1.7 Тяга и тягодутьевые устройства

Одним из условий устойчивого горения топлива в топке котла является непрерывная подача в нее воздуха и удаление продуктов сгорания.

Для преодоления возникающих сопротивлений в воздушно-газовом тракте должна быть обеспечена движущая сила. Она обеспечивается естественной тягой, искусственным дутьем с помощью вентилятора или искусственной тягой, создаваемой дымососом.

Естественная тяга, часто называемая самотягой, зависит от плотностей окружающего воздуха, дымовых газов и высоты газохода. Полной высотой газохода считается расстояние от самой нижней форсунке до среза дымовой трубы. Оно составляет обычно 20 - 25 м.

У современных котлов самотяга не компенсирует всех сопротивлений воздушно-газового тракта и поэтому в дополнение к предусматривается установка вентиляторов, а иногда и дымососов.

Основным элементом тягодутьевого устройства является вентилятор. На большинстве судов приводом вентиляторов служат электродвигатели переменного тока, которые могут быть односкоростными или с несколькими ступенями скорости. На промежуточных нагрузках вентиляторы с односкоростными двигателями расход воздуха регулируется с помощью заслонок, установленных на стороне всасывания. При многоскоростных вентиляторах заслонками регулируется необходимый расход воздуха в диапазонах между ступенями скорости. Дроссельные заслонки связаны гидравлическими или электрическими исполнительными механизмами с системами автоматического управления котлами.

Вытяжная тяга осуществляется с помощью дымососа, создающего разрежение в дымоходе. Дымососы используются редко. Дымососы применяются при применении ротационных форсунок. Если одна из ротационных форсунок извлекается, то образуется достаточно большая амбразура через которую возможен выброс пламени от работающей форсунки. Поэтому необходимо в топке создать разрежение, что достигается установкой временного щита.

Дымососы могут быть выполнены в виде вытяжного вентилятора или пароструйного эжектора. Пароструйные эжектора применяют редко, так как их работа связана с невозвратной потерей пара.

В утилизационных котлах сопротивление газохода преодолевается под воздействием избыточного давления отработавших газов дизеля или газотурбинной установки.

Для измерения силы тяги используются манометры, называемые тягомерами. Наибольшее распространение получили U-образные тягомеры. Более современными являются мембранные тягомеры, действующие на принципе перемещения мембраны и связанной с ним стрелкой. Регистрирующие тягомеры одновременно записывают показания прибора на бумажную ленту.

2 Тепловой баланс, теплообмен, тяга и циркуляция воды в котле.

2.1 Тепловой баланс котла

2.1.1 Потери тепла

Теплота, выделяющаяся в результате горения в топке котла, полностью быть использованной не может. Часть теплоты теряется, тем самым снижается экономичность котла – основная характеристика котла. Различают следующие тепловые потери, отнесенные к 1 кг топлива и выраженные в процентах:

1. потери тепла с уходящими газами;

2. потери тепла от химической неполноты горения;

3. потери тепла от механической неполноты горения;

4. потери тепла в окружающую среду.

Потери тепла с уходящими газами (q₂) определяются энтальпией уходящих газов в атмосферу, т.е. количеством теплоты в килоджоулях на килограмм, которым располагают продукты сгорания топлива, массой 1 кг.

q₂ = Q₂ / Q^Р_н где,

Q₂ – потери с уходящими газами

Q_ФВ – физическая теплота воздуха

Q_ФТ – физическая теплота топлива.

Для уменьшения потери q₂ необходимо понижать энтальпию I_ух путем установки экономайзеров и воздухоподогревателей и применением совершенных топочных устройств, обеспечивающих горение с малым коэффициентом избытка воздуха. Излишний воздух увеличивает объем газов, приводя к увеличению q₂. На величину q₂ также оказывает состояние поверхностей нагрева котла. Отложения на поверхностях нагрева сажи и накипи ухудшает теплообмен между газами и нагреваемой средой, в результате чего значительная часть тепла уносится газами.

Однако, снижая энтальпию уходящих газов, необходимо принимать во внимание нижний предел ее температуры. При относительно низких температурах стенок труб поверхностей нагрева пары содержащиеся в дымовых газах, могут конденсироваться, вызывая коррозию поверхностей нагрева. Коррозия поверхностей нагрева определяется присутствием серы, продуты сгорания которой, вступая в химическую реакцию с парами воды, образуют пары серной кислоты.

Температура, при которой начинают конденсироваться содержащиеся в дымовых газах пары, называется температурой точкой росы. Точка росы для современных котлов составляет 120 – 130⁰С. Температура уходящих газов у большинства судовых агрегатов составляет 140 – 160⁰С. Для защиты поверхностей нагрева от коррозии применяют специальные покрытия или вводят специальные присадки. Необходимо также учитывать, что при снижении нагрузки котла, температура уходящих газов также снижается, приближаясь к температуре точки росы.

Потеря с уходящими газами является самой большой из всех других потерь и составляет 2 – 7 %, а в вспомогательных котлах – значительно больше.

Потери тепла от химической неполноты горения (q₃) – определяется содержанием в уходящих газах продуктов неполного горения топлива. К таким продуктам относятся окись углерода СО, водород Н₂, метан СН₄ и некоторые другие углеводороды. Поскольку кроме СО, содержание других веществ ничтожно мало, при определении потери q₃ учитывают в уходящих газах лишь содержание окиси углерода СО. Химический состав уходящих газов определяют с помощью приборов – газоанализаторов, которые могут быть ручными, переносными и штатными, автоматическими и с ручным обслуживанием.

На потерю тепла влияет сорт топлива, степень совершенства топочного устройства, его техническое состояние и качество обслуживания. Недопустим недостаток подаваемого воздуха. При уменьшении по сравнению с оптимальным значением коэффициента избытка воздуха α, потеря значительно возрастает. Вместе с тем, при оптимальном значении α и даже при избытке воздуха может происходить неполное сгорание топлива, если неисправно воздухонаправляющее устройство. Качество горения топлива по величине q₃ можно определить по эмпирической формуле:

где: М – коэффициент, равный 3,1 -3,3; меньшее значение М соответствует более низкому коэффициенту избытка воздуха α.

В современных котлах при правильной эксплуатации потеря от химической неполноты горения q₃ не превышает 0,5%.

Потеря от механической неполноты горения q₄ – появляется при сжигании в основном при сжигании твердого топлива из-за провала его через колосковые решетки и потерь при чистках топки. При работе котлов на жидком топливе, потерь от механической неполноты горения практически нет и ее не учитывают (q₄ = 0). При сжигании жидкого топлива, потеря может возникнуть при плохом распылении мазута, больших отклонениях коэффициента избытка воздуха от оптимального значения, не правильной эксплуатации котла, что проявляется в виде отложений сажи и коксообразования.

Потеря теплоты в окружающую среду через наружные поверхности q₅. Потеря зависит от размеров котла, компановки воздушных трактов, обшивки и качества изоляции. При снижении нагрузки потеря возрастает, так как при меньшем количестве расходуемой теплоты, теряемая в единицу времени через наружные поверхности, практически сохраняется на всех режимах. Потеря составляет 1 – 1,5 в котлах старых типов, 0,5 – 1,0% в современных котлах, благодаря двойной обшивке, по которой движется подаваемый в топку воздух. Во вспомогательных агрегатах потеря составляет 2 – 2,5% и выше.