Генераторы тепловой энергии
КОРАБЕЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ЭНЕРГИИ
Генераторы тепловой энергии
Генераторами тепловой энергии на корабле являются паровые котлы (котельные установки) или ядерные реакторы.
Котельные установки (КУ) делятся на главные, вспомогательные и утилизационные.
Главные паровые котлы обеспечивают работу главных паровых двигателей, а на ходовом режиме — всех потребителей тепловой энергии.
Главные судовые паровые котлы должны обладать высокой степенью надежности в работе, выдерживая быстрое изменение режима работы, а для обеспечения форсированного хода судна временно увеличивать паропроизводительность сверх нормального количества.
На судах в качестве главных паровых котлов применяют в большинстве случаев водотрубные котлы. Поверхность нагрева водотрубных котлов составляют трубы, заполненные водой и омываемые снаружи горячими газами, получаемыми в результате горения топлива. В отличие от труб водотрубных котлов трубы огнетрубных котлов, наоборот, омываются горячими газами изнутри, а снаружи находится вода, подлежащая испарению. На судах находят применение также и комбинированные котлы, по своей конструкции близкие к огнетрубным, но имеющие элементы и водотрубных котлов.
Котлы бывают с естественной и принудительной циркуляцией воды. Прямоточными котлами называются такие, у которых при принудительной циркуляции воды она за один раз прохождения по трубкам полностью превращается в пар.
Суда неограниченного района плавания с паротурбинными установками (ПТУ) комплектуются не менее чем двумя главными котлами. В ПТУ высокого давления с промежуточным перегревом пара используется блочная схема котел-турбина. В современных судовых ПТУ применяются котлы с повышенным давлением пара 4,0…6,0 МПа, температурой пара 460…480 °С и высоким давлением пара 8…9 МПа при температуре 510…525 °С, с естественной циркуляцией и имеющие КПД 91…96 %.
Поскольку котлотурбинные установки в гражданском флоте вытеснены дизелями, а на военных кораблях они заменяются газотурбинными и комбинированными, главные котлы сохраняются как резервные на судах и кораблях с ядерной энергетической установкой.
Вспомогательные паровые котлы предназначены для выработки пара, потребляемого вспомогательными механизмами, аппаратами и устройствами дизельных и газотурбинных установок, для обеспечения хозяйственно-бытовых и общекорабельных нужд. Для пропульсивных комплексов, основанных на паротурбинных установках, вспомогательные котлы играют роль резервных, кроме того, они обеспечивают паром потребителей на стояночных режимах.
Утилизационные паровые котлы предназначены для выработки пара за счет утилизации теплоты выпускных газов дизельных и газотурбинных двигателей.
Пар, вырабатываемый утилизационными котлами, может использоваться на общесудовые нужды (отопление, хозяйственно-бытовые нужды, подогрев перевозимых нефтепродуктов и т. д.), для выработки электроэнергии, а также для привода дополнительной паровой турбины, работающей на один вал с главным двигателем.
Внешний вид утилизационного котла на главном газотурбинном агрегате пр. 1164 показан на рис. (9.4).
Помимо паровых котлов для генерации тепловой энергии на кораблях и судах используются ядерные реакторы. Основные преимущества атомной энергетической установки (ЯЭУ):
- ЯЭУ не нуждаются в подводе к ним воздуха и постоянном отводе наружу больших количеств отработанных газов. Для надводных кораблей это свойство дает возможность улучшить их конструкцию и эксплуатацию. Отпадает необходимость в дымовой трубе, шахтах котельной вентиляции; палубы не подвергаются задымлению; появляется возможность длительной герметизации обитаемых помещений;
- увеличение во много раз автономности и дальности плавания кораблей с ЯЭУ по сравнению с обычными кораблями;
- ЯЭУ отличаются постоянной готовностью к действию, высокой маневренностью, удобством обслуживания;
- использование атомных реакторов в качестве основного источника энергии корабельных энергетических установок способствует повышению их термодинамической экономичности. Достаточно отметить, что в ЯЭУ отсутствует потеря тепла с уходящими газами, составляющая в современных установках 7–30 %.
К основным недостаткам ЯЭУ можно отнести следующее:
- большая сложность и стоимость эксплуатации и ремонта, необходимость иметь большее количество эксплуатационного персонала высокой квалификации (с учетом персонала службы радиационной безопасности);
- большая стоимость оборудования установки (при одинаковой мощности);
- больший вес установки (при одинаковой мощности), обусловленный необходимостью иметь конструктивную биологическую защиту от радиоактивных излучений реакторной установки.
- необходимость специальных технических средств и сооружений для удаления и захоронения радиоактивных отходов.
К специальным требованиям, которым, кроме общих для всех судовых энергетических установок, должны удовлетворять судовые ЯЭУ, относятся:
- полная радиационная безопасность для людей, находящихся на судне и вблизи его;
- исключение радиоактивного заражения акваторий и береговой территории при стоянках атомного судна в портах и базах, а также водных пространств во время плавания судна;
- простота и удобство выполнения операций перезарядки реакторов ядерным топливом.
Особое внимание при использовании ЯЭУ уделяется радиационной безопасности.
Комплекс конструктивной биологической защиты реактора обычно условно разделяют на две части: тепловую защиту и собственно биологическую защиту.
Тепловая защита имеет целью резко снизить интенсивность излучения быстрых нейтронов и первичного излучения активной зоны. Поэтому она располагается непосредственно за активной зоной или за отражателем (при наличии его). Она выполняется обычно из нескольких слоев жаропрочной нержавеющей стали, расположенных внутри корпуса реактора и омываемых теплоносителем. Корпус реактора также является элементом тепловой защиты. В водо-водяных реакторах тепловая защита может одновременно использоваться в качестве отражателя нейтронов.
Собственно биологическая защита имеет целью последующее ослабление излучения до уровня, безопасного для обслуживающего персонала. В судовых водо-водяных реакторах она обычно выполняется в виде железо-водной защиты, располагающейся за корпусом реактора, и представляет собой чередующиеся слои тяжелых и водородсодержащих материалов. В ней также выделяется тепло, хотя и значительно меньше, чем в тепловой защите; для отвода этого тепла предусматривается специальный контур охлаждения.
Защита судовых реакторов со стороны днища судна обычно выполняется в виде стальных плит и емкостей, заполненных водой, а верхняя защита — из стальных листов в сочетании со специальным бетоном и другими водородсодержащими материалами.
Для уменьшения габаритов и веса биологической защиты реактора целесообразно использовать в качестве ее элементов «необслуживаемое» оборудование и конструкции (фильтры, парогенераторы, цистерны и др.), располагая их вокруг реактора.
Кроме указанных видов биологической защиты реактора, на атомных судах нередко сооружается общий контур внешней защиты, в котором располагается все оборудование реакторной (паропроизводительной) установки, не требующее систематического наблюдения со стороны обслуживающего персонала. За пределами этого контура защиты все виды радиоактивных излучений имеют уровень, полностью безопасный для персонала. Конструктивно контур выполняется в виде специального герметичного контейнера или бокса.
Для судов с атомной подсистемой «Энергия» следует предусматривать специальные хранилища с биологической защитой для хранения жидких, твердых и мягких радиоактивных отходов.
Дата добавления: 2015-11-18; просмотров: 1412;