Принцип действия паровых котлов.

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.