Судовые паропроизводящие установки

Огнетрубные паровые котлы

Огнетрубными называют такие паровые котлы, в которых продукты сгорания топлива движутся внутри труб, омываемых снаружи водой.

В зависимости от компоновочной схемы огнетрубных котлов различают;

• оборотные огнетрубные котлы, в которых топки и дымогарные трубы размещены параллельно друг другу, а газы в них движутся в противоположных направлениях (рис. 4.а, б);

• пролетные огнетрубные котлы, в которых топка и дымогарные трубы размещены последовательно и газы в них движутся в одном направлении (рис. 4.б).

Конструкция оборотного огнетрубного котла показана на рис. 3. Основные элементы огнетрубного котла размещены внутри корпуса и дымовой коробки. Корпус представляет собой цилиндр с приваренными к нему передним и задним днищами. В переднем днище выполнены отверстия для крепления дымогарных труб, жаровой трубы и длинных анкерных связей, а в заднем - для крепления коротких и длинных анкерных связей.

Жаровая труба (топка) выполняется диаметром 700 ^ 1200 мм и длиной 1800 ^ 2500 мм и имеет круглое поперечное сечение. Количество жаровых труб, в зависимости от паропроизводительности котла, может быть от одной до трех. Жаровые трубы огнетрубных котлов работают в тяжелых условиях и имеют, как правило, гофрированную поверхность, обеспечивающую тепловые расширения и самоочистку трубы от накипи. Наиболее напряженные участки жаровой трубы защищаются кольцами из огнеупорного кирпича. В жаровой трубе происходит сгорание топлива, распыливаемого через форсунку, в струе воздуха, подаваемого через воздухонаправляющее устройство - ВНУ, и образование горячих газов.

Огневая камера служит для догорания топлива, не успевшего сгореть в топке, поворота газов и направления их в дымогарные трубы котла. Передняя стенка огневой камеры представляет собой трубную доску, в которой закреплены дымогарные трубы. Как правило, каждая топка (жаровая труба) имеет свою индивидуальную огневую камеру и пучок дымогарных труб.

Рис. 3. Конструкция оборотного огнетрубного котла.

1 - корпус; 2 - заднее днище; 3 - длинные анкерные связи; 4 - потолочные скобы; 5 - короткие анкерные связи; 6 - огневая камера;

7 - огнеупорные кольца; 8 - жаровая труба (камера сгорания); 9 - дымогарные трубы; 10 - воздухонаправляющее устройство;

11-форсунка; 12 - дымовая коробка; 13 - пароперегреватель; 14 - воздухоподогреватель; 15 - выброс дымовых газов; 16-переднее днище; 17 - отбор насыщенного пара; 18 - паросборная труба; 19 - отбор насыщенного пара в пароперегреватель; 20-лаз.

Дымогарные трубы соединяют огневую коробку с дымовой коробкой и составляют основную часть поверхности нагрева котла. Внутри дымогарных труб проходят горячие продукты сгорания, нагревают стенки труб и передают свое тепло воде, омывающей их с наружной стороны. Дымогарные трубы имеют диаметр 50 ^ 70 мм при толщине стенок 2,5 ^ 4,5 мм. Некоторые дымогарные трубы выполняются большим диаметром, с увеличенной толщиной стенки и образуют дополнительные связи, повышающие прочность конструкции огнетрубного котла. Площадь поверхности нагрева огнетрубных котлов составляет от 15 м2 у однотопочных котлов, до 230 м2 - у трехтопочных котлов. На горячих наружных поверхностях стенок дымогарных труб, огневой камеры и жаровой трубы образуются паровые пузырьки, отрываются от стенок поверхностей нагрева, всплывают через толщу воды, и образовавшийся пар собирается в верхней части корпуса парового котла. Часть пара через паросборную трубу поступает в пароперегреватель. Насыщенный пар отбирается на потребители из верхней части корпуса котла, а перегретый пар - из пароперегревателя.

Продукты сгорания, пройдя через дымогарные трубы и отдав часть теплоты на испарение воды, собираются в дымовой коробке, откуда направляются в дымовую трубу. Часто, с целью более полного использования теплоты продуктов сгорания, в дымовой коробке размещают трубную систему пароперегревателя и воздухоподогреватель.

Корпус огнетрубного котла заполняется питательной водой с таким расчетом, чтобы вода покрывала все поверхности нагрева и огневую камеру с учетом возможных кренов и дифферентов судна. Расход воды, испарившейся в котле, восполняется подачей свежей питательной воды в корпус котла.

Кроме рассмотренной выше конструкции оборотного котла существуют другие типы огнетрубных котлов. Наиболее распространенные компоновочные схемы огнетрубных котлов показаны на рис. 4.

Вертикальный огнетрубный котел с горизонтальными трубами (рис. 4.6) имеет цилиндрический вертикальный корпус. Прямые дымогарные трубы расположены горизонтально. В огневой камере предусмотрены съемные щитки, упрощающие чистку поверхностей нагрева.

Вертикальный огнетрубный котел с вертикальными трубами (рис. 4.б) широко распространен в качестве вспомогательного на судах зарубежной и отечественной постройки. Котел имеет вертикальный цилиндрический корпус и вертикальные прямые дымогарные трубы, соединяющие топку с дымовой коробкой.

Т 6 5

1 - корпус котла; 2 - дымогарные трубки;

3 - топка (камера сгорания); 4 - дымовая коробка;

5 - воздухонаправляющее устройство;

6 - топливная форсунка; 7 - съемные щитки;

8 - огневая камера; 9 - жаровая труба,

ПВ - подача питательной воды;

Т - подача топлива;

В - подача воздуха;

П - отбор насыщенного пара;

ДГ - выброс дымовых газов;

ЗИ - зеркало испарения,

Рис, 4, Компоновочные схемы огнетрубных паровых котлов: а - оборотный огнетрубный котел;

Б - вертикальный огнетрубный котел с горизонтальными трубами; в - вертикальный огнетрубный котел с вертикальными трубами,

Огнетрубные котлы имеют следующие характеристики:

Б = 0,5 ^ 6,5 т/ч;

Рк = 1,5 - 1,8 МПа (15 - 18 кгс/см2);

? ПЕ = 300 - 320 0С;

70 - 75 %,

(при использовании дополнительных хвостовых поверхностей нагрева: водяного экономайзера и воздухоподогревателя, КПД огнетрубного котла можно довести до значения 82 - 83 %),

Огнетрубные котлы обладают следующими преимуществами:

- большой аккумулирующей способностью, благодаря чему давление пара и уровень воды при резких изменениях нагрузки меняются очень незначительно;

- большим относительным водосодержанием: количество воды в котле в несколько раз превышает его часовую производительность, поэтому с момента прекращения питания котла водой до падения уровня воды до нижнего допустимого предела проходит достаточно много времени;

- невысокими требованиями к качеству питательной воды, так как основная поверхность нагрева, образованная дымогарными трубами, омывается газами относительно невысокой температуры 700 - 850°С;

- простотой обслуживания и долговечностью.

К недостаткам огнетрубных котлов можно отнести:

- невозможность получения пара давлением свыше 2 МПа (20 кгс/см2);

- длительную разводку (12 час и более) из-за жесткой конструкции котла и возникающих в процессе разводки значительных напряжениях в конструкционных материалах;

- неорганизованную циркуляцию воды, не позволяющую увеличивать паросъем с 1 м2 поверхности нагрева более чем на

0, 007 кг/с и, вследствие этого, низкую паропроизводительность - до 1,8 кг/с;

- большую относительную массу;

- повышенные металлоемкость и трудоемкость изготовления;

- возможность взрыва из-за мгновенного вскипания большой массы воды, находящейся в корпусе котла,

Указанные недостатки послужили причиной того, что огнетрубные котлы в настоящее время не применяются на судах и кораблях в качестве главных, и используются только в качестве вспомогательных котлов,