Парокотельная установка судна

Парокотельная установка судна

1.  Состав судовой котельной установки

Суда, на которых в качестве главных (основных) двигателей установлены паровые машины или турбины, называются пароходами, а силовая установка - паросиловой.

Паросиловая установка представляет собой совокупность ряда устройств и механизмов, которые предназначены для преобразования тепловой энергии, получаемой при сжигании топлива, в механическую энергию движения судна.

Основными элементами судовой паросиловой установки являются: котельная установка, служащая для получения водяного пара; главная паровая машина или турбина, служащая для преобразования тепловой энергии водяного пара в механическую, которая используется для приведения в действие судового движителя (гребного винта); вспомогательные устройства, системы и механизмы, предназначенные для обеспечения работы котла и главной машины.

Судовая котельная установка состоит из котельных агрегатов и вспомогательных устройств для их обслуживания (фильтров, насосов, дымовой трубы и т. д.); она располагается на судне в одном или нескольких котельных отделениях. Котельный агрегат представляет собой единую конструкцию, объединяющую паровой котел, топочное устройство, пароперегреватель, воздухоподогреватель, экономайзер.

Элементы судовой котельной установки делятся на основные и дополнительные. К основным относятся такие, без которых котельная установка не может работать, а именно:

паровой котел - устройство, в котором происходит преобразование воды в водяной, пар;

топка и топочное устройство, служащие для сжигания топлива;

газоходы и дымовая труба, отводящие продукты сгорания топлива из топки;

питательные средства, служащие для подачи воды в котел;

арматура и основные измерительные приборы (стопорный и предохранительный клапан, водоуказательные приборы, питательный клапан).

К дополнительным элементам, которые встречаются не у всех котельных установок, относятся:

водяной экономайзер - устройство для подогрева воды, подаваемой в котел, за счет теплоты уходящих из котла газообразных продуктов сгорания топлива;

пароперегреватель - устройство для, перегрева насыщенного пара, полученного в котле;

воздухоподогреватель - устройство для подогрева воздуха перед его поступлением в топку котла;

устройства для создания тяги: дымососы, вентиляторы, пароструйные дутьевые аппараты и т.д.;

системы автоматического регулирования работы котельной установки.

Пар, вырабатываемый судовой котельной установкой, используется:

в главных машинах или турбинах, служащих для вращения гребных винтов;

во вспомогательных механизмах, установленных в машиннокотельном отделении (паровой динамомашине, циркуляционном насосе и т. д.);

для подогрева груза (нефти, мазута), обогрева помещений;

на бытовые нужды (баню, прачечную, камбуз и т. д.).

Тип судовой котельной установки определяется конструкцией установленных паровых котлов, видом сжигаемого топлива, мощностью, параметрами пара (давление и температура) и рядом других факторов.

2. Принцип действия парового котла и его характеристики

Паровым котлом называется агрегат, предназначенный для непрерывного производства (генерации) пара за счет превращения какого-либо вида энергии в тепловую. Для получения пара может быть использована химическая энергия топлива (обычные паровые котлы), атомная энергия (атомные котлы) или электроэнергия (электрокотлы).

Электрокотлы устанавливают на морских судах в единичных случаях и они не представляют интереса для судовых машинных команд. В обычных паровых котлах пар образуется в результате передачи тепла, возникающего при горении топлива, рабочему веществу, которым служит вода.

В котлоагрегате непрерывно происходят следующие процессы, в результате которых осуществляется непрерывное производство водяного пара в котле:

топочный - горение топлива в топке котла;

аэродинамический - подача в топку воздуха и удаление из газоходов газообразных 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.

Все паровые котлы делятся на огнетрубные, водотрубные и комбинированные. В огнетрубных котлах горячие газы проходят внутри труб, а вода находится между ними; в водотрубных газы омывают трубы снаружи, а внутри труб перемещается нагреваемая среда - вода и пар; в комбинированных сочетаются элементы конструкции водотрубного и огнетрубного котлов.

3. Классификация паровых котлов и предъявляемые к ним требования

Специфические условия морского плавания, большое разнообразие типов судов и районов их плавания, различная мощность силовой установки и другие факторы обусловили появление паровых котлов самых разнообразных типов и конструкций.

Морские паровые котлы можно классифицировать по ряду признаков:

по типу омывания поверхности нагрева газами - огнетрубные, водотрубные и комбинированные;

по назначению - главные паровые котлы, вырабатывающие пар, используемый в главных машинах или турбинах; вспомогательные, устанавливаемые на судне для вспомогательных целей - (отопления судовых помещений, обогрева судовых систем, разогрева груза и т. п.);

по давлению пара - котлы низкого, среднего, повышенного и высокого давления. Однако необходимо отметить, что этот вид классификации весьма неточен и может меняться с развитием котельной техники. Например, в морском котлостроении котлы, вырабатывающие пар давлением ниже 15 - 22 атм, называют котлами низкого давления, до 32 атм - среднего, от 32 до 64 атм повышенного и более 64 атм - высокого. В стационарных же установках все эти котлы считаются котлами низкого или среднего давления;

по виду сжигаемого топлива - котлы, работающие на жидком топливе, на твердом, и утилизационные котлы, работающие на отходящих газах двигателей внутреннего сгорания;

по типу цикуляции пароводяной смеси - котлы с естественной и искусственной (принудительной) циркуляцией.

В настоящее время в качестве главных котлов получили наибольшее распространение водотрубные котлы, работающие на жидком топливе. Они имеют меньший вес по сравнению с ранее применявшимися огнетрубными котлами и более экономичны в эксплуатации.

Основные характеристики ВПК следующие: паропроизводительность D-количество производимого пара в единицу времени, кг/с; рабочее давление пара p - избыточное давление в пароводяном коллекторе (сепараторе), МПа; температура перегретого пара на выходе из пароперегревателя t_пп, ⁰С; температура питательной воды на входе в экономайзер или в пароводяной коллектор (сепаратор) при отсутствии экономайзера t_пв, ⁰С; расход топлива B, кг/с; коэффициент полезного действия (КПД) , представляющий собой отношение полезно используемой теплоты к теплоте, которая выделяется при полном сжигании топлива, израсходованного за тот же промежуток времени, в долях единицы или в процентах; масса ПК без воды (сухая масса) G_с и с водой G_c + G_в, кг.

Для сравнительной оценки ПК пользуются удельными характеристиками, к которым относятся: удельный паросъём d =D/H_п, кг/(м²с), где H_п - парообразующая поверхность нагрева с поверхностью экономайзера (если он имеется); относительная масса g_c = G_c/D, кг/(кг/с); относительное водосодержание g_в = G_в/D, кг/(кг/с) - отношение массы воды в ПК к паропроизводительности; относительный объём  = V/D, м³/(кг/с), представляющий собой отношение объёма ПК к его паропроизводительности.

При определении этих характеристик за величину D принимают номинальную паропроизводительность, т.е. наибольшую паропроизводительность, которую ПК может устойчиво обеспечить в течение длительного периода.

К паровым котлам морских судов предъявляется ряд особых требований. Паровой котел должен обладать достаточно высокой надежностью, иметь простую и удобную в обслуживании конструкцию и наивысшую экономичность при возможно меньших габаритах и весе. Стоимость постройки и эксплуатационные расходы должны быть невысокими. Перечисленные требования могут быть удовлетворены лишь в том случае, если котел выбран в соответствии с назначением судна и типом паросиловой установки.

На рисунке 1.1. в координатах sT (s - удельная энтропия, Дж/(кг×К); T - абсолютная температура, К) изображён термодинамический цикл паротурбинной установки (ПТУ). Нижняя (x=0, где x - степень сухости) и верхняя (x=1) пограничные кривые соответствуют состояниям насыщения кипящей воды и сухого водяного пара при различных давлениях. Изобарический процесс 1-2-3-4 (p₁=p₂=p₃=p₄; p₁=const) реализуется в пароводяном тракте котла. Он состоит из более простых процессов: подогрева питательной воды до состояния, близкого к состоянию насыщения при давлении в котле (линия 1-2); подогрева воды до кипения и образования влажного насыщенного пара, степень сухости которого близка к единице (линия 2-3); подсушки и перегрева пара (линия 3-4).

Рис.1.1. Термодинамический цикл паротурбинной установки.

Процессы превращения воды в перегретый пар происходят соответственно в экономайзере (линия 1-2), в испарительной поверхности нагрева (линия 2-3) и в пароперегревателе (линия 3-4) парового котла.

Цикл ПТУ, изображённый на рисунке 1.1. включает в себя процессы, происходящие не только в котле, но и в других элементах СЭУ: 4-5 - адиабатное расширение пара в турбине; 5-6 - изобарно-изотермический процесс конденсации пара в конденсаторе; 6-7 - адиабатный процесс в насосах; 7-1 - изобарный процесс подогрева питательной воды в деаэраторе.

Энергетическая установка предназначена для обеспечения движения и маневрирования корабля, снабжения всех потребителей электроэнергией, паром, водой, холодом и сжатым воздухом.

В состав энергетической установки входят следующие элементы:

главная энергетическая установка;

электроэнергетическая установка;

вспомогательная энергетическая установка;

механизмы общекорабельного назначения.

Энергетическая установка выполнена с эшелонным расположением. В носовой эшелон входят:

носовое МКО;

носовая электростанция;

отделение вспомогательных механизмов.

кормовое МКО;

помещение кормовых генераторов;

кормовая электростанция.

Главная энергетическая установка состоит из двух турбокотельных комплексов и валопровода с винтами. В состав каждого турбокотельного комплекса входят один ГТЗА и два главных котла с обслуживающими их механизмами, аппаратами и системами.

Турбокотельный комплекс правого борта размещён в носовом МКО, турбокотельный комплекс левого борта - в кормовом МКО. Каждое МКО имеет главный вход из коридора на второй палубе и выход на вторую палубу из ПДУ, вход в ПДУ предусмотрен из МКО. Каждое МКО имеет аварийный выход через шахту естественной вентиляции.

Электроэнергетическая установка размещена в носовой и кормовой электростанциях и в помещении кормовых генераторов. Носовая электростанция расположена между второй и третьей палубами. Помещение кормовых генераторов расположено под третьей палубой.

В носовой электростанции расположен турбогенератор и главный распределительный щит, в помещении кормовых генераторов расположен турбогенератор, главный распределительный щит расположен в кормовой электростанции. Дизель-генераторы (по два) расположены в отдельных выгородках носовой электростанции и помещении кормовых генераторов, пульты управления ДГ расположены в помещениях носовой и кормовой электростанций. Носовая электростанция имеет главный вход у носовой переборки со 2 палубы и аварийный выход через люк на вторую палубу.

Помещение кормовых генераторов имеет главный вход с третей палубы и аварийный выход через люк на третью палубу из выгородки ДГ в помещение кормовой электростанции.

Вспомогательная энергетическая установка.

В состав вспомогательной энергетической установки входят:

) вспомогательная котельная установка, которая размещена в отделении вспомогательных механизмов, расположенном под носовой электростанцией. Отделение вспомогательных механизмов имеет главный вход из тамбура с левого борта и аварийный выход через люк в носовую электростанцию с правого борта;

) вспомогательные конденсационные установки, которые размещены в отделении вспомогательных механизмов и в помещении кормовых генераторов;

) водоопреснительные установки, которые размещены в отделении вспомогательных механизмов и в помещении кормовых генераторов.

Пост энергетики и живучести размещён на второй палубе в районе носового МКО.

Посты дистанционного управления машинно-котельной установкой размещены в герметичных кабинах, расположенных в МКО. В ПДУ размещены пульты управления и щиты теплоконтроля главных котлов и ГТЗА. В ПДУ кормового МКО размещён запасной ПЭЖ. Водохимическая лаборатория размещена рядом с ПЭЖем. Вход в ПЭЖ и ВХЛ раздельный из одного тамбура.

Запасные части и специнструмент размещены в качестве одиночного комплекта ЗИП.

Механическая мастерская расположена на левом борту, между второй и третьей палубами. В мехмастерской установлены:

токарно-винторезный станок;

вертикально-сверлильный станок;

точильно-шлифовальный станок;