Гаврилов С.В. Судовые котельные и паропроизводящие установки

Подождите немного. Документ загружается.

непрерывно поступающей питательной водой и вновь направляется в

опускные трубы.

Газотрубный котел, рис. 1.3, образован цилиндрическим корпусом,

состоящим из обечайки 1, переднего 2 и заднего 3 днищ. Внутри корпуса

расположены: жаровая труба 4, передняя и задняя огневые камеры 5 и 6,

пучки дымогарных труб первого и второго ходов газа 7, 8.

Продукты сгорания топлива последовательно проходят по жаровой

трубе в заднюю огневую камеру, затем по дымогарным трубам первого

хода газов — в переднюю огневую камеру и по трубам второго хода

в дымовую коробку 9. Затем газы уходят в атмосферу. Образующийся

влажный насыщенный пар отводится к потребителям из верхней части

корпуса.

Рис. 1.3. Схема газотрубного котла

Корпус выполнен сваркой, его днища дополнительно подкреплены

длинными связями 10. Газотрубные котлы, как правило, имеют паропро-

изводительность не выше 1,5 т/ч, при рабочем давлении не выше 1,0 МПа.

Дополнительными поверхностями нагрева они обычно не оборудуются.

Газотрубные котлы характеризуются неупорядоченной естественной цир-

куляцией, так как в них не выделяются подъемные и опускные элементы

контура циркуляции.

Утилизационные котлы используют тепло уходящих газов дизелей,

температура которых достигает 350—450

С. Использование части этого

тепла позволяет заметно снизить расход топлива на нужды СЭУ. Наибо-

лее распространенными являются котлы с принудительной циркуляцией,

схема одного из них приведена на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Принцип работы утилизационного котла

с принудительной циркуляцией

Уходящие газы поступают в приемную камеру корпуса котла 1, после-

довательно омывают пароперегреватель 2, испаритель 3, экономайзер 4

и поступают в камеру глушения 5, откуда они отводятся в атмосферу.

Питательная вода при помощи питательного насоса 6 подается в сепара-

тор пара 7 и смешивается с находящейся в нем водой. При помощи цир-

куляционного насоса 8 вода поступает в экономайзер котла 4, затем в ис-

паритель 3. Выходящая из испарителя пароводяная смесь направляется

в сепаратор пара, где происходит её разделение. Часть образовавшегося

насыщенного пара отводится непосредственно к потребителям, осталь-

ная — направляется в пароперегреватель 2, затем перегретый пар посту-

пает к потребителям.

Паропроизводительность утилизационного котла определяется темпе-

ратурой и расходом газов, то есть зависит от режима работы дизеля. При

пусках и остановках дизеля, а также при их работе на малых нагрузках,

рекомендуется перепускать газы мимо котла во избежание загрязнения

и развития сернистой коррозии поверхности нагрева.

Регулируют паропроизводительность следующими способами:

— изменением расхода газа через котел при помощи заслонок;

— изменением площади работающей поверхности нагрева;

— сбросом излишком пара в конденсатор;

— изменением температуры и расхода циркуляционной воды;

— изменением давления пара.

2.2. КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА КОТЛОВ

Классификация судовых котлов осуществляется по следующим основ-

ным признакам:

— по назначению: главные, вспомогательные;

— по рабочему давлению Р

: низкого давления (Р

< 2 МПа), среднего

давления (Р

= 2—4 МПа), повышенного давления (Р

= 4—6 МПа), высо-

кого давления (Р

> 6 МПа);

— по принципу действия: газотрубные, водотрубные, комбинирован-

ные агрегаты;

— по способу организации движения воды и пароводяной смеси:

с естественной или принудительной циркуляцией, прямоточные;

— по размещению топочных устройств: с фронтальным и потолоч-

ным расположением;

— по виду теплоносителя: обычные паровые (производящие водяной

пар), водогрейные (производящие горячую воду), двухконтурные, термо-

масляные.

На судах транспортного и рыбопромыслового флота используются

вспомогательные котлы типов КАВ, КВВА, КВ, КВА (КГВ) отечествен-

ного производства и котлы различных зарубежных фирм. Они выпуска-

ются в виде мощностных рядов, то есть по единой компоновочной схеме,

но с разными характеристиками, размерами поверхности нагрева и пара-

метрами производимого пара. Так, мощностной ряд котлов типа КАВ

представлен моделями КАВ 1,6/7, КАВ 2,5/7, КАВ 4/7, КАВ 6,3/7 и др.

Примеры маркировки вспомогательных котлов:

1. КВА 0,63/5

— котлоагрегат вспомогательный автоматизированный паро-

производительностью 0,63 т/ч с рабочим давлением пара 5 кгс/см

(5 бар или

0,5 МПа);

2. КГВ 0,4/0,3 — котлоагрегат газотрубный вспомогательный паропроизводи-

тельностью 0,4 т/ч с рабочим давлением пара 0,3 МПа);

3. КВВА 2,5/5

— котлоагрегат водотрубный вспомогательный автоматизиро-

ванный паропроизводительностью 2,5 т/ч с рабочим давлением пара 5 кгс/см

(0,5 МПа).

Утилизационные котлы с принудительной циркуляцией отечественно-

го производства имеют индекс КУП, который расшифровывается как «ко-

тел утилизационный паровой», например:

КУП 40/6СИ — котел утилизационный паровой с площадью поверхности на-

грева 40 м

(округленно), рабочее давление пара 6 кгс/см

(0,6 МПа), стандартный

с искрогасителем.

2.3. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОТЛОВ

Производство котлом пара является следствием непрерывно проте-

кающих в нем следующих процессов:

— аэродинамического (движения воздуха и газов);

— топочного (образования и горения топливовоздушной смеси);

— циркуляции (движения воды и паровой смеси);

— теплообмена.

Для оценки качества их протекания, конструктивных и эксплуатаци-

онных особенностей котла, используются следующие параметры.

— паропроизводительность D

, т/ч, кг/ч, кг/с — количество пара,

производимое агрегатом в единицу времени;

— полезная тепловая мощность Q

, кВт — количество тепла, уноси-

мое из котла с паром в течение 1 секунды. Для котла, производящего на-

сыщенный пар, тепловая мощность равна:

= D

– i

пв

где i

пв

— энтальпии влажного насыщенного пара и питательной воды, кДж/кг.

— рабочее давление Р

, МПа — максимально допустимое давление

при нормальном протекании рабочего процесса в продолжительном ре-

жиме, за исключением допустимого кратковременного повышения давле-

ния во время действия предохранительных клапанов.

— температура перегретого пара t

пп

С.

— расход топлива В, кг/ч, кг/с.

— коэффициент полезного действия

, % — отношение количества

тепла, уносимого из котла с паром, к количеству тепла, внесенного в топ-

ку, выраженное в процентах, то есть:

= 100Q

/(ВQ

где В — расход топлива, кг/с; Q

— тепло, внесенное в топку, кДж/кг.

— температура питательной воды t

пв

— температура уходящих газов t

ух

С.

— тепловая нагрузка топочного объема q

, кВт/м

— количество теп-

ла, выделяющееся в 1 м

топочного пространства в течение одной секун-

ды. Величина q

характеризует степень форсировки котла;

— коэффициент избытка воздуха

— величина, показывающая, во

сколько раз объем воздуха, подаваемый в топку, больше теоретически

необходимого.

— водосодержание

, ч — отношение количества воды V

, т, содер-

жащейся в котле, к номинальной паропроизводительности D

, т/ч:

= V

Водосодержание характеризует аккумулирующую способность котла.

Его физический смысл заключается в том, что оно показывает, за какое

время вода, находящаяся в котле, работающем с номинальной паропроиз-

водительностью, полностью испарится при отсутствии подпитки. Чем

ниже водосодержание котла, тем заметнее колебания уровня воды и дав-

ления пара при изменении его нагрузки.

3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете необходимо привести ответы на поставленные в задании во-

просы. Ответы должны сопровождаются иллюстрациями, эскизами

и схемами, выполненными от руки.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Охарактеризуйте понятие «паровой котел» Поясните, какие процессы

в нем протекают? Из каких элементов состоит собственно котел? Что такое «до-

полнительные поверхности нагрева»?

2. Поясните принцип действия и устройство водотрубного вертикального

котла с естественной циркуляцией и хвостовыми поверхностями нагрева.

3. Назовите основные признаки, в соответствии с которыми осуществляется

классификация судовых котлов. Перечислите основные параметры котлов, крат-

ко охарактеризуйте их.

4. Проведите сравнительный анализ конструкций водотрубных и газотруб-

ных котлов, поясните, в чем заключаются их различия?

5. Поясните, что означает выражение «маневренные качества котла»? Как

они связаны с его конструкцией?

6. Какие материалы используются для изготовления элементов корпусов

котлов? Как осуществляется крепление труб испарительной поверхности нагрева

к коллекторам?

7. Поясните, как осуществляется естественная циркуляция воды в водотруб-

ных котлах?

8. Назовите составные части и охарактеризуйте принцип действия газотруб-

ного котла. Почему котлоагрегат типа КВА (КГВ) называется «трехходовым по

газам»?

9. Назовите составные части и поясните принцип действия водотрубного

котла типа КАВ. Перечислите основные параметры судовых котлов.

10. Назовите составные части и поясните принцип действия утилизационного

котла с принудительной циркуляцией. Укажите способы регулирования их паро-

производительности.

11. Дайте определение следующим понятиям: «газовое пространство», «паро-

вое пространство», «водяное пространство», «зеркало испарения», «поверхность

нагрева».

12. Назовите признаки, по которым производится классификация судовых

котлов. Расшифруйте маркировку и классифицируйте котлы следующих типов:

КАВ 4/7, КВА 1/5, КУП-40СИ.

13. Назовите виды циркуляции воды, которые применяются в судовых паро-

вых котлах. На примере котлов типов КАВ и КУП

-40 поясните, каким образом

организованы эти виды циркуляции.

14. Перечислите основные устройства, входящие в состав судовой котельной

установки, поясните их назначение. Укажите системы, обслуживающие котель-

ную установку.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 2

ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА КОТЛОВ

Цель занятия: изучение принципа действия и устройства различных

типов форсунок. Знакомство с особенностями конструкции и эксплуата-

ции элементов топочных устройств судовых котлов.

Задание. 1. Рассмотреть принцип действия и конструкцию, выпол-

нить эскизы и схемы следующих элементов топочных устройств:

— воздухонаправляющих устройств с неподвижными лопатками;

— механических нерегулируемой и регулируемой форсунок;

— паромеханической форсунки;

— ротационной форсунки.

2. Изучить устройство и работу автоматизированного топочного уст-

ройства типа «Монарх», составить его схему.

3. Рассмотреть и охарактеризовать различные способы регулирования

производительности форсунок и расхода воздуха, подаваемого котель-

ным вентилятором в топку.

4. Рассмотреть основные неисправности элементов топочных уст-

ройств и охарактеризовать их причины и способы устранения.

5. Изучить и записать правила Морского Регистра Судоходства

в части, касающейся топочных устройств, их конструкции, блокировки

и защиты.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОПОЧНЫХ УСТРОЙСТВАХ

Топочное устройство (ТУ) вспомогательного парового котла, иначе

называемое горелкой, состоит из воздухонаправляющего устройства,

форсунки и элементов управления и регулирования.

Воздухонаправляющее устройство (ВНУ) предназначено для подачи

в топку воздуха, образования топливовоздушной смеси, создания турбу-

лентного потока горящей смеси топлива и топочных газов. Оно обеспе-

чивает непрерывное зажигание горючей смеси, ее устойчивое горение,

возможность изменения размеров и формы топливного факела. Основное

применение во вспомогательных судовых котлах находят ВНУ устройст-

ва с неподвижными направляющими лопатками.

Форсунка предназначена для подачи жидкого топлива в топку и его

распыливания. В настоящее время на судах находят применение механи-

ческие, паромеханические и ротационные форсунки.

Элементы управления горением представлены датчиками наличия

пламени в топке, уровня воды в котле, содержания кислорода в уходя-

щих газах, давления пара, а также усилительными и исполнительными

устройствами. Они обеспечивают качественное горение топлива на всех

нагрузках котла, осуществляют его защиту при отклонении параметров

от нормальных значений. Элементы управления горением могут обеспе-

чивать как пропорциональное управление, так и позиционное — по

принципу «включено — выключено».

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

Настоящее практическое занятие выполняется аналогично предыду-

щему. На первом этапе курсанты должны ознакомиться с составом

и принципом действия топочных устройств котлоагрегата типа КГВ 0,4/3

и водотрубного котла. Для этого необходимо указанные устройства разо-

брать, составить с натуры эскизы и схемы, поясняющие работу состав-

ляющих их элементов. В ходе работы рекомендуется использовать стен-

ды, чертежи, макеты форсунок и натурные образцы, имеющиеся в каби-

нете котельных установок.

Разборка и сборка элементов ТУ производится при помощи слесарно-

го инструмента с соблюдением правил техники безопасности.

На втором этапе, используя рекомендованную литературу, необхо-

димо самостоятельно изучить и законспектировать, снабдив необходи-

мыми иллюстрациями, следующие основные вопросы:

— ВНУ котлов. Подвод воздуха к котлу. Регулирование подачи воз-

духа в топку. Управление сгоранием по внешним признакам [3, c. 39—

42], [6, c. 86—95], [11, c. 109—111], [10, c. 64—67];

— топочное устройство вспомогательного котла. Типы, устройство

и принцип действия форсунок. Конструкция топочного устройства типа

«Монарх». Топливный быстрозапорный клапан [3, c. 36—39, 42—43],

[6, c. 80—86], [10, c. 66—71], [11, c. 102—109];

— характерные неисправности и эксплуатация ТУ. Топливная систе-

ма СКУ и ее эксплуатация [11, c. 103], [12, c. 190];

— Правила Морского Регистра Судоходства в части, касающейся то-

почных устройств [4, c. 557, 676—677].

3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете необходимо привести краткие ответы на поставленные

в задании вопросы. Ответы следует сопроводить эскизами и схемами.

При их составлении нет необходимости копировать иллюстрации, приве-

денные в соответствующих разделах учебников. Показателем усвоения

материала является умение курсанта самостоятельно изобразить устрой-

ство того или иного узла или детали, с упрощениями, не искажающими

представлений об их действии и устройстве.

Ошибкой является широко распространенное переписывание отчетов

курсантами друг у друга. Игра в такой «испорченный телефон» не дает

тех твердых знаний, которые приобретаются в процессе самостоятельной

работы с книгой и технической документацией. Кажущаяся «экономия»

времени при этом оборачивается слабым знанием предмета и требует

значительных затрат сил, нервов и времени при защите задания. В ходе

подготовки к защите настоящего практического занятия рекомендуется

самостоятельно дать ответы на приведенные ниже контрольные вопросы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Укажите назначение, назовите состав и перечислите основные типы топоч-

ных устройств судовых котлов.

2. Охарактеризуйте устройство и работу ВНУ устройства с неподвижными

лопатками. Поясните, как изменяют через него расход воздуха?

3. Опишите принцип действия механической центробежной форсунки. Пояс-

ните, что такое «глубина регулирования» форсунки. Какими способами осущест-

вляется регулирование производительности форсунок?

4. Назовите характерные неисправности механической форсунки, их внешнее

проявление и способы устранения. Как влияют дефекты форсунок на техническое

состояние котла и его экономичность?

5. Поясните принцип действия и устройство паромеханической форсунки,

укажите, чем она отличается от механической. Какие преимущества эта форсунка

имеет перед механической центробежной?

6. Поясните принцип действия ротационной форсунки, сравните ее с механи-

ческой центробежной и паромеханической. Укажите преимущества и недостатки

этой форсунки. Назовите конструктивные и эксплуатационные особенности ро-

тационных форсунок.

7. Как проверяют и регулируют форсунки в судовых условиях?

8. Поясните состав и работу топочного устройства типа «Монарх». Как с его

помощью обеспечивается защита котла по достижению предельного нижнего

уровня воды?

9. Сформулируйте правила Морского Регистра Судоходства, относящиеся к

защите и блокировке топочных устройств. В чем заключается разница понятий

«защита» и «блокировка»? В каких случаях они должны срабатывать?