И коэффициент полезного действия котла

 

§ 6Л. Тепловые потери

Теплота, выделившаяся в резуль­тате горения топлива в топке, пол­ностью использована быть не может. Часть теплоты теряется, тем самым снижается основная характеристика котла — экономичность его работы. Главной задачей при проектировании и эксплуатации котла является повы­шение его эффективности посредст­вом снижения потерь теплоты. Разли­чают следующие тепловые потери, от­несенные к 1 кг сжигаемого топлива и выраженные в процентах: с уходя­щими газами, от химической непол­ноты горения, от механической не­полноты горения и в окружающую среду.

Потеря теплоты с уходящими га­зами q₂. Потеря определяется энталь­пией уходящих газов /_ух в атмосфе­ру. Энтальпия /_ух — это количество теплоты в килоджоулях на кило­грамм, которым располагают продук­ты сгорания топлива массой 1 кг. Зависимость между потерей qz (%) и энтальпией /_ух устанавливается вы­ражением:

_q2 = 91 ЮО =      ~       ~ ^T 100.

(6.1)

В этом выражении потерянная с уходящими газами теплота Qz, отне­сенная к 1кг топлива, меньше энталь­пии уходящих газов, так как /_ух (кДж/кг) учитывает еще и физи­ческую теплоту воздуха ф_ф „ и топли­ва <2_Ф._Т, также отнесенные к 1 кг сож­женного топлива,

/_Ух = Q₂ + (2ф._в + <2ф._т.                       (6-2)

Для уменьшения потери необхо­димо понижать энтальпию /_ух ухо­дящих газов. Это достигается уста­новкой экономайзеров и воздухопо­догревателей и применением совер­шенных топочных устройств, обеспе­чивающих горение при малом коэф­фициенте избытка воздуха.

Излишний воздух, подаваемый в топку для горения топлива, увели­чивает объем газов, приводя к росту потери теплоты с уходящими газами. В эксплуатации на величину /_ух ока­зывает влияние также состояние по­верхностей нагрева котла. Отложе­ние на поверхностях нагрева сажи и накипи ухудшает теплообмен между газами и нагреваемой средой, в ре­зультате чего значительная часть теплоты газов уносится в атмосферу.

Однако, снижая энтальпию уходя­щих газов, необходимо принимать во внимание нижний предел их темпе­ратуры. При относительно низких температурах стенок труб поверх­ностей нагрева (в первую очередь хвостовых поверхностей нагрева) па­ры, содержащиеся в дымовых газах, могут конденсироваться, вызывая коррозию этих поверхностей.

Интенсивное коррозионное воз­действие на трубы или другие элемен­ты хвостовых поверхностей нагрева котла происходит из-за присутствия в топливе серы. Один из продуктов ее сгорания серный ангидрид SO3, вхо­дя в химическое соединение с водя­ным паром, образует пары серной кислоты H2SO4. Следовательно, ухо­дящие газы содержат смесь паров Н₂О и H2SO4.

Температура, при которой начи­нают конденсироваться содержащие в дымовых газах пары, называется температурой точки росы. Если бы в уходящих газах не было продуктов сгорания серы, то конденсация толь­ко водяного пара определилась бы парциальным давлением конденси­рующегося водяного пара с темпера­турой примерно 50 °C. Из-за ’ пар­циального давления паров серной кислоты температура конденсации смеси паров Н2О и H2SO4 становит­ся значительно выше, достигая 120—.130 °C.

Для защиты поверхностей нагрева котла нельзя допускать, чтобы темпе­ратура его стенок была ниже темпе­ратуры точки росы или равна ей. У большинства судовых агрегатов тем­пература уходящих газов составляет приблизительно 140—100 °C, а у наи­более современных главных кот­лов— примерно 125—130 °C. Для предохранения хвостовых поверхнос­тей нагрева от коррозии используют специальные покрытия труб или вво­дят присадки. Необходимо также учитывать, что с уменьшением на­грузки котла температура уходящих газов снижается, приближаясь к тем­пературе точки росы.

Потеря теплоты с уходящими газа­ми qi является наибольшей из всех других тепловых потерь котла. В главных котлах она составляет 2— 7%, а во вспомогательных значитель­но выше.

Потеря теплоты от химической не­полноты горения Цз- Потеря опреде­ляется содержанием в уходящих га­зах продуктов неполного сгорания топлива. К таким продуктам относят­ся окись углерода СО, водород Н₂, метан СН₄ и некоторые другие угле­водороды, Поскольку, кроме СО, со­держание других веществ ничтожно мало, при определении потери уз учитывают в уходящих газах лишь содержание окиси углерода. Химиче­ский состав уходящих газов опреде­ляют с помощью приборов — газо­анализаторов, которые могут быть ручными переносными и штатными, автоматическими и с ручным обслу­живанием. Принцип работы ручного газоанализатора поглотительного ти­па основан на определении химичес­ким способом изменения объема га­зовой смеси после удаления (погло­щения) анализируемого элемента. Преимущественное распространение получил газоанализатор системы Орса. Автоматические газоанализа­торы представляют собой электри­ческие приборы, например с мостовы­ми схемами, определяющие состав

уходящих газов путем измерения теп­лопроводности составляющих эле­ментов. На потерю влияют сорт топ­лива, степень совершенства топочно­го устройства, его техническое со­стояние и качество обслуживания. Недопустим недостаток подаваемого воздуха. При уменьшении (по срав­нению с оптимальным значением) коэффициента избытка воздуха а пех­теря значительно возрастает. Вместе с тем при оптимальном значении а и даже при избытке подаваемого воздуха может происходить неполное сгорание, если неисправно воздухо­направляющее устройство.

Качество процесса горения топли­ва по величине Дз можно определить по эмпирической формуле:

дз — МаСО,              (6.3)

где М — коэффициент, равный 3,14-3,3; мень­шие значения М соответствуют бо­лее низкому коэффициенту избытка воздуха а.

В современных котлах при пра­вильной технической эксплуатации потеря от химической неполноты го­рения дз не превышает 0,5%.

Потеря теплоты от механической неполноты горения q4. Она появля­ется в основном при сжигании твер­дого топлива из-за провалов его че­рез колосниковые решетки и потерь при чистках топки. У котлов, рабо­тающих на жидком топливе, при их правильной технической эксплуата­ции потери практически нет и ее не учитывают (д₄ = 0). При сжигании жидкого топлива потеря может воз­никнуть лишь при плохом распыли- вании мазута, больших отклонениях коэффициента избытка воздуха от оптимального значения, неправиль­ной эксплуатации котла, что прояв­ляется в виде отложений сажи и коксообразования.

Потеря теплоты в окружающую среду через наружные поверхности qs. Потеря зависит от размеров кот­ла, компоновки воздушных трактов, обшивки и качества изоляции. Кроме того, на нее влияет режим работы котла. При снижении нагрузки по­теря возрастает, так как при мень- 88

шем количестве расходуемой теплоты часть теплоты, теряемая в единицу времени через наружные поверхно­сти, практически сохраняется на всех режимах. В главных котлах более ранней постройки потеря составляет примерно 1 —1,5%, в современных благодаря двойной обшивке, по ко­торой движется подаваемый в топку воздух, потеря составляет примерно 0,5—1%. Во вспомогательных агре­гатах потеря может быть 2—2,5% и выше.

§ 6.2. Коэффициент полезного действия

Работа котла может характеризо­ваться тепловым балансом, который представляет собой соотношение, связывающее приход и расход тепло­ты в агрегате. Тепловой баланс котла составляют по результатам тепло­технических испытаний агрегата на установившемся режиме его работы и относят к 1 кг израсходованного топлива. С помощью теплового ба­ланса можно установить степень экономичности агрегата, выявить потери, принять меры для их умень­шения.

Для практического использования тепловой баланс обычно составляют по низшей теплоте сгорания QJJ. Со­гласно закону сохранения энергии для котла уравнение теплового ба­ланса имеёт вид

QnoK ~ Ql Д ^QnOT’ (6.4) где (?_под — теплота, подведенная в топку кот­ла, кДж/кг;

Qi — полезно использованная теплота, отнесенная к массе топлива 1 кг; 2Q_n0T — сумма тепловых потерь, кДж/кг. В топку подводится теплота, обра­зующаяся от сгорания топлива, а также физическая теплота самого топлива и воздуха. Последние вели­чины входят в потерю с уходящими газами, поэтому отдельные состав-' ляющие теплового баланса считают в процентах величины QJ. Основное уравнение теплового баланса для

 

котлов, работающих на жидком топ­ливе

QS = Qi + Q2 + Q3 + Qs, (6.5)

где Qi, Q.3. Qs — потери соответственно с ухо­дящими газами, от хими­ческой неполноты сгорания и в окружающую среду, кДж/кг.

Умножив обе части уравнения на 1OO/QS, получим:

100 = q_x + 72 + 7з + qs- (6.6)

Величина q\ = (Qi/QS) Ю0 пред­ставляет собой коэффициент полез­ного действия 1% котла, т. е. отно­шение полезно использованной теп­лоты к низшей теплоте сгорания топ­лива, выраженное в процентах,

_Пк = 100 — (<?2 + 4з + 9з). (6.7)

Рассмотренный способ определе­ния КПД котла называется методом определения по обратному балансу и обычно используется в том случае, если в период испытаний трудно оп­ределить точное количество воды, па­ра и топлива.

Если взять котел, вырабатываю­щий перегретый, насыщенный и ох­лажденный пар, у которого произве­денные количества перегретого ö_n, насыщенного 0_Н и охлажденного D_m пара, а также расход топлива В, вы­раженные в килограмм в час, извест­ны, то коэффициент полезного дейст­вия котла может быть определен по прямому балансу, составленному для его пароводяного тракта (рис. 6.1). Коэффициент полезного действия определяется как отношение количе­ства теплоты, израсходованной на производство пара, к количеству теп­лоты, выделенной за этот же проме­жуток времени сожженным топли­вом,

В_п (А1 Дв) Д Вц (^_н Дв) I

■                5«                  ~ ⁺

j ö_ox (/ох Ai.b)

⁺--------- BQS------ '                                <⁶-⁸>

Значения энтальпий Z_H, z_ox и г_пв соответственно перегретого, насы­щенного, охлажденного пара и пита­тельной воды, выраженные в кило-

Рис. 6.1. Принципиальная схема паро­водяного тракта котла:

1 — воздухоподогреватель; 2 — экономай­зер; 3 — пароперегреватель; 4 — топка

 

джоулях на килограмм, в зависимос­ти от исходных параметров опреде­ляют по таблицам водяного пара.

Общая паропроизводительность котла D_K = D_n + D_m + О„.

Если котел вырабатывает только перегретый и насыщенный пар, его КПД

_ Bn(i-n Дв) В_И(1_Н Д_В) /й Щ

^?1к~                       BQ₽                 ■ ¹  ’

Если котел производит только пе­регретый пар, его КПД

^Д-»7р'^П'-’       ⁽⁶'¹⁰⁾

а если только насыщенный пар, то

В^» Д.в)                           1 1 \

^(6JI)

Значения КПД различных вспомо­гательных котлов приводились в § 5.1. Здесь лишь ютметим, что у совре­менных главных котлов с развиты­ми хвостовыми поверхностями нагре­ва он составляет 92—94%, а при использовании промежуточного пере­грева пара достигает 96—97% (см. § Ю.1).

Остановимся на КПД утилизаци­онного котла. Уравнения его тепло­вого баланса для определения КПД можно составить, использовав зави­симости, аналогичные рассмотрен­ным для котлов, работающих на топ­ливе, непосредственно сжигаемом в топках агрегатов. Однако подведен­ная к котлу теплота, полученная при сжигании топлива массой I кг, здесь соответствует теплоте уходящих из дизеля или газовой турбины газов, поэтому <2_ПОД = 1\с, где Л — энталь­пия газов при входе в утилиза­ционный котел; с^1 — коэффициент, учитывающий протечки или перепуск газов помимо утилизационного агре­гата.

Если утилизационный котел произ­водит перегретый и насыщенный пар, его КПД. (%) выразится уравнением

^пОп ^и.в) + ^£)_II(i_II <пв)

Пук-                     _сВЦ                      ДО. 12)

где В — расход топлива в дизеле или газо­вой турбине, кг/ч.

Если утилизационный котел произ­водит только насыщенный пар, его КПД (%) находят по уравнению

O_K(Z_H in.»)

=—Твй—•                     ⁽⁶¹³⁾

При составлении уравнения по об­ратному балансу потеря q₃, естест­венно, не учитывается, поэтому КПД (%) выражается формулой:

Т)ук= 100—(<?2 + <75). (6.14)

Следует отметить, что КПД ути­лизационного котла представляет со­бой некоторую условную величину, характеризующую лишь степень ис­пользования поступающей от двига­теля в котел теплоты.

Контрольные вопросы

1. Какие тепловые потери учитывают в па­ровом котле и от чего зависит величина по­тери теплоты с уходящими газами?

2. Какие меры предусматривают для сни­жения потери с уходящими газами при проек­тировании и эксплуатации парового котла?

3. Что называется КПД котла?

4. В каких случаях представляется воз­можным определить КПД котла по прямому и обратному балансам?

5. Почему КПД утилизационного котла представляет собой некоторую условную вели­чину?

 

 

Глава 7 ВОДНЫЙ РЕЖИМ КОТЛА

 

§7.1. Используемая вода

Эффективность работы энергети­ческой установки и ее эксплуатацион­ная надежность в большой степени зависят от качества воды, используе­мой в котлах. Требования к каче­ству воды определяются в основном назначением котла и его рабочим давлением. Различают воду следую­щих видов:

котловую, находящуюся в парооб­разующих трубах, трубах эконо­майзера, коллекторах и других эле­ментах циркуляционных контуров котла во время его работы;

питательную, подаваемую непо­средственно в котел в процессе его работы. В качестве питательной воды 90 обычно используют конденсат, полу­чаемый в результате конденсации отработавшего пара;

продувочную, удаляемую из котла при продуваниях;

добавочную, подаваемую в котел для пополнения потерь воды при про­дувании агрегата и отдельных маги­стралей, потерь в результате работы сажеобдувочных устройств и для во­сполнения утечек через неплотности арматуры.

Добавочная вода обычно пред­ставляет собой дистиллят, получае­мый в испарительных установках из забортной воды. В отдельных случа­ях во вспомогательных котлах не­большой паропроизводительности допускается в качестве добавочной

использовать непосредственно прес­ную воду, принимаемую с берега.

Перечисленные виды воды суще­ственно различаются качественными показателями, основными из которых являются содержание хлоридов, жесткость, щелочность, фосфатное число, нитратное число, концентра­ция водородных ионов, содержание газов.

Сумма всех содержащихся в воде солей называется общим солесодер- жанием, о котором можно судить по содержанию хлоридов.

Содержание хлоридов — это со­держание в воде хлористых солей NaCl, MgCl₂, СаС1₂ и других, кон­центрацию которых выражают в миллиграммах хлор-иона CI, со­держащихся в 1 л воды (мг/л). В технической литературе в качестве единицы солености можно встретить градус Брандта (1° Бр), который соответствует концентрации 10 мг/л хлорида натрия NaCl. 1° Бр равно­ценен 6,06 мг/л хлор-иона CI“.

По содержанию хлоридов можно контролировать случаи, засоления морской забортной водой конденса­та в конденсаторах, теплых ящиках, пресной воды в междудонных цистер­нах и других емкостях в случае появ­ления там неплотностей.

Жесткость — это качество воды, определяемое количеством раство­ренных в ней солей кальция Са и маг­ния Mg. Жесткость — одна из важ­нейших характеристик воды, так как соли жесткости являются основными накипеобразующими веществами.

Различают жесткость общую Ж_о, кальциевую Жса, магниевую Жм_е, карбонатную Ж_к и некарбонатную Ж_як: Ж_о=Ж_Ся+Ж_Ме=Ж_к+Ж_як. Кальциевая и магниевая виды жест­кости определяются концентрацией в воде ионов соответственно кальция и магния.

Карбонатная (временная) жест­кость обусловлена содержанием в воде двууглекислых солей кальция и магния, которые при нагревании во­ды до температуры кипения разла­гаются: Са(НСОз)₂—^СаСОз+СО₂+ + Н₂О; Mg(HCO₃) 2—MgCO₃ + Н₂О, а затем происходит гидролиз кар­боната магния: MgCO₃ ф- Н >О^ |Mg(OH)₂+CO₂.

При выводе вместе с паром угле­кислого газа СО₂ образуются труд­норастворимые вещества СаСОз и Mg(OH)₂, которые выпадают в оса­док и в виде шлама удаляются из котла при продуваниях.

Некарбонатная (постоянная) жесткость обусловлена содержанием в воде в основном сернокислых и хлористых солей кальция и магния CaSO₄, MgSo₄, CaCI₂, MgCI₂, кото­рые хорошо растворяются в воде, в осадок при нагревании не выпадают и при испарении воды откладываются на поверхности нагрева в виде накипи.

Щелочность воды обусловлена присутствием в ней веществ, которые при диссоциации или гидролизе обра­зуют ионы ОН^-. Обычно щелочность связана с присутствием в воде ионов СО₃, НСОз, РО₄. В зависимости от того, какие ионы присутствуют в воде, щелочность называют соот­ветственно гидратной (ОН), карбо­натной (СО₃), бикарбонатной (НСО₃) или фосфатной (РО₄). Сумма этих видов щелочности назы­вается общей щелочностью. Кроме того, щелочь может быть свободной и связанной. Свободная щелочь об­разуется при вводе бикарбоната нат­рия, а связанная — при вводе три­натрийфосфата. Причиной появле­ния щелочцости воды является введе­ние в нее химических соединений для устранения жесткости и накипеобра- зования. Щелочность выражается в миллиграмм-эквивалентах на литр, но чаще используют показатель, на­зываемый щелочным числом.

Щелочное число А_г представляет собой общую щелочность в перерас­чете на NaOH (мг/л). Для измерения щелочности используются также фосфатное число Р_г, нитратное чис­ло N_z и показатель концентрации водородных ионов pH.

	Главные, вспомогательные Главные котлы (водо- и утилизационные котлы трубные) давлением
		2 МПа ные дав­лением до 2 МПа

		Питательная вода
	* Для котлов, переведенных на фосфатно-нитратный режим.

Фосфатное число — это избыток тринатрийфосфата, который содер­жится в котловой воде и определя­ется количеством фосфатного ангид­рида РО₄ (мг/л).

Нитратное число — это содержа­ние в воде НаМОз(мг/л). Вводится нитрат натрия NaNOs для нейтрали­зации агрессивного действия сво­бодной щелочи в котельной воде, что практически исключает межкристал­литную коррозию и хрупкость метал­ла в местах вальцовки и других соединений при наличии в них про­паривания.

Водородный показатель pH (пока­затель концентрации водородных ионов) характеризует степень щелоч­ности или кислотности воды и опре­деляет ее коррозионную активность. Чистая нейтральная вода при темпе­ратуре 22 °C ■ имеет рН=7. Если рН>7, то вода имеет щелочную реакцию, если рН<7, то кислую. С помощью показателя pH определяют щелочность питательной воды, для этого на современных судах на пита- 92

тельном трубопроводе ставят датчи­ки к рН-метру.

Содержание газов — важнейший показатель качества воды. В воде могут находиться в растворенном виде кислород Ог, азот N2 и угле­кислый газ СО2. Азот является нейт­ральным газом и на протекание про­цесса коррозии и обработку воды влияния практически не оказывает. Кислород — основной коррозионный агент, вызывающий химическую кор­розию пароводяного тракта котла. Содержащийся в воде углекислый газ влияет на процессы обработки воды. Кроме того, в присутствии СОг в воде также начинают активно про­текать коррозионные процессы с вы­делением водорода.

Растворимость газов в воде зави­сит от парциального давления и тем­пературы воды. С повышением дав­ления растворимость газов увеличдг- вается, а с повышением температуры уменьшается. При кипении раствори­мость кислорода стремится к нулю. Нормы качества питательной и кот-

 

ловой воды устанавливаются инст­рукциями завода-изготовителя и су­довладельца по каждой серии судов в зависимости от параметров пара и конструктивных особенностей кот­лов.

Основные нормы качества воды для котлов морских судов (не более) приведены в табл. 7.1'.

§ 7.2. Водообработка и питательная система котла

Водообработка. Для исключения накипеобразования на поверхностях нагрева котла и коррозии элемен­тов пароводяного тракта проводится обработка воды перед поступлением ее в котел и внутри него (докотло- вая, внутрикотловая).

Докотловая обработка воды на морских судах сводится главным об­разом к фильтрации конденсата, при­готовлению высококачественной до­бавочной воды из забортной и уда­лению газов из питательной воды.

Масло и нефтепродукты могут по­пасть в питательную воду из-за не­плотностей змеевиков систем обогре­ва в топливных и масляных емко­стях, грузовых танках, подогрева­телях, а также с конденсатом отра­ботавшего пара паровых поршневых механизмов. Очистка питательной воды от нефтепродуктов имеет особо важное значение, так как теплопро­водность накипи, пропитанной нефте­продуктами, весьма низка. Из-за ухудшения передачи теплоты от ме­талла к воде металл может пере­греться, произойдет авария котла.

В питательной воде водотрубных котлов с давлением пара выше 2 МПа содержание нефтепродуктов в воде не допускается. В пароэнергетиче­ских установках современных судов пар для обогрева нефтепродуктов и для работы паровых поршневых ме-

¹ Данные опубликованы на основе реко­мендованных норм, приведенных в прило­жении IV Правил технической эксплуатации судовых технических средств РД 31.21.30—83.
ханизмов обычно вырабатывается в испарителях грязных конденсатов (ИГК).

Испаритель грязных конденсатов представляет собой вспомогательный котел, работающий на теплоте пер­вичного греющего пара, подводимого в ИГК по петлям или змеевикам от котла или частично отбираемого от главной турбины на ходу. Конден­сат от систем обогрева нефтепродук­тов и образовавшийся из отработан­ного пара поршневых механизмов поступает в корпус ИГК, где благода­ря теплоте первичного пара превра­щается во вторичный пар, направляе­мый вновь к тем же потребителям. Следовательно конденсат, который содержит (или может содержать) в себе нефтепродукты, заключен в ав­тономную систему и в основную си­стему питания котла не поступает.

На морских судах с другими энер­гетическими установками для очист­ки конденсата от иных плавающих продуктов обычно применяют теплый ящик ■ — сборник конденсата, где очистка питательной воды от меха­нических примесей и масла осуще­ствляется одновременно и отстаива­нием, и фильтрацией (рис. 7.1).

Теплый ящик представляет собой прямоугольную сварную цистерну /, разделенную на две части горизон­тальной перегородкой 2. Верхняя часть теплого ящика разделена вер­тикальными перегородками 3 на ряд каскадных отсеков. В первых трех от­секах нефтепродукты только отстаи­ваются и оседают механические при­меси. В последних двух отсеках про-

Рис. 7.1. Схема теплого ящика

Рис. 7.2. Схема деаэратора

исходит фильтрация, для чего в них установлены фильтры 4, заполняе­мые коксом, поверх которого обычно укладывают манильскую или сезаль- скую пеньку, люфу или древесную стружку. Иногда в дополнение к этим фильтрующим материалам применя­ют тканевые материалы (махровое, полотно, сукно) и поролон.

Очищенная вода из последнего от­сека поступает в нижнюю часть теп­лого ящика, откуда по трубе 5 заби­рается питательным насосом. Все пе­речисленные выше фильтрующие материалы задерживают только гру­бодисперсное (капельное) масло. Масло же в виде эмульсии может быть удалено из воды при фильтро­вании только через активированный уголь. Обычно фильтр с активирован­ным углем размещают в отдельном от теплого ящика корпусе. В ряде случаев на напорной магистрали питательного насоса (после теплого ящика) устанавливают фильтры, фильтрующий элемент у которых представляет собой латунную сетку, обтянутую фланелью.

Для удаления из воды кислорода и углекислого газа в пароэнергети­ческих установках с давлением пара выше 2МПа широко используют термическую деаэрацию питательной воды в агрегатах, называемых деаэ­раторами. Термическая деаэрация основана на принципе снижения ра­створимости газов в воде при повы- 94 шении температуры и снижении дав­ления. Деаэратор, кроме того, яв­ляется сборником конденсата и одной из ступеней подогрева питательной воды (рис. 7.2).

Деаэратор состоит из головки 2, бака-аккумулятора 7, охладителя 3, трубопроводов и арматуры. Из кон­денсатора пароэнергетической уста­новки конденсат с помощью насоса подается по трубопроводу 9 в головку 2. Проходя предварительно через охладитель выпара, конденсат не­много подогревается. В деаэрацион­ную головку по трубопроводу 5 пода­ется также греющий пар, который в паротурбинных установках на ходу забирается обычно из отбора турбо­агрегата, а на стоянке и маневрах — от пароохладителя.

Для обеспечения быстрого нагрева поступающего конденсата необходи­ма возможно большая поверхность соприкосновения паровой и жидкой фаз. В деаэрационной головке это обеспечивается с помощью разбрыз­гивающих устройств в виде форсунок или перфорированных тарелок, бла­годаря чему создается большая по­верхность контакта воды и пара. Пар, двигаясь навстречу струям воды, на­гревает воду до температуры кипе­ния, что способствует интенсивному выделению из нее газов. В процессе нагрева воды значительная часть греющего пара кондёнсируется. Смесь выделившихся газов и части несконденсировавшегося пара, назы­ваемая выпаром, направляется в ох­ладитель 3 выпара, где пар конденси­руется, отдавая свою теплоту движу­щемуся по трубам конденсату, а газы отводятся в атмосферу.

Из-за малого времени пребывания воды в головке деаэратора стекаю­щая из нее в бак-аккумулятор деаэ­рированная вода все же может содер­жать некоторое количество раство­ренного газа, поэтому с помощью барботажного устройства 6 через во­ду в баке дополнительно пропускают пар, что способствует лучшей деаэра­ции. Деаэрированная вода по трубо­проводу 8 забирается из деаэратора

питательным насосом. Для создания подпора деаэратор располагают на 8—10 м выше всасывающего патруб­ка питательного насоса. В системах, обслуживающих деаэратор, преду­смотрены регулятор 1 уровня воды и регулятор 4 подачи пара.

Для более глубокого обескислоро­живания питательной воды в допол­нение к термической деаэрации иног­да предусматривают химические спо­собы полного связывания кислорода. С этой целью в воду вводят химиче­ские реагенты — сульфит натрия (NajSOi) или гидразин (N2H4), кото­рые взаимодействуют так: 2Na2SO₃-|-O2-^2Na2SO4; МгЬПЭ-Ог-*- -^НгО+Мг- При термической деаэ­раций остаточное содержание кисло­рода в воде составляет примерно 0,03—0,05 мг/л. Благодаря дополни­тельной химической обработке кисло- родосодержание в питательной воде может быть снижено до 0,01 мг/л.

В настоящее время у котлов невы­соких давлений находят распростра­нение безреагентные методы обра­ботки воды и в первую очередь маг­нитный (электромагнитный) способ. Сущность его заключается в том, что после воздействия на воду магнитно­го поля определенных значений на­пряженности и полярности соли же­сткости теряют способность к образо­ванию накипи и выпадают в виде шлама.

Электромагнитный прибор для об­работки воды (рис. 7.3) состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которого размещен сердечник 2. На сердечник намотано шесть соединен­ных последовательно катушек элект­ромагнитов 3 с таким расчетом, что­бы на гребнях сердечника располо­жились одноименные магнитные по­люсы. Сердечник с катушками заклю­чен в стакан 5 в виде вертикаль­ной трубы. Катушки изолированы от сердечника электроизоляционным картоном 4 и разрезными гетинаксо- выми шайбами 6. Питательная вода, поступая в прибор, движется по коль­цевому каналу между корпусом и внутренним стаканом. I

Опыты показывают, что при маг­нитной обработке воды не только предотвращается накипеобразова- ние, но и происходит разрушение старой накипи. Вместе с тем метод не обеспечивает полного устранения накипеобразования, что исключает его применение в высоконапряжен­ных котлах. Применяется также ультразвуковая обработка воды, ос­нованная на воздействии- ультра­звука, нарушающего процесс образо­вания накипи.

Основным способом получения во­ды нужного качества на морских су­дах является метод термического обессоливания, т. е. получение ди­стиллята из забортной морской воды в испарительных установках, в кото­рых под воздействием теплоты под­водимого пара или другой среды про­исходит испарение морской заборт­ной воды с последующей конденса­цией образовавшегося пара. Устрой-

Рис. 7.3. Электромагнитный прибор для обработки воды

ство и принцип работы различных типов и разновидностей испаритель­ных установок изучаются в предмете «Судовые автоматизированные вспо­могательные механизмы».

Внутрикотловой водообработкой обеспечивают оптимальный режим питания котла, что достигается вве­дением внутрь котла присадок. При этом соли, вносимые с питательной водой, не откладываются в качестве накипи на поверхностях нагрева, а выпадают в виде шлама, удаляемого при продуваниях.

Накипь и шлам образуются из на­сыщенных и перенасыщенных раст­воров, что и происходит в основном в результате непрерывного парооб­разования, приводящего к росту кон­центрации солей в котельной воде. Процессы накипе- и шламообразова- ния очень сложны, при этом нельзя четко разграничить сами явления. Соли, кристаллизующиеся на поверх­ностях нагрева и образующие на­кипь, с течением времени могут пре­вращаться в шлам, но и шлам, не удаленный при продуваниях котла, в свою очередь может «прикипеть» к поверхности нагрева, образовав так называемую вторичную накипь.

Требования к питательной и ко­тельной воде предъявляются в зави­симости от назначения котла и давле­ния производимого им пара. Исходя из этого осуществляют и внутрикот- ловую водообработку, заключаю­щуюся в постоянной корректировке состава котельной воды путем ввода противонакипных и противокоррози­онных реагентов с последующими пе­риодическими продуваниями котла.

В настоящее время на морских су­дах применяют фосфатно-щелочной, фосфатно-нитратный и фосфатный режимы внутрикотловой обработки воды. Конкретные режимы водообра- ботки для котлов тех или иных типов устанавливает служба судового хо­зяйства пароходства.

Фосфатно-щелочной.режим при­меняют обычно у котлов с давлением пара не выше 2 МПа. При таком режиме обработки предусматривает - 96

ся введение в котловую воду следую­щих реагентов: едкого натра (кау­стика) NaOH, кальцинированной соды ИагСОз и тринатрийфосфата Na₃PO₄. Обычно эти реагенты пода­ют в виде смеси постоянного соста­ва, называемой противонакипином. Отечественный противонакипин МФ содержит (%):

Na₂CO₃................................................. 25—27

Na₃PO₄................................................ 67—69

Сульфитно-спиртовая барда (концентрат)     3—4

Противонакипин представляет со­бой белый порошок с незначительным количеством темных крупинок кон­центрата сульфитно-спиртовой бар­ды. Щелочи, содержащиеся в проти- вонакипине, вступая в химическую реакцию с растворенными в воде со­лями жесткости, переходят из раство­ра в осадок.

В результате увеличения щелочно­сти воды она может стать коррозион­но-активной средой, вызывая корро­зионное разрушение металла. Это яв­ление называется щелочной хрупко­стью. Для его предотвращения при­меняют фосфатно-нитратный режим водообработки, рекомендуемый для любых котлов с давлением пара до 6 МПа. Сущность режима заключа­ется в том, что вместе с фосфатом натрия вводят дополнительную при­садку — нитрат натрия (селитру) NaNCh в количестве 35—45 % концентрации щелочи. При введении нитрата натрия образуется защит­ная пленка на внутренних стенках котла.

Тринатрийфосфат и натриевую се­литру вводят в котел раздельно не­посредственно в паровой коллектор или сепаратор утилизационного агре­гата; дозировка регулируется инст­рукцией.

Фосфатный режим рекомендуется применять у главных котлов с давле­нием пара выше 6 МПа, причем вводится только тринатрийфосфат. При чисто фосфатном режиме вода должна быть с минимальным содер­жанием кислорода, хлоридов, солей жесткости и иных примесей. В про­

тивном случае в котле образуется очень много шлама, из-за чего потре­буется увеличение числа продувок котла, а значит произойдет увеличе­ние расхода добавочной воды.

Следует отметить, что при высоких давлениях пара в котлах содержа­щиеся в питательной воде соедине­ния железа и меди способствуют развитию коррозионных процессов, которые нельзя предотвратить, ис­пользуя фосфатный режим. Поэтому максимальное содержание соедине­ний железа и меди в питательной воде регламентировано требования­ми норм показателей качества пита­тельной воды. Достаточно эффектив­ным средством борьбы с этим явле­нием служит гидразин, который об­ладает способностью не только свя­зывать кислород, но и восстанавли­вать окислы железа в их закиси, которые не образуют накипи и нахо­дятся в котле только в виде шлама.

' Ввод в котловую воду реагентов осуществляется с помощью дозер- ной установки, в которую входят ба­чок для раствора присадки и насос, подающий подготовленный раствор по отдельному трубопроводу в пита­тельную магистраль котла.

Во вспомогательных котельных ус­тановках теплоходов применяют бач­ки-дозаторы, из которых приготов­ленный водный раствор присадки по­дают во всасывающий трубопровод питательного насоса или непосред­ственно в теплый ящик (после фильт­ров). Для последнего варианта воз­можно также приготовление раство­ра присадки в какой-либо переносной емкости.

Контроль за водообработкой. Во время работы котла отбирают пробы воды для определения ее состава, для чего на судах имеются химиче­ские экспресс-лаборатории водо- контроля.

Пробы котловой воды берут непо­средственно из котлов через пробный кран или клапан, а питательной во­ды — из питательной магистрали пе­ред экономайзером (если таковой имеется) или сразу после питатель­ного насоса. Объем пробы анализа должен быть не менее 0,5 л. Чтобы для проведения анализа получить котловую воду уже охлажденной, современные котельные установки оборудуют холодильником, че­рез который прокачивается охлаж­дающая вода. Объем и периодич­ность контроля устанавливаются службой судового хозяйства паро­ходства для каждого типа судна. Ре­зультаты анализов котловой и пита­тельной воды отражаются в машин­ном журнале.