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

й о д н о м газоходе 4, предназначенном для защиты промежуточного па­ роперегревателя, расположен также дополнительный экономайзер 11. За основным экономайзером расположен регенеративный воздухопо­ догреватель 3. Такие парогенераторы имеют паропроизводительность 19,5 — 39 кг/с (140 т/ч) при параметрах пара: давление 10 МН/м2, (100 кгс/см2) и температура 520° С. Работа современных паротурбин­ ных установок по циклу с промежуточным перегревом пара позволяет получить удельный расход топлива в пределах 0,238—0,244 г/(Вт-ч).

В нашей стране разработано несколько вариантов парогенерато­ ров шахтного типа повышенной экономичности для паротурбинных установок с одним и двумя главными парогенераторами.

На рис. 15 представлен главный парогенератор производитель­ ностью 19,5 кг/с (70 т/ч) для паротурбинных установок с одним паро­ генератором. Испарительная часть парогенератора состоит из раз­ витой лучевоспринимающей поверхности нагрева, образованной тру­ бами 6 двух фронтовых экранов, бокового 7 и центрального 11. По­ средством пароводяного 1, водяного 10 и экранных 5 и 8 коллекторов испарительная часть парогенератора объединена в единую циркуля­ ционную систему с общими для всех экранов опускными трубами, расположенными в межобшивочном пространстве с переднего и зад­ него фронтов парогенератора. Трубы 12, предназначенные для креп­ ления пароперегревателей, включены также в общий контур циркуля­ ции. Вода из пароводяного коллектора по опускным трубам поступает в водяной коллектор, а затем по перепускным трубам или по трубам обратной воды 9 — в нижние коллекторы фронтовых экранов. Обра-

27

17

17500

Рис. 15. Парогенератор «шахтного» типа

28

зовавшаяся в трубах экранов пароводяная смесь отводится посредст­ вом перепускных труб 4 в пароводяной коллектор. В нижней части трубы центрального экрана разводятся для прохода газов из топки в шахту, образуя трехрядный конвективный пучок. В шахте конвек­ тивного газохода расположены: основной пароперегреватель 13 змее­ викового типа, состоящий из трех секций; промежуточный паропере­ греватель 14 змеевикового типа, состоящий из двух секций, и водя­ ной экономайзер 16, выполненный из двух секций змеевиковой кон­ струкции.

На режиме заднего хода промежуточный пароперегреватель от­ ключается. Для этой цели шахта конвективного газохода разделена перегородкой на две части, чем обеспечивается возможность отклю­ чения промежуточного пароперегревателя и по ходу газов, защита его от пережога.

За водяным экономайзером по ходу движения газов расположен регенеративный воздухоподогреватель 17. Такие парогенераторы раз­ работаны в варианте с газовым трубчатым вертикальным трехходовым воздухоподогревателем. По воздушному коробу 3 горячий воздух по­ ступает через индивидуальные каналы к воздухонаправляющим уст­ ройствам, расположенным на верхней стенке топочной камеры. Па­ рогенератор оборудован паромеханическими форсунками 2. Для под­ держания поверхностей нагрева в чистоте по газовой стороне в пазу­ хах конвективной шахты расположены сажеобдувочные устройства 15. Парогенератор автоматизирован по горению и питанию.

Аналогичной конструкции созданы автоматизированные парогене­ раторы типа КВГ 80/80 с промежуточным перегревом для установки на супертанкерах типа «Крым». Парогенератор имеет полностью экра­ нированные топки, без конвективных испарительных пучков и кирпич­ ной кладки. Полное сжигание топлива в пределах топки достигается при коэффициенте избытка воздуха а = 1,03-г-1,05 благодаря инди­ видуальному подводу воздуха к каждому топочному устройству. От­ сутствие кирпичной кладки в районе топки существенно повышает надежность и увеличивает межремонтный период. Паропроизводи­ тельность парогенератора составляет 22,2 кг/с (80 т/ч) при давлении перегретого пара 8,0 МН/м2 (80 ати) и температуре 515° С, расчетный к. п. д. составляет 96%.

Одним из типов водотрубных парогенераторов с естественной цир­ куляцией являются горизонтальные водотрубные парогенераторы, компонующиеся из отдельных секций, и потому иногда называемые секционными.

Современный одноходовой секционный парогенератор с экраниро­ ванной топкой (рис. 16) состоит из пароводяного коллектора 7, распо­ ложенного вдоль фронта, и группы соединяющихся с ним секций. Ко­ личество секций, установленных по длине пароводяного коллектора, определяется паропроизводительностью парогенератора и ограничи­ вается длиной коллекторов или предельными габаритами парогене­ ратора по машинно-котельному отделению судна.

Каждая секция включает в себя две камеры 3 и 9, соединенные прямыми трубами 10. Трубный пучок состоит из труб различных диа­

29

чены). Трубами 4 и 11 камеры соединяются с водяным и паровым про­ странством пароводяного коллектора. Боковые экраны создают, та­ ким образом, два независимых контура циркуляции. Всего котел имеет три контура циркуляции. Основной контур образован испари­ тельными трубами конвективного пучка. В этом контуре вода из паро­ водяного коллектора поступает в передние камеры и распределяется по трубкам конвективного пучка. Образующаяся в трубах пароводя­ ная смесь отводится в задние камеры, из которых по перепускным трубам поступает в пароводяной коллектор.

В каждом контуре боковых экранов вода из пароводяного коллек­ тора по трубам обратной воды 11 поступает в передний экранный кол­ лектор. Образовавшаяся в экранных трубах пароводяная смесь от­ водится в задний экранный коллектор, а затем по перепускным тру­ бам 4 — в пароводяной коллектор.

Воздухоподогреватель 6 — горизонтальный, состоит из труб диа­ метром 38 X 2 мм. Топочные газы проходят между трубами, а воздух протекает внутри. Парогенератор оборудован мазутной топкой. Ос­ новными преимуществами секционных парогенераторов являются: простота устройства и обслуживания, большая аккумулирующая спо­ собность, удобство чистки и ремонта, невысокие требования к качеству питательной воды.

К недостаткам секционных парогенераторов относятся: жесткость конструкции, ограниченная величина давления пара и паропроизво­ дительности, сложность и дороговизна секционных камер, большое количество лючков.

Паропроизводительность современных секционных парогенерато­ ров, работающих на мазуте и имеющих экономайзер и воздухоподогре­ ватель, составляет 9,75 — 11 кг/с при давлении пара за пароперегре­ вателем до 6,4 МН/м2 и температуре пара 450° С; их к. п. д. достигает

91—92%.

Несмотря на приведенные выше удовлетворительные характери­ стики, секционные парогенераторы по своей конструкции не являются перспективными. Сложные секционные камеры значительно удоро­ жают постройку парогенератора, увеличивают массу, затрудняют экс­ плуатацию и снижают его надежность.

§ 4. Парогенераторы с принудительной циркуляцией и с наддувом

Основные причины появления парогенераторов с принудительной циркуляцией и пути их развития. К современным судовым парогене­ раторам предъявляются требования минимальных масс и габаритов при максимальной производительности. Возможности выполнения этих требований для парогенераторов с естественной циркуляцией ограничены. Уменьшить массу и габариты можно в основном, умень­ шив поверхность нагрева, количество и размеры коллекторов. Умень­ шение же поверхности нагрева достигается увеличением ее теплового напряжения, что приводит к снижению надежности, долговечности и экономичности парогенератора.

31

В связи с переходом на все более высокие давления, вплоть до кри­ тических, коллекторные парогенераторы с естественной циркуляцией становятся уже неприемлемыми ввиду чрезмерного повышения массы и стоимости коллекторов и невозможности осуществления естествен­ ной циркуляции из-за того, что плотность пара приближается к плот­ ности воды, а при критических давлениях совпадает с плотностью воды.

Указанные обстоятельства вызвали необходимость применения

с многократной принудительной циркуляцией типа Ла Монт и Велокс. Парогенератор Велокс является одновременно и парогенератором с наддувом, так как в его топке топливо сжигается под давлением.

Схема парогенератора Ла Монт приведена на рис. 17. Питательная вода подается в пароводяной коллектор 3 питательным насосом 7 через экономайзер 5. Из коллектора 3 вода поступает к циркуляцион­ ному насосу 1 (из двух насосов один резервный), который подает воду через распределительные коллекторы 2 в параллельно включенные змеевики радиационной 13 и конвективной 10 поверхностей нагрева парогенератора. В трубах испарительной поверхности только 10—12% общего количества воды, подаваемой циркуляционным насосом, пре­ вращается в пар. Насыщенный пар из коллектора 3 поступает в паро-

32

перегреватель 8, а затем в виде перегретого пара направляется по па­ ропроводу 9 к главным двигателям.

Во время растопки парогенератора вода циркулирует через трубы экономайзера и пароперегревателя, предотвращая их пережог. Путем открытия клапанов Л я 12 я закрытия клапана 6 в период пуска па­ рогенератора достигается распределение потоков в нужных направ­ лениях (указанных на рисунке штриховыми стрелками). Когда в па­ рогенераторе появится пар, клапаны 11 и 12 закрываются и вклю­ чают пароперегреватель и экономайзер. При необходимости из трубо­ провода 4 можно произвести отбор насыщенного пара. В парогенера­ торах с принудительной циркуляцией поверхности нагрева экранных труб воспринимают неодинаковое количество тепла, что вызывает неравномерность расхода воды по змеевикам. Чтобы обеспечить равно­ мерное распределение воды, в коллекторе при входе в каждый змеевик устанавливают дроссельные шайбы с различными диаметрами в за­ висимости от тепловосприятия отдельных труб.

Достоинства этих парогенераторов: наличие всего одного коллек­ тора, возможность удобной их компоновки в машинно-котельном от­ делении судна, а также их высокие тепловые и экономические показа­

парогенераторов специальных дроссельных устройств в распредели­ тельных коллекторах и циркуляционного насоса, который перекачи­ вает воду с температурой, близкой к температуре насыщения.

Прямоточные парогенераторы. В прямоточных парогенераторах нет замкнутого циркуляционного контура, а следовательно, нет и гро­ моздких пароводяных и водяных коллекторов. Вода входит в трубный пучок и, пройдя последовательно по всем пучкам, выходит в виде пе­ регретого пара. Главные достоинства прямоточных котлов — про­ стота конструкции, малые габарит и масса, относительно невысокая стоимость постройки и возможность получения большой паропроиз­ водительности и пара высоких параметров.

Прямоточные парогенераторы имеют и серьезные эксплуатацион­ ные недостатки, ограничивающие их применение на судах морского

между паропроизводительностью, тепловосприятием поверхности на­ грева и количеством питательной воды, подаваемой в парогенера­ тор, затруднения при работе на маневровых режимах и необходи­ мость установки сложной системы автоматического регулирования, а также потребность в высококвалифицированном обслуживающем персонале.

Принципиальная схема прямоточного парогенератора высокого давления приведена на рис. 18. Питательная вода подается насосом в экономайзер 7, откуда недогретой на 30—40° С до кипения проходит в нижнюю радиационную часть 2 агрегата, где происходит испарение значительной части воды с доведением конечного паросодержания до 70—75%. Из радиационной части пароводяная смесь поступает в так

33

называемую переходную зону 5, которая выполнена в виде конвек­ тивной поверхности нагрева змеевикового типа и расположена в об­ ласти пониженных температур. Далее пар направляется в радиацион­ ную часть 3 пароперегревателя, а затем в конвективную часть 4 па­ роперегревателя и к турбине.

Парогенератор оборудован двухступенчатым воздухоподогрева­ телем, ступени 6 и 8 которого расположены до и после водяного эко­ номайзера. Отопление парогенератора осуществляется угольной

имеют кратность циркуляции около 1,2, поэтому их называют парогенераторами с малой кратностью циркуляции (МКЦ).

На рис. 19 показана компоновка судового прямоточного парогене­ ратора системы Л. К- Рамзина. Питательный насос 1 подает воду по трубопроводу 2 в экономайзер 3, откуда по перепускной трубе 8 она направляется в распределительный коллектор 7. Из коллектора вода распределяется по трубам лучевоспринимающей поверхности нагрева 6 парогенератора, а затем переходит в конвективный пучок 5. Обра­ зовавшаяся пароводяная смесь из конвективной части поступает в се­ паратор 9, в котором происходит отделение пара от воды. Пар направ­ ляется в пароперегреватель 4, вода частично продувается, а большая ее часть циркуляционным насосом (на рисунке не показан) возвра­ щается в экономайзер парогенератора.

На некоторых речных буксирах установлены прямоточные паро­ генераторы системы Рамзина производительностью 0,56 кг/с (2 т/ч), давлением пара 6,4 МН/м3 и температурой 400° С. Такие парогенера­

34

торы весят в десять раз меньше огнетрубных парогенераторов той же паропроизводительности.

Рассмотренные основные особенности рабочего процесса прямо­ точных парогенераторов свидетельствуют о том, что они могут быть построены на любые паропроизводительности и параметры пара. Для современных стационарных установок с критическими и сверхкрити­ ческими параметрами пара прямоточный котел является единственно возможным типом парогенератора.

Парогенератор с наддувом в топке. Применение принудительной циркуляции позволяет увеличить теплонапряжение топочного объема

жения возможно путем созда­ ния топок, работающих при повышенном давлении газов. Увеличение давления в топке до 0,3 — 0,4 МН/м2, создавае­

X10е ккал/(м3-ч)] и более. Сущность действия паро­

генератора с наддувом заклю­ чается в использовании энер­ гии отработавшего газа для повышения интенсивности те­

плообмена поверхностей нагрева парогенератора и тепла сжимаемого в компрессоре воздуха.

На рис. 20 приведена схема парогенератора типа Сюраль с надду­ вом в топке, получившего применение на судах французского военноморского флота. Основные элементы парогенератора следующие: 1) собственно парогенератор с естественной циркуляцией, состоящий из испарительной трубной системы 5, 7 и пароперегревателя 6, заклю­ ченных в прочно-плотный кожух 8, экономайзера 11, расположенного в отдельном газоходе; 2) турбонаддувочная установка для создания избыточного давления в топке, состоящая из газовых турбин 3, воз­ душных компрессоров 2 и пускового добавочного двигателя — паровой турбины 1. Необходимый для горения воздух сжимается в компрессоре до давления около 0,2 МН/м2 и поступает в кожух парогенератора, откуда через воздухонаправляющие устройства и фурменные отвер­ стия 12 направляется в топку 10. Образовавшиеся при горении топоч­ ные газы поднимаются вверх и у задней стенки 9 топки поворачивают на 180°, омывая последовательно разреженный испарительный пучок 7, пароперегреватель 6 и плотный испарительный пучок 5. Топка паро­

35

генератора ограничена сплошным рядом экранных труб, за которыми расположен щит 4 из жаропрочной стали. Пройдя трубную систему, топочные газы поступают в газовые турбины, откуда через экономай­ зер уходят в атмосферу. Распыл топлива осуществляется четырьмя регулируемыми форсунками производительностью каждая по 0,7 кг/с.

Теплонапряжение топочного объема составляет 9,3-10е Вт/м3, к. п. д. 84—87%. Парогенераторы типа Сюраль строятся и с многократной принудительной циркуляцией.

§ 5. Вспомогательные парогенераторы

Парогенераторы, предназначенные для обеспечения паром вспомо­ гательных механизмов и общесудовых нужд (отопление, бани, души, ванные, приготовление пищи и кипяченой воды), называются вспомо­ гательными. Вспомогательные парогенераторы на паровых судах, как правило, не устанавливают, потому что эффективность работы главного парогенератора при значительном уменьшении нагрузки на стояночном режиме обычно оказывается не ниже, чем у малого вспомо­ гательного парогенератора, который является дополнительным эле­ ментом, усложняющим пароэнергетическую установку.

36