Гаврилов С.В. Судовые котельные и паропроизводящие установки

Подождите немного. Документ загружается.

СУДОВЫЕ КОТЕЛЬНЫЕ

И ПАРОПРОИЗВОДЯЩИЕ

УСТАНОВКИ

Методические указания к практическим занятиям

для курсантов специальности 240500

«Эксплуатация судовых энергетических установок»

ПЕТРОПАВЛОВСК 2005 КАМЧАТСКИЙ

Камчатский государственный технический университет

Кафедра судовых энергетических установок

С.В. Гаврилов

СУДОВЫЕ КОТЕЛЬНЫЕ

И ПАРОПРОИЗВОДЯЩИЕ

УСТАНОВКИ

Методические указания к практическим занятиям

для курсантов специальности 240500

«Эксплуатация судовых энергетических установок»

Петропавловск-Камчатский

2005

УДК 621.181.27:629.12

ББК 39.455.1

Г12

Рецензент:

В.А. Ткаченко,

заведующий кафедрой судовых энергетических установок КамчатГТУ

Гаврилов С.В.

Г12 Судовые котельные и паропроизводящие установки. Мето-

дические указания к практическим занятиям для курсантов спе-

циальности 240500 «Эксплуатация судовых энергетических уста-

новок». – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2005. – 106 с.

Методические указания к практическим занятиям составлены в

соответствии с требованиями Государственного образовательного стан-

дарта и учебного плана специальности 240500 «Эксплуатация судовых

энергетических установок», утвержденного Советом КамчатГТУ.

Методические указания предназначены для использования в ходе

обучения курсантов мореходного и студентов заочного факультетов.

Рекомендовано к изданию решением учебно-методического сове-

та КамчатГТУ (протокол № 3 от 23 декабря 2004 г.).

УДК 621.181.27:629.12

ББК 39.455.1

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий сборник методических указаний состоит из двух разделов.

Первый раздел включает в себя четыре практических занятия, связанные

с изучением конструкций судовых вспомогательных и утилизационных

паровых котлов и их элементов. Второй раздел представлен восемью рас-

четными занятиями, выполнение которых позволит закрепить знания,

полученные в процессе изучения теоретического курса.

Целью указаний является оказание курсанту методической помощи

в изучении и критическом анализе конструкции наиболее распространен-

ных на судах рыбопромыслового флота паровых котлов, выполнении рас-

четов протекающих в них процессов. Анализ полученных расчетным пу-

тем результатов должен быть направлен на определение путей и методов

повышения технико-экономических показателей судовых котельных

и паропроизводящих установок.

В настоящее время особую актуальность приобретают вопросы рацио-

нального использования топливно-энергетических ресурсов. Экономия

топлива в судовых энергетических установках может быть достигнута

снижением его расхода во вспомогательных котлах и применением сис-

тем утилизации тепла отработавших газов судовых двигателей внутренне-

го сгорания. Особое место в процессе выполнения практических занятий

должно уделяться изучению влияния конструктивных и эксплуатацион-

ных факторов на экономичность котлов.

Предлагаемые методические указания могут быть использованы

в ходе дипломного и курсового проектирования. Расчеты с использовани-

ем персональных компьютеров позволяют сократить время на выполне-

ние рутинных операций и высвободить его для проведения исследований

влияний различных конструктивных и эксплуатационных факторов на

технико-эксплуатационные показатели котлов.

Методические указания имеют индивидуальную в пределах каждого

практического занятия нумерацию таблиц и расчетных зависимостей.

В конце каждого практического занятия приводятся контрольные вопро-

сы, ответы на которые позволят более качественно закрепить изученный

материал.

Практические занятия оформляются в ученических тетрадях. Все изо-

бражения выполняются от руки, ксерокопирование и вырезание листов из

учебников не допускаются! Защита занятий производится в часы учебных

занятий и на консультациях. Она заключается в докладе о выполнении

задания, содержании основных разделов занятия и ответе на вопросы.

После защиты ведущий преподаватель подписывает работу, выставляет за

нее оценку и возвращает тетрадь курсанту. В конце текущего семестра

после сдачи итоговой аттестации тетрадь сдается преподавателю.

РАЗДЕЛ 1. КОНСТРУКЦИЯ СУДОВЫХ

КОТЛОВ

Настоящий раздел содержит четыре практических занятия, посвя-

щенных рассмотрению конструкции как котлов в целом, так и их от-

дельных элементов. В результате изучения данного раздела курсанты

должны знать основную терминологии в области котельной техники,

уметь изображать тепловые схемы котлов и котельных установок и их

эскизы, понимать взаимосвязь между конструктивным исполнением от-

дельных элементов котлов и протекающими в них процессами.

Изучение конструкции котлов проводится в тесной связи с рассмот-

рением общих принципов их технической эксплуатации.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 1

КОНСТРУКЦИЯ СУДОВЫХ КОТЛОВ. СОСТАВ И СХЕМЫ

СУДОВЫХ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Цель занятия: изучение принципа действия и конструкции основных

типов вспомогательных и утилизационных котлов, использующихся на

рыбопромысловых и транспортных судах. Общее знакомство с составом,

назначением и взаимодействием элементов котельных установок.

Задание. 1. Используя макеты, составить эскизы и тепловые схемы

следующих типов судовых котлов:

— газотрубного оборотного;

— вертикального водотрубного.

2. Изучить конструкцию, изобразить конструктивные схемы, класси-

фицировать, описать принцип действия, перечислить составные части

и привести основные параметры следующих судовых котлов:

— вспомогательного газотрубного горизонтального котлоагрегата ти-

па КВА 0,4/3 (КГВ 0,4/0,3);

— вспомогательного водотрубного котла с естественной циркуляцией

типа КАВ (КВВА);

— утилизационного водотрубного котла с принудительной циркуля-

цией типа КУП-40 (КУП-20, КУП-80).

3. Составить схемы судовых котельных установок, состоящих из

вспомогательного и утилизационного котлов (с сепаратором пара и без, с

утилизационным котлом с принудительной и естественной циркуляцией).

Описать принцип их действия, указать характерные режимы работы этих

установок.

1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

Настоящее практическое занятие выполняется в три этапа. Первый

этап проводится в кабинете судовых котельных установок и заключается

в изучении конструкции макетов судовых котлов и составлении их тепло-

вых схем и эскизов в натуры.

Второй этап посвящен знакомству с конструкцией вспомогательного

газотрубного котлоагрегата типа КВА 0,4/3 (КГВ 0,4/0,3). Для осмотра

внутренних частей пароводяного и газового пространств котлоагрегат

разбирают. После составления эскизов и схем, иллюстрирующих его уст-

ройство, его вновь собирают.

В ходе изучения конструкции необходимо обратить внимание на сле-

дующие особенности котлоагрегата:

— на способ подвода в топку воздуха;

— на путь газов в дымогарных трубах;

— на способы крепления дымогарных труб к корпусу котла;

— на установку связей, подкрепляющих днища корпуса;

— на состав и назначение устройств, расположенных в пароводяном

пространстве;

— на расположение и назначение патрубков, предназначенных для ус-

тановки арматуры и средств автоматизации;

— виды теплоизоляции и способы ее установки.

Третий этап заключается в самостоятельном изучении конструкции

и принципа действия указанных в п. 2 задания типов судовых котлов. Он

осуществляется как в лаборатории в часы аудиторных занятий, так и са-

мостоятельно. При выполнении этого этапа должна использоваться лите-

ратура, рекомендованная настоящими методическими указаниями, маке-

ты и натурные образцы котлов и их элементов, плакаты и стенды.

В результате выполнения настоящего практического занятия курсант

должен самостоятельно изучить следующие вопросы:

— принцип действия судовых газо- и водотрубных котлов. Комбини-

рованные котлы. Основные понятия: газовое, паровое, водяное простран-

ство, зеркало испарения, поверхность нагрева [10, с. 6—22], [11, с. 5—13],

[3, с. 6—14], [8, с. 21—33];

— классификацию судовых котлов, требования к ним, их основные

параметры. Схемы вспомогательных котельных установок, взаимодейст-

вие их элементов [8, с. 10—21], [10, c. 23—31], [11, с. 88—93], [12, с. 23—

38];

— конструкцию водотрубных котлов с естественной циркуляцией ти-

пов, КАВ (КВВА) [10, c. 151—161], [11, c. 75—76], [8, c. 29—30];

— устройство вспомогательных газотрубных котлоагрегатов типа

КВА (КГВ) [10, c. 171—174,] [11, c. 65—67], [12, c. 61—64];

— конструкцию утилизационных котлов с принудительной циркуля-

цией типа КУП-40, КУП-80 и сепараторов пара [10, c. 187], [3, c. 169],

[11, c. 85—86].

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСТРОЙСТВЕ И РАБОТЕ

СУДОВЫХ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

2.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Вспомогательным котлом называется устройство, производящее во-

дяной пар с давлением выше атмосферного для использования его вне

самого устройства. Пар в нем производится за счет тепла органического

топлива, сгорающего в топочной камере.

Утилизационным котлом называется устройство, в котором водяной

пар получается за счет тепла отработавших газов дизелей.

В любом паровом котле независимо от его конструкции принято раз-

личать следующие основные поверхности и пространства:

— водяное пространство — часть внутреннего объема котла, запол-

ненная водой;

— паровое пространство — часть внутреннего объема котла, запол-

ненная паром;

— газовое пространство — часть внутреннего объема котла, исполь-

зуемая для движения воздуха и газов;

— поверхность нагрева — поверхность, через которую происходит

теплообмен между газом и водой;

— зеркало испарения — граница раздела парового и водяного про-

странств, через которую пар отделяется от воды.

В зависимости от принципа действия, принято различать водотрубные

и газотрубные котлы. В водотрубных вода движется внутри труб, а газы

омывают их снаружи, в газотрубных — горячие газы направляются внут-

ри труб и камер, образующих поверхность нагрева, а вода омывает их

снаружи. Некоторые конструкции котлов сочетают в своей конструкции

оба принципа, их называют комбинированными.

Водотрубный котел состоит из следующих элементов: водяного кол-

лектора 1, водяного (экранного) коллектора 2, конвективного пучка труб

3, экранного пучка труб 4, топочного устройства 5, пароперегревателя 6,

экономайзера 7, воздухоподогревателя 8, футеровки и теплоизоляции 9,

каркаса и кожуха 10 (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема действия водотрубного котла

Собственно котел (корпус) образован конвективным и экранным пуч-

ками труб, пароводяным и водяным коллекторами. Остальные поверхно-

сти нагрева (экономайзер, пароперегреватель, воздухоподогреватель) на-

зываются дополнительными или хвостовыми. В большинстве вспомога-

тельных котлов малых габаритов и мощностей они отсутствуют, что при-

водит к значительному снижению их экономичности.

Тепловая схема рассмотренного котла представлена на рис. 1.2. Топ-

ливо от расходной цистерны посредством насоса 1 под давлением посту-

пает к форсунке 2, где мелко распыливается и смешивается с закручен-

ным потоком воздуха, подаваемым котельным вентилятором 3.

Рис. 1.2. Тепловая схема котла

Воздух от вентилятора поступает в межкожуховое пространство котла,

образованное стенками его внутреннего и наружного кожухов, подогрева-

ется и направляется в воздухоохладитель 4. Горячий воздух, выходящий

из воздухоподогревателя, подходит к воздухонаправляющему устройст-

ву 5. Температура подогрева воздуха достигает 130—200

С. Это позволя-

ет увеличить температурный напор в топке, улучшить протекание процес-

сов смесеобразования и сгорания и повысить экономичность котла. Горя-

чие газы, образовавшиеся в результате горения топлива, омывают по-

верхности нагрева, отдавая им свое тепло. Отработавшие газы с темпера-

турой 170—400

С отводятся в атмосферу.

Питательная вода, поступающая в пароводяной коллектор и поддер-

живающая в нем постоянный уровень, предварительно подогревается

в экономайзере 8. Температура воды на выходе из экономайзеров судо-

вых котлов на 30—50

С ниже температуры насыщения. В испарительной

поверхности нагрева 6, образованной конвективным и экранным пучками,

вода доводится до кипения. Отделение влажного насыщенного пара про-

исходит в пароводяном коллекторе. Образовавшийся пар поступает

в пароперегреватель 7, перегретый — к потребителям. Вспомогательные

котлы, как правило, не имеют пароперегревателей и производят влажный

насыщенный пар.

Большинство водотрубных котлов имеют естественную циркуляцию.

Она обеспечивается за счет разности плотностей не кипящей воды, нахо-

дящейся в опускных трубах 11 и пароводяной смеси, заполняющей подъ-

емные трубы испарительной поверхности нагрева. Опускные трубы рас-

положены за экранными, которые защищают их от тепловосприятия

из топки. По этим трубам вода из пароводяного коллектора опускается

вниз в водяной коллектор, а затем поступает в подъемные трубы. Выхо-

дящая из них пароводяная смесь поступает в пароводяной коллектор, где

происходит отделение пара от воды. Неиспарившаяся вода смешивается с