2.4. Вертикальный водотрубный парогенератор с естественной циркуляцией

Как правило на дизельных судах устанавливаются и вспомогательные, и утилизационные котлы. Обычно на ходу потребности судна в паре обеспечиваются работой утилизационных котлов (греющим агрегатом в которых являются продукты сгорания, отходящие от главного двигателя), а на стоянке – работой вспомогательных котлов. Количество утилизационных и вспомогательных котлов определяется потребностями судна в паре. Например, на танкерах, где повышенное количество пара необходимо для разогрева груза, мытья танков, работы механизмов с паровым приводом (например, грузовых насосов), устанавливают обычно два вспомогательных котла повышенной паропроизводительности.

Паропроизводительность вспомогательных котлов составляет 1,5÷15 т/ч, а рабочее давление – 0,5÷1,5 МПа.

В качестве вспомогательных наиболее широко на дизельных судах используются вертикальные водотрубные котлы с естественной циркуляцией однопроточного типа. Некоторые из них выполняются с развитыми поверхностями нагрева, т.е. кроме парообразующих имеются и другие поверхности нагрева (пароперегреватели, экономайзеры, воздухоподогрева-тели). Изображенный на рис. 15 котел имеет пароводяной барабан 5 (или коллектор, так как он собирает пароводяную смесь и разделяет ее на воду и пар), верхняя часть которого заполнена паром и называется паровым пространством. Нижняя часть вместе с водяным коллектором 10 и соединяющими их трубами 7, 8, 11 заполнена водой и называется водяным пространством. Поверхность раздела парового и водяного пространств называется зеркалом испарения, уровень которого меряется двумя водомерными стеклами 6.

Трубы 8 обычно располагаются вплотную друг к другу и образуют сплошной боковой экран. Трубы 11 составляют многорядный притопочный парообразующий пучок.

Необогреваемые (защищенные экраном, от действия радиации или излучения) трубы 7 называются опускными. По ним вода из пароводяного коллектора 5 отпускается вниз в коллектор 10 и далее поступает в трубы 8 и 11. Эти трубы обогреваются продуктами сгорания, которые образуются в топке в результате горения топлива, которое подается в топку через топочное устройство. Так как трубы 8 и 11 обогреваются, на внутренних поверхностях стенок образуются пузырьки пара, которые вместе с водой поднимаются вверх, и поэтому эти трубы называются подъемными.

Рис. 15. Водотрубный вертикальный ВПК с естественной циркуляцией

При выходе из подъемных труб паровые пузырьки проходят через слой воды и зеркало испарения в коллекторе и попадают в его паровое пространство. Неиспарившаяся часть воды смешивается в коллекторе с непрерывно поступающей питательной водой и опять участвует в естественной циркуляции по описанной схеме.

Пространство, ограниченное передней (не видно) и задней стенками, экранными трубами 8 и трубами первого ряда притопочного пуска 11, называется топкой.

Топочное устройство 9, расположенное на передней стенке, состоит из форсунки, куда поступает топливо, и воздухонаправляющего устройства, через которое в топку идет необходимый для сгорания топлива воздух. В топке сгорает топливо и образуются продукты сгорания, имеющие высокую температуру, которые, двигаясь по газоходам котла, последовательно обогревают все поверхности нагрева.

За притопочным парообразующим пучком располагается пароперегреватель. Насыщенный пар (НП) из пароводяного коллектора поступает во входной коллектор пароперегревателя и, проходя по трубам, перегревается. Из выходного коллектора пароперегревателя пар направляется к потребителям (ПП).

За пароперегревателем располагаются хвостовые поверхности нагрева, к которым относятся экономайзер и воздухоподогреватель. Питательная вода (ПВ) в количестве, равном суммарному количеству отбираемого пара, питательным насосом подается во входной коллектор экономайзера. Из него вода поступает в параллельно включенные трубы 13, где подогревается, но не доводится до кипения. Из выходного коллектора экономайзера вода через питательный клапан 16 направляется в пароводяной коллектор.

Последним по ходу газов является воздухоподогреватель, который состоит из труб 14, закрепленных в нижней и верхней трубных досках 1. Газы проходят внутри. Снаружи трубы омываются воздухом (В), подаваемым вентилятором. Нагретый воздух поступает к топочному устройству.

Все стенки парогенератора представляют собой прочный металлический каркас, к которому крепятся коллекторы, листы обшивки, покрытые теплоизоляционными материалами. Обычно делают двойные стенки, пространство между которыми заполнено воздухом, подаваемым в воздухонаправляющий аппарат и далее в топку.

Передняя и задняя стенки топки и газоходов в районе парообразующего пучка и пароперегревателя с внутренней стороны выкладывается огнеупорным кирпичом. Такая кладка называется футеровкой.

Уровень воды и давление пара в пароводяном коллекторе контролируют с помощью водомерных стекол 6 и манометра 3. Для защиты парогенератора от повышения давления выше допустимого служат предохранительные клапаны 4.

Развитие хвостовых поверхностей нагрева связано с усложнением конструкции, увеличением габаритов, массы и стоимости парогенератора, а также с увеличением аэродинамического сопротивления движению воздуха и газов и расходов энергии на его преодоление. Поэтому паровые котлы, предназначенные для теплоснабжения судна, обогрева жидкого груза и работы паровых насосов, выполняют без хвостовых поверхностей и пароперегревателя; они имеют только парообразующую поверхность. Главное преимущество их заключается в простоте конструкции, компактности и более высокой надежности в работе (повышенный расход топлива, который имеет место при более низких значениях КПД, не имеет существенного значения в тепловом балансе всей энергетической установки).

Наряду с вертикальными на морском флоте достаточно часто встречаются горизонтальные паровые котлы (рис. 16), которые широко использовались в качестве главных на паровых судах с паропоршневыми машинами (в частности, на судах типа “Либерти”).

К пароводяному коллектору 1 трубами 2 присоединяются волнистые передние камеры 3, из которых выходят прямые парообразующие трубы 4, противоположными концами входящие в аналогичные задние камеры 5. Образующийся в трубах пар отводится в коллектор по перепускным трубам 6. Направление циркуляции показано стрелками. Парообразующие трубы располагаются под углом 15–25° к горизонтали.

Рис. 16. Водотрубный горизонтальный котел (ВПК) с естественной циркуляцией

Таким образом, ВПК состоит из нескольких секций, каждая из которых имеет переднюю и заднюю камеры, соединяющие их парообразующие трубы и перепускную трубу. Рассматриваемый тип ВПК называют также секционным.

По тепловой нагрузке парообразующей поверхности нагрева и массогабаритным показателям водотрубные горизонтальные ПК уступают вертикальным, так как из-за малого наклона труб циркуляция воды менее интенсивна, а волнистые камеры с плоскими стенками громоздки и тяжелы.

Преимущества горизонтальных ВПК заключаются в том, что эти ПК собираются из одинаковых по конструкции секций и поэтому выгодны для крупносерийного производства. Применение прямых труб, которые легко чистить, а при необходимости и заменить, делают такие котлы удобными в эксплуатации и неприхотливыми к качеству питательной воды.