РОЗРАХУНОК ТЕПЛООБМІНУ В ТОПЦІ

Теплообмін в топці відбувається, в основному, випромінюванням.

Метою розрахунку теплообміну в топці є визначення передаваної в ній кількості тепла (теплової потужності) Qл і температури газів на виході tзт. Основними розрахунковими залежностями є вирази для визначення величини безрозмірної температури за топкою.

Об'єм топки V_т,м3: V_т=BQ_BT/q_v

V_T=3,2

Довжина топки L_т,м: L_т =

L_т=1,5

Площа стін паливного фронту F_тф, м2: F_тф= V_т/ L_т

F_тф=2,133

Поверхня нагріву, що сприймає промені Н_л,м2: Н_л=

Н_л=7,935

Площа стін топки F_ст, м2: F_ст=2 F_тф + Н_л

F_ст=12,2

Міра екранування ψ: ψ= Н_л/ F_ст

Ψ=0,65

Паливний факел випромінює енергію за об'ємом топки, що має складну форму, при цьому товщина випромінюючого шару в довільних напрямах різна. Для зручності виконання розрахунків її приводять до півсфери з радіусом S, м, що називається ефективною товщиною випромінюючого шару.

Ефективна товщина випромінюючого шару S,м:

S=0,944

Температура газу на виході з топки t_зт', °C: t_зт'=1200

Ентальпія газів на виході з топки І_зт', кДж/кг:Діаграма І-t по t_зт'

І_зт'=23902

Коефіцієнт послаблення променів трьохатомними газами К_г,1/(МПа·м):

К_г=2,3

Коефіцієнт послаблення променів частками сажі К_с,1/(МПа·м):

К_с=3,311

Паливний факел складається з двох частин: частини, що світиться, утвореною розжареними частками, і частини, що не світиться, складається з трьохатомних газів.

Міра чорноти полум’я, що світиться а_сф:

а_сф=0,4144

Міра чорноти полум’я, що не світиться а_г:

а_г=0,1967

Коефіцієнт усереднювання m:

m=0,78

Міра чорноти факела а_ф:

а_ф=0366

Міра чорноти топки а_т:

а_т=0,497

Теоретична температура горіння t_a,°C: Діаграма І-t по Q_вт

t_a=1997,7

Абсолютна теоретична температура горіння Т_а, К: Т_а= t_a+273= 2270,7

Середня сумарна тепломісткість газів V_псС_ср, кДж/(кг·°С):

V_псС_ср=22,94

Критерій Больцмана В_о: В_о=0,2814

, де V_псС_ср – середня вагова теплоємність продуктів згорання 1 кг палива, кДж/(кг°С);

σ_о – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла, рівний 5,67·10^-11

Вт/(м²·К⁴);

Т_а – абсолютна адіабатна температура, Та = t_а + 273, К.

Безрозмірна температура на виході з топки Θ_зт:

Θ_зт=0,74

Розрахункова температура газу за топкою t_зт, °C: t_зт =1407

Різниця Δt_зт,°C: Δt_зт=

Δt_зт=(1200-1407)=207

Теплові потужності топки Q_л та Q_л', кВт: Q_л=725 Q_л'=1064

де І_а – теоретична ентальпія газу в топці, кДж/кг;

І_зт – ентальпія газу на виході з топки, кДж/кг;

t_а – теоретична температура горіння, °С;

М – параметр, що характеризує розподіл температури по висоті топки;

а_т – міра чорноти топки;

В_о – критерій Больцмана.

Різниця ΔQ_л,%: ΔQ_л= 100(Q_л'- Q_л)/ Q_л

ΔQ_л=46,75

Ефективність роботи топки, оцінюється за допомогою коефіцієнту

прямої віддачі χ, %. і кількістю пари, виробленої в екранних поверхнях

нагріву Dэ, кг/с.

Кількість пари отриманої в екранах D_э,кг/с:

D_э = 0,29

,де і_эв – ентальпія води на виході з економайзера, кДж/кг. За відсутності

економайзера іэв приймається рівною іпв.

Питомий паровідбір d, кг/(м2·с): d= D_э/H_л

d=0,0365

Коефіцієнт прямої віддачі χ,%:

χ= 29

ПОДГОТОВКА КОТЛА К ДЕЙСТВИЮ

При подготовке котельной установки к действию проводят ее наружный осмотр и осмотр котлов с огневой стороны. При наружном осмотре проверяют, все ли монтажные и ремонтные работы закончены, убраны ли посторонние предметы и легковоспламеняющиеся материа-лы, установлены ли на места штатная арматура и КИП, не имеют ли они повреждений. Контролируют также состояние паропровода, плав-ность открытия и закрытия клапанов, действие заслонок в газоходахи дистанционных приводов к клапанам, состояние изоляции, крепле-ние котла на фундаменте, работу дутьевых вентиляторов и освещение (нормальное и аварийное). При осмотре котла с огневой стороны проверяют состояние топки, кладки, основных поверхностей нагрева, а также пароперегревателя, экономайзера и воздухоподогревателя (если котел ими оборудован), отсутствие топлива в топке, исправность топочных устройств, правильность размещения форсунок и диффузо-

ров относительно фурм.

Внутренний осмотр котла с водяной стороны приурочивают, как правило, ко времени его очистки, поэтому во время подготовки котла к действию этот осмотр проводят только в случае, если появились сомнения в исправности внутренних его частей. После выполнения указанных операций проводятся подготовка систем, обслуживающих котел, и заполнение его водой. Если котел до этого был вскрыт, то крышки лазов и горловин устанавливают обязательно на новых прокладках. При подготовке питательной системы предварительно проверяют количество и качество питательной воды, осматривают систему, открывают арматуру, опробуют питательные средства и дозировочные устройства.

Перед заполнением котла водой должны быть открыты следующие клапаны: к водоуказательным приборам, питательные на экономайзер, между экономайзером и котлом, продувки выходного коллектора пароперегревателя, на манометры и воздушный. При отсутствии воздушного клапана можно использовать клапаны продувки манометров иликлапан к свистку. Все остальные клапаны должны быть закрыты, при этом паровые клапаны во избежание их зажима при прогревании сле-

дует слегка стронуть на открытие. Одновременно надо подготавливать к действию средства автоматики котла, для чего необходимо убедиться: в отсутствии повреждений элементов системы автоматики, в правильности подвода импульсных

и других труб к датчикам и регуляторам, в подаче электропитания, исправности средств защиты, световой и звуковой сигнализации.

Регуляторы и управляющие устройства следует установить в положение “ручное управление”. Необходимо открыть арматуру на автоматических системах, подать в них рабочую среду, убедиться в отсутствии ее утечек и проверить давление.

Заполнять котел водой надо согласно инструкции по эксплуатации и только с разрешения старшего механика. Заполнение ведут обычно до отметки “рабочий уровень”, но во всяком случае не ниже нижней и не выше верхней отметок уровней на водоуказательном приборе. Котлы заполняют дистиллятом, пресной водой или конденсатом по возможности теплыми с одновременным вводом химических реагентов. Разность температур воды и стенки котла не должна превышать 20— 30° С.

При подготовке топливной системы предварительно проверяют наличие топлива в цистернах (при необходимости их пополняют), спускают из них отстой, осматривают систему, открывают арматуру, проверяют исправность БЗК, действие дистанционных приводов, выведенных на палубу, устанавливаютфорсунки со стояночными распыливающими шайбами, контролируют, открыты ли заслонки в газоходахи сняты ли с дымовой трубы крышки или чехлы.

Перед разводкой огня необходимо: проверить работу электровоспламенителя (или подготовить асбестовый факел — металлический пруток длиной не менее 1 м с отбойным диском для ручного зажигания форсунок), убедиться в подаче пара к системе подогрева топлива, ввести в работу топливоподогреватели, топливные насосы, заполнить топливную систему подогретым топливом и прокачать ее через клапан рециркуляции до полного вытеснения воздуха.

С целью сокращения времени на подготовку котла к действию подготовительные операции обычно совмещают.

ОБСЛУЖИВАНИЕ КОТЛА В ДЕЙСТВИИ

При эксплуатации котла обслуживающий персонал должен обеспечить надежную, безаварийную работу и заданный режим при наивысшей экономичности.

Разводка огня и подъем пара. Порядок и время разводки огня и подъема пара регламентируются инструкциями по эксплуатации. В полностью автоматизированном агрегате этот процесс осуществляется автоматически при установке органов управления и регулирования в положение “автоматическая работа”. В котлах, у которых автоматический пуск не предусмотрен, управляющие органы должны быть установлены в положение “ручное управление”. Все защитные и блокировочные устройства, не препятствующие пуску котла, должны быть включены. Перед зажиганием форсунки топка должна быть тщательно провентилирована дутьевым вентилятором для удаления взрывоопасных смесей газов.

Форсунку зажигают электровоспламенителем или ручным факелом. В последнем случае сначала вставляют зажженный факел в специальное окно и лишь после этого открывают подачу топлива на форсунку. Для избежания ожога в случае выброса пламени из топки обслуживающему персоналу следует находиться в стороне от указанного окна. После зажигания форсунки факел гасят в футляре, представляющем собой вертикально установленную трубу с заваренным нижним донышком. Если форсунка не загорелась или она по каким-либо причинам погасла, немедленно с помощью топливного БЗК перекрывают подачу топлива и после выяснения причины и тщательного вентилирования топки операцию повторяют. Соседние форсунки могут зажигаться самостоятельно от воспламенителя или от соседней работающей форсунки. Категорически запрещается зажигать форсунку от раскаленной кладки.

Подъем пара следует проводить по возможности медленно, обеспечивая тем самым уменьшение температурных напряжений в конструкции и равномерное прогревание воды, металла, кладки. Ускоренный пуск котла может проводиться только по распоряжению капитана, о чем делается запись в машинном журнале. Котел считается действующим с момента подъема в нем пара с давлением выше атмосферного. При появлении непрерывной струи пара, идущей из воздушного

клапана,' его и паровые клапаны, ранее стронутые на открытие, закрывают.

В течение периода подъема парапроводят наружный осмотр котла с целью обнаружения пропусков и иных неполадок. Обжимать крышки лазов, горловин, фланцев разрешается при давлении пара не выше 0,5 МПа специальным инструментом и без ударов. По достижении половины рабочего давления (или значения, оговоренного инструкцией) вручную проверяют действие предохранительных клапанов. По достижении рабочего давления подъем пара считается законченным. С этого момента необходимо включить на автоматический режим регуляторы питания, провести верхнюю продувку, повторно проверить работу предохранительных клапанов, исправность действия водоуказательных приборов, средств питания и систем защиты. Если розжиг котлов производится, когда на судне еще нет пара, то используют дизельное топливо, не требующее подогрева. Если же на судне нет и электроэнергии, то розжиг осуществляют дровами. Включение котлов. Очередность включения и число работающих котлов устанавливает старший механик. При включении котлов на внешние потребители уровень воды в нем должен быть не выше рабочего во избежание уноса воды в паропровод. Если включение осуществляется в холодную паровую магистраль, паропровод должен быть медленно прогрет в течение не менее 15 мин при открытых клапанах продувки. При отсутствии расхода пара продувку пароперегревателя продолжают.

При включении котла в магистраль, находящуюся под давлением (в параллельную работу с действующим котлом), необходимо выравнять давления или создать в подключаемом котле давление на 0,05—0,1 МПа выше и только после этого открывать разобщительный клапан. При открытии разобщительного клапана сначала его следует лишь стронуть, а по истечении 5 мин слегка приоткрыть и только затем медленно, в течение 5—10 мин, осторожно открыть полностью. Если согласно инструкции разводка огня и подъем пара производились при заполненном водой пароперегревателе, то котел включают в магистраль под давлением на 0,05 МПа меньшем, чем в паропроводе. После включения котла вводят в действие все системы автоматического и дистанционного управления, устройства защиты и сигнализации, для чего переводят все управляющие органы в положение “автоматическая работа”. Затем устанавливают заданные значения регулируемых параметров и проверяют поддержание их регуляторами. Перед увеличением нагрузки котла необходимо в форсунках со сменными распиливающими шайбами заменить стояночные шайбы на основные.

Обслуживание котла во время работы. За действующим котлом и обслуживающими его механизмами и системами надо вести наблюдение по показаниям КИП, сигналам аварийно-предупредительный сигнализации и путем осмотров доступных мест. Периодически контролируют уровень воды, давления и температуры пара, питательной воды, топлива, поступающего к форсункам, воздуха перед топкой, а также расход воды и топлива. Особое внимание следует уделять контролю уровня воды и процесса горения. Необходимо вести правильный водный режим, своевременно проводить сажеобдувку, проверять надежность работы обслуживающих котел систем и средств автоматики. Периодичность контроля устанавливают в соответствии с инструкциями по эксплуатации в зависимости от объема автоматизации, надежности узлов котла, наличия аппаратуры контроля и регистрации параметров, аварийно-предупредительной сигнализации и защиты.

При неполадках в работе или выходе из строя устройств автоматического управления необходимо перейти на полуавтоматическое или ручное управление и, насколько это возможно, быстро устранить неисправность.

При работе котла на ручном или полуавтоматическом управлении несение постоянной вахты обязательно.

Рассмотрим ряд особых режимов работы главных котлов (отличныхот основного — ходового), требующих в отдельных случаях повышенного внимания обслуживающего персонала.

Форсированный режим, т. е. работа котла с повышенной (на 10-20%, а иногда и более) по сравнению с номинальной паропроизводительностью, может быть допущен лишь в особых, обоснованных, случаях и только по распоряжению капитана, о чем делается записьв машинном журнале. При форсировке резко возрастают тепловыеи механические напряжения деталей котла, увеличиваются потери с уходящими газами, от химического недожога топлива, загрязняют-

ся поверхности нагрева, резко падает экономичность.

Режим переменных нагрузок, т. е. работа котла с переменными значениями паропроизводительности и параметров пара в зависимости от режима работы главных и вспомогательных механизмов судна тоже относится к числуособых режимов. К нему, в частности, относится режим маневров, о котором обслуживающий персонал заранее получает предупреждение с мостика. Таковыми являются также стояночные режимы с грузовыми операциями и без них. На этих режимах давление пара может быть понижено.

Режим при внезапных остановках двигателя, т. е. при экстренной (без предупреждения) остановке главного парового двигателя, обычно бывает связан с навигационными условиями плавания судна. На этом режиме во избежание подрыва предохранительных клапанов в случае отказа системы автоматического регулирования, а также при работе на ручном управлении необходимо снизить расход топлива, отключив равное число форсунок в каждом работающем котле, уменьшить подачу воздуха в топки, подпитать котлы до верхних отметок уровня в водоуказательных приборах. При отсутствии расхода перегретого пара его нужно пропускать через пароохладитель или через систему продувки пароперегревателя.

Режим постоянной готовности, — это режим, при котором нет расхода пара на главный паровой двигатель, давление пара равно рабочему или близко к нему. Все системы и механизмы, обслуживающие котел, находятся в рабочем состоянии. Часть форсунок отключена или в них установлены стояночные распылители (но при этом должны быть подготовлены к работе основные).

Режим поддержки пара представляет собой такой режим, при котором котел находится под давлением, но пар из него не расходуется и небольшое количество топлива идет лишь на покрытие потерь теплоты в атмосферу. Обычно на таком режиме держат отключенный котел, находящийся в “горячем резерве”.

Ходовой режим во время шторма требует особо тщательного наблюдения за положением уровня воды в котле. В зависимости от качки уровень в водоуказательных приборах может то пропадать, то уходить за верхнюю отметку, поэтому необходим достаточный опыт для определения величины и времени колебания уровня в обоих приборах.

Кроме рассмотренных, могут быть аварийные режимы работы котла. Они определяются сложившимися условиями. При этом обслуживающий персонал руководствуется в своих действиях положениями инструкции по эксплуатации.

Эксплуатация утилизационных и вспомогательно-утилизационных котлов должна вестись с учетом особенностей, определяемых совместной работой котла и главного двигателя. Отметим некоторые особенности обслуживания утилизационных котельных установок.

При подготовке утилизационного котла к действию необходимо проверить положение заслонок, плавность работы приводов и сервомоторов к ним. Если в установке имеется байпасный газоход, то для предотвращения интенсивного отложения сажи на малых нагрузках целесообразно осуществлять обвод выпускных газов двигателя. Заполнять утилизационный котел водой допускается как при неработающем, так и при работающем двигателе. Включать циркуляционные насосы рекомендуется после пуска двигателя. Во время работы периодически надо контролировать: давление пара, температуру перегретого пара (если он производится агрегатом), давление и температуру питательной воды на входе в котел, давление в циркуляционном контуре, температуру газов на входе и выходе, сопротивление газового тракта, качество воды. Периодически следует удалять сажу и гудрон из приемных частей и с поверхностей нагрева. Признаками загрязнения являются увеличение температуры уходящих газов, газового сопротивления и снижение давления пара при неизменных нагрузках и параметрах выпускных газов. Необходимо следить за герметичностью обшивки котла, своевременно принимать меры для устранения неплотностей. При загорании гудрона в двойной обшивке надо немедленно включить систему паротушения или применить другие предусмотренные для этого случая средства огнетушения.

ВЫВОД КОТЛА ИЗ ДЕЙСТВИЯ

Котлы выводят из действия при отсутствии расхода пара на потребители, для проведения профилактических осмотров, чистки, подготовки к освидетельствованию инспектором Регистра и для выполнения ремонтных работ. Возможны также случаи экстренного вывода его из действия при разрыве испарительной трубы, нарушении работы питательных средств, обвале кладки, неисправности арматуры, установленной на_котле, пожаре в газоходе, выходе из строя обоих водоуказательных приборов. Независимости от причины вывода

агрегата из действия он может быть осушен или оставлен с водой.

При полном выводе котла из эксплуатации, например, для проведения чистки, последовательно выполняют следующие операции: производят обдувку поверхностей нагрева, переводят агрегат на ручное управление; отключают средства автоматического регулирования и защиты; снимают нагрузку по пару;

переводят форсунки на растопочное топливо; отключают топливоподогреватель, производят тщательную верхнюю продувку с последующим подпитыванием. После этого, снизив давление топлива, выключают форсунки и останавливают топливно-форсуночныи насос. Некоторое время вентилируют топку и газоходы дутьевыми вентиляторами, после чего, прекратив дутье, вынимают форсунки, продувают и отключают пароперегреватель.

Соазу же после прекращения горения и дутья нужно принять меры для предотвращения проникновения в котел холодного воздуха и возникновения сквозняков в машинном помещении. Выведя котел из действия нужно убедиться в надежности разобщения его с действующими 'агрегатами и системами, снять или завязать маховики клапанов и вывесить предупредительные таблички. Охлаждать котел следует по возможности медленно. Продолжительность и порядок охлаждения должны соответствовать указаниям инструкции по эксплуатации.

О продолжительности спуска пара и охлаждении котла должна быть сделана запись в машинном журнале. К спуску пара разрешается приступать обязательно под наблюдением механика не ранее чем через 2 ч после прекращения горения. До полного остывания котла открывать лаз в топку запрещается.

Пои бездействии котла длительностью не более 24 ч допускается его хранение с водой, а при бездействии свыше указанного срока он должен быть осушен или подготовлен к одному из способов длительного хранения. Воду разрешается удалять только после того, как температура ее снизится до 50° С. Запрещается производить осушение (“выдувание”) через клапан нижней продувки за счет давления в котле так как слишком быстрое охлаждение, снижение давления пара и поспешное удаление горячей воды могут привести к появлению течив соединениях и повреждению кладки. Перед вскрытием лазов водяного пространства котла необходимо убедиться в отсутствии в нем пара и горячей воды.

При выводе котла из эксплуатации на длительное время должны быть приняты меры, предохраняющие его от коррозии. В зависимости от установленной длительности бездействия котла и срока приведения его в готовность к действию приняты два способа: “мокрое хранение” и “сухое хранение”.

Длительность “мокрого хранения” допускается не более 30 сут. При этом способе хранения котел, включая пароперегреватель, пароохладитель и экономайзер, полностью заполняют водой и одновременно вводят в нее химические реагенты. После заполнения котла водой ее нагревают до температуры кипения при открытом воздушном клапане с целью удаления воздуха. Нагрев осуществляют_путем включения одной форсунки. После этого, закрыв воздушный клапан, подключают котел к расширительному баку, который располагается выше поверхностей нагрева котла, и производят подпитку с доведением уровйя до 2/3 высоты водоуказательного стекла на баке. Для предупреждения замерзания воды в котле зимой необходимо держать закрытыми дымовую трубу и воздухонаправляющее устройство топки. Нельзя допускать постоянного течения холодного воздуха в машинном помещении и снижения температуры в нем до 0° С.

По окончании периода “мокрого хранения”, если вода была с характеристиками, соответствующими требованиям водного режима, для приведения котла в рабочее состояние достаточно отключить расширительный бак, спустить часть воды до нижнего предела водоуказательного прибора, осушить трубопроводы и, опробовав системы питания, довести уровень до требующегося при подготовке котла к работе.

“Сухое хранение” по длительности подразделяется на два срока: хранение до 6 мес и хранение от 6 мес до двух лет. При “сухом хранении” на срок до 6 мес выполняют следующие операции: очищают поверхности нагрева с водяной и огневой сторон, тщательно осматривают все элементы котла, очищают и смазывают скользящие опоры, снимают форсунки, КИП, закрывают чехлом дымовую трубу. Аппаратура автоматического регулирования, устройства дистанционного управления и снятые форсунки подвергают консервации согласно инструкциипо их эксплуатации. После очистки и осмотра котел осушают путем вентилирования топки и коллекторов сухим воздухом от калорифера или устанавливают в них жаровни с горящим древесным углем.

По окончании осушки в коллекторы ставят противни с влагопоглотителем и устанавливают на место крышки лазов и горловин. В качестве влагопоглотителей могут использоваться: негашеная известь СаО, хлористый кальций СаС1₂ и силикагель-осушитель. Силикагель перед закладкой рекомендуется предварительно прокалить в течение 3—4 ч при температуре 150—170° С. Для контроля увлажнения силикагеля-осушителя в процессе хранения котла желательно закладывать у люков и горловин по одному пакету силикагеля-индикатора, который при большом увлажнении меняет свой цвет с синего на розовый. Для восстановления влагопоглощающей способности силикагеля его подвергают прокаливанию.

Состояние внутренних поверхностей и влагопоглотителей необходимо проверять не реже одного раза в 3 мес. Результаты контроля записывают в машинный журнал и Регистровую книгу котла и главного паропровода.

При “сухом хранении” на срок более 6 мес выполняют все вышеперечисленные операции, проводимые при “сухом хранении” до 6 мес, и, кроме того, дополнительно снимают и разбирают арматуру котла, проводят ее консервацию с последующей установкой на место, покрывают поверхности нагрева с огневой стороны малосернистым мазутом, опрыскивая из переносной форсунки, а также окрашивают открытые части котла, фундаментов, внутренних поверхностей обшивки, воздухопроводов и газоходов. По окончании периода “сухого хранения”

влагопоглотители извлекают, котлы тщательно вентилируют и осматривают.

Поиск по сайту: