ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.11.2023
Просмотров: 135
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СУДОВЫЕ КОТЕЛЬНЫЕ И ПАРОПРОИЗВОДЯЩИЕ УСТАНОВКИЛЕКЦИЯ №1
Введение
Согласно требований МК ПДНВ-78 к обслуживанию паровых и термомасляных котельных установок допускаются лица (вахтенные механики), обладающие необходимыми компетенциями, умениями и навыками согласно
Цель данного курса- дать теоретические знания в области рабочих процессов паропроизводящих котельных установок, прочностных расчетов элементов паровых котлов, особенностей их конструкций, описания и характеристик основных типов паровых и термомасляных котлов рыбопромысловых и транспортных судов, систем, обслуживающих паровые котлы, требования Регистра при постройке и эксплуатации котельных установок.
НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ СУДОВЫХ КОТЛОВ
Тепловая низкопотенциальная энергия в виде пара (или органичных теплоносителей с определенными параметрами) для обеспечением судовых потребителей вырабатывается котельной установкой (КУ).
Назначение КУ-обеспечение судовых потребителей паром нужного качества и количества, а также повышения КПД судовой энергетической установки за счет использования теплоты выпускных газов ДВС
Принцип работы: преобразование химической энергии органического топлива в процессе сгорания в тепловую энергию теплоносителей - воды, водяного пара, термоойла.
Основной процесс преобразования энергии - сжигание топлива в топке котла, который осуществляется непрерывным подводом топлива и воздуха к форсунке котла, распыливанием топлива, смешиванием с воздухом, его горение и отвод продуктов сгорания в газоход. Процессы сгорания и отвода продуктов сгорания сопровождаются теплообменом в поверхностях нагрева, т.е. передачей теплоты (излучением в топке и конвекцией в газоходе при омывании конвективного пучка труб) от продуктов сгорания к нагреваемой среде (вода, пар, воздух).
К котлу подводятся три материальных потока:
-питательная вода
-топливо
-воздух,
а отводятся:
-пар
-дымовые газы.
Подвод материальных потоков осуществляется:
-питательной
-топливной
-воздушной системами
Отвод - паровой системой
-газовыпускным трактом
со средствами автоматизации, сигнализации и защиты
Каждый материальный поток характеризуется:
-расходом вещества, кг/ч
-давлением среды, Мпа
-температурой среды, грС
К судовым котлам предъявляются требования:
-экономичность
-надежность
-удобство в эксплуатации
-готовность к немедленному действию
-степень технического совершенства
-степень соответствия заявленным параметрам(показателям назначения)
Показатели назначения:
-паропроизводительность Дк, кг/ч
-давление пара в котле Рк, Мпа
-температура пара t, грС
-расход топлива Вк, кг/ч
Показатели технического совершенства:
-испарительность топлива u=Дк/Вк кг/кг
-относительное водосодержание котла w=Gв/Дк,час
-относительная масса котла m=M/Дк, т/(кг/ ч)
-тепловое напряжение топочного объема qv=Bk Qн/Vт, кВт/м3
Показатель экономичности-КПД-отношение теплоты полезно используемой в котле к Qн-теплотворной способности топлива при сжигании 1кг
КЛАССИФИКАЦИЯ СУДОВЫХ КОТЛОВ
По принципу организации относительного движения теплообменивающихся сред:
-
Водотрубные (внутри труб вода и пароводяная смесь, снаружи газы) -
Огнетрубные ( внутри газы, снаружи вода). Топливо сжигается в жаровых трубах или в топочных камерах, дымовые газы движутся внутри дымогарных труб. В огнетрубно-водотрубных котлах-симбиоз обоих типов котлов.
По назначению:
-главные
-вспомогательные паровые котлы
По характеру движущихся сил:
- с естественной циркуляцией
- с принудительным током воды с помощью циркуляционных насосов.
По виду получения теплоты в котле:
-с непосредственным сжиганием органического топлива в топке котла
-с использованием тепловой энергии выпускных газов ДВС-утилизационные котлы
В комбинированных котлах в одном корпусе присутствуют два источника теплоты: утилизация выпускных газов ДВС и сжигание топлива в топке котла.
ТРЕБОВАНИЯ К СУДОВЫМ КОТЛАМ
-высоая надежность
-быть простыми и добными в эксплуатации
-иметьвысокую экономичность
-иметь малые габариты и массу
-быть готовыми к немедленному действию и постановки под нагрузку
ЛЕКЦИЯ №2
СЖИГАНИЕ ЖИДКИХ ТОПЛИВ В ТОПКАХ СУДОВЫХ КОТЛОВ
В судовых котлах сжигается в основном высоковязкий мазут, хотя в портах SECA требуется использование низкосернистых дизельных топлив
.
В мазутах содержится 10-15% асфальтосмолистых веществ ( асфальтенов, карбенов, карбоидов) с большой плотностью и служащих источником образования золы при сжигании мазутов. Выход золы (Ар) не превышает 0.1-0.3% рабочей массы топлива.
Влагосодержание в мазутах-0.5-1%.Содержание воды и золы в топливе представляет негорючий балласт, ухудшающий теплотехнические характеристики топлива.
Характеристики жидкого топлива:
-Элементарный химический состав топлива ( первая характеристика топлива), определяемый по рабочей массе топлива:
Ср+Нр+Sр+Ор+Nр+Ар+Wр=100%
При расчетах теплового и материального балансов используют горючую массу топлива (Ар=0, Wр=0), которая пересчитывается с рабочей массы умножением на полученный коэффициент:
100/(100-Wр-Ар)
Негорючим балластом являются также Ор-0.3-0.5% и Nр-0.3-0.4%
Горючие элементы в топливе :
Углерод Ср- теплота сгорания-33.7 МДж/кг
Водород Нр- -108 МДж/кг
Сера Sр - -9.3 МДж/кг
Содержание в мазутах Ср-82-86%
Нр-10.5-11.5%
Sр-0.5-3.5%
Содержание горючих компонентов топлива определяют теплоту его сгорания ( вторая характеристика топлива), равную количеству теплоты, выделяемой при сгорании 1 кг топлива.
На практике используется Qн не учитывающая теплоты конденсации водяных паров.
Для мазута Qн=39.4-40.7 МДж/кг
Вязкость топлива- характеристика, от которой зависит качество распыла топлива и его сгорание.
Вязкость-способность жидкости противостоять перемещению одной части относительно другой при сдвиге, растяжении и др.
Единица измерения - ПА с, характеризующий динамическую вязкость. Кинематическая вязкость - n (ню) , единица измерения -м2/с (стокс).Динамическая вязкость прямо пропорциональна плотности топлива через кинематическую вязкость.
Применяется градус вязкости условный , определяемый отношением времени истечения 200см2 мазута при 50 грС к времени истечения 200см2 дистиллята при 20грС через калиброванное отверстие вискозиметра. Мазут М40-40гр условных. Для качественного распыления топлива необходимо обеспечит вязкость 3-4гр усл. при t-100грС, что соответствует 10-15 -сантистокс.
Температура вспышки - температура, достаточная для воспламенения паров топлива в открытом сосуде при поднесении открытого пламени, но недостаточная для продолжительного горения. Характеризует пожарную безопасность. Для судовых топлив должна быть выше 60грС.
Температура застывания - температура, при которой мазут теряет свою естественную текучесть. Характеризует условия хранения и топливоперекачки.
МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
Цель составления материального баланса процесса горения топлива-определить объемы продуктов сгорания углерода, водорода и серы, необходимого для этого количества воздуха и полный объем продуктов сгорания 1 кг топлива.
В процессе горения углеводородного жидкого топлива участвуют горючие компоненты:-углерод С
-водород Н
-сера S
Согласно закона кратных отношений Дальтона-исходные вещества, вступающие в химические реакции, образуют продукты в определенных, т.н. стехиометрических соотношениях. Например: С+О2=СО2
12кг С+22.4м3 О2=22.29 м3 СО2+Q
1кг C+1.866м3 О2=1.866м3 СО2
Аналогично- 1кг S+0.7м3 О2=1.866м3 SO2+9220 кДж
1кг Н+5.55м3 О2=11.1м3 Н2О+120 000кДж
При сгорании 1 кг топлива требуется теоретически необходимое количество кислорода:
Vo2=1,866 Cр/100+0,7 Sр/100+5,55 Нр/100-Ор/100 Ро2, гдеРо2 =1.44кг/м3-плотность кислорода
В воздухе содержится 21% кислорода, поэтому теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива
Vo=Vo2/21=0,0889(Cp+03,75Sp)+0,265Hp-0,333Op
Строгие расчеты этих величин по стехиометрическим соотношениям затруднительны, предлагаются формулы с эмпирическими коэффициентами:
Vo=0,262(Qнр+0,025Wp)
Vro2=0,0392(Qнр+0.025Wp)
Vh2o=0,0327(Qнр+0.025Wp)
Объем газов при стехиометрическом горении:
Vг0=0.281(Qнр+0.025Wp)+0,0124Wp
Из-за несовершенства процесса перемешивания воздуха и топлива, воздух подается в избытке, определяемым отношением:
а=Vд/Vo-коэффициент избытка воздуха, зависящее от вида топлива, качества его распыливания, технического совершенства топочного устройства, нагрузки котла, температуры воздуха и т.д.
а-1.15-1.3- для вспомогательных котлов
а-1.03-1.05-для главных котлов
В практике возможно определение” а”по “кислородной формуле” , используя замер содержания кислорода в дымовых газах:
a=21/(21-О2,г)
На долевых нагрузках а=1-(аном-1)/Д/Дном
Продукты сгорания содержат:
Vro2-объем трехатомных газов
VoN2-объем азота в теоретически необходимом воздухе для сгорания 1кг топлива
VoH2o-объем водяных паров при сгорании водорода топлива
VH2oизб=0,016(a-1)Vo-объем водяных паров в избыточном воздухе
Vo(a-1)-объем избыточного воздуха
VoN2=0,79Vo+0.008Np
Vго=Vro2+VoN2+VH2O
Зная коэффициент избытка воздуха а, объем водяных паров и полный объем продуктов сгорания 1 кг топлива определяем:
Vн2о=VoH2o+0,016(a-1)Vo
Vг=Vго+(а-1)Vo+0,016(a-1)Vo=Vго+1,016(a-1) Vo
Объемные доли водяных паров и 3-х атомных газов определяем :
rRO2=Vro2/Vг
rН2О=VH2o/Vг
Зная удельные теплоемкости компонентов продуктов сгорания при определенных температурах, рассчитываем энтальпии продуктов сгорания.
Энтальпия продуктов сгорания при а>1:
(1)СКУ Денисенко Н.И. стр.24, (17)
Jг=(VRO2CRO2+VoN2CN2+VoH2OCH2O)t+(a-1)VoCBt
Выбирая теплоемкости из таблиц при данной температуре через каждые 100 градусовС в диапазоне 100-2200 градусовС, расчитываем энтальпию продуктов сгорания и данные заносим в табличную форму,а по ним строим график изменения энтальпии в зависимости от температуры
Для последующих тепловых расчетов возможно определить энтальпию при любой температуре
ЛЕКЦИЯ №3
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТОПОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ
В топке котла протекает сложный физико-химический процесс, связанный с особенностями смесеобразования, реакций окисления горения и в соответствии с законом действующих масс- при постоянной температуре скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.
В реакциях горения требуется активировать молекулы исходных веществ, т.е. разрушить межатомные связи, что приводит к образованию промежуточных активных продуктов: атомов, радикалов, окислов, перекисей, которые начинают реагировать между собой. Реакции протекают с образованием, кроме конечных продуктов сгорания, промежуточных активных соединений, способных поддерживать непрерывный ход реакций - цепные реакции-пример реакция окисления водорода
Н
+
ОН ---------------- О2--------------- О
+ +
Н2 H2
/ \ / \
Н Н2О OH H
+ + + +
O2 H2 H2 O2
/ \ / \ / \ / \
O OH H H2O O OH
При столкновении со стенками топки или молекулами золы и азота активные промежуточные соединения теряют избыточную энергию и цепные реакции обрываются.
Поэтому в ограниченном объеме цепная реакция разгоняется до определенной скорости, которая в дальнейшем остается постоянной и температура горения