12. Двухконтурные паровые котлы
Появление двухконтурных паровых котлов было вызвано стремлением создать нечувствительную к качеству питательной воды конструкцию котла. Двухконтурный котел (или котел непрямого испарения) состоит из двух испарительных контуров (рис. 16).
Первый испарительный контур представляет собой обычный водотрубный котел с ЕЦ, включающий паровой и водяной коллекторы, соединенные пучками испарительных поверхностей нагрева (экранная и конвективная поверхности), ограничивающими топочный объем, опускных труб, и змеевика, в который поступает пар вырабатываемый в первом контуре. Рабочей средой первого контура является дистиллированная вода. Использование дистиллированной воды исключает накипеобразование
в испарительных трубах первого контура. Пополнять первый контур водой практически не требуется, так как он герметичен и в нем отсутствуют протечки рабочей среды.
Пар, образующийся в паровом коллекторе первого контура (греющий пар), поступает в испарительный змеевик, расположенный в паровом коллекторе второго контура, отдает свою теплоту находящейся там воде, конденсируется и стекает в водяной коллектор первого контура.
Второй испарительный контур разомкнут и предназначен для получения рабочего пара, направляемого на главный двигатель. На поверхности змеевика, обогреваемого паром первого контура, происходит испарение воды. Пар собирается в верхней части парового коллектора, направляется в пароперегреватель, и далее - на потребители. Давление пара в паровом коллекторе первого контура поддерживается примерно в 2 ÷ 3 раза большим, чем давление пара в коллекторе второго контура. Оно выбирается таким образом, чтобы температура первичного (греющего) пара была примерно на 50 °С больше температуры вторичного (рабочего) пара.
Расход пара, образовавшегося в паровом коллекторе второго контура, восполняется подачей в него питательной воды. С целью снижения концентрации солей в воде второго контура, из его парового коллектора организуется продувка части котловой воды. Небольшая часть солей осаждается в виде накипи на змеевике, который имеет сравнительно низкую температуру, не опасную для повреждения металла.
Преимуществами двухконтурных котлов перед одноконтурными являются:
нечувствительность к качеству питательной воды, так как горячими газами омываются только поверхности нагрева первого контура, содержащие дистиллированную воду;
способность выдавать пар относительно малой влажности без использования специальных сепарирующих устройств. Это качество обусловлено равномерным распределением по всей длине парового коллектора греющего змеевика (тепловой нагрузки), благодаря чему выравниваются нагрузки зеркала испарения и парового объема.
Недостатками двухконтурных котлов являются низкие параметры генерируемого пара, и поэтому непригодность их использования в мощных КТЭУ (для выработки пара более высоких параметров необходимо значительное увеличение давления пара в первом контуре котла).
13. Вспомогательные и утилизационные паровые котлы
Вспомогательные котлы используются как на судах с КТЭУ, так и на судах с ДЭУ н ГТУ. На судах с КТЭУ онн обеспечивают паром потребители во время стоянки судна при неработающих главных котлах, а также используются для ввода главной котельной установки в действие (подача пара на турбоприводы ВМ до начала отбора пара от главного котла). На судах с ДЭУ и ГТУ вспомогательные котлы используются для обеспечения паром потребителей как на ходовых режимах, так и в период стоянки судна.
На судах с мощными КТЭУ иногда роль вспомогательного котла выполняет один из главных котлов.
Вспомогательные котлы должны удовлетворять следующим требованиям:
иметь минимальную массу и габариты;
быть простыми в устройстве и надежными в эксплуатации;
иметь возможность работы при безвахтенном обслуживании в автоматическом режиме;
иметь высокие маневренные характеристики;
предъявлять невысокие требования к качеству питательной воды.
В качестве вспомогательных в настоящее время на судах применяются следующие типы паровых котлов:
. двухколлекторные водотрубные вертикальные котлы с естественной циркуляцией следующих марок:
КВВА D/p ; КАВ D/p ; KB
где цифровые индексы в марке котла обозначают:
D -паропроизводительность[т/ч];
p - рабочее давление пара в котле [кгс/см2];
например: КВВА 12/28 (D = 12 т/ч; p =28 кгс/см2), КАВ 1,5/5 и т.д.
. вертикальные и горизонтальные газотрубные котлы. В настоящее время разработан ряд типоразмеров отечественных котлов типа КВА D/p, и импортных котлов типа «Санрод», «Спэннер», «Унекс»;
. газоводотрубные котлы типа «Санрод», устанавливаемые на ряде отечественных судов зарубежной постройки.
В утилизационных котлах в качестве источника теплоты используются уходящие газы главных двигателей - ДВС или ГТД. Применение утилизационных котлов в составе энергетической установки приводит к экономии 8 ÷ 12 % топлива и повышению общего КПД установки. Помимо утилизации теплоты УК обеспечивают глушение шума отработавших газов и искрогашение. Пар от утилизационных котлов используется главным образом на судовые нужды, хотя возможно его применение в утилизационных турбогенераторах для выработки электроэнергии или механической энергии для привода главного движителя.
Конструкции современных утилизационных котлов весьма разнообразны. Наибольшее распространение в отечественном морском флоте получили: водотрубные утилизационные котлы с естественной циркуляцией, водотрубные утилизационные котлы с многократной принудительной циркуляцией и автономным сепаратором пара, и прямоточные утилизационные паровые котлы.
Иногда в судовых установках в качестве вспомогательных используют комбинированные утилизационные котлы, в которых в одном котлоагрегате скомпонованы топливная и утилизационная части (рис. 17). Такие котлы могут вырабатывать пар в следующих режимах работы:
на ходу судна работает только утилизационная часть котла, в которой парообразование происходит за счет теплоты отработавших газов главного двигателя (ГТУ или ДЭУ). На стоянке работает только автономная часть котла от собственной топливной и воздушной систем;
на ходу судна работает утилизационная часть котла. В случае необходимости увеличения паропроизводительности котла автоматически в работу включаются форсунки топливной части. На стоянке, для обеспечения паром потребителей при неработающей ГЭУ, работает только автономная часть котла.
В некоторых типах комбинированных утилизационных котлов используется общая испарительная поверхность нагрева, омываемая (в зависимости от режима работы котла) как выхлопными газами главного двигателя, так и продуктами сгорания топлива собственной автономной топливной части. Перенаправление потоков продуктов сгорания в таких котлах осуществляется с помощью специальных поворотных заслонок -газовых шиберов.
Рис. 17. Схема комбинированного водотрубного котла с ЕЦ с утилизационной и топливной частями тиля КВКА газотурбинного судна.
ТЧ- топливная часть котла; УЧ - утилизационная часть котла; ПП -трубная система пароперегревателя; ИСП - трубная система испарительной части котла; ЭТЧ - экранная поверхность нагрева топливной части котла; ОПТЧ - опускные трубы топливной части котла; ДГ - дымовые газы.