Судовые паровые котлы

Содержание

Введение

1 Описание судового главного парового трехходового котла

2 Исходные данные

3 Определение объема и энтальпии дымовых газов

3.1 Определение состава рабочей массы топлива

3.2 Выбор топочного устройства

3.3 Коэффициент избытка воздуха

3.4 Объемы воздуха и продуктов сгорания топлива

3.5 Расчет энтальпии дымовых газов

4 Тепловой баланс

5 Расчет топки котла

6 Расчет конвективной поверхности нагрева

7 Расчет теплообмена в экономайзере

8 Эксплуатация паровых котлов

8.1 Обслуживание котлов на ходу и на стоянке судна

8.2 Водообработка

8.3 Очистка поверхностей нагрева

Заключение

Список литературы

Введение

Практически любое производство, в том числе и современные суда, насыщены разнообразным пароэнергетическим оборудованием, в основе работы которого, как правило, является генератор пара - котел. Курсовое проектирование по дисциплинам «Судовые парогенераторы» занимает важное место в подготовке инженера-механика по специальностям 1402 «Судовые энергетические установки».

Судовой главный паровой трехходовой котел установлен на серии судах типа «Домбас» водоизмещением 62000 т. В этом агрегате по сравнению с другими котлами несколько изменена конструктивная компоновка отдельных элементов: второго пучка, парового воздухоподогревателя , пароперегревателя.

Курсовой проект включается в себя описание, определение объема и энтальпия дымовых газов, расчет теплового баланса, расчет топки, расчет конвективной поверхности нагрева, расчет теплообмена в экономайзере и эксплуатация судового главного парового трехходового котла.

1. Описание судового главного парового трехходового котла

Секционные трехходовые водотрубные котлы с естественной циркуляцией на угольном отоплении построены в Германии и устанавливаются на судне типа «Домбас» в 30-х годах.

Котёл состоит из операюшегося на жёсткие опоры парового барабана 1, соединённого с патрубками 2 с переменными камерами 3 с циркуляционными трубами 4 с задними камерами 5. Передние и задние камеры

Соединяются с прямыми водогрейными трубами 6. Сборный комплект, состоящий из передних и задних камер и завальцованных в них водогрейных труб называется секцией.

Обе камеры установлены так, что водогрейные трубы выполнены под углом 15є-20є к горизонту для улучшения естественной циркуляции, поэтому котлы ещё называю горизонтально-водотрубными.

C фронта котла под камерами параллельно пароводяному барабану, расположен грязевик 7, соединённый с передними камерами короткими патрубками. Грязевик периодически продувается через кран нижнего продувания с целью удаления осевших в нём примесей. Грязевик с обоих сторон соединён с пароводяным барабаном необогреваемыми трубами.

Камеры для размещения неизменности водогрейных труб в шахматном порядке делают волнистой формы. Нижний ряд выполнен из труб диаметром 102Ч6 мм. Остальные тубы имеют размер 44,5Ч5,5 мм.

Передние и задние камеры опираются на каркас 10, при нём передние камеры

крепятся к каркасу неподвижно, а задние ставятся на особые скользящие опоры 11, позволяющие трубам расширяться при их напряжении.

Для увеличения скорости газов(а тем самым повышение коэффициента теплоотдачи)ставятся вертикальные 12 и горизонтальные 13 перегородки, создающие три зоны газов.

Котёл имеет пароперегреватель 14 расположен между двумя пучками водогрейных труб.

Обычная колосниковая решётка 15 сделана с удалением в сторону задней стенки топки с целью удобства обслуживания котла.

В котле предусмотрена подача вторичного воздуха над колосниковой решёткой через канал 18.

Внутри барабана расположен пароохладитель 21.

Поверхность нагрева котла выполняется из отдельных секций, количество которых бывает от 10

Секции расположены вплотную друг другу с асбестовой прослойкой между ними.

2. Исходный данный

- Тип парового котла: трехходовой

- Паропроизводительность: D_к = 5,5 т/ч

- Параметры пара: Р = 2,2 МПа

- Температура перегретого пара: t_пп = 350⁰С

- Температура питательной воды: t_пв = 120⁰С

- Род и марка топлива: М100 сернистый

3. Определение объема и энтальпии дымовых газов

Исходные данные

3.1 Определение состава рабочей массы топлива

Состав горючей массы

= 86,5 %; = 10,5 %; = 0,4 %; = 0,6 %; = 2,0 %;

= 0,14 %; = 1,5 %; кДж/кг;

Состав рабочей массы

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

Проверка

Низшая теплота сгорания

(кДж/кг)

3.2 Выбор топочного устройства

Выбирается механическую форсунку.

Коэффициент избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха на выходе из котельного агрегата - б_yx определяется по формуле

б_yxг=б_т+??б ,

где: ??б - суммарная величина присосов холодного воздуха в газоходах котла.

Для морских котлов обшитых листовым железом можно принять . Следует

б_т = б_yxг.

б_yxг= 1,03 1,35; принимается б_yxг= 1,15

3.3 Объемы воздуха и продуктов сгорания топлива

Теоретический объем воздуха

(нм³/кг);

Теоретический объем сухих продуктов сгорания

 (нм³/кг);

(нм³/кг);

Теоретический объем трехатомных влажных продуктов сгорания

(нм³/кг)

где: W_Ф= 0 (кг/кг) - при постановке механической форсунки.

Теоретический объем дымовых газов при

= 1,632 + 8,3158 + 1,0156 = 10,96 (нм³/кг);

Действительные объемы продуктов сгорания

= 11,96 + 1,016(1,15 - 1)10,420 = 12,55 (нм³/кг);

Теоретическое количество влажного воздуха

(нм³/кг);

Расчет энтальпии дымовых газов

4.Тепловой баланс

Целью расчета теплового баланса является определение расхода топлива. Величина расхода топлива вычисляется по формуле:

(кг/с);

з_К - коэффициент полезного действия (к.п.д.) парогенератора.

i_ПП =f(P,t_ПП)- Энтальпия производимого пара определяется по таблицам воды и водяного пара (табл.(3.1)-(3.2), П.[1]).

P= P_K+0.1= 2.2+0.1=2.3 MПа

t_ПП= 350⁰С

i_ПП =3130,9 (кДж/кг)

Энтальпия питательной воды i_ПВ определяется по формуле

(кДж/кг)

Располагаемая теплота рабочей массы топлива определяется по формуле

(кДж/кг);

где Низшая теплота сгорания

(кДж/кг)

Q_m - Физическое тепло топлива учитывается при предварительном подогреве топлива. (Обычно подогревается мазут перед подачей его в форсунку).

(кДж/кг);

где t_m - температура подогретого топлива, ⁰С можно определить по графику (см.рис.3.1 П.[1]). t_m=125⁰C при вязкости 4,5⁰ВУ.

(Выбирается паромеханическую форсунку)

Удельную теплоемкость жидкого топлива можно вычислять по формуле

(кДж/кг.град)

Q_ф - тепло, вносимое с «форсуночным» паром, вычисляется по формуле

(кДж/кг)

где - Расход пара на распыливание 1 Кг топлива, т.к. форсунка механическая

=0, следовательно Q_ф=0.

К.п.д. котла определяется по формуле

(%)

где: q₂ - потеря теплоты с уходящими газами вычисляется по формуле

(%);

где:

J_ух.г = 3476 (кДж/кг)_. - энтальпия уходящих газов, определяющая по диаграмме J-t дымовых газов при температуре уходящих газов t_ух.г.=200⁰С (); t_в = 30⁰С; С_в = 1,33 (кДж/кг.к);

Теоретический объем воздуха =10,420

б_yxг= 1,03 1,35; принимается б_yxг= 1,15

q₃ = 0,5 (%) - тепловые потери от химического недожога (для судовых главных котлов);

q₄ = 0 - тепловые потери от механического недожога (при сжигании жидкого и газообразного топлива);

q₅ = 0,6 (%) - потери теплоты через обмуровку стационарных котлов, определяющие по рис.3.3 П.[1]. Для трехходового котла при D_К = 5,5 (кг/с); расхода топлива

(кг/с);

5.Расчет топки котла

Цель расчета - определение температуры дымовых газов на выходе из топки и величины тепловосприятия при заданной величине радиационной поверхности нагрева .

;

Так как величины критерия Больцмана и степени черноты топки зависят от температуры дымовых газов на выходе из топки поэтому расчет проводят методом последовательных приближений.

Задаются в первом приближении величиной температуры дымовых газов на выходе из топки и вычисляют величины степени черноты топки и критерия Больцмана .

Для первого приближения можно принимать (для жидкого и газообразного топлива) ; принимается

5.1 Сравнение величин фактических и допустимых тепловых напряжений- топочного объема

(кВт/м³)

где:

B=0,4 кг/с -расхода топлива

= 20 - объем топочного пространства берет из табл.1.1П [1].

[q_v] =1,2*768 = 921,6 (кВт/м³) - Величина допустимых тепловых напряжений берет из табл.1.1 П[1]. Следовательно: q_v < [q_v];

5.2 Расчет степени черноты топки

Степень черноты камерной топки вычисляют по формуле

где, - степень экранирования топки вычисляют по формулам( для камерной топки)

Величину суммарной поверхности стенки топки определяют по формуле

(м²);

- коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения или изоляции поверхности, для мазута = 0,55;

При сжигании газообразного и жидкого топлива эффективную степень черноты факела вычисляют по формуле

Степень черноты светящегося пламени (факела) вычисляют по формуле

Несветящегося пламени (факела) - по формуле

Коэффициент усреднения выбирается в зависимости от величины теплового напряжения топочного объема и рода топлива

При значение =0,8;

Коэффициент ослабления лучей для трехатомных газов вычисляют по формуле

Для топок котлов, работающих без наддува, (МПа)

Эффективную толщину излучающего слоя пламени вычисляют по формуле

(м)

Объемные доли трехатомных газов

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами вычисляют по формуле

Критерий Больцмана вычисляют по формуле

Коэффициент сохранения теплоты

Принимается

Величину средней суммарной теплоемкости продуктов сгорания вычисляют по формуле

 (кДж/град.кг);

Теплосодержание дымовых газов (кДж/кг), соответствующее абсолютной теоретической температуре горения , вычисляют по формуле

(кДж/кг);

где: - температура воздуха, подаваемого в топку (температура горячего воздуха);

(%) - влажность;

По величине по диаграмме дымовых газов величина абсолютной теоретической температуры горения =2242 К;

По диаграмме дымовых газов величина теплосодержания дымовых газов на выходе из топки (кДж/кг) при температуре ;

Для топки судовых котлов на мазутном отоплении М = 0,64;

Температуры дымовых газов на выходе из топки

(К);

 - (К); следовательно: (К) не истинная температура. При последующих аналогичных приближениях получаем истинную температуру =1674,3

Тепловосприятия в топке котла

(кВт);

По диаграмме дымовых газов величина теплосодержания дымовых газов на выходе из топки (кДж/кг) при температуре ;

Для проверки

6.Расчет конвективной поверхности нагрева

Расчет конвективной поверхности сводиться определению температура газов на выходе и количество теплоты, переданное в конвективном пучке при заданной поверхности.

Расчет проводится с помощью двух уравнений

Задаться 3 значений температуры газов на выходе

Энтальпия газа соответственно

(кДж/кг); (кДж/кг); (кДж/кг);

Количество теплоты соответственно

(кВт)

(кВт)

(кВт)

Температура насыщенного пара

; при (МПа)

Температура газа на выходе из топки

Наибольшая разность температур между теплоносителями

Наименьшая разность температур между теплоносителями

Температурный напор



Средняя температура потока

1 Наружные диаметры труб

(м) (м)

2 Количество рядов труб диаметрам соответственно

3 Поперечные шаги труб

(м) (м)

Продольные шаги труб

(м) (м)

4 Количество труб в одном ряду



где, - ширина газохода.

5 Коэффициент омывания

6 Поверхность нагрева труб

(м²)

(м²)

7 Полная поверхность нагрева

(м²)

8 Средний расчетный диаметр

(м)

9 Средний расчетный шаг

(м)

(м)

10 Среднее число труб в ряду



Активная длина проекции труб

(м)

Площадь живого сечения при поперечном омывании пучки труб

(м²)

где, (м) - ширина газохода.

Скорость потока газов при поперечном омывании трубок

(м/с)

(м/с)

(м/с)

Коэффициент загрязнения соответственно

Относительный поперечный шаг

Относительный продольный шаг

Относительный диагональный шаг

Параметр

Поправка на компоновку

Поправка на число рядов труб

Кинематическая вязкость , коэффициент теплопроводности , критерий Прандтля для дымовых газов принимают по средней температуре потока

(м²/с) (Вт/м.К)

(м²/с) (Вт/м.К)

(м²/с) (Вт/м.К)

Коэффициент теплоотдачи

 (Вт/м².К)

(Вт/м².К)

(Вт/м².К)

Эффективная толщина излучающего его слоя в междутрубном пространстве

(м)

Средняя температура

К

К

К

=0,13+0,081=0,21- суммарная объемная доля трехатомных газов в газоходе ;

Коэффициент ослабления лучей для трехатомных газов

Степень черноты газового потока

Температура наружной поверхности стенки труб

К

К

К

Коэффициент теплоотдачи излучением

(Вт/м².К)

(Вт/м².К)

(Вт/м².К)

Коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке

 (Вт/м².К)

(Вт/м².К)

(Вт/м².К)

Коэффициент теплопередачи

(Вт/м².К)

(Вт/м².К)

(Вт/м².К)

Уравнение теплопередачи

(кВт)

(кВт)

(кВт)

Из графика находятся Q_ист= 3000 (кВт) и t_ист= 1080^оС

2. Проверочный расчет пароперегревателя

Расчет пароперегревателя сводится к определению температуры газов на выходе из пароперегревателя.

Энтальпия насыщенного пара

i_s=2799,8(кДж/кг)

Энтальпия производимого пара

i_ПП =3130,9 (кДж/кг)

Энтальпия газов на входе в пароперегреватель

(кДж/кг) при

Энтальпия газов на выходе из пароперегревателя

(кДж/кг)

Температура газов на выходе из пароперегревателя

при (кДж/кг)

Расчет теплообмена во втором пучке

1 Наружный диаметр труб

(м)

2 Количество рядов труб

3 Поперечные шаги труб

(м)

4 Продольные шаги труб

(м)

5 Количество труб в одном ряду

6 Коэффициент омывания

7 Поверхность нагрева труб

(м²)

Расчет проводится с помощью двух уравнений

Задаться 3 значений температуры газов на выходе

Энтальпия газа соответственно

(кДж/кг); (кДж/кг); (кДж/кг);

Количество теплоты соответственно

(кВт)

(кВт)

(кВт)

Температура насыщенного пара

; при (МПа)

Наибольшая разность температур между теплоносителями

Наименьшая разность температур между теплоносителями

Температурный напор

Средняя температура потока

Активная длина проекции труб

(м)

Площадь живого сечения при поперечном омывании пучки труб

 (м²)

где, (м) - ширина газохода.

Скорость потока газов при поперечном омывании трубок

(м/с)

(м/с)

(м/с)

Коэффициент загрязнения соответственно

Относительный поперечный шаг

Относительный продольный шаг

Относительный диагональный шаг

Параметр

Поправка на компоновку

Поправка на число рядов труб

, т.к.

Кинематическая вязкость , коэффициент теплопроводности , критерий Прандтля для дымовых газов принимают по средней температуре потока

(м²/с) (Вт/м.К)

(м²/с) (Вт/м.К)

(м²/с) (Вт/м.К)

Коэффициент теплоотдачи

(Вт/м².К)

(Вт/м².К)

(Вт/м².К)

Эффективная толщина излучающего его слоя в междутрубном пространстве

(м)

Средняя температура

К

К

К

Коэффициент ослабления лучей для трехатомных газов

Степень черноты газового потока

Температура наружной поверхности стенки труб

К

К

К

Коэффициент теплоотдачи излучением

(Вт/м².К)

(Вт/м².К)



(Вт/м².К)

Коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке

(Вт/м².К)

(Вт/м².К)

(Вт/м².К)

Коэффициент теплопередачи

(Вт/м².К)

(Вт/м².К)

(Вт/м².К)

Уравнение теплопередачи

(кВт)

(кВт)

(кВт)

Из графика находятся Q_ист=3000 (кВт) и t_ист=475 ^оС

7. Расчет теплообмена в экономайзере

Экономайзер выполнен змеевиковой конструкции из труб диаметром 38mm

Расчет параметры экономайзера для компоновки экономайзера. Задаться:

Диаметр трубок (м)

Поперечный шаг труб

(м)

Продольный шаг труб

(м)

Относительный поперечный шаг

Относительный продольный шаг

Принимается шахматное расположение трубок.

Поперечный размер экономайзера (м)

Продольный размер экономайзера

(м)

Количество трубок в одном ряду

Площадь сечения для прохода газов

(м²)

Температура газов на выходе из экономайзера

Энтальпия выходящих газов

(кДж/кг)

Tемпература газов на входе в экономайзер

Энтальпия входящих газов

(кДж/кг)

Энтальпия питательной воды

(кДж/кг)

Энтальпия горячей воды

(кДж/кг)

Температура горячей воды

Наибольшая разность температур между теплоносителями

Наименьшая разность температур между теплоносителями

Температурный напор

Средняя температура потока

Скорость потока газов

(м/с)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков от дымовых газов к стенке

где, ; ; ;



Уравнение теплопередачи

(кВт)

Коэффициент загрязнения

Коэффициент теплопередачи

Поверхность нагрева водяного экономайзера

(м²)

Количество рядов труб

Площадь сечения для течения воды

(м²)

где, (м) - внутренний диаметр труб.

Скорость воды в экономайзере

(м/с)

где, (кг/м³) - плотность воды.

Для того, чтобы скорость воды в экономайзере лежала в пределах 1,25 - 2,5 надо поставить перегородку и в зависимости от этого увеличиваем скорость в 4раза.

(м/с)

8. Эксплуатация паровых котлов

8.1 Обслуживание котлов на ходу и на стоянке судна

Подготовка к пуску котла, как любого другого агрегата, предшествует осмотр, цель которого состоит в проверке работоспособности всех элементов и узлов. Осматривают не только собственно котел, но и все его устройства и системы питательной воды и топлива, арматуру, измерительные приборы, топливную аппаратуру и автоматику. В пароводяном барабане или в сепараторе утилизационного котла должен быть обеспечен уровень воды в соответствии с требованиями инструкции по эксплуатации.

Пуск (ввод в действие), или подъем пара, является одной из ответственных операций при обслуживании котла. В период пуска проверяют исправность арматуры и других устройств, особое внимание уделяют поддержанию уровня воды в пароводяном барабане. Время подъема пара определяется конструктивными характеристиками котла. Для водотрубных агрегатов скорость подъема давления пара в соответствии с инструкцией ограничивается временем разогрева кирпичной кладки и возможностью достаточного охлаждения паром труб пароперегревателя, исключающего опасный перегрев металла и возникновение опасных температурных напряжений, поэтому во время пуска агрегата необходимо открыть клапан продувания пароперегревателя.

Розжигу топлива обязательно должно предшествовать включение вентилятора с целью вентиляции топки и исключения возможности взрыва смеси горючих газов и воздуха в момент зажигания топлива. Это требование написано красными буквами на фронте котла, чтобы обслуживающий персонал не допустил ошибки при розжиге. Тем не менее в топках и дымоходах главных и особенно вспомогательных котлов случаи взрывов все же бывают. Это еще более повышает значимость правильной организации процесса розжига топлива при пуске котла.

Во время подъема пара происходит тепловое расширение элементов котла. Обслуживание агрегата в этот период состоит в том, чтобы исключить ненормальные перемещения в опорах, из которых только одна неподвижная (обычно со стороны главного стопорного клапана).

По достижении требуемого значения рабочего давления необходимо еще раз проверить уровень воды и удостовериться в нормальном действии водоуказательных приборов, манометров и предохранительных клапанов.

После этого котел может быть сообщен с главным трубопроводом пара, который в свою очередь должен быть предварительно прогрет, а образовавшийся при этом конденсат удален через систему продувания.

На ходовом режиме обслуживание котла состоит в обеспечении его безопасной работы при наивыгоднейших параметрах и показателях рабочего процесса. При автоматизации установки действия обслуживающего персонала упрощаются. Однако в любом случае на ходовом режиме необходимо следить за качеством процессов питания, горения, перегрева пара, поддержанием оптимального водного режима и требуемого к. п. д.

Основным показателем процесса питания служит уровень воды в пароводяном барабане или сепараторе. За уровнем следует наблюдать по дистанционным сниженным указателям и периодически его проверять непосредственно по водоуказательным колонкам. Нормальный уровень воды позволяет обеспечить надежную работу и высокое качество насыщенного пара, направляемого в пароперегреватель. Если уровень воды имеет тенденцию к снижению, необходимо уменьшить нагрузку котла и проверить действие регулятора уровня и питательных средств. Если в пределах видимой части стекла колонки уровня воды не наблюдается, нужно продуть колонку. Если и после продувки уровень воды не появится, следует немедленно выключить горелку и прекратить питание котла, после чего произвести освидетельствование его состояния. При обнаружении лопнувшей трубы, о чем свидетельствует сильный шум в топке и белый дым над дымовой трубой, необходимо установить местонахождение лопнувшей трубы и заглушить ее. В этом случае котел выводят из действия.

На время проведения ремонтных работ можно при необходимости увеличить нагрузку другого действующего котла.

Эксплуатационными показателями котла с автоматизированным процессом горения топлива служат давление пара и коэффициент избытка воздуха. Для обеспечения оптимальных значений указанных показателей требуется следить за исправностью систем автоматизации и прежде всего топочных устройств, не допуская ухудшения качества распиливания мазута.

Качество факела в топке оценивать визуально по его цвету, который в нормальных условиях должен быть без темных полос и крупных частиц, свидетельствующих об ухудшении распыливания мазута. Для этого каждую вахту необходимо производить чистку распылителей, а износившиеся (после 600--700 ч работы) заменять новыми. Загрязнение или повреждение внутренних поверхностей распылителей ведет к неоправданному перерасходу топлива. Во время обслуживания котла это можно обнаружить по темным полосам в топке и цвету дыма с помощью дымового перископа.

Температура перегретого пара, как и рабочее давление, определяет экономичность установки. На ходовом режиме требуемая температура пара обеспечивается путем поддержания расчетных значений температуры питательной воды, влажности насыщенного пара и коэффициента избытка воздуха, а также тщательной наружной очистки поверхностей нагрева. В связи, с этим во время обслуживания по измерительным приборам контролируют значения указанных величин и при необходимости производят подрегулировку соответствующих устройств. Во время эксплуатации коэффициент избытка воздуха контролируют с помощью автоматического газоанализатора, указывающего обычно процентное содержание СО₂ в дымовых газах. Иногда перегрев пара может возрасти из-за протечки воздуха в газоходы через неплотно закрытые лазовые затворы щитов обшивки.

Загрязнение поверхностей нагрева оказывает также заметное влияние на температуру перегретого пара. Влияние будет различным в зависимости от того, какие элементы имеют повышенное наружное загрязнение. Если загрязнены трубы пучка, расположенного до пароперегревателя, температура перегретого пара повышается. При увеличении наружного загрязнения поверхности нагрева пароперегревателя, наоборот, температура перегретого пара понижается. В некоторых котлах иногда предусматривают специальное устройство, позволяющее несколько корректировать температуру перегретого пара при повышенном загрязнении поверхностей нагрева.

Температура перегретого пара во время работы может снизиться также при увеличении влажности насыщенного пара, поступающего из пароводяного барабана. Повышенная влажность пара вызывает не только снижение перегрева из-за того, что часть тепла расходуется на испарение влаги, но и приводит, кроме того, к отложению накипи на стенках труб пароперегревателя, ухудшающей теплопередачу. Унос накипеобразующих солей с частицами влаги, как правило, является следствием вскипания и вспенивания в пароводяном барабане. Во время работы это обнаруживают по резким колебаниям уровня в водоуказательной колонке. Устранить это вредное явление можно увеличением верхней продувки, понижающей соленость воды в пароводяном барабане. Кроме того, необходимо выяснить причину повышения солености воды или возможного попадания в нее масла.

Во время обслуживания котла необходимо контролировать не только соленость, но и другие показатели воды, определяющие количество присадок, вводимых в пароводяной барабан для создания оптимального водного режима. Для обеспечения оптимального среднеэксплуатационного к. п. д. котла на ходовом режиме требуется постоянно контролировать температуру уходящих газов, которая может повышаться при загрязнении поверхностей нагрева. Отрицательное влияние на к. п. д. оказывает и повышение коэффициента избытка воздуха. Правильное использование сажеобдувочных устройств, соответствующая регулировка и настройка топочных устройств и элементов автоматики горения позволяют обеспечить при обслуживании котла требуемую экономичность. При обслуживании вспомогательного котла, включенного в систему инертных газов танкера, требуется в эксплуатации обеспечивать главный показатель качества уходящих дымовых газов по объемному количеству в них кислорода (не более 5%).

Стояночный режим работы энергетической установки судна неодинаково определяет нагрузку котлов разного назначения. На дизельных танкерах во время стоянки утилизационные котлы не работают, а вспомогательные агрегаты могут иметь довольно значительную нагрузку, если производятся грузовые операции собственными средствами. На сухогрузных теплоходах нагрузка вспомогательных котлов, как правило, невелика, а иногда их работа происходит на режиме поддержки давления без расхода пара на потребители; такой же режим может быть принят и на танкерах во время стоянки без грузовых операций. На паротурбинных судах, энергетические установки которых оборудуются, как правило, только главными котлами, стояночный режим обеспечивается одним или двумя работающими агрегатами. Нагрузка главного котла на стояночном режиме зависит также от назначения судна. На танкерах при грузовых операциях котел имеет примерно такую же паропроизводительность, как и на ходовом режиме, что обусловливается расходом охлажденного пара на турбоприводные грузовые насосы. Обслуживание главного котла при подобной нагрузке на стоянке судна будет практически таким же, как и на ходовом режиме.

Для других котлов, работающих с пониженными нагрузками на стояночном режиме судовой установки, основная задача их обслуживания состоит в обеспечении надежности и предотвращении коррозионного износа хвостовых поверхностей нагрева. С этой целью требуется постоянный контроль за уровнем воды, температурой уходящих газов и качеством работы топочных устройств. При наличии газового воздухоподогревателя необходимо включать систему его обвода по воздушной стороне при снижении нагрузок котла.

Вывод из действия котла производится в связи с отсутствием расхода пара на потребители, а также для профилактических осмотров, обмыва поверхностей нагрева и в случае необходимости выполнения ремонтных работ во время стоянки судна и для подготовки к освидетельствованию котла инспектором Регистра СССР. Вывод из действия котла может потребоваться и в экстренном случае, например при упуске воды, разрыве трубы или стекла в водоуказательной колонке, пожаре или взрыве газов в газоходе, нарушении нормальной работы питательных средств или вентилятора или др.

При выводе котла из действия нужно учитывать те же по существу условия, которые отмечены при рассмотрении процесса ввода его в действие,
а именно: исключить возникновение температурных напряжений, но уже
из-за неравномерного остывания элементов котла. Это требование является
более жестким для котлов с большой массой, Общее время вывода котла из
действия (так называемое «расхолаживание») в ряде случаев получается
довольно значительным. Например, для котла КВГ80 это время составляет
28--40 ч, что связано с условиями вывода их действия главного котла и всей
турбинной установки в целом. В зависимости от того, с какой целью и на
какое время выведен котел из действия, вода из него может быть удалена
либо, наоборот, его пароводяной тракт будет полностью заполнен деаэриро
ванной водой. Если требуется длительное хранение неработающих котлов,
необходимо точно руководствоваться рекомендациями Правил технической
эксплуатации судовых паровых котлов.

Неисправности в работе котлов. В котле происходят сложные физико-химические процессы, которые могут вызвать в условиях эксплуатации как отклонения основных параметров рабочих сред от их нормальных значений, так и изменить состояние отдельных элементов, следствием чего может быть отказ в работе агрегата.

Таким образом, неисправности могут привести к изменению давления и температуры пара, воды, воздуха, газов и топлива, а также нарушению нормального процесса горения и изменению уровня воды. Следствием отклонения условий работы от нормальных может явиться появление перегрева или пережога парообразующих, экономайзерных или пароперегревательных труб, а также трещин, свищей и разъеданий металла в отдельных элементах котла. Наиболее характерные неисправности, повреждения элементов котлов, их причины и способы устранения, а также предупреждения рассмотрены в Правилах технической эксплуатации.

8.2 Водообработка

Питательная и котловая воды должны удовлетворять определенным требованиям, которые обусловливаются необходимостью обеспечения высокой надежности и достаточной экономичности котла и всей установки в целом. Эта задача решается неодинаково для котлов разного назначения. Для главных котлов с повышенными параметрами пара и тепловыми нагрузками требуется вода более высокого качества, чем для вспомогательных и утилизационных агрегатов. Сущность обеспечения требуемого качества воды сводится к тому, чтобы исключить накипеобразование и коррозию элементов пароводяного тракта. Для этого необходимо производить специальную обработку воды как вне, так и внутри котла.

Внешняя обработка включает подготовку дистиллята в испарителях для обеспечения добавочной воды. Особое значение имеет процесс удаления из питательной воды кислорода и других газов в специальных агрегатах-деаэраторах. Внутри котла обработка воды должна обеспечивать оптимальный водный режим работы. Это достигается двумя основными способами:

- Введением внутрь котла специальных веществ, которые в результате химического взаимодействия с котловой водой способствуют выделению из нее агрессивных сред.

- Удалением (продувкой) из котла небольшого количества воды, содержащей шлам и другие вредные примеси, накапливающиеся в процессе парообразования.

Что касается процессов обработки воды вне котла, то они осуществляются в аппаратах, которые являются элементами судовой энергетической установки.

При обработке воды внутри котла введением специальных присадок создаются благоприятные условия для физико-химических процессов, в результате которых соли, вносимые с питательной водой, выпадают не в виде веществ, образующих накипь, а в виде рыхлого шлама. Наиболее распространенной присадкой, обеспечивающей эти условия, является тринатрийфосфат Na₃PO₄, анионы которого в результате электрической диссоциации в соединении с катионами солей жесткости Са³⁺ и Mg²⁺ образуют шлам, легко удаляемый продувкой из водяных барабанов, экранных коллекторов и других нижних частей котлов. При использовании только тринатрийфосфата может недопустимо повыситься щелочность воды, вследствие чего она станет коррозионно-агрессивной средой. Для предотвращения этого нежелательного явления вводят дополнительную присадку - нитрат натрия NaNО₃.

Введение тринатрийфосфата и нитрата натрия называется фосфатно-нитратным режимом обработки воды внутри котла. Присадки вводят непосредственно в пароводяной барабан или сепаратор утилизационного агрегата. Для этого имеется специальная дозерная установка, из которой подготовленный раствор подается насосом по отдельному трубопроводу в питательную магистраль котла.

Для поддержания требуемого качества котловой воды и удаления продуктов фосфатно-нитратного режима и других вредных веществ осуществляется продувка, которая может быть нижней и верхней. Нижней продувкой удаляется шлам, а верхней - уменьшается солесодержание воды и удаляются вещества, вызывающие вспенивание, пенообразование и унос частиц влаги с паром в перегреватель. Периодичность продувок зависит от качества питательной воды и совершенства паросепарационных устройств. В нормальных условиях эксплуатации главных котлов нижняя продувка производится один раз в сутки, верхняя - один раз в три-четыре дня.

8.3 Очистка поверхностей нагрева

Наружное состояние труб котла зависит от их назначения, сорта сжигаемого топлива и качества эксплуатации. Однако даже при благоприятных условиях невозможно полностью исключить загрязнение поверхностей нагрева. В главных и вспомогательных котлах определяющими факторами наружных загрязнений труб являются сорт мазута, наличие в нем примесей и совершенство топочных устройств.

Характер загрязнений зависит как от сорта топлива, так и от температур газов и стенок элементов котла. В зоне высоких температур газов могут образовываться твердые отложения, включающие частицы золы и солей. В зоне низких температур возникают сажистые отложения, которые могут весьма значительно заносить хвостовые поверхности. Наружные загрязнения не только ухудшают теплопередачу и снижают к. п. д., но и способствуют возникновению низкотемпературной коррозии, а также возгоранию сажи и других горючих частиц, что иногда приводит к пожарам в воздухоподогревателях и в утилизационных котлах. В современных дизельных установках для сжигания судовых отходов горючесмазочных материалов используют инсинераторы и в некоторых случаях вспомогательные котлы. В этих условиях загрязнение поверхностей будет более значительным, что требуется учитывать как при создании агрегатов так и при их эксплуатации.

Рассмотренные условия свидетельствуют о том, что в каждой конкретной установке необходимо правильно выбирать периодичность наружной очистки поверхностей нагрева. В этом отношении следует различать два вида очистки: во время действия котла и на стоянке.

Для обеспечения в условиях эксплуатации высокого к. п. д., заданных паропроизводительности и температуры перегретого пара котлы должны иметь развитую систему сажеобдувочных устройств. Во время действия котла периодическое включение сажеобдувочных аппаратов позволяет не только произвести очистку поверхностей нагрева, но и воспрепятствовать накоплению наружных загрязнений, которые иногда полностью забивают отдельные участки трубных пучков. Обычно сажеобдувку производят раз в сутки. В сажеобдувочных устройствах используется перегретый пар для главных котлов и сухой насыщенный для вспомогательных и утилизационных агрегатов. Иногда для обдувки применяют и сжатый воздух, обеспечивающий более эффективную очистку поверхностей нагрева, однако эксплуатационные расходы при этом будут выше, чем при использовании паровых саже-обдувок.

С целью обеспечения эффективной сажеобдувки при меньшем расходе пара его давление должно составлять 1 - 2 МПа. Поверхности нагрева обдуваются струями пара, истечение которого с большой скоростью обеспечивается соплами, расположенными по длине сажеобдувочной трубы с одной или с двух ее сторон. Расположение сажеобдувочных труб можно проследить на компоновках котлов. Обдувку поверхностей нагрева производят по ходу газов. Для улучшения выноса сажи в дымовую трубу иногда увеличивают на время обдувки подачу вентилятора. В современных котлах процесс сажеобдувки автоматизирован; в некоторых установках для работы сажеобдувочных устройств применено программное управление, которое обеспечивает требуемое время действия и последовательность включения сажеобдувок.

Рабочей средой для всей системы, обеспечивающей приведение в действие сажеобдувочных устройств, служит среда, подводимая из общей магистрали автоматики.

На стоянке при выведенном из действия котле наружную очистку его поверхностей нагрева выполняют механическим способом вручную с помощью резаков, щеток и других специальных приспособлений. Кроме того, производят наружный обмыв поверхностей, используя для этого те же сажеобдувочные аппараты.

Периодичность обмывки поверхностей нагрева питательной водой, а иногда с применением специальных моющих растворов зависит от ряда факторов, основным из которых является качество сжигаемого мазута. При использовании низкосортных мазутов загрязнение увеличивается, и это требует, кроме обычных сажеобдувок, осуществлять также и водообмывку через один - три месяца, которая производится на бездействующем котле во время стоянки судна в порту. При этом обмыв начинается с хвостовых поверхностей нагрева. Во время обмыва труб кирпичная кладка топки закрывается брезентом. Конструкция котла и необходимое оборудование установки должны обеспечивать удобный и полный отвод грязной воды в специальное емкости, предназначенные для ее хранения. Вода после отстоя сливается за борт с контролем допустимого содержания в ней нефтепродуктов. При обмыве труб утилизационных котлов должно быть исключено попадание воды к двигателю и отдельным его агрегатам.

Внутреннее состояние труб со стороны пароводяного тракта зависит прежде всего от качества питательной и котловой воды. При правильно выбранном водном режиме и обеспечении эксплуатации котла в соответствии с инструктивными материалами можно достичь практически безнакипного процесса. В утилизационном котле с искусственной циркуляцией, кроме того, требуется обеспечить достаточную кратность циркуляции. Тем не менее в эксплуатации приходится осуществлять периодически внутреннюю очистку труб, которая может производиться промывкой горячей водой или с применением химических веществ, а иногда, в чрезвычайных случаях, может быть применена и механическая чистка. Промывка котла определяется инструкциями, и периодичность ее зависит от типа и условий его эксплуатации. При химической очистке применяют сульфаминовую, а ранее использовали также ингибированную соляную кислоту (ингибео - лат, - останавливаю, задерживаю), т. е. добавки веществ, которые задерживают химические процессы с использованием кислоты или в данном случае пассивируют металл от коррозии. Указанные кислоты применяют обычно при обнаружении в трубах карбонатной накипи, имеющей твердую и рыхлую структуру. Следует подчеркнуть, что химическая промывка котлов композитными растворами на основе сульфаминовой кислоты позволяет довольно эффективно удалять отложения, включающие железные и медные соединения. Однако частая обработка кислотой приводит в свою очередь к коррозии металла труб. Для удаления отложения применяют также так называемые комплексоны (это трилон - Б - органическое вещество, образующее легкорастворимые в воде внутрикомплексные соединения). При обнаружении в пароводяном тракте нефтепродуктов может потребоваться щелочение с применением тринатрийфосфата и кальцинированной соды.

Следует отметить, что любая химическая очистка (промывка котлов) должна производиться в полном соответствии с инструкциями, которые являются специальными для каждого способа очистки. Особое внимание при этом должно быть уделено строгому соблюдению правил по технике безопасности.

Заключение

В данной курсовом проекте был выполнен тепловой расчет судового главного парового трехходового котла с паропроизводительностью D_к = 5,5 (кг/с), параметром пара Р = 2,2 (МПа) и температурой перегретого пара t_пп = 350⁰ С и получен расход топлива B = 0,4 (кг/с), расчет топки котла и получен температура дымовых газов на выходе из топки .

В работе выполнены расчет конвективной поверхности нагрева и получены температура газов на выходе первого пучка t_ист= 1080^оС и количество теплоты, переданное в первом пучке Q_ист= 3000 (кВт); температура газов на выходе пароперегревателя ; температура газов на выходе второго пучка t_ист=495^оС и количество теплоты, переданное во втором пучке Q_ист= 2900 (кВт).

В работе выполнен расчет теплообмена в экономайзере, получены поперечный и продольный шаги (м), количество трубок в одном ряду, количество рядов труб , скорость воды в экономайзере

(м/с) после поставки перегородка.

В работе также рассмотрены техническая эксплуатация и описание котла.

Список литературы

1. Енин В. И. Судовые паровые котлы. Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Транспорт. 1984. - 248 с.

2. Эйтвид Л. В. Парогенераторы промысловых судов. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 232 с.

3. Верете А. Г., Дельвинг А. К. Судовые пароэнергетические установки и газовые турбины. Учебник. - М.: Транспорт, 1982. - 358 с.

4. Лубочкин Б. И. Морские паровые котлы. Изд-во «Транспорт», 1970 г., стр. 1 - 368.

5. Электронное пособие котлов. - Кафедра «Эксплуатация водного транспорта».