Назначение, состав и принцип действия котельной установки

Паровой котёл – устройство, предназначенное для непрерывного производства водяного пара путём превращения какого-либо вида энергии в тепловую. Для получения пара используется:

- химическая энергия топлива;

- электрическая энергия;

- атомная энергия.

Котельные установки, предназначенные для производства пара, необходимого для работы главных паровых турбин и для других вспомогательных потребителей, называются главными.

На судах с главными двигателями внутреннего сгорания или с газотурбинными установками устанавливаются вспомогательные котлы.

Вспомогательные котлы - паровые котлы, предназначенные для обеспечения паром вспомогательных механизмов и других потребителей тепловой энергии (для отопления, хозяйственно-бытовых нужд, подогрева топлива, разогрева груза на танкерах и т.д.).

Вспомогательные котлы, использующие тепло газов, отработавших в ДВС и ГТУ, носят название утилизационных.

На рис. 2.1 представлена схема парового котла. Пар образуется в результате передачи тепла, полученного при сжигании топлива воде, находящейся внутри котла. Воздух, необходимый для сгорания топлива, через воздухонаправляющее устройство поступает в топку. Топка 8, стенки которой выложены огнеупорным кирпичом, предназначена для смешивания воздуха с топливом и сжигания последнего. Дымовые газы, образующиеся в топке при горении топлива, проходят между трубами, омываемыми внутри водой. Поверхность труб, обогреваемая с одной стороны горячими газами, а с другой омываемая водой, называется поверхностью нагрева котла.

Часть внутреннего пространства котла, в котором находится вода, называется водяным пространством5. Часть пространства, занятая образующимся в котле паром, называется паровым пространством4. Поверхность воды, разделяющая водяное и паровое пространства, называется зеркалом испарения.

Вода, получая тепло от топочных газов, превращается в насыщенный пар, который собирается в паровом пространстве котла. Оттуда пар поступает в пароперегреватель, где происходит его перегрев до нужной температуры.

Тепло топочных газов поверхностям нагрева котла передаётся в газоходах. Они необходимы также для удаления газов в атмосферу; в этом случае они называются дымоходами.

В паровой котёл постоянно подаётся вода, которая называется питательной. Эта вода поступает сначала в экономайзер, где подогревается теплом дымовых газов, а затем непосредственно в котёл. Воздух перед поступлением в топку подогревается в воздухоподогревателе.

Состав котельного агрегата:

· Котёл с парообразующей поверхностью нагрева (пароводяной 6 и водяные коллекторы, соединённые пучками парообразующих труб 1).

· Экономайзер 2.

· Воздухоподогреватель 3, в котором воздух перед подачей в топку подогревается дымовыми газами или паром.

· Пароперегреватель 7 (9 – коллектор пароперегревателя).

· Топка с топочным устройством.

· Пароохладитель (для выработки слабоперегретого пара).

· Устройство для осушения пара, расположенное внутри пароводяного коллектора котла

· Арматура парового и водяного пространств и контрольно-измерительные приборы.

· Дымоходы с дымовой трубой.

· Обмуровка, изоляция и обшивка, служащие для уменьшения потерь тепла в окружающую среду.

· Фундамент и каркас, объединяющие в одно целое все узлы котельного агрегата.

Требования к котельным установкам морских судов:

- надёжность и безопасность работы при любых условиях (при крене до 45° и дифференте до 15 – 20°);

- простота обслуживания и ремонта;

- высокая экономичность работы при минимальной стоимости изготовления и эксплуатации;

- максимальная паропроизводительность при минимальных массе и габаритах;

- готовность к немедленному действию и длительным перегрузкам.

- невысокая требовательность к качеству питательной воды.

- приспособленность к автоматизации.

Процессы, происходящие в котле:

- топочный процесс (горение топлива в топке);

- аэродинамический процесс (подача в топку воздуха и удаление из газоходов газообразных продуктов горения топлива);

- процесс теплопередачи (передача тепла от газов воде через поверхность нагрева);

- процесс циркуляции (движение воды и пара вдоль поверхности нагрева).

В состав котельной установки входят котельные агрегаты, вспомогательные механизмы и устройства, необходимые для их обслуживания.

Вспомогательные механизмы и устройства обеспечивают:

- подачу воздуха в топку и удаление из неё продуктов горения;

- подачу топлива в топку;

- питание котла водой;

- подготовку питательной воды и топлива;

- контроль и автоматическое управление работой котла.

Таким образом, судовая котельная установка – это совокупность котлов, систем и обслуживающих вспомогательных механизмов для производства пара заданных параметров в количестве, необходимом для всех нужд судна.

Глава 3

Классификация, характеристики и основные типы судовых котлов

Судовые паровые котлы классифицируются по ряду признаков.

1. По виду первичного энергоносителя:

- вспомогательные (автономные);

- утилизационные;

- вспомогательно-утилизационные.

Во вспомогательных котлах, конструктивно сходных с главными, используют жидкое топливо. Утилизационные котлы используют теплоту отработавших газов главных двигателей и работают при движении судна.

Вспомогательно-утилизационные котлы, объединяющие в себе элементы вспомогательного и утилизационного котлов, бывают смешанного типа (имеют общую поверхность нагрева, которая попеременно обогревается отработавшими газами или продуктами сгорания жидкого топлива) и комбинированные (рис. 3.1), имеющие раздельные поверхности нагрева при работе на жидком топливе и отработавших газах.

	Рис. 3.1 Комбинированный водотрубный котёл: 1. Пароводяной коллектор. 2. Трубы утилиза- ционной части. 3,5. Водяные коллекторы. 4. Перегородка. 6. Топочное устройство. 7. Трубы топливной части.

2. По типу омывания газами поверхности нагрева:

- огнетрубные или газотрубные;

- водотрубные;

- огнетрубно-водотрубные.

В огнетрубных котлах (рис. 3.2) горячие газы движутся внутри труб и камер, образующих поверхность нагрева, а вода омывает их снаружи.

В водотрубных котлах (рис. 3.3) вода и пароводяная смесь движутся внутри труб, а газы омывают их снаружи.

Огнетрубно-водотрубные котлы (комбинированные) включают в себя элементы конструкции водотрубных и огнетрубных котлов (рис. 3.4).

Водотрубные котлы имеют значительно бóльшую паропроизводительность при меньших массовых показателях, чем огнетрубные.

Рис. 3.3 Водотрубный котёл

Рис.3.2 Огнетрубный паровой котёл:

1. Дымогарные трубы. 2. Сухопарник.

3. Дымовая коробка.

В огнетрубно-водотрубном котле типа VX (рис.3.4) огнетрубная часть (омываемая водой) образована стенками топки 9 сфероконической формы и поверхностью патрубка 8. Водотрубная часть образована парообразующими трубами 6, приваренными к верхней 5 и нижней 7 трубным доскам, которые являются днищами верхней 3 и нижней 1 частей корпуса. Из топки 9 газы проходят через патрубок 8, огневую камеру 2 (подкреплённую сверху листом 4) и межтрубное пространство в дымовую коробку.

	Рис. 3.4 Огнетрубно-водотрубный котёл

3. По виду циркуляции воды:

- с естественной циркуляцией;

- с принудительной циркуляцией.

В водотрубных котлах с естественной циркуляцией движение воды и пароводяной смеси происходит вследствие их разного удельного веса (плотность воды в опускных трубах больше плотности пароводяной смеси в подъёмных трубах). В водотрубных котлах с принудительной циркуляцией (рис. 3.5) движение воды обеспечивается насосом. Особенностью котлов с естественной или принудительной циркуляцией является наличие пароводяного коллектора.

Пароводяной коллектор – ёмкость, организующая циркуляцию в замкнутой системе и обеспечивающая отделение воды от пара.

Рис. 3.5 Вспомогательный котёл с принудительной циркуляцией типа «Ла Монт»:

1 – пароводяной коллектор;

2, 4, 5, 6 – коллекторы;

3, 7 – трубы парообразующей поверхности нагрева;

8 – циркуляционный насос.

Водотрубные котлы с принудительной циркуляцией подразделяются на котлы с многократной циркуляцией и прямоточные. В прямоточных котлах нет чёткой фиксации экономайзерной, парообразующей и пароперегревательной зон.

4. По углу наклона парообразующих труб:

- горизонтальные (секционные) с углом наклона до 30° (рис. 3.6);

- вертикальные с углом наклона более 45°.

Рис. 3.6 Секционный котёл:

1. Пароводяной коллектор.

2. Секции парообразующих труб.

3. Задняя камера.

4. Пароперегреватель.

5. Передние камеры.

6. Топка.

7. Грязевик.

Кроме приведённой основной классификации, существует ещё целый ряд детальных подразделений: по числу барабанов, расположению пароперегревателя, давлению пара, расположению форсунок и т.д.

Методы повышения экономичности вспомогательных котлов:

1. Экранирование топки. 2. Применение двойной обшивки. 3. Развитие хвостовых поверхностей нагрева (воздухоподогреватели и водяные экономайзеры). 4. Увеличение скорости газов в конвективных поверхностях нагрева для усиления процесса теплообмена.

Дата добавления: 2015-06-27