Утилізація теплових витрат суднового дизеля 5RT-flex58T-B

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗМІСТ

Перелік скорочень

Вступ

1. Опис головного двигуна

1.1 Огляд електронної системи керування

1.2 Конструктивний опис двигуна

2. Розрахунок робочого процесу

2.1 Початкові дані по двигуну SULZER 5RT-flex58T-B

2.2 Розрахунок процесу наповнення

2.3 Розрахунок процесу стиснення

2.4 Розрахунок процесу згорання

2.5 Розрахунок процесу розширення

2.6 Визначення індикаторних показників

2.7 Визначення ефективних показників

3. Розрахунок і побудова теоретичної індикаторної діаграми

4. Енергетичний баланс системи надуву

4.1 Відцентровий компресор

4.2 Газова турбіна

5. Розрахунок теплового балансу дизеля

6. Розрахунок на ЕОМ утилізаційного котла

7. Вимоги регістру та ПТО до утилізаційного котла

7.1 Положення правил регістру до конструкції УК

7.2 ПТО утилізаційних котлів

8. Процеси теплообміну в УК

9. Безпека життєдіяльності

9.1 Підготовка екіпажа. Вчення і тренування по забезпеченню живучості судна

9.2 Вплив шуму на людину

9.3 Теорія горіння. Пожежний трикутник

Висновок

Використана література

ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ

ВТ - високо температурний контур

ГД - головний двигун

ГТН - газо-турбо нагнітач

ЕОМ - електронно обчислювальна машина

ККД - коефіцієнт корисної дії

МОД - мало оборотний двигун

НТ - низько температурний контур

ПНВТ - паливний насос високого тиску

ПТО - правила технічного обслуговування

СГУТ - система глибокої утилізації теплоти

УК - утилізаційний котел

ВСТУП

У суднових двигунах внутрішнього згорання в ефективну роботу перетворюється 38..54 % теплоти, що виділяється при згоранні палива. Решту складають теплові втрати. З них частина теплоти відноситься відпрацьованими газами, частина - безпосередньо через елементи двигуна (деталі ЦПГ, клапани, газовипускні патрубки, охолоджуючі деталі турбокомпресора та ін.), передається в систему охолодження (воду і масло). Частина теплоти повертається в цикл з повітрям, що подається від турбокомпресора.

Зростання цін на паливо після 1973 р. посилило увагу суднобудівників і судновласників до застосування на судах СГУТ. Проте при цьому стали виявлятися деякі труднощі, головна з яких - зниження скорості судів і потужності головних двигунів, а також зростання споживання енергії на власні потреби судів. Збільшення змісту сірки в паливах усе погіршую якості, що поставляється судам в різних портах світу, викликало необхідність в підвищенні температур газу за котлом щоб уникнути інтенсивної корозії. Нарешті, перехід до використання МОД з постійним тиском наддування істотно зменшив втрату теплоти з вихідними газам.

Використання тепла охолоджуючої води циліндрів, завжди носило обмежений характер (вона використовувалась тільки у глибоко вакуумних випарниках), проте останнім часом інтерес до використання цього тепла став істотно зростати, так само як інтерес до використання тепла охолодження надувочного повітря у зв'язку із зростанням тиску наддування, збільшенням його температур після турбонагнітача і загальним зростанням цієї втрати тепла. Використання навіть частини теплових втрат суднового дизеля може дати істотне підвищення К.К.Д. установки в цілому.

Розрахунки, виконані за даними експлуатації ряду теплоходів, показують, що при утилізації теплоти газів головного дизеля, що відходять, вдається понизити собівартість електроенергії більш ніж в два рази, а собівартість теплової енергії - в 1,7- 2,9 разу.

За даними аналізу установок сучасних теплоходів, в усіх випадках за рахунок утилізації теплоти газів дизелів, що відходять, не лише повністю забезпечується робота системи теплопостачання судна, але і залишається великий резерв теплоти, який збільшується із зростанням потужності головного двигуна. При потужності дизеля більше 5 тис. кВт паропродуктивність утилізаційного парогенератора може бути достатньою і для роботи турбогенератора, що забезпечує споживи судна на ходовому режимі. У суднових дизельних установках отримати високий коефіцієнт використання теплоти неможливо головним чином через відсутність достатнього числа споживачів теплової енергії з низьким температурним рівнем.

Проблема глибокої утилізації теплоти полягає не лише у виборі оптимальної схеми установки утилізації, але і в дослідженні шляхів застосування отримуваної енергії в умовах ходового режиму судна.

1. ОПИС ГОЛОВНОГО ДВИГУНА

1.1 Огляд електронної системи керування

У двигуні Sulzer з електронною системою керування, в його новій модифікації RT - flex, замість розподільних валів з їх приводом, традиційних ТНВД і гідроприводів вихлопних клапанів була застосована акумуляторна система вприскування палива і керування вихлопними клапанами, що істотно поліпшила його конструкцію. У двигуні з електронним управлінням привід гідронасосів сервомеханізмів розміщений безпосередньо поряд з колінчатим валом. На рівні кришок циліндрів знаходяться акумулятори тиску масла і палива. Також там розташовуються сервоприводи паливних насосів високого тиску і вихлопних клапанів. Завдання впровадження електронного управління полягало в подальшій оптимізації робочого процесу двигунів RTA, скороченні шкідливих викидів з вихлопними газами і зниженні питомої витрати палива. Електроніка дозволила підвищити гнучкість в управлінні кутом випередження вприскування палива, законом подачі палива і їх оптимізації на усьому діапазоні робочих режимів.

Також було реалізовано управління фазами закриття вихлопного клапана (VEC - Variable Exhaust valve Closing). Більш раннє закриття клапана на режимах малих навантажень дозволило підвищити дійсну міру стискування в циліндрах і, тим самим, створити кращі умови для згорання палива і уникнути задимлення.

Однією з найважливіших змін в двигуні стало впровадження акумуляторної системи паливоподачі, що складається з ПНВТ, який створює тиск в 1000 бар, акумулятора палива і електронно-керованих клапанів, що розподіляють паливо по форсункам. Акумулятор є товстостінною трубою, яка розміщена по усій довжині двигуна на рівні кришок циліндрів, в котрій розміщується необхідний для вприскування об'єм палива, яке знаходиться під тиском 1000 бар і пристрій демпфування хвиль тиску, що виникають в ній. Подача і стискування палива до відміченого тиску відбувається у звичайних ПНВТ, плунжери яких приводяться в дію багато кулачковим валиком. З акумулятора паливо потрапляє до стандартних форсунок, відкриття і закриття голок яких відбувається звичайним шляхом, під тиском палива, що потрапляє до кожної з них від керуючого клапана. Останній встановлює момент відкриття голки - кут випередження, кількість палива, що вприскує, і форму кривої подачі палива (закон подачі). Керування клапаном відбувається за допомогою мікропроцесорної системи електронного керування WECS 9500, яка має модульне виконання з окремим мікропроцесором для кожного циліндра.

Ключові риси акумуляторної системи паливоподачі фірми Sulzer:

- відмірювання величини об'ємної подачі палива з високою точністю, що забезпечує більш рівномірну роботу двигуна і низький рівень вібрацій, що зумовлюються неврівноваженими силами і моментами;

- можливість змінювати форму кривої подачі (закон подачі) і величину тисків вприскування;

- ідеально відповідає використанню важких палив з різноманітними характеристиками;

- забезпечує стійку роботу на найменших обертах;

- повне згорання палива без видимих слідів диму на вихлопі. Можливість міняти закон подачі палива і, тим самим, знижувати температури, циклу дозволили істотно понизити вміст оксидів азоту у вихлопних газах.

1.2 Конструктивний опис двигуна

Судновий дизель фірми «SULZER» марки RT-flex58T-B двотактний простої дії, реверсивний, крейцкопфний з газотурбінним наддуванням, розташування циліндрів рядне, вертикальне. Двигун працює у якості головного з прямою передачею на гвинт.

Система охолодження дизеля-двоконтурна.

Перший контур-охолодження прісною водою, який в свою чергу включає в себе низькотемпературний контур (НТ),та високотемпературний контур (ВТ).

Другий контур охолодження прісної води забортною.

Температура прісної води на виході з дизеля на сталому режимі роботи - 80-84 С^о. Перепад температур на вході і виході з дизеля - не більше 8-10 С^о. температура мастила на вході і виході з дизеля - 45-50 і 50-58 С^о відповідно.

Опис конструкції та електронної системи двигуна SULZER RT-flex58T-B (рис 1.1; 1.2):

1) Зварена станина;

2) Фундаментна рама скринчатой форми;

3) Напівскладений колінчатий вал;

4) Стяжні болти підшипника ковзання;

5) Підшипник ковзання;

6) Крейцкопф з крейцкопфним пальцем і цілісним підшипником що змащується автономною циркуляційною системою мастила;

7) Цілісний чавунний блок циліндрів;

8) Циліндрові втулки з сірого чавуну із зарубашечним простором для охолодження;

9) Циліндрова кришка з високоякісного матеріалу на котрій закріплено болтами корпус випускного клапана, в якому встановлений випускний клапан Nimonic 80A

10) Поршень з голівкою, яка охолоджується об'єднаною струминною системою змащування;

11) Система наддування постійного тиску, яка включає турбіну з високим ККД і допоміжні вентилятори для операцій на малих навантаженнях;

12) Ущільнення з конструктивними властивостями для ідеального ковзання поршня;

13) Акумуляторна система уприскування палива;

14) Високоефективний паливний насос;

15) Електронна система управління для безперервного і періодичного контролю основними функціями двигуна.

Рис. 1.1 - Sulzer RT-flex58T-B поперечний розріз

Рис. 1.2 - система RT-flex

двигун згорання дизель котел

Циліндрова кришка виготовлена зі сталі. У центральному отворі за допомогою 4-х шпильок кріпиться випускний клапан. Крім того циліндрова кришка має свердління для форсунок. Інші свердління призначені для індикаторного, запобіжного та пускового клапанів.

Поршень складається із 2-х основних частин - голівки та спідниці. Голівка поршня кріпиться до верхнього кільця поршневого штока болтами. Спідниця поршня кріпиться 18-тьма болтами.

Поршневий шток має продольне свердлення під трубку для охолодження мастила. Остання кріпиться у верхній частині поршневого штока. Далі олія надходить по телескопічній трубці до крейцкопфа, проходить по свердленню до голівки поршня. Потім мастило надходить по свердленню до опорної частини голівки поршня до випускної трубки поршневого штоку і далі на злив.

Шток кріпиться до крейцкопфа чотирма болтами, що проходять через підставку поршневого штока.

Секція циліндрів двигуна складається з декількох блоків циліндрів, що кріпляться до фундаментної рами і коробки картера анкерними зв'язками.

Між собою блоки з'єднуються по вертикальних площинах. У блоці розташовуються циліндрові втулки.

Верхня частина циліндрової втулки оточена охолоджувальною сорочкою, установленою між циліндровою кришкою і блоком циліндра.

Циліндрова втулка кріпиться до верхньої частини блоку кришкою і центрується в нижнім свердленні усередині блоку.

Щільність від витоків охолоджувальної води і продувного повітря забезпечується 4-ма гумовими кільцями, вкладеними в канавках циліндрової втулки. На нижній частині циліндрової втулки між порожнинами охолоджувальної води і продувного повітря розташовано 8 отворів для штуцерів подачі мастила в циліндр.

Центральна частина крейцкопфа з'єднана із шийкою головного підшипника. У поперечній балці мається отвір для поршневого штока. Головний підшипник обладнаний вкладишами, що заливаються бабітом.

Колінчатий вал виконується напівскладеним. Олія до рамових підшипників надходить з головного трубопроводу мастила. Завзятий підшипник служить для передачі максимального упора гвинта за допомогою вала гвинта і проміжних валів. Завзятий підшипник встановлюється в кормовій секції фундаментальної рами. Мастило для змащення завзятого підшипника надходить із системи змащення під тиском.

Повітря в двигун надходить від двох турбокомпресора. Колесо турбіни приводитися в рух від випускних газів. На одному валу з колесом турбіни встановлене колесо компресора, що забирає повітря з машинного відділення і подає повітря в охолоджувач. На корпусі охолоджувача установлюється вологовідокремлювач. З охолоджувача повітря надходить у ресивер через відкриті безповоротні клапани, розташовані усередині ресивера надувочного повітря. З обох торців ресивера установлені допоміжні повітредуйки, що подають повітря повз охолоджувачі в ресивері при закритих безповоротних клапанах. Допоміжні повітредуйки включаються автоматично, при запуску ГД і маневрах.

Через випускні клапана відпрацьовані гази надходять у колектор випускних газів, у якому вирівнюється пульсуюче тиск газів, що надходять з окремих випускних клапанів, а відтіля гази вже при постійному тиску надходять у ГТН.

Фундаментна рама складається з двох зварених подовжніх і декількох поперечних балок, у яких установлюються рамові підшипники. Останні мають сталеві вкладиші, залиті бабітом. Кришки рамових підшипників обжимаються гідравлічним способом. На кормовому кінці фундаментної рами встановлюється завзятий підшипник і ланцюговий привід.

Фундаментна рама скринчатой форми складається з високих продольних балок, зварених з балками із стального лиття. Фундаментна рама і коробка картера разом утворять картер двигуна. Фундаментна рама, кістяк і блоки циліндрів, що спираються на коробку картера, затягуються анкерними болтами у тверду єдину систему. Фундаментна рама двигуна встановлюється на фундамент корпуса судна і кріпиться до нього фундаментними болтами.

2. РОЗРАХУНОК РОБОЧОГО ПРОЦЕСУ

2.1 Початкові дані по двигуну SULZER 5RT-flex58T-B

Циліндрова потужність =2125кВт, Діаметр поршня D= 580 мм,

Хід поршня S =2416мм,

Обороти двигуна n =105 об/мин,

Тактность i=2

Число циліндрів n= 5

Визначаємо робочий об'єм циліндра

,

Середній ефективний тиск

1,90229597 МПа,

де

z-коефіцієнт тактності двигуна (для двухтактних z=1)

Тиск наддуву приймаємо

МПа,

2.2 Розрахунок процесу наповнення

Температура повітря за компресором

К,

де

318К,- температура навколишнього середовища

0,103 Мпа,- тиск навколишнього середовища

1,7- показник політропи стиснення в компресорі

Температура повітря перед двигуном

, К

де

К,- температура забортної води

Зниження температури у воздухоохладителі

236,6175 К,

Температура заряду до кінця процесу наповнення

353,7037 К,

де

10, К-підігрів повітря від стінок циліндра

800, К-температура залишкових газів

0,08-коеф. залишкових газів (МОД, прямоточно клапанна)

Тиск повітря перед двигуном

, МПа

де

, МПа- втрата тиску у воздухоохладітеле

Тиск заряду до кінця процесу наповнення

МПа,

Коефіцієнт наповнення

де

0,1-частка ходу поршня зайнята процесами газообміну

15-ступінь стиснення

2.3 Розрахунок процесу стиснення

Средняя молярна ізохорна теплоємність повітря

кДж/(кмоль),

Середня молярна ізохорна теплоємність чистих продуктів згорання

кДж/(кмоль),

Теплоємність суміші повітря і залишкових газів на ході стиснення



19,29481+0,00253164T кДж/(кмоль),

де

2,575-коефіцієнт надлишку повітря

Средний показник політропи стиснення

1,36765292

розрахунок	введення
1,3674019	1,37
1,36767973	1,367402
1,36765326	1,36765
1,36765292	1,367653

Тиск в кінці стиснення

14,480081 МПа,

Температура в кінці стиснення

К,

2.4 Розрахунок процесу згорання

Дійсна кількість повітря для згорання

 1,252885665 кмоль/кг,

Де масовий склад палива

C=0,859

H=0,12

S=0,02

O=0,001

Хімічний коефіцієнт молекулярної зміни

Дійсний коефіцієнт молекулярної зміни

Частка палива того, що згорів в крапці Z

де

0,93- коефіцієнт використання тепла в крапці Z

0,96- коефіцієнт використання тепла в крапці в

Коефіцієнт молекулярної зміни в точці Z

19,73274+0,00293T

Середня молярна ізохорна теплоємність в точці Z

де

1,064- постійна величина для даного палива

Середня молярна ізохорна теплоємність в крапці B

19,7465518+0,002942T

Максимальна температура згорання визначаємо з рівняння

де

42200,кДж/кг- нижча теплотворна здатність палива (по паливу)

0,495, кмоль/кг -теоретично необхідна кількість повітря

1,25- ступінь підвищення тиску при згоранні

28,04674+0,00293Т кДж/(кмоль),

Максимальний тиск згорання

 МПа,

2.5 Розрахунок процесу розширення

Ступінь попереднього розширення

розрахунок	введення
1,288889	1,29
1,288889	1,288792
1,288792	1,288784
1,288783	1,288784
1,288783	1,288783

Ступінь подальшого розширення

9,737849059

Середній показник політропи розширення визначаємо з рівняння

1,288782958

Температура в кінці процесу розширення

К,

Тиск в кінці процесу розширення

МПа,

2.6 Визначення індикаторних показників

Теоретичний середній індикаторний тиск

МПа,

Дійсний індикаторний тиск

МПа,

Індикаторна питома витрата палива

кг/(кВтг),

Індикаторний ККД

Індикаторна потужність агрегату

кВт,

2.7 Визначення ефективних показників

Середній ефективний тиск

МПа,

де

- механічний ККД

Питома ефективна витрата палива

кг/(кВтг),

Ефективний ККД двигуна

Ефективна потужність двигуна

МПа,

Погрішність по

3. РОЗРАХУНОК І ПОБУДОВА ТЕОРЕТИЧНОЇ ІНДИКАТОРНОЇ ДІАГРАМИ

Таблиця 3.1 Розрахунок теоретичної індикаторної діаграми

				P Мпа,	P мм,			P Мпа,	P мм,
1	0	0	1	14,480	289,60
1,25	0,0969	0,1325	1,3569	10,671	213,43
1,540	0,1876	0,2566	1,8055	8,0197	160,39	0,2418	1,7451	18,100	362,00
1,75	0,2430	0,3324	2,1497	6,7356	134,71	0,3132	2,0569	15,356	307,11
2	0,3010	0,4117	2,5805	5,6113	112,23	0,3879	2,4432	12,928	258,56
2,5	0,3979	0,5442	3,5014	4,1355	82,709	0,5128	3,2573	9,6969	193,94
3	0,4771	0,6525	4,4929	3,2228	64,456	0,6149	4,1201	7,6663	153,32
3,5	0,5441	0,7441	5,5475	2,6102	52,204	0,7012	5,0256	6,2850	125,70
4	0,6026	0,8239	6,6590	2,1745	43,490	0,7759	5,9693	5,2914	105,83
6	0,7781	1,0642	11,594	1,2489	24,978	1,0029	10,066	3,1378	62,756
8	0,9031	1,2351	17,183	0,8427	16,853	1,1639	14,584	2,1657	43,315
10	1	1,3676	23,316	0,6210	12,421	1,2888	19,444	1,6244	32,489
12	1,0792	1,4759	29,919	0,4839	9,6795	1,3908	24,594	1,2843	25,686
15	1,1761	1,60848	40,596	0,3567	7,1337	1,51572	32,789	0,9633	19,266

Розрахункову індикаторну діаграму будують за даними розрахунку робочого циклу. Надалі ця діаграма є початковим матеріалом для динамічного і прочностного розрахунків двигуна. Побудову діаграми виконують аналітичним способом,так як графічні методи побудови дають великі помилки. Ординати точок політропи стиснення і розширення обчислюють за наступними формулами:

для процесу стиснення (3.1)

для процесу розширення (3.2)

де



відношення об'ємів поточне значення ступеня стиснення, що єТеоретична діаграма робочого циклу в цьому випадку представляється в системі координат є безрозмірної у напрямі осі об'ємів. Абсолютні об'єми, відповідні значенням відносини легко знайти помноживши відношення на постійний об'єм камери стиснення:

для двотактних дизелів

де - геометричний ступінь стиснення

Рис. 3.1- Індикаторна діаграма

4. ЕНЕРГЕТИЧНИЙ БАЛАНС СИТЕМИ НАДУВУ

4.1 Відцентровий компресор

Секундна витрата повітря через компресор

кг/с,

де

- відносна молярна маса повітря

кВт,- потужність циліндрів, підключених до одного турбокомпресору

- масовий коефіцієнт продувального повітря

Адіабатна робота стиснення повітря в компресорі

кДж/кг,

де

-показник адіабати повітря

кДж/(кгК),- газова постійна повітря

МПа,- тиск повітря за компресором

Потужність споживана компресором

 кВт,

де

- адіабатний ККД компрессора

Індикаторна потужність циліндрів, подключ. до одного турбокомпресора

кВт,

Відносна потужність компресора

4.2 Газова турбіна

Ізобарна теплоємність повітря

,

Ізобарна теплоємність продуктів згорання

,

Теплоємність суміші газів перед турбіною

Тиск газів перед турбіною

МПа,

Температура продуктів згорання

К,

Температура газів перед турбіною

К,

Адіабатна робота розширення газів в турбіні

кДж/кг,

де

- показники адіабати розширення газів в турбіні

- тиск газів за турбіною

Сумарна витрата газів через турбіну

Потужність що розвивається газовою турбіною

3731,788 кВт,

де

- ефективний ККД турбіни

- коеф. імпульсності (при ізобарному наддуві приймають 1)

Разбаланс між турбіною і компресором

%,

5. РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВОГО БАЛАНСУ ДИЗЕЛЯ

Рівняння теплового балансу

Тепло підведене до дизеля з паливом

кДж/г,

Годинна витрата палива

кг/г,

Тепло дорівнююче ефективній роботі на валу двигуна

кДж/г,

Витрати тепла з вихідними газами

, кДж/г,

де

- з інструкції заводу будівника

ізобарна теплоємність вихідних газів та повітря відповідно:

кДж/(кгК),

кДж/(кгК),

Витрати тепла з охолоджуючою водою

кДж/г,

де

відносна тепловіддача у воду, для малооборотних дизелів 10-20;

приймаємо 14%,

Витрати тепла з маслом

кДж/г,

Невраховані теплові витрати

+369076,2 кДж/г,

Рис. 5.1- Розподіл теплоти у судновому дизелі SULZER 5RT-flex58T-B

6. РОЗРАХУНОК НА ЕОМ УТИЛІЗАЦІЙНОГО КОТЛА

Вибір утилізаційного котла виконується за результатами розрахунку ГД, на підставі його характеристик. До таких характеристик відносяться: ефективна потужність двигуна, температура газів після газотурбо нагнітача, коефіцієнт надлишку повітря, склад палива для ГД і т.д.

Порядок визначення вихідних даних для підбора й аналізу роботи утилізаційного котла наступний:

1.Склад палива

2.Температура газів перед ГТН,

3.Коефіцієнт надлишку повітря,

4.Коефіцієнт продувки,

5.Повний коефіцієнт надлишку повітря,

6.Вологість повітря, WW=0,05

7.Ефективна потужність двигуна , , кВт

8.Потужність ГТН, , кВт

9.Коефіцієнт збереження теплоти ГТН,

10.Ефективна питома витрата палива,

По складу палива і коефіцієнту надлишку повітря будуємо на ЕОМ діаграму - температура - ентальпія газів.

Таблиця 6.1 Кількість продуктів згоряння та об'ємні долі триатомних газів

10,880	1,612	1,339	1,339	8,595	27,590	5,049	35,590	0,038	0,045	0,083

Нижча теплота згорання палива - 41676 кДж/кг,

Таблиця 6.2 Розрахунок Діаграми (I - Т)

Т, °С	I, кДж/кг
0	46,90	0,47
100	4716,08	46,69
200	9532,53	48,16
300	14390,76	48,58
400	19389,15	49,93
500	24514,78	51,26
600	29752,58	52,38
700	35109,85	53,57
800	40558,59	54,49
900	46104,78	55,46
1000	51715,63	56,11
1100	57404,96	56,89
1200	63163,99	57,59
1300	68980,92	58,17
1400	74816,13	58,35
1500	80713,56	58,97
1600	86656,77	59,43
1700	92625,88	59,69
1800	98636,99	60,11
1900	104660,37	60,23
2000	110727,96	60,68
2100	116804,65	60,77
2200	122910,07	61,05

По діаграмі І-t і температурі газів перед ГТН знаходимо ентальпію газів перед ГТН кДж/кг,

З рівняння балансу ГТН знаходимо секундну витрату палива

,

кг/с,

Знаходимо ентальпію газів після ГТН, кДж/кг

По діаграмі 14 знаходимо температуру газів після ГТН (перед УК)

К,

Виконуємо підбір утилізаційного котла на ЕОМ.

При виборі котла бажано одержати максимальну продуктивність котла по парі. Однак при цьому треба врахувати два головних обмеження:

Швидкість газу між трубками котла повинна бути в межах 9...8 м/с (для реберних котлів до 24).

Малі швидкості газу приводять до різкого забруднення котлів, поганої тепловіддачі, і, як наслідок, зниженню паропродуктивності. Великі швидкості приводять до зростання опору газового тракту, що пропорційно квадрату швидкості газів. Як правило, опір газового тракту не повинний перевищувати 200 мм в.ст. чи (2 кПа) по нормах Регістра.

Друге обмеження зв'язане з температурою газів після котла. Ця температура не повинна бути нижче, ніж -170-190°С на номінальному режимі роботи двигуна.

При більш низьких температурах на експлуатаційному і зниженому режимах роботи двигуна може спостерігатися конденсація вологи на трубках котла, розчинення в цій волозі сірчистих і сірчаних газів - утворення сірчаної кислоти і, як результат, поява свищів через низькотемпературну сірчисту корозію.

На підставі роботи ЕОМ обраний котел, що генерує насичену пару. Нижче наводиться розрахунок котла на ЕОМ.

Розрахунок утилізаційного котла

Вхідні дані:

1. Потужність двигуна:

На перемінному режимі Ne= 10625 кВт,

2. Елементарний склад палива

%, %, %, %,

3. Надлишок повітря:

4. Вологість повітря:

0,05 кг/кг

5. Тиск пари:

Насиченоі 0,8 мПа

6. Сухість насиченоі пари:

х = 0,01

7. Ентальпія сухоі насиченоі пари :

h = 2768 кДж/кг

8. Паропродуктивність на розрахунковому режимі:

= 0,47 кг/с

9. Площа поверхні:

Парообразучоі кв.м

10. Переріз для прохода газів:

Парообразучоі

кв.м

12. Розташування труб в пучках

Коридорне С=0, Шахове С=1

В парообразуючій

13. Коефіцієнт забруднення на розрахунковому режимі Парообразуючоі

кв.м.К/кВт

14. Температура газів перед котлом:

град.С

15.Температура живильноі води:

град.С

16.Витрата циркуляціонноі води в контурі:

G= 1.105 кг/с

17.Коефіцієнт збереження теплоти:

Розрахунок пароутворюючої поверхні

Тепловий потік (Потужність) в пароутворюючій поверхні

Фпу= 2840.64 кВт

Середня швидкість потока газів в пароутворюючій поверхні

Фпу= 16.59101 м/с

Коефіцієнт теплопередачі в пароутворюючій поверхні

Кпу= 4.080329Е-02 кВт/кв.м К

Температура газів за парообразучою поверхнею

Тгпу= 185.72 град.С

Ентальпія газів за пароутворюючою поверхнею

Егпу= 9130.746 кДж/кг

Температура відхідних газів

Твдх= 185.72 град.С

Ентальпія відхідних газів

Евдх= 9130.746 кДж/кг

Висновок:

Паропродуктивність котла

кг/с

Ступінь утилізаціі котла

Температура води на вході

град.С

Кратність циркуляіі

К= 0.9575322

Відносна паропродуктивність

Зроблений розрахунок показав, що поверхню нагрівання котла складає: паро утворююча поверхня . Котел складається з паро утворюючої поверхні.

Швидкість газів між трубками дорівнює: у паро утворюючій поверхні - 16,59 м/с. Температура газів, що ідуть, 185 С.

Паропродуктивність по парі - 1,154 кг/с, що задовольняє потреби судна в парі.

Ступінь утилізації при цьому дорівнює 0,394

7. ВИМОГИ РЕГІСТРА ТА ПТО ДО УТИЛІЗАЦІЙНОГО КОТЛА

7.1 Положення правил регістру до конструкції УК

Основні правила регістру до конструкції УК:

1) Товщина стінок труб, що отримали в процесі гнучки стоншування, має бути не менш розрахункової.

2) Слід уникати застосування довгих і коротких зв'язків, а також зв'язних труб, що піддаються вигинаючим і зрізуючим навантаженням. На зв'язках, міцних стінках, укріпленнях і тому подібне не повинно бути різких змін поперечних перерізів.

По кінцях коротких зв'язків повинні передбачатися контрольні свердління.

3) Для стінок, підкріплених короткими зв'язками і схильних до дії газів з високою температурою, відстань між центрами зв'язків має бути не більше 200 мм.

4) Кутові зв'язки газотрубних котлів повинні розташовуватися на відстані не менше 200 мм від жарових труб. Підкріплення плоских стінок приварними балками слід робити так, щоб навантаження, що доводиться на них, було по можливості перенесене на корпус котла або на найбільш жорсткі його елементи.

5) Відстань між жаровими трубами і корпусом котла має бути не менше 100 мм. Відстань між двома жаровими трубами має бути не менше 120 мм.

6) Патрубки і штуцери мають бути жорсткої конструкції і мінімальної довжини, достатньої для закріплення і зняття арматури без видалення ізоляції. Патрубки не повинні випробовувати надмірних зусиль, що вигинають, і в необхідних випадках повинні підкріплюватися ребрами жорсткості.

7) Привариш, призначені для установки арматури і трубопроводів, а також патрубки, втулки і штуцери, що проходять через усю товщину стінки котла, повинні, як правило, приварюватися двостороннім швом. Патрубки і штуцери можуть приварюватися також кутовим швом з одностороннім обробленням на підкладці, що видаляється, або іншим способом, що забезпечує провар на усю товщину приварюваної деталі.

9) При застосуванні неметалічних прокладок конструкція закриття горловини і лючков повинна унеможливлювати витискування прокладки.

10) Вирізи під лази, оглядові лючки і інші отвори в стінках котлів повинні мати підкріплення.

11) Мають бути вжиті конструктивні заходи, що запобігають пароутворенню в економайзерах котлів.

12) На видному місці повинна передбачуватися фірмова дошка, що містить основні дані котла.

13) Деталі кріплення котлів, за винятком тих, які не є навантаженими, не повинні приварюватися безпосередньо до стінок котла (обичайці, днищам, колекторам, барабанам і тому подібне), а повинні з'єднуватися за допомогою приварних накладок.

14) Труби, що закріплюються в колекторах і трубних решітках вальцюванням, мають бути безшовними.

15) Котли з обребреними трубками і усі утилізаційні котли повинні бути обладнані ефективною системою сажеобдува і мати доступ для огляду і очищення поверхні нагріву, а також видалення відкладень.

16) Водотрубні утилізаційні котли, що підключаються до газовипускних систем двотактних дизелів з температурою газів на вході 270°С і нижче, повинні відповідати наступним вимогам:

1. гідравлічний опір котла має бути таким, щоб на виході з нього швидкість газів була не менше 10 м/с;

2. для відключення котла при роботі двигуна на часткових навантаженнях, слід передбачати перепускний пристрій;

3. конструкція поверхні нагріву котла повинна в максимально можливій мірі забезпечувати виключення утворення відкладень і ефективність роботи сажеобдувочных пристроїв;

4. котли мають бути обладнані стаціонарною системою обмивання і видалення відкладень. При цьому слід передбачати конструктивні заходи, що виключають попадання продуктів обмивання в газохід двигуна. Рекомендується застосування спеціальних присадок, що полегшують видалення відкладень з поверхонь нагріву;

17) Конструкція утилізаційних котлів повинна передбачати можливість підключення стаціонарних засобів пожежогасіння.

Правила регістру до арматури та контрольно- вимірювальних приладів утилізаційного котла:

1) Уся котельна арматура повинна встановлюватися на приварних спеціальних патрубках, штуцерах та приваришах і кріпитися до них, як правило, на фланцях шпильками або болтами. Довжина повного різьблення шпильок, що входять в тіло привариша, має бути не менш зовнішнього діаметру різьблення шпильки.

Допускається штуцерна арматура діаметром проходу не більше 15 мм, яка повинна кріпитися на спеціальному привариші.

2) Кришки клапанів повинні кріпитися до корпусів шпильками або болтами. Клапани з діаметром проходу 32 мм і менше можуть мати кришки на різьбленні за наявності на них надійних стопорів.

3) Клапани і крани повинні мати позначки положень "відкрито" і "закрито".

Позначки положення не потрібно за умови, коли конструкція арматури дозволяє бачити, відкрита вона або закрита. Закривання клапанів повинне робитися при обертанні крутнів за годинниковою стрілкою.

4) Кожен котел з вільної поверхні води (поверхнею випару) повинен обладнатися не менше чим двома незалежними покажчиками рівня води з прозорою шкалою. За узгодженням з Регістром один з двох згаданих покажчиків рівня може не встановлюватися за наявності на котлі пристроїв захисту по нижньому рівню води і сигналізації по нижньому і верхньому рівню води (при цьому датчики пристроїв захисту і сигналізації мають бути незалежними з різними точками відбору) або пониженого або дистанційного покажчика рівня схваленого типу з незалежними точками відбору.

Котли паропродуктивність 750 кг/г та нижче, а також усі що обігріваються парою парогенератори, утилізаційні котли з вільною поверхнею води допускається обладнати одним покажчиком рівня з прозорою шкалою.

5) Для котлів з примусовою циркуляцією замість покажчиків рівня води повинні передбачатися два незалежні сигнальні пристрої, попереджуючих про недостатнє постачання води в котел.

6) Стекла водо покажчиків для котлів з робочим тиском до 3,2 МПа мають бути плоскими рифленими. Для котлів з робочим тиском 3,2 МПа і більше замість стекол повинні застосовуватися набори слюдяних пластин, гладкі стекла із слюдяною прокладкою, що оберігає стекло від дії води і пари, або інші матеріали, стійкі до руйнування від дії котельної води.

7) Водопокажчики повинні встановлюватися з боку переднього фронту на однаковій висоті і по можливості на рівній відстані від діаметральної вертикальної площини барабана (котла).

8) Усі водо покажчики мають бути обладнані замочними пристроями з боку водяного і парового просторів.

Замочні пристрої повинні бути обладнані безпечними приводами для відключення приладів у разі руйнування стекол.

9) Водопокажчики повинні встановлюватися так, щоб нижня кромка прорізу рамки водопокажчика знаходилася нижче за нижчий рівень води в котлі не менше чим на 50 мм, проте нижчий рівень має бути не вище за середню лінію видимої частини водопокажчика.

10) Водопокажчики повинні з'єднуватися з котлом за допомогою незалежних патрубків. Усередині котла не допускається встановлення труб, що йдуть до цих патрубків. Патрубки мають бути захищені від дії гарячих газів, променистого тепла і інтенсивного охолодження. Якщо стекла встановлені на порожнистих корпусах, простір усередині такого водопокажчика має бути розділений перегородками.

11) Патрубки для з'єднання водопокажчиків з котлом повинні мати внутрішній діаметр не менше:32 мм - для зігнутих патрубків головних котлів, 20 мм - для прямих патрубків головних котлів і зігнутих патрубків допоміжних котлів 15 мм - для прямих патрубків допоміжних котлів.

12) Дистанційні покажчики рівня води в котлі можуть мати погрішність не більше ±20 мм від свідчення рівня по стеклах водопокажчиків, встановлених на котлі, а запізнювання у свідченнях рівня в них при максимально можливій швидкості зміни не повинні перевищувати 10 % різниць між верхнім і нижнім рівнями.

13) Кожен котел повинен мати не менше двох манометрів, сполучених з паровим простором окремими трубками із замочними клапанами або кранами.

14) Один з манометрів має бути встановлений на передньому фронті котла, другий - на посту управління головними механізмами.

15) Для котлів з розрахунковою паропродуктивністю менше 750 кг/г і утилізаційних котлів допускається встановлення одного манометра.

16) На виході води з економайзера має бути встановлений манометр.

17) Манометри повинні мати шкалу, достатню для гідравлічного випробування котла. На шкалі манометра тиск, що відповідає робочому тиску пари в котлі, має бути відмічений червоною рисою.

18) Манометри, встановлені на котлах, мають бути захищені від дії тепла гарячих поверхонь котла.

19) Манометри мають бути перевірені і повинні мати маркіровку дати перевірки компетентними органами, визнаними Регістром.

20) Пароперегрівачі і економайзери мають бути забезпечені термометрами. Наявність дистанційного контролю температури не виключає необхідності установки місцевих термометрів.

21) Кожен котел повинен мати не менше двох пружинних запобіжних клапанів однакової конструкції і однакового розміру, встановлених на барабані, як правило, на загальному патрубку, й один клапан, встановлений на вихідному колекторі пароперегрівача. Запобіжний клапан пароперегрівача має бути відрегульований так, щоб він відкривався раніше запобіжного клапана, встановленого на барабані.

Для парових котлів з робочим тиском пари 4,0 МПа і більше рекомендується застосовувати запобіжні клапани імпульсної дії.

Для парових котлів з розрахунковою паропродуктивністю менше 750 кг/ч, а також для паро сборников (сепараторів пари) досить передбачати один запобіжний клапан.

22) Запобіжні клапани повинні регулюватися так, щоб максимальний тиск при їх дії перевищував робочий тиск не більше ніж на 10 %.

23) На економайзерах повинен передбачуватися пружинний запобіжний клапан діаметром не менше 15 мм.

24) При розташуванні запобіжних клапанів на загальному патрубку площа його перерізу повинна складати не менше 1,1 сумарної площі вільного проходу встановлених клапанів.

25) Площа перерізу паровідвідного патрубка запобіжного клапана і приєднуваної до нього труби має бути не менш подвоєної сумарної площі вільного проходу клапанів.

26) Для видалення конденсату на корпусі клапана або на паровідвідній трубі, якщо вона розташована нижче за клапан, має бути передбачена спускова труба без замочних органів.

27) Запобіжні клапани мають бути сполучені безпосередньо з паровим простором котла без замочних органів. Встановлення підвідних труб, до запобіжних клапанів усередині котла не допускається. Також забороняється встановлення на корпусах запобіжних клапанів або на їх патрубках пристроїв відбору пари для інших потреб.

28) Пристрій запобіжних клапанів має бути таким, щоб їх можна було підривати вручну за допомогою спеціального приводу. Управління приводом одного клапана повинно знаходитися в котельному приміщенні, другого - на верхній палубі або в іншому доступному місці поза котельним приміщенням.

Дистанційний привід до запобіжних клапанів пароперегрівачів, утилізаційних котлів і їх парозбірників (сепараторів) може мати управління тільки з котельного приміщення.

29) Конструкція запобіжних клапанів повинна допускати їх пломбування або мати рівноцінне цьому оберігання, що виключає регулювання клапанів без відома обслуговуючого персоналу.

Пружини запобіжних клапанів мають бути захищені від безпосередньої дії пари і виготовлені, як і ущільнюючі поверхні сідел і клапанів, з теплостійких корозійностійких матеріалів.

7.2 ПТО утилізційних котлів

Особливості обслуговування утилізаційних котлів:

1) В утилізаційних котлах з байпасними газоходами при підготовці до пуску необхідно перевірити положення заслінок і плавність роботи приводів і сервомоторів до них. При розводці на режимах малих навантажень виробляти обвід випускних газів для запобігання інтенсивному відкладенню сажі.

2) Якщо при пусках двигуна в утилізаційний котел закидається масло, то воно повинне видалятися через спеціальні пристрої, контрольне відкриття яких потрібно призводить також не рідше за один раз в добу.

3) Пуск і включення циркуляційних насосів котла рекомендується виробляти негайно після пуску двигуна.

4) Під час роботи утилізаційних котлів потрібно періодично контролювати:

1. рівень води в барабані котла або сепараторові;

2. тиск перегрітої і насиченої пари;

3. температуру перегрітої пари;

4. паропроизводительность (за наявності пароміра);

5. тиск і температуру поживної води на вході в котел

6. тиск води в циркуляційному контурі:

7. температуру газів на вході в котел і виході з нього;

8. опір газового тракту;

9. хімічний склад котельної і поживної води.

5) Слід систематично видаляти сажу і гудрон з приймальних частин і з поверхонь нагріву котла усіма наявними засобами як на ходу судна, так і на стоянках. Ознаками забруднення котлів являються підвищення температури газів за котлом, газового опору і зниження тиску пари при незмінних навантаженні котла і параметрах випускних газів двигуна.

6) Необхідно стежити за роботою водяних затворів котла. У зливних воронках від труб водяних затворів не повинна з'являтися вода, що свідчить про ушкодження труб, змеївиків, клапанів котла. При підготовці до пуску після ремонту і очистки належить заздалегідь заповнити водяні затвори водою.

7) При роботі утилізаційного котла допускаються коливання рівня води в межах видимості водоуказательного прибору і коливання тиску, що не перешкоджають нормальній роботі споживачів пари. Якщо коливання тиску або рівня перевищують нормальні, необхідно відключити котел і усунути несправність засобів автоматичного регулювання. Допускається несправні манометри замінювати новими без виводу з дії утилізаційного котла.

8) Слід вживати своєчасні заходи для усунення нещільності обшивки утилізаційних котлів і попадання вихідних газів в машинно-котельні приміщення.

Слідує періодично, не рідше за один раз в місяць, розходжу вати приводи шиберних заслінок утилізаційних котлів.

9) При загорянні гудрону в подвійній обшивці котла слідує негайно подати туди через патрубок паро гасіння пар чи інші передбачені вогнегасителі, підготувати до дії пожежну водяну систему і протягнути до котла шланги.

10) Очищення утилізаційних котлів шляхом про жарення випускними газами допускається виробляти тільки у тому разі якщо це передбачено інструкцією з експлуатації, і при строгому виконанні її вказівок.

11) Заміну прокладень по разовій і пароводяній стороні і підварювання обшивки на ділянках, ретельно очищених від гудрону, слід виробляти тільки при виведеному з дії котлі і непрацюючому двигуні.

8. ПРОЦЕСИ ТЕПЛООБМІНУ В УК

У процесі теплообміну, що відбувається в котлі беруть доля два середовища: теплопередающая (що нагріває) і тепловоспринимающая (що нагрівається). Теплопередающей середовищем є продукти згорання (димові гази). У котлі утилізації використовуються продукти сгоряння, що утворилися в ДВС або ГТУ. Тепловоспринимающей середовищем є вода, пароводяна суміш, пара і повітря. Теплота від назріваючого середовища до тієї, що нагрівається передається через стінки поверхонь нагріву. Закономірності процесу передачі теплоти розглядаються в курсі "Теплопередача".

Існують три основних механізму перенесення теплоти: випромінюванням (радіацією), теплопровідністю і конвекцією.

Усі поверхні нагріву котлів утилізації розраховуються як конвективні.

Конвекція - це перенесення теплоти рухомим теплоносієм шляхом переміщення макрооб' ємів рідкого або газоподібного середовища до холодної поверхні твердого тіла. Оскільки при цьому у поверхні тіла існує градієнт температур (у пограничному шарі), то безпосередня передача теплоти до твердого тіла здійснюється теплопровідністю.

Показники процесів теплообміну визначають в теплових розрахунках, для виконання яких в технічних завданнях на проектування, модернізацію або перевірку експлуатаційних характеристик котлів спеціально розробляють початкові дані на основі розрахунків СЭУ. Зазвичай початкові дані складають для номінального навантаження котла з урахуванням призначення судна, типів головного двигуна і котла.

Початкові дані для теплового розрахунку котлів утилізації залежать від типу допоміжної пароэнергетичної установки теплохода. На дизельних судах з утилізаційним турбогенератором і в газотурбінних установках з паровим турбогенератором або турбіною, що працює через редуктор на гребний вал, утилізаційні котли повинні забезпечувати перегріту пару.

Початковими даними для теплового розрахунку котла утилізації будуть наступні : повна паропроизводительность ??к кг/с, у тому числі кількість перегрітої парі Dnep; параметри перегрітої пари - тиск ??пер МПа, і температура ??пер, робочий тиск парі в сепараторові або пароводяному барабані допоміжного котла ??к МПа; температура живильної води ??жв і газів перед котлом ??1 середній сумарний коефіцієнт надлишку повітря газів двигуна ??;

експлуатаційна потужність двигуна ???? кВт; питома витрата палива ???? і його марка (теплота згорання кДж/г), кг/кВт•г.

Величини Ne і ???? потрібні в початкових даних для того, щоб визначити витрату палива, сжигаемого в двигуні. Це дозволити при тепловому розрахунку котла утилізації використовувати залежності, аналогічні вживаним для розрахунку головних і допоміжних котлів, в топках яких спалюється паливо у кількості В. Наявність величин В і ?? дозволяє розраховувати кількість продуктів згорання, що відпрацювали в двигуні і поступають як теплоносій в котел утилізації.

Для звичайних утилізаційних котлів, які забезпечують споживачів тільки насиченою парою, у вказаних початкових даних виключають величини, пов'язані з кількістю і параметрами перегрітої парі, - Dnep, ??пер, ??пер.

Успіхи в області дослідження процесів конвективного теплообміну в нашій країні стали можливими завдяки роботам М.В. Кирпичева, М.А. Михеева, Н.В. Кузнєцова, В.М. Антуфьева, Л.С. Козаченко та ін.

Конвективні поверхні нагріву суднового котла утворюються пучками паротворних труб, трубами пароперегрівача, економайзера і воздухопідігрівача. Тепловий розрахунок цих поверхонь нагріву виробляють шляхом спільного рішення двох основних рівнянь, що характеризують конвективний теплообмін, відповідно рівняння теплопередачі і рівняння теплового балансу по газовій стороні:

 (8.1)

(8.2)

де

Q - кількість теплоти, сприйнятою поверхнею нагріву H, віднесене до 1 кг палива, кг/кДж; k - коефіцієнт теплопередачі, ; ???- температурний натиск, К;

- ентальпії газів відповідно на вході в поверхню нагріву і на виході з неї, кДж/кг;

Крім того, для пароперегрівача, економайзера і воздухоподогревателя може бути складено додаткове, третє розрахункове рівняння теплового балансу по стороні середовища, що нагрівається, згідно з яким встановлюють кількість теплоти, сприйнятої парою, водою і повітрям відповідно для пароперегрівача. Проте в цій роботі розглядається котел утилізації що має тільки паротворну секцію.

Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією від газів до стінки залежить від багатьох чинників, основними з котрих є: швидкість газів ; температурний режим (температури потоку і стінки та ) визначаючий лінійний розмір l (діаметр труб, еквівалентний діаметр або інший геометричний параметр пучка); відносне розташування труб в пучку (шахове або коридорне) і тип труб (гладкі, ребристі і з плавниками); характер обмивання поверхні нагріву (поперечне, подовжнє або косі) і фізичні постійні гріючого середовища (димових газів).

Між коефіцієнтами тепловіддачі і визначальними його значення чинниками неможливо скласти аналітичну залежність, придатну для практичних розрахунків. У зв'язку з цим коефіцієнт тепловіддачі може бути визначений лише на основі матеріалів експериментальних досліджень. Такі усебічні дослідження були виконані в ЦКТИ і ВТИ. Експериментальні дані в цих інститутах обробляли на основі теорії подібності, відповідно до якої встановлювали розрахункові залежності між критеріями Нуссельта, Рейнольдса і Прандтля, що характеризують конвективний теплообмін.

Геометричні параметри конвективних пучків труб визначають оптимальність компонування поверхні нагріву, що дозволяє зробити правильну оцінку експлуатаційних показників процесу конвективного теплообміну в тих, що розглядаються елементах котла.

До геометричних параметрів пучка відносять зовнішній діаметр труб d, кроки поперечний і подовжній (по глибині пучка), відносне розташування труб(шахове або коридорне). У разі шахового розташування труб в пучку поверхня нагріву за інших рівних умів виходить декілька меншою, чим при коридорному розташуванні.

Компактніші поверхні нагріву можна отримати шляхом зменшення діаметру і кроків труб. Проте таке зменшення можна вважати виправданим лише у тому випадку, якщо це не викличе зниження надійності і економічності котла, що має первинне значення для транспортного судна. У зв'язку з цим діаметри труб і їх кроки необхідно оцінювати виходячи із спільного розгляду умов, що забезпечують високу надійність і економічність котла.

Діаметр труб в загальному випадку вибирають залежно від якості спалюваного палива і поживної води, а також виходячи з умови забезпечення надійної циркуляції води і пароводяної суміші в котлі. В цьому відношенні різні елементи котла мають деякі особливості.

Для забезпечення надійної циркуляції при різних навантаженнях конвективний пучок компонують найчастіше з труб двох діаметрів.

З рівняння (8.1) виходить, що ефективність конвективного теплообміну в експлуатації повністю визначається коефіцієнтом теплопередачі і температурним натиском. При цьому основний вплив на інтенсивність теплообміну робить коефіцієнт теплопередачі, залежний від коефіцієнтів тепловіддачі і і міри забруднення поверхні нагріву (термічного опору тришарової міри). При роботі котла на стаціонарному режимі зміни в часі коефіцієнтів тепловіддачі і незначні, оскільки швидкості теплообменивающихся середовищ залишаються практично постійними. Термічний опір металевої стінки ??м/??м нікчемна мало. Відповідно, зміна коефіцієнта теплопередачі обумовлена головним чином термічними опорами шару накипу (на внутрішній поверхні) і шару відкладень золи і сажі (часто вживаються терміни: зовнішні відкладення або зовнішні забруднення).

Процеси утворення накипу в паротвірних поверхнях нагріву будуть розглянуті в розд. "Водні режими суднових котлів", де перечисленні заходи по запобіганню утворенню накипу. Тут важливо відмітити, що дотримання норм водних режимів практично знімає проблему накипеобразования, т. е. вплив шару накипу завтовшки 0,1- 0,3 мм (з досвіду експлуатації) на інтенсивність теплообміну дуже трохи і їм можна нехтувати. Таким чином, зменшення коефіцієнта теплопередачі, що спостерігається в експлуатації, є в основному наслідком збільшення товщини шару зовнішніх відкладень.

Основними чинниками, що впливають на процес забруднення, є: температури димових газів і поверхонь відкладень, хімічний склад золи палива і концентрація золообразующих елементів (Na, Са, Mg, До, V, Si, S та ін.), якість того, що розпиляло і спалювання палива, швидкість димових газів, дисперсний склад часток золи і сажі, конструктивні особливості котлів.

Хімічний і дисперсний склад часток золи і сажі практично повністю формується в топці. Під час горіння палива можливе утворення наступних з'єднань золообразуючих елементів : , ,, СаО, , , MgO. Велика частина оксидів знаходиться в пароподібному стані і за межами зони горіння утворює складніші з'єднання з оксидами сірки (,і т. п.). При догорянні коксових залишків оксиди ванадію і за наявності вільного кисню переходять в п'ятиокис ванадію . Фракційний склад золи також встановлюється в топці і залежить від концентрації і розмірів крапель розпорошеного палива. Так, при повному згоранні палива розміри твердих часток саж складають в середньому 1-10 мкм, а за наявності коксових залишків 50-100 мкм. Під час руху продуктів згорання до виходу з топки і на початку газоходу відбувається коагуляція часток, на поверхности яких конденсуються пари оксидів металів, що робить їх липкими. Далі, частки золи і сажі, що сформувалися, транспортуються потоком димових газів до поверхні труб, причому частина з них осаджується на екранних трубах, інші відносяться до конвективних поверхонь нагріву.

Сам процес осадження часток золи і сажі на поверхні труби представляє собою виключно складне явище, теоретичного опису якого не існує до цього дня. Пояснюється це тим, що на частку одночасно впливає декілька різних по фізичній природі сил : термофореза (з боку факела на частку діє більший тиск молекул газу, чим з боку поверхні), світлового тиску (фотони подібно до молекул створюють різницю тисків на поверхнях частки), електростатичні, лоренцови (дія земного магнітного поля на заряджені частки), гравітаційні і інерційні. При цьому головними, такими, що визначають інтенсивність загрязнення, являються інерційні сили. Безпосередньо у поверхні труби або шару відкладень на рухому частку діють сили молекулярного тяжіння, сприяючі її закріпленню на поверхні. До цього слід додати, що великі частки (розміром більше 50 мкм) під дією інерційних сил мають достатню енергію, щоб зруйнувати верхній шар відкладень, що утворилися, і понести деякі частки в потік. Неоднозначна дія цих сил на частки свідчить об вероятностному характері механізму утворення відкладень, що утрудняє отримання надійних розрахункових залежностей за визначенням товщини шару відкладень.