Характеристики паровых котлов

Рабочий процесс, происходящий в паровом котле, весьма сложен. Его можно рассматривать состоящим из отдельных процессов, происходящих в воздушно-газовом и пароводяном трактах котла.

В воздушно-газовом тракте котла происходит непрерывный подвод воздуха и топлива, горение топлива и отвод продуктов сгорания (дымовых газов), которые являются основным теплоносителем. Горение топлива и движение продуктов сгорания по газоходам обеспечивают протекание основного процесса, связанного с тепловыделением и передачей теплоты поверхностям нагрева котла. При движении воздуха и газов в ВГТ котла возникает сопротивление, на преодоление которого требуется определенный расход энергии, затрачиваемой котельным вентилятором или компрессорным агрегатом.

В пароводяном тракте котла происходят процессы подвода питательной воды, нагрев ее до кипения, парообразование, перегрев пара и отвод его к потребителям.

Оценку различных типов паровых котлов можно произвести по их характеристикам.

К основным характеристикам паровых котлов относятся:

· паропроизводительность – , [т/ч] (кг/ч) – весовое количество пара, вырабатываемое котлом в единицу времени;

Паропроизводительность является главным показателем, характеризующим нагрузку котла. В зависимости от мощности ПТУ судна паропроизводительность современных главных котлов может составлять от 10 до 100 т/ч и более, вспомогательных котлов – от 0,5 до 15 т/ч.

Так как в современных котлах может производиться отбор не только перегретого, но и насыщенного пара, в этом случае общая паропроизводительность котла равна сумме паропроизводительностей по перегретому и насыщенному (охлажденному) пару:

· рабочее давление пара в котле – , [МПа] (кгс/см²) – это избыточное давление пара:

- в паровом коллекторе котла с ЕЦ;

- в сепараторе котла с МПЦ;

- за главным стопорным клапаном прямоточного котла.

Рабочее давление пара современных главных судовых паровых котлов находится в пределах от 2,5 до 9,0 МПа (25 ÷ 90 кгс/см²);

· температура перегретого пара – , [^оС] – температура пара за пароперегревателем котла;

Температура перегретого пара, вырабатываемого современными главными судовыми котлами, составляет от 350 до 540 ^оС.

· коэффициент полезного действия котла – , [%] – это отношение полезно использованного тепла, ушедшего на производство и перегрев пара, к подведенному теплу в топке котла:

где: – паропроизводительность котла по перегретому и

насыщенному пару, [кг/ч];

– энтальпии питательной воды, насыщенного и

перегретого пара соответственно, [кДж/кг];

– низшая теплота сгорания топлива, [кДж/кг];

– расход топлива, [кг/ч].

КПД парового котла характеризует его экономичность и совершенство протекающих в нем процессов горения топлива, теплообмена, полноты использования тепла продуктов сгорания. Для современных судовых паровых котлов значение КПД находится в следующих пределах:

- главные котлы с вентиляторным дутьем – 72 ÷ 80 %;

- котлы с развитыми хвостовыми поверхностями нагрева – 92 ÷ 94 %;

- котлы с промежуточным перегревом пара – 96 ÷ 97 %;

- высоконапорные котлы – 83 ÷ 92 %.

· расход топлива в единицу времени − , [кг/ч] – также, как и паропроизводительность, характеризует нагрузку котла;

Существенное значение для судовых котлов имеет способность их работы в течение длительного времени с перегрузкой и значительной недогрузкой. При выходе из строя одного главного котла, оставшиеся должны за счет перегрузки обеспечить паропроизводительность установки, достаточную для дачи судном заданной скорости хода.

· температура питательной воды − , [^оС] – температура воды, подаваемой в котел. Этот параметр имеет существенное значение, так как его величина взаимосвязана с другими характеристиками котла: расходом топлива, паропроизводительностью, температурой перегретого пара, КПД.

Температура питательной воды определяется тепловой схемой установки и используемым способом регенеративного подогрева питательной воды. Основным показателем при этом является величина недогрева питательной воды до кипения, обеспечивающая надежную работу экономайзера котла.

· температура воздуха, поступающего в топку − , [^оС] – также влияет на расход топлива и экономичность котла, и зависит от компоновочной схемы котла, наличия и конструкции воздухоподогревателя. Подача в топку подогретого воздуха улучшает как процессы испарения топлива и перемешивания его с воздухом, так и сам процесс горения топлива.

О степени совершенства паровых котлов можно судить по следующим характеристикам:

· теплонапряжение топочного объема − , [кДж/м³·ч] (Вт/м³) – количество теплоты, выделяющейся в одном кубическом метре топочного объема в единицу времени при сжигании вводимого в топку топлива:

где: – объем топки, [м³].

в старых котлах значение составляло: = 1,5 ¸ 2,0 МВт/м³;

в современных котлах: = 14 ¸ 16 МВт/м³.

· теплонапряжение поверхностей нагрева котла – , [кДж/м²·ч] (Вт/м²) – количество тепла, воспринимаемое от продуктов сгорания топлива одним квадратным метром поверхности нагрева котла в единицу времени;

· удельный паросъем – , [кг/м²×ч] – отношение паропроизводительности котла – к площади испарительной поверхности нагрева – :

Удельный паросъем характеризует интенсивность парообразования и показывает, сколько (в среднем) килограммов пара образуется с каждого квадратного метра испарительной поверхности нагрева котла;

· относительное водосодержание котла – , [ч] – отношение весового количества воды в парообразующих элементах котла к его паропроизводительности:

Величина относительного водосодержания показывает, сколько потребуется времени на испарение всей воды, содержащейся в испарительном контуре котла, если его нагрузка будет соответствовать данной паропроизводительности. Чем меньше величина относительного водосодержания, тем более заметны колебания уровня воды и давления пара при изменении режимов работы котла.

для слабонапряженных паровых котлов: = 0,5 ÷ 1,0 ч и более;

для высоконапряженных котлов: < 0,3 ч.

· относительный вес сухого котла – , [(кг×c)/кг] – отношение полного веса котла без воды к его паропроизводительности:

· относительный вес котла с водой – , [(кг×c)/кг] – отношение полного веса котла, заполненного водой до рабочего уровня при температуре 20 ^оС, к его паропроизводительности:

· относительный объем котла – , [(м³×с)/кг] – отношение полного объема, занимаемого котлом, к его паропроизводительности:

Об эксплуатационных свойствах паровых котлов можно судить по следующему ряду показателей:

· маневренности, характеризующейся скоростью подъема давления пара в котле из холодного состояния, состояния горячего резерва, и скоростью изменения нагрузки котла;

· надежности действияво всех условиях повседневной деятельности судна и повседневной и боевой деятельности корабля;

· скрытности действия, характеризующейся бездымностью, бесшумностью работы и достижением минимального уровня теплового поля, создаваемого при работе котла;

· живучести, характеризующейся способностью котла противостоять ударным нагрузкам, работать при наличии кренов и дифферентов;

· простотойустройства, эксплуатации и ремонта, доступностью ремонта отдельных элементов в условиях судна;

· сроком службы.

Создать конструкцию универсального судового котла, имеющего высокими все перечисленные показатели невозможно, так как многие из рассмотренных показателей противоречат друг другу. По этой причине не может существовать универсального типа паровых котлов, пригодных для любых типов КТЭУ и любых условий эксплуатации. Выбор приоритета того или иного показателя зависит от типа судна и тепловой схемы установки, в которой этот котел работает.