Файл: Соловьев Е.М. Судовые энергетические установки, вспомогательные и промысловые механизмы учеб. пособие.pdf

дяным пространством, а занимаемое паром (другая часть верхнего коллектора)— паровым пространством. Поверхность, разделяющая водяное и паровое пространства, называется зеркалом испарения.

Рис. 25. Схема котельной установки.

Горячие газы образуются при сгорании мазута в топке 6 и, дви­ гаясь к газоходам 4, служащим для направления потока газов, пе­ ресекают пучки водогрейных трубок. Первые ряды трубок, располо­

и пароводяной смеси, на­ правленное вверх в трубках первых рядов котла и вниз в трубках

последних рядов. Это движение воды внутри котла, вызываемое

43

Трубки котла, по которым вода и пароводяная смесь подни­ маются вверх, называются п о д ъ е м н ы м и , а трубки, по которым вода опускается,— о п у с к н ым и . Пар из подъемных трубок попа­ дает в пароводяной коллектор, проходит толщу воды, всплывает на поверхность зеркала испарения и собирается над поверхностью воды в паровом пространстве. Так образуется н а с ы щ е н н ы й

обходимого для привода паровых машин и турбин, насыщенный

характеризуют следующие основные данные: поверхность нагрева, паропроизводительность, удельный паросъем, параметры пара, коэффициент полезного действия.

П о в е р х н о с т ь н а г р е в а — это поверхность всех металличе­ ских стенок котла, которая с одной стороны обогревается пламенем горящего топлива и дымовыми газами, а с другой стороны омы­ вается водой. Поверхность нагрева позволяет судить о размерах котла. Она обозначается буквой Н и измеряется в квадратных метрах (м2) со стороны, омываемой газами. Поверхность нагрева современных главных судовых котлов составляет примерно

500—1000 м2, вспомогательных— 10—100 м2.

П а р о п р о и з в о д и т е л ь н о с т ь к о т л а — это количество пара, производимое котлом в единицу времени при заданных пара­ метрах пара; обозначается она буквой D и измеряется в т/ч или кг/с. Паропроизводительность главных судовых котлов составляет 5.0— 60 т/ч, вспомогательных 0,5—12 т/ч.

Удельный паросъем характеризует интенсивность работы котла. На современных судах с каждого квадратного метра поверхности нагрева котла снимается до 60 кг пара в час.

К параметрам пара относятся р а б о ч е е д а в л е н и е р (МПа, кгс/см2) и температура t (°С). Состояние перегретого пара опреде­ ляют два параметра—давление и температура, а насыщенного— давление и степень сухости или влажности.

В установках с паровыми машинами применяется пар с избы­

44

К о э ф ф и ц и е н т п о л е з н о г о д е й с т в и я (к. п. д.) паро­ вого котла является основной качественной характеристикой, отра­ жающей экономичность работы котла. Он представляет собой от­ ношение теплоты, использованной в котле для получения пара, ко всему количеству теплоты, выделившейся при сгорании топлива в топке. Для судовых котлов к. п. д. составляет 0,75—0,93. Это зна­ чит, что 75—93% теплоты идет на создание пара в котле, а 25—7% теряется с уходящими газами и излучается в окружающую среду.

Классификация паровых котлов. Судовые паровые котлы можно классифицировать по ряду признаков:

по н а з н а ч е н и ю — главные паровые котлы, вырабатываю­ щие пар, используемый в главных машинах или турбинах; вспомо­ гательные, устанавливаемые на судне для вспомогательных и тех­ нологических целей (отопление судна, душевых, обогрев судовых систем, обработка рыбы в рыбомучных и жиромучных установ­ ках и т. д.);

по к о н с т р у к ц и и — водотрубные, огнетрубные, комбиниро­ ванные. В водотрубных котлах (см. рис. 26) горячие газы омывают наружные поверхности труб, вода же находится в трубах; в огне­ трубных котлах горячие газы проходят внутри труб, а вода омывает их снаружи. Комбинированные котлы соединяют в себе отдельные элементы водотрубных и огнетрубных котлов;

В настоящее время главные судовые котлы в основном работают на мазуте; вспомогательные котлы работают либо на мазуте, либо используют отходящие газы двигателей внутреннего сгорания (ути­ лизационные котлы);

по т и п у ц и р к у л я ц и и в о д ы и п а р о в о д я н о й с м е с и — котлы с естественной циркуляцией (см. рис. 26) и котлы с прину­ дительной циркуляцией, у которых движение воды по трубкам соз­ дается насосом;

по в и д у т я г и — котлы с искусственной тягой, у которых непрерывная подача воздуха в топку котла и удаление продуктов сгорания осуществляется с помощью котельного вентилятора, и котлы с естественной тягой, у которых тяга осуществляется с по­ мощью дымовой трубы.

§ 9. Конструкции судовых паровых котлов

Водотрубные котлы. В водотрубных котлах вода циркулирует внутри водогрейных труб, омываемых горячими газами. Водотруб­ ные котлы подразделяются на вертикально-водотрубные (барабан­ ные), у которых водогрейные трубки наклонены под углом более 30°, и горизонтально-водотрубные (секционные) с наклоном трубок менее 30°.

Рассмотренный ранее (см. рис. 25) вертикально-водотрубный трехбарабанный двупроточный котел имеет серьезный недостаток: в нем нельзя получить высокие параметры пара [давление свыше

45

теплоты.

На современных морских судах получили распространение б а ­ р а б а н н ы е о д н о п р о т о ч н ы е экранированные котлы с разви­ той хвостовой частью. Они могут быть построены для работы при высоких давлениях пара — до 10—12 МПа (100—120 кгс/см2).

Рис. 27. Однопроточный водотрубный котел.

Принципиальная схема и внешний вид корпуса такого котла представлены на рис. 27. Котел состоит из пароводяного барабана 1 и водяных барабанов 6 и 9. Барабаны соединены пучками водо­ грейных труб 10, 7 и 2. Трубки пучка 10 обогреваются за счет теп­ лопередачи конвекцией (соприкосновения с горячими движущимися газами); притопочный пучок трубок 7 воспринимает теплоту и кон­ векцией и излучением, а пучок 2 — только излучением. Этот ряд тру­ бок 2, проходящий вдоль пола и боковой стенки котла, называется э к р а н о м . Экран предохраняет стенки котла от разрушения пла­ менем топки и создает дополнительную поверхность нагрева. Во всех пучках трубок происходит подъем пароводяной смеси. Спуск воды в водяные барабаны осуществляется по необогреваемым тру­ бам 4, расположенным за пределами обшивки котла.

Между конвективным пучком 10 и притопочным 7 размещен па­ роперегреватель 8, состоящий из барабана и петлевого пучка труб.

46

Питательная вода, прежде чем попасть в пароводяной барабан, подогревается горячими газами в змеевиковом экономайзере 11. На переднем фронте топки 5 котла имеются фурмы для шести форсу­ нок 3. Необходимый для горения воздух, нагнетаемый вентилято­ ром, проходит через воздухоподогреватель 12, откуда поступает на передний фронт котла, а затем к воздухонаправляющим устрой­ ствам форсунок.

Управление горением топлива, питанием котла и регулирование температуры перегретого пара в современных котельных установках осуществляются автоматически.

Наличие одного газохода, обеспечивающего высокую скорость газов, развитая хвостовая часть (экономайзер, воздухоподогрева­

Вода для питания котла подается в верхний пароводяной бара­ бан 7 и по соединительным патрубкам 8 опускается к передним ка­ мерам 9, а затем по водогрейным трубам 1 движется к задним ка­ мерам 2, испаряясь в пути. Образовавшаяся в трубах пароводяная смесь по задним камерам поднимается вверх и по горизонтальным соединительным трубам 3 идет в барабан 7. Из барабана пар по трубопроводу 5 поступает в пароперегреватель 4, откуда направ­ ляется в паровую машину или турбину. Для лучшей циркуляции воды и облегчения выхода образующихся пузырьков пара секции сделаны наклонными. Для увеличения скорости протекания газов, что усиливает интенсивность теплоотдачи, ставят перегородки 6. Стенки топки 10 котла выкладывают изнутри огнеупорным кир­ пичом И.

Секционные котлы изготовляют на давление пара до 4,5—5 МПа (45—50 кгс/см2). На рыбопромысловом флоте такие котлы установ­ лены в качестве главных на сельдебазах типа «Северодвинск» и других паровых судах старой постройки.

47

Недостатком секционных котлов по сравнению с другими водо­ трубными является большая масса вследствие наличия массивных камер.

Огнетрубные котлы. На паровых траулерах и других судах флота рыбной промышленности старой постройки до сих пор встре­ чается значительное количество огнетрубных котлов. Такие котлы отличаются большим сроком службы (до 30—40 лет). Поэтому несмотря на то, что в последнее время их перестали устанавливать на судах в качестве главных, они будут встречаться на флоте еще ряд лет. Огнетрубные котлы могут быть пролетными и оборотными.

Рис. 29. Схема огнетрубного котла.

Пролетные котлы имеют прямой ход газа; на морских судах они не применяются.

На рис. 29 представлена схема огнетрубного однопроточного оборотного котла. Котел состоит из бочки 5, к которой приклепы­ вают или приваривают переднее днище 3 и заднее 6. Внутри бочки размещена огневая камера 7. К переднему днищу котла и к перед­ ней стенке огневой камеры присоединена жаровая труба 8, внутрен­ няя полость которой представляет собой топку котла. Жаровые трубы имеют диаметр от 700 до 1200 мм. Они подвергаются давле­ нию снаружи, поэтому во избежание сплющивания их делают вол­ нистыми. Над жаровой трубой расположены дымогарные трубы 4, концы которых завальцованы в переднее днище котла и переднюю стенку огневой камеры. Бочка котла заполнена водой так, что во­ дой омываются дымогарные трубы, огневая камера и жаровая труба.

Топливо в топку подается через форсунку 9. Горячие газы из топки попадают в огневую камеру, откуда через дымогарные трубы, сделав оборот,— в дымовую коробку 1 и далее .в дымовую трубу 2.

48

Верхняя часть пространства котла над поверхностью воды обра­ зует паровое пространство.

Главные оборотные котлы обычно имеют три топки (жаровые трубы), а вспомогательные— одну или две.

Огнетрубные оборотные котлы просты в обслуживании. Основ­ ными недостатками огнетрубных котлов являются: большая масса; нецелесообразность использования их на давлениях свыше 2,0 МПа (16 кгс/см2), так как при этом значительно увеличивается толщина стенок; низкая паропроизводительность (до 6,5 т/ч); низкий к. п. д.

(70-75% ). .

Комбинированные котлы. С целью улучшения циркуляции в ог­ нетрубных котлах, уменьшения их массы и повышения удельного паросъема были сконструированы-котлы, работающие по смешан­ ному принципу, т. е. содержащие элементы как огнетрубных, так и водотрубных котлов. Комбинированные котлы по устройству сходны с огнетрубными и отличаются от них наличием дополни­ тельной приставной огневой камеры, внутри которой размещены барабаны, заполненные водой, и водогрейные трубы.

Комбинированные котлы успешно работают на некоторых наших паровых рыболовных траулерах старой постройки. Но в связи с тем, что у этих котлов сохранились основные недостатки, присущие огнетрубным, в настоящее время новых комбинированных котлов не строят.

Вспомогательные и утилизационныё котлы. На паровых про­ мысловых и транспортных судах вспомогательные котлы устанав­ ливают редко, так как пар для бытовых нужд и для работы вспо­ могательных механизмов обычно отбирается от главных котлов и пропускается через устройство, снижающее давление и температуру пара.

На теплоходах установка вспомогательного котла является неиз­ бежной. При этом для производства пара на ряде судов исполь­ зуется теплота отходящих газов двигателей внутреннего сгорания, имеющих температуру 300—500° С. Котлы, в которых пар получают таким образом, названы утилизационными. В связи с тем что ути­ лизационные котлы могут вырабатывать пар только тогда, когда работают главные двигатели, вспомогательный и утилизационный котлы иногда объединяют в единую конструкцию.

Насчитывается большое количество различных систем вспомога­ тельных и утилизационных котлов.

В качестве вспомогательных используют обыкновенные водо­ трубные и огнетрубные котлы малой производительности, конструк­ ция которых более проста благодаря отсутствию пароперегревате­ лей, а зачастую и хвостовых поверхностей нагрева. Давление пара во вспомогательных котлах, обычно не превышает 1,2 МПа (12 кгс/см2). При этом часто котлы работают на том же топливе, что и двигатели внутреннего сгорания; это исключает необходи­ мость иметь на судне два вида топлива.

В качестве вспомогательных наиболее широкое распространение на промысловом флоте получили водотрубные котлы однопроточного

49