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

В последнее время на морских танкерах с пароэнергетическими установками получили распространение так называемые «полуторо­ генераторные» установки, имеющие в своем составе один главный и один вспомогательный парогенераторы. Паропроизводительность вспо­

могательного парогенератора, вырабатывающего, как правило, на­ сыщенный пар, рассчитывается из условия обеспечения хода судна в пределах 7—8 уз при аварии главного парогенератора. В обычных условиях эксплуатации пар от вспомогательного парогенератора ис­ пользуется для подогрева груза в танках, на подогрев воды при мойке

37

танков, на работу грузовых и зачистных насосов и других нужд. На теплоходах, особенно пассажирских, и танкерах установка вспомога­ тельного парогенератора обязательна. На танкерах, имеющих в ка­ честве главных двигателей дизели, пар от вспомогательных парогене-

1682 ______________ I

7 ЯП

2Ч5Ч

Рис. 22. Двухколлекторный вспомогательный парогенератор

раторов используется для подогрева груза, мытья танков, работы гру зовых насосов, а также для обеспечения паром вспомогательной энер­ гетической установки.

Вспомогательные парогенераторы обычно вырабатывают насыщен­ ный пар давлением 0,5 — 1,6 МН/м2. При необходимости потребления пара более низкого давления (до 0,3 МН/м2) на отборе устанавливают редукционный клапан.

38

На судах применяют различные типы вспомогательных парогене­ раторов. Наиболее распространены на судах современной постройки экранированные водотрубные двухколлекторные парогенераторы с од­ ним ходом газов, общая конструктивная компоновка которых сходна с компоновкой главных парогенераторов, но их размеры значительно меньше.

На рис. 21 показан вспомогательный автоматизированный паровой котел КАВ 1,5/5 производительностью 0,445 кг/с при рабочем давле­ нии пара 0,5 МН/м2, предназначенный для установки на судах раз­ личных классов и назначений. Высокая степень автоматизации обеспе­ чивает безвахтенное обслуживание на всех эксплуатационных нагруз­ ках от 0 до 100%. Парогенератор не имеет хвостовых поверхностей нагрева и поэтому его к. п. д. не превышает 83%.

Большая часть современных водотрубных вспомогательных па­ рогенераторов имеет хвостовые поверхности нагрева и снабжена системами автоматического регулирования питания и горения топлива.

На рис. 22 представлен современный вспомогательный парогене­ ратор, производящий перегретый пар с температурой 190° С и рабочим давлением 0,6 МН/м2. Парогенератор состоит из пароводяного 1 и водяного 4 коллекторов, соединенных трубами испарительного пучка 5 (11 рядов труб 29 X 2,5 мм), экрана 2 (один ряд труб 29 X 2,5 мм) и опускных труб 3 (три ряда труб 44,5 X 3). Водяной экономайзер 6 имеет три параллельных змеевика из труб 29 X 2,5 мм. За ним разме­ щен пароперегреватель 7 змеевикового типа из труб 29 X 2,5 мм. Ото­ пление парогенератора двустороннее и производится четырьмя паро­ механическими форсунками. Наличие экранированной топки, допол­ нительных поверхностей нагрева и системы автоматического управле­ ния повышают к. п. д. парогенератора до 85—88%.

§ 6. Утилизационные парогенераторы

Утилизационными называются парогенераторы, использующие тепло отработавших газов двигателей внутреннего сгорания или га­ зовых турбин теплоходов. Их устанавливают на магистрали отвода газов, и они играют также роль искрогасителей и глушителей шума двигателей. Особенность утилизационных парогенераторов заклю­ чается в отсутствии топки и работе испарительной поверхности нагрева в области низких температур (300—400° С). Поэтому давление пара, вырабатываемого в таких парогенераторах, ограничено и составляет не более 1,0 МН/м2. Чем ниже давление пара в утилизационном паро­ генераторе, тем интенсивнее происходит в нем теплообмен. С повыше­ нием давления пара паропроизводительность парогенератора будет уменьшаться. Максимальная паропроизводительность утилизацион­ ного парогенератора может быть обеспечена при давлении пара 0,3 — 0,4 МН/м2. Паропроизводительность парогенератора зависит от типа и мощности главного двигателя. При температуре уходящих газов /ух = ts + 50° С (/s — температура питательной воды) удель­ ная паропроизводительность парогенератора в зависимости от давле­

39

ния пара и типа дизелей может быть представлена графиком, изобра­ женным на рис. 23.

Утилизационные парогенераторы могут функционировать только в течение рейса, когда работают главные двигатели. При неработаю­ щем главном двигателе или работающем на режиме малой мощности, когда производительность утилизационной установки недостаточна, необходимо иметь вспомогательный парогенератор, действующий не­ зависимо от судовых двигателей, что не всегда выгодно и усложняет установку. Поэтому на некоторых теплоходах устанавливают один

щем главном двигателе включена правая — топливная — часть пароге­ нератора, которая состоит из парового коллектора 1, пароперегревателя 2, испарительного пучка труб 3, водяного коллектора 4 и разрежен­ ного бокового экрана 5.

Утилизационная часть парогенератора включает паровой коллек­ тор 1, конвективный пучок труб 8, водяной коллектор 7 и паропере­ греватель 6. Рассматриваемая конструкция комбинированного паро­ генератора допускает как раздельную, так и совместную работу ути­ лизационной и топливной частей. Суммарная паропроизводительность составляет 1,95 кг/с при давлении пара 0,5 МН/м2 и температуре пере­ гретого пара 180° С. Паропроизводительность утилизационной части 1,25 кг/с при давлении пара 0,6 МН/м2 и температуре перегретого пара 180° С. Парогенератор снабжен системой автоматического управления процессами питания и горения.

В настоящее время получили широкое применение утилизацион­ ные парогенераторы с принудительной циркуляцией.

На рис. 25 показана конструкция утилизационного парогенератора с принудительной циркуляцией, у которого поверхность нагрева 1 представляет собой набор спиральных змеевиков, приваренных к входному и выходному распределительным коллекторам 2. Цирку-

40

ляция воды создается циркуляционным насосом. Отработавшие газы двигателя поступают через нижний патрубок во входную газовую ка­ меру 3, в которой посредством сблокированных байпасной 5 и регули­ рующей 4 заслонок направляются к газоходу 6 поверхности нагрева

то

Рис. 24. Утилизационный комбинированный парогенератор

или же через вставку 7 к выходному патрубку, минуя поверхность нагрева змеевиков. В верхней части корпуса расположен глушитель 8. Максимальная паропроизводительность парогенератора составляет 0,7 кг/с при давлении 0,5 — 0,55 МН/м2 и температуре отработавших газов 310—320° С.

41

Рис. 25. Утилизационный парогенератор с принудительной циркуляцией

Как и в главных парогенераторах с принудительной циркуля­ цией, на входных концах змеевиков устанавливают шайбы, чем обес­ печивается правильное распределение воды по змеевикам. Когда паро­ генератор не производит пара, он продолжает работать в качестве глу­ шителя и искрогасителя для двигателя.

42

Глава II

ТОПКИ И ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА

§ 7. Назначение топок и топочных устройств

Топкой называется устройство, предназначенное для осуществле­ ния устойчивого горения топлива. Надежность и экономичность паро­ генератора во многом зависит от того, насколько совершенна его топка в конструктивном отношении и насколько правильно ведется режим ее работы. Топка парогенератора состоит из топочного устройства и топочной камеры, в которой осуществляется процесс горения топлива. Форма и конструктивное исполнение топочной камеры оказывают влияние на протекание топочного процесса. Разные по виду и составу сорта топлива требуют для сжигания различных топочных устройств.

Топки, предназначенные для сжигания твердого топлива на колос­ никовой решетке, называют слоевыми, а для сжигания твердого и жидкого топлива во взвешенном состоянии — камерными.

Учитывая основные направления по использованию топлива в на­ родном хозяйстве, на современных судах устанавливают парогенера­ торы с камерными топками; топки слоевого сжигания топлива боль­ шого применения в настоящее время не имеют. Поэтому ограничимся рассмотрением топочных устройств для сжигания жидкого топлива. К достоинствам жидкого топлива относятся его высокая теплота сго­ рания, высокий пирометрический эффект и легкость регулирования процесса горения путем применения механизации и автоматизации.

Жидким топливом для судовых парогенераторов является мазут. Рациональное и экономное расходование мазута в парогенераторных установках имеет важное народнохозяйственное значение, так как в общих эксплуатационных расходах затраты на топливо составляют 30—40%. Наилучшее использование мазута зависит в первую очередь от конструкции парогенератора, конфигурации топки и совершенства топочных устройств, состоящих из форсунок, воздухонаправляющих устройств и приспособлений для непосредственного регулирования и управления процессом горения. Одним из основных элементов топоч­ ного оборудования при работе парогенератора на жидком топливе является форсунка.

Внастоящее время насчитывается большое количество различных типов форсунок, применяемых в парогенераторных установках, ко­ торые по способу распыливания топлива можно разделить на четыре основные группы: паровые, воздушные, механические и комбиниро­ ванные — паромеханические.

Впаровых форсунках распыливание осуществляется благодаря кинетической энергии паровой струи.

Ввоздушных форсунках топливо распыливается благодаря кине­ тической энергии потока сжатого воздуха. Для форсунок с воздушным

распиливанием требуется сжатый воздух давлением 0,17 —

43

форсунки используют преимущественно для вспомогательных пароге­ нераторов теплоходов.

Механические форсунки, применяемые главным образом в пароге­ нераторных установках, делятся на два типа: центробежные, у которых распиливание осуществляется путем давления, создаваемого топлив­ ным насосом, и ротационные, у которых топливо распиливается цен­ тробежной силой, возникающей при вращении стакана форсунки.

В комбинированных форсунках для распиливания топлива исполь­ зуется механический и паровой принципы распиливания. Такие фор-

Рис. 26. Форсунка с механическим распиливанием

сунки обеспечивают высокое качество распиливания мазута при зна­ чительно меньшем расходе пара, чем у обычных паровых форсунок, и получили в парогенераторах современных судов наибольшее распро­ странение.

Механические форсунки. Основными элементами топочного уст­ ройства с механической форсункой являются сама форсунка и воздухо­ направляющее устройство. Топливо к форсунке поступает под давле­ нием до 2,5 — 3 МН/м2, создаваемым топливным насосом.

Форсунка с механическим распиливанием топлива (рис. 26) состоит из корпуса 5, ствола 4, штуцера 3, головки 2 и распылителя 1. Топ­ ливо подводится по каналу в корпусе и поступает по стволу к распы­ лителю. При прохождении через шайбу топливо приобретает враща­ тельное движение благодаря наличию в ней тангенциальных каналов. Кроме вращательного движения, струе топлива сообщается поступа­ тельное движение к выходному отверстию шайбы, на выходе из кото­ рого струя разрывается на мельчайшие частицы и поступает в топку в виде полого вращающегося конуса. В корпусе 5 установлен невоз-

44

вратный клапан 6 для подвода пара на продувку распиливающей шайбы. Во время работы форсунки клапан прижат топливом к седлу 7. При продувании клапан потоком пара отрывается от седла и закры­ вает топливный канал, а пар по каналу ствола поступает к распыли­ телю и продувает его.

Форсунку устанавливают в воздухонаправляющем устройстве, обеспечивающем хорошее перемешивание воздуха с топливом. Основ­ ными узлами воздухонаправляющего устройства, предназначенного для подачи воздуха закрученным потоком (рис. 27), являются корпус /, крышка 5, регистр 2 и диффузор 11. Корпус состоит из двух непод­ вижных конусообразных колец, между которыми установлены под

Подход

Ш&

Рис. 28. Форсунка с обратным сливом топлива

некоторым углом лопатки, образующие тангенциальные воздушные каналы. Открытие и закрытие каналов осуществляется перемещением регистра двумя тягами 6, проходящими через специальный сальник 16 наружу и соединенными с сервомотором 14 посредством рычагов 13 и 15. На форсуночном штуцере 4 установлена захлопка 3, предо­ твращающая выход топочных газов и горячего воздуха при выеме форсунки. Диффузор предназначен для защиты корня факела от за­ дувания и срыва воздухом и поддержания необходимой температуры при воспламенении топлива. Диффузор 11 перемещается тягой 10. Форсунка прикреплена к втулке 7, навернутой на форсуночный шту­ цер скобой 9 и стопором 8. Смотровой штуцер 12 предназначен для установки электровоспламенителя при растопке парогенератора.

Производительность механических форсунок можно регулировать различными способами. Имеются конструкции форсунок, производи­ тельность которых регулируется сливом части мазута из вихревой камеры в приемный трубопровод топливного насоса или в топливную цистерну. Слив может осуществляться по периферийному и централь­ ному каналам. Глубина регулирования обычно составляет 1 : 3 (от­ ношение минимального значения давления, при котором обеспечи­ вается нормальная работа форсунки, к максимальному).

46