Основные характеристики котлов

1. КПД – определяется методом прямого баланса:

D_П = G_В, .

2. Паропроизводительность D_П – количество пара, произведённого за час, т/ч, судовые котлы вырабатывают пар в количестве от 3 до 100 т/ч.

3. Поверхность нагрева Н, м², - это поверхность, через которую передаётся теплота от газов к воде от 20 до 500 м².

4. Удельная паропроизводительность – это количество кг пара, выработанного с 1 м² площади поверхности нагрева .

5. Параметры пара, вырабатываемого котлом:

- перегретый пар (давление пара от 3…12 МПа; температура до 800К),

- влажный пар (давление пара до 3МПа; степень сухости 0.95…0.98)

Тепловой баланс котельной установки

При установившемся режиме работы котла приход питательной воды должен быть равен расходу пара.

Q₁ – полезно использованная теплота,

Q₂ – потери с уходящими газами (энтальпия) – 10…15% от

Q₃ – потери от химической неполноты сгорания топлива – 1 3% от

Q₄ – потери теплоты от механического недожога Q₄ = 0,

Q₅ – потери в окружающую среду, они обусловлены теплообменом через поверхность котла.

Разделим уравнение теплового баланса на . Получим уравнение теплового баланса в относительных величинах.

.

Рассмотренный метод определения КПД котла носит название обратного метода.

Определение КПД котла по прямому методу производится по формуле .

Система питания и водоподготовка

Пополнение котла водой называется питанием котла (количество поступившей в котел воды должно быть равно количеству произведенного пара)

Количество поданной воды определяет экономичность, надёжность работы котельной установки.

Питательная вода состоит из конденсата и добавочной воды (3…4% от производительности котла). Добавочная вода берётся из-за борта и подвергается обработке в специальных установках.

Примеси делятся на растворимые и нерастворимые.

Примеси – это соли, щелочи, газы, кислоты. Соли кальция и магния определяют жесткость воды.

Общая жесткость разделяется на карбонатную и некарбонатную (мг/л).

Карбонатная жесткость определяется содержанием в воде солей Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂.

Соли некарбонатной жесткости – хлориды (CaCl₂, MgCl₂), сульфаты (CaSO₃, MgSO₃), силикаты (CaSiO₃, MgSiO₃).

Эти соли оседают на поверхности нагрева образовывая накипь. В целях удаления этих солей приводят докотловую и внутрикотловую обработку воды.

Докотловая – воду пропускают через ионообменные аппараты (фильтры).

Внутрикотловая – в воду внутри котла добавляют едкий натр NaOH, в результате замены в солях ионов Ca и Mg на ионы Na образуются соли Na₂CO₃, в результате протекания таких реакций образующиеся соли выпадают в осадок.

Пополнение запасов пресной воды осуществляется путём пропускания забортной воды через водоопреснительные установки. Установки работают по следующим принципам:

- без изменения агрегатного состояния (специальные химические фильтры, электролиз);

- вымораживание, выпаривание.

1 – Корпус, 2 – Нагревательный элемент, 3 – Вакуумный насос, 4 – Сепаратор, 5 – Трубопровод пара, 6 – Подогреватель забортной воды,7 – Насос, 8 – Удаление рассола

Испарители такого типа делаются вакуумными с температурой кипения не более 65⁰С, что позволяет использовать греющий пар низких параметров.

Недостаток – сложно получить чистую воду за один ее проход – вода интенсивно кипит по всему объему корпуса, что способствует уносу солей вместе с паром.

1 – Первичный нагреватель, 2 – Конденсатор, 3 – Пар на эжектор, 4 – Эжектор, 5 - Испарительные баки, 6 – Насос пресной воды, 7 – Насос забортной воды, 8 – Подогрев рассола, 9 – Рассольный насос, 10 – Греющий пар, 11 – Конденсатоотводчик, 12 – Конденсат пара, 13 – Пар для работы эжектора.

Вспомогательные котлы бывают автономными топливными или утилизационными.

Использование утилизационных котлов – повышает КПД установки в целом за счет использования "бросовой" теплоты. Максимальное количество теплоты, которое может быть использовано в утилизационном котле, может быть рассчитано по формуле:

,

где: Ne – мощность ГД, кВт;

q_r - удельное количество газов: на выходе из четырехтактных двигателей q_r = 6.2…7 кг/кВт ч; для двухтактных двигателей q_r = 11…12 кг/кВт ч.

Тух – температура газов на выходе из двигателя (на входе в котел);

Твых – температура на выходе из котла, но не ниже 160^оС;

Ср – теплоёмкость газов, Ср = 1.05…1.13 кДж/кг К;

η_ук – КПД утилизации теплоты уходящих газов, η_ук = 0.95.

Для выбора мощности (теплопроизводительности) котельной установки необходимо рассчитать потребность в теплоте по всему судну и всем потребителям на основных режимах эксплуатации.

- количество теплоты для потребителей в ходовом режиме.

- количество теплоты для потребителей в стояночном режиме.

Кс = 1.1 коэффициент запаса,

Ко – коэффициент одновременности, Ко = 0.89 – для ходового режима, Ко = 0.7…0.8 для стояночного режима.

Далее все расчеты приводятся в табличной форме.

Режим работы судна

Потребители	Максималь ный поток теплоты на потребители	Ходовой		Стояночный
	Q, кВт	Коэффциент загрузки, Кз	Потреб. кол-во теплоты, Qох	Коэффициент загрузки, КЗ	Потреб. кол-во теплоты Qос
Потребители
Подогрев топлива, масла и пр.
Приготовление горячей воды
Отопление
……….			ΣQОХ		ΣQОС

Если Q_о > ΣQ_ох, то тепловую мощность (теплопроизводительность) утилизационного котла принимаем по величине ΣQ_ох.

Если Q_о < ΣQ_ох, то утилизационный котёл выбираем по величине Q_о, а недостающую теплоту компенсируем работой автономного котла.

В зависимости от принятой на судне схемы теплоснабжения выбирают котлы паровые - по паропроизводительности, водогрейные - выбирают по тепловой мощности.