СУДОВЫЕ ПАРОВЫЕ КОТЛЫ. ГЛАВНЫЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЭКМТ Кафедра ЭМСС

Назначение и классификация судовых паровых котлов.
Основные характеристики паровых котлов.
Конструктивные особенности

и принцип действия различных типов паровых котлов.

Часть II. Котлотурбинные энергетические установки.
Учебное пособие. –

Северодвинск: Севмашвтуз, 2004.
– 188 с.

для выработки пара заданных параметров и преобразования энергии пара в

механическую, электрическую и другие виды энергии для обеспечения движения и маневрирования судна, а также выполнения задач, характерных для данного класса судна.

Судовые ПТУ являются наиболее сложными среди всего многообразия других видов СЭУ.

Судовые ПТУ имеют раздельные генерирующую и исполнительную части. В качестве генерирующей части в ПТУ используется котельная или ядерная установка, предназначенная для выработки пара заданных параметров. В качестве исполнительной части используется ПТУ, предназначенная для преобразования потенциальной энергии пара в механическую энергию вращения линии вала судна.

НАЗНАЧЕНИЕ СУДОВОЙ КОТЛОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ

пар заданных параметров за счет тепловой энергии, выделяющейся при сжигании

органического топлива.
Принцип действия парового котла определяется сущностью рабочих процессов, происходящих в нем. Рабочие процессы в паровых котлах протекают в воздушно-газовом тракте, в пароводяном тракте, и тесно взаимосвязаны друг с другом.

Существует два основных источника получения теплоты в паровом котле:
- Непосредственное сжигание органического топлива в топке котла (основной способ). При этом образуется большой объем горячих продуктов сгорания (дымовых газов), которые являются теплоносителем, передающим теплоту нагреваемой и испаряемой воде и перегреваемому пару;
- Использование теплоты отработавших газов других типов тепловых двигателей: дизельного двигателя или газотурбинной установки.

НАЗНАЧЕНИЕ СУДОВЫХ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

паром главный двигатель (паровую турбину) и все потребители пара на

ходу судна (корабля);
- вспомогательные, обеспечивающие паром все потребители судна на стоянке при неработающих главных котлах, а также используемые для ввода в действие главных котлов. На судах с ГТУ и ДЭУ вспомогательные котлы работают и на ходовых режимах для обеспечения паром всех потребителей судна.

По способу использования:
- автономные, имеющие собственную топливную систему и систему подвода воздуха, и использующие для выработки пара теплоту продуктов сгорания, образующихся при сжигании органического топлива в топке;
- утилизационные, использующие теплоту выхлопных газов ДЭУ или ГТУ;
комбинированные, в которых подогрев воды и ее испарение могут осуществляться как от собственной топливной и воздушной систем, так и от теплоты продуктов сгорания других типов ЭУ.

КЛАССИФИКАЦИЯ СУДОВЫХ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

внутри труб, омываемых снаружи горячими газами;
- огнетрубные, в которых горячие

газы движутся внутри труб, омываемых снаружи водой;
комбинированные, имеющие в своем составе водотрубную и огнетрубную части.

По принципу организации движения воды и пароводяной смеси:
- котлы с естественной циркуляцией (ЕЦ), в которых движение воды и пароводяной смеси по контуру циркуляции происходит за счет разности плотностей питательной воды и образующейся при испарении воды пароводяной смеси;
котлы с принудительной циркуляцией (ПЦ), в которых движение воды и пароводяной смеси в контуре циркуляции происходит за счет работы специального циркуляционного насоса.

В свою очередь паровые котлы с ПЦ по кратности циркуляции делятся на:
- прямоточные;
- с принудительной циркуляцией малой кратности (ПЦ МК);
- с многократной принудительной циркуляцией (МПЦ).

КЛАССИФИКАЦИЯ СУДОВЫХ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

и закрытым), в топке которых топливо сгорает при давлении, незначительно

превышающем атмосфер-ное, а подача воздуха в топку осуществляется котельным вентилятором;
котлы с компрессорным наддувом (высоконапорные котлы), в топке которых топливо сгорает при давлении, существенно превышающем атмосферное: 0,2…0,4 МПа (2…4 кгс/см2), а нагнетание воздуха в топку производится с помощью специального компрессорного агрегата.

По типу используемого топлива:
- котлы, работающие на твердом топливе (уголь и угольная пыль);
- котлы, работающие на жидком топливе (мазуты, дизельное топливо);
- котлы, работающие на газообразном топливе (природные и синтетичес-кие газы).

Для работы судовых и корабельных паровых котлов обычно применяется жидкое топливо: мазуты или (значительно реже) дизельные топлива. В исключительных случаях на судах-газовозах с ПТУ могут использоваться паровые котлы с газовым отоплением, работающие на перевозимом судном газе.

КЛАССИФИКАЦИЯ СУДОВЫХ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

топочные устройства располагаются на одном, переднем (со стороны обслуживания) фронте

котла;
- с двухфронтовым отоплением, в которых топочные устройства расположены на переднем и заднем фронтах котла;
- с потолочным расположением топочных устройств;
- с боковым расположением топочных устройств;

Судовые паровые котлы также могут классифицироваться и по другим признакам, характеризующим их конструктивные особенности.

По типу применяемых поверхностей нагрева:
испарительных пучков труб, экономайзера, воздухоподогревателя и пароперегревателя.
По наличию или отсутствию хвостовых поверхностей нагрева (экономайзеров и воздухоподогревателей.
По взаимному размещению поверхностей нагрева.
По количеству коллекторов.
По организации топочного процесса, и др.

КЛАССИФИКАЦИЯ СУДОВЫХ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

котлоагрегатов, обеспечивающих выработку пара заданных параметров, вместе с обслуживающими их

системами, вспомогательными механизмами и устройствами, называются судовой котельной установкой.

СУДОВАЯ КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

рассматривать состоящим из отдельных процессов, происходящих в воздушно-газовом и пароводяном

трактах котла.

В воздушно-газовом тракте котла происходит непрерывный подвод воздуха и топлива, горение топлива и отвод продуктов сгорания (дымовых газов), которые являются основным теплоносителем. Горение топлива и движение продуктов сгорания по газоходам обеспечивают протекание основного про-цесса, связанного с тепловыделением и передачей теплоты поверхностям нагрева котла. При движении воздуха и газов в ВГТ котла возникает сопро-тивление, на преодоление которого требуется определенный расход энер-гии, затрачиваемой котельным вентилятором (компрессорным) агрегатом.

В пароводяном тракте котла происходят процессы подвода питательной воды, нагрев ее до кипения, парообразование, перегрев пара и отвод его к потребителям.

Оценку различных типов паровых котлов производят по их характеристикам.

ПРОЦЕССЫ В СУДОВЫХ ПАРОВЫХ КОТЛАХ

все перечисленные показатели невозможно, так как многие из рассмотренных показателей

противоречат друг другу.
По этой причине не может существовать универсального типа паровых котлов, пригодных для любых типов КТЭУ и любых условий эксплуатации. Выбор приоритета того или иного показателя зависит от типа судна и тепловой схемы установки, в которой этот котел работает.

водяной экономайзер;
ПП – пароперегреватель;
ИСП –

конвективный испарительный (парообразующий) пучок труб;
Э – экранный пучок труб;
ОП – опускной пучок труб;
ГСК – главный стопорный клапан;
ВСК – вспомогательный стопорный клапан;
ЗИ – зеркало испарения;
ВК – верхний коллектор пароперегревателя;
Ф – футеровка котла (кладка из огнеупорного кирпича);
GПВ– подача питательной воды;
DПЕ – отбор перегретого пара;
DНАС– отбор насыщенного пара

котел
с горизонтальными трубами;

в − вертикальный огнетрубный котел
с вертикальными

трубами

1 − корпус котла;
2 − дымогарные трубки;
3 − топка (камера сгорания);
4 − дымовая коробка;
5 − воздухонаправляющее устройство;
6 − топливная форсунка;
7 – съемные щитки;
8 – огневая камера;
9 – жаровая труба.

ПВ − подача питательной воды;
Т − подача топлива;
В − подача воздуха;
П − отбор насыщенного пара;
ДГ − выброс дымовых газов;
ЗИ – зеркало испарения

б – симметричная схема
с горизонтальными ППЕ, размещенными внутри испарительных

пучков;
в – асимметричная схема
с одним горизонтальным ППЕ;
г – асимметричная схема
с вертикальным петлевым ППЕ

ПК – паровой коллектор;
ВК – водяной коллектор;
КПП – коллектор вертикального ППЕ;
ПО – парообразующие (испарительные)
поверхности нагрева;
ПП – поверхность нагрева ППЕ;
ДГ – дымовые газы;
Ш – газовый шибер

сжигания
в топках судовых паровых котлах.
Мазут - остаточный высокосмолистый

и высоковязкий
продукт, получаемый при прямой перегонке нефти и крекинге.
Состав мазута и его характеристики зависят от качества исходной сырой нефти, так как нефти различных месторождений сильно отличаются друг от друга по своему минеральному составу.

Для судовых паровых котлов используют:
топочные мазуты марок: 20, 40, 60, 80 и 100 – ГОСТ 10585-99;
флотские мазуты марок: Ф-5, Ф-12 и Ф-20 – ГОСТ 10585-99.
Для корабельных паровых котлов используются исключительно высококачественные флотские мазуты марок Ф-12, Ф-20 и высокосернистый флотский мазут марки Ф-5, а также их смеси. Вязкость этих мазутов (при 50 оС) соствляет 12, 20 и 5 оВУ (градусов условной вязкости), соответственно.

Учитывая, что хороший распыл мазута возможен при вязкости не выше 4 оВУ, для всех видов мазутов, применяемых в судовых и корабельных КУ, необходим предварительный подогрев, осуществляемый в паровых топливоподогревателях.
Удельная низшая теплота сгорания мазута: Qнр = 40500 кДж/кг