Сайт нуждается в вашей поддержке!
Категории сайта

Питательные системы котлов, применяемых на судах

Присоединяйтесь к нашему ТГ каналу!

Котлы на судах имеют сложные и совершенные питательные системы, которые обеспечивают доставку топлива и воды котлу для производства пара. Поддержание эффективной питательной системы является важным аспектом надежной и безопасной работы судового котла.

Эффективность и надежность питательной системы котла критически важны для нормальной работы судового двигателя и обеспечения безопасности на судне. Регулярное обслуживание и проверка системы позволяют предотвратить поломку и обеспечить бесперебойную работу.

Питательная система замыкает паросиловой цикл котел – турбина, обеспечивая возможность возвращения отработавшего пара в котел в виде питательной воды. В этой системе имеется четыре главных элемента:

В котле вырабатывается пар, который подается в турбину, и после того, как пар израсходует энергию, он направляется в конденсатор. Там пар превращается в воду (конденсат), которая подается питательным насосом в котел.

Практически в систему включается еще целый ряд элементов, таких как сточная цистерна, куда спускается конденсат из конденсатора и благодаря которому обеспечивается некоторый напор на входе в питательный насос. Для компенсирования утечки воды из системы или для создания некоторого избытка питательной воды в системе предусматривается компенсационный бачок. Если питательная система обслуживает Судовые котлы и котельные установкивспомогательный котел, например, на теплоходе, то сточная цистерна или теплый ящик сообщается с атмосферой. Такая система называется открытой. У водотрубных котлов высокого давления питательная система ни в какой своей части не сообщается с атмосферой, и такая система называется закрытой.

Открытая питательная система

Схема открытой питательной системы для вспомогательного котла показана на рис. 1.

Система механизма превращения пара в воду
Рис. 1 Открытая питательная система.
1 – питательная цистерна; 2 – трубопровод для слива избыточной воды; 3 – теплый ящик с фильтрами; 4 – конденсатор; 5 – вентили для подачи пара к механизмам и устройствам; 6 – регулятор питательной воды; 7 – котел; 8 – вспомогательный питательный насос; 9 – главный питательный насос; 10 – подогреватель питательной воды

Отработавший пар из различных вспомогательных механизмов конденсируется в конденсаторе, который охлаждается забортной водой. Давление в конденсаторе может поддерживаться атмосферным или чуть ниже атмосферного. Конденсат из него стекает в теплый ящик, оборудованный фильтрами. Если конденсатор работает при небольшом вакууме, то для подачи воды в теплый ящик используется конденсационный насос. В теплый ящик может также поступать конденсат из систем, в которых он может загрязниться, например из топливоподогревателей, из системы подогрева топлива в цистернах и т. д. Загрязненный конденсат может быть обнаружен или на выходе из охладителя конденсатов, или по наблюдениям за контрольной цистерной. Контрольная цистерна, если она установлена, позволяет осуществлять такое наблюдение, и если обнаруживается появление загрязненного конденсата, он направляется в цистерну загрязненных сточных вод. В теплом ящике установлены дефлекторы для предварительного отделения масла или топлива от конденсата или питательной воды. Затем для завершения очистки вода пропускается через угольные или матерчатые фильтры. Избыток воды из теплого ящика перепускается в цистерну питательной воды, откуда при необходимости будет пополняться питательная система. Вода из теплого ящика забирается главным и вспомогательным питательными насосами. В главной питательной системе может быть установлен подогреватель питательной воды. Подогреватель может быть поверхностного типа, в котором производится только подогрев воды, и контактного типа, где кроме подогрева воды происходит и ее деаэрация. Деаэрация – это процесс удаления из питательной воды воздуха, содержащего кислород, наличие которого может вызвать коррозионные процессы в котле. Для регулирования подачи воды в котел и поддержания в нем необходимого уровня устанавливают регулятор питательной воды.

Описанная выше система является типовой, и для каждой конкретной установки в ней могут быть некоторые различия.

Закрытая питательная система

На рис. 2 показана схема закрытой питательной системы водотрубного котла высокого давления, снабжающего паром главную паровую турбину.

Механизм снабжения паром главной турбины
Рис. 2 Закрытая питательиая система.
1 – цистерна питательной воды; 2 – конденсатные насосы; 3 – конденсатор; 4 – трубопровод для воздуха и газов; 5 – воздушный эжектор; 6 – конденсатор системы уплотнения; 7 – рециркуляционная труба; 8 – вентили для подачи пара к механизмам и устройствам; 9 – охладитель дренажных конденсатов; 10 – подогреватель низкого давления; 11 – экономайзер; 12 – котел; 13 – пароперегреватель; 14 – подогреватель высокого давления; 15 – питательные насосы; 16 – деаэратор; 17 – дренажный насос; 18 – атмосферная сточная цистерна

Пар из турбины поступает в конденсатор, где поддерживается высокий вакуум. Здесь применяется конденсатор регенеративного типа, в котором конденсация осуществляется с минимальным перепадом температур. Паровые турбины и зубчатые передачиКонденсатный насос откачивает конденсат из конденсатора и подает его к воздушному эжектору.

Проходя через эжектор, конденсат подогревается. Воздушный эжектор, служащий для откачки воздуха из конденсатора, представляет собой пароструйный эжектор. Затем конденсат пропускается через конденсатор системы уплотнения, где он подогревается дополнительно. В этом конденсаторе конденсируется пар из системы уплотнения турбины, и конденсат из него стекает в сточную цистерну. Далее конденсат главной системы проходит через подогреватель низкого давления, который питается паром из отбора турбины. Применение всех вышеперечисленных подогревателей улучшает КПД установки за счет регенерированной теплоты, а увеличение при этом температуры воды способствует ее деаэрации.

В деаэраторе происходит непосредственный контакт питательной воды с паром, где они фактически смешиваются. При смешивании вода подогревается, из нее выходят все растворенные газы, в частности кислород. Нижняя часть деаэратора представляет собой емкость, откуда вода забирается непосредственно одним из питательных насосов, подающих воду в котел.

Вода после этого поступает к подогревателю питательной воды высокого давления, затем к экономайзеру, а оттуда – в паровой коллектор. В системе имеется соединенная с атмосферой сточная цистерна для слива в нее избыточной питательной воды и питательная цистерна, откуда при недостатке воды будет пополняться питательная система. В сточную цистерну также поступает конденсат от многих вспомогательных систем, таких как система уплотнения турбин, конденсат отработавшего рабочего пара воздушных эжекторов и т. д. Для обеспечения прохождения питательной воды через воздушный насос и конденсатор системы уплотнения на режимах небольшой мощности и во время маневрирования судна в системе предусмотрена рециркуляционная перемычка.

Данная схема также является типовой, и для каждой конкретной установки в ней могут быть некоторые различия.

Вспомогательная питательная система

Система предназначена для воспроизведения пара из конденсата от вспомогательных механизмов и устройств, может выполняться как отдельно – в виде открытой или закрытой системы, так и заодно с главной питательной системой, составляя ее часть.

В тех случаях, например, когда у палубных механизмов применяется паровой привод, для конденсации отработавшего пара используют конденсатор, работающий при давлении, близком к атмосферному (рис. 3).

Схема работы механизма - паровой привод
Рис. 3 Вспомогательная питательная система.
1 – регулятор уровня; 2 – рециркуляционная труба; 3 – вспомогательный конденсатор; 4 – воздушный эжектор; 5 – конденсатный насос; 6 – охладитель дренажных конденсатов; 7 – конденсатор системы уплотнения.
I – подвод отработавшего пара от вспомогательных механизмов и устройств

Конденсат конденсатным насосом подается к воздушному эжектору, пройдя через который, вода поступает в главную питательную магистраль между конденсатором уплотнительной системы и охладителем дренажных конденсатов. Для работы на малой мощности предусмотрена рециркуляция, а для регулирования уровня воды в конденсаторе имеется регулятор уровня.

Если в установке существует опасность загрязнения питательной воды, для парогенератора может быть создана отдельная система (рис. 4).

Схема механизма типичного парогенератора
Рис. 4 Питательная система парогенератора.
1 – подогреватель питательной воды; 2 – парогенератор; 3 – трубопровод для пара низкого давления; 4 – вентили для подачи пара к вспомогательным механизмам и ycтройствам; 5 – цистерна загрязненных конденсатов; 6 – питательные насосы.
I – спуск конденсата в главную питательную систему; II – подвод пара

Пар низкого давления из парогенератора подается для различных судовых нужд, таких, например, как подогрев топлива, а конденсат возвращается в теплый ящик. Питательными насосами вода подается к подогревателю питательной воды, который одновременно служит охладителем конденсата, полученного от подогревающего пара парогенератора. отсюда вода поступает непосредственно в парогенератор.

Многими фирмами выпускаются питательные системы в модульном исполнении, т. е. на едином фундаменте монтируются различные элементы системы. Иногда там размещается весь комплект механизмов и устройств или некоторая его часть.

Элементы питательной системы

Конденсатор. Это Конденсатно-питательные и паровые системы на суднетеплообменный аппарат, в котором от отработавшего пара отнимается скрытая теплота, в результате чего пар превращается в конденсат, направляемый обратно в котел. Конденсация должна осуществляться с минимальным переохлаждением, т. е. температура конденсата должна минимально отличаться от температуры пара. Конденсатор устроен таким образом, что из него удаляются различные газы и пары, которые выделяются при конденсации водяного пара.

На рис. 5 показан вспомогательный конденсатор.

Схема устройства механизма конденсатора
Рис. 5 Вспомогательный конденсатор.
1 – патрубок возврата конденсата; 2 – протекторы; 3 – лаз со смотровым люком; 4 – анкерный болт; 5 – входная водяная коробка; 6 – фланец подвода циркуляционной воды; 7 – смотровые лючки; 8 – фланец отвода воды; 9 – заглушенный штуцер; 10 – кожух на входе пара в конденсатор; 11 – патрубок входа влажного пара; 12 – патрубок от клапана верхнего продувания котла; 13, 27 – патрубки для термометра; 14, 30 – патрубки для крана щелочных добавок; 15 – воздушный кран; 16 – патрубок для вакуумметра; 17 – водяная коробка; 18 – запасной паровой патрубок; 19 – корпус конденсатора; 20 – водомерное стекло; 21 – отстойник; 22 – патрубок отвода воздуха; 23 – диафрагма; 24 – трубная доска; 25 – разделяющая перегородка; 26 – спускная пробка; 28 – патрубок клапана спуска; 29 – патрубок выхода конденсата

Круглый в сечении корпус закрыт с обеих сторон крышками, устроенными так, что забортная вода в конденсаторе совершает два хода. В водяных полостях крышек установлены протекторы, необходимые для предохранения от электрохимической коррозии. Пар в конденсатор поступает сверху в центральной части корпуса и через окна во входной коробке, расположенной под кожухом, разделяется на два потока. Пар конденсируется на поверхности трубок, через которые проходит забортная вода. Для крепления трубок в середине конденсатора по длине устроена диафрагма, которая в свою очередь крепится при помощи анкерных болтов. Конденсат накапливается в отстойнике, находящемся под пучками водяных трубок. Предусмотрена откачка воздуха, газов и паров, выделяющихся при конденсации водяного пара.

Главные конденсаторы, работающие совместно с главными паровыми турбинами, это конденсаторы регенеративного типа. Часть пара в них проходит сквозь трубки и соприкасается с конденсатом в отстойнике. Конденсат, таким образом, имеет одинаковую с паром температуру, благодаря чему повышается КПД конденсатора.

Схема механизма работающего с паровыми турбинами
Рис. 6 Конденсатор регенеративного типа.
1 – трубки; 2 – корпус конденсатора; 3 – патрубок отсоса газов и воздуха; 4 – отводящая перегородка; 5 – центральный канал; 6 – уровень конденсата.
I – отработавший пар ; II – пар к конденсатному насосу

На рис. 6 показан один из проектов регенеративного конденсатора. В центре его имеется канал, по которому пар проходит к отстойнику и, конденсируясь, подогревает конденсат. Для отвода выделяющихся газов и паров имеются перегородки. В трубных досках с обеих сторон установлено множество трубок, опирающихся на промежуточные опоры. Забортная вода в трубках совершает два хода.

Конденсатный насос. Этот насос предназначен для откачки воды из конденсатора, в котором поддерживается вакуум. На выходе из насоса создается напор для подачи воды в деаэратор или к питательному насосу. По конструкции конденсатные насосы, как правило, центробежные, двухступенчатые, с вертикальным валом. Устройство насосов описано в гл. 6. Для нормальной работы этих насосов необходим определенный минимальный напор на всасывании, а также некоторый контролируемый уровень конденсата в конденсаторе. В первую ступень насоса поступает вода, которая почти кипит в условиях вакуума, существующего во всасывающей трубе. Во вторую ступень вода поступает уже с некоторым положительным давлением, а на выходе из второй ступени вода имеет заданное давление.

В конденсаторах, где уровень конденсата может колебаться ил и если отстойник почти сухой, можно применять саморегулирующиеся конденсатные насосы. Саморегуляция в них происходит во время кавитации, возникающей, когда напор на всасывании падает до очень малого значения. Кавитация представляет собой процесс возникновения и разрушения пузырьков пара, в результате которого подача насоса падает до нуля. По мере повышения напора на всасывании кавитация исчезает, и насос снова начинает подавать воду. При кавитации, как правило, возникают различные повреждения (см. гл. 11), но при низком давлении, существующем в конденсатных насосах, повреждений не наблюдается. Кроме того, крыльчатку насоса можно сконструировать так, что будет происходить сверхкавитация, т. е. разрушение пузырьков после выхода их с крыльчатки.

Воздушный эжектор. С помощью воздушного эжектора отсасываются воздух и пары, которые выделяются из конденсирующегося в конденсаторе пара. Если не удалять воздух из системы, то в котле может возникнуть коррозия. Кроме того, наличие воздуха в конденсаторе осложняло бы процесс конденсации и приводило к созданию в нем противодавления, из-за которого потребовалось бы увеличить давление пара на выходе из турбины, что приводит к снижению термического КПД.

На рис. 7 показан сдвоенный двухступенчатый воздушный эжектор.

Схема механизма отсасывания воздуха и пара
Рис. 7 Воздушный эжектор.
1 – завальцованные концы труб; 2 – дистанционная трубка; 3 – анкерный болт; 4 – конденсатор первой ступени; 5 – корпус конденсатора; 6 – скользящая опора; 7 – паровое сопло первой ступени; 8 – соплодержатель; 9 – паровое сопло второй ступени; 10 – разделяющая перегородка; 11 – конденсатор второй ступени; 12 – трубки конденсатора; 13 – перегородка водяного ящика.
I, II – вход и выход воздуха; III, IV – вход и выход охлаждающей воды

На первой ступени этот пароструйный эжектор действует как насос, отсасывая воздух и газы из конденсатора. Затем паровоздушная смесь поступает в конденсирующую часть, где циркулирует питательная вода. Питательная вода подогревается, а большая часть паров конденсируется. Конденсат отсюда спускается в главный конденсатор, а пары и газы проходят во вторую ступень эжектора, где процесс повторяется. Оставшиеся после прохождения этой ступени воздух и газы через вакуумный обратный клапан выпускаются в атмосферу. Питательная вода в обеих ступенях циркулирует через U-образные трубки. В каждой ступени имеется по два эжектора, хотя для удовлетворительной работы установки достаточно работы одного из них.

Теплообменные аппараты. Конденсатор системы уплотнения, охладитель дренажных конденсатов и подогреватель питательной воды низкого давления – все это теплообменные аппараты трубчатого типа. В каждом из них тем или иным способом отбирается теплота от отработавшего пара и благодаря этому нагревается питательная вода, циркулирующая в трубках аппарата.

В конденсатор системы уплотнения турбин поступают пар, газы и воздух, которые охлаждаются водой, и пар при этом конденсируется. Конденсат возвращается в систему через петлевой водяной затвор или конденсационный горшок, а оставшиеся воздух и газы выпускаются в атмосферу. Питательная вода в теплообменнике протекает по U-образным трубкам.

Отработавший пар от различных вспомогательных механизмов и устройств поступает в охладитель дренажных конденсатов, в котором пар конденсируется, и конденсат возвращается в питательную систему. Циркуляционная питательная вода проходит в аппарате по прямым трубкам, закрепленным в трубных досках. Диафрагмы и перегородки служат для направления потока пара в аппарате и одновременно для крепления трубок (рис. 8).

Схема конструкции механизма охлаждения дренажных конденсатов
Рис. 8 Охладитель дренажных конденсатов.
1 – крышка коробки; 2 – распределительная коробка; 3 – воздушный кран; 4 – предохранительный клапан; 5 – манометр; 6 – U-образные трубки; 7 – анкерные болты; 8 – опорная лапа; 9 – корпус; 10 – диафрагмы; 11 – спускной клапан; 12 – разделительные перегородки.
I – выход конденсата; II – вход пара; III, IV – выход и вход питательной воды

В подогреватель питательной воды низкого давления обычно поступает пар из отбора турбины низкого давления. Подогрев питательной воды способствует процессу деаэрации. Благодаря отбору пара из турбины низкого давления не только улучшается термический КПД установки, но и можно уменьшить высоту лопаток последних ступеней, так как уменьшается масса парового потока. В этих аппаратах могут применяться как прямые, так и U-образные трубки, а в водяной части трубки могут быть одно- и многопроходными.

Деаэратор. В деаэраторе завершается процесс удаления воздуха и паров из питательной воды, начавшийся в конденсаторе. В то же время деаэратор служит и подогревателем питательной воды, но в нем вода и подогревающий пар вступают в непосредственный контакт. Питательная вода подогревается до температуры, близкой к температуре кипения, при которой из нее выделяются все растворенные в ней газы, и эти газы тут же удаляются.

На рис. 9 показана одна из конструкций деаэратора.

Схема типичной конструкции механизма деаэратора
Рис. 9 Деаэратор.
1 – вода: 2 – пар; 3 – водяные струи; 4 – крышка горловины; 5 – патрубок воздушной трубы; 6 – входной водяной коллектор; 7 – форсунки; 8 – перегородка верхней водоохладительной камеры; 9 – перегородка нижней водоохладительной камеры; 10 – направляющий конус; 11 – конусы деаэратора; 12 – корпус; 13 – направляющая; 14 – крышка лаза; 15 – лапы.
I – слив воды; II – подвод пара; III – подвод воды

Питательная вода подается в деаэратор через несколько распылителей. Распыленная вода имеет очень большую поверхность соприкосновения с подогревающим паром. Большая часть воды падает сверху на поверхность верхнего конуса, где продолжается процесс подогревания ее паром. Затем вода попадает в центральный канал и выходит из него через небольшое отверстие, которое выполняет роль эжектора, всасывающего пар вместе с водой. Питательная вода и конденсат рабочего пара скапливаются в накопителе, составляющем нижнюю часть деаэратора. Рабочий пар поступает в деаэратор, проходит через него, нагревая питательную воду, и, превратившись в конденсат, смешивается с питательной водой. Выделившиеся газы через патрубок воздушной трубы выходят в конденсатор паровоздушной смеси. Пар, попавший туда вместе с воздухом, конденсируется и возвращается в систему. В трубках конденсатора паровоздушной смеси циркулирует питательная вода, и оттуда она сразу поступает в деаэратор.

Читайте также: Устройства и агрегаты топливной системы низкого давления

Температура питательной воды в деаэраторе очень близка к температуре пара при существующем в деаэраторе давлении, и поэтому возможно при каком-либо падении давления мгновенное превращение воды в пар. Это может привести к «загазованности», т. е. к образованию пара во всасывающей части питательного насоса. Чтобы избежать этого, деаэратор располагают в верхней части машинного отделения, обеспечивая тем самым определенный положительный напор на входе в питательный насос. Но иногда непосредственно на выходе из деаэратора устанавливается откачивающий или бустерный насос.

Питательный насос. Предназначен для создания давления питательной воды, при котором она поступает в котел. Для вспомогательных котлов, потребляющих небольшое количество питательной воды, в качестве питательного может применяться поршневой насос с паровым приводом. Насос такого типа описывается в гл. 6. Насосом другого типа, который часто применяется в агрегатной котельной установке, является электропитательный насос. Это многоступенчатый центробежный насос с приводом от электродвигателя постоянного тока.

В установках с водотрубными котлами высокого давления применяются питательные насосы с турбинным приводом. Показанный на рис. 10 двухступенчатый горизонтальный центробежный насос, приводимый в действие активной турбиной, помещается в общем с ней корпусе.

Схема механизма двухступенчатого центробежного насоса
Рис. 10 Питательный насос с турбинным приводом.
1 – выходной паровой фланец; 2 – гнездо вестового клапана; 3 – расцепляющий механизм регулятора предельной частоты вращения; 4 – турбинный диск; 5 – стяжной болт вала турбины; 6 – сменная крышка; 7 – муфта Хирса; 8 – перегородка; 9 – сопловая коробка; 10 – патрубок к манометру давления в сопле; 11 – трубка Вентури; 12 – нагнетательный водяной патрубок; 13 – груз регулятора предельной частоты вращения; 14 – вал; 15 – уравновешивающий поршень; 16 – кольцевая секция; 17 – рабочие колеса насоса; 18 – патрубок к манометру давления воды на приемном водяном патрубке; 19 – канал к уравновешивающему поршню; 20 – приемный водяной патрубок; 21 – водозаборник; 22 – рычаг взведения регулятора предельной частоты вращения; 23 – рукоятка экстренного выключения

Пар к турбине поступает непосредственно от котла и выходит в магистраль, из которой пар может быть направлен для подогрева воды. Подшипники насоса смазываются фильтрованной водой, которая отбирается после первой ступени насоса. На насосе установлены регулятор для поддержания заданного давления и предельный выключатель, срабатывающий при превышении частоты вращения.

Подогреватель питательной вoды высокого давления. Подогреватель трубчатого типа и служит для дополнительного подогрева питательной воды перед входом в котел. Поскольку давление воды после питательного насоса повышается, появляется возможность дополнительного подогрева воды без ее вскипания . Поступающая в подогреватель вода циркулирует по U-образным трубкам, омываемым подогревающим паром. Имеются диафрагмы, служащие для крепления трубок и для направления потока пара внутри аппарата. Для обеспечения полной конденсации пара установлен конденсацонный горшок. В качестве подогревающего используется пар из отбора турбины.

Обслуживание питательной системы. Во время непрерывного действия установки на рабочем режиме необходимо соблюдать равенство масс вводимой в котел питательной вoды и выходящего из него пара, при этом уровень воды в котле должен поддерживаться в пределах нормы. Система регулирования, предназначенная для этих целей, описана в гл. 15.

В водяных полостях крышек конденсатора, где проходит забортная вода, установлены протекторы из низкоуглеродистой стали. Их нужно периодически заменять. В то же время производится осмотр трубок с целью обнаружения эрозии, которая может возникнуть, если скорость циркуляции будет очень высокой. Утечка в водяных трубках может привести к загрязнению питательной воды, поэтому при малейшем подозрении о наличии утечки необходимо конденсатор подвергнуть испытанию. В гл. 7 приводится объем и содержание работ при испытании конденсаторов.

Необходимо регулярно проверять исправность уплотнений конденсатных насосов во избежание попадания воздуха в систему. Для насосов всех типов небольшая протечка воды через уплотнительное устройство, способствующая смазке подшипника и сальника, является допустимой и нормальной.

У воздушного эжектора снижается эффективность работы, если на его сопле появляется налет или следы эрозии, поэтому сопла эжектора следует регулярно осматривать и при необходимости заменять. Также нужно периодически проверять герметичность корпуса эжектора и плотность закрытия вакуумного клапана.

Следует периодически проверять, нет ли утечек в теплообменных аппаратах и следить за чистотой теплообменных поверхностей.

Работа поршневых насосов описана в гл. 6. Пуск питательных насосов с турбинным приводом должен производиться при закрытом нагнетательном клапане, чтобы давление в нагнетательном трубопроводе резко поднялось и гидравлически уравновесилось с давлением в котле. Турбинные приводы насосов перед работой должны быть прогреты при открытых клапанах спуска и переводятся на работу после закрытия спускных клапанов. Необходимо регулярно проверять исправность действия регулятора предельной нагрузки. Также необходимо контролировать осевые зазоры в турбине, для чего применяются специальные щупы.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Июль, 17, 2023 199 0
Добавить комментарий

Текст скопирован
Пометки
СОЦСЕТИ