Утилизационные паровые котлы

Утилизация тепла выпускных газов ДВС на судах флота рыбной промышленности долгое время не применялось. Исключение составляли лишь транспортные рефрижераторы, которые в большинстве своем были оборудованы утилизационными котельными установками, используемыми на морских транспортных судах.

При работе ДВС на режимах долевых нагрузок производительность УПК заметно снижается. В настоящее время на судах устанавливают УПК с принудительной циркуляцией, обладающей достаточно высокой надежностью, которые стали самым распространенным типом утилизационных котлов на флоте. УПК включаются в контур вспомогательных котлов.

На рисунке 6.4 приведена схема включения котлов.

Рисунок 6.4 - Схема включения вспомогательного и утилизационного

паровых котлов.

В этом случае вспомогательный огнетрубный котел 3 и утилизационный котел со змеевиком 8 соединяются водяной 9 и пароводяной 5 магистралями.

На стоянке, когда главные ДВС не работает, закрывают клапаны 4 и 10, в результате чего утилизационный котел разобщается со вспомогательным. Необходимое количество пара обеспечивается сжиганием топлива в топке котла 3. Для этого предусмотрена одна форсунка 13, топливо к которой подается по трубопроводу 12. Воздух в топку нагнетается электроприводом вентилятора 14. Питательная вода из теплого ящика 1 подается в котел питательным насосом 2.

На ходовом режиме, когда главные ДВС работают, включают форсунку 13, в результате чего вспомогательный котел прекращает работу. Открываются клапаны 4 и 10, включается циркуляционный насос 11, который подает воду из ВПК в приемный коллектор УПК. Пароводяная смесь, образующаяся в рядах спиральных змеевиков 8, отводится из коллектора 7 в паровое пространство котла 3. Т.о. пар к потребителю подается из котла 3 при работе как вспомогательного так и утилизационного котла. Необходимый уровень воды в котле 3 обеспечивается регулированием производительности питательного насоса 2.

На рисунке 6.5 представлена схема вспомогательной котельной установки траулера типа «Моонзунд».

Рисунок 6.5 - Принципиальная тепловая схема вспомогательной котельной установки траулера „Моонзунд":

1 - утилизационные котлы; 2 - вспомогательный котел; 3 - конденсатор избыточного пара;

4 - потребители пара; 5 - сборник дренажей и конденсатов; 6 - дистиллят от опреснителя;

7 - дренаж от судового кондиционера; 8 - сборник чистых дренажей и дистиллята;

9 - цистерна котловой воды; 10 - питательные насосы; 11 - циркуляционные насосы.

УВК 1 установлен на каждом ГД х2 мощностью Ne = 2600 кВт каждый. Рраб = 0,7 МПа, Д = Основной потребитель пара - рыбцех, РМУ, консервный цех.

Арматура котлов

Приборы, установленные на котле и предназначенные для его обслуживания и контроля за его работой, называются арматурой. Различают арматуру парового и водяного пространства.

Поровая арматура (рисунок 6.6): манометр 3, предохранительные клапаны 5 (их должно быть не менее 2-х), главные стопорные клапаны 4 и 6 для выдачи пара потребителя должны иметь кроме местного и дистанционные приводы. Воздушный клапан 7 служит для выпуска воздуха при поднятии пара.

Водяная арматура - питательные клапаны 1, их должно быть не менее 2- х, клапаны верхнего 2 и нижнего продувания 11 котла, водомерные колонки 8, работающие по принципу сообщающихся сосудов (их должно быть не менее 2-х), пробные краны 9 для определения уровня воды в котле, кран для определения уровня солености.

Рисунок 6.6 - Расположение арматуры на огнетрубном котле.

На рисунке 6.7 представлены элементы сепарационного устройства внутри пароводяного барабана.

1 - пароотводящая труба,

2 - потолочный дырчатый щит,

3 - дырчатый щит, погруженный в воду на 100-150 мм ниже уровня воды,

4 - питательная труба,

5 - опускные трубы,

6 - экранный пучок труб,

7,8 - выступающие закраины щита,

9 - парозаборная труба.

а) б)

Рисунок 6.7 - Внутриколлекторное сепарационное устройство

Сепарационные устройства внутри котла могут быть различными по конструкции, но у них одно основное требование - отделение пара от воды, т.е. сепарация пара. С увеличением давления пара в котле процесс сепарации ухудшается, т.к. уменьшается разность между плотностью воды и пара.

Этот процесс зависит от высоты парового пространства Н, паропроизводительности Д и площади зеркала искажения F, а отношение Д/F есть нагрузка R з.н. - нагрузка зеркала испарения.

Основы автоматического регулирования и обслуживания ПК

Система автоматического управления, защиты и сигнализации предназначена для разжигания ПК, автоматического управления процесса горения и питания, а также для прекращения горения в топке и включения аварийно-предупредительной сигнализации.

На рисунке 6.8 изображена принципиальная схема системы автоматического управления, защиты и сигнализации котлоагрегатов КВА 0,63/5 и КВА 0,25/3-М. Управление процессами горения и питания осуществляется позиционно с помощью реле рабочего давления 1 (тира РДК-57) и датчика уровня 20 (типа ДУ- III), который соединен с ПК конденсационным сосудом 23 и щитом автоматического управления 22.

Рисунок 6.8 - Принципиальная схема системы автоматического управления,

защиты и сигнализации котлоагрегатов КВА 0,25/3-М и КВА 0,63/5

Реле рабочего давления 1 путем отключения и включения электродвигателя вентилятора 6 и электромагнитного клапана 7, установленного на топливной магистрали, поддерживает давление пара в диапазоне (0,34 - 0,54) ± 0,02 МПа для КВА 0,63/5 и (0,25 - 0,35) ± 0,02 МПа для КВА 0,25/3-М. Топливная магистраль включает топливный трубопровод, форсунку 5, насос 10, фильтры 8 и перепускной клапан И. Топливо подводится через трубу 9 из расходного бака.

При пуске котлоагрегата для предварительной вентиляции топки во избежание взрыва сначала включается вентилятор, а затем через 15 с открывается топливный электромагнитный клапан. Выключение котлоагрегата происходит в обратной последовательности: сначала закрывается электромагнитный клапан, а через 13 - 17 с выключается электровентилятор.

Автомат питания включает или отключает электродвигатель питательного насоса 13 при достижении уровня воды в ПК на 20 мм ниже или выше среднего положения по водомерному стеклу. Пуск котлоагрегата осуществляется автоматически после установки в пусковое положение тумблеров и главного выключателя, располагающихся вместе с аварийно- предупредительной сигнализацией (сигнальными лампами, ревуном 21) на щите 22. Для зажигания топлива служит трансформатор 12 (ТГ-1020), соеди­ненный с электродами 3 высоковольтным проводом.

Рассматриваемая система обеспечивает безвахтенную работу ПК во всем диапазоне нагрузок и автоматическую защиту ПК при достижении давления пара, выше допустимого; при изменении уровня воды в ПК сверх допустимого (±80 мм); обрыве факела во время работы; невоспламенении топлива при растопке и снижении его давления до минимального значения (0,8 МПа). При аварийных ситуациях включаются звуковая и световая дистанционные сигнализации: звонок 15 с лампой, красные лампы 17 и 18 (при недопустимом изменении уровня воды). Экстренная остановка котлоагрегата осуществляется выключателем 14. При этом клапан 7 отключает подачу топлива, а через 13— 17 с выключается вентилятор. При нормальной работе котлоагрегата горит зеленая лампа 16.

Котлоагрегат выключается при достижении предельного давления, верхнего или нижнего предельных аварийных уровней с помощью реле предельного давления 2 (типа РДК-57) и датчика предельного уровня 19 (типа ДУ-III); при обрыве факела во время горения или при невоспламенении топлива в момент запуска (с помощью фотореле 4) и снижении его давления до 0,8 МПа (с помощью реле 24).

Работа ПК может быть полностью переведена на ручное управление. При этом для электрического разжигания топки предусмотрена кнопка на щите автоматического управления. Разжигание может быть также осуществлено вручную от факела, вносимого

в топку через патрубок фотореле.

Водный режим котла и водоподготовка.

Водные режимы ПК предназначены для введения в котловую воде реагентов, предназначенных для предупреждения накипеобразования и коррозии.

1. Фосфатно - щелочной режим предусматривает введение в котловую противонакипина МФ (морского флота), состоящего из 25-27% Na2CО₃ (кальцинированная сода), 67-69% Na₃PО₄ (тринатрий фосфат) и сульфитно - спиртовой барды (3-4%).

Этот режим предусматривает работу ПК при давлении до 2 МПа. Количество МФ для ввода в ПК рассчитывается по формуле:

Q = 0,001Э(Щз - Щк.в.)V,

где: Э - химический эквивалент М = 102;

Щз - щелочность заданная, обычно 5 мг экв/л;

Щк.в. - щелочность котловой воды;

V - содержание воды в ПК в м³ или в тоннах.

Например: Q = 0,001*102(5 - 3)*2,5 = 510 гр.

2. Фосфатно - нитратный режим применяется в котлах с рабочим давлением от 2 до 6 МПа в целях предотвращения щелочной или хрупкости металла. Для образования защитной пленки вместе с фосфатом натрия Na₃РО₄ вводят в котловую воду селитру NaNО₃. Контроль ведут по содержанию в ней NaOH (щелочное число), РО^-3 (фосфатион), NaNО₃ (нитратное число).

При фосфатно - нитратном режиме рекомендуется вводить в котловую воду гидрозин, как одно из средств борьбы с образованием накипи и кислородной коррозии. Так делают в США на стационарных котлах и некоторых судах. Концентрация должна быть 20-30 мг/л.

а) Дозировка тринатрий фосфата Na₃PО₄ по:

Т = 4U(Ф₀ - Ф), г,

где: Т - количество Na3P04;

U - объем котловой воды в м³;

Ф₀ - норма фосфатного числа мг/л РО₄^-3;

Ф - фактическое фосфатное число РО₄^-3.

б) Дозировка натриевой селитры:

C = V(H₀-H), г,

где Н_о - норма нитратного числа мг/л NaNO₃;

Н_о = 0,5Щмг/л; Щ - фактическое щелочное число NaOH мг/л;

Н - фактическое нитратное число мг/л NaNО₃; С - дозировка селитры в гр.

Докотловая обработка воды

К докотловой обработке воды относятся:

- очистка и фильтрация от мехпримесей - обычно в тепловомящике;

- деарация - удаление из воды кислорода в термическом деаэраторе;

- химическая, т.е. добавление в воду химреактивов - сульфата натрия и гидрозина для связывания кислорода;

- магнитная обработка воды с помощью постоянных магнитов или эл. магнитов. При этом способе соли жесткости теряют свойство к

накипеобразованию и выпадают в осадок, кроме того разрушается и ста накипь.

Продувка ПК

Снизить концентрацию накапливающихся в котловой воде солей j шлама можно только с помощью верхней и нижней продувки (рисунок 6.9). Верхнюю продувку осуществляют из пароводяного коллектора через одну или две воронки 1, установленные ниже среднего уровня на 50-70 мм и соединенные с продувочным трубопроводом. Верхняя продувка служит для удаления концентрирующихся у зеркала испарения масла и шлама.

При нижней продувке котловая вода забирается из нижних частей ПК либо через трубу 2, расположенную вдоль водяного коллектора, имеющую снизу по всей длине отверстия. Нижняя продувка служит для удаления шлама, а также солей и всех остальных веществ, содержащихся в котловой воде.

Рисунок 6.9 - Схема верхней и нижней продувки ПК

Размер продувки: от суточной паропроизводительности котла.

Количество выдуваемого пара: — т в сутки, т/час.

где: С_пв - концентрация соответствующих показателей в питательной воде;

С_кв - концентрация соответствующих показателей в котловой воде;

Д_п - паропроизводительность котла - т/сутки или т/час.

Основы технической эксплуатации ПК

Техническая эксплуатация - это производственная, организационная и научно-техническая деятельность судового экипажа, организаций и предприятий, эксплуатационных ведомств, обеспечивающая эффективное использование ПК и его исправное состояние в течение всего срока службы.

Техническую эксплуатацию вспомогательных и утилизационных ПК осуществляет судовой экипаж под руководством старшего механика. Вспомогательные и утилизационные и ПК снабжаются системами автоматического регулирования и управления. Для каждого ПК с учетом его особенностей конструкции и характеристик разрабатывается инструкция по эксплуатации, которой регламентируется порядок подготовки к действию, обслувание во-времени работы и вывода из действия. Эта инструкция содержит план-график по ТО, приведены указания по технике безопасности и правилам хранения.

В случае вывода ПК из эксплуатации более чем на 24 часа он подлежит консервации. Существуют три способа консервации ПК - сухой, мокрый и газообразный.

1. Сухой способ при хранении ПК на срок до двух лет. ПК после внутренней и наружной очистки сушат вентилятором или жаровнями с горящими углями. Потом ставят во внутрь противни с влагопоглотителями - негашеная известь СаО, или хлористый кальций СаС1 или селикогель и плотна закрывают котел, т.е. герметизируют. Вскрывают не реже одного раза в три месяца для проверки и замены влагопоглотителя. Если ставят СаО и СаС1, то в дозах 2 и 0,5 кг на 1 м³ внутреннего объема ПК.

2. Мокрый способ применяется на срок не более 30 суток. При этом используют деаэрированную воду, в которую вводят тринатрий-фосфат Na₃PО₄, обеспечивающий щелочное число до 100 мг/л по NaOH с целью создания на внутренней поверхности котла защитной пленки. Если нет деаэрированной воды, то котел заполняют водой, доводят до кипения при открытом воздушном кране, а потом закрывают арматуру, при этом ставят подпорный бачек.

3. Газовый способ - после слива воды внутреннюю часть ПК заполняют газообразным аммиаком NH₃, который создает защитную щелочную пленку, при этом необходимо создавать избыточное давление и помнить, что NH3 опасный газ. Можно вместо NH3 после сушки вводить газообразный азот. Наружные части ПК красят или покрывают консервантом.

Технический надзор и освидетельствование ПК

Цель надзора - поддержание ПК в исправном техническом состоянии в течении всего установленного срока службы, обеспечение безопасности эксплуатации и соблюдение правил охраны труда. Технический надзор осуществляется членами машинной команды под руководством старшего механика на основании инструкций по эксплуатации ПК.

Освидетельствование ПК осуществляется инспекцией Морского Регистра судоходства согласно Правилам надзора за постройкой и эксплуатацией судов.

Ежегодное освидетельствование - один раз в год проверка в действии в том числе и автоматики, а также внешний осмотр. Очередное - раз в 5 лет. Внутренний осмотр один раз в 2 года. Гидравлическое испытание - один раз в 10 лет под давлением от 1,1 Р_раб до 1,5 Р_раб . После замены труб, заварки трещин, аварийного ухода воды из котла и т.д. внеочередное гидравлическое испытание.

Регулировка предохранительных клапанов на подрыв - Р_под на 3 - 5% выше Р_раб, т.е. Р_под = 1,03 - 1,05 Р_раб.

К образованию накипи ПК

Жесткость воды - общее содержание растворенных в воде солей кальция и магния, обуславливающих образование накипи на поверхности нагрева котла при его работе.

К химическим процессам, способствующим накипеобразованию относятся:

Термический распад бикарбонатов кальция и магния:

Са(НСОз)₂ -> СаСОз + Н₂0 + СО₂ (1)

Mg(HCОз)₂ ->MgCO₃ + Н₂0 + СO₂ (2).

Далее: гидролиз магния и кальция, в результате которого карбонат магния и кальция переводится в еще менее растворимую гидроокись магния и кальция:

MgCO₃ + 2Н₂0 -> Mg(OH)₂ + Н₂O + СO₂

СаСОз + 2Н₂0 -> Са(ОН)₂ + Н₂ O+ СO₂

Далее взаимный обмен солей, в результате которого образуются соли с еще меньшей растворимостью:

СаСl₂ + Na₂SO₃ ->CaSiO₃ + 2NaCl,

Кроме того наличие в воде солей постоянной жесткости, сернокислых и хлористых солей кальция и магния - СаСl₂, MgCl₂, CaSO₄, MgSO₄ - которые при нагревании воды переходят в накипь.

Т.о. накипь делится на три основные группы:

- щелочно-земельные - это то, что обозначено выше;

- железные - железнокислые – Fe₂O₃ и Fe₂O₄;

железнофосфатные - Fe(P0₄)₂ * NaFePO₄ - рыхлая,

железносиликатная – Na₂O*Fe₂O₃*SiO₂ - твердая;

- медные - отложение металлической меди и ее окислов.

Методы и технология очистки ПК

1. Очистка наружных поверхностей вспомогательных ПК в основном осуществляется механическим способом, т.е. в ручную: скребками, щетками, пылесосами и т.д., в том числе и топку;

а) очистка газовой полости - водная отмывка 1% раствором тринатрийфосфата Na₃PO₄ t°C = 50-60, Р = 0,4-0,5МПа, сложность - сбор и удаление воды вместе с сажей и грязью;

б) парогазовый способ - 5%-ный раствор из 80% углекислого аммония и 20% кальцинированной соды (Са₂СОз).

2. Очистка водяной полости (поверхности) химспособом.

а) 5% раствор соляной кислоты с ингибиторами — заливают в котел и циркулируют раствор насосами, после необходимо провести щелочение. Недостаток - опасность при работе с кислотой НСl, агрессивность к металлам, неудобства хранения и транспортировки;

б) сульфаминовая кислота (NH2SO₃H) - 5% ее раствор, а при значительной накипи и 6 - 7% раствор, циркуляция раствора насосами, после промывка;

в) малеиновый ангидрид используется в случае отсутствия сульфаминовой кислоты, но с применением ингибиторов коррозии ПКУ -М, БПВ и др.;

3. Очистка водяной поверхности механическим способом - щетками, ершами, шарошками и т.д., а трубы проволочными ершами и шарошками с предварительной обработкой для размягчения составом 1%-ным Na₃PO₄ с водой, кипячение в котле состава 20-40 часов.

Вопросы для самопроверки:

1. Судовые паровые котлы и котельные установки. Назначение, состав, классификация.

2. Тепловой баланс вспомогательного парового котла, основные характеристики парового котла.

3. Назначение и состав судовой электростанции.

4. Вспомогательная ЭУ, состав, назначение.

Литература: [3, с. 293...339], [6, с. 126...183].