книги из ГПНТБ / Грузберг, Я. Ю. Судовые парогенераторы учебник

пароперегревателю, экономайзеру, воздухоподогревателю и отводятся

в дымовую трубу.

Пар, образующийся в испарительной части 23 парогенератора, поступает из парового коллектора 24 в пароперегреватель 8, а затем через маневровое устройство 22 направляется к турбине высокого дав­ ления 21. Отработав в турбине высокого давления, пар направляется в турбину низкого давления 20, из которой отработавший пар посту­ пает в главный конденсатор 17, где и конденсируется. Конденсатор

Дымовые газы

прокачивается забортной водой циркуляционным насосом 14. Отсос воздуха из конденсатора осуществляется паровыми эжекторами 15.

Конденсат из главного конденсатора забирается конденсатным на­ сосом 16 и направляется последовательно через холодильник главных эжекторов и подогреватель низкого давления 19 в деаэратор 1..

В деаэраторе из конденсата удаляется растворенный воздух и осу­ ществляется одновременно подогрев питательной воды. Питательный насос 2 подает питательную воду через подогреватель высокого давле­ ния 3 и водяной экономайзер 4 в паровой коллектор. Многоступенча­ тый подогрев питательной воды способствует повышению экономично­ сти и надежности работы парогенератора и всей судовой пароэнерге­ тической установки. В установке имеется сборник горячих конденса­ тов 18, из которого конденсат направляется в питательную систему.

7

Глава 1

КОНСТРУКТИВНЫЕ ТИПЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ СУДОВЫХ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ

§1. Основные принципы устройства

иклассификация

Назначение и принцип действия парогенератора. Парогенератором называется сложный агрегат, предназначенный для получения тепло­ вой энергии, заключенной в водяном паре с давлением выше атмос­ ферного. Источником тепловой энергии может служить химическая энергия сжигаемого топлива или энергия расщепления ядер тяжелых элементов.

Схема современного судового водотрубного парогенератора, ра­ ботающего на жидком топливе, представлена на рис. 2. Основными частями парогенератора являются: пароводяной 1, водяной 9 и экран­ ный 6 коллекторы, соединенные трубами испарительного пучка и необогреваемого опуска, а также каркасом и обшивкой; испарительная поверхность нагрева, состоящая из труб бокового экрана 2, притопочного 7 и конвективного 10 пучков; пароперегреватель 8, служащий для перегрева пара; экономайзер 11, предназначенный для подогрева питательной воды перед поступлением в паровой коллектор теплом уходящих газов; воздухоподогреватель 12 для подогрева воздуха; топка 5, в которой происходит сжигание топлива и передача тепла

почные устройства, арматура, кирпичная кладка и выносные устрой­ ства.

Пространство, в котором сжигается топливо и проходят горячие газы, называется огневым объемом парогенератора.

Внутреннее пространство парового коллектора состоит из двух частей: водяного пространства, заполненного водой, и парового,— заполненного паром. Разделяющая их поверхность воды называется зеркалом испарения. Проекция зеркала испарения на какую-либо вер­ тикальную плоскость определяет уровень воды в паровом коллекторе. Вода, находящаяся в работающем парогенераторе, называется паро­ генераторной, а вода, поступающая в него для пополнения ее убыли,—

питательной.

8

Для хорошего отвода тепла от стенок испарительного пучка не­ обходимо, чтобы вода и пароводяная смесь в парогенераторе бес­ прерывно двигались по определенному пути. Направленное движение воды внутри парогенератора по одному и тому же замкнутому контуру называется циркуляцией. Различают естественную циркуляцию, когда вода и пароводяная смесь движутся в парогенераторе благодаря раз­ ности их плотностей, и принудительную циркуляцию, при которой движение воды и пароводяной смеси происходит под действием цирку­ ляционного насоса.

Часть поверхности парогенератора, с одной стороны омываемая

ность, удельный паросъем, тепловое напряжение поверхности нагрева, теплонапряжение топочного объема и к. п. д. парогенератора.

Параметрами пара, или основными показателями, характеризую­ щими качество пара, вырабатываемого парогенератором, являются: для перегретого пара—давление и его температура, для насыщенного пара — давление и степень сухости.

Паропроизводительностью (D кг/с) называют количество пара,

где Яи — поверхность нагрева испарительных элементов парогене­ ратора, м2.

9

Удельный паросъем при номинальной нагрузке составляет: в вы­

Теплонапряжением топочного объема называется мощность тепло­

Для современных парогенераторов транспортного флота теплонапряжение топочного объема сравнительно невелико и составляет при номинальной нагрузке обычно (580—930) ІО3 Вт/м3 [(500—800) X X Ю3 ккал/(м3-ч) ], а для высоконапряженных парогенераторов специ­ альных судов (3,0 — 5,0) • 10е Вт/м3 [(2,6 — 4,3)- 10е ккал/(м3-ч)] и

более.

Коэффициентом полезного действия (к. п. д.) парогенератора на­ зывается отношение полезно использованного тепла ко всему теплу, введенному в топку топливом:

(4)

ßQS

Коэффициент полезного действия характеризует экономичность работы и для современных судовых парогенераторов с мазутным ото­ плением достигает 93—96%.

Классификация судовых парогенераторов. Судовые парогенераторы классифицируются по нескольким признакам:

по способу омывания газами труб и камер поверхностей нагрева —

огнетрубные, в которых газы движутся внутри труб и камер, а вода и пар омывают их снаружи; водотрубные, в которых наружные поверх­ ности труб омываются газами, а вода и пар движутся внутри труб; комбинированные, в которых часть труб омывается газами снаружи, а в другой части газы движутся внутри труб;

по виду циркуляции воды и пароводяной смеси — с естественной циркуляцией, у которых движение воды происходит за счет разности плотностей воды и пароводяной смеси; с принудительной циркуля­ цией, у которых движение воды по трубам создается насосом. Паро­ генераторы с принудительной циркуляцией в свою очередь подразде­ ляются на парогенераторы с многократной принудительной циркуля­ цией и прямоточные, у которых вода один раз проходит по трубам и испаряется;

по давлению пара — низкого давления (до 2,2 МН/м2), среднего давления (до 4 МН/м2), повышенного давления (до 6 МН/м2), высокого давления (выше 6 МН/м2);

10

тельность более 1,5 кг/с, низкий к. п. д., большие масса и габариты, жесткость конструкции, слабая циркуляция, относительно большая трудоемкость изготовления и ремонта. Отмеченные недостатки нахо­ дятся в противоречии с современными требованиями к судовым паро­ генераторам, и поэтому оборотные парогенераторы не могут конкури­ ровать с более легкими и экономичными водотрубными, которые окон­ чательно их вытеснили на всех современных судах морского транс­ портного флота.

Огнетрубные парогенераторы, у которых газы движутся только в одном направлении, относятся к пролетным (рис. 4). Они имеют меньший диаметр и большую длину, чем оборотные.

Пролетный парогенератор имеет те же конструктивные особенности, достоинства и недостатки, что и оборотный парогенератор, и не яв­ ляется перспективным.

§3. Водотрубные парогенераторы

сестественной циркуляцией

Основные схемы вертикальных водотрубных парогенераторов изо­ бражены на рис. 5.

Схема I — двухпроточный симметричный парогенератор с внеш­ ними вертикальными пароперегревателями. Внешний пароперегре­ ватель удобен для осмотра, ремонта и осушения, но не обеспечивает высокого перегрева пара и, кроме того, придает парогенератору гро­ моздкость.

Схема I I — двухпроточный симметричный парогенератор с внут­ ренними горизонтальными пароперегревателями. Внутреннее рас­ положение парогенераторов обеспечивает высокую температуру пе­ регрева, способствует надежности циркуляции, но создает неудобство для ремонта и осушения пароперегревателя.

Схема III — двухпроточный парогенератор с двумя топками, сред­ ним экраном и внешними вертикальными пароперегревателями. Топка парогенератора разделена на две части продольным двухсветным эк­ раном, благодаря которому значительно увеличивается лучевоспринимающая поверхность нагрева.

Схемы IV—VII — различные типы двухпроточных асимметричных парогенераторов. Компоновка асимметричных парогенераторов дает возможность поддерживать постоянную температуру перегретого пара путем регулирования количества газа в дымоходах парогенератора.

Схемы V III—XI — однопроточные парогенераторы, наиболее рас­ пространенные на судах. Однопроточный экранированный парогенера­ тор позволяет получать достаточно высокий перегрев пара при нали­ чии только одного пароперегревателя, так как весь поток газов про­ пускается через него. Такой парогенератор имеет большой топочный объем, меньшие габарит и массу, а также высокий удельный паросъем.

На схеме XI изображен однопроточный парогенератор с отдельной топкой для пароперегревателя, который дает возможность регулиро­ вать температуру перегретого пара и получать высокий перегрев при относительно малых массе и габарите. Недостаток такого паропере­

13

гревателя заключается в том, что он работает в тяжелых условиях и менее надежен, чем конвективный. Кроме того, применение второй топки для пароперегревателя усложняет конструкцию и эксплуата­ цию парогенератора.

Рассмотрим основные конструкции вертикальных водотрубных парогенераторов. На рис. 6 изображен двухпроточный асимметричный

Рис. 5. Схемы вертикальных водотрубных парогенераторов

высоконапряженный парогенератор. Он состоит из пароводяного кол­ лектора, соединенного двумя пучками труб с водяными коллекторами. Стороны парогенератора работают неодинаково: правая имеет малый пучок испарительных труб из 6— 12 рядов, за которым расположен пароперегреватель, а левая включает в себя только большой пучок испарительных труб из 15—20 рядов.

При таком расположении пароперегревателя нельзя обеспечить высокий перегрев, так как через пароперегреватель протекает пар от всего парогенератора, а тепло на перегрев отдается только частью газов. Кроме того, пароперегреватель расположен в области низких температур газов, поэтому высокий перегрев можно получить только

14

при значительном увеличении поверхности нагрева или приближении пароперегревателя к топке путем уменьшения числа рядов правого пучка, а это, в свою очередь, снижает надежность циркуляции в пучке.

Более высокий перегрев можно получить при внутреннем располо­ жении пароперегревателя (см. схемы V и VI на рис. 5).

Асимметричные двухпроточные высоконапряженные парогенера­ торы обычно изготовляют на паропроизводительность 22—28 кг/с и

температуру перегретого пара до 380—400° С, а слабонапряженные парогенераторы — на паропроизводительность 4,4 — 6,0 кг/с. К не­ достаткам двухпроточных парогенераторов следует отнести невысокую интенсивность теплообмена, объясняемую малой скоростью газов из-за двухпроточности газоходов парогенератора и плохой омываемости пучков газами.

Дальнейшее развитие водотрубных парогенераторов привело к по­ явлению и широкому распространению на судах однопроточных вер­ тикальных парогенераторов, конструктивная компоновка которых является основной для современных судов. Характерные для верти­

15

кальных однопроточных парогенераторов изогнутые водогрейные и экранные трубки создают большую эластичность конструкции. Кол­ лекторы этих парогенераторов, как правило, вынесены из газоходов и не подвергаются интенсивному нагреванию, что позволяет создавать парогенераторы, рассчитанные на высокие параметры пара и высокое

тепловое напряжение поверхности нагрева. Конвективный пучок труб располагается только с одной стороны. С противоположной сто­ роны размещается боковой экран. Часто экранные поверхности на­ грева размещаются также на стенке заднего фронта парогенератора

реже экранируется передний фронт. Такие экраны называются фрон­ товыми.

На рис. 7 изображен однопроточный высоконапряженный пароге­ нератор с внешним вертикальным пароперегревателем. Испаритель­ ный контур состоит из пароводяного коллектора, соединенного кон­

16