-Конструкции котлов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ОДЕССКИЙ МОРЕХОДНЫЙ КОЛЛЕДЖ ТЕХНИЧЕСКОГО ФЛОТА ( ОМК ТФ)

В.Е. КРИВОЩЁКОВ

КОНСТРУКЦИЯ СУДОВЫХ ПАРОВЫХ КОТЛОВ (главных, вспомогательных, утилизационных)

Учебное пособие

Одесса - 2003

УДК 621.181:629.12(075.8)

КРИВОЩЁКОВ В.Е. КОНСТРУКЦИЯ СУДОВЫХ ПАРОВЫХ КОТЛОВ (главных, вспомогательных, утилизационных): Учеб. пособие.- Одесса: ОМК ТФ, 2003.- 27 с.

Вучебном пособии представлены основные характеристики, схемы и описание конструкции некоторых судовых главных, вспомогательных и утилизационных паровых котлов.

Представлены принципиальные схемы топливной системы и системы питательной воды.

Вприложении даны тексты по судовым паровым котлам на английском языке, упражнения для практического закрепления изучаемого материала и примеры деловой переписки по вопросам эксплуатации судовых паровых котлов.

Учебное пособие предназначено для использования курсантами стационара и студентами заочной формы обучения специальности «Эксплуатация судовых энергетических установок».

Табл. – 1. Ил. – 9. Прилож. – 1. Список литературы - 7 наименований.

Учебное пособие рассмотрено, одобрено и рекомендовано к изданию и использованию в учебном процессе цикловой комиссией специальных дисциплин Одесского мореходного колледжа технического флота, протокол № 7 от 20 февраля 2003 г.

Рецензенты: Митрюшкин Ю.Д., канд. техн. наук, преподаватель спецдисциплин высшей категории; Олевинский Е.Б., председатель цикловой комиссии, преподаватель спецдисциплин высшей категории.

© Кривощеков Владимир Епифанович, канд. техн. наук, ст. научн. сотрудник доцент Одесской национальной морской академии, преподаватель спецдисциплин 1 категории Одесского мореходного колледжа технического флота

2

КОНСТРУКЦИЯ СУДОВЫХ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

Главные котлы

Суда неограниченного района плавания с паротурбинными установками (ПТУ) комплектуются не менее чем двумя главными котлами. В ПТУ высокого давления с промежуточным перегревом пара используется блочная схема котел-турбина. В современных судовых ПТУ применяются котлы с повышенным давлением пара р = 4,0…4,5 МПа, tпе = 460…480 ° С и высоким давлением р = 8…9 МПа, tпе = 510…525° С с естественной циркуляцией и имеющие КПД 91…96%. Характеристики некоторых типов главных паровых котлов (ПК) приведены в таблице[1].

				Таблица
Марка котла	КВГ 25К	КВГ 34К		КВГ 80
Паропроизводительность, кг / с:
номинальная	6,9	9,4		22,2
максимальная
	9,0	12,5		25,0
минимальная
	1,0	1,0		1,67
Давление в паровом коллекторе, МПа	4,4	4,4		9,2
Температура перегретого пара, ° С	470	470		515
Температура после пароохладителя, ° С:
вспомогательного	260 — 330	270 — 360		440 - 480
главного	—	—		360 - 400
Температура питательной воды, ° С:
перед экономайзером	160	125		223
после экономайзера	2З0	230		247
КПД, %	93	93		96
Площадь поверхности нагрева, м3:
парообразующая	407	618		535
пароперегревателя	200	244		725 + 2000
экономайзера	263	564		985
воздухоподогревателя	684	524		2340
пароохладителя	3,6	8.2		5,0
Объем топки, м3	20,6	29,3		103,3
Объемная плотность теплового потока в топке, кВт/м3	963	942		686
Количество форсунок	6	4		4
Вязкость топлива перед форсункой, ° ВУ	2,5	2.5		2,5
Давление топлива перед форсунками, МПа	3.2	2,9		2.9
Массовый расход топлива, кг / с	0.5	0,69		1,80
Температура воздуха после воздухоподогревателя, ° С	175	130		210
Суммарное газо-воздушное сопротивление котла, Па:
номинальное	2800	2800		5000
максимальное	4300	4600		6000
Масса котла, т:
сухого	78	96		300
с водой	88	110		318
		©	Кривощёков В.Е., 2003

3

Продольный разрез главного судового котла типа КВГ 25К представлен на рис.1.

Рис. 1. Продольный разрез главного котла типа КВГ 25К

Он состоит из корпуса, пароперегревателя (ПП), экономайзера (ЭК) и воздухоподогревателя (ВП), собранных в сварном металлическом каркасе [1, 3, 4, 6]. Котел имеет два контура циркуляции. Первый контур образован боковым экраном 1, четырьмя рядами труб притопочного пучка 3 и двумя рядами не обогреваемых опускных труб 2, замкнутых на паровой коллектор 6 и экранный коллектор 17. Боковой экран выполнен сплошным, однорядным. Концы труб экрана в районе присоединения их к паровому коллектору разведены в два ряда. Опускные трубы, расположенные за боковым экраном,

также сведены в средней части в один ряд. У коллекторов установлены щиты 18,

изготовленные из жаростойкой стали, которые предотвращают нагрев опускных труб в

4

районе разведения экранных труб. Второй контур циркуляции образован тринадцатью рядами труб конвективного пучка 11 и десятью опускными трубами, расположенными в кожухе котла и закрепленными в паровом -6 и водяном - 15 коллекторах. Трубы притопочного и конвективного пучков расположены в шахматном порядке.

Трубы бокового экрана, притопочного и конвективного пучков, а также опускные трубы первого контура закрепляются в коллекторах вальцеванием. Опускные трубы второго контура циркуляции приварены к штуцерам парового и водяного коллекторов.

Паровой коллектор со штампованными днищами выполнен сварным. Обечайка коллектора сварена из двух листов разной толщины. Нижний утолщенный лист позволяет повысить прочность коллектора в местах, ослабленных отверстиями для труб. На переднем днище предусмотрено лазовое отверстие овальной формы размером ЗОО х 400 мм, позволяющее завести внутрь коллектора крышку лаза. В паровом коллекторе установлены вспомогательный пароохладитель 5, успокоительные, сепарирующие и водораздельные щиты, питательный трубопровод и система верхнего продувания.

Коллекторы экрана и конвективного пучка изготовлены из цельнокатаных труб с приваренными коваными днищами. В экранном коллекторе установлен водораздельный щит, а в коллекторе конвективного пучка — система нижнего продувания.

Пароперегреватель 14 вертикальный, петлевой, четырехходовой по пару, расположен за притопочным пучком труб. Он состоит из пяти петель с шахматным расположением труб и коллектора 16. Пространство между трубами (рецесс) 13 обеспечивает доступ к ним. Трубы в коллекторе ПП закреплены вальцеванием. Коллектор ПП изготовлен из цельнотянутой механически обработанной трубы с приваренными коваными днищами. Оба днища имеют лазовые отверстия размером 300х400 мм. Внутри коллектор разделен съемными продольной и поперечными перегородками, что обеспечивает четыре хода пара по петлям ПП. Крепление петель ПП в газоходе котла осуществляется с помощью трубы 4, охлаждаемой изнутри воздухом, ползунов и планок, изготовленных из жаростойкой стали.

Экономайзер 9 змеевиковый, гладкотрубный, противоточный, расположен за конвективным парообразующим пучком труб. Он состоит из входной и выходной камер и двадцати одного параллельно включенного змеевика с коридорным расположением труб, концы которых приварены к штуцерам камер. Камеры изготовлены из цельнотянутых труб с приваренными глухими донышками. На камерах предусмотрено по двадцати одному лючковому затвору, которые служат для осмотра, чистки и глушения змеевиков.

Воздухоподогреватель 7 трубчатый, вертикальный, трехходовой по воздуху. Газы проходят внутри труб. Разделение на три хода по воздуху обеспечено установкой горизонтальных перегородок и воздушных коробов. Трубы ВП расположены в шахматном порядке и приварены к трубным доскам. Верхняя трубная доска подвижная и крепится к корпусу через компенсатор. ВП установлен непосредственно на ЭК котла и крепится к нему болтами.

Каркас корпуса котла и ЭК сварен из листовой и профильной стали и совместно с обшивкой образует двухслойный газо- и воздухонепроницаемый кожух. Внутренняя обшивка каркаса со стороны топки, поддон и выступающая в топку открытая часть экранного коллектора обмурованы огнеупорным шамотным кирпичом с прокладкой асбестового картона.

На переднем фронте котла установлено шесть форсуночных устройств 19 (два производительностью по 0,13 кг/с с форсунками, регулируемыми обратным сливом, и четыре нерегулируемых производительностью по 1,05 кг/с). В качестве топлива используется мазут марки М-40.

Для удаления отложений с труб конвективного пучка ПП, ЭК, ВП предусмотрены паровые сажеобдувочные устройства 8, 10, 12.

5

.

Рис. 2. Поперечный разрез главного котла типа КВГ 80

Удельное тепловосприятие парообразующих труб, расположенных в топке (радиационных ПН), в 10 - 15 раз выше, чём у труб, расположенных в газоходе (конвективных ПН). С увеличением доли радиационных парообразующих поверхностей габариты котла уменьшаются. С повышением параметров пара снижается температурный напор между греющим агентом и рабочим телом в конвективных ПН. Эти закономерности теплообмена обусловили особенности конструкции судовых главных котлов высокого давления типа КВГ80, поперечный разрез которого представлен на рис. 2.

В главных котлах этого типа все парообразующие ПН расположены в топке [1, 3, 4, 7]. Верхнее расположение топочных устройств увеличивает время пребывания частицы топлива в топке и способствует более полному ее выгоранию, что позволяет снизить коэффициент избытка воздуха до 1,03— 1,05.

Стены топки котла закрыты трубами бокового, среднего и фронтовых экранов. Котел имеет три самостоятельных контура циркуляции. Первый контур образован трубами бокового и среднего экранов, развальцованными в паровом и водяном коллекторах, а также опускными трубами, расположенными за боковым, экраном. Второй и третий контуры

6

циркуляции состоят из труб фронтовых экранов 3, закрепленных в нижних и верхних экранных коллекторах. Вода в нижние коллекторы фронтовых экранов поступает из парового коллектора по опускным трубам. Пароводяная смесь из верхних коллекторов фронтовых экранов направляется в паровой коллектор по специальным перепускным трубам. В верхней части топки трубы бокового экрана разведены, и в местах разводки располагаются четыре форсуночных устройства 2 с паро-механическими форсунками.

Трубы среднего экрана в нижней части разведены и образуют фестон 4, через который продукты сгорания из топки поступают в конвективную шахту. Здесь горячие газы омывают первую 5 и вторую 6 секции основного ПП, три секции промежуточного пароперегревателя 7 и две секции экономайзера 8. Затем газы последовательно проходят внутри труб трех секций воздухоподогревателя 1 и удаляются в атмосферу. Для подогрева воздуха при низких нагрузках котла перед основным ВП располагается предвключенный воздухоподогреватель 9, через ребристые трубки которого в качестве греющего агента проходит питательная вода. Между секциями конвективных ПН располагаются сажеобдувочные устройства.

Конструкция котла КВГ – 34 К (котёл водотрубный главный, паропроизводительностью 34 т/ч; К – корректированный проект) представлен в учебниках [3, 7].

Принципиальные технические решения, положенные в основу рассмотренных конструкций котлов, характерны и для главных судовых котлов многочисленных зарубежных фирм[5].

Вспомогательные котлы

Для судовых вспомогательных паровых котлов (ВПК) характерно большое разнообразие типов, широкий диапазон параметров и паропроизводительности. При проектировании ВПК стремятся максимально упростить их конструкцию с целью повышения надежности, поскольку они в течение рейса работают непродолжительное время. Годовая наработка обычно составляет 700—1500 ч. Характеристики некоторых наиболее распространённых на флоте типов ВПК приведены в различных источниках [1 - 7].

На многих морских судах установлены вспомогательные котлы типа КАВ 1,6/7, поперечный разрез которого представлен на рис.3.

Котел этого типа состоит из парового коллектора 1, водяного коллектора 5 и трубной системы, собранных в сварном металлическом каркасе, образующем совместно с обшивкой газо-плотный кожух. Паровой коллектор покрыт тепловой изоляцией 2. Котел имеет один циркуляционный контур, парообразование происходит в экранных трубах 6 и трубах конвективного пучка 3. Три ряда труб 7, расположенных в шахматном порядке за экраном, являются опускными. Все трубы имеют диаметр 29 мм и толщину 2,5 мм. Общее число труб 492 шт., суммарная длина 980,3 м, масса 1600 кг.

Экран образован одним сплошным рядом труб, концы которых у коллекторов разведены в два ряда. Крепление всех труб в паровом и водяном коллекторах выполнено вальцеванием. Паровой и водяной коллекторы выполнены сварными со штампованными днищами. На заднем днище парового коллектора и обоих днищах водяного коллектора предусмотрены лазовые отверстия размером 3ООх400 мм. В паровом коллекторе установлен потолочный дырчатый щит, предназначенный для выравнивания нагрузки парового объема. В водяном объеме коллектора расположен дырчатый щит, служащий для выравнивания паровой нагрузки зеркала испарения.

Форсуночное устройство 4 состоит из паро-механической форсунки, тангенциального лопаточного ВНУ и подвижного запального устройства. Котел может работать на дизельном или моторном топливе и на мазуте.

7

Рис. 3. Поперечный разрез вспомогательного котла типа КАВ 1,6/7

Растопка котла производится на дизельном топливе. Пар на распыл тяжелого топлива подводится из парового коллектора котла. Воздух, необходимый для горения, подается вентилятором в кожух и по каналам, ограниченным стенками внутренней 8 и наружной 9 обшивки, поступает к ВНУ. Такая компоновка стен защищает машинное помещение от проникновения в него продуктов сгорания и уменьшает тепловые потери в окружающую среду. На входе воздуха в кожух котла установлен шибер, управляемый системой регулирования. Регулирование расхода топлива достигается изменением его давления перед форсункой. Котел может эксплуатироваться без постоянной вахты, пуск котла осуществляется вручную.

ВПК, вырабатывающие перегретый пар и имеющие высокую паропроизводительность, применяются на крупнотоннажных танкерах и балкерах, где пар используется для привода турбин различного назначения. Кроме того, в ряде случаев ВПК применяются также в качестве генераторов инертных газов, предназначенных для заполнения грузовых танков.

Для получения насыщенного пара, используемого потребителями различного назначения (системой теплоснабжения, насосами с паровым приводом, системой подогрева груза и др.), на современных отечественных судах применяют водотрубные автоматизированные котлоагрегаты типов КАВ и КВА [2]. Выбор марки котлоагрегата определяется необходимыми паропроизводительностью и давлением пара.

В системах горячего водоснабжения используются автоматизированные водогрейные котлоагрегаты типа КОАВ. На крупных теплоходах и газотурбоходах, а также в качестве резервных на паротурбоходах устанавливают более мощные паровые котлы типа КВ. В отличие от КАВ они имеют воздухоподогреватель, экономайзер или пароперегреватель. Некоторые из ПК этого типа используются как генераторы инертных газов для заполнения грузовых цистерн при перевозке нефти и нефтепродуктов.

Котлы типа КАВ полностью автоматизированы и рассчитаны на эксплуатацию без постоянной вахты. В них сжигают различные виды топлива: дизельное, моторное и мазуты. При нагрузках до 20 % номинальной подача топлива в топку регулируется позиционно (включено— выключено). При нагрузках более 20 % осуществляется плавное (пропорциональное) регулирование, т. е. расход топлива и соответствующее ему количество воздуха изменяются пропорционально паропроизводительности; при этом давление пара поддерживается постоянным. В зависимости от условий размещения котлоагрегаты могут быть правой или левой модели, что определяется расположением выходного патрубка газохода (смотреть на переднюю стенку).

На рис. 4 представлена схема вспомогательного котла КАВ 6,3/7.

Рис. 4. Схема внешнего вида парового котла КАВ 6,3/7

В состав котла КАВ 6,3/7 входят следующие элементы: собственно паровой котел; топливная, воздушная и питательная системы; системы автоматического управления, защиты и сигнализации; система зажигания топлива; контрольно-измерительные приборы. Непосредственно на наружной обшивке установлены топливный блок 3, регулирующий блок 2, кнопочный пост «пуск-стоп» и другие устройства системы автоматического управления, а также приборы теплотехнического контроля.

Рис. 5. Поперечный разрез парового котла КАВ 6,3/7

Парогенератор (ПГ) снабжен топочным устройством 10 с паромеханической форсункой. Крышка 11 закрывает смотровое отверстие. На пароводяном коллекторе располагаются