подаётся циркуляционным насосом 15 или самотёком по трубе 16. Пароводяная смесь из камер 11 и 12 по перепускной трубе 3 поступает в сепаратор, откуда насыщенный пар направляется к потребителям, а по трубе 17 – в секцию 14 коллектора пароперегревателя 7. Выходящий из секции 13 перегретый пар может использоваться в турбогенераторе. Отработавшие газы двигателя подводятся к котлу через патрубок 8, а отводятся через глушитель 2. Паропроизводительность котла регулируется байпасированием подводимых к нему газов посредством газоперепускной заслонки 6, изменяющей соотношение количества газов, омывающих поверхность нагрева и проходящих мимо неё в центральную часть агрегата.

Паропроизводительность утилизационного котла 0,6 т/ч, давление пара 0,49 МПа, площадь поверхности нагрева испарительной части 134 м², пароперегревательной – 9 м².

Рис. 11.6 Схема утилизационной котельной установки теплохода "Профессор Щеголев"

Глава 12

Дата добавления: 2015-06-27