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

На рис. 28 изображена регулируемая форсунка с обратным сливом топлива по центральному каналу. Особенность распиливающей го­ ловки этой форсунки заключается в наличии дополнительного цен­ трального отверстия для обратного слива. Форсунка состоит из рас­ пылителя 1, головки 2, штуцера 3 с контргайкой 4, внутреннего 5 и наружного 6 стволов и корпуса 7. Топливо по наружному стволу подается к тангенциальным каналам, а затем проходит в вихревую

камеру. Оттуда часть топлива поступает в топку, а избыточное топ­ ливо через центральный канал форсунки — в расходную цистерну.

Производительность механических форсунок можно также регу­ лировать изменением в известных пределах давления мазута в маги­ стральном трубопроводе. При высоком давлении (3,0 МН/м2 и выше) ускоряется износ распылителей форсунок.

Ротационные форсунки. Топливо в ротационных форсунках распыливается центробежной силой, создаваемой быстровращающимся рас­ пылителем, а требуемая форма конуса распыливания обеспечивается потоком воздуха от специального вентилятора.

Ротационная форсунка фирмы Сааке показана на рис. 29. Такие форсунки установлены на ряде парогенераторов отечественных и за­ рубежных судов. Топливо при температуре 50—70° С и под давлением

47

конус 8 распылителя, из которого и выбрасывается струйками на

ляется по всей внутренней поверхности стакана и перемещается к его краю, откуда в виде тонкой пленки поступает в топку. К конусу рас­ пыленного топлива подводится воздух по круговому каналу 13 через направляющие лопатки 12. Полый вал 1 со стаканом вращается от одноступенчатой радиальной турбины 3, которая работает сжатым воз­

духом, имеющим давление 0,1 — 0,12 МН/м2. Часть рабочего воз­ духа поступает из канала 4 через щели в трубе 5 в полость 6 между корпусом форсунки и вращающимся стаканом 10 и далее через узкую щель — к распыленному топливу. В щели воздух благодаря направ­ ляющим листам закручивается в направлении, обратном вращению распылителя, улучшая тем самым смешивание топлива с воздухом. Часть первичного воздуха через отверстия 11 стакана попадает внутрь его и по кольцевому каналу подводится изнутри к струе топлива, чем и увеличивается поверхность соприкосновения топлива с воздухом.

Для вращения распыливающего стакана форсунки может быть ис­ пользован также и электродвигатель. Номинальная производитель­ ность таких форсунок составляет от 0,14 до 0,56 кг/с. Длительная экс­ плуатация ротационных форсунок на морских судах показала, что, несмотря на сложность устройства, они достаточно надежны в работе.

Паровые форсунки. Паровые форсунки применяют главным обра­ зом в парогенераторных установках речных судов. Существует боль­ шое количество паровых форсунок, различающихся только конструк­ тивным оформлением. Наиболее простое устройство имеет форсунка системы Шухова (рис. 30). Топливо поступает самотеком из расход­

48

ного бака и по штуцеру 1 через окна 2 протекает по каналу 3 полого штока 4. Пар из парогенератора через штуцер 5 проходит в кольцевой канал 7 и далее вытекает с большой скоростью через кольцевую щель 6. Для увеличения скорости пара его пропускают через мелкие отверстия в шайбах, расположенных в сечениях. При выходе из форсунки пар встречается с топливом и распиливает его. Количество поступающего топлива и пара регулируется клапанами, установленными на подво­

дящих трубопроводах.

Паровые форсунки просты по устройству и обслуживанию, обеспе­ чивают хорошее качество распыливания, легко регулируются. Однако

Топливо

Пар

Топливо

Рис. 31. Распиливающая головка паромеханической форсунки

эти форсунки на парогенераторах большой производительности не устанавливают.

Паромеханические форсунки. В настоящее время на судах полу­ чили распространение форсунки паромеханического типа, использую­ щие преимущество высокого качества парового распыливания при одновременном снижении расхода пара.

На рис. 31 показана распыливающая головка такой форсунки. Топливо по кольцевому каналу 9 ствола 7 и далее через отверстия 5 направляется в наклонные канавки 4 распыливающей шайбы 2. Пар поступает через канал 8 и отверстия 6 в канавки 3. Процесс распыли­ вания осуществляется с помощью сопл 1, в которых используется энергия движущихся с большой скоростью струй топлива и пара.

Для работы форсунки применяют пар давлением до 0,35 МН/м2. Расход пара составляет примерно 0,05 — 0,15 кг/кг. Мазут также подается под небольшим давлением (до 0,7 МН/м2).

Форсунки этого типа можно использовать как чисто механические при больших нагрузках и как паромеханические при значительно сни­ женных нагрузках, что позволяет резко сократить невозвратные по­ тери конденсата. Такие форсунки являются перспективными для ис­ пользования в установках с парогенераторами большой производи­ тельности. На отечественных парогенераторах типа КВГ-34К (суда

типа «София») установлены по четыре паромеханические форсунки производительностью до 0,21 кг/с при давлении мазута 2,55 МН/м2, глубина регулирования 1 : 8; при этом давление подачи топлива сни­ жается до 0,13 МН/м2.

»

§ 8. Подача топлива к форсункам

Топливоподготовка. Экономичность и надежность работы топочных устройств во многом зависят от правильной организации топливопод­ готовки, основными задачами которой являются механическая очистка, подогрев до необходимой темпе­

топлива. Парогенераторы обо­ рудуют большим количеством форсунок и расход топлива в них регулируют изменением числа работающих форсунок. Форсунки включаются непосредственно поступающим к ним топливом, для чего их снабжают индивидуальными сервомоторами, имеющими общий привод и к воздухонаправляющим устройствам.

На рис. 32 изображен форсуночный сервомотор с дифференциаль­ ным поршнем, применяемый на современных парогенераторах. На по­ лость под поршнем 4 постоянно воздействует давление топлива, под­ веденного к ней через штуцер 5 из напорной топливной магистрали. К полости над поршнем через штуцер 2 подводится топливо из топлив­ ной магистрали посредством включающего золотника. Площадь

50

поршня сервомотора со стороны полости постоянного давления меньше площади его противоположной стороны. Поэтому при подаче к верх­ ней полости топлива поршень сервомотора опустится вниз и сначала посредством привода 7 откроются шиберы воздухонаправляющего устройства, а затем поршень потянет шток 3 топливного клапана, и топливо через штуцер 1 поступит к форсунке. И наоборот, при от­ ключении подвода топлива давление над поршнем упадет, и поршень под давлением топлива снизу переместится вверх, перекроет шибер

воздухонаправляющего устройства, а вместе с ним и топливный кла­ пан. Штуцер 6 предназначен для отвода из сервомотора протечек топ­ лива. Установка форсуночного сервомотора и соединение его с фор­ сункой и воздухонаправляющим устройством показаны на рис. 27.

Регулирование расхода топлива только изменением числа вклю­ ченных на полную производительность форсунок не обеспечивает устойчивого регулирования при всех нагрузках. Для устойчивой ра­ боты парогенератора в промежутках изменения его нагрузок между моментами включения форсунок соответственно изменяют производи­ тельность либо всех действующих форсунок, либо части из них. Из­ менение производительности всех включенных форсунок проще всего осуществить изменением давления топлива перед ними путем уста­ новки на напорном топливном трубопроводе перед включающими ор­ ганами форсунок автоматического регулирующего органа, который

контролирует весь поток топлива, поступающего в топку. Регулирую­ щий -и включающий органы форсунок монтируются в одном корпусе, имеют общий жесткий кинематический привод от сервомотора регу­ лятора давления пара и образуют единый топливный регулирующий блок.

Котлы КВГ сухогрузных судов типа «Ленинский комсомол» обо­ рудованы топочным устройством, включающим шесть механических форсунок: четыре нерегулируемые и две (№ 1 и 2) регулируемые об­ ратным сливом топлива. Подъем нагрузки котла до 80% производится последовательным включением сначала регулируемых форсунок, за­ тем нерегулируемых при давлении топлйва 1,18 МН/м2 и от 80 до 130% — повышением давления топлива перед всеми включенными форсунками до 3,14 МН/м2.

Топливный регулирующий блок 3 (рис. 33) состоит из трех вклю­ чающих золотников 1 и одного регулирующего сливного золотника 6, размещенных в общем корпусе. Все включающие золотники объеди­ нены общим механическим приводом в виде тяг и рычагов, связанных при помощи сектора 2 и шестерни 4 с регулирующим сливным золот­ ником. Шестерня приводится во вращение от главного вала 5 системы регулирования. Топливо поступает непосредственно к регулируемой форсунке I, минуя топливный регулирующий блок. При этом через первое окно сливного регулирующего золотника сливается такое ко­ личество топлива, которое обеспечивает половину производительно­ сти регулируемой форсунки.

При увеличении нагрузки парогенератора происходит поворот всех золотников топливного блока: проходное сечение окна регули­ рующего сливного золотника уменьшается, что приводит к уменьше­ нию количества отливаемого от форсунки I топлива и, следовательно, к увеличению его расхода через форсунки. При дальнейшем увеличе­ нии нагрузки парогенератора и, соответственно, угла поворота золот­ ников открываются последовательно окна включающих золотников регулируемых I, II и нерегулируемых III—VI форсунок.

Глава 111

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА ПАРОГЕНЕРАТОРА

§ 9. Пароперегреватели

Экономичность энергетической установки в значительной степени зависит от начальных параметров пара, вырабатываемого парогенера­ тором. Этим и объясняется стремление непрерывно повышать давле­ ние и температуру пара при постройке новых, более совершенных па­ рогенераторов и реконструкции существующих. Повышение темпера­ туры перегретого пара оказывает большое влияние на к. п. д. энерге­

52

тической установки. Так, при увеличении температуры перегретого пара на 20—25° С к. п. д. возрастает приблизительно на 1%. При за­ мене насыщенного пара перегретым экономичность энергетической установки повышается на 10—20%. Из сказанного ясно, какое важное значение придается в современных теплоэнергетических установках устройствам, в которых осуществляется перегрев пара.

Часть котла, состоящая из трубной поверхности нагрева и коллек­ торов и предназначенная для перегрева пара за счет тепла дымовых газов, называется пароперегревателем. В практике судового парогене­ раторостроен ия существует много различных типов и конструкций пароперегревателей, которые определяются типом и конструкцией самого пароперегревателя, местом расположения его в парогенераторе и классифицируются по нескольким признакам:

ванные.

Пароперегреватель представляет собой систему стальных труб диаметром 32 X 3,0; 29 X 2,5; 25 X 2,5; 20 X 2,0 мм, изогнутых в виде петель или змеевиков и расположенных преимущественно в шах­ матном порядке. Концы труб ввальцованы (иногда приварены) в от­ верстия коллекторов. При малых диаметрах коллекторов в их стен­ ках, противоположных тем, в которые ввальцовываются трубы, сде­ ланы отверстия, дающие возможность производить вальцовку труб. Эти отверстия обслуживают три-четыре трубы и закрываются люч­ ками; если же отверстия расположены напротив каждой трубы, то на них устанавливают лючковый затвор.

На рис. 34 показана общая компоновка одноколлекторного паро­ перегревателя с вертикальным расположением петель парогенератора типа КВГ-25. Пароперегреватель выполнен из пяти петель труб диа­ метром 25 X 2,0 мм. Для обеспечения спецификационной температуры перегретого пара пароперегреватель разделен основной поперечной перегородкой 4 на две секции, между которыми встроен пароохлади­ тель через систему двух автоматических паровых клапанов. Количест­ венным регулированием пара, поступающего в пароохладитель, под­ держивается постоянная заданная температура перегретого пара. Для создания надлежащей скорости пара каждая секция пароперегре­ вателя разделена перегородками 2 и 6 на два хода. В каждой секции имеется также по одной продольной перегородке, набранной из от­ дельных элементов. Коллектор 8 выполнен из двух сваренных между собой цельнокатаных труб с приваренными встык коваными днищами. Оба днища имеют центрально расположенные лазы размером 280 X X 380 мм с лазовым затвором 1. К коллектору приварены четыре пат­ рубка: 7 — для подвода насыщенного пара, 3 и 5 — для присоедине­ ния пароохладителя и соединения отдельных секций и 9 — для от­ вода перегретого пара через стопорный клапан. Петли пароперегре­ вателя крепят к опорной балке 10. Существенным затруднением в экс­ плуатации приведенного пароперегревателя является очистка поверх-

53

Рис. 34. Одноколлекторный вертикальный петлевой пароперегреватель парогенератора КВГ-25

/

ности нагрева пучка. Поэтому на парогенераторах типа КВ Г начали применять пароперегреватели улучшенной конструкции с газовой пазухой между петлями (см. рис. 8 и 9) для удобства очистки пучка труб.

Основное достоинство пароперегревателей петлевого типа состоит в том, что они имеют сравнительно простую конструкцию и что при возможном пережоге какой-либо трубы из строя выходит относи­ тельно малая величина поверхности нагрева, так как имеется возмож­ ность заглушить каждую отдельную петлю. Недостатком является необходимость постановки внутриколлекторных перегородок, кото­ рые вызывают затруднения при их размещении в коллекторах. Коли­ чество рядов труб петлевого пароперегревателя, а следовательно, и

ФШ

его поверхность нагрева лимитированы конструктивными размерами коллекторов, кроме того, учитывая наличие вальцовочных соединений, получение высокого перегрева пара ограничено. Для получения пара практически любой температуры начали применять горизонтальные змеевиковые пароперегреватели.

Одна из возможных схем змеевикового пароперегревателя приве­ дена на рис. 35. Змеевиковый пучок труб может быть выполнен более компактным, чем петлевой, и обеспечивать требуемую скорость пара в трубах без постановки перегородок внутри коллекторов. К недо­ статкам его следует отнести практическую невозможность осушения труб и заметное уменьшение поверхности нагрева при выходе из строя хотя бы одной трубы. Большое количество ветвей змеевика вызывает возрастание сопротивления.

Подавляющее большинство современных судовых парогенераторов с естественной циркуляцией оборудовано пароперегревателями пет­ левого типа. Более широкое распространение получают горизонталь­ ные петлевые пароперегреватели (см. рис. 11). Змеевиковые паропере­ греватели чаще всего применяют для парогенераторов с высокими параметрами пара, которым необходима развитая поверхность нагрева пароперегревателя, а также для прямоточных парогенераторов и па­ рогенераторов с многократной циркуляцией.

Температура перегретого пара — один из важнейших параметров, определяющий экономичность и надежность современной судовой

55

паротурбинной установки. Повышение температуры сверх допусти­ мой приводит к росту напряжений, а ее снижение — к ухудшению экономичности и эрозии последних ступеней турбины. Во время экс­ плуатации необходимо обеспечить допустимые изменения температуры пара, определяемые типом главного двигателя.

Существуют различные системы регулирования температуры пе­ регретого пара. В судовых парогенераторных установках получили распространение следующие способы регулирования температуры перегретого пара:

по газовой стороне с помощью газонаправляющих шиберов или отдельной топки для пароперегревателя;

по паровой стороне с помощью впрыскивающих пароохладителей;

температуры перегретого пара, но это связано с увеличением габа­ рита и массы парогенератора.

Наиболее широкое применение в современных парогенераторных установках имеет регулирование по паровой стороне. Применение смесительного пароохладителя, в котором питательная вода или конденсат впрыскиваются, допустимо только при наличии на судне надежной системы водоподготовки. В противном случае может иметь место загрязнение всего парового тракта, вплоть до проточных частей турбины. Поэтому такие пароохладители могли получить применение лишь при условии оборудования судовых установок высокоэффектив­ ной системой водоподготовки.

На судах широко распространен метод регулирования темпера­ туры перегрева посредством внутриколлекторного пароохладителя 3 поверхностного типа, включенного в рассечку между двумя сек­ циями 1 и 2 пароперегревателя (рис. 36). Количество пара, по­ ступающего в пароохладитель, регулируется автоматически клапа­ ном 4.

56