СОДЕРЖАНИЕ.

1. ВВЕДЕНИЕ

2. СУДОВЫЕ ПАРОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ 2.1. классификация 2.1.1. турбинная 2.1.2. котельная 2.2. принцип работы ПТУ

3. ПАРОВЫЕ КОТЛЫ 3.1. предназначение 3.2. классификация и основные характеристики 3.2.1. главные 3.2.2. вспомогательные 3.3. схема основных узлов котла 3.3.1. корпус: коллектор трубы 3.3.2. топка; топочное устройство 3.3.3. дополнительные поверхности нагрева: пароперегреватель экономайзер воздухонагреватель 3.4. принцип действия котла 3.5. устройство основных систем котла 3.5.1. корпус: 3.5.1.1. монтаж: каркас и обшивка обмуровка и изоляция фундаменты и опоры 3.5.1.2. узлы и системы: поверхности нагрева газовый и водной тракт системы регулирования температуры 3.5.2. топка; организация топочного устройства

4. ТОПЛИВО И ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА 4.1. общие сведения 4.2. характеристика жидкого топлива 4.3. состав топлива 4.4. основные уравнения процессов горения топлива; расчеты: количества воздуха состав и объем продуктов сгорания парциальное давление 3-х атомных газов испарительная способность топлива энтальпия дымовых газов; построение i-t-диаграммы теплота сгорания топлива тепловой баланс котла; КПД котла

5. ВОДОПОДГОТОВКА 5.1. характеристика питательной и котловой воды 5.2. образование накипи 5.3. методы водоподготовки 5.4. контроль качества воды

6. ОБСЛУЖИВАНИЕ КОТЛОВ 6.1. подготовка к работе 6.2. обязанности персонала 6.3. остановка котла 6.4. основные неисправности 6.5. чистка, хранение и освидетельствование котлов

7. СУДРВЫЕ ЯДЕРНЫЕ УСТАНОВКИ 7.1. состав ЯЭУ 7.2. классификация

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ.

1763 г - русский теплотехник Ползунов разработал первый проект универсального

парового двигателя.

1766 г - он построил установку, состоящую из паровой машины и парового котла.

В котле был применен предварительный подогрев питательной воды и автоматический регулятор, что является прообразом регулиров. современного котла.

1803 г - первое паровое судно, Фултон

1807 г - первый колесный пароход с паровым двигателем (20 лошадиных сил, судовой котел работает на дровах)

1815 г - первый русский пассажирский пароход

1833 г - отец и сын Черепановы изобрели первый в России паровоз, где использовались огнетрубные котлы

в 90-х гг - водотрубные котлы, огнетрубные

1877 г - Петров, основы теории и конструирования паровых котлов

конец ХIХ в - исследования в области сжигания жидкого распыленного топлива и конструирование первых форсуночных устройств (топливо под давлением)

1905 г - Граневецкий предложил графический метод расчета котла

декабрь 1920 г - план электрофикации России ГОЭЛРО потребовал создания широкой сети научных организаций

1924 г - создан Всесоюзный теплотехнический институт им. Дзержинского (ВТИ)

1927 г - в Ленинграде создан центральный котлотурбинный институт им Ползунова (ЦКТИ)

СУДОВАЯ ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА (ПТУ).

Судовая ПТУ состоит из турбинной и котельной установок.

В состав турбинной установки входят:

- ГТЗА - главный турбозубчатый агрегат;

- турбогенераторы;

- главный и вспомогательный конденсаторы и обслуживающие их системы.

Котельная установка - установка, которая обеспечивает турбину паром.

Она включает в себя:

- паровой котел

- питательную систему, в которую входят: - подогреватели питательной воды;

- питательные насосы;

- трубопроводы от паровых магистралей;

- конденсатные насосы

(перекачивают конденсат);

- измерительные приборы и арматура

- паросиловую систему для отвода пара потребителям по трубопроводам

с арматурой и контрольно-измерительными приборами (КИП);

- топливную систему, состоящую из: - расходных цисцерн;

- топливного насоса;

- топливных фильтров;

- подогревателя топлива;

- трубопроводов с КИП и арматурой.

Принцип работы ПТУ.

Топливо для работы парогенератора (котла) из расходной цистерны всасывается топливным насосом через фильтр грубой очистки, подается через подогреватель мазута,

дальше через фильтр тонкой очистки к форсункам.

Воздух для горения подается вентилятором в котел. Там, пройдя через каналы между обшивкой и стенками кожуха котла, попадает в воздухонагреватель, а оттуда

к воздухонаправляющим устройствам, которые подают воздух в топку.

Образующиеся при сгорании топлива дымовые газы отводятся в дымовую трубу.

Большая часть полученного пара поступает на ГТЗА, а остальная - к вспомогательному турбоагрегату.

Пар, отработавший в турбине ГТЗА, поступает в главный конденсатор.

Там он конденсируется. Полученный конденсат насосом нагнетается в подогреватель питательной воды, сюда же поступает конденсат из вспомогательного конденсатора и

греющий пар из отборов турбин.

Вода из подогревателя питательной воды (ППВ) смешивается с паром, нагревается

до температуры кипения, растворенные в ней газы удаляются, т.е. смесительный ППВ

служит деаэратором питательной воды. Из деаэратора вода питательным насосом подается

в следующий подогреватель питательной воды, который обогревается паром из отборов турбины и затем подается в паровой котел.

ПАРОВЫЕ КОТЛЫ.

Для энергетических установок транспортных судов важным компонентом работы является экономия топлива и других энергетических ресурсов. Котлы и вспомогательные котельные установки позволяют повысить степень утилизации тепла уходящих газов дизелей и газовых турбин и выполняют роль оборудования по защите от загрязнения окружающей морской среды.

Предназначение парового котла в СЭУ.

Паровой котел служит для производства водяного пара для паровых турбин в главных паросиловых установках, для турбогенераторов, нагрева воды и топлива, обогрева жилых помещений.

Источник теплоты, получаемый в результате работы котла, - это продукты сгорания органического топлива (дымовые газы).

В результате подвода теплоты к воде в паровом котле образуется водяной пар.

Производство влажного или перегретого водяного пара осуществляется при давлении, превышающем атмосферное.

Применение водяного пара на судне:

1. в главных паросиловых установках (паровая турбина) -

для работы главных паровых двигателей, нагрева воды, топлива и других средств теплообменных аппаратов;

2. на судах с дизельными и газотурбинными установками -

для работы турбогенераторов, вырабатывающих электроэнергию,

обогрева жилых помещений;

3. для хозяйственных нужд (камбуз, душевые) и вспомогательных механизмов.

Классификация и основные характеристики паровых котлов.

Паровой котел - основной элемент паросиловой установки.

Котлы классифицируют по следующим признакам:

1. по назначению: - главные;

- вспомогательные.

Главные котлы - обеспечивают паром главную паровую турбину (турбозубчатый агрегат), которая приводит в движение гребной винт.

Котлы, в которых сгорание топлива происходит при повышенных параметрах давления газов, называются высоконапорными котлами. Например, КВТ - котел высоконапорный главный.

Вспомогательные паровые котлы предназначены для подачи пара на вспомогательные механизмы: - турбогенераторы (на привод паровой турбины),

- испарительные установки, на привод насосов (турбонасосы),

- на бытовые нужды (обогрев, камбуз, душевые),

- на палубные механизмы во время стоянки судна.

Такие котлы применяются на теплоходах.

Вспомогательные котлы.

Вид вспомогательных котлов - утилизационные котлы. Они используют теплоту отходящих газов главных двигателей во время движения судна (нет топки, а горючие газы получаем от главного двигателя).

Наибольшее распространение получили водотрубные котлы типа:

КВВА - котел водотрубный, вспомогательный, автоматизированный;

КАВ - котел агрегатированный, водотрубный.

Например: котел КВВА 12/15 с естественной циркуляцией автоматизированный:

D = 12000 кг/час - паропроизводительность

Р_К = 15 кг/см² - давление в котле (1,47 МПа)

котлы типа КАВ имеют аналогичную конструкцию.

УСТРОЙСТВО ПАРОВОГО КОТЛА.

Водотрубный котел с естественной циркуляцией

Основные узлы котла:

- корпус: 1 - пароводяной коллектор

6 - водяной коллектор

2 - опускные необогреваемые трубы (подача вды в коллектор 6 и в 3,7)

3,7 - парообразующие трубы - основная поверхность нагрева:

7 - притопочный пучок труб

3 - трубы бокового экрана

- топка: 4 - топка

5 - топочное устройство

- дополнительные поверхности нагрева (ДПН):

9 - пучок труб пароперегревателя (коквективный пучок труб)

12 - экономайзер (пучок труб)

13 - воздухоподогреватель (пучок труб)

10 - газоход котла

8 - перегретый пар

11 - подача питательной воды в котел

14 - подача воздуха в воздухоподогреватель от вентилятора

15 - выход отработанных газов в дымовую трубу

16 - подача воздуха в топку

17 - подача насыщенного пара в коллектор пароперегревателя

Принцип действия котла.

Паровой котел состоит из:

- топки, в которой происходит сгорание топлива и передача трубам тепла излучением;

- воздухоподогревателя - для подогрева воздуха;

- водоподогревателя (экономайзера) - состоящего из труб и коллекторов,

в котором осуществляется подогрев подаваемой в котел питательной воды;

- испарителя - для превращения воды в пар;

- пароперегревателя - для создания перегрева пара.

В топке происходит сгорание топлива, образование факела и продуктов сгорания (дымовых газов), имеющих высокую температуру. Теплота передается парообразующим трубам в основном тепловым излучением (лучистый теплообмен) от высокотемпературного факела, а вне топки в газоходе (10) тепловой конвекцией от газов (коквективный теплообмен).

Питательная вода нагнетается питательным насосом по трубопроводу (11)

в экономайзер (12), подогревается в нем до температуры на 2030⁰С ниже температуры кипения. Из экономайзера подается в водяную (нижнюю) часть коллектора (1),

там смешивается с котловой кодой и по опускным трубам (2) движется к водяному

коллектору (6), а из него в парообразующие пучки (3), (7).

Ряд труб (3), защищающих от облучения факелом опускные трубы (2),

называются экраном. Первые ряды труб пучка (7) (притопочный пучок) и экран (первый ряд труб (3)) воспринимают теплоту излучения газов в топке. Поверхность труб (7), (9), (12) и (13) воспринимают теплоту, передаваемую конвекцией от движущихся газов.

Внутри труб парообразующих пучков (3) и (7) происходит процесс парообразования. Пароводяная смесь поступает в коллектор (1), оттуда по перепускной трубе (17) направляется

в верхний коллектор паронагревателя, а вода из экономайзера подогревается, смешиваясь

с питательной водой в коллекторе (1), вновь поступает по опускным трубам (2) к водяному коллектору (6). Вода и пароводяная смесь движутся по замкнутому контуру: пароводяной коллектор - парообразующие трубы - водяной коллектор. Это движение происходит

из-за разности плотностей воды и пароводяной смеси в трубах и называется естественной циркуляцией. Элементы котла, в котором осуществляется замкнутое движение воды и пароводяной смеси, называется контуром циркуляции. В данном котле один контур циркуляции, но возможны котлы и с несколькими контурами.

В пароперегревателе происходит образование сухого насыщенного пара и его перегрев. Перегретый пар через главный стопорный клапан (на схеме не указан) направляется к потребителю (по стрелке (8)).

Системы парового котла.

1. Каркас и обивка.

Каркас - предназначен для крепления обшивки кирпичной кладки теплообменника и других элементов котла.

Каркас должен быть прочным и жестким. Набор каркаса осуществляется из профилей - полос, листов - сваренных между собой и образующих решетку и служит основанием для крепления щитов обшивки. Так как на каркас действуют значительные инерционные и термические нагрузки, то в соединениях каркаса с корпусом должна быть предусмотрена возможность теплового расширения элементов котла. Например, при креплении коллектора

к коллектору, каркас крепится угольниками с помощью болтов, проходящих через овальные отверстия, которые обеспечивают свободное расширение коллекторов.

Обшивка котла предназначена для образования газоходов и создания герметичности. Обшивка крепится к каркасу съемными и несъемными щитами.

Съемные щиты используются в местах доступа в топку, а воздуховодная обшивка изготавливаются из стальных листов и приваривается к каркасу или же крепится с помощью болтов или задраек.

Вместе с каркасом обшивка образует кожух котла. Современные котлы имеют внутренние и наружные кожуха. Между ними движется воздух, который нагнетается вентилятором.

Воздух нагревается и препятствует проникновению газов в котельное отделение, потому что давление воздуха выше давления газов в топке. Материал кожуха - углеродистая сталь, поэтому для защиты от перегрева кожуха (t_ОКАЛ < 450⁰С ) применяют изоляционные покрытия.

2. Обмуровка и изоляция.

В высоконапряженных котлах для обмуровки применяют карборундовые кирпичи с предельной температурой 1700⁰С. При температуре среды меньше 600⁰С используют асбест,

а в топке кирпичную кладку или обмуровку из огнеупорного шамотного кирпича,

наибольшая t_РАБ = 1600⁰С. Огнеупорные кирпичи имеют относительно большую теплопроводность, поэтому для уменьшения теплопотерь ширина кирпича составляет 100 мм.

Внутренняя часть обмуровки топки, которая соприкасается с факелом, называется футировкой.

Для снижения футировки кирпичи иногда делают пустотелыми, т.к. в современных котлах наружные стены топки омываются воздухом, толщина обмуровки минимальна или вовсе отсутствует. Ее заменяют легким изоляционным материалом.

Кирпичная кладка покрывает все стенки газохода котла. Крепление кирпичей к каркасу осуществляется болтами, таврами и уголками. Кладку производят на огнеупорном растворе.

В соответствии с правилами регистра температура наружных стен котла не должна быть более 50⁰С, а трубопровода не более 60⁰С. Поэтому плоские поверхности котла, покрывают совелитовыми плитами, а так же матрацами из асбестовой ткани с порошковыми наполнителями, а выступающие части коллекторов, трубопроводов и арматуру покрывают асботканью. Толщина изоляции зависит от температуры поверхности и составляет 100-150 мм.

Снаружи изоляцию покрывают листами из оцинкованной стали толщиной 1,5 мм.

3. Фундаменты и опоры котла.

Судовые котлы имеют большую массу, поэтому их требуется надежно крепить на фундамент, чтобы предотвратить смещение во время качки. На фундамент котел устанавливают при помощи опор. Опоры бывают подвижные и неподвижные. Подвижные опоры обеспечивают тепловое расширение котла. Неподвижной может быть одна опора, остальные - подвижные. Количество опор зависит от габарита и массы котла.