Водотрубные котлы в зависимости от способа циркуляции воды и пароводяной смеси делятся на котлы с естественной циркуляцией и котлы с принудительной, или искусственной, циркуляцией.
Паровые котлы с принудительной циркуляцией устанавливают на судах очень редко. Наибольшее распространение получили котлы с естественной циркуляцией воды и пароводяной смеси, которые в свою очередь разделяются на барабанные и секционные.
В барабанных котлах имеются один пароводяной барабан и от одного до трех водяных барабанов. Водогрейные трубы у этих котлов расположены под углом 30—90 градусов, поэтому они называются также вертикально-водотрубными.
В секционных котлах имеется только один пароводяной барабан. Водогрейные трубы у этих котлов установлены наклонно и образуют с горизонталью угол 15—22 градусов. Секционные котлы называются также горизонтально-водотрубными.
В зависимости от расположения конструкции котла относительно вертикальной плоскости, а также от способа отвода дымовых газов вертикально-водотрубные котлы делятся на следующие типы: двухпроточные симметричные, у которых газы отводятся с двух сторон пароводяного барабана; двухпроточные асимметричные; однопроточные асимметричные.
Секционные котлы бывают одноходовые, у которых горячие газы, полученные от сгорания топлива в топке, поднимаясь, омывают водогрейные трубы и уходят в дымоход, не меняя своего направления, и трехходовые, у которых горячие газы вследствие установки газонаправляющих перегородок дважды меняют свое направление, а затем отводятся в дымоход. Наиболее широкое распространение на судах получили вертикально-водотрубные котлы, имеющие разнообразные конструктивные формы.
На рисунке 3 показан однопроточный водотрубный котел с вертикальным пароперегревателем, расположенным между рядами конвективного пучка водогрейных труб. В котле имеется один пароводяной 2 и два водяных 7 барабана. Водяные барабаны расположены на одной стороне и делят конвективный пучок водогрейных труб на две части. В результате образуется два независимых контура циркуляции — притопочный и внешний. Притопочный сложный контур образуется притопочным пучком 4 и экранными трубами 5. Притопочный пучок 4 состоит из четырех рядов водогрейных труб, являющихся подъемными. Экран состоит также из четырех рядов труб, сведенных в два сплошных ряда, передний является подъемным, задний — опускным. Внешний контур циркуляции — независимый. Он включает 13 рядов труб конвективного пучка 8. Все трубы этого пучка являются подъемными. Вода опускается по двенадцати опускным трубам диаметром 114х7 мм, которые расположены с переднего и заднего фронтов и соединяют пароводяной барабан 2 с водяным барабаном 7. Пароперегреватель вертикальный, петлевой выполнен из труб диаметром 25x2,5 мм и делит конвективный пучок на две части. Это увеличивает размеры котла, усложняет его конструкцию, но дает возможность получить пар с высокой температурой перегрева.
Воздушный тракт котла довольно сложный. Холодный воздух вентилятором через патрубок 3 нагнетается в двойную обшивку котла, где предварительно подогревается до определенной температуры. Затем он по вертикальному каналу 6 поступает в воздухоподогреватель, из которого направляется к воздухонаправляющим устройствам форсунок. Воздухоподогреватель состоит из двух пакетов труб: нижнего 10 и верхнего 9. На выходе из нижнего пакета температура воздуха составляет 90 С. Змеевиковый экономайзер 11 выполнен из гладких труб диаметром 29x2,5 мм и расположен в шахте. Для уменьшения влажности пара в пароводяном барабане ниже зеркала испарения установлен дырчатый щит 1. В верхней паровой части барабана установлено сепарирующее устройство в виде перфорированного отбойного щита. Все это обеспечивает влажность пара на выходе из котла менее 0,5%.
Главный и вспомогательный пароохладители расположены также в пароводяном барабане. Однако, как показала практика, это расположение себя не оправдало, и в последнее время внутрибарабанный главный пароохладитель заменяют внешним.
Схема горизонтально-водотрубного (секционного) котла:
Поверхность нагрева секционного котла составляют водогрейные трубы 2, которые своими концами завальцованы в передних 1 и задних 3 камерах с наклоном 15—22 к горизонтали. Такое расположение труб улучшает парообразование и циркуляцию котловой воды. Пароводяной барабан 6 расположен выше водогрейных труб. С передними камерами он сообщается при помощи соединительных труб 7. Задние камеры соединяются с пароводяным барабаном при помощи труб 4, по которым пароводяная смесь поступает из камер в паровое пространство барабана 6. Отделившийся пар по трубе 5 поступает в пароперегреватель 9, расположенный за водогрейными трубами. Перегретый пар отводится к потребителям по трубопроводу 8. В связи с тем, что наклон водогрейных труб в секционных котлах небольшой—15—22 градуса, циркуляция в них значительно слабее, чем в вертикально-водотрубных котлах.
На схеме показаны две газонаправляющие перегородки, расположенные перпендикулярно водогрейным трубам. Благодаря им горячие газы дважды меняют свое направление, что увеличивает теплопередачу, а главное, отдаваемое тепло равномернее распределяется по рядам труб.
Передняя и задняя камеры с развальцованными в них трубами называются секцией. Расположение водогрейных труб в ней бывает шахматным или коридорным. Рассмотренный секционный котел называется трехходовым.
Тепловые характеристики секционных котлов лучше, чем у оборотных огнетрубных, но хуже, чем у вертикально-водотрубных. Секционные котлы не сложны по конструкции, для их работы можно использовать питательную воду сравнительно низкого качества, кроме того, они просты в обслуживании.
Секционные котлы используются на судах промыслового флота. Они могут работать на жидком и твердом топливе, но последние встречаются редко.
Котлы с принудительной циркуляцией можно разделить на два основных типа: с многократной принудительной циркуляцией и прямоточные, кратность циркуляции у которых равна 1.
На рисунке выше представлена принципиальная схема котла с многократной принудительной циркуляцией типа «Ла Монт», который состоит из пароводяного барабана 5, распределительного коллектора 2, экранного 10 и конвективного 9 пучков труб, пароперегревателя 8 и экономайзера 7. Принудительная циркуляция в котле осуществляется при помощи циркуляционного насоса 5, который забирает воду из пароводяного барабана 5 и прокачивает ее через распределительный коллектор 2 в трубы экранного 10 и конвективного 9 пучков. Проходя по ним, вода воспринимает тепло, выделяющееся при сгорании топлива, которое подается в топку форсунками /. Образовавшаяся в трубах пароводяная смесь поступает в барабан 5, в котором пар отделяется от воды и собирается в его паровом пространстве,а затем по трубам 6 направляется в пароперегреватель 8 и далее по паропроводам к потребителям.
Наличие пароводяного барабана способствует улучшению сепарации пара и увеличивает объем котловой воды, аккумулирующей тепло. Питательная вода в пароводяной барабан подается питательным насосом 4. Предварительно она подогревается, проходя по трубам экономайзера 7.
Для равномерного распределения воды по параллельно включенным трубам экранного пучка 10 в распределительном коллекторе 2 (на входе в каждую трубу) устанавливают дроссельные шайбы. Чтобы предотвратить их засорение, распределительный коллектор необходимо периодически продувать.
Кратность циркуляции котлов типа «Ла Монт» составляет 6—8, т. е. полное испарение объема воды в котле происходит через 6—8 ее оборотов по контуру. Для обеспечения надежной работы котла предусмотрено два циркуляционных насоса, которые устанавливают на 4—5 м ниже пароводяного барабана, поэтому они работают с постоянным подпором.
Котлы типа «Ла Монт» паропроизводительностью 65—80 т/ч применяют в качестве главных на некоторых морских судах. Однако более широко их используют в качестве вспомогательных и утилизационных. Паропроизводительность этих котлов колеблется от 0,2 до 10—12 т/ч.
Основные преимущества котлов с многократной принудительной циркуляцией: относительно малые масса и габаритные размеры, а также удобство их компоновки на судне; возможность постройки таких котлов практически на любую паропроизводительность и любые параметры пара; быстрый подъем пара в котле (15—20 мин) и хорошая маневренность.
Основные недостатки котлов с принудительной циркуляцией: наличие циркуляционных насосов большой производительности, которые работают в очень тяжелых температурных условиях и являются наименее надежной частью котла, так как температура воды перед насосом близка к температуре насыщения; использование дроссельных шайб, небольшие отверстия которых часто засоряются. Устанавливаемые перед шайбами специальные фильтры с отверстиями меньшими, чем в шайбах, как показала практика, не могут полностью предохранить шайбы от засорения. Кроме того, для котлов с принудительной циркуляцией требуется более сложный и тяжелый каркас, чем для водотрубных котлов с естественной циркуляцией.
Применение принудительной циркуляции позволило снизить массу и габаритные размеры котла в результате увеличения тепловой нагрузки поверхности нагрева, однако возможности обычных мазутных камерных топок имеют определенный предел. Увеличение тепловой нагрузки топок сверх этого предела резко увеличивает потери от химической неполноты сгорания. Поэтому появились топки, процесс горения в которых проходит при давлении газов 0,3—0,5 МПа, что значительно повышает скорость реакции горения и дает возможность увеличить тепловую нагрузку топки в 40—50 раз по сравнению с обычными камерами. Такие котлы называются парогенераторами или котлами с наддувом.
Котлы с принудительной циркуляцией типа «Велокс» являются котлами с наддувом. Работа их основана на следующем принципе.
В топку подается воздух давлением 0,24—0,35 МПа и температурой 140—170 С, которую он приобретает при сжатии в компрессоре. Процесс горения в топке происходит при указанном давлении, что позволяет увеличить ее тепловую нагрузку, улучшить процесс горения и получить высокие скорости газов. Увеличение скорости газов и их плотности значительно повышает теплопередачу в конвективных поверхностях нагрева. Энергия отходящих из котла газов частично используется для привода газовой турбины компрессора, подающего сжатый воздух в топку котла. Рабочее давление пара в котлах типа «Велокс» достигается через 5—8 мин после пуска, что является их большим достоинством. Котлы типа «Велокс» находятся в эксплуатации на современных морских судах и имеют паропроизводительность до 30 т/ч при давлении 5,8 МПа и температуре пара 480 С. Их КПД составляет 91 % при температуре питательной воды 120 С.
Котлы этого типа зарекомендовали себя в эксплуатации достаточно надежными в морских условиях, но при их применении требуется установка на судне вспомогательного котла и надежная система автоматического регулирования их работы.
Водотрубные котлы являются более совершенными, чем огнетрубные. Они имеют ряд существенных преимуществ, что и определило их широкое использование на морском флоте, в том числе и на промысловых судах.
Достоинства водотрубных котлов:
- получение пара высоких параметров. Рабочее давление достигает 6 МПа и выше, а температура перегрева — 350—480 С (у огнетрубных соответственно: 1,6—1,8 МПа и 300—320 С). С увеличением начального давления пара и его перегрева увеличивается количество полезно использованного тепла в паровом двигателе, т. е. увеличивается его КПД;
-удельный паросъем водотрубных котлов в 2—3 раза выше, чем у огнетрубных, что происходит в результате лучшего теплообмена между газами и водой в водогрейных трубах. Общая паропроизводительность современного водотрубного котла в 10—15 раз выше максимальной производительности огне-трубного оборотного котла;
- масса и габаритные размеры водотрубных котлов в рабочем состоянии в несколько раз меньше, чем огнетрубных при одинаковой производительности;
- быстрый ввод в действие по сравнению с огнетрубными, а также изменение нагрузки в широких пределах. Минимальное время, необходимое для поднятия пара до рабочего давления у вертикально-водотрубных котлов 1 —1,5 часов, у горизонтально-водотрубных— 4—6 часов;
- меньшая взрывоопасность (из-за малого объема воды в них).
Недостатки водотрубных котлов:
- малая аккумулирующая способность, что при резком изменении нагрузки влияет на параметры пара;
- большая влажность пара вследствие меньшего парового пространства и большого паронапряжения зеркала испарения. Для уменьшения влажности в пароводяном барабане необходимо устанавливать сепараторы, отражательные и дырчатые щиты и другие устройства;
большая чувствительность к качеству питательной воды. При незначительных отложениях накипи на поверхности нагрева напряженных котлов создается опасность перегрева металла водогрейных труб и их разрыва;
- для обслуживания котлов требуется более высокая квалификация обслуживающего персонала.
Паровые котлы с принудительной циркуляцией устанавливают на судах очень редко. Наибольшее распространение получили котлы с естественной циркуляцией воды и пароводяной смеси, которые в свою очередь разделяются на барабанные и секционные.
В барабанных котлах имеются один пароводяной барабан и от одного до трех водяных барабанов. Водогрейные трубы у этих котлов расположены под углом 30—90 градусов, поэтому они называются также вертикально-водотрубными.
В секционных котлах имеется только один пароводяной барабан. Водогрейные трубы у этих котлов установлены наклонно и образуют с горизонталью угол 15—22 градусов. Секционные котлы называются также горизонтально-водотрубными.
В зависимости от расположения конструкции котла относительно вертикальной плоскости, а также от способа отвода дымовых газов вертикально-водотрубные котлы делятся на следующие типы: двухпроточные симметричные, у которых газы отводятся с двух сторон пароводяного барабана; двухпроточные асимметричные; однопроточные асимметричные.
Секционные котлы бывают одноходовые, у которых горячие газы, полученные от сгорания топлива в топке, поднимаясь, омывают водогрейные трубы и уходят в дымоход, не меняя своего направления, и трехходовые, у которых горячие газы вследствие установки газонаправляющих перегородок дважды меняют свое направление, а затем отводятся в дымоход. Наиболее широкое распространение на судах получили вертикально-водотрубные котлы, имеющие разнообразные конструктивные формы.
На рисунке 3 показан однопроточный водотрубный котел с вертикальным пароперегревателем, расположенным между рядами конвективного пучка водогрейных труб. В котле имеется один пароводяной 2 и два водяных 7 барабана. Водяные барабаны расположены на одной стороне и делят конвективный пучок водогрейных труб на две части. В результате образуется два независимых контура циркуляции — притопочный и внешний. Притопочный сложный контур образуется притопочным пучком 4 и экранными трубами 5. Притопочный пучок 4 состоит из четырех рядов водогрейных труб, являющихся подъемными. Экран состоит также из четырех рядов труб, сведенных в два сплошных ряда, передний является подъемным, задний — опускным. Внешний контур циркуляции — независимый. Он включает 13 рядов труб конвективного пучка 8. Все трубы этого пучка являются подъемными. Вода опускается по двенадцати опускным трубам диаметром 114х7 мм, которые расположены с переднего и заднего фронтов и соединяют пароводяной барабан 2 с водяным барабаном 7. Пароперегреватель вертикальный, петлевой выполнен из труб диаметром 25x2,5 мм и делит конвективный пучок на две части. Это увеличивает размеры котла, усложняет его конструкцию, но дает возможность получить пар с высокой температурой перегрева.
Воздушный тракт котла довольно сложный. Холодный воздух вентилятором через патрубок 3 нагнетается в двойную обшивку котла, где предварительно подогревается до определенной температуры. Затем он по вертикальному каналу 6 поступает в воздухоподогреватель, из которого направляется к воздухонаправляющим устройствам форсунок. Воздухоподогреватель состоит из двух пакетов труб: нижнего 10 и верхнего 9. На выходе из нижнего пакета температура воздуха составляет 90 С. Змеевиковый экономайзер 11 выполнен из гладких труб диаметром 29x2,5 мм и расположен в шахте. Для уменьшения влажности пара в пароводяном барабане ниже зеркала испарения установлен дырчатый щит 1. В верхней паровой части барабана установлено сепарирующее устройство в виде перфорированного отбойного щита. Все это обеспечивает влажность пара на выходе из котла менее 0,5%.
Главный и вспомогательный пароохладители расположены также в пароводяном барабане. Однако, как показала практика, это расположение себя не оправдало, и в последнее время внутрибарабанный главный пароохладитель заменяют внешним.
Схема горизонтально-водотрубного (секционного) котла:
Поверхность нагрева секционного котла составляют водогрейные трубы 2, которые своими концами завальцованы в передних 1 и задних 3 камерах с наклоном 15—22 к горизонтали. Такое расположение труб улучшает парообразование и циркуляцию котловой воды. Пароводяной барабан 6 расположен выше водогрейных труб. С передними камерами он сообщается при помощи соединительных труб 7. Задние камеры соединяются с пароводяным барабаном при помощи труб 4, по которым пароводяная смесь поступает из камер в паровое пространство барабана 6. Отделившийся пар по трубе 5 поступает в пароперегреватель 9, расположенный за водогрейными трубами. Перегретый пар отводится к потребителям по трубопроводу 8. В связи с тем, что наклон водогрейных труб в секционных котлах небольшой—15—22 градуса, циркуляция в них значительно слабее, чем в вертикально-водотрубных котлах.
На схеме показаны две газонаправляющие перегородки, расположенные перпендикулярно водогрейным трубам. Благодаря им горячие газы дважды меняют свое направление, что увеличивает теплопередачу, а главное, отдаваемое тепло равномернее распределяется по рядам труб.
Передняя и задняя камеры с развальцованными в них трубами называются секцией. Расположение водогрейных труб в ней бывает шахматным или коридорным. Рассмотренный секционный котел называется трехходовым.
Тепловые характеристики секционных котлов лучше, чем у оборотных огнетрубных, но хуже, чем у вертикально-водотрубных. Секционные котлы не сложны по конструкции, для их работы можно использовать питательную воду сравнительно низкого качества, кроме того, они просты в обслуживании.
Секционные котлы используются на судах промыслового флота. Они могут работать на жидком и твердом топливе, но последние встречаются редко.
Котлы с принудительной циркуляцией можно разделить на два основных типа: с многократной принудительной циркуляцией и прямоточные, кратность циркуляции у которых равна 1.
На рисунке выше представлена принципиальная схема котла с многократной принудительной циркуляцией типа «Ла Монт», который состоит из пароводяного барабана 5, распределительного коллектора 2, экранного 10 и конвективного 9 пучков труб, пароперегревателя 8 и экономайзера 7. Принудительная циркуляция в котле осуществляется при помощи циркуляционного насоса 5, который забирает воду из пароводяного барабана 5 и прокачивает ее через распределительный коллектор 2 в трубы экранного 10 и конвективного 9 пучков. Проходя по ним, вода воспринимает тепло, выделяющееся при сгорании топлива, которое подается в топку форсунками /. Образовавшаяся в трубах пароводяная смесь поступает в барабан 5, в котором пар отделяется от воды и собирается в его паровом пространстве,а затем по трубам 6 направляется в пароперегреватель 8 и далее по паропроводам к потребителям.
Наличие пароводяного барабана способствует улучшению сепарации пара и увеличивает объем котловой воды, аккумулирующей тепло. Питательная вода в пароводяной барабан подается питательным насосом 4. Предварительно она подогревается, проходя по трубам экономайзера 7.
Для равномерного распределения воды по параллельно включенным трубам экранного пучка 10 в распределительном коллекторе 2 (на входе в каждую трубу) устанавливают дроссельные шайбы. Чтобы предотвратить их засорение, распределительный коллектор необходимо периодически продувать.
Кратность циркуляции котлов типа «Ла Монт» составляет 6—8, т. е. полное испарение объема воды в котле происходит через 6—8 ее оборотов по контуру. Для обеспечения надежной работы котла предусмотрено два циркуляционных насоса, которые устанавливают на 4—5 м ниже пароводяного барабана, поэтому они работают с постоянным подпором.
Котлы типа «Ла Монт» паропроизводительностью 65—80 т/ч применяют в качестве главных на некоторых морских судах. Однако более широко их используют в качестве вспомогательных и утилизационных. Паропроизводительность этих котлов колеблется от 0,2 до 10—12 т/ч.
Основные преимущества котлов с многократной принудительной циркуляцией: относительно малые масса и габаритные размеры, а также удобство их компоновки на судне; возможность постройки таких котлов практически на любую паропроизводительность и любые параметры пара; быстрый подъем пара в котле (15—20 мин) и хорошая маневренность.
Основные недостатки котлов с принудительной циркуляцией: наличие циркуляционных насосов большой производительности, которые работают в очень тяжелых температурных условиях и являются наименее надежной частью котла, так как температура воды перед насосом близка к температуре насыщения; использование дроссельных шайб, небольшие отверстия которых часто засоряются. Устанавливаемые перед шайбами специальные фильтры с отверстиями меньшими, чем в шайбах, как показала практика, не могут полностью предохранить шайбы от засорения. Кроме того, для котлов с принудительной циркуляцией требуется более сложный и тяжелый каркас, чем для водотрубных котлов с естественной циркуляцией.
Применение принудительной циркуляции позволило снизить массу и габаритные размеры котла в результате увеличения тепловой нагрузки поверхности нагрева, однако возможности обычных мазутных камерных топок имеют определенный предел. Увеличение тепловой нагрузки топок сверх этого предела резко увеличивает потери от химической неполноты сгорания. Поэтому появились топки, процесс горения в которых проходит при давлении газов 0,3—0,5 МПа, что значительно повышает скорость реакции горения и дает возможность увеличить тепловую нагрузку топки в 40—50 раз по сравнению с обычными камерами. Такие котлы называются парогенераторами или котлами с наддувом.
Котлы с принудительной циркуляцией типа «Велокс» являются котлами с наддувом. Работа их основана на следующем принципе.
В топку подается воздух давлением 0,24—0,35 МПа и температурой 140—170 С, которую он приобретает при сжатии в компрессоре. Процесс горения в топке происходит при указанном давлении, что позволяет увеличить ее тепловую нагрузку, улучшить процесс горения и получить высокие скорости газов. Увеличение скорости газов и их плотности значительно повышает теплопередачу в конвективных поверхностях нагрева. Энергия отходящих из котла газов частично используется для привода газовой турбины компрессора, подающего сжатый воздух в топку котла. Рабочее давление пара в котлах типа «Велокс» достигается через 5—8 мин после пуска, что является их большим достоинством. Котлы типа «Велокс» находятся в эксплуатации на современных морских судах и имеют паропроизводительность до 30 т/ч при давлении 5,8 МПа и температуре пара 480 С. Их КПД составляет 91 % при температуре питательной воды 120 С.
Котлы этого типа зарекомендовали себя в эксплуатации достаточно надежными в морских условиях, но при их применении требуется установка на судне вспомогательного котла и надежная система автоматического регулирования их работы.
Водотрубные котлы являются более совершенными, чем огнетрубные. Они имеют ряд существенных преимуществ, что и определило их широкое использование на морском флоте, в том числе и на промысловых судах.
Достоинства водотрубных котлов:
- получение пара высоких параметров. Рабочее давление достигает 6 МПа и выше, а температура перегрева — 350—480 С (у огнетрубных соответственно: 1,6—1,8 МПа и 300—320 С). С увеличением начального давления пара и его перегрева увеличивается количество полезно использованного тепла в паровом двигателе, т. е. увеличивается его КПД;
-удельный паросъем водотрубных котлов в 2—3 раза выше, чем у огнетрубных, что происходит в результате лучшего теплообмена между газами и водой в водогрейных трубах. Общая паропроизводительность современного водотрубного котла в 10—15 раз выше максимальной производительности огне-трубного оборотного котла;
- масса и габаритные размеры водотрубных котлов в рабочем состоянии в несколько раз меньше, чем огнетрубных при одинаковой производительности;
- быстрый ввод в действие по сравнению с огнетрубными, а также изменение нагрузки в широких пределах. Минимальное время, необходимое для поднятия пара до рабочего давления у вертикально-водотрубных котлов 1 —1,5 часов, у горизонтально-водотрубных— 4—6 часов;
- меньшая взрывоопасность (из-за малого объема воды в них).
Недостатки водотрубных котлов:
- малая аккумулирующая способность, что при резком изменении нагрузки влияет на параметры пара;
- большая влажность пара вследствие меньшего парового пространства и большого паронапряжения зеркала испарения. Для уменьшения влажности в пароводяном барабане необходимо устанавливать сепараторы, отражательные и дырчатые щиты и другие устройства;
большая чувствительность к качеству питательной воды. При незначительных отложениях накипи на поверхности нагрева напряженных котлов создается опасность перегрева металла водогрейных труб и их разрыва;
- для обслуживания котлов требуется более высокая квалификация обслуживающего персонала.
Комментариев нет:
Отправить комментарий
Примечание. Отправлять комментарии могут только участники этого блога.