Султанов, А.М

Новороссийск 2015

Учебное пособие

СУДОВЫЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ И УТИЛИЗАЦИОННЫЕ КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

А.М. Султанов

УДК 621.181

С89

Рецензент:

кандидат технических наук, начальник судомеханического

отделения Морского колледжа ИВТ имени Г.Я. Седова А.В. Ющенко

Рекомендовано Редакционно-издательским советом «ГМУ имени адмирала

Ф.Ф. Ушакова» в качестве учебного пособия

С89 Судовые вспомогательные и утилизационные котельные установки: учебное пособие. – Новороссийск: ГМУ им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2015. – 96 с.

В учебном пособии кратко изложены теоретические основы котловых процес- сов, рассмотрены конструкции и принципы действия судовых паровых котлов.

Учебное пособие написано по программе курса "Судовые парогазовые уста-новки и их эксплуатация" и предназначено для учащихся судомеханической специальности морского колледжа.

УДК 621.181

Оригинал макет В. Преображенская

Подписано к печати 26.02.2015. Изд. № 1350

Формат 60×84 1/16. Печать оперативная

Усл. печ.л. 5,2. Уч.изд.л.5,2. Тираж 100. Заказ 2953

Редакционно-издательский отдел

ФГБОУ ВПО «Государственный морской университет им. адм. Ф.Ф. Ушакова»

353918, г. Новороссийск, пр. Ленина, 93

Налоговая льгота – общероссийский классификатор продукции ОК-005-93, том 2. 953000

© Султанов А.М., 2015

© ГМУ им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2015

© ИВТ им. Г.Я. Седова, 2015

ПРЕДИСЛОВИЕ

На современных морских транспортных судах широко используются различные пароэнергетические установки, работа которых основана на использовании тепловой энергии водяного пара.

Пароэнергетическая установка (ПЭУ) – комплекс технических средств, предназначенных для получения пара и использования его тепловой энергии для обеспечения производственной деятельности судна и создания нормальных условий обитаемости экипажа.

Основные элементы ПЭУ:

· котельная установка, предназначенная для получения водяного пара;

· паровая турбина, служащая для преобразования тепловой энергии водяного пара в механическую работу вращения гребного винта;

· вспомогательные устройства, системы и механизмы, обеспечивающие работу ПЭУ;

· общесудовые потребители пара, обеспечивающие технологические нужды и нормальные условия жизнедеятельности экипажа.

Судовые котельные установки характеризуются большим разнообразием конструкций, методов и систем управления. Для обеспечения надёжной и экономичной работы таких установок необходимо учитывать особенности и условия, при которых они эксплуатируются, а от обслуживающего персонала требуются глубокие знания и практические навыки по их использованию. Невыполнение эксплуатационных требований приводит к снижению технико-экономических показателей и авариям котельных установок.

Двигатели, предназначенные для вращения гребных винтов (движителей), называются главными. В качестве главных на морских судах используются двигатели внутреннего сгорания (ДВС), паровые и газовые турбины. Рабочим телом, т.е. носителем теплоты, в ДВС и газовых турбинах является смесь газов, получаемая при сгорании топлива. Рабочим телом в паровых турбинах является водяной пар.

Пароэнергетическая установка, в которой энергия используется для приведения в действие движителей судна, так же называется главной. ПЭУ, обеспечивающая работу вспомогательных технических средств и нормальное функционирование главной энергоустановки, является вспомогательной.

При обслуживании котельной установки необходимо руководствоваться Правилами технической эксплуатации судовых технических средств; инструкциями заводов-изготовителей; инструктивными материалами пароходств; отдельными положениями: Руководства по техническому надзору за судами в эксплуатации, Правил технической эксплуатации судов, Положения о заводском ремонте судов, Правил техники безопасности на судах морского флота, Международной конвенции по предотвращению загрязнения моря с судов и других нормативных документов.

Надзор за проектированием, постройкой, испытанием, установкой на судно и эксплуатацией котельных установок осуществляется Регистром судоходства – органом государственного технического контроля.

Глава 1

Тепловая схема пароэнергетической установки

Процесс преобразования энергии в ПЭУ осуществляется при непрерывном движении рабочей среды через элементы установки, образующие замкнутый цикл. Простейшая схема главной пароэнергетической установки морского судна дана на рис. 1.1.

Рис. 1.1 Схема ПЭУ морского судна.

Топливо из расходных цистерн подаётся топливным насосом через подогреватель топлива и топливный фильтр к форсункам парового котла 1. Из форсунок распыленное топливо поступает в топку, где, смешиваясь с воздухом, сгорает. Необходимый для горения воздух нагнетается вентилятором в воздухоподогреватель 9, нагревается в нём и через топочное устройство поступает в топку.

Дымовые газы, образующиеся в топке, отдают своё тепло поверхностям нагрева котла и уходят в дымовую трубу. Пар из пароперегревателя 7 поступает в турбину высокого давления (ТВД), а затем в турбину низкого давления (ТНД). Для обеспечения реверсирования пар подводится на турбину заднего хода (ТЗХ). Крутящий момент турбин гребному винту передаётся с помощью редуктора 2. Отработавший в турбинах пар направляется в главный конденсатор (ГК), который прокачивается забортной водой с помощью циркуляционного насоса (ЦН). Пар конденсируется, и конденсат откачивается конденсатным насосом (КН) через конденсатор 3 эжектора 4 в деаэратор 5.

Эжектор откачивает из ГК воздух и другие газы, попадающие в конденсатор вместе с паром и через неплотности. Остатки воздуха и газов удаляются из конденсата в деаэраторе, путём нагрева воды до температуры насыщения. Из деаэратора вода подаётся питательным насосом (ПН) через подогреватель высокого давления 6 в экономайзер 8 котла. В экономайзере питательная вода подогревается уходящими из топки продуктами сгорания и поступает в пароводяной коллектор котла.

Теоретический (идеальный) цикл ПЭУ приведён на рис. 1.2.

1 – 2 изоэнтропийный процесс (S = const) подачи конденсата в котёл. Происходит повышение Р воды в насосах и незначительное повышение Т.

2 – 3 процесс нагрева воды в котле до кипения.

3 – 4 изотермический процесс производства

пара в котле (Т = const, Р = const).

4 – 5 изобарный процесс перегрева сухого пара

в пароперегревателе котла.

5 – 6 адиабатный процесс расширения

перегретого пара в турбине. Точкой 5

Рис. 1.2 Диаграмма изменения состояния рабочего тела в цикле

характеризуется начальное состояние пара, поступающего в турбину (S = const).

6 – 1 изобарный процесс конденсации пара в конденсаторе (Р = const, Т = const).

Теплота, переданная питательной воде и пару (затраченная), эквивалентна площади 8-1-2-3-4-5-6-7-8. Теплота, превращённая в работу, эквивалентна площади 1-2-3-4-5-6-1. Отводимой от рабочего тела теплоте соответствует площадь 8-1-6-7-8.

Судовые пароэнергетические установки (в отличие от дизельных) не имеют технических ограничений по мощности. Наибольшую потерю в ПЭУ составляет теплота отработавшего пара, характеризуемая в цикле линией 6 - 1.

В состав вспомогательных ПЭУ входят широко используемые на дизельных и газотурбинных судах утилизационные пароэнергетические установки, позволяющие повысить эффективность работы СЭУ путём использования теплоты отработавших газов и охлаждающей двигатели воды для получения энергии.

Утилизационная ПЭУ (рис. 1.3) газотурбинных судов обеспечивает потребности судна в тепловой, электрической и механической энергии.

Рис. 1.3 Принципиальная схема утилизационной ПЭУ:

1. Редуктор. 2. Гребной винт. 3. Паровая турбина. 4. Конденсатор. 5. Общесудовые потребители пара. 6. Экономайзерная поверхность нагрева. 7. Испарительная поверхность нагрева. 8. Пароперегреватель.

Методы повышения экономичности ПЭУ:

1. Перегрев пара (увеличение температуры при неизменных Р₅ и Р₆). Это приводит к росту средней температуры, при которой подводится теплота в цикле и снижению степени влажности в последних ступенях турбины. Максимальное значение температуры сухого перегретого пара обычно не превышает 550 – 600°С.

2. Повышение начального давления пара (при неизменном конечном давлении), в результате чего увеличиваются удельная работа цикла и адиабатный перепад удельной энтальпии, следовательно, и КПД.

3. Понижение конечного давления пара (при неизменных начальных параметрах), в результате чего увеличивается степень расширения пара (возрастает техническая работа) и уменьшается количество теплоты отводимой в цикле. Давление пара за турбиной (Р₆) определяется температурой охлаждающей воды, которая практически бывает не ниже 8 – 12°С. Поэтому минимально достижимое давление в конденсаторе составляет 3 – 6 кПа.

Глава 2

Дата добавления: 2015-06-27