Главные судовые парогенераторы

В гл. VI указывалось, что судовым парогенератором называется агрегат, в котором за счет тепловой энергии, образующейся при сгорании топлива, происходит превращение воды в пар с давлением выше атмосферного.

Парогенератор является сложным теплообменным аппаратом, в котором происходят физические явления, связанные с процессом теплообмена и циркуляции воды, пара и пароводяной смеси.

Сущность процесса теплообмена заключается в том, что теплота от среды с высокой температурой (горячих газов) передается среде с низкой температурой (воде, пару и воздуху). Теплообмен в парогенераторах происходит через стены труб и камер, образующих поверхности нагрева. Он осуществляется тремя способами: тепловым излучением, конвекцией и теплопроводностью. Совокупность действия этих трех способов передачи теплоты называется теплопередачей. Распространение теплоты в воде и паре происходит главным образом конвекцией. Частицы жидкости (пара), находящиеся в непосредственном соприкосновении с поверхностями нагрева, получают от них теплоту, нагреваются, становятся более легкими и поднимаются, уступая место соседним, более холодным, а следовательно, и более тяжелым частицам. Вследствие этого происходит движение частиц жидкости в виде восходящих и нисходящих потоков и осуществляется теплообмен внутри массы жидкости. Это явление непрерывного перемещения частиц воды и пара и носит название естественной циркуляции.

Пространство, в котором сжигается топливо и движутся горячие газы, называется огневым объемом парогенератора. Внутреннее пространство парового коллектора состоит из двух частей: водяного пространства, заполненного водой, и парового, заполненного паром. Разделяющая их поверхность воды называется зеркалом испарения. Проекция зеркала испарения на какую-либо вертикальную плоскость определяет уровень воды в паровом коллекторе. Вода, находящаяся в работающем парогенераторе, называется парогенераторной, а вода, поступающая в него для пополнения ее убыли,— питательной. Для хорошего отвода теплоты от стенок испарительного пучка необходимо, чтобы вода и пароводяная смесь в парогенераторе беспрерывно двигалась по определенному пути.

Движение воды внутри парогенератора осуществляется по одному и тому же замкнутому контуру. При естественной циркуляции вода и пароводяная смесь движутся в парогенераторе благодаря разности их плотностей, а при принудительной циркуляции движение воды и пароводяной смеси происходит под действием насоса. Часть поверхности парогенератора, с одной стороны омываемая горячими газами или освещаемая тепловыми лучами, а с другой омываемая водой, паром или воздухом, называется поверхностью нагрева. Она подсчитывается со стороны отдачи теплоты и измеряется в квадратных метрах. Часть поверхности нагрева, принимающая теплоту от топливного факела и протекающих газов, называется радиационной поверхностью нагрева. Радиационная поверхность нагрева, через которую не протекает газовый поток и которая получает только лучистую теплоту, называется экраном. Поверхность нагрева парогенератора, принимающая теплоту горячих газов путем соприкосновения с ними, называется конвективной.

Основные характеристики парогенератора определяются параметрами производимого им пара, паропроизводительностью, удельным паросъемом, тепловым напряжением поверхности нагрева, теплонапряжением топочного объема и коэффициентом полезного действия (КПД).

Параметрами пара, или основными показателями, характеризующими качество пара, производимого парогенератором, являются: для перегретого пара — давление и температура, а для насыщенного пара — давление и степень сухости.

Паропроизводительностью парогенератора называют количество пара, вырабатываемого им в единицу времени.

Удельный паросъем — это количество пара, снимаемого с 1 м² поверхности нагрева парогенератора в единицу времени.

Тепловым напряжением поверхности нагрева называется мощность теплового потока, воспринимаемая 1 м² поверхности нагрева.

Теплонапряжением топочного объема называется мощность теплового потока, которая выделяется с 1 м³ топочного объема.

Коэффициентом полезного действия (КПД) парогенератора называется отношение полезно используемой теплоты ко всей теплоте, введенной в топку с топливом.

Как уже отмечалось, судовые парогенераторы могут быть огнетрубными и водотрубными. Главные парогенераторы, как правило, выполняют водотрубными. Классифицировать парогенераторы можно и по ряду других признаков. Парогенераторы с принудительной циркуляцией разделяются на парогенераторы с многократной принудительной циркуляцией и прямоточные, у которых вода проходит по трубам один раз и испаряется, превращаясь в пар.

По давлению пара различают парогенераторы низкого давления (до 2,2 МН/м²), среднего давления (до 4 МН/м²), повышенного давления (до 6 МН/м²) и высокого давления (выше 6 МН/м²).

Водотрубные парогенераторы различаются также по следующим конструктивным признакам:
—     по количеству коллекторов — одно-, двух- и трехколлекторные;
—     по количеству протоков газа — двухпроточные, в которых газы, образующиеся в топке, расходятся в двух направлениях, а затем поступают в общую дымовую трубу, и однопроточные, в которых газы движутся только в одном направлении;
—     по расположению их частей относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось верхнего коллектора,— симметричные, имеющие одинаковые правую и левую стороны, и асимметричные, у которых части, расположенные по обе стороны вертикальной плоскости, имеют неодинаковые формы и размеры;
—     по расположению пароперегревателей — с вертикальными внешними и внутренними пароперегревателями, с горизонтальными пароперегревателями, с отдельной топкой для пароперегревателя;
—     по углу наклона испарительных труб — вертикальные, у которых трубы расположены вертикально или с наклоном 20—50° к горизонтали, и горизонтальные, у которых трубы наклонены к горизонтали под углом 15—20°.

• Устройство водотрубных парогенераторов