7 семестр (Бормотов А) / Судовые котлы
.pdf
Рис.5.1.1.Принципиальная схема двухконтурного котла
1 – пароводяной барабан второго контура; 2 – магистраль потребителя пара; 3 – трубопровод питательной воды второго контура; 4 – конденсатный танк (теплый ящик); 5 – питательный насос; 6 – топка котла; 7 – пучок водогрейных труб; 8 – пароводяной барабан первого контура; 9 – труба подачи насыщенного пара от барабана первого контура; 10 – труба отвода конденсата греющего пара; 11 – змеевик парообразующей поверхности второго контура
5.2.Двухконтурный паровой котел типа «ОЛЬБОРГ АТ-4»
Фирма «Ольборг» выпускает двухконтурные котлы типа АТ-4, паропроизводительностью 6-40 т/ч и типа АТ-8 паропроизводительностью 30-80 т/ч с давлением пара в первом контуре 6,3 МПа, во втором – 2,35 МПа.
Приведенные краткие сведения о двухконтурных котлах свидетельствуют об их более высокой надежности по сравнению с водотрубными котлами в условиях работы вспомогательных установок на дизельных танкерах, где возможно загрязнение нефтепродуктами питательной воды.
Рассмотрим одну из конструкций двухконтурного котла фирмы «Ольборг» АТ-4 (см.рис.5.2.1). В первый контур включен обычный вертикальный водотрубный котел с пароводяным 1 и водяными барабанами, соединенными водогрейными трубками 2, образующими топочный экран и конвективный пучок водогрейных трубок 20 на выходе газов из топки.
Насыщенный пар, полученный в первом контуре, поступает по трубам 4 в испарительный элемент 8, где, отдавая тепло – конденсируется. Конденсат по трубам 7 стекает в пароводяной
62
барабан 1. Таким образом, первый контур, состоящий из системы, включающие барабаны 1, 3, испаритель 8 и соединяющие их трубы 2, 4, 7 являются полностью замкнутым и герметичным.
Второй рабочий контур разомкнут и предназначен для получения пара низкого давления направляемого к потребителям. Рабочий контур состоит из пароводяного барабана 3, в который поступает питательная вода.
Пар, полученный в пароводяном барабане 13, поступает в пароперегреватель 16 по трубе 18, а затем направляется к потребителям по трубе 19. Для повышения К.П.Д. котла предусмотрен воздухоподогреватель 14. Некоторые котлы имеют также водяной экономайзер, устанавливаемый за пароперегревателем и создающий повышенный К.П.Д. котла. При растопке котла используют вспомогательный газоход 15, т.е. газы направляют мимо пароперегревателя, чтобы не допустить его пережога. Ввиду герметичности первого контура его заполняют дистиллятом, что обеспечивает безнакипный режим работы.
Трубы парообразующего испарителя второго контура скреплены между собой для предотвращения вибрации. Для уменьшения уноса воды вместе с паром в пароводяном барабане второго контура установлены циклонные сепараторы. В нижней части пароводяного барабана второго контура предусмотрен лаз для доступа к внутреннему пространству испарителя.
Кожух котла двойной, с приваренными ребрами жесткости, которые одновременно служат опорой для крепления пароводяного барабана второго контура. Передний и задний фронтоны топки футированы, пространство между внутренним и наружным кожухами используется для подвода воздуха к топочным устройствам. Ротационная форсунка оборудована системой автоматического управления, способная осуществлять регулирование в широких пределах. Арматура котла – обычного типа в соответствии требованиям классификационных обществ.
Принимая во внимание, что на дизельных танкерах двухконтурные котлы выводятся из эксплуатации на продолжительное время, есть необходимость обеспечить защиту наружных поверхностей испарителя второго контура от кислородной коррозии. С этой целью в водяном барабане первого контура устанавливают змеевик подогрева, к которому подается пар от утилизационного котла. Таким образом, поддерживается избыточное
63
давление, как в первом, так и втором контурах котла.
Рис.5.2.1.Двухконтурный паровой котел типа «ОЛЬБОРГ АТ-4»
1 – пароводяной барабан первого контура; 2 – водогрейные трубки; 3 – водяной барабан
первого контураГлава; 4 6–.трубыКотлыподводас принудительнойнасыщенного пара вциркуляциейпароводяной барабанводывторого контура; 5 – трубы пароперегревателя; 6 – водоуказательная колонка; 7 – трубы возврата
конденсата от испарительной части второго контура; 8 –испарительные элементы в пароводяном барабане второго контура; 9 – водоуказательная колонка пароводяного барабана второго контура; 10 – паровой стопорный клапан; 11 – воздушный краник; 12 – предохранительный клапан; 13 – пароводяной барабан второго контура: 14 – воздухоподогреватель; 15 – вспомогательный газоход; 16 – расположение пароперегревателя; 17 – опускные трубы; 18 – труба подвода пара к пароперегревателю; 19 – труба перегретого пара к потребителям
Раздел 6. Котлы с принудительной циркуляцией воды 6.1.Общие сведения
С развитием и усовершенствованием водотрубных котлов все более уменьшаются диаметр водогрейных труб и размеры самих котлов. Применение труб малого диаметра выгодно с точки зрения теплопередачи, но они оказывают большое сопротивление движению воды и пароводяной смеси, т.е. отрицательно влияют на надежность
64
циркуляции; кроме того, очистка труб малого диаметра от накипи и отложений весьма затруднена.
Скорость естественной циркуляции воды зависит в трубах в основном от разности плотности воды и паровоздушной смеси, высоты и диаметра испарительных труб. Чем выше давление пара в котле, тем меньше разность между плотностью воды и пара, т.е. надежность циркуляции воды в трубах снижает с увеличением давления пара.
Таким образом, повышение давления пара для котлов с естественной циркуляцией и рост тепловых нагрузок и поверхностей затрудняет надежную циркуляцию воды. Стенки труб только тогда надежно выдерживают давление пара, когда они сохраняют температуру, близкую к температуре воды в них. Это условие соблюдается только при хорошем омывании стенок водой или пароводяной смесью, т.е. при надежной циркуляции воды в трубах котла. Чрезмерная малая скорость циркуляции или застой воды в трубах могут привести к быстрому перегреву их стенок, т.е. к аварии котла.
Это обстоятельство привело к мысли о создании так называемой принудительной циркуляции воды в трубах.
Котлы с принудительной циркуляцией можно разделить на два основных типа: прямоточные (т.е. с кратностью циркуляции, равной единице) и с многократной принудительной циркуляцией. Кратностью циркуляции можно назвать количество циклов по замкнутому контуру, которое должна сделать вода доходного ее испарения в этом контуре.
6.2.Котлы системы «ЛА-МОНТ» с принудительной циркуляцией воды
На морских судах получили некоторое распространение котлы системы «ЛА-МОНТ» с многократной принудительной циркуляцией.
Паропроизводительность главных судовых котлов типа «ЛАМОНТ» достигает 45-60 т/ч и более, а параметры пара – до 10 МПа и более при температуре перегретого пара до 5000С. Однако широкого распространения главные котлы не получили из-за высокой стоимости и сложности конструкции. Малые котлы с принудительной циркуляцией успешно применяют на теплоходах в качестве вспомогательных и утилизационных.
Простейшая схема прямоточного котла с принудительной
65
циркуляцией воды типа «ЛА-МОНТ» представлена на рис.6.2.1. Сравнительно небольшой пароводяной барабан 1 вынесен за
пределы газохода 4 и служит только для сбора пароводяной смеси и ее сепарации, поэтому он не подвергается действию газов с высокой температурой.
Рис.6.2.1.Прямоточный котел «ЛА-МОНТ» с принудительной циркуляцией воды
1 – пароводяной барабан; 2 – магистраль насыщенного пара к потребителям; 3 – водяной экономайзер; 4 – корпус (бочка) газохода; 5 – проходной клапан; 6 – питательный насос котла; 7 – пароперегреватель; 8 – магистраль перегретого пара; 9 – змеевики конвективной поверхности нагрева; 10-11 – проходные клапана; 12 – змеевики топочного экрана; 13 – циркуляционные насосы; 14 – распределительный коллектор
Питательная вода подается в барабан 1 питательным насосом 6 через экономайзер 3, помещенный в последнем газоходе, в зоне наиболее низкой температуры газов. Особые циркуляционные насосы 13 (один из них резервный) принимают воду из барабана и подают ее через раздаточный коллектор 14 в параллельно включенные змеевики 12 топочных экранов и в пакеты змеевиков 9 конвективной поверхности нагрева.
Насыщенный пар из барабана 1 поступает в пароперегреватель 7 помещенный в среднем газоходе и далее в виде перегретого пара по
66
трубопроводу 8 направляется к механизмам (направление потока пара и воды во время работы котла показаны сплошными, а при пуске – пунктирными стрелками).
Рис.6.2.3.Общий вид вспомогательного котла «ЛА-МОНТ»
1 – электрофорсуночный агрегат; 2 – распорные штанги; 3 –питательные клапана; 4 – водомерная колонка; 5 – главный паровой стопорный клапан; 6 – регулятор питания; 7 – дымоотводная камера; 8 – змеевики испарительной части; 9 – верхний коллектор; 10 – дымоотводный колпак; 11 – нижний коллектор; 12 – экранный змеевик охлаждения топки; 13 – воздушная рубашка; 14 – топка; 15 – изоляция корпуса котла
При растопке котла во избежание пережога через трубы экономайзера и пароперегревателя циркулирует вода. При этом открывают клапаны 10, 11 и закрывают клапан 5, предварительно наполнив котел водой до рабочего уровня. Когда давление пара превышает атмосферное, клапаны 10 и 11 перекрывают – включают
67
пароперегреватель и экономайзер.
Насыщенный пар для хозяйственно-бытовых нужд отбирается из барабана 1 котла по магистрали 2.
Для равномерного распределения по параллельно включенным трубам в распределяющих коллекторах предусмотрены дроссельные шайбы или штуцера. Это позволяет выравнивать расход воды через отдельные трубы и пакеты вне зависимости от собственного гидравлического сопротивления и проводить его в соответствие с количеством тепла, получаемым трубами.
Кратность циркуляции в котлах «ЛА-МОНТ» составляет 6-8, т.е. количество воды, проходящее по контуру котла за 1 ч, в 6-8 раз превышает его часовую паропроизводительность. Благодаря этому обеспечивается высокая скорость движения пароводяной смеси в трубах на всех нагрузках котла даже при самых тяжелых условиях роботы котла, на всех нагрузках перегрев труб невозможен.
На рис.6.2.2 представлена схема движения воды и пара прямоточного котла с принудительной циркуляцией более сложной конструкции класса «ЛА-МОНТ». В этом варианте схемы, как и в первой, пароводяной барабан вынесен из зоны высоких температур продуктов сгорания. Вода, из пароводяного барабана, циркуляционным насосом подается к кипятильным трубам. Для распределения воды между трубами они подключены к коллекторам с помощью дроссельных шайб, отверстия в них таковы, что каждая труба получает воду в количестве в 8 раз превышающем количество получаемого в ней пара. Благодаря этому обеспечивается высокая скорость движения пароводяной смеси в трубках на всех нагрузках котла и даже при самых тяжелых условиях работы котла перегрев труб невозможен. Однако, несмотря на преимущества применения принудительной циркуляции, дроссельные шайбы и циркуляционный насос является дополнительными источниками отказов котла.
Принято считать, что применение принудительной циркуляции позволяет уменьшить накипеобразование в трубах, а также сократить время ввода котла из холодного состояния. Благодаря выравниванию температуры металла труб, конструкция котла подвергается меньшим температурным напряжениям. Кроме того, поскольку прогиб труб не оказывает влияние на процессы циркуляции, компоновка конструкции котла может быть различной.
68
Рис.6.2.2.Прямоточный котел «ЛА-МОНТ» с принудительной циркуляцией воды
1 – трубопровод насыщенного пара; 2 – водяной экономайзер; 3 – регулятор питания котла; 4, 10 – вторая и первая парообразующие секции; 5 – рециркуляционная магистраль экономайзера; 6 –пароперегреватель; 7, 8 – входной и выходной коллекторы пароперегревателя; 9 – магистраль подвода пара к циркуляционному насосу; 11 – топка котла; 12, 16 – трубы второй и первой парообразующих секций; 13 – распределительный коллектор экрана задней стенки топки; 14 – клапан рециркуляции экономайзера; 15 – трубы экрана задней стенки топки; 17 – трубы пароперегревателя; 18 – трубы экономайзера; 18 – распределитель питательной воды в пароводяном барабане 25; 20 – парозаборное устройство; 21 – дефлектор; 22 – отбойный лист; 23 – перегородка; 24 – дырчатый лист; 25 – пароводяной барабан; 26 – трубопровод всасывание циркуляционного насоса; 27 – коллектор экрана задней стенки топки; 28 – привод циркуляционного насоса; 29 – дифференциальный манометр; 30 – циркуляционный насос; 31 – патрубок раздачи; 32 – главный распределительный коллектор
Общий вид компоновка вспомогательного котла типа «ЛАМОНТ» дана на рис.6.2.5. Котел полностью автоматизирован. Для сжигания дизельного топлива используется форсуночный агрегат «УНИТЕРМ» в комплект которого входят воздушный вентилятор, шестеренчатый топливный насос и приводной электродвигатель. Давление топлива перед форсункой 1,8-2,0 МПа. Рабочее давление пара 0,7 МПа, паропроизводительность 650 кг/ч. Котел имеет защиту по прекращению горения и при прекращении циркуляции воды на нагнетательном трубопроводе.
69
Рис.6.2.4.Котельная установка, состоящая из двухконтурного котла «ЛА-МОНТ» и утилизационного котла с принудительной циркуляцией
1 – утилизационный котел; 2 – парогенератор низкого давления; 3 – пароперегреватель котла на жидком топливе; 4 – котел «ЛА-МОНТ»
Иногда на теплоходах, где требуется большое количество пара низкого давления, используют двухконтурные котельные установки. В такой установке см.рис.6.2.3 котел «ЛА-МОНТ» с принудительной циркуляцией работает по замкнутому контуру. Пар, получаемый в этом котле, используют в качестве греющей среды в парогенераторе низкого давления. При необходимости пар низкого давления проходит через пароперегреватель котла, работающим на жидком топливе. Благодаря тому, что котел высокого давления работает по замкнутому циклу, не происходит повреждение труб вследствие наличие примесей в питательной воде.
6.3.Водотрубный котел «ЛЕФЛЕРА» с принудительной циркуляцией пара
На морских судах существуют котлы не только с принудительной циркуляции воды, но с принудительной циркуляцией пара. К котлам с принудительной циркуляцией пара относится котел «ЛЕФЛЕРА», схема которого представлена на рис.6.3.1. Насыщенный пар из пароводяного коллектора 4 нагнетается компрессором 5 через радиационный 6 и конвективный 7 пароперегреватели. Часть перегретого пара по магистрали 2 направляется к потребителям, а остальной пар по магистрали 9 или 10
70
возвращается в пароводяной коллектор 4. Пo магистрали 9 пар нагнетается таким образом, что барботирует через воду в паровом коллекторе котла. Теплоту перегрева этой части пара используют для испарения воды и получения насыщенного пара. По магистрали 10 пар поступает в пароводяной коллектор котла над уровнем воды вместе с питательной водой из экономайзера.
Тепло топочных газов передается пару, циркулирующему в трубах поверхностей нагрева, в отличие от других типов котлов, где тепло передается пару и воде. Так как вода испаряется в пароводяном коллекторе котла, который не подвержен непосредственному подогреву продуктами сгорания, чистота питательной воды не является важным показателем, так как происходит образование накипи.
Рис.6.3.1.Котел «ЛЕФЛЕРА»
1 – воздухоподогреватель; 2 – трубопровод подвода перегретого пара к потребителям; 3 – питательный насос; 4 – пароводяной коллектор; 5 – компрессор: 6, 7 – радиационный и конвективный пароперегреватели; 8 – водяной экономайзер; 9, 10 – магистраль возврата пара
6.4.Термомасляный котел с принудительной циркуляцией рабочей среды (масло)
К котлам с принудительной циркуляцией рабочей среды можно отнести и термомасляные котлы. Котельная установка включает два агрегата: вспомогательный и утилизационный. Рассмотрим конструкцию и принцип работы термомасляных котлов изготовленных фирмой «Рейнсталь». Особенность котлов состоит в том, что в них вместо обычной воды используется специальный
71