Виды котлов на судах

Обновлено: 07.07.2024

Судовая энергетическая установка независимо от назначения судна и типа применяемого главного двигателя должна непрерывно обеспечивать энергией все судовые потребители, как на ходу судна, так и на стоянке в порту. С этой целью СЭУ вырабатывает энергию различных видов (механическую, электрическую, тепловую), которая хранится на судне в виде скрытой химической энергии органического топлива

Тепловая энергия вырабатывается в основном в котельных установках, являющихся составными элементами СЭУ.

Назначение. Комплекс устройств и агрегатов, обеспечивающий преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию пара или горячей воды требуемых параметров, называется котельной установкой (пароэнергетической установкой).

Состав. Котельная установка состоит из котла, обслуживающих его механизмов и систем:

- питательной системы, которая служит для подготовки и подачи питательной воды в котел;

- топливной системы, которая служит для подготовки и подачи топлива к форсункам котла;

- воздушно-газовой системы, которая служит для подготовки и подачи воздуха в топку котла и отвода из него дымовых газов.

- системы продувки, которая предназначена для периодического удаления из котла накапливающихся в котловой воде солей и шлама;

- системы ввода в котел химических реагентов с целью предотвращения накипи и образования коррозии;

- системы автоматического регулирования, сигнализаций и защиты, в которую входят системы регулирования питания котла, давление и температуры пара, элементы сигнализации и защиты.

В паровом котле протекает процесс преобразования энергии органического топлива в тепловую (потенциальную) энергию, производимого пара, который сопровождается горением топлива, теплообменом между продуктами горения и рабочими средствами, парообразования, циркуляцией воды и пароводяной смеси, сепарацией пара, движением сред (пара, воды, воздуха).

На судах применяют главные, вспомогательные котельные установки. В главной котельной установке энергия используется для приведения в действие движителей судна. Вспомогательные котельные установки, обеспечивают энергией вспомогательные технические средства, нормальное функционирование главной энергетической установки и другие судовые потребители.

Паровые котлы теплоходов и газотурбоходов предназначены для производства пара необходимых параметров, расходуемого:

- на эксплуатационные нужды (подогрев топлива, масла, обогрев кингстонов, опреснение забортной воды и др.);

- на общесудовые нужды (отопление, камбуз, прачечные, душевые, систему паротушения и др.);

- на технологические нужды (на промысловых судах);

- для подогрева жидкого груза на танкерах;

- на работу турбогенераторов и вспомогательных механизмов.

В котлах для производства пара используется химическая энергия топлива (вспомогательные котлы), но может использоваться и теплота отработавших газов двигателей (утилизационные котлы).

Рассмотрим процесс производства пара на примере парового водотрубного котла (рис. 1). Каждый котлоагрегат имеет два самостоятельных тракта - воздушно-газовый и пароводяной.

В воздушно-газовом тракте происходит непрерывный подвод воздуха и топлива, горение топлива и отводных продуктов сгорания. В топке 10 стенки 11 которой выложены огнеупорным кирпичом, сжигается топливо. Образующиеся при этом топочные газы проходят между трубами 7, передавая значительную часть своей теплоты циркулирующей воде, и уходят через газоход 1 в дымовую трубу. Газовый тракт котла отделен от атмосферы обшивкой, наружные поверхности которой, а также коллекторов 6 и 12 покрыты теплоизолирующими материями.

Через поверхность нагрева котла теплота от газов передается нагреваемой среде (воде, пару, воздуху).

В пароводяном тракте осуществляются: подвод питательной воды и ее подогрев до кипения, парообразование, перегрев пара и его отвод к потребителям. Пароводяной 6 и водяной 12 коллекторы соединены пучками парообразующих (подъемных) труб 7 и не обогреваемых (опускных) труб 8. Котел имеет один контур циркуляции (направление циркуляции воды и пароводяной смеси показано стрелками).

3-паровое пространство котла

4-трубопровод подачи питательной воды

5-водяное пространство котла

7-парообразующие (подъемные) трубы

Пароводяной коллектор заполнен примерно наполовину. Образующийся в трубах пар собирается в верхней части пароводяного коллектора, называемой паровым пространством котла 3, откуда он отводится через паропровод 2. Нижняя часть внутреннего пространства пароводяного коллектора, заполненная водой, называется водяным пространством котла 5.

Поверхность воды, разделяющая паровое и водяное пространство котла называется зеркалом испарения. Для пополнения воды, израсходованной на получение пара, в пароводяной коллектор 6 по трубопроводу 4 подается питательная вода.

Топочное устройство 9 для сжигания топлива состоит из форсунок, к которым топливо подается насосом и воздухонаправляющих устройств, через которые непрерывно подаваемый вентилятором воздух поступает в топку.

В паровом котле производство пара непрерывно сопровождается следующими процессами:

- топочным — горение топлива в топке;

- аэродинамическим — подача в топку воздуха и удаление из газоходов газообразных продуктов горения топлива;

- теплопередачи - передача теплоты от газов к нагреваемой среде через поверхность нагрева;

- циркуляции - движение пара и воды вдоль поверхности нагрева котла.

Тип и компоновка вспомогательной котельной установки теплохода или газотурбохода зависят в основном от паропроизводительности и условий размещения на судне.

Котельная установка, применяемая на отечественный судах (рис.2), состоит из вспомогательного котла 11 и утилизационного котла 6 с обслуживающими их системами и оборудованием. Топливо в топку вспомогательного котла подают из цистерны 18 через фильтр 17 и подогреватель 15 шестеренным насосом 16, а воздух-вентилятором 1. Питательная вода из теплого ящика 14 в пароводяной коллектор вспомогательного котла и паровой сепаратор 9 утилизационного котла подается одним из насосов 10. Из сепаратора циркуляционными насосами 8 вода подается к поверхностям нагрева утилизационного котла, омываемого выпускными газами двигателя. Пароводяная смесь от утилизационного котла подается к паровому сепаратору 9, откуда пар направляется к потребителям насыщенного пара по трубопроводу 2 и в пароперегреватель утилизационного котла, после которого по трубопроводу 7 поступает к утилизационному турбогенератору. Пар от вспомогательного котла направляется к потребителям также по трубопроводу 2. Излишки пара из сепаратора 9 посредством регулятора давления 5 сбрасывают в конденсатор, откуда конденсатным насосом подают в теплый ящик, подпитку которого водой осуществляют посредством насоса 12 через трубопроводы 13.

Трубопровод 4 предназначен для подачи пара к станции паротушения, а электромагнитные клапаны 3 - для отключения потребителей насыщенного пара при резком уменьшении нагрузки или внезапной остановке двигателя.

В своем блоге буду описывать основы технологии судоремонта, методы дефектоскопии, восстановления и упрочнения деталей, виды и методы ремонта судов и механизмов.Будет приведена технологическая документация на ремонт и изготовление деталей.

Паровой котел — это агрегат, предназначенный для непрерывного производства пара с определенными параметрами в результате превращения любого вида энергии в тепловую. Наиболее распространенным источником тепловой энергии, используемым на судах, является твердое и жидкое топливо. В последние годы все шире используется тепло газов, отходящих от двигателей внутреннего сгорания (в утилизационных котлах) и имеющих температуру 300—450 С. Иногда для производства пара используют электроэнергию (в электрокотлах) и атомную энергию (в судовых реакторах).
В большинстве паровых котлов пар образуется в результате передачи тепла, выделяющегося при сгорании топлива в топке, рабочему веществу — воде.
В паровом котле происходят следующие процессы, в результате которых осуществляется непрерывное производство водяного пара: топочный — горение топлива в топке котла; аэродинамический— подача в топку воздуха и удаление из газоходов продуктов горения топлива; теплопередача — передача тепла от газов к воде через поверхность нагрева; гидродинамический— движение (циркуляция) воды и пара внутри котла, вдоль его поверхности нагрева.
Эти процессы тесно связаны между собой и сопровождаются такими побочными явлениями, как коррозия металла, образование отложений, нарушение прочности элементов котла и другими, что отражается на безаварийной и экономичной работе паровых котлов.
Паровые котлы, установленные на судах, разделяются на огнетрубные, водотрубные и комбинированные. В огнетрубных котлах горячие дымовые газы проходят внутри дымогарных труб, снаружи омываемых водой. В водотрубных котлах по водогрейным трубам движется вода и пар, а снаружи они омываются горячими газами. В комбинированных котлах сочетаются элементы конструкции огнетрубного и водотрубного котлов — в одной части поверхности нагрева газы движутся внутри труб, а снаружи их омывает вода, в другой части по трубам циркулирует вода, а газы омывают их снаружи.
Современный котел состоит из следующих основных узлов: корпуса с развитой поверхностью нагрева; каркаса и фундамента; обмуровки; изоляции и обшивки; внутрибарабанного устройства; водяного экономайзера; пароперегревателя и пароохладителя; топки с топочным устройством; воздухоподогревателя с воздухопроводами; дымоходов с дымовой трубой; арматуры и контрольно-измерительных приборов.
В состав судовой котельной установки обычно входят несколько паровых котлов. Обеспечение их нормальной работы осуществляется при помощи следующих систем: питания, топливоподачи, воздухоподачи и удаления газов, продувки, водообработки, сажеобдувки, контроля, регулирования и управления. Работа каждой системы обеспечивается различными механизмами и устройствами, которые выполняют определенные функции.

На рисунке выше дана простейшая схема парового водотрубного котла, работающего на жидком топливе, с воздухоподогревателем, экономайзером и пароперегревателем. Котел состоит из водяного 2 и пароводяного 14 барабанов, соединенных между собой водогрейными трубами 3.
Топка котла предназначена для сжигания топлива Т в потоке воздуха В. Она состоит из топочного пространства (топочной камеры) / и топочного устройства 15. Тепло газов передается воде в топке и газоходах 5, которые предназначены также для направления потока газов в дымоход, расположенный за хвостовой поверхностью нагрева и заканчивающийся дымовой трубой, через которую газы Г отводятся в атмосферу. Хвостовые поверхности нагрева в виде экономайзера и воздухоподогревателя являются важными элементами современных судовых паровых котлов, позволяющими обеспечить высокий КПД котла за счет более полного использования тепла отходящих газов, а следовательно, снижения их температуры. При установке экономайзера или воздухоподогревателя температура отходящих газов доводится до 10—160 С, а в отдельных случаях до 125—130 С, поэтому поверхности нагрева экономайзера и воздухоподогревателя работают в условиях относительно низких температур дымовых газов.
Для подогрева воздуха В, расходуемого на горение топлива,служит воздухоподогреватель 7. Подогретый воздух подается по воздухопроводу 4 к топочному устройству 15. Во время работы котла пар непрерывно отводится через главный стопорный клапан 10. Для поддержания внутри котла определенного (рабочего) уровня воды последняя постоянно подается через питательный клапан 12. Падение уровня воды ниже допустимого может привести к перегреву стенок котла, не омываемых водой, и их разрыву. Уровень воды контролируется по водоуказательным приборам 13, установленным на передней части парового котла.
В паровом котле имеются два отдельных тракта — пароводяной и воздушногазовый. Поверхность воды, разделяющая паровое и водяное пространства в котле, называется зеркалом испарения.
В процессе эксплуатации может произойти повышение давления в котле сверх расчетного (допустимого). Для предотвращения аварии, которая может в этом случае произойти, на паровом котле устанавливается предохранительный клапан 11. Контроль за давлением пара в котле осуществляется по манометру 9.
Перечисленные выше элементы котла являются минимально необходимыми для обеспечения длительного производства пара.
Для повышения экономичности работы паросиловой установки используют перегретый пар, для получения которого служит пароперегреватель 6, расположенный в газоходе котла. С этой целью питательную воду, поступающую в котел, предварительно подогревают в экономайзере 5, для чего используют тепло дымовых газов. Экономайзер также устанавливается в газоходе котла. Питательная вода может предварительно подогреваться в водоподогревателях, в которых используется тепло отработавшего пара от судовых вспомогательных механизмов. Подогретая вода из водоподогревателя по трубопроводам направляется в экономайзер, где происходит дальнейший ее подогрев. Из экономайзера нагретая вода поступает в котел. Паровой котел устанавливается на фундаменте 16.

Предлагаемое читателю справочное пособие посвящено конструктивным особенностям и эксплуатационным характеристикам вспомогательных, утилизационных и комбинированных котлов применяемых на морских судах.

Представленный материал в достаточной степени освещает арматуру и элементы указанных котлов, водные режимы, водоконтроль, водообработку котельной и питательной воды, а также освидетельствование котлов классификационными обществами.

Учитывая, что в данном справочном пособии рассмотрены конструкции вспомогательных и утилизационных котлов с дизельными установками, выпускающимися различными заводами-изготовителями, приведены основные данные о наиболее распространенных системах глубокой утилизации тепла выпускных газов дизелей.

Главная парогенераторная установка речного или морского судна используется в качестве основного силового агрегата и приводит в движение гребные винты корабля. Однако этим использование пара на борту не ограничивается. К числу необходимого оборудования относятся также вспомогательные судоходные паровые котлы. Они есть даже на тех судах, которые работают от других видов двигателей и обеспечивают потребителей паром и горячей водой, а также используются для решения десятков других задач.

Назначение вспомогательных паровых котлов на судне

Вспомогательные паровые установки, как это следует из названия, не принимают непосредственного участия в движении судна. Они производят необходимое количество пара и (или) горячей воды для решения следующих задач:

Обеспечение непрерывного функционирования главной силовой установки корабля. С помощью пара из вспомогательного котла подогреваются топлива и масла, которые используются во время работы двигателя судна. Кроме того, пар используется для нагрева кингстонов, через которые в балластные цистерны поступает забортная вода, и для выполнения других технологических процессов.
Обеспечение потребителей паром и горячей водой во время стоянок, когда главная паровая установка не работает. На судах с паровыми двигательными установками часть пара уходит для питания потребителей на борту. В портах, где главный котел не работает, эту часть его функций выполняет вспомогательный парогенератор.
Обеспечение нужным количеством пара и горячей водой бытового хозяйства корабля. Вспомогательный парогенератор используется для отопления жилых и технических помещений судна, подогрева воды для мытья, нагрева пищи в камбузе, стирки белья в прачечных и многого другого.
Подогрев цистерн с нефтью или другими подобными материалами на танкерах. Производимый парогенераторами пар направляется в трубопроводы, которые опоясывают емкости судна. Благодаря этому нефть, мазут или другой груз приобретает нужную текучесть, что обеспечивает нормальную разгрузку танкера. Кроме того, пар может использоваться для удаления парафиновых отложений на стенках танков.
Обеспечение нужного микроклимата в трюмах корабля, который перевозит особые виды грузов. Пар из вспомогательных котлов используется для отопления трюмов в случае, если для сохранности груза необходима конкретная температура перевозке домашнего скота.
Обеспечение технологического процесса на промысловых судах, которые одновременно перерабатывают добытую рыбу в готовую продукцию. Пар используется для стерилизации и обработки емкостей, приготовления добытой рыбы перед консервацией и решения многих других задач.

В некоторых случаях необходимость в дополнительном паре на судне настолько высока, что мощность и производительность вспомогательных котлов едва ли не превосходит эти показатели у основной силовой установки. Например, мощность парогенераторов на крупных рыболовных судах достигает 35 тонн пара в час.

Разновидности вспомогательных паровых котлов на судне

Вспомогательные судовые котлы делятся на группы по определенным критериям классификации. Остановимся только на самых важных из них:

По способу использования. Существуют автономные котлы, которые используют для подогрева воды собственную топку, вентиляционную систему и прочее оборудование. Второй вариант – утилизационные котлы, которые для превращения воды в пар используют отработанные газы основной топливной установки (ДЭУ или ГТУ). На судах устанавливаются также комбинированные варианты, которые используют собственную топку на стоянке.
По конструкции. В судостроении применяются огнетрубные котлы (когда разогретый пар или горячая вода движутся по трубам, которые нагреваются снаружи горячими газами) и водотрубные котлы (в них теплоноситель разогревается также горячей водой, которая омывает трубопровод снаружи). Существуют также комбинированные установки, у которых имеются участки, нагреваемые газами и водой.

Вспомогательные котлы, несмотря на название, играют далеко не второстепенную роль на судне. Поэтому важно выбрать надежную парогенераторную установку, которая требует как можно меньше обслуживания и производит нужное количество пара, потребляя минимум топлива.

Читайте также:

Виды котлов на судах

Оглавление

Принцип действия паровых котлов.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Назначение вспомогательных паровых котлов на судне

Разновидности вспомогательных паровых котлов на судне