Паровые котлы и котельные установки

Паровые котлы устанавливают на судах для превращения воды в пар за счет тепла, выделяющегося при сжигании топлива. В зависимости от назначения судовые котлы подразделяют на главные, вырабатывающие пар для главных и вспомогательных механизмов, и вспомогательные, обеспечивающие паром систему отопления, камбуз, баню, прачечную и т. п., а также вспомогательные механизмы во время стоянки.

На пароходах вспомогательные котлы действуют только на стоянках (иногда вместо вспомогательного работает один из главных), на теплоходах — в течение всего рейса.

Судовые котлы работают в основном на жидком топливе. Каждый паровой котел состоит из корпуса, топки и газоходов. В корпусе находится вода и пар (внизу водяное, выше — паровое пространство). Поверхность котла, обогреваемая с одной стороны горячими газами, а с другой омываемая водой, называется поверхностью нагрева. Топка служит для сжигания топлива, газоходы — для движения горячих дымовых газов из котла в дымовую трубу.

Паровые котлы характеризуются: площадью поверхности нагрева; паропроизводительностью — количеством пара, вырабатываемого в течение одного часа; рабочим давлением и температурой перегрева пара — основными параметрами пара, производимого котлом *; удельным паросъемом — отношением паропроизводительности к площади поверхности нагрева; коэффициентом полезного действия КПД-отношением полезно использованной теплоты (израсходованной на получение пара) ко всей теплоте, которое отдало сгоревшее в топке топливо.

В зависимости от того, как обтекают горячие газы поверхность нагрева, котлы подразделяют на огнетрубные, водотрубные и комбинированные.

В огнетрубных котлах горячие дымовые газы движутся внутри дымогарных труб и камер, омываемых водой. В водотрубных котлах, наоборот, горячие газы омывают снаружи трубки, внутри которых находится вода. В комбинированных котлах часть труб служит для прохода горячих газов, а часть омывается газами снаружи. В зависимости от принятого принципа циркуляции различают котлы с естественной и с принудительной циркуляцией воды. Огнетрубные котлы относятся к котлам с естественной циркуляцией. В водотрубных котлах предусматривается либо естественная, либо принудительная циркуляция. Если при принудительной циркуляции вода только один раз проходит по трубкам и полностью испаряется, то такой котел называют прямоточным. Огнетрубные котлы имеют невысокую паропроизводительность (5−6 т/ч), низкий КПД (70−75%), большие габариты и массу, поэтому они сейчас встречаются только на судах внутреннего плавания старой постройки. На современных пароходах устанавливают только водотрубные котлы.

В водотрубных котлах находящаяся в трубках вода нагревается омывающими их горячими дымовыми газами, которые образуются в топке, и превращается в пар. Чтобы процесс парообразования протекал непрерывно, в трубки все время должна поступать вода. Это обеспечивается естественной или принудительной циркуляцией воды. Естественная циркуляция воды в трубках происходит по схеме, показанной на Рис. 9.3.

Рис. 9.3 Схема циркуляции воды в трубках водотрубного котла.

1 — водяной коллектор; 2 — пароводяной коллектор; 3 — подъемная трубка; 4 — спускная трубка Нагреваемая горячими дымовыми газами вода, находящаяся в подъемной трубке, поднимается в верхний пароводяной коллектор, одновременно с этим по спускной трубке холодная вода опускается в нижний водяной коллектор. Так устанавливается непрерывное движение воды: по подъемной трубке вверх, по спускной — вниз. По мере нагревания вода в подъемной трубке превращается в пар, который поступает в паровой коллектор, оттуда в пароперегреватель и затем к потребителям.

Водотрубные котлы бывают с малонаклонными трубками — горизонтально-водотрубные (секционные) и с крутонаклонными трубками — вертикально-водотрубные. Наиболее распространены на судах вертикально-водотрубные котлы (Рис. 9.4).

Они состоят из одного-двух нижних водяных коллекторов и одного верхнего — парового. Водогрейные трубки расположены под углом 35−75° к горизонту. Во время работы котла нижние водяные коллекторы и половина верхнего наполнены водой. Горячие дымовые газы, образующиеся в топке при сжигании мазута, омывают нижние пучки водогрейных трубок, трубки пароперегревателя, расположенные между рядами водогрейных трубок, задние пучки водогрейных трубок, а также подогреватель питательной воды (водяной экономайзер) и воздуха и выходят через дымоходы и дымовую трубу в атмосферу.

Эти котлы имеют высокий КПД (до 93%), большую производительность и меньшую массу, чем секционные. Они позволяют получать пар давлением 4,5−10,0 МПа (45 — 100 кгс/см²) с температурой перегрева 470−540°С (на крупнотоннажных танкерах параметры пара котельной установки — 8,0 МПа (80 кгс/см²); 515°С).

Для работы любого котла к нему нужно подвести топливо, питательную воду и воздух, необходимый для горения. Все это обеспечивается топливной, питательной и воздухоподающей системами, которые вместе с котлом, паропроводами и дымоходом образуют котельную установку (Рис. 9.5).

Топливная система состоит из топливных цистерн, фильтров, топливных насосов, подогревателей топлива, трубопроводов. В качестве топливных насосов используют поршневые, шестеренные турбо — или электронасосы. Топливо в топку подается в распыленном виде через распылители — форсунки.

Рис. 9.5 Судовая котельная установка: I — котел; II — топливная система; III — питательная система.

1 — топливная цистерна; 2 — топливный фильтр грубой очистки; 3 — топливный насос; 4 — подогреватель топлива; 5 — топливный фильтр тонкой очистки; 6 — цистерна питательной воды; 7 — деаэратор; 8 — турбопитательный насос; 9 — водоподо-греватель; 10 — экономайзер котла; // - воздухоподогреватель; 12 — котельный вентилятор; 13 — паровой коллектор котла; 14 — пароперегреватель; 15 — воздухопровод; 16 — форсунки Питательная система подготавливает котельно-питательную воду и подает ее в котел. Она состоит из водяной цистерны, питательных насосов, подогревателей и трубопроводов. Котельные установки, вырабатывающие пар высоких параметров, имеют в составе питательной системы деаэраторы, предназначенные для выделения из воды растворенного в ней кислорода. Это необходимо для того, чтобы избыток кислорода не увеличивал коррозию (ржавление) внутренних поверхностей котла. Питательные насосы бывают поршневыми (для котлов низкого давления) и центробежными — с электро — или турбоприводом.

Воздухоподающая система подает воздух, необходимый для процесса горения топлива, в топку специальными котельными вентиляторами (с турбо — или электроприводом). Горячие дымовые газы, пройдя котел, удаляются в атмосферу через дымоходы и дымовую трубу.

Паропроводы, состоящие из труб и арматуры, служат для отвода пара от котлов к потребителям.

Вспомогательные котлы устанавливают на судах для обеспечения паром бытовых потребителей. Они имеют небольшую по сравнению с главными котлами паропроизводитель-ность (1−5 т/ч) и невысокие параметры пара (давление-до 1,0 МПа (10 кгс/см²), температура-до 200°). Исключение составляют вспомогательные котлы дизельных танкеров, обеспечивающие при необходимости паром привод грузовых насосов, палубных механизмов, а также обогрев груза и пропаривание грузовых танков: их производительность достигает 25−30 т/ч, а давление пара — 2,5−28 МПа (25−280 кгс/см²). КПД вспомогательных котлов — 70−80%. На современных судах используют главные и вспомогательные котлы, у которых управление процессами питания и горения автоматизировано.

Утилизационные котлы, использующие тепло отработавших газов главного двигателя, применяют на судах с дизельными и газотурбинными энергетическими установками, вследствие чего увеличивается КПД энергетической установки. Их размещают на выхлопном трубопроводе.