· до давления 0,8 МПа

8 минут

· до давления 3,4 МПа

12 минут

· до давления 6,4 МПа

16 минут

Вывод из действия

практически мгновенно

Время растопки при отсутствии пара на судне из холодного состояния:

(с момента зажигания форсунки до поднятия давления пара в котле до 3,4 МПа)

60 минут

Время набора нагрузки котла без перестройки уставки регулятора давления пара

1 минута

Время набора нагрузки котла с перестройкой уставки РДП

2,5 минуты

Время сброса нагрузки от max до min

30 секунд

2.3 Конструктивная схема и устройство основных элементов котла КВГ-3

Компоновка основных частей котла

Котел водотрубный, высоконапорный, главный, с естественной циркуляцией, с 2-х фронтовым отоплением, с вертикальным 3-х ходовым и 2-х коллекторным пароперегревателем, гладкотрубным некипящим змеевиковым горизонтальным экономайзером, однопоточный по ходу газов.

Преимуществами такой компоновочной схемы являются:

· Относительная простота конструкции котла (все поверхности нагрева расположены в едином кожухе);

· Относительная простота системы автоматического регулирования;

· Размещение газовой турбины ТНА в области низких температур за экономайзером не требует применения дорогостоящих жаропрочных сплавов для изготовления проточной части.

Недостатки примененной компоновочной схемы:

· КПД котла ограничен величинами ~ 82-83%; при выборе бульших значений КПД температура газов перед газовой турбиной ТНА становится слишком низкой, что не позволяет получить нужную мощность без развития проточной части газовой турбины и обеспечения сравнительного большого ее КПД;

· Относительно большой небаланс мощностей газовой турбины и турбокомпрессора на пониженных нагрузках влечет за собой повышенную мощность добавительной паровой турбины и увеличивает расход пара на нее (особенно если баланс ТНА выполнен для полных нагрузок котла);

Паровой котел: двухколлекторный, с одним контуром естественной циркуляции, выполнен по единой компоновочной схеме. Применение двухколлекторной одноконтурной схемы водотрубного котла вызвано стремлением:

· максимально упростить конструкцию котлоагрегата;

· снизить массогабаритные показатели котла;

· обеспечить высокую маневренность котла и энергетической установки в целом;

· упростить обслуживание котлоагрегата в процессе эксплуатации.

В котле выбран факельный способ сжигания жидкого топлива в струе поступающего воздуха, как обеспечивающий высокую маневренность и простоту автоматизации. Сжигание топлива обеспечивается с помощью шести топочных устройств, расположенных с двух фронтов котла - по три с каждого фронта. Двустороннее расположение топочных устройств и их «встречная» работа обеспечивают отсутствие застойных зон в топке котла, полное заполнение факелом топочного объема, максимальную турбулизацию потоков, качественное перемешивание топлива с воздухом, полное сгорание топлива в пределах топочного объема и улучшает теплопередачу в конвективных поверхностях нагрева и в топке.

Котел имеет парообразующую, пароперегревательную и экономайзерную поверхности нагрева, расположенные последовательно по ходу газов.

Парообразующая часть котла состоит из подъемных труб, включающих в себя экранный и конвективный испарительные пучки труб, замкнутые на паровой и водяной коллекторы. Парообразующие трубы экранного ряда и первых рядов основного конвективного пучка образуют топочную камеру, ограниченную со стороны топочных фронтов передней и задней стенками внутреннего кожуха и футеровкой котла. За экранным рядом труб в необогреваемой части котла расположены 4 ряда опускных труб, также замкнутых на паровой и водяной коллекторы. Паровой и водяной коллекторы, подъемные трубы экранного и конвективного испарительного пучков и необогреваемые опускные трубы образуют контур естественной циркуляции.

Пароперегреватель: 2-х коллекторный, вертикальный, 3-х ходовой, расположен за конвективным парообразующим пучком труб по всей ширине газохода. Такая конструкция пароперегревателя обладает следующими преимуществами:

· простота изготовления и технического обслуживания;

· образует достаточно жесткую конструкцию;

· обеспечивает тепловые расширения трубной системы;

· допускает надежное сухое и мокрое хранение и проведение режимов внутренней химической и механической чисток.

С целью обеспечения надежности работы трубной системы пароперегревателя и требуемых параметров пара, применена трехходовая по ходу пара схема вертикального пароперегревателя. Первый ход пара осуществляется из парового коллектора котла в нижний коллектор пароперегревателя по всей ширине газохода. Второй ход пара - из нижнего коллектора пароперегревателя в верхний - в центральной части газохода, и третий - на периферийных участках газохода. Такая схема организации движения пара выбрана из условий надежного охлаждения наиболее теплонапряженных участков трубной системы более холодным паром. Схема организации движения пара в пароперегревателе изображена на рис. Х.

Экономайзер - гладкотрубный, змеевиковый, горизонтальный, односекционный. Наличие экономайзера позволяет повысить КПД котла за счет более полного использования температуры уходящих из котла газов для предварительного подогрева питательной воды. Змеевиковая конструкция экономайзера хорошо вписывается в газоход котла. Трубы выполнены гладкими, без оребрения, что позволяет снизить аэродинамическое сопротивление газохода, упростить и удешевить изготовление экономайзера, снизить трудоемкость его обслуживания. В котле применен некипящий экономойзер, как обеспечивающий бульшую надежность работы, по сравнению с кипящими. В некипящих экономайзерах питательная вода имеет недогрев до кипения в несколько градусов. Недогрев питательной воды до кипения снижает КПД котла в целом, но обеспечивает уменьшение гидравлических сопротивлений трубной системы экономайзера и увеличивает надежность естественной циркуляции в контуре.

Турбонаддувочный агрегат конструктивно размещен в самом конце газохода котла. ТНА состоит из одноступенчатой газовой турбины, восьмиступенчатового осевого компрессора и добавительной паровой турбины. Осевой компрессор размещен на одном валу с газовой турбиной. Добавительная паровая турбина присоединена к валу турбокомпрессора через редуктор. Во избежание эрозионного износа лопаток газовой турбины, в газоходе котла после экономайзера перед газовой турбиной установлено газоочистное устройство.

Устройство и работа составных частей котла

В состав котлоагрегата входят следующие основные узлы:

· Корпус котла и пароперегревателя;

· Внутренние части коллекторов;

· Экономайзер;

· Газоочистное устройство;

· Внутренний и наружный кожухи;

· Кирпичная кладка и изоляция;

· Опорная рама;

· Топочные устройства;

· Арматура;

Корпус котла и пароперегревателя

Корпус котла образован парообразующими трубами основного (конвективного) испарительного пучка, экрана, а также опускными необогреваемыми трубами, замкнутыми на водяной и паровой коллекторы. В состав корпуса входят трубы пароперегревателя, замкнутые на паровой коллектор, верхний и нижний коллекторы пароперегревателя.

Основной парообразующий пучок состоит из 9 рядов труб. Первый притопочный ряд выполнен прореженным, из труб увеличенного диаметра 38Ч3 (31 труба). Остальные восемь рядов - из труб 30Ч3. Два первых ряда труб 30Ч3 имеют шахматное строение (32 и 31 трубы в каждом ряду), последующие шесть рядов - коридорное строение (по 63 трубы в каждом ряду). Концевые части труб каждого ряда коридорного строения в районе входа в коллекторы разведены на два ряда.

Экран выполнен однорядным из труб 30Ч3 (73 трубы), образующих сплошную стенку, защищающую от обогрева опускные трубы. Экранный ряд в районе присоединения к коллекторам также разведен на два ряда.

Опускные трубы 57Ч3,5 образуют 4 ряда шахматного строения (84 трубы по 21 в каждом ряду). Опускные трубы расположены за экранным рядом труб.

Пучок труб пароперегревателя расположен за основным парообразующим пучком (по ходу газов) и состоит из 10 рядов труб 20Ч2,5 шахматного строения. Первые три ряда и 40 труб 4-го ряда соединяют паровую полость парового коллектора с нижним коллектором пароперегревателя, 26 труб 4-го ряда и трубы с 5-го по 10-й ряд замыкаются на верхний и нижний коллекторы пароперегревателя.

Крепление парообразующих, пароперегревательных и опускных труб в коллекторах осуществляется с помощью вальцовки.

Паровой коллектор 1100, сварной, имеет обечайку и приварные штампованные днища. Обечайка состоит из обертки толщиной 50 мм и трубной доски толщиной 75 мм, в которой крепятся трубы парообразующей и перегревательной части.

На переднем днище коллектора имеется лазовое отверстие размером 300Ч400 с лазовым затвором, снабженным поворотным устройством.

Водяной коллектор 450 выполнен сварным из цельнокатаной трубы и двух кованных приваренных встык днищ. На днищах имеются лазовые отверстия 280Ч380 с лазовым затвором.

Верхний коллектор пароперегревателя 377 выполнен сварным из бесшовной трубы 377Ч30 и двух приваренных встык кованых днищ. На днищах имеются лазовые отверстия 200Ч250 с лазовым затворами.

Материалы корпуса котла:

· Трубы парообразующего пучка - сталь 05Х12Н2М;

· Трубы пароперегревателя - сталь 12Х1МФ;

· Опускные трубы - сталь 05Х12Н2М;

· Паровой коллектор - сталь 23Г2Д;

· Водяной коллектор и нижний коллектор пароперегревателя - сталь 15ХМ;

· Верхний коллектор пароперегревателя - сталь 12Х1МФ.

Внутренние части коллекторов

Внутренние части парового коллектора обеспечивают:

· устойчивую циркуляцию воды в контуре;

· равномерное распределение питательной воды по коллектору и подачу ее к опускным трубам;

· сепарацию пара;

· отбор насыщенного пара на потребители;

· подвод насыщенного пара к пароперегревателю;

· отбор проб котловой воды для анализа;

· проведение внутрикотловой обработки воды.

Внутренние части парового коллектора состоят из следующих элементов:

· патрубков паровых выгородок, имеющих в верхних частях отверстия для прохода пара;

· среднего дырчатого щита;

· паровой выгородки;

· питательной трубы с водоразделительными перегородками;

· системы верхнего продувания;

· трубы отбора проб котловой воды.

Дырчатые щиты обеспечивают выравнивание нагрузки парового и водяного объемов парового коллектора. Погруженный дырчатый щит состоит из 6 панелей с отверстиями Ж 8 мм, и расположен в водяном объеме коллектора. Средний дырчатый щит расположен над погруженным и состоит из 7 панелей с отверстиями Ж 12 мм.

Паровая выгородка выполнена из 7 частей и предназначена для сообщения парового пространства парового коллектора с трубами первого хода пароперегревателя. Паровая выгородка имеет патрубок с крышками, обеспечивающими возможность доступа к трубам первого хода пароперегревателя изнутри парового коллектора.

Питательная труба состоит из переднего и заднего звеньев и патрубка, соединенных между собой с помощью болтов. Устанавливается в водяном объеме в районе опускных труб и предназначена для равномерной раздачи питательной воды по длине парового коллектора и организации естественной циркуляции.

Внутренние части водяного коллектора служат для равномерного распределения котловой воды по парообразующим трубам и предварительного подогрева котловой воды паром от внешнего источника при разводке котла. Внутренние части состоят из двух щитков переднего и заднего и раздающего устройства (для разогрева котла). Со стороны передней стенки котла на коллекторе установлен штуцер нижнего продувания для удаления шлама из пространства водяного коллектора. Со стороны задней стенки котла на коллекторе установлен штуцер для подвода пара к раздающему устройству, состоящему из двух параллельных труб с соплами, обеспечивающих равномерное распределение пара по длине водяного коллектора.

Внутренние части коллекторов пароперегревателя обеспечивают трехходовое движение пара в пароперегревателе. В верхнем коллекторе расположены две выгородки, установленные между тринадцатой и четырнадцатой трубами каждого ряда со стороны передней и задней стенки котла. Крепление каждой выгородки к коллектору осуществляется с помощью распорного рычага и болта. Внутренние части нижнего коллектора пароперегревателя состоят из съемной крышки, двух коробочных выгородок, сообщительной трубы, кольцевого угольника и гребенок.

Экономайзер

Экономайзер состоит из 18 параллельно включенных сдвоенных змеевиков, замкнутых на входную и выходную камеры. Каждый змеевик представляет собой две параллельные ветви, соединенные между собой с помощью тройников. Каждая ветвь змеевика состоит из труб 25Ч3. Камеры экономайзеров расположены в межобшивочном пространстве котла и крепятся к задней стенке внутреннего кожуха. Каждая камера выполнена из цельнокатаной трубы 114Ч7 с приварными донышками. Донышко со стороны парового коллектора глухое, с противоположной стороны - с лючковым затвором.

Газоочистное устройство

Газоочистное устройство (ГОУ) расположено в патрубке газохода за трубной системой экономайзера и предназначено для защиты направляющего аппарата и рабочих лопаток газовой турбины ТНА от деформаций и разрушений зольными остатками топлива и другими твердыми частицами, уносимыми с продуктами сгорания топлива.

ГОУ состоит из 10 секций и дренажной системы. Секции ГОУ работают по принципу инерционных решеток жалюзийного типа. Каждая секция состоит из 5 элементов. Каждый элемент имеет вид усеченной пирамиды, стенки которой выполнены из металлических пластин (лопастей), образующих жалюзийные решетки с зазорами между пластинами 3 мм. Твердые частицы по инерции уносятся с небольшим потоком газа в дренажную систему и далее в газоход за газовой турбиной ТНА, а основная масса газов, проходя через жалюзийные решетки, поступает к газовой турбине.

Внутренний и наружный кожухи котла

Внутренний кожух представляет собой каркасную раму и оболочку, ограничивающую топочный объем и газохода котла. Он образован передней и задней стенками, боковыми со стороны экрана и со стороны газохода, верхний и нижний со стороны газохода, верхний в районе верхнего коллектора пароперегревателя, щитом и патрубком газохода.

К стенкам внутреннего кожуха, со стороны топочного пространства, крепится изоляция и футеровка котла. В кожухе выполнены съемные лазы для доступа к внутренним частям парового котла.

Наружный кожух представляет собой прочно-плотную оболочку, работающую под внутренним давлением 0,2 МПа. Кожух состоит из обечаек, из двух эллиптических днищ - переднего и заднего, а также патрубка газохода. Наружный кожух в верхней части крепиться на сварке к приварным элементам парового коллектора, а в нижней части к опорной раме. Стенки наружного и внутреннего кожуха дистанцируются распорными скобами, швеллерами, кницами и угольниками. Таким образом наружный и внутренний кожухи образуют единую жесткую конструкцию. Воздушное пространство между кожухами используется для подачи воздуха от турбокомпрессора к ВНУ и служит дополнительной изоляцией, предотвращающей потери тепла через обшивку котла.

Кирпичная кладка и изоляция котла

Кирпичная кладка котла работает в условиях высоких температур. На максимальной нагрузке котла температура сгорания топлива достигает 2000 ^оС.

Кирпичная кладка выполняется из высокоогнеупорных карбидкремниевых изделий, огнеупорных шамотных кирпичей и специальных огнеупорных наполнителей. Карбидкремниевые изделия и шамотные кирпичи устанавливаются на внутреннем кожухе со стороны топочного пространства и газохода на асбесте толщиной 5-30 мм. Толщина и конструкция изоляции зависят от местоположения ее в газоходе. В районах максимальных температур (топка, фурмы, экранный и конвективный испарительные пучки) изоляция выполнена многослойной, с индивидуальным креплением карбидкремниевых изделий и кирпичей. В районе экономайзера толщина изоляции минимальна (только асбестокартон).

Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду и обеспечения нормальных условий работы личного состава, наружный кожух, патрубок газохода и опорная рама, выступающие части парового коллектора и нижнего коллектора пароперегревателя покрываются теплоизоляцией, состоящей из кремнеземистых плит, совелитовой штукатурки и частично асбестового шнура. Толщина теплоизоляционного слоя в зависимости от степени нагревания изолируемой поверхности составляет 50 ч 100 мм.

Опорная рама

Опорная рама служит для крепления котла к фундаменту. Рама является составной частью кожуха и образована опорными подушками, боковыми стенками и днищем.

Нижняя плита опоры передней опорной подушки со стороны коллектора пароперегревателя (в месте расположения ГСК) крепится к фундаменту неподвижно, остальные плиты имеют отверстия, обеспечивающие возможность перемещения плит-опор по опорным поверхностям при тепловых расширениях.

На боковой стенке опорной рамы со стороны газохода имеется лазовые отверстия для доступа вовнутрь опорной рамы.

Топочное устройство

Топочное устройство включает в себя шесть мазутных горелок, расположенных встречно по три на переднем и заднем фронтах котла, топливный и паровой трубопроводы с арматурой.

Первые два топочных устройства имеют ручные тяги для перемещения регистров ВНУ, остальные - гидравлические сервоприводы и топливно-запорные устройства.

Конструктивно топочное устройство включает в себя паромеханическую форсунку и воздухонаправляющее устройство с завихрителем и коническим осевым стабилизатором. Первое топочное устройство используется в качестве запального. Оно снабжено высоковольтным запальником, соединенным кабелем с трансформатором зажигания и постом управления, составляющими систему зажигания.

Топочные устройства №1 и 2 включены постоянно и работают на всех нагрузках котла. С повышением нагрузки автоматически включаются остальные топочные устройства. Изменение нагрузки сопровождаются изменением количества работающих топочных устройств, давления топлива перед форсунками по специальной программе и давления воздуха перед ВНУ.

Арматура котла

На котле установлена следующая арматура:

1. На паровом коллекторе:

· вспомогательный стопорный клапан насыщенного пара Dу 65;

· предохранительный клапан главный Dу 100;

· предохранительный клапан контрольный Dу 32;

· разобщительный питательный клапан Dу 80;

· клапан верхнего продувания Dу 32;

· 4 клапана сообщительных к конденсационному сосуду к водяной и паровой полостям коллектора Dу 25;

· 2 импульсных клапана Dу 15;

· клапан к регулятору питания Dу 15;

· 2 клапана продувания сообщительных труб Dу 10;

· 2 клапана к манометру Dу 15;

· клапан отбора проб Dу 15;

· 2 клапана выпуска воздуха на конденсационных сосудах Dу 10;

· клапан выпуска воздуха на вспомогательном стопорном клапане Dу 10;

2. На водяном коллекторе:

· клапан нижнего продувания Dy 32;

· клапан обогрева котла Dy 32;

3. На нижнем коллекторе пароперегревателя:

· главный стопорный клапан Dy 150;

· 2 дренажных клапана Dy 32;

· клапан импульсный к БЗУ Dy 15;

· клапан импульсный к ГРДП Dy 15;

· клапан продувания главного стопорного клапана Dy 15;

4. На верхнем коллекторе пароперегревателя:

· импульсный клапан к регулятору питания Dy 15;

· клапан для выпуска воздуха Dy 15;

5. На экономайзере и сообщительной трубе:

· клапан дренажа экономайзера Dy 25;

· клапан кислотной промывки Dy 25;

· клапан выпуска воздуха Dy 15;

2.4 Гидравлический расчет высоконапорного котла. оценка показателей надежности естественной циркуляции

Необходимость расчета естественной циркуляции.

Необходимость расчета естественной циркуляции вытекает из условий соблюдения температурного режима труб при работе котла. В топках современных высоконапряженных котлов температура газов при сгорании топлива под повышенным давлением достигает 1800 ч 1900 ^оС. В этих условиях повышение температуры металла котельных труб выше допустимой величины приведет к повреждению и перегоранию труб и выходу из строя котлоагрегата. Стабильная и длительная работа котла может быть обеспечена только при условии надежного охлаждения поверхностей нагрева. Надежность охлаждения обеспечивается при условии непрерывного движения рабочей жидкости в трубных системах котла. Если в экономайзерах и пароперегревателях движение рабочей жидкости принудительное: в экономайзере - за счет напора питательного насоса, в пароперегревателе - за счет разности давлений, то в трубных системах испарительной части котла с ЕЦ движение рабочей среды осуществляется только за счет разности удельных весов воды и пароводяной смеси. Такое движение рабочей среды называется естественной циркуляцией.

Таким образом, надежность работы котла в целом неразрывно связана с обеспечением надежности естественной циркуляции в циркуляционном контуре.

К нарушению естественной циркуляции могут приводит явления, возникающие как в подъемных, так и в опускных трубах. В подъемных трубах такими явлениями могут быть: застой циркуляции; опрокидывание циркуляции; расслоение пароводяной смеси и нарушение режимов предельной кратности циркуляции. В опускных трубах к нарушению ЕЦ приводят такие явления, как: парообразование в опускных трубах, захват пара в опускные трубы, кавитация в опускных трубах и падение давления в котле.

Надежность работы опускной системы зависит в основном от эксплуатационных факторов. Расслоение пароводяной смеси характерно для горизонтальных котлов, и способом борьбы с расслоением является увеличение скорости движения среды. Поэтому наиболее критичными в обеспечении надежности работы котла с естественной циркуляцией являются режимы застоя и опрокидывания циркуляции и достижение предельной кратности циркуляции.

Исходные данные и методика расчета естественной циркуляции

Расчет ЕЦ выполняется для оценки конструктивного выполнения контуров циркуляции котла, проверки надежности испарительных поверхностей нагрева и разработки мероприятий по повышению надежности. Расчет ЕЦ выполняют для режима максимальной нагрузки котла.

При расчетах естественной циркуляции в котлах принимаются следующие допущения:

· все трубки ряда воспринимают одинаковое количество тепла;

· тепловая нагрузка равномерно распределена по длине трубки.

Исходными данными для расчета являются:

· рабочее давление пара в котле - p_К;

· температура питательной воды

(температура воды на выходе из экономайзера) - t_ПВ;

· данные теплового расчета котла;

· теоретический чертеж котла.

Для начала расчета ЕЦ по данным теплового расчета определяется тепловосприятие трубных пучков испарительной части и тепловосприятие каждого ряда труб. Общее тепловосприятие ряда выражается как сумма тепла, воспринятого рядом при лучистом и конвективном видах теплообмена. Учитывая шахматное расположение труб притопочных пучков полагаем, что лучистое тепло воспринимают только экранный и первые 4 ряда конвективного испарительного пучка. Остальные ряды конвективного испарительного пучка воспринимают только конвективное тепло продуктов сгорания.

Лучистое тепло распределяется между «освещенными» рядами пропорционально площади освещенной поверхности.

При распределении между рядами трубок конвективного тепла полагаем, что в пределах одного пучка (труб одного диаметра и одинакового строения) коэффициент теплопередачи не меняется, а зависимость энтальпии продуктов сгорания от температуры линейна. Тогда количество тепла, переданного конвекцией любому ряду труб данного пучка можно найти по формуле:

[кДж/ч]

где:

- количество тепла, переданное конвекцией в данном газоходе;

и - температуры газов перед и за газоходом соответственно;

- разность температур газов перед рассматриваемым рядом труб и за ним.

Количество тепла, воспринимаемого рядом труб, находится как сумма лучистого и конвективного тепла:

Расчет ЕЦ основан на совместном решении системы уравнений:

[кг/сек]

[Па]

выражающих условия установившейся естественной циркуляции, где:

- скорости движения среды в опускных и подъемных трубах;

- площади сечения опускного и подъемного участков контура;

- полезный напор естественной циркуляции;

- гидравлическое сопротивление опускного участка контура.

Решение производится графо-аналитическим способом, предложенным ЦКТИ. Этот способ предусматривает расчет и построение гидравлических характеристик каждого подъемного ряда, суммарной гидравлической характеристики подъемной части контура и гидравлической характеристики опускной части контура.

Гидравлическая характеристика подъемного ряда труб представляет собой зависимость полезного напора ЕЦ от расхода среды через ряд:

Гидравлические характеристики каждого ряда труб строятся по нескольким (как правило, по трем) точкам. Для расчета и построения задаются несколькими (тремя) значениями скорости циркуляции w₀ с таким расчетом, чтобы характеристика имела достаточный диапазон S_ПОЛ. Рекомендуемые значения задаваемых скоростей по рядам труб берутся из табл. 12.3 [8] по степени теплонапряженности котла и средней скорости циркуляции. При этом задаемся значениями средней кратности циркуляции контура и сопротивления опуска.

Далее для каждого заданного значения скорости вычисляются:

· расходы среды через ряд;

· высоты экономайзерного участка;

· паропроизводительности ряда труб;

· средние приведенные скорости пара;

· средние скорости пароводяной смеси;

· объемные расходные паросодержания;

· напорные паросодержания;

· движущие напоры естественной циркуляции;

· гидравлические сопротивления ряда труб;

· полезные напоры естественной циркуляции.

Гидравлическая характеристика подъемной части контура представляет собой зависимость полезного напора от расхода среды через все подъемные ряды контура циркуляции:

Гидравлическая характеристика опускной части контура представляет собой зависимость гидравлического сопротивления опускного участка контура от расхода среды через него: .

Графическим решением системы уравнений является точка пересечения гидравлических характеристик опускной и подъемной частей контура. Этой точке соответствует фактический расход среды через контур циркуляции и значение фактического полезного напора для контура естественной циркуляции.

По значению полезного напора ЕЦ находятся (графически) фактические расходы среды через каждый ряд подъемных труб контура. По значениям фактических расходов среды через подъемные трубы определяются:

· паропроизводительность контура циркуляции;

· кратность циркуляции в каждом ряду труб;

· средняя кратность циркуляции контура.

После определения указанных величин производится проверка правильности предварительной оценки средней кратности циркуляции в контуре. По расчетному значению средней кратности циркуляции определяется недогрев воды до кипения в паровом коллекторе. Расхождение недогрева до кипения, определенного в начале расчета по принятой кратности циркуляции не должно превышать 50% от полученной величины. При больших расхождениях расчет повторяется, задаваясь величиной кратности циркуляции, близкой к полученному значению.

После проведения расчета производится оценка надежности естественной циркуляции по следующим критериям:

· отсутствие застоя циркуляции в наименее обогреваемом ряде труб;

· отсутствие опрокидывания циркуляции в наименее обогреваемом ряде труб;

· оценка значения кратности циркуляции в наиболее теплонапряженном ряде труб, которая не должна быть ниже предельного значения: .

Расчет естественной циркуляции контура

Исходные данные

Определение характеристик рядов труб и тепловосприятий.

Для каждого ряда труб, используя чертеж котла, находим значения поперечного сечения, рабочую длину ряда, рабочую высоту ряда и рабочую поверхность нагрева.

Расчет тепловосприятий рядов по лучистой составляющей тепла выполнен в таблице 13. Расчет тепловосприятий рядов по конвективной составляющей выполнен в таблице 14.

Лучистая и конвективная составляющие и суммарные тепловосприятия рядов подъемных труб сведены в таблицу 12.

Гидравлический расчет котла.

Гидравлический расчет выполнен в соответствии с описанной методикой. Ход гидравлического расчета и результаты сведены в таблицу 15.

По результатам гидравлического расчета производим построение гидравлических характеристик подъемных рядов труб (см. рис. 13).

После построения гидравлических характеристик каждого ряда, с целью построения общей гидравлической характеристики подъемного участка контура циркуляции задаемся тремя значениями полезного напора:

Значения фактических расходов среды через каждый ряд подъемных труб при заданных значениях , и определяем из рис. 13 и заносим в таблицу 16. По полученным суммарным расходам строим гидравлическую характеристику подъемного участка циркуляционного контура (см. рис. 13).

Расчет данных для построения гидравлической характеристики опускного участка контура произведен в таблице 17. По данным таблицы 17 строим гидравлическую характеристику опускного участка контура циркуляции (см. рис. 13).

Координаты точки пересечения характеристик подъемной и опускной части контура соответствуют фактическим значениям расхода среды через контур циркуляции () и полезного напора естественной циркуляции (). Значения фактических расходов среды через каждый ряд труб при полученном фактическом полезном напоре естественной циркуляции, а также расчет значений паропроизводительности и кратности циркуляции для каждого ряда сведены в таблицу 18.

В графике на рис. 14 отражены значения кратности циркуляции по каждому ряду труб. Общие характеристики контура циркуляции и расчет скорости движения воды в опускных трубах сведены в таблицу 19.

Проверка правильности гидравлического расчета котла.

Принятое при расчете значение кратности циркуляции:

Расчетное значение кратности циркуляции:

Расчетное значение недогрева до кипения:

Расхождение расчетного значения недогрева до кипения не превышает 50% от принятого при расчетах ().

На этом считаем гидравлический расчет котла законченным.

Проверка надежности естественной циркуляции.

Оценка надежности по отсутствию застоя циркуляции:

Наименее обогреваемым рядом труб является 3-й ряд конвективного парообразующего пучка (Q_3Р = 2529,84 кВт). Поэтому проверку по отсутствию застоя циркуляции проводим по 3-му ряду.

1). Минимальное значение средней приведенной скорости пара:

[м/с]

где:

- минимальный коэффициент неравномерности тепловосприятия

(принимаем по табл. 12.2 [8]);

- средняя приведенная скорость пара в наименее обогреваемом

ряду труб.

[м/с]

2). Среднее напорное паросодержание застоя:

- по номограмме рис. 12.27 [8];

Напор застоя: [Па];

Полезный напор ЕЦ: [Па];

3). Условие отсутствия застоя:

Проверяем: (5,6 > 1,2) - застоя циркуляции нет.

Оценка надежности по отсутствию опрокидывания циркуляции:

Условие опрокидывания циркуляции:

Напор опрокидывания:

Удельный напор опрокидывания:

= 690 кг/м² = 6989,7 [Па]

(по номограмме рис. 12.29 [8]);

где:

1). Полный коэффициент гидравлического сопротивления ряда:

отношение:

2). Средняя приведенная скорость пара при опрокидывании:

[м/с];

где: = 0,0065 - по номограмме рис. 12.28 [8].

Напор опрокидывания:

Проверка условия опрокидывания циркуляции:

(8,1 > 1,2) - опрокидывания циркуляции нет.

Оценка надежности по предельной кратности циркуляции:

Предельная кратность циркуляции в котле должна быть:

(стр. 383 [8]).

Минимальная кратность циркуляции - у 4-го ряда труб конвективного испарительного пучка:

Предельной кратности циркуляции нет.

Вывод:

Гидравлический расчет котла КВГ-3 на полной нагрузке показал, что надежность естественной циркуляции и работы котла в целом обеспечена.

2.5 Системы, обслуживающие работу котла

Системы верхнего и нижнего продувания, отбора проб и ввода присадок в паровой котел. Водный режим работы котла

Системы верхнего и нижнего продувания котла, отбора проб и ввода присадок (дозерная установка) предназначены для поддержания качества котловой воды в соответствии с применяемым водным режимом работы котла. Системы продувания также служат для спуска воды или полного осушения котла и пароперегревателя.

Котел эксплуатируется с применением докотловой обработки (обессоливание) питательной воды с одновременной внутрикотловой обработкой котловой воды по фосфатному режиму.

Докотловая обработка заключается в подаче в котел питательной обескислороженной воды через обессоливающие фильтры.

Требуемые показатели и нормы качества питательной воды сведены в таблицу 20.

Таблица 20. Нормы качества питательной воды

№ п/п	Показатели качества	Норма содержания, мг/л
1	Общее солесодержание (мг/л NaCl)	0,25
2	Содержание ионов Cl	0,02
3	Содержание кислорода	0,02
4	Содержание ГСМ	Нет

Для внутрикотловой обработки (поддержания фосфатного режима работы) используется 1% водный раствор тринатрийфосфата Na₃PO₄12H₂O.

Ввод 1% раствора Na₃PO₄ производится дозерной установкой в питательный тракт после обессоливающего фильтра и точки отбора проб питательной воды (перед котлом).

Общее солесодержание питательной воды контролируется по солемеру.

В процессе эксплуатации показатели качества котловой воды должны поддерживаться в определённых пределах. Показатели и нормы качества котловой воды сведены в таблицу 21.

Таблица 21. Показатели качества котловой воды в процессе эксплуатации котла

№ п/п	Показатели качества	Норма содержания,мг/л
1	Общее солесодержание (мг/л NaCl)	70
2	Содержание ионов Cl	10
3	Щёлочное число (мг/л NaOH)	10
4	Фосфатное число (мг/л PO43-)	(1015)
5	Содержание ГСМ	Нет

Заполнение осушенного котла производится питательной водой, отвечающей требованиям таблицы Х. Содержание O₂ при этом не нормируется. Одновременно с заполнением котла необходимо ввести 11,6 литра 1% раствора Na₃PO₄.

При каждом вводе в действие котла через 1520 минут после перевода его на автоматическое управление необходимо производить поочередно верхнее и нижнее продувания до полного осветления котловой воды, но не менее 10 минут верхним и 10 минут нижним продуванием.

После продувания производится анализ котловой воды и вводятся фосфаты согласно таблице 22. Через 1520 минут после ввода тринатрийфосфата определяется фосфатное число и, при необходимости, производится дополнительное введение фосфатов в соответствии с табл. 22.

Таблица 22. Нормы ввода тринатрийфосфата

Фосфатное число	Кол-во 1% раствора Na3PO4 (л)	Фосфатное число	Кол-во 1% раствора Na3PO4 (л)	Фосфатное число	Кол-во 1% раствора Na3PO4 (л)
0-1	11.0	5	6.7	9	3.4
2	9.2	6	5.9	10	2.5
3	8.4	7	5.0	11	1.7
4	7.5	8	4.2	12	0.8

Таблица 23. Снижение солёности воды в зависимости от продолжительности продувания и ориентировочный расход продувочной воды

РК, Мпа	Продолжительность продувания, (мин)	Снижение солёности котловой воды, %	Расход воды, тонн
Верхнее продувание
3,5	10	20	0,8
3,5	20	30	1,6
Полное	10	25	1,0
Полное	20	40	2,0
Нижнее продувание
3,5	5	8	0,5
3,5	10	15	1,0
Полное	5	13	0,6
Полное	10	25	1,2

При неисправностях обессоливающего фильтра допускается временная работа котла при питании его помимо фильтра с ведением внутрикотловой обработки воды.

Таблица 24. Показатели качества питательной и котловой воды при питании котла помимо фильтра

№ п/п	Показатели качества при питании без фильтра	Рабочее значение
Питательная вода
1	Общее солесодержание (мг/л NaCl)	1,0 мг/л
2	Содержание ионов Cl	0,1 мг/л
3	Содержание O2	0,03 мг/л
4	ГСМ	Нет
5	Общая жёсткость	2,0 мкг-экв/л
6	Общая щёлочность	10 мкг-экв/л
Котловая вода	Рабочее значение	Предельное значение
1	Общее солесодержание (мг/л NaCl)	150	500
2	Содержание ионов Cl	60	210
3	Фосфатное число (мг/л PO43-) не более	10ч20	-
4	Щелочное число (мг/л NaOH) не более	10	-
5	ГСМ	Нет

Система продувания состоит из клапанов верхнего и нижнего продувания, установленных на паровом и водяном коллекторах котла, клапанов осушения (продувания) пароперегревателя, установленных на нижнем коллекторе пароперегревателя, инжектора системы осушения котла, клапанов продувания в трюм и за борт.

Продувание пароперегревателя предназначено для спуска воды из пароперегревателя при разводке котла после мокрого хранения и обеспечения организации движения пара в пароперегревателе во избежание пережога трубной системы при пуске котла с момента зажигания первой форсунки до начала отбора пара. Для ускорения осушения пароперегревателя предназначен инжектор.

При давлении пара в котле до 2 кгс/см² продувание котла осуществляется в трюм, при достижении давления пара 2 кгс/см² продувание котла переводится за борт.

Дозерная установка состоит из баков для приготовления растворов, соответствующих водному режиму работы котла, и насоса подачи растворов в паровой коллектор котла. Ввод присадок в котловую воду, концентрация растворов, количество вводимых присадок и периодичность зависят от результатов анализа проб котловой воды и производятся в соответствии с заданным режимом работы котла как указано в инструкции по эксплуатации.

Пробы котловой воды берутся из парового коллектора котла через клапаны и охладитель системы отбора проб. Периодичность отбора проб и показатели качества котловой воды указаны в инструкции по эксплуатации котлоагрегата.

Схема систем верхнего, нижнего продуваний, дозерной установки и системы отбора проб котловой воды изображены на рис. 15.

5.2. Система мокрого хранения котла.

Система мокрого хранения предназначена для заполнения котла обескислороженной водой и состоит из насоса котловой воды, обескислораживающего и обессоливающего фильтров, бака мокрого хранения - расширительной емкости, клапанов выпуска воздуха.

Системы наружной и внутренней химических чисток котла

Система наружной химической чистки котла предназначена для размягчения и разрыхления сажистых отложений на поверхностях нагрева путем ввода в топку растворов углекислого аммония и углекислого натрия. Приготовленный и подогретый раствор распыливается с помощью пара в топочном пространстве котла специальным эжекторным устройством, устанавливаемым вместо одной из форсунок, после чего производится отмывка поверхностей нагрева водой и при необходимости - механическая чистка. Система нештатная и монтируется только на период проведения чистки котла. Удаление смытых загрязнений производится в специальную емкость или базовое средство специальным эжектором.

Система наружной химической чистки состоит из бака для приготовления раствора, ротаметра для замера расхода моющего средства и эжекторов для подачи раствора в топочное пространство и удаления отходов.

Система внутренней химической чистки котла предназначена для размягчения и удаления накипи с внутренних поверхностей трубной системы котла. Чистка производится 10% раствором сульфаминовой кислоты, прокачиваемым насосом внутренней химической чистки через парообразующий контур или дополнительно через пароперегреватель и экономайзер. Периодически при промывке производится отбор проб раствора. Чистка заканчивается после достижения определенных показателей в пробах раствора.

3. Технология монтажа и проведения испытаний котла КВГ-3

Технологический процесс монтажа котла на судне включает следующие операции:

· подготовку опорных поверхностей фундамента и других монтажных баз перед установкой котла;

· транспортировку и погрузку котла на судовой фундамент;

· определение котла на судовом фундаменте;

· крепление котла;

· гидравлические испытания;

· паровую пробу;

· сдачу котла ОТК и заказчику.

Сокращение длительности и трудоемкости монтажных работ на судах достигается поставкой котлов на судно в состоянии наибольшей цеховой готовности с применением агрегативных методов монтажа. В настоящее время главные судовые водотрубные котлы поставляют на судостроительный завод и грузят на судно с полным насыщением. Транспортировка осуществляется водным путем, как на палубе так и в трюме.

Основные требования к котлам, поставляемым для монтажа на судне, следующие:

· полная комплектность поставки;

· наличие документов, удостоверяющих промежуточные приемки при сборке и испытаниях в цехе;

· на внешних кромках переходных частей или переходной рамы должны быть риски, соответствующие продольным и поперечным осевым котельным опорам, а на коллекторах - центральные риски;

· фиксация положения подвижных опор в их тепловых зазорах;

· консервация всех деталей коллекторов, арматуры, присоединительных элементов, приборов и крепежа;

· наличие маркировки и клейм ОТК и заказчика на всех деталях и узлах, поступающих отдельно от котла.

При погрузке на судно котел стропят тросами за рымы парового коллектора или в «обхват», подают краном в котельное отделение и устанавливают на фундаментные плиты. Под котлами выкладывают клетки из деревянных брусьев и ставят не менее четырех домкратов. Чаще всего при монтаже применяют гидравлические домкраты.

Главные и вспомогательные котлы устанавливают на специальных судовых фундаментах, представляющих собой сварную конструкцию, приваренную к набору корпуса судна. Положение котельных фундаментов проверяют относительно диаметральной плоскости и основной плоскости судна. В таблице 25 приведены допуски и размеры, определяющие расположение фундаментов.

Таблица 25. Допуски и размеры по размещению фундаментов котла

Ширина и длина опорной плиты, мм	± 5
Расстояние от оси фундамента до диаметральной плоскости или поперечной переборки, мм	± 10
Расстояние между осями фундаментов, мм	± 5
Высота фундамента от основной плоскости, мм	-10 +5
Непараллельность опорных плит фундамента, мм/м	10

Положение котла на судовом фундаменте определяют по отношению к переборкам, диаметральной и основной плоскостям судна. Для этой цели в котельном отделении в необходимых местах натягивают проверочные струны, параллельные и перпендикулярные ДП. При установке котлов стремятся выдержать следующие допуски:

· отклонение положения продольной оси парового коллектора по высоте от основной плоскости, а также относительно ДП судна ±15 мм;

· отклонение расстояния от поперечной переборки до днища парового коллектора ±15;

· непараллельность продольной оси парового коллектора ДП судна не более 4 мм на 1 м длины коллектора;

· крен котла не более 8 м на 1 м диаметра коллектора;

· дифферент продольной оси парового коллектора от заданного положения 2 мм на 1 м длины коллектора.

Положение котла относительно ДП проверяют с помощью обычной рулетки. При этом измеряют расстояние до струны, натянутой по ДП, до нитки отвеса, которой опускают из цента переднего днища парового коллектора, тем самым одновременно контролируют параллельность оси парового коллектора по отношению к ДП.

Отклонение продольной оси парового коллектора по дифференту определяют шланговым методом. Крен котла при установке измеряют шланговым уровнем по центральным рискам на днище парового коллектора. Положение котла относительно поперечных переборок проверяют замерами расстояний от носовой (или кормовой) переборке до соответствующих днищ парового коллектора.

В процессе выверки котел перемещают в вертикальной и горизонтальной плоскостях и помощью домкратов и талей. Положение водяных коллекторов проверяют, замеряя рулеткой расстояние между центами коллекторов со стороны заднего и переднего фронтов.

Более совершенным является способ монтаже котла на переходной раме. Верхние опорные поверхности рамы обрабатываются на станке в цехе и на ней монтируют котел, вплоть до кирпичной кладки, изоляции и обшивки. После сборки котел ставят на платформу и грузят на судно. Переходная рама может полностью или частично входить в состав судового фундамента. После выверки положения котла и изготовления прокладок переходную раму крепят к фундаменту болтами и сваркой. Отверстия для болтов сверлят или прожигают газом в фундаменте по шаблону, снятому с опорной поверхности рамы. Применение переходной рамы в несколько раз сокращает трудоемкость монтажа котла по сравнению с монтажом котла на плитах, пригоняемых вручную. Кроме того, при этом способе улучшаются условия труда, упрощается процесс монтажа, значительно повышается жесткость котла, что гарантирует сохранение качества его цеховой сборки.

После окончательной установки котла на фундаменте выполняют верхнее раскрепление котла, монтаж приводов арматуры, подсоединение судовых трубопроводов, гидравлические испытания на герметичность и паровую пробу.

Верхнее крепление котла обеспечивает повышенную прочность его крепления в различных условиях эксплуатации. Наиболее распространены крепления с помощью кронштейна и растяжек. Крепление кронштейна осуществляется посредством монтажа плиты, которая установлена на специальном фундаменте. При установке растяжек отверстия в обухах размечают по месту; расстояние от центров отверстий до края растяжки должно быть не меньше диаметра отверстия до штыря. Натяг растяжек с учетом теплового расширения котла создается с помощью талрепов, имеющих правую и левую резьбу.

Полностью смонтированный на судне котел в сборе с арматурой подвергают гидравлическому испытанию на герметичность. Перед испытанием котла необходимо убедиться, что в трубную систему котла не попали какие-либо предметы. Перед проверкой котел должен быть расконсервирован и очищен. Если при расконсервировании демонтируют внутренние части коллекторов, то после их установки котельные трубы и трубы пароперегревателя проверяют прокаткой калиброванными шарами.

Проверка прокаткой калиброванными шарами осуществляется следующим образом. Один из проверяющих, находящийся в паровом коллекторе, бросает по одному шару в каждую трубу, а в нижнем коллекторе другой проверяющий собирает шары. Если шар застрял в какой либо трубе, его проталкивают воздухом или толстой проволокой. После проверки труб шарами на штатные места крепят остальные внутренние части коллекторов. При этом особое внимание обращают на то, чтобы в коллекторы не попали какие-либо посторонние предметы. Затем все люки и горловины закрывают и пломбируют, и котел готовят к гидравлическому испытанию.

Порядок проведения гидравлических испытаний аналогичен гидравлическим испытаниям котла в цехе при его изготовлении. На время испытания с обшивки котла снимают часть крышек и щитов, а в топку котла помещают временные трапы. Обнаруженные во время испытания нарушения герметичности исправляют после снижения давления до 0, в случае необходимости воду из котла удаляют. Котел считается выдержавшим испытание, если не обнаружено нарушений герметичности в разъемных и вальцовочных соединениях.

По окончании монтажа котла и установки в котельном отделении всех вспомогательных механизмов и устройств проводят паровую пробу котла. Паровую пробу выполняют в полном соответствии с инструкциями по эксплуатации котла с целью проверки герметичность соединений труб котла, теплового расширения коллекторов, плотности всех устройств, контрольно-измерительных приборов и систем автоматики котла.

4. Расчет трудоемкости монтажа котла КВГ-3

4.1 Организация работ на монтажном участке

Работа по монтажу котла осуществляется на стапеле работниками монтажного участка. Руководство участком возглавляет начальник участка.

Для монтажного участка характерен комплексно-бригадный метод работы при сдельно-премиальной оплате труда. К работе по монтажу котла допускаются монтажники не ниже четвертого разряда. Все рабочие проходят инструктаж и должны быть аттестованы к проведению данных работ. Ответственным за проведение работ является производственный мастер.

Бригада возглавляется бригадиром, который относится к категории рабочих и работает наравне с другими членами бригады. Бригада приступает к очередному производственному заданию только при наличии полного комплекта комплектующих деталей, организованного энергоснабжения, подготовленных подъёмно-транспортных механизмов, рабочего наряда на оплату труда.

Высокое качество монтажа обеспечивается организацией технического контроля (входной, пооперационный, приемочный) на всех стадиях технологического цикла, а также проведением ежегодной аттестации рабочего персонала квалификационной комиссией.

Обеспечение контроля качества работ осуществляется последовательно производственным мастером, мастером ОТК, представителем заказчика.

Обеспечение контроля качества работ осуществляется последовательно производственным мастером, мастером ОТК, представителем заказчика. Приемка выполнения работ по каждой из операций осуществляется оформлением извещений вышеуказанными должностными лицами. В процессе выполнения работ на мастеров ОТК возглавляется также выборочный профилактический контроль.

При проведении работ по монтажу котла рекомендуется бригадная форма организации труда со сдельно-премиальной оплатой по конечным результатам. Размер премии рассчитывается исходя из заработной платы сдельщика с учетом общего процента премии, предусмотренного положениями о премировании.

Нормирование оплаты труда определяется разрядом работ в соответствии с тарифно-квалификационным справочником, тарифной сеткой и нормой времени на выполнение данных работ. Тарифная ставка для выполнения работ по монтажу котла составляет 16.83 руб./час.

Техническая приемка монтажа котла осуществляется производственным мастером и затем мастером ОТК с отметкой в журнале приёмки. После приёмки работы от производственного мастера, контрольный мастер ОТК выписывает извещение о предъявлении работы представителю заказчика, который совместно с контрольным мастером оформляет удостоверение приемки на отдельном бланке.

4.2 Расчет себестоимости работ монтажа котла

Себестоимость - это сумма всех денежных затрат предприятия, связанных с производством и реализацией продукции, монтажом, ремонтом деталей, оборудования и систем.

Себестоимость является показателем производственно-хозяйственной деятельности предприятия, отражающей уровень производительности труда, состояние производства, степень использования основных и оборотных фондов.