2. Газотрубные котлы

Горизонтальный газотрубный ко­тел (рис. 1.7, а).

Это газотрубный котел одной из старейших конструк­ций, именуемый ранее оборотным котлом шотландского типа, или обо­ротным котлом. Конструкция

Рис.1.7. Схемы газотрубных котлов

просушествовала на флоте более 80 лет благодаря надежности, неприхотли­вости к питательной воде, большой ак­кумулирующей способности, проч­ности и простоте. Котел горизон­тальный; цилиндрической формы, хо­рошо крепится на судовом фунда­менте. Котел имеет цилиндрический корпус 3, топку (жаровую трубу) 6, огневую камеру 5, горизонталь­ные прямые трубы 4, дымовую ко­робку 2 и выпускной дымоход 1. Топка оборудована ротационной форсункой. Для внутреннего осмот­ра, вальцовки и очистки труб пре­дусмотрены лазы и горловины. Суще­ственными недостатками котла явля­ются невысокое давление пара, не­организованная циркуляция воды, жесткость конструкции, большая ме таллоемкость и высокая трудоем­кость изготовления и ремонта.

Вертикальный газотрубный котел с вертикальными трубами (рис. 1.7, б).

Это котел обычного типа, ши­роко распространенный на судах зарубежной и отечественной построй­ки. Котел имеет цилиндрический кор­пус 1 и вертикальные прямые тру­бы 4, соединенные с дымовой ка­мерой 2. Паровое пространство рас­положено выше зеркала испарения И. Котел имеет автоматизированный топливно-форсуночный агрегат с безвахтенным обслуживанием. С аналогичной конструкцией котла можно встретиться на танкерах ти­па «Сплит» (см. рис. 5.15).

Вертикальный газотрубный котел с горизонтальными трубами (рис. 1.7, в).

Котел имеет цилиндриче­ский вертикальный корпус 1, прямые горизонтальные трубы 3, камеры для прохода газа, выпускной дымо­ход 2. Котел работает от топливно- форсуночного агрегата 4 с безвах­тенным обслуживанием. Для пово­рота газа в камерах предусмотрены съемные щитки, одновременно упро­щающие и очистку котла.

Классификация

Паропроизводительность D_к – количество пара, производимого котлом и измеряемое в килограммах в час (кг/ч) или в тоннах в час (т/ч). Паропроизводительность главных котлов на судах с паротрбинными установками достигает 80 т/ч, а иногда и более. На судах с другими типами энергетических установок паропроизводительность котлов определяется назначением судна и может колебаться в пределах от 0.5 до 50 т/ч и более. Наиболее высокую паропроизводительность имеют вспомогательные котлы на крупнотоннажных дизельных танкерах, поскольку для таких судов необходимо вырабатывать пар для привода турбин грузовых насосов, подогрева груза, подогрева воды для мойки танков и др.

Часовой расход топлива В - количество топлива, сжигаемого в топке котла, измеряемое в килограммах в час (кг/ч). Он определяет общую экономичность энергетической установки. Характеризует нагрузку котла; обусловливается качеством сжигаемого топлива и условиями эксплуатации.

Параметры пара – это рабочие давления р в мегапаскалях (МПа) насыщенного пара в котле или сепараторе утилизационной установки и перегретого пара за пароперегревателем и рабочая температура пара t в градусах Цельсия (⁰С). Поддержание оптимальных пара­метров во время эксплуатации обес­печивает экономичность установки при заданной мощности. Значения параметров обусловлены назначени­ем энергетической установки. Повы­шение параметров наряду с приме­нением оптимальной тепловой схе­мы и совершенных турбин и котлов является одним из основных направ­лений снижения расхода топлива. В главных паротубинных установках давление пара, вырабатываемое кот­лами, достигает 8—10 МПа при тем­пературе 500—540 ⁰ С. У вспомо­гательных котлов параметры пара, как правило, значительно ниже и составляют 0,5—1,5 МПа. Этими котлами генерируется обычно на­сыщенный пар и реже — слабо­перегретый с температурой пример­но 250 °С. Лишь специальные вспо­могательные котлы на танкерах ра­ботают с более высокими парамет­рами пара.

Относительное водосодержание¹ ω = m_в / D_к соответственно в кило­граммах (кг) и килограммах в час (кг/ч).

Значение водосодержания опреде­ляет время, которое потребуется на испарение всей воды, содержащейся в котле, если его нагрузка будет соответствовать паропроизводительности, равной D_к.

У главных водо­трубных котлов ω=0,25—0,5ч, у вспомогательных и утилизационных водотрубных котлов ω 0,5 ч, у газо­трубных ω >1 ч.

Удельный паросъем d [кг/(м² * ч) ] определяет количество пара, сни­маемого в среднем с 1 м² поверх­ности нагрева в единицу времени:

d = D_к / H,

где Н — парообразующая поверхность нагре­ва котла, м²

.Удельный паросъем при номиналь­ной нагрузке обычно составляет 100—150 кг/(м²* ч), у более напря­женных котлов — до 250 кг/(м²*ч) и выше.

Тепловое напряжение топочного объема q_v (кВт/м³) — отношение теплоты, выделившейся в топке за 1 ч, к ее объему. Поддержание установленного напряжения топочного объема обеспечивает требуемое значение температуры газов на выходе из топки и высокое качество процесса сгорания топлива. Надежная работа обеспечивается, если у главных котлов q_v=600-800 кВт/м³ у вспомогательных q_v = 900-1000 кВт/м³, учитывая меньший объём их топок.

Коэффициент полезного действия: (КПД) η_к — отношение количества теплоты, использованной для производства пара, к количеству теплоты, выделившейся при полном сгорании израсходованного топлива. КПД η_к характеризует экономичность работы и у современных главных котлов достигает 96%. Вспомогательные котлы обычно имеют КПД 75-85%.

На экономичность котельной установки влияют также температура питательной воды, которая в зависимости от параметров пара и примененной тепловой схемы может достигать 200 °С и более, и температура воздуха, поступающего в топку, которая может достигать в засимости от нагрузки котла и примененных воздухонагревателей 200—250 °С.

На экономические показатели влияют также температура поступающего в топку воздуха и температура питательной воды.

Приведенные характеристики не являются полными и не охватывают всех признаков, присущих тем или иным типам и конструкциям котлов. Например, в

характеристиках не указано подразделение котлов по давлению пара (котлы

высокого, среднего и низкого давлений), поскольку этот вид классификации весьма условен и постоянно меняется с развитием техники. Не рассматривается также классификация котлов по виду сжигаемого топлива, так как все современные судовые котлы работают на жидком топливе, не рассматриваются характеристики по ряду физико химических показателей.

При работе котла в его возушно- газовых и пароводяных трактах протекают следующие основные процессы:

топочный - подача топлива и его горение в топке;

газоаэродинамический - подача воздуха в топку и отвод через газоходы продуктов сгорания топлива и избытка воздуха;

гидродинамический - подача питательной воды в котёл и циркуляция в нём воды

и пароводяной смеси;

теплопередача - передача теплоты от горящего факела форсунки и горячих газов через элементы поверхности нагрева к нагреваемой среде;