11. Котельная установка

На танкере-нефтевозе «Azov Sea» установлен утиль-котёл типа KIP / PSK производительностью 1600 кг в час при давлении пара 10 бар.

Утиль-котёл является водотрубным с принудительной циркуляцией воды, которая проходит через теплообменник. Выхлопные газы от главного двигателя имеют высокую температуру порядка 300-400ºС. Эти газы также проходят через теплообменник и нагревают трубки с водой.

Утиль-котёл работает параллельно со вспомогательным котлом, который также выполняет функции парового бассейна и обеспечивает место для парового разделения. Поэтому вспомогательный котёл всегда находится в режиме готовности к пуску и включается в работу только в том случае, если упало давление пара.

Вода поступает в утиль-котёл с помощью насосов, которые берут её от вспомогательного котла. Пароводяная смесь, произведённая в утиль-котле, поступает обратно в барабан вспомогательного котла для разделения.

Вспомогательная котельная установка обладает рядом особенностей, по сравнению с главными котельными установками паросиловых СЭУ. Расход топлива вспомогательного котла сравнительно мал, поэтому регулирование соотношения топливо-воздух для него не имеет существенного значения. Уровень воды и давление пара изменяются довольно медленно. Однако нагрузка изменяется в широком диапазоне от нуля до максимальной, что усложняет схему автоматического регулирования. Малая аккумуляция тепла вспомогательным котлом и ограниченная глубина регулирования форсунки осложняет подачу топлива.

Вспомогательный котёл не имеет пароперегревателя и вырабатывает насыщенный пар давлением 9 бар, необходимый для обеспечения хозяйственно-бытовых нужд, подогрева танков, тяжёлого топлива, смазочного масла. Вспомогательный котёл является водотрубным с естественной циркуляцией при паропроизводительности 19000 кг/ч. Весь цикл работы котла, т.е. розжиг топлива, регулирование давления пара, уровня воды и температуры подогрева топлива, а также остановка котла и сигнализация при аварийных значениях регулируемых параметров происходит по заданной программе без помощи обслуживающего персонала. При этом потребители обеспечиваются необходимым количеством пара при заданных параметрах, что осуществляется воздействием на три основных тракта котла: питательный, топливный, воздушный.

Система автоматического управления вспомогательным котлом в соответствии с изменением нагрузки обеспечивает подачу воды, топлива и воздуха в количестве, необходимом для надёжной и экономичной работы. Система работает по электромеханическому принципу.

Регулятор котла двухимпульсный, работающий по комбинированному принципу, т.е. по отклонению регулируемой величины и по возмущению (нагрузке), или по уровню воды и расходу пара. В регуляторе используется ПД закон регулирования.

Регулирование подачи топлива в топку котла осуществляется двухпозиционным регулятором; регулируемой величиной является давление пара на выходе из котла. Система автоматически поддерживает заданное давление, периодически прекращая подачу топлива.

Подача тяжёлого топлива регулируется электромагнитным клапаном на топливном трубопроводе. В диапазоне малых нагрузок схема работает как двухпозиционная, при остальных нагрузках – по принципу пропорционального регулирования.

Соотношение между топливом и воздухом устанавливается зависимостью, определяемой опытным путём.

Уровень воды в котле регулируется двухпозиционным регулятором. При уменьшении уровня ниже установленного нижнего уровня Нн=0 мм. открывается клапан на трубопроводе питательного насоса, который закрывается при достижении верхнего уровня Нв=50 мм. Котёл имеет защиту по верхнему предельно допустимому значению Нмах.в=100мм и нижнему Нмin.н=-75 мм значениям уровней, которую обеспечивает регулятор питания. При срабатывании защиты по верхнему предельно допустимому значению отключается питательный насос.

Регулирование процесса горения в топке котла осуществляется при помощи реле нормального давления, настроенного на определённый диапазон давления (7,5кг<P<9,5кг). При возрастании давления в котле выше 9,5 реле подаёт сигнал на закрытие клапана подачи топлива. Подача топлива прекращается, но продолжается подача воздуха в топку для её продувки. Через 28 секунд отключаются двигатели вентилятора.

При понижении давления в топке до нижнего значения 7,5 реле давления включает электродвигатели вентилятора и через 28 секунд, после вентиляции топки котла, включается трансформатор зажигания и электромагнитный клапан на трубопроводе дизельного топлива форсунки розжига. Топливовоздушная смесь зажигается возникающей между концами электродов электрической дугой. При зажигании факела фотоэлемент отключает трансформатор зажигания и подаёт сигнал на открытие клапана на трубопроводе тяжёлого топлива. После того как загорелся факел, второй фотоэлемент прекращает подачу дизельного топлива на форсунку розжига, путём закрытия клапана на трубопроводе.

Защита по максимальному давлению Рмах=10кг в котле осуществляется с помощью реле давления, которое прекращает процесс горения. Одновременно включается световая и звуковая сигнализации. Автоматика обеспечивает вентилирование топки до зажигания факела во избежание возможного взрыва в топке или газоходе.

Защиту факела от срыва обеспечивают два фотоэлемента (основной форсунки и форсунки розжига) со своими фотореле. При срыве факела закрывается электромагнитный клапан подачи топлива и осуществляется продувка топки котла, а также включается соответствующая сигнализация.

На танкере-химовозе «Azov Sea» вспомогательный котёл управляется автоматическим блоком управления LEC1/8868, который предназначен для контроля и полного автоматического управления пуском вспомогательных котлов, имеющего топливную форсунку с принудительным дутьём. Программное управление обеспечивается за счёт кулачков с определённым профилем, объединённых на одном валу. Блок управления работает совместно с блоком контроля пламени LAE10 с фоторезисторным датчиком RAR7. Блоки съёмные и предназначены для установки в щите управления. Переключающим механизмом блока управляет синхронный двигатель, а реле блока, так же как и все другие выключатели, управляющие элементы и элементы регулирования смонтированы на компактной печатной плате. Вращающиеся на валу кулачки замыкают и размыкают соответствующие контакты цепей управления, обеспечивая выполнение алгоритма работы.

Процесс розжига котла может начаться только в том случае, если будут выполнены следующие условия:

• переключающий механизм блока управления установлен в начальное положение;

• блок управления не блокирован;

• все контакты системы управления и системы защиты находятся в соответствующих положениях.

При выполнении этих условий и получения команды «Пуск» запускается ЭД вентилятора котла. Как только заслонка полностью откроется, запускается механизм программного управления (начинается отсчёт времени продувки топки котла). За время 10 секунд должно установиться минимальное давление в топке. Если этого не произойдёт, то сработает блокировка запуска и не поступит сигнал на пуск форсунки.

После продувки топки воздушная заслонка получает команду на установку в положение минимального угла открытия. Во время прикрытия заслонки механизм программного управления остаётся неподвижным. Как только исполнительный механизм (заслонка) достиг требуемого угла открытия, переключающий механизм запускается снова и теперь управляет программной последовательностью включения механизмов в следующей последовательности:

• включение трансформатора предварительного розжига;

• открытие первого топливного клапана (топливо подаётся на форсунку розжига);

• включение уставки времени для определения наличия пламени (если за время выдержки не появится пламя, то запуск блокируется);

• через 11 секунд после открытия первого клапана открывается второй (топливо подаётся на основную форсунку);

• отключается форсунка розжига;

• через 12 секунд включается в работу регулятор.

После включения в работу регулятора форсунка выводится на рабочую нагрузку.

Сигнализация котла, связь его со шкафом автоматики и программа обработки аварийных сигналов обеспечиваются микропроцессорным блоком фирмы INELTEH типа RTH-875. Блок выполнен по модульной структуре и включает в себя микропроцессорный модуль, блок ПЗУ и модули ввода/вывода.

Производительность котла регулируется с помощью компаунд-регулятора фирмы Honeywell типа М6284. Регулятор представляет собой двигатель постоянного тока с двумя обмотками (реверсивные обмотки) и редуктор, соединённый с ним. Всё вместе это является одним блоком. Выходной вал редуктора механически связан с топливным клапаном и воздушной заслонкой. При изменении подачи топлива и воздуха соотношение воздух-топливо остаётся постоянным. Это соотношение можно изменить механической регулировкой рычажной системы. Сам двигатель имеет защиту по угловому перемещению вала в виде двух конечных выключателей.