ППУ_02-03

чистым конденсатом или дистиллированной водой, а химически очищенной водой.

Недостатками котлов с ПЦ МК по сравнению с прямоточными являются: некоторое утяжеление за счет применения копилки-сепаратора; невозможность отбора насыщенного пара.

5. Котлы с многократной принудительной циркуляцией

Котлы с МПЦ появились в результате попыток дальнейшего усовершенствования схем прямоточных котлов и котлов с ПЦ МК, стремления увеличить надежность работы этих типов котлов и снизить требования, предъявляемые к качеству питательной воды.

Характерной особенностью котлов с МПЦ (рис. 14) является наличие коллектора-сепаратора, имеющего размеры, сопоставимые с размерами паровых коллекторов котлов с ЕЦ.

Питательный насос подает питательную воду в раздающий коллектор экономайзера. После предварительного подогрева в экономайзере питательная вода собирается в сборно-смесительном коллекторе и по перепускной трубе поступает в коллектор-сепаратор. Здесь подогретая питательная вода смешивается с находящейся в сепараторе котловой водой и насосом многократной принудительной циркуляции НМПЦ подается в

21

раздающий коллектор испарительной части котла. Проходя по экранным и конвективным поверхностям нагрева испарительного пучка труб, вода частично испаряется и образовавшаяся пароводяная смесь с паросодержанием 12 ÷ 15 % поступает обратно в коллектор-сепаратор. В коллекторе-сепараторе из образовавшейся пароводяной смеси происходит разделение паровой и водяной фаз (сепарация). Отсепарированный пар из коллектора-сепаратора частично отбирается на потребители в виде насыщенного пара − DНАС , а большей частью по перепускным трубам

направляется в раздающий коллектор пароперегревателя. В витках пароперегревателя происходит перегрев пара, и перегретый пар собирается в выходном коллекторе котла, откуда через главный стопорный клапан поступает на потребители.

Насос многократной принудительной циркуляции создает избыточный напор 0,2 ÷ 0,3 МПа, необходимый для преодоления гидравлического сопротивления парообразующей части. Его производительность в 4 ÷ 10 раз больше паропроизводительности котла. Включение насоса в контур циркуляции дает возможность значительно увеличить скорость воды в трубах испарительной части (до 2 ÷ 2,5 м/с на полной нагрузке) и значительно улучшить надежность циркуляции по сравнению с котлами с естественной циркуляцией.

Котлы с МПЦ по габаритам и весу занимают промежуточное положение между прямоточными котлами и котлами с ЕЦ. Наличие сепаратора, организованная продувка и применение НМПЦ позволяют проводить качественную сепарацию пара и значительно уменьшить отложения солей внутри испарительных и пароперегревательных поверхностей нагрева.

Наиболее уязвимым элементом котлов с МПЦ является насос многократной принудительной циркуляции, работающий в очень тяжелых условиях: практически в кипящей воде при больших ее расходах. Даже незначительное снижение давления во входном патрубке насоса может привести к возникновению и развитию кавитации, срыву подачи воды в испарительную часть котла и, соответственно, к выходу котла из строя.

Котлы с МПЦ, по сравнению с прямоточными котлами и котлами с принудительной циркуляцией малой кратности, обладают следующими преимуществами:

-большой объем коллектора-сепаратора позволяет осуществить эффективную сепарацию пара и уменьшить унос солей в пароперегреватель, паропроводы и проточные части турбин (улучшить качество пара);

-испарительная и пароперегревательная части котла надежно разъединены между собой коллектором-сепаратором;

-наличие сепаратора, как водяной емкости, облегчает задачу автоматизации котла и позволяет получать одновременно перегретый и насыщенный пар.

22

Паровые котлы с принудительной циркуляцией (прямоточные, ПЦ МК и МПЦ) являются наиболее перспективными для применения в судовых котельных установках, но в настоящее время в качестве главных котлов практически не используются. Сложности, связанные с автоматизацией и повышенным качеством питательной воды, позволяют их использовать только в роли вспомогательных утилизационных котлов для выработки пара за счет использования энергии выхлопных газов дизельных или газотурбинных установок (т.е. в условиях относительно небольших температур газов).

6. Особенности высоконапорных котлов

Высоконапорными котлами называют такие паровые котлы, в топках которых топливо сжигается под давлением, существенно превышающим атмосферное: 0,2 ÷ 0,4 МПа (рис. 15).

Повышенное давление воздуха, создаваемое в топке котла, значительно интенсифицирует процессы подготовки топливной смеси, горения топлива, теплопередачи в топке и конвективных поверхностях нагрева, из-за чего резко, практически в 7 ÷ 8 раз, снижаются массогабаритные показатели котла, повышается его экономичность и улучшаются другие характеристики.

23

Высокое давление воздуха, подаваемого к топочным устройствам ВНК, создается с помощью специального компрессора, как правило − осевого типа. Компрессор приводится во вращение газовой турбиной, установленной в газовом тракте котла, и работающей за счет использования энергии дымовых газов, покидающих газоход котла. Компрессор в совокупности с приводной газовой турбиной и добавочным двигателем называют турбонаддувочным агрегатом – ТНА.

При работе высоконапорного котла компрессор ТНА через приемный воздухопровод забирает воздух из атмосферы, сжимает его до давления 0,2 ÷ 0,4 МПа и нагнетает по напорному воздухопроводу в двухслойный кожух котла. Наружный кожух ВНК при этом работает под повышенным избыточным давлением и имеет прочную конструкцию: цилиндрическую форму с эллиптическими днищами. При сжатии в компрессоре температура воздуха повышается до 140 ÷ 170 оС, что позволяет исключить из состава ВНК такую поверхность нагрева, как воздухоподогреватель.

Продукты сгорания топлива, образовавшиеся в топке ВНК, последовательно омывают поверхности нагрева, и на выходе из экономайзера подвергаются очистке от механических примесей в специальном газоочистном устройстве. В ГОУ из газов удаляются твердые сажистые частицы, кусочки окалины и другие эрозионно-опасные загрязнения, которые могут повредить детали проточной части газовой турбины. Пройдя очистку в ГОУ, дымовые газы поступают в газовую турбину, расширяются, совершают полезную работу, и через дымоход удаляются в дымовую трубу. Твердые частички, отделенные от основного потока газа, по обводному трубопроводу выбрасываются в газоход за газовой турбиной. Работа, полученная в газовой турбине, идет на привод осевого компрессора. Вследствие того, что на режимах частичных нагрузок котла мощности газовой турбины может не хватать для обеспечения работы осевого компрессора, на вал ТНА устанавливается добавительная паровая турбина, которая автоматически включается в работу на режимах частичных нагрузок и на переходных режимах сброса и увеличения нагрузки. ДПТ является для ВНК одновременно и пусковым двигателем, заменяющим в режиме пуска еще не работающую газовую турбину.

Таким образом основными отличительными особенностями ВНК по сравнению с котлами с вентиляторным дутьем являются:

-наличие прочно-плотного наружного кожуха котла, способного выдерживать повышенное давление воздуха, создаваемое компрессором ТНА;

-наличие в составе ВНК турбонаддувочного агрегата;

-использование газоочистного устройства для очистки потока газа перед газовой турбиной ТНА от твердых эрозионно-опасных частиц.

Вкачестве высоконапорных могут использоваться любые рассмотренные выше типы водотрубных паровых котлов. Наиболее

24

в испарительных трубах первого контура. Пополнять первый контур водой практически не требуется, так как он герметичен и в нем отсутствуют протечки рабочей среды.

Пар, образующийся в паровом коллекторе первого контура (греющий пар), поступает в испарительный змеевик, расположенный в паровом коллекторе второго контура, отдает свою теплоту находящейся там воде, конденсируется и стекает в водяной коллектор первого контура.

Второй испарительный контур разомкнут и предназначен для получения рабочего пара, направляемого на главный двигатель. На поверхности змеевика, обогреваемого паром первого контура, происходит испарение воды. Пар собирается в верхней части парового коллектора, направляется в пароперегреватель, и далее – на потребители. Давление пара в паровом коллекторе первого контура поддерживается примерно в 2 ÷ 3 раза большим, чем давление пара в коллекторе второго контура. Оно выбирается таким образом, чтобы температура первичного (греющего) пара была примерно на 50 оС больше температуры вторичного (рабочего) пара.

Расход пара, образовавшегося в паровом коллекторе второго контура, восполняется подачей в него питательной воды. С целью снижения концентрации солей в воде второго контура, из его парового коллектора организуется продувка части котловой воды. Небольшая часть солей осаждается в виде накипи на змеевике, который имеет сравнительно низкую температуру, не опасную для повреждения металла.

Преимуществами двухконтурных котлов перед одноконтурными являются:

-нечувствительность к качеству питательной воды, так как горячими газами омываются только поверхности нагрева первого контура, содержащие дистиллированную воду;

-способность выдавать пар относительно малой влажности без использования специальных сепарирующих устройств. Это качество обусловлено равномерным распределением по всей длине парового коллектора греющего змеевика (тепловой нагрузки), благодаря чему выравниваются нагрузки зеркала испарения и парового объема.

Недостатками двухконтурных котлов являются низкие параметры генерируемого пара, и поэтому непригодность их использования в мощных КТЭУ (для выработки пара более высоких параметров необходимо значительное увеличение давления пара в первом контуре котла).

26

8. Вспомогательные и утилизационные паровые котлы

Вспомогательные котлы используются как на судах с КТЭУ, так и на судах с ДЭУ и ГТУ. На судах с КТЭУ они обеспечивают паром потребители во время стоянки судна при неработающих главных котлах, а также используются для ввода главной котельной установки в действие (подача пара на турбоприводы ВМ до начала отбора пара от главного котла). На судах с ДЭУ и ГТУ вспомогательные котлы используются для обеспечения паром потребителей как на ходовых режимах, так и в период стоянки судна.

На судах с мощными КТЭУ иногда роль вспомогательного котла выполняет один из главных котлов.

Вспомогательные котлы должны удовлетворять следующим требованиям:

-иметь минимальную массу и габариты;

-быть простыми в устройстве и надежными в эксплуатации;

-иметь возможность работы при безвахтенном обслуживании в автоматическом режиме;

-иметь высокие маневренные характеристики;

-предъявлять невысокие требования к качеству питательной воды.

Вкачестве вспомогательных в настоящее время на судах применяются следующие типы паровых котлов:

•двухколлекторные водотрубные вертикальные котлы с естественной циркуляцией следующих марок:

КВВА D p ; КАВ D p ; КВ

где цифровые индексы в марке котла обозначают: D – паропроизводительность [т/ч];

p – рабочее давление пара в котле [кгс/см2];

например: КВВА 12/28 ( D = 12 т/ч; p =28 кгс/см2), КАВ 1,5/5 и т.д.

•вертикальные и горизонтальные газотрубные котлы. В настоящее время разработан ряд типоразмеров отечественных котлов типа КВА D / p , и импортных котлов типа «Санрод», «Спэннер», «Унекс»;

•газоводотрубные котлы типа «Санрод», устанавливаемые на ряде отечественных судов зарубежной постройки.

В утилизационных котлах в качестве источника теплоты используются уходящие газы главных двигателей – ДВС или ГТД. Применение утилизационных котлов в составе энергетической установки приводит к экономии 8 ÷ 12 % топлива и повышению общего КПД установки. Помимо утилизации теплоты УК обеспечивают глушение шума

27

отработавших газов и искрогашение. Пар от утилизационных котлов используется главным образом на судовые нужды, хотя возможно его применение в утилизационных турбогенераторах для выработки электроэнергии или механической энергии для привода главного движителя.

Конструкции современных утилизационных котлов весьма разнообразны. Наибольшее распространение в отечественном морском флоте получили: водотрубные утилизационные котлы с естественной циркуляцией, водотрубные утилизационные котлы с многократной принудительной циркуляцией и автономным сепаратором пара, и прямоточные утилизационные паровые котлы.

Иногда в судовых установках в качестве вспомогательных используют комбинированные утилизационные котлы, в которых в одном котлоагрегате скомпонованы топливная и утилизационная части (рис. 17). Такие котлы могут вырабатывать пар в следующих режимах работы:

–на ходу судна работает только утилизационная часть котла, в которой парообразование происходит за счет теплоты отработавших газов главного двигателя (ГТУ или ДЭУ). На стоянке работает только автономная часть котла от собственной топливной и воздушной систем;

–на ходу судна работает утилизационная часть котла. В случае необходимости увеличения паропроизводительности котла автоматически в работу включаются форсунки топливной части. На стоянке, для обеспечения паром потребителей при неработающей ГЭУ, работает только автономная часть котла.

Внекоторых типах комбинированных утилизационных котлов используется общая испарительная поверхность нагрева, омываемая (в зависимости от режима работы котла) как выхлопными газами главного двигателя, так и продуктами сгорания топлива собственной автономной топливной части. Перенаправление потоков продуктов сгорания в таких котлах осуществляется с помощью специальных поворотных заслонок – газовых шиберов.

28