7.3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ВОДОТРУБНЫЕ КОТЛЫ. Комбинированный судовой котел

7.3 Вспомогательные водотрубные котлы

определяемыми тепловосприятием отдельных труб. Дроссельные шайбы засоряются в эксплуатации, что может привести к пережогу труб. Неэффективно также использование защитных фильтров перед дроссельными шайбами. Котлы с искусственной циркуляцией не получили широкого распространения, применяют их только в качестве вспомогательных на судах зарубежной постройки (см. далее - котлы типа Клайтон). Что касается котлов Велокс, то из-занизкой надежности их на морских судах не применяют.

Как показывает опыт стационарной практики, у прямоточных котлов возможностей больше, чем у агрегатов с искусственной циркуляцией: нет громоздких пароводяных и водяных барабанов, так как отсутствует многократная циркуляция воды; парообразование и перегрев пара происходят в результате последовательного движения воды, пароводяной смеси и пара в отдельных элементах трубных пакетов.

Основные достоинства прямоточных котлов - малые габариты, простота конструкции и невысокая стоимость постройки. Наряду с этим они имеют весьма серьезные недостатки: обладают повышенной чувствительностью к качеству питательной воды и, главное, для их нормальной работы требуется строгое соответствие между паропроизводительностью, тепловосприятием поверхностей нагрева и количеством подаваемой питательной воды. Обеспечить это соответствие в эксплуатации исключительно трудно, поэтому прямоточные агрегаты не получили пока применения на судах.

Котлы с угольным отоплением. В связи с тем что в мировой практике имеется довольно существенная разница в ценах на жидкое и твердое топливо, в некоторых странах появилась тенденция использовать угольное топливо для судовых котлов. При этом предполагается, что турбинные суда, оборудованные котельными установками с угольным отоплением, даже при более высокой стоимости постройки будут иметь меньшие эксплуатационные расходы. В нашей стране также уделяется внимание вопросу использования угольного топлива в СЭУ.

Общая конструктивная компоновка водотрубных котлов с естественной циркуляцией, предназначенных для работы на угле, может не претерпеть существенных изменений. Однако серьезные трудности будут вызваны необходимостью создания надежных механических топочных устройств с автоматизацией процесса сжигания угля. Принимая во внимание назначение книги, можно лишь указать на возможные принципы организации топочных процессов механизированного сжигания угля. Следует отметить механические топки с цепными решетками, с забрасывателями (простыми

ипневмомеханическими), шурующими планками, с кипящим слоем и циклонные.

Вмировой практике уже имеется несколько паротурбинных судов с угольным отоплением, которые эксплуатируются на определенных линиях, обеспечивающих надежную бункеровку судов на специально оборудованных угольных базах.

Общие сведения. Выбор основных показателей вспомогательных и утилизационных котлов полностью определяется составом и техническими характеристиками судовых потребителей пара, которые, в свою очередь, зависят от назначения судна, типа главного двигателя, района плавания и других факторов. Кроме того, тип вспомогательного котла во многом зависит от того, в какой стране и какой фирмой строилось судно. В состав морского транспортного флота входят суда, построенные не только отечественной промышленностью, но и многими зарубежными фирмами. Все это и предопределило исключительно большое разнообразие (более 50) марок вспомогательных котлов, установленных на эксплуатирующихся судах. Подробно анализировать конструктивные особенности всех разновидностей котлов нецелесообразно, поэтому здесь будут рассмотрены только те котлы, которые нашли самое широкое распространение, а также некоторые оригинальные конструкции котлов.

Котлы отечественной постройки. Водотрубные вспомогательные котлы отечественной постройки можно условно разделить (в хронологическом порядке) на 4 группы.

Водотрубные вспомогательные котлы типов КВВ и КВС постройки 50 - 60-хгодов (средний возраст 26 лет) составляют всего 5 % общего-числакотлов, в настоящее время их не выпускают. Корпус котлаКВС-30/ПА(рис. 7.3, о) имеет два контура циркуляции: первый контур образован подъемными трубами 6 экрана, опускными трубами 7, водяным коллектором 5 и пароводяным ба-

рабаном 1. У второго контура подъемные 2 и опускные 3 трубы, соединяющие водяной коллектор 4 и пароводяной барабан 1, являются обогреваемыми

Котел оборудован двумя горелками с паромеханическими форсунками. В 60-хгодах отечественная промышленность выпускала более совершенные вспомогательные котлы типа КВВА (16 % общего числа эксплуатирующихся котлов), которые строили в соответствии с типоразмерным рядом. Паропроизводительность котла1-12т/ч при давлении пара 0,5; 1,5 и 2,8 МПа. Такими котлами оборудованы суда типов "Баскунчак", "Славянск", "Петрозаводск", "Петрокрепость", "Светломор", "Советский воин", "Великий Октябрь", "Капитан Кушнаренко" и др.

Корпус котла КВВА 2,5/5 (установлен на судах типа "Капитан Кушнаренко") имеет один контур циркуляции, образованный опускными трубами 2 (рис. 7.3, б), подъемными трубами 3 экрана и трубами б конвективного парообразующего пучка, водяным коллектором 5 и пароводяным барабаном 1. Топочное устройство состоит из двух горелок 4 с паромеханическими форсунками. За конвективным пучком 6 в начале дымохода расположены змеевики 7 подсушки пара, идущего к паромеханическим форсункам.

Рис. 7.3. Принципиальные схемы вспомогательных водотрубных котлов.

За длительный период эксплуатации (средний возраст котлов КВВА около 23 лет) выявлены серьезные недостатки систем автоматического регулирования котлов, что явилось основной причиной прекращения их постройки.

Дальнейшим развитием котлов типа КВВА (поскольку собственно котел, без САР, обладает высокой надежностью) явилась разработка в начале 70-хгодов нового типоразмерного ряда вспомогательных водотрубных котлов типа КАВ (в настоящее время они составляют более 10 % всех эксплуатирующихся котлов). Паропроизводительность котла 1,6 - 16 т/ч при давлении пара 0,5 - 0,7 и 1,5 - 1,6 МПа.

Котлами типа КАВ оборудованы суда серий "Александр Фадеев", "Сестрорецк", "Иван Скуридин", "Николай Жуков", "Зоя Космодемьянская", "Герои Панфиловцы" и др. Например, вспомогательная котельная установка лихтеровозов типа ЛЭШ "Алексей Косыгин" состоит из двух вспомогательных котлов КАВ 4,0/7 и двух утилизационных КУП 1500Р и обеспечивает паром утилизационный турбогенератор мощностью 800 кВт (на ходовом режиме) и другие потребители. Судно имеет двухвальную установку с двумя двигателями 7ДКРН80/160-4,суммарная мощность кото-

рых 24,7 тыс. кВт обеспечивает скорость хода 17,5 уз.

Компоновка котла КАВ такая же, как и КВВА. Это двухколлекторный однопроточный котел (рис. 7.3, в), имеющий один контур циркуляции: опускные трубы 2 - коллектор 4 - подъемные трубы 3 и 5 - барабан 1. В котле большой паропроизводительности предусматриваются хвостовые поверхности нагрева. Главное отличие котла КАВ от КВВА заключается в более высоком водосодержании вследствие увеличения диаметра пароводяного барабана, а также в связанном с этим некоторым упрощением систем автоматического регулирования (а следовательно, и повышением надежности). Котлы типа КАВ полностью автоматизированы и рассчитаны на обслуживание без постоянной вахты. В настоящее время это основной тип отечественных вспомогательных водотрубных котлов небольшой паропроизводительности.

Отечественная промышленность выпускает вспомогательные водотрубные котлы типа KB большой паропроизводительности для специализированных крупнотоннажных судов типов "Крым", "Борис Бутома", "Победа". Основные конструктивные особенности такого котла определяются тем опытом, который накоплен при создании главных котлов типа КВГ для серийных паротурбинных судов. Котел типа KB является двухбарабанным с односторонним ходом газов. Он состоит из унифицированных узлов топки, конвективных пучков парообразующих труб, барабанов и коллекторов, пароперегревателей и хвостовых поверхностей нагрева. В котле используются эффективные паромеханические горелки отечественного производства.

Вспомогательный котел КВ35 (рис. 7.3, г), явившийся прототипом всех котлов типа KB, установлен на первых танкерах типа "Крым". Он оборудован газовым воздухоподогревателем 7. Паропроизводительность котла 35 тыс. кг/ч, пар насыщенный давлением 2,65 МПа. Компоновка котла является традиционной для отечественного котлостроения - контур циркуляции: опускные трубы 2 - водяной коллектор 4 - подъемные трубы 3 и 6 — барабан /. В водяном коллекторе размещен подогреватель 5 для поддержания котла в готовности (на ходу).

С использованием унифицированных узлов созданы котлы типа KB, различающиеся отдельными техническими решениями, продиктованными условиями эксплуатации на тех судах, где они должны быть установлены. Это положение наглядно иллюстрируется принципиальной схемой различных модификаций компоновок котлов КВ.

Для последующих танкеров серии "Крым" были построены модернизированные котлы КВ35-1(рис. 7.4, а), отличающиеся от КВ35 наличием двухсекционного змеевикового пароперегревателя 3 в газоходе за конвективным пучком парообразующих труб 4 перед одноходовым газовым воздухоподогревателем 1 с вертикальным расположением труб и продольной перегородкой 2 для предотвращения их автоколебаний. Это позволило повысить КПД котла с 85 % (у КВ35) до 91 %. Для поддержания котла в горячем резерве в водяном коллекторе 5 размещен водоподогреватель б, в котором используется греющий пар из главного котла. В этом котле, как и ранее, предусмотрены четыре горелки 7 с паромеханическими форсунками.

На морском флоте эксплуатируются балктанкеры типа "Борис Бутома", которые предназначены для перевозки наливных и навалочных (насыпных) грузов (дедвейт 109,6 тыс. т, водоизмещение около 133 тыс. т при осадке 15,65 м; скорость в полном грузу 15,3 уз; главный дизель 9ДКРН84/180-3мощностью 15530 кВт). Вспомогательная котельная установка состоит из трех агрегатов: КВ1, КАВ6.3/7 и КУП1100. Основное назначение вспомогательного котла КВ1 - обеспечить паром турбинные приводы двух грузовых и двух зачистных насосов, а также систему обогрева грузов. Паропроизводительность котла 35 тыс. кг/ч при рабочем давлении 2,7 МПа. Расход топлива (мазут 40) при этой нагрузке 2430 кг/ч. Котел по пространственной компоновке подобен котлуКВ35-1,но в нем на месте пароперегревателя установлензмеевико-выйдвухсекционный экономайзер 2 (рис. 7.4, б). Воздухоподогреватель 1-двухсекционный(каждая секция трехпроточная по ходу газов), обеспечивает подогрев воздуха до 120 'С. Кроме того, у котла КВ1 уменьшено число горелок 7 с четырех (как уКВ35-1)до двух. Для уменьшения вибрации парообразующих труб 4 предусмотрено их крепление - гребенка 3. Водоподогреватель 6 в водяном коллекторе 5 используется для подогрева воды перед экономайзером. Благодаря увеличению поверхности нагрева воздухоподогревателя и снижению коэффициента избытка воздуха до 1,1 КПД повышен до 95 %. Однако применение малых избытков воздуха обусловлено не стремлением повысить КПД, а возможностью использовать уходящие продукты сгорания котла в системе инертных газов для создания взрывобезопасной среды в танках, где содержание кислорода по объему не должно превышать 5

%. Попадание паров нефтепродуктов в газоход вспомогательного котла по трубопроводу системы инертных газов предотвращается специальным водяным затвором.

Рис. 7.4. Принципиальные схемы новых отечественных вспомогательных водотрубных котлов типа КВ.

На втором судне серии "Борис Бутома" балктанкере "Академик Сеченов" установлен модернизированный вспомогательный котел КВ1-1(рис. 7.4, в), отличающийся от КВ1 наличием вертикального двухколлекторного пароперегревателя 2 за конвективным пучком парообразующих труб 4. Гребенка 3 предотвращает касание труб перегревателя и парообразующих труб. При этом воздухоподогреватель 1 остался таким же, как у КВ1. Экономайзер и водоподогреватель в водяном коллекторе 5 отсутствуют. Кроме того, КПД котлаКВ1-1на 2 % ниже, а паропроизводительность на 5000 кг/ч меньше, чем у КВ1.

Еще одну модификацию котлов KB представляют котлы КВ2 (рис. 7.4, г), установленные на танкерах типа "Победа" (два котла). Главный двигатель 7ДКРН80/160-4мощностью 12360 кВт обеспечивает судну дедвейтом около 68 тыс. т скорость 15,8 уз. Основной конструктивной особенностью котла является применение двухколлекторного петлевого пароперегревателя 2, поверхность которого выполнена из одного ряда петель. Воздухоподогреватель 1 - односекционный, одноходовой по воздуху и газу. В остальном компоновка котла КВ2 практически не отличается от котла KB, нопаропроиз-водительностьего 25 тыс. кг/ч при давлении пара 1,75 МПа и КПД 84 %.

Рис.7.5. Вспомогательный водотрубный котел КВ5 с полностью экранированной топкой.

Дальнейшее развитие мощных вспомогательных водотрубных котлов типа KB идет по принципиально новому направлению в общей компоновке поверхностей нагрева, которое преследует цель снижения удельных массовых и габаритных показателей. Убедительным подтверждением этого положения является общая компоновка вспомогательного водотрубного котла КВ5 (рис. 7.5), который должен устанавливаться на последующих специализированных судах, подобных танкеру "Победа".

Главная особенность компоновки котла заключается в том, что продукты сгорания в конце топки делают поворот на 180 в горизонтальной плоскости и движутся к переднему фронту, омывая трубы конвективного пучка 16 и пароперегревателя 14 , а затем поворачивают на 90 в вертикальной плоскости и направляются вверх в дымоход 13. Для организации такого движения дымовых газов предусмотрена сплошная экранная стенка 12, которая заканчивается перед сечением 3 для выхода газов из топки в конвективный пучок труб 16. Топка полностью экранирована трубами 4, 6,9 и 12. Фурма 11 представляет собой кольцевую трубу (тор), в верхнюю и нижнюю часть которой вварены трубы 9 экрана, т. е. фурма становится охлаждаемой, поскольку является составной частью экрана.

Следует отметить оригинальную конструкцию заднего 4 и переднего 9 экранов, которые не имеют водяных экранных коллекторов. Их заменяют нижние наклонные части труб 5 и 7, в которые вварены нижние концы экранных труб 4 и 9. Верхние концы экранных труб вварены в верхние наклонные части тех же труб 5 и 7, которые также являются подъемными. Экраны выполнены из труб диаметром 50x5 с плавниками или приваренными полосами. Таким образом, вода из водяного коллектора 1 поступает в трубы 5 и 7 большого диаметра, затем часть воды раздается по трубам экранов, а остальная часть движется по трубам 5 и 7, где происходит парообразование. Пароводяная смесь из экранных труб 4 к 9 выходит в верхнюю часть труб 5 и 7, где смешивается с пароводяной смесью, образованной собственно в этих трубах, и поступает в пароводяной барабан 18. Подобное техническое решение обладает тем существенным достоинством, что охлаждаемые трубы 5 и 7 большого диаметра в углах топки обеспечивают достаточно хорошую ее герметичность, не допуская прогаров изоляции и прорыва газов в межобшивочное пространство (и, возможно, в котельное отделение).

Корпус котла имеет один контур циркуляции, в котором подъемными являются трубы заднего 4, бокового 6 и переднего 9 экранов, экранной стенки 12 и конвективного пучка 16, а опускные трубы 2 и 8 расположены в межобшивочном пространстве 15 по четыре с фронта и задней стенки котла.

Пароперегреватель состоит из одного вертикального ряда труб 20 диаметром 50x5, приваренных к верхнему 17 и нижнему 19 коллекторам. В верхнем коллекторе (куда подводится насыщенный и отводится перегретый •пар) имеется поперечная перегородка, что позволяет обеспечить скорость пара в трубах пароперегревателя около 15 м/с. Воздух подается котельным вентилятором в межобшивочное пространство котла, откуда поступает к горелкам 10.

Котлы зарубежной постройки. Иногда зарубежные котлы значительно отличаются по принципам компоновки от отечественных. Как отмечалось, вторую по численности группу водотрубных котлов составляют котлы постройки бывшей ГДР. Наиболее распространенные на судах отечественного транспортного флота котлы типа "Вагнер" и современные их модификации типов

SHK, ESHK, ESH.

Котлы типа Вагнер устанавливались на судах сравнительно давней постройки ("Выборг", "Иркутск" и др.). Многолетний опыт эксплуатации позволил выявить их достоинства и недостатки. По принципу компоновки котел является двухколлекторным, вертикальным, однопроточным (рис. 7.6, а). Корпус котла состоит из одного контура циркуляции, образованного водяным коллектором 4 и барабаном 1, подъемными трубами экрана 2, экранной стенки 5 и конвективного пучка парообразующих труб 8, опускными трубами, часть которых 3 расположена за боковым экраном 2, а шесть труб большого диаметра - за пределами газохода (по три с передней и задней частей котла), Движение газов в котле организовано так же, как и в котлах типа КВ5, но здесь для обеспечения газоплотности экранной стенки устанавливают стальной лист 6. В этих котлах часто предусматривается воздухоподогреватель Я В горелках котла обычно используются форсунки 7 с вращающимися распылителями.

Рис. 7.6. Принципиальные схемы вспомогательных водотрубных котлов зарубежной постройки

Из-забольшого аэродинамического сопротивления газохода котла и необходимости создания в

топке некоторого разрежения (по условиям работы распылителей форсунки) необходимо, кроме котельных вентиляторов, устанавливать дымососы, что усложняет обслуживание и увеличивает стоимость котла. Для повышения водосодержания в котлах типа "Вагнер" используют пароводяные барабаны большого диаметра. Отсутствие жестких креплений у барабана приводит к тому, что его вибрация вызывает частые разрушения кирпичной кладки фронта и задней стенки. Это один из существенных недостатков котлов.

Развитием котлов типа Вагнер являются современные котлы типов ESHK, ESH, установленные на теплоходах "Астрахань", "Капитан Гаврилов", "Варнемюнде", "Росток", "Дмитрий Донской", "Художник Сарьян" и др. Рассмотрим особенности компоновки котла Е8Н4Д установленного на судах ро-ротипа "Астрахань", строящихся Народным предприятием "Варноверфт" в Варнемюнде. Судноро-ро(с вертикальным и горизонтальным способом грузообработки) грузовместимостью 88520-футовыхконтейнеров дедвейтом 17850 т оборудовано главным двигателем МАИ марки K5SZ70/125B мощностью 7600 кВт и имеет скорость 15,7 уз.

Рис. 7.7. Вспомогательный водотрубный котел марки ESH

Движение газов в котле ESh5,0 (рис. 7.7) организовано так же, как и в котлах "Вагнер": дымовые газы движутся вдоль топки к задней стенке, в конце которой через разведенные трубы экранной стенки в топке проходят в конвективный пучок, поворачивают на 180° и движутся к фронту, где поворачивают на 90° и входят в газоход воздухоподогревателя 20, рядом с которым установлен котельный вентилятор 19.

Главной конструктивной, особенностью котлов типа ESH является оригинальная компоновка корпуса, состоящего из двух контуров циркуляции. Первый (экранный) контур циркуляции образован подъемными трубами бокового экрана 4, экранной стенки 13 и заднего экрана 5 и двумя опускными трубами 6 большого диаметра, расположенными за пределами газохода (по одной с фронта и у задней стенки) и соединяющими водяной экранный коллектор 8 малого диаметра с барабаном 1 котла. Характерной особенностью экранного контура циркуляции является наличие промежуточного пароводяного коллектора 3 малого диаметра, где собирается пароводяная смесь из труб экранов 4, 13 и отводится по трем патрубкам 2 в барабан. В экранный контур циркуляции включен задний экран 5, водяным коллектором 9 которого служит глухой отросток опускной трубы 6, вваренный в нее под углом 90°. Пароводяная смесь из труб заднего экрана 5 собирается в кольцевом пространстве 18 верхней наклонной части задней опускной трубы 17 конвективного контура циркуляции и отводится в барабан. Второй (конвективный) контур циркуляции образован двумя (по одной с фронта и задней стенки котла) опускными трубами 17 большого диаметра и слабообогреваемыми стояками 15 (вваренными в водяной коллектор 12), каждый из которых

обеспечивает подвод воды к шести наклонным (под углом 30° к горизонту) парообразующим трубам 16 неодинаковой длины. Пароводяная смесь из этих труб отводится в промежуточные Г- образные коллекторы 21, соединенные с барабаном.

Подобная компоновка обеспечивает высокую жесткость котла ESH благодаря установке четырех опускных труб б к 17 большого диаметра, соединенных двумя продольными водяными коллекторами 7 и 12 и поперечным коллектором (глухим отростком 9) заднего экрана. Кроме того, увеличился объем топки и возросла степень ее экранирования. В то же время эти котлы стали весьма чувствительными к нарушениям циркуляции, что обусловлено более высокими гидравлическими сопротивлениями подъемных труб обоих контуров из-заналичия промежуточных пароводяных коллекторов 3 и 21, а также вследствие неравномерности тепловосприятия параллельно включенных труб 5 и 16 неодинаковой длины. Каждый контур циркуляции имеет независимые клапаны нижнего продувания 8 и 11, расположенные в задних торцах продольных водяных коллекторов 7 и 12.

Следующей особенностью компоновки этих котлов является наличие стального щита 14 с вырезом в районе разводки 22 труб экранной стенки 13. Это сделано с целью обеспечить большую плотность экранной стенки. Зола и сажа могут скапливаться в зольнике 10, для очистки которого в обшивке фронта предусмотрен лаз. Котлы оборудованы горелками с механическими форсунками 23 ротационного типа.

Водотрубные вспомогательные котлы, построенные в Польше, составляют всего 2 % общего числа котлов. Их подразделяют на две группы: современные двухколлекторные вертикальноводотрубные большой паропроизводи-тельности(10-30т/ч) типа KW (на судах "Маршал Буденный" и "Маршал Гречко") и старые (возраст более 25 лет) секционные типа WB (на судах "Бауска"). Компоновка котлов типа KW подобна компоновке отечественных вспомогательных котлов типа КВ5, а конструктивные особенности секционных котлов мало отличаются от рассмотренных главных котлов этого типа (отсутствует пароперегреватель, не всегда устанавливаются хвостовые поверхности нагрева).

Особенности компоновки вспомогательных водотрубных котлов, установленных на некоторых судах зарубежной постройки, в той или иной степени подобны рассмотренным.

Взаключение рассмотрим конструктивные особенности трех водотрубных вспомогательных котлов оригинальных компоновок, применяемых на судах зарубежной постройки.

Впоследние годы финская фирма "Раума-Репола"разработала типоразмерный ряд вертикальных цилиндрических водотрубных котлов с естественной циркуляцией типа UNEX NA (рис. 7.6, б) паропроизводительностью1000-10000кг/ч (пар насыщенный) при давлении пара 0,7 МПа и КПД около 85 % (на танкерах типа "Вентспилс" постройки 1982 г. установлены котлы UNEX NA 2200). Котел состоит из водяного 7 и пароводяного 2 коллекторов с прямоугольным поперечным сечением, изготовленных в виде колец, в которых закреплены два ряда труб: первый 3 образует цилиндрическую камеру сгорания (это подъемные трубы), второй - часть труб подъемные, остальные - обогреваемые опускные трубы 4. Топочное устройство типа "Монарх" 1 установлено в верхней части по оси котла (факел направлен вниз). Огнестойкая обмуровка 8 закрывает центральный проем нижнего кольцевого коллектора, образуя под топки. Дымовые газы движутся от центра топки к каркасу обшивки б котла, омывают парообразующие трубы и отводятся в дымоход 5.

Цилиндрическую форму имеет и вертикальный водотрубный котел с принудительной циркуляцией фирмы "Клейтон" (Бельгия) паропроизводительностыо 3500 кг/ч при рабочем давлении 0,6 МПа. Котел установлен на теплоходе "Светломор-1"(Балтийское морское пароходство), построенном в 1987 г. Особенности компоновки котла хорошо видны на рис. 7.6, в. Топочное устройство 5 расположено внизу.

Экономайзерная секция состоит из пакета плоских спиральных змеевиков и расположена над секцией тоже плоских парообразующих змеевиков 2; секции включены последовательно. Парообразующие змеевики 2 тоже последовательно соединены с геликоидально-навитымитрубами, образующими цилиндрическую охлаждаемую стенку 6 топки. Для защиты этих труб от прямого излучения факела в котле предусмотрен экран 7 из хромоникелевой стали. Главной особенностью является наличие термостатического парообразующего витка 4, предназначенного для контроля

теплового состояния парообразующей части. Этот виток включен в систему защиты котла. В случае перегрева парообразующей части из-заотсутствия циркуляции тепловое расширение

термостатического витка 4 обусловливает срабатывание конечного выключателя 3 в системе электропитания быстрозапорного топливного клапана.

Наконец, конструктивные особенности еще одного котла оригинальной компоновки - водотрубного двухконтурного - показаны на рис. 7.6, г. Питательная вода по трубопроводу 6 подается в пароводяной барабан 1 второго контура. В барабане установлен греющий элемент 2, который обогревается конденсирующимся паром, поступающим по трубе 3 из пароводяного барабана первого контура. Чтобы обеспечить эффективный теплообмен в элементе 2, необходимо, чтобы давление в первом контуре было в 2,5-3раза выше, чем во втором (при рабочем давлении пара во втором контуре 1,6 МПа), что имеет место на танкерах типа "Луганск", давление греющего пара, т. е. пара первого контура, должно быть не менее 5 МПа.

Для улучшения циркуляции воды в первом контуре конденсат греющего пара отводится по трубе 5 в водяной коллектор 4. Таким образом, первый контур работает на постоянном количестве дистиллята высокого качества (утечки из контура ничтожны), что практически исключает накипеобразование. Вынос генератора рабочего пара, которым и является второй контур, из зоны высоких температур дымовых газов должен был, как предполагалось, повысить надежность всего котла. Однако, как показал опыт эксплуатации, надежность этих котлов значительно ниже, чем обычных котлов, из-заинтенсивной кислородной коррозии греющего элемента 2: полная замена змеевиков элемента осуществлялась каждые 2 - 4 года. Широкого распространения эти котлы не получили.

7.4. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ОГНЕТРУБНЬЕ КОТЛЫ

Общие сведения. Огнетрубные котлы применяют только в качестве вспомогательных. На судах морского транспортного флота используют огнетрубные котлы в основном финской постройки (более 20 % эксплуатирующихся котлов), а также отдельные котлы, построенные в нашей стране и в других зарубежных странах. Несмотря на то, что у огнетрубных котлов самые низкие показатели безопасности (в частности, самая высокая вероятность тяжелых аварий), они продолжают успешно эксплуатироваться на судах и по отзывам судовых механиков являются самыми простыми и удобными в обслуживании и обладают высокой надежностью при соблюдении правил технической эксплуатации. Обычно применяют вертикальные (около 19 %) и горизонтальные огнетрубные котлы.

Рис. 7.8. Принципиальные схемы вспомогательных огнетрубных котлов.

Вертикальные котлы. К вертикальным относятся котлы типов Линдхольмен фирмы "Вяртси-

ля" (суда "Красноград", "Краснокамск" и др.), Рапид (суда "Мичуринск"), UNEX СН различных модификаций фирмы "Раума-Репола"(суда "Норильск", "Самотлор", "Магнитогорск", "Юлиус Фучик" и др.), MVOS фирмы "Броневерск" (суда "Стахановец Котов", "Айвазовский" и др.).

Традиционной для вертикальных огнетрубных котлов является компоновка котла Линдхолъмен (рис. 7.8, а): в вертикальной цилиндрической бочке 2 размещены цилиндрические дымовая коробка 1, топочная камера 4 и дымогарные трубы 3. Агрегатированное топочное устройство прикреплено к фланцу форсуночного патрубка 5.

Типичным представителем вертикальных огнетрубных котлов, получивших распространение в последние годы (их устанавливают на судах финской постройки и в настоящее время), является котел типа UNEX CH-3800(рис. 7.8, б) паропроизводительностью 3800 кг/ч при рабочем давлении 0,7 МПа. Котел состоит из цилиндрического корпуса 1 (бочки) с наружным диаметром 2200 мм, высотой 4800 мм и толщиной стенки 11 мм. В верхнее днище толщиной 16 мм вварена дымовая коробка 2, нижний торец которой является трубной доской для вертикальных дымогарных труб 3. Цилиндрическая топочная камера 5 полностью омывается водой. Верхнее плоское днище 4 камеры является трубной доской для дымогарных труб, нижнее выпуклое днище 6 с помощью радиальных книц 8 с вырезами для циркуляции воды прикреплено к нижнему днищу 7 котла. Кницы 8 пропущены через специальные вырезы в днище и приварены к нему угловыми швами с наружной стороны. В центре нижнего выпуклого днища камеры вварен патрубок 9 для отвода топлива или гудрона, а также воды при обмывке газовой стороны поверхностей нагрева. Сбоку в бочку котла и топочную камеру вварен патрубок 11 с фланцем для установки топочного устройства.

К нижнему днищу корпуса приварена кольцевая опора Ю. В корпусе предусмотрены необходимые вырезы под лазы и приварыши для крепления арматуры и трубопроводов. Кольцевая питательная труба 12 размещена над топочной камерой по ее периферии.

Использование книц для крепления топочной камеры делает конструкцию котла излишне жесткой, что обусловливает появление усталостных повреждений его элементов. Однако из-забольшой массы и различной формы верхнего и нижнего днищ топочной камеры нагрузка на дымогарные трубы слишком велика и кницы устанавливать необходимо.

Указанный недостаток отсутствует у вертикальных огнетрубных котлов типа Кохран со сферической полностью охлаждаемой топочной камерой 1 (рис. 7.8, в) и горизонтальными дымогарными трубами 2.

В заключение отметим, что с целью интенсификации теплоотдачи от газов к стенкам в дымогарных трубах устанавливают специальные завихрители в виде ленточных или простых пружин. В огнетрубных котлах типа Спэннер, которые по компоновке полностью подобны котлам Линдхольмен, устанавливают специальные дымогарные трубы типа Свирлифло (винтообразно закрученные).

Горизонтальные котлы. К горизонтальным (их менее 4 % эксплуатирующихся котлов) относятся шотландские оборотные котлы типаРА-12польской постройки (суда "Алтай") и финские типа UNEXВН-2200(суда "Игорь Грабарь").

Корпус горизонтального оборотного котла (рис. 7.8, г) представляет собой цилиндрическую обечайку 1 (бочку) большого диаметра, внутри которой размещены топка (жаровая труба 5 с огневой камерой 4) и дымогарные трубы 6. С днищами бочки огневая камера жестко связана короткими 3 и длинными 2 связями, а также дымогарными трубами 6, Продукты сгорания из жаровой трубы попадают в огневую камеру, где происходит догорание топлива, проходят по дымогарным трубам и уходят в дымовую коробку и далее в дымоход. На фронте котла обычно устанавливают агрегатированные топочные устройства. Число жаровых труб (1-3)зависит от паропроизводительности котла.

7.5. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ОГНЕТРУБНО-ВОДОТРУБНЫЕКОТЛЫ.

На судах морского транспортного флота огнетрубно-водотрубныекотлы представлены прежде всего котлами типа VX польской постройки (на судах "Коммунист", "Николай Коперник", "Скульптор Вучетич", "Ленинская Гвардия", - "Муром", "Александра Коллонтай", "Василий Шелгунов", "Беломорсклес", "Тайшет", "Волголес" и др.). По компоновке котлы VX, a также котлы японской фирмы "Хитачи Зосен" (на сухогрузных судах типа "Омск" и щеповозах типа "Григорий

Алексеев") подобны котлам AQ-3датской фирмы "Ольборг" (на судах типа "Белорецк"). Достаточно полное представление о конструктивных особенностях котловAQ-3,VX и Хитачи Зосен дает рис. 7.9,а-в.

Рис. 7.9. Принципиальные схемы вспомогательных огнетрубно-водотрубныхкотлов.

Цилиндрический корпус разделен на две части: нижнюю 5, заполненную водой, и верхнюю 1 - пароводяную (иногда называемые нижним и верхним барабанами). Между собой обе части соединены большим числом парообразующих труб 2, примерно одна треть которых являются связными и в основном расположены кольцеобразно по периферии трубного пучка, где наблюдаются максимальные напряжения в металле трубных досок. В нижних частях размещены топочные камеры 6 колоколообразной формы. Дымовые газы из камер через расположенные в задней части камеры (по отношению к топочному .устройству) огневые патрубки 4 поступают в огневые коробки 8, откуда с помощью направляющих листов 11 распределяются в междутрубном пространстве таким образом, что равномерно омываются все парообразующие трубы 2. Отсюда газы отводятся в дымовые коробки 7 и газоход.

Следует обратить внимание и на некоторые различия в конструкциях этих котлов, имеющие принципиальное значение для обеспечения надежного процесса циркуляции. Так, в котлах AQ-3для этой цели предусмотрены две опускные трубы 9 (см. рис. 7.9, о) большого диаметра, гидравлическое сопротивление которых ничтожно мало, что положительно сказывается на процессе циркуляции при больших нагрузках котла.

Еще более успешно решена эта задача в котлах Хитачи Зосен. Одна труба 10 (см. рис. 7.9, б) большого диаметра в центре трубного пучка расположена над топочной камерой, где наиболее интенсивно парообразование и, следовательно, гидравлические сопротивления труб малого диаметра являются максимальными.

Очевидно, что в котлах типа VX, в трубных пучках которых отсутствуют и опускные трубы большого диаметра (см. рис. 7.9, е), и центральная подъемная труба, процесс циркуляции на больших нагрузках котла будет затруднен вследствие большого гидравлического сопротивления труб малого диаметра (как подъемных в центре пучка, так и опускных на его периферии). Более того, в некоторых модификациях котлов типа VX (например, VX125) огневой патрубок 3 расположен в центре трубного пучка, что смещает восходящий поток пароводяной смеси к периферии, еще более ухудшая условия работы опускных периферийных труб малого диаметра.

К огнетрубно-водотрубнымкотлам относятся и котлы Санрод (Швеция), установленные на нескольких ролкерах типа "Механик Евграфов", газовозах "Моссовет" и "Ленсовет" и продуктовозе "Новороссийск".

Суда типа "Механик Евграфов" построены в Финляндии (дедвейт 6128 т при максимальной осадке 7 м, грузоподъемность 5250 т). Главный дизель Вяртсиля - Пилстик четырехтактный, 16-

цилиндровый, нереверсивный, мощностью 5800 кВт, передаваемой через редуктор на ВРШ. На валу установлен генератор тока мощностью 640 кВт. На судне имеется один вспомогательный котел паропроизводительностью 2500 кг/ч и рабочим давлением 0,7 МПа.

Рис. 7.10. Вспомогательный котел “Санрод”.

Вогнетрубно-водотрубномкотле Санрод (рис. 7.10) в дымогарных трубах 3 большого диаметра установлены патентованные элементы Санрод. Элемент представляет собой трубу 4, наружная поверхность которой покрыта множеством приваренных шипов 5 (поперечное сечение трубы имеет солнцевидную форму, откуда и название элемента). Одним концом ошипованная труба вварена

вверхнюю часть топочной камеры 1 (как у котлов типа СРД, установленных На судах типа "Моссовет") или в нижний конец дымогарной трубы 2, а другим - в верхнюю часть дымогарной трубы. В нижний канал 2 входит вода, а через верхний б выходит пароводяная смесь в паровое пространство 7 котла. Топочная камера 1 цилиндрическая, имеет футерованный огнеупорным кирпичом под топки (в модернизированных котлах типа СРДВ топочная камера полностью охлаждается водой, как у котлов UNEX СН). В остальном конструкция котла Санрод подобна конструкциям вертикальных огнетрубных котлов. К недостаткам этих котлов следует отнести сложную технологию изготовления ошипованных труб (и высокую трудоемкость их замены при выходе из строя даже при наличии запасных элементов), а также трудность очистки от отложений золы и сажи.

Комбинированные котлы, в которых совмещены топливная и утилизационная части, на наших судах составляют примерно 5 % общего числа котлов. Комбинированные котлы могут быть водоили огнетрубными. Компоновка элементов тех и других определяется конструктивными особенностями топливной части котла.

Вкачестве примера рассмотрим компоновку огнетрубно-водотрубногокомбинированного котла типа Кларксон (рис. 7.11, а), установленного на некоторых судах нашего флота. Топливная часть котла состоит из топки 5 с топочным устройством, дымогарной трубы 3 большого диаметра,

вбоковые стенки которой вварены наперсткообразные трубы 2. Для более полного смывания газами труб 2 в центре дымогарной трубы установлен газонаправляющий цилиндр 4 (сердечник).

Дымовые газы из дымогарной трубы отводятся по центральному газоходу 1. По приемному патрубку 9 выпускные газы от главного двигателя поступают в утилизационную часть дымогарной трубы 6, в боковые стенки которой также вварены наперсткообразные трубы 2. Двигаясь вниз, дымовые газы отдают свое тепло трубам 2, затем поворачивают на 180" и поступают в кольцеобразный газоход 7, образованный центральным газоходом топливной части и центральным цилиндром 8 утилизационной части.

Топливная и утилизационная части размещены в корпусе (бочке) котла, в котором предусмотрены лазы для очистки и вырезы под арматуру и трубопроводы.

Наличие двух выпускных газоходов 1 и 7 обеспечивает как индивидуальную, так и одновременную работу топливной и утилизационной частей котла с широким диапазоном регулирования их суммарной паропроизводительности.

Рис. 7.11. Принципиальные схемы вспомогательных комбинированных котлов.

Одно из возможных конструктивных решений водотрубных комбинированных котлов приведено на рис. 7.11, б, где показана схема общей компоновки котла КВКА6/5 (котел водотрубный, комбинированный, автоматизированный, паропроизводительность топливной части 6000 кг/ч, утилизационной - 5000 кг/ч). Два таких котла установлены на газотурбинном сухогрузном судне "Парижская Коммуна", которое находится в составе морского флота уже более 20 лет. Мощность газотурбинной установки 8390 кВт обеспечивает судну скорость 18 уз.

Основная особенность котла КВКАб/5 состоит в том, что для работы турбогенератора он обеспечивает пар с небольшим перегревом. С этой целью как в утилизационной, так и в топливной частях установлены пароперегреватели соответственно 10 и 2. Поверхность нагрева топливной (161 м2) и утилизационной (632 м2) частей разделена стенкой каркаса 7.

Отработавшие газы ГТУ подводятся к патрубку 8 утилизационной части и омывают вначале трубы пароперегревателя 10 (поверхность нагрева 31,7 м2), а затем трубы пучка 12. Топливная часть состоит из подъемных труб экрана 4 и конвективного пучка 3, а также опускных труб 5. Пароперегреватель 2 (поверхность нагрева 36 м2) топливной части имеет змеевиковую конструкцию. На каждом фронте топливной части расположены по две горелки. Для всех элементов котла применены одинаковые трубы (размеры труб 29x2,5 мм), за исключением опускных труб 5 (44,5x3 мм). Пароводяной барабан 1 общий для всех частей. Топливная и утилизационная части имеют отдельные водяные барабаны соответственно 6 к 11. Для обдувки поверхностей нагрева применены устройства 9. В барабане размещен потолочный дырчатый (парозаборный) щит и другие уст-

studfiles.net

Комбинированный котел

Использование: в области теплоэнергетики, в частности судовой энергетики. Сущность изобретения: котел состоит из топливного и утилизационного участков, каждый из которых имеет газоход с входными и выходными патрубками и размещенные в газоходе водогрейные трубы, причем входной патрубок утилизационного участка снабжен газоплотной заслонкой, а трубы топливного участка отогнуты с образованием фестона. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области энергетики, в частности судовой энергетики, к котлам, генерирующим пар за счет сжигания топлива в котле или утилизации тепла отходящих газов двигателя (внутреннего сгорания или газотурбинного).

Формула изобретения

РИСУНКИ

www.findpatent.ru

Вспомогательные и утилизационные котлы морских судов Корнилов Э.В.

Многообразие конструктивных и технических решений судовых средств требует их систематизации и обобщения с целью оперативного освоения их конструкций и эксплуатационных характеристик.

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.

В целом справочное пособие "Вспомогательные и утилизационные котлы морских судов" является актуальным и весьма полезным для судовых механиков, позволяет дополнить имеющиеся знания и особенно важно - оперативно освоить конкретную котельную установку.

Учитывая, что в данном справочном пособии рассмотрены конст-рукции вспомогательных и утилизационных котлов с дизельными уста-новками, выпускающимися различными заводами-изготовителями, приве-дены основные данные о наиболее распространенных системах глубокой утилизации тепла выпускных газов дизелей.

Оно может быть рекомендовано не только судовым механикам, но и учащимся морских учебных заведений, а также слушателям курса повышения квалификации судовых механиков.

Содержание

ПРЕДИСЛОВИЕ ВВЕДЕНИЕ

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ГЛАВА 2. КОНСТРУКЦИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ОГНЕТРУБНЫХ КОТЛОВ 2.1. Горизонтально-огнетрубные котлы 2.2. Котлоагрегаты типа "Стимблок" 2.3. Котлоагрегат типа "Чифтейн" 2.4. Огнетрубные горизонтальные котлы фирмы "Спаннер". 2.5. Вспомогательный огнетрубный котел типа КБА - 0,5/5 2.6. Водогрейный горизонтальный котел марки КОАВ-200 2.7. Горизонтальный парогенератор низкого давления

ГЛАВА 3. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ОГНЕТРУБНЫЕ И ВОДОТРУБНЫЕ КОТЛЫ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ 3.1. Огнетрубный вертикальный котел КОВ-8 3.2. Вертикальный водотрубный котел марки КВЦ-15-8 3.3. Вертикальный огнетрубный цилиндрический котел типа "Кохран" 3.4. 3.4. Котлоагрегаты типа "Линдхольмен" и польской постройки типа VX 213.5. Котел типа "Ольборг AQ-3" 3.6. Котлы "Санрод" и их модификации 3.7. Вертикальные котлы фирмы "Спэннер" 3.8. Котлы "Кларксон" с наперсткообразными трубами 3.9. Вертикальные огнетрубные котлы типа "Убигау"3.10. Вертикальный парогенератор низкого давления

ГЛАВА 4. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ВОДОТРУБНЫЕ ОДНОПРОТОЧНЫЕ КОТЛЫ 4.1. Общие сведения 4.2. Водотрубный однопроточный котел типа КВВА-1,5/54.3. Водотрубный котел типа "Вагнер" 4.4. Водотрубный котел марки КВКА 6/5 4.5. Водотрубный котел "Вэпоракс" фирмы "Вэнсон" 4.6. Водотрубный котел "Стоун-Вэпор" 4.7. Водотрубный котел "Клэйтон" 4.8. Котлы "Миура" типа VWS и VW 424.9. Водотрубный котел марки КВВА 12/15, КВЫ, КВ2.4.10. Водотрубные котлы фирмы "Фостер Уилер" и "Бабкок и Вилькокс" 4.11. Секционные и углотрубные котлы

ГЛАВА 5. ВОДОТРУБНЫЕ ДВУХКОНТУРНЫЕ КОТЛЫ 5.1. Общие сведения 5.2. Двухконтурный паровой котел типа "Ольборг АТ4"

ГЛАВА 6. КОТЛЫ С ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ВОДЫ 6.1. Общие сведения 6.2. Котлы системы "Ла-Монт" с принудительной циркуляцией воды 6.3. Водотрубный котел "Лефлера" с принудительной циркуляцией пара 6.4. Термомасляный котел с принудительной циркуляцией рабочей среды (масло)

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

ГЛАВА 7. КОНСТРУКЦИИ УТИЛИЗАЦИОННЫХ ПАРОВЫХ КОТЛОВ 7.1. Общие сведения 7.2. Котлы обычного типа (без газового регулирования) 7.3. Котлы с газовым регулированием 7.4. Котлы с полным газовым регулированием 7.5. Сепараторы пара котлов с принудительной циркуляцией 7.6. Вертикальные сепараторы 7.7. Горизонтальный сепаратор

ГЛАВА 8. КОНСТРУКЦИЯ ВОДОТРУБНЫХ УТИЛИЗАЦИОННЫХ КОТЛОВ 8.1. Водотрубные утилизационные котлы с естественной циркуляцией воды 8.2. Водотрубные змеевиковые утилизационные котлы "Ла-Монт"

ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ

ГЛАВА 9. КОНСТРУКЦИЯ КОТЛОВ С КОМБИНИРОВАННЫМ ОТОПЛЕНИЕМ 9.1. Общие сведения 9.2. Комбинированные котлы типа "Кохран" 9.3. Комбинированные котлы типа "Коммодор" 9.4. Комбинированный котел типа "Ольборг AQ-5" 9.5. Комбинированный котел типа "Спэннер" 9.6. Комбинированный водотрубный котел с раздельнь поверхностями нагрева

ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ

ГЛАВА 10. СИСТЕМЫ ГЛУБОКОЙ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЬ ВЫПУСКНЫХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЕЙ

ЧАСТЬ ПЯТАЯ

ГЛАВА 11. АРМАТУРА И КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ КОТЛОВ 11.1. Общие сведения 11.2. Конструкции запорных клапанов 11.3. Конструкции питательных клапанов котлов 11.4. Предохранительные клапана 11.5. Контроль за состоянием уплотняющих поверхностей обычных и предохранительных клапанов и их гнезд 11.6. Эксплуатация и регулирование предохранитель клапанов

ГЛАВА 12. ВОДОУКАЗАТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ 12.1. Общие сведения 12.2. Приборы дистанционного указателя уровня воды котле 12.3. Устройства защиты и сигнализации по нижнему уровню воды в котле

ГЛАВА 13. РЕГУЛЯТОРЫ УРОВНЯ ВОДЫ В КОТЛЕ 13.1. Общие сведения 13.2. Внутрибарабанные паросепарирующие устройства...

ЧАСТЬ ШЕСТАЯ

ГЛАВА 14. ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА КОТЛОВ, ФОРСУНКИ 14.1. Общие сведения 14.2. Топочные устройства для сжигания мазута

ГЛАВА 15. МАЗУТНЫЕ ФОРСУНКИ КОТЛОВ 15.1. Общие сведения 15.2. Форсунки и воздухонаправляющие устройства

ЧАСТЬ СЕДЬМАЯ

ГЛАВА 16. ВОДНЫЙ РЕЖИМ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ И УТИЛИЗАЦИОННЫХ КОТЛОВ 16.1. Общие сведения 16.2. Водообработка и водный режим котлов 16.3. Водоконтроль

ЧАСТЬ ВОСЬМАЯ ГЛАВА 17. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ И УТИЛИЗАЦИОННЫХ КОТЛОВ

ГЛАВА 18. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ В РАБОТЕ КОТЛОВ 18.1. Повреждение и неисправности вертикальных цилиндрических котлов 18.1.1. Общие сведения 18.1.2. Повреждение вертикальных цилиндрических котлов

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ЛИТЕРАТУРА

www.morkniga.ru

Смотрите также

• 
  Инструкция котел термекс
• 
  Виды промышленных котлов
• 
  Котлы мг 2
• Котел пеллетный бурнит
• 
  Котел шахтный умтех
• 
  Котел пеллетный опоп
• 
  Конденсационный котел риннай
• Газовый котел вниисто
• 
  09Г2С для котлов
• 
  Котел расшифровка де
• 
  Монтаж котла беретта