2 Утилизационные котлы

Большинство современных тепло­ходов оборудуется утилизационным котлом, с помощью которого можно получать пар путем использования теплоты уходящих газов от главного двигателя.

В энергетических установках сред­ней и большой мощности в утили­зационном котле на ходу можно по­лучить пара гораздо больше, чем его необходимо для общесудовых и тех­нических нужд, поэтому избыток па­ра часто направляют во вспомога­тельную паровую турбину, приводя­щую в действие электрогенератор. Таким образом, используя теплоту уходящих от главного двигателя газов можно получить пар, кото­рый будет использован не только для теплоснабжения, но и для выработки электроэнергии.

Рис. 8.13. Газотрубный котел танкеров	Рис. 8.14. Котёл КУП – 110/5,5

Это значит, что на ходу судна мож­но не включать вспомогательный ко­тел и дизель-генератор и таким обра­зом сэкономить 8—12% топлива и более. Схема компоновки установки, в которой пар от утилизационного котла используется для теплоснабже­ния и выработки электроэнергии, на­зывается схемой глубокой утилиза­ции теплоты, которая наиболее широ­ко используется в дизельных танке­рах. Эти суда по сравнению с судами других типов имеют наиболее высо­кий коэффициент ходового времени, что определяется быстротой погруз­ки и выгрузки, а значит, и непро­должительными стоянками в портах. Требования, предъявляемые к вспомогательным котлам, в полной мере носятся и к утилизационным котлам, которые могут быть газо­трубными и водотрубными, иметь естественную и принудительную цир­куляцию воды. Представление о про­стейшем газотрубном утилизацион­ном котле дает котел танкеров (рис. 8.13). Паропроизводительность котла до 3,7 т/ч при давлении около 1,2 МПа.

Котел сварной конструкции, со­стоит из цилиндрического корпуса 2, верхней 3 и нижней 1трубных досок, в которых на сварке закреплены трубы 4. Для внутреннего осмотра и очистки предусмотрены лючки 5. На корпусе имеются приварыши под ар­матуру.

2.1 Котёл с естественной цирку­ляцией воды куп-110/5,5

Примером водотрубного утилиза­ционного котла с естественной цирку­ляцией воды может служить котлоагрегат отечественной постройки КУП-110/5,5 (рис. 8.14). Марка расшифровывается так: буквен­ная часть состоит из начальных букв слов «котел утилизационный паровой», в дроби числитель — площадь поверхности нагрева (м²); знаменатель — давление пара (кгс/см)².

Паропро­изводительность котла до 1,3 т/ч при давлении пара 0,55 МПа.

Котел конструктивно выполнен двухколлекторным, вертикальным. Его паровой коллектор 3 соединен с водяным коллектором 5 трубами 6 и 4. Трубы 6 являются подъемными, а трубы 4, обогреваемые с меньшей интенсивностью,— опускными. Отра­ботавшие газы от главного двига­теля подводятся к патрубку 7, омы­вают поверхность нагрева агрегата и через искрогасительную камеру 2 уходят в дымоход 1. Для улучшения омывания пучка труб 6 газами и по­вышения эффективности его работы в пучке труб установлена перегород­ка 9. Агрегат оборудован заслонка­ми 8 и газонаправляющим щитом 10, служащими для направления всех или части выпускных газов двига­теля через поверхность нагрева котла или мимо нее в зависимости от потребностей в паре.

По­верхность нагрева котла, омываемая отработавшими газами главного дви­гателя, представляет собой набор спиральных горизонтальных змееви­ков 8_, внутри которых движутся вода и пароводяная смесь. Змеевики на­вивают по кольцевой, спирали так, что в середине их образуются свобод­ные проходы, в которые устанавли­вается вставка 6. Концы змеевиков приваривают к штуцерам вертикаль­ных распределительных коллекторов 2 и 1. К коллектору 2, называемому входным, подводится вода от цирку­ляционного насоса. Другой коллек­тор 1, от которого отводится паро­водяная смесь, называется выход­ным. На входных концах змеевиков ставят дроссельные шайбы, а иногда клапаны, с помощью которых вода равномерно распределяется по змее­викам. Имеются конструкции утили­зационных котлов, в которых змееви­ки навиты не по кольцевой спирали, а по форме, приближенной к пря­моугольнику.

Для регулирования потока газа че­рез поверхности нагрева, а следова­тельно, для регулирования паропроизводительности имеются две сбло­кированные через коническую пере­дачу заслонки 3 и 4. Когда заслонка 4 открыта, а, заслонка 3 закрыта, выпускные газы направляются по ка­налу вставки 6 мимо трубного пучка. Когда же газы проходят через змее­вики, то заслонка 4 закрыта, а за­слонка 3 открыта. Управление за­слонками обычно автоматизировано. Кожух котла состоит из трех основ­ных частей: входной газовой камеры 9, газохода с поверхностями нагрева и глушителя 7. На кожухе имеются лючки для контроля состояния внут­ренних полостей котла.

Утилизационные котлы, конструк­тивно могут быть выполнены такими же, как газотрубные и водотрубные вспомогательные с естественной цир­куляцией и как котлы с комбини­рованным отоплением (с общими или раздельными поверхностями нагре­ва). Но в последнее время чаще применяются утилизационные котлы петлевого или змеевикового типа с принудительной циркуляцией воды от специальных насосов, как и в котле, показанном на рис. 8.15.

Из-за высокой влажности выраба­тываемого пара требуется примене­ние сепаратора пара, который конст­руктивно может быть выполнен гори­зонтальным и вертикальным. В от­дельных установках роль сепарато­ров пара выполняют паровые коллек­торы вспомогательных котлов. Сепаратор является паро­сборником, в котором пар отделяется от влаги. Пар поступает в сепаратор в виде пароводяной смеси из выход­ного распределительного коллектора утилизационного котла. Сепаратор одновременно служит емкостью с за­пасом воды, достаточным для компенсации колебаний уровня при пуске котла и во время переменных режимов работы.

Рис. 8.15. Водотрубный котел с принудительной циркуляцией и горизонтальным расположением спиральных змеевиков

Горизонтальный сепаратор (рис. 8.16) состоит из цилиндрического стального сварного корпуса 2, в од­ном из днищ которого имеется лаз 10 с крышкой. Корпус покрыт тепло­изоляцией 1. Сепаратор крепится к фундаменту при помощи четырех опор 15, Внутри корпуса имеется дырчатый щит 8, служащий для сни­жения влажности пара. Подвод паро­водяной смеси осуществляется через клапан 9, питательной воды — через клапан 11, отбор пара — через клапан 3, забор воды циркуляционным насосом — через клапан 14. Сепара­тор оборудован также водоуказа- тельным прибором 12, поплавковыми датчиками регулятора питания 17 и аварийного уровня 18, клапанами — предохранительными 7, к манометру 4, воздушным 5, к реле давления 6, продувания 13, отбора проб 16. Конструкция сепаратора мало отли­чается от конструкции парового кол­лектора котла.

Для более высокопроизводитель­ных утилизационных котлов в уста­новках с глубокой утилизацией теп­лоты обычно применяют, иную ком­поновку.

Рис. 8.17. Схема котла с принудитель­ной циркуляцией и вертикальным рас­положением змеевиков

Рис. 8.16. Горизонтальный сепаратор пара

Распределительные кол­лекторы трубных пучков размещают горизонтально, а параллельно вклю­ченные змеевики (петли) — верти­кально. В результате этого благодаря общей компоновке можно сделать ко­жух котла прямоугольной формы. У таких котлов уже не ограничиваются только одной парообразующей по­верхностью, а по ходу газов (рис. 8.17) сначала размещают паропере­греватель 5, затем парообразующие змеевики 4 и 3, а в конце — змеевики экономайзера 2.

Насос 9 подает питательную воду из теплого ящика 6 в сепаратор 10, откуда циркуляционный насос 8 на­правляет ее в экономайзер 2, пройдя который вода нагревается до темпе­ратуры, близкой к температуре на­сыщения. Далее по перепускным тру­бам вода поступает сначала в первую секцию испарительной части змееви­ка 4, затем в его вторую секцию 3 и, превратившись в пароводяную смесь,— в сепаратор 10, где происходит отделение пара от воды.

Насыщенный пар из сепаратора направляется к потребителям по тру­бе 1, а основная его часть поступает в пароперегреватель 5, откуда по тру­бопроводу 7 перегретый пар направ­ляется к турбогенератору. В сепара­торе отделившаяся от пара вода сме­шивается с поступающей от пита­тельного насоса, забирается цирку­ляционным насосом 8, и описанный выше путь повторяется. Предусмот­рена возможность отключения при необходимости части площади по­верхности нагрева. С помощью ре­зервных магистралей и арматуры можно отключить экономайзер, вто­рую секцию испарительной части и пароперегреватель. Рассмотренная схема применена в утилизационном котле КУП-700/10 танкеров типа «Великий Октябрь» отечественной постройки.

Рис. 8.18. Схема котла КУП-1100

На рис. 8.18 показана схема котла КУП-1100 нефтерудовоза. Паропроизводительность котла до 9,2 т/ч при давлении 0,7 МПа, температура перегретого пара 270° С. Каждый трубный пучок (пароперегревательный, парообра­зующий, экономайзерный) состоит из двух параллельно работающих сек­ций. Питательный насос 7 забирает воду из теплого ящика 8, подает ее в сепаратор 5, откуда циркуля­ционный насос 6 направляет ее в кол­лекторы 2, из которых вода, пройдя по петлям 1, поступает в коллекторы 15. Из коллекторов 15 вода по пере­пускным трубам направляется в кол­лекторы 12, а из них по петлям 13 — в коллекторы 14. Образовавшаяся пароводяная смесь по трубе 3 посту­пает в сепаратор 5. Отсепарированный пар частично направляется к потребителям по трубе 4, а большая его часть — в змеевики 10 паропере­гревателя, расположенные между коллекторами 11 и 9 соответственно насыщенного и перегретого пара. Полученный перегретый пар посту­пает к утилизационному турбогенера­тору.