ΑΤΜΟΛΕΒΗΤΕΣ. Ατμοποίηση

Transcript

1 ΑΤΜΟΛΕΒΗΤΕΣ Σημειώσεις Ναυτικών Μηχανών - Ατμολέβητες Σκοπός του μηχανήματος αυτού είναι να παράγει ατμό υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας έτσι ώστε να μπορεί να λειτουργήσει μια ατμομηχανή για παραγωγή έργου πχ κίνηση μιας προπέλας, μια ηλεκτρογεννήτριας κλπ. Όσο μεγαλύτερη πίεση και θερμοκρασία έχει ο ατμός τόσο περισσότερη ενέργεια έχει και τόσο πιο μεγάλη ατμομηχανή μπορεί να κινήσει Στάδια ατμοποίησης Έστω ότι έχουμε ένα κλειστό δοχείο με νερό στο μεταδίδουμε θερμότητα με μια εστία. Μετά από λίγη ώρα το δοχείο θα έχει μικρότερη ποσότητα νερού και ατμό. Εξακολουθούμε και ζεστάνουμε το δοχείο. Κάποια στιγμή παρατηρούμε ότι έχουμε μόνο ατμό χωρίς υγρασία. Ο ατμός αυτός λέγεται ξηρός ή κεκορεσμένος. Αν ζεστάνουμε και άλλο το δοχείο τελικά θα έχουμε ατμό υπέρθερμο. Οι ατμομηχανές χρειάζονται υπέρθερμο ατμό για αποδοτική λειτουργία. Βασικά μέρη του ατμολέβητα Ατμοποίηση α) Ο θερμαντήρας : έχει να κάνει με την καύση του καυσίμου την παραγωγή φλογών (καυσαερίων) και την μετάδοση της θερμότητας στο νερό β) Ο υδροθάλαμος : είναι ο θάλαμος στον οποίο υπάρχει το νερό που χρησιμοποιείται για ατμοποίηση γ) Ο ατμοθάλαμος : είναι ο θάλαμος στον οποίο συγκεντρώνεται ο ατμός Σε μερικούς λέβητες ο υδροθάλαμος και ο ατμοθάλαμος είναι ενιαίος θάλαμος ο ατμουδροθάλαμος v1.03 1

2 Βασικοί τύποι ατμολεβήτων α) Φλογαυλωτός λέβητας : εσωτερικά στους αυλούς (σωλήνες) κυκλοφορούν οι φλόγες (καυσαέρια) ενώ από έξω υπάρχει το νερό β) Υδραυλωτός λέβητας : μέσα στους αυλούς (σωλήνες) ρέει νερό ενώ εξωτερικά υπάρχουν τα καυσαέρια Φλογαυλωτός - Υδραυλωτός Φλογαυλωτός λέβητας κυλινδρικός Πρόκειται για τους παλαιότερους λέβητες που αρχικά είχαν ως καύσιμη ύλη το κάρβουνο. Η κατασκευή τους είναι απλή και έχουν το χαρακτηριστικό κυλινδρικό σχήμα. Δεν παρέχουν μεγάλη ποσότητα ατμού, οπότε απαιτείται η χρήση πολλών αν πρόκειται να παράγουν ατμό για πρόωση. v1.03 2

3 Λειτουργία λέβητα Ο καυστήρας ψεκάζει το καύσιμο και παρουσία αέρα από τις θυρίδες πραγματοποιείται η καύση στην εστία (κλίβανος). Οι φλόγες (καυσαέρια) που δημιουργούνται κινούνται προς τα δεξιά και φτάνουν στον φλογοθάλαμο όπου εκεί τείνουν να καταλάβουν μεγαλύτερο όγκο (εκτόνωση). Μετά οι φλόγες οδηγούνται στους αυλούς από του οποίους περνάν μέσα και μεταδίδουν την θερμότητά τους στο νερό. Έπειτα οι φλόγες που έχουν σαφώς μικρότερη θερμοκρασία είναι πλέον καπνοί πηγαίνουν στον καπνοθάλαμο και τελικά στην καπνοδόχο. Στην καπνοδόχο μπορεί να υπάρχει και προθερμαντήρας αέρα όπου ο αέρας που πρόκειται να οδηγηθεί στον εστία για καύση προθερμαίνεται από τα καυσαέρια του λέβητα. Ολη η διάταξη του θερμαντήρα περιβάλλεται από το νερό του λέβητα και ο ατμός με φυσική κυκλοφορία κατευθύνεται στο πάνω μέρος του ατμουδροθαλάμου. Η μετάδοση της θερμότητας από την καύση στο νερό πραγματοποιείται κατά μεγάλο ποσοστό στους φλογαυλούς (80-90%) επειδή έχουν μεγάλη επιφάνεια. Όμως υπάρχει και μετάδοση της θερμότητας και από τα τοιχώματα της εστίας του φλογοθαλάμου και του καπνοθαλάμου. v1.03 3

4 Σύγχρονες μορφές κυλινδρικού λέβητα Οικονομητήρας Είναι η συσκευή του λέβητα που γίνεται η προθέρμανση του νερού από τα καυσαέρια του λέβητα. Εκμεταλλευόμαστε την ενέργεια των καυσαερίων στην καπνοδόχο και προθερμαίνουμε το νερό που περνά από αυλούς ενώ εξωτερικά κυκλοφορούν τα καυσαέρια v1.03 4

5 Υπερθερμαντήρας Σημειώσεις Ναυτικών Μηχανών - Ατμολέβητες Είναι η συσκευή του λέβητα που γίνεται η υπερθέρμανση του ατμού. Ο κορεσμένος ατμός από τον ατμοθάλαμο οδηγείται στον υπερθερμαντήρα όπου και υπερθερμαίνεται για να χρησιμοποιηθεί έχοντας μεγάλη πίεση και θερμοκρασία (ενέργεια) από μια ατμομηχανή. Εξωτερικά των αυλών του υπερθερμαντήρα κυκλοφορούν τα καυσαέρια. Συνήθως ο υπερθερμαντήρας δεν βρίσκεται κοντά στην εστία για λόγους αντοχής αλλά πίσω από του αυλούς του λέβητα. Η διατομή των σωληνώσεων του υπερθερμαντήρα είναι μικρή αφού επικρατούν μεγάλες πιέσεις. Προθερμαντήρας αέρα Είναι η συσκευή του λέβητα που γίνεται η προθέρμανση του αέρα έτσι ώστε αυτός να έχει την κατάλληλη θερμοκρασία για την καλή καύση στην εστία. Ο αέρας όταν θερμαίνεται γίνεται καλύτερη ανάμειξη με το καύσιμο και άρα έχουμε καλύτερη καύση χωρίς κατάλοιπα. Ο προθερμαντήρας τοποθετείται στην καπνοδόχο και εκμεταλλεύεται την θερμότητα των καυσαερίων. v1.03 5

6 Κυλινδρικός λέβητας Howden Johnson με προθερμαντήρα αέρα και υπερθερμαντήρα Μηχανήματα των λεβήτων Τα μηχανήματα ουσιαστικά είναι υπεύθυνα για την λειτουργία του λέβητα και είναι : α) Αντλίες πετρελαίου : αναρροφούν το πετρέλαιο από τις δεξαμενές και αφού προθερμανθεί φιλτράρεται και οδηγείται στον καυστήρα β) Αντλίες νερού : αναρροφούν το νερό από την τροφοδοτική δεξαμενή και το στέλνουν στο λέβητα αφού προθερμανθεί στον προθερμαντήρα νερού και στον οικονομητήρα γ) Ανεμιστήρες τεχνητού ελκυσμού : ανεμιστήρες που αναρροφούν τον απαιτούμενο αέρα από το περιβάλλον και αφού το προθερμάνουν το στέλνουν στην εστία για καύση. v1.03 6

7 Εξαρτήματα του λέβητα α) Ατμοφράκτης : Είναι η βαλβίδες που λαμβάνουμε τον ατμό για χρήση του σε μια ατμομηχανή. Υπάρχει κύριος και βοηθητικός ατμοφράκτης για κύρια και βοηθητική χρήση β) Ασφαλιστικά επιστόμια : Είναι οι βαλβίδες που απελευθερώνουν ποσότητα ατμού αν αυτός υπερβεί κάποιο όριο. γ) Τροφοδοτικά επιστόμια : Είναι βαλβίδες για την τροφοδοσία του λέβητα με νερό δ) Τροφοδοτικοί ρυθμιστές : Είναι τα εξαρτήματα που ρυθμίζουν την ποσότητα του τροφοδοτικού νερού ε) Θλιβόμετρα : Οργανα που μετρούν την πίεση στ) Υδροδείκτες : Οργανα που μετρούν την στάθμη του νερού ζ) Εξαεριστικός κρουνός : Για εξαέρωση του ατμοθαλάμου από τον αέρα που μειώνει την απόδοση του λέβητα και προκαλεί θόρυβο η) Εξαφριστικός κρουνός : Για εξαγωγή των ανεπιθύμητων ουσίων (λάδια)από την στάθμη του νερού θ) Κρουνός εξαγωγής : Για εξαγωγή του νερού ι) Κρουνός εκκένωσης : Για την πλήρη και ταχεία εξαγωγή του νερού κ) Κρουνοί υγρών : Για εξαγωγή του νερού από ιδιαίτερα σημεία λ) Κρουνός αλατομέτρου : Κρουνός για λήψη δείγματος αλατότητας του νερού μ) Θερμόμετρα : Για μέτρηση της θερμοκρασίας ν) Σύστημα συναγερμού : Για ειδοποίηση τυχόν δυσλειτουργίας του λέβητα. v1.03 7

8 Εξαρτήματα του λέβητα Υδραυλωτός λέβητάς τύπου D v1.03 8

9 Πήρε την ονομασία του από την μορφή του που μοιάζει με το γράμμα D. Πρόκειται για πολύ αποδοτικό λέβητα που χρησιμοποιείται αρκετά σε διάφορες παραλλαγές και σήμερα. Εχει ιδιαίτερο χαρακτηριστικό τον υδρότοιχο όπου εκεί εκμεταλλεύεται την θερμότητα της εστίας και πραγματοποιείται επιπρόσθετη ατμοποίηση. Λειτουργία : Αποτελείται από έναν κυλινδρικό υδροθάλαμο και έναν κυλιδρικό ατμουδροθάλαμο. Ανάμεσά τους επάρχουν οι υδραυλοί που τους ενώνουν. Η εστία βρίσκεται χαμηλά αριστερά και τα καυσαέρια οδηγούνται προς τους υδραυλούς όπου και αποδίδουν την θερμότητά τους. Περνούν και από τον υπερθερμαντήρα υπερθερμαίνοντας τον ατμό του ατμουδροθαλάμου και τέλος στην καπνοδόχο προθερμαίνουν το νερό πριν την είσοδό του. Ο υδρότοιχος που περιβάλει τον λέβητα βοηθά την λειτουργία του μην αφήνοντας την θερμότητα της εστίας να διαφύγει προς το περιβάλλον. Ο λέβητας έχει κύριο και βοηθητικό ατμοφράκτη για κάθε χρήση ενώ αυλοί κυκλοφορίας βοηθούν στην κίνηση του νερού σε όλα τα σημεία. Ο συλλέκτης του υδρότοιχου βοηθά στον καθαρισμό και την εκκένωση του λέβητα. v1.03 9

10 Σύγχρονη εκδοχή του λέβητα τύπου D Λέβητας τύπου D (MISSION D) της AALBORG v

11 Λέβητας τύπου D (MAC B) MITSUBISHI v

12 Κάτοψη μηχανοστασίου με ατμολέβητα και ατμοστρόβιλο Σημειώσεις Ναυτικών Μηχανών - Ατμολέβητες 1. Ατμουδροθάλαμος υδραυλωτόύ λέβητα 2. Ατμός προς τον υπερθερμαντήρα του λέβητα 3. Ατμός από τον κύριο ατμοφράκτη προς τον ατμοστρόβιλο υψηλής και χαμηλής πίεσης 4. Ατμός μετά την χρήση του στους ατμοστροβίλους για συμπύκνωσή του στο ψυγείο 5. Συμπύκνωση του ατμού σε νερό με την βοήθεια θαλασσινού νερού 6. Αντλία συμπυκνώματος προς ψυκτήρα 7. Τζιφάρι από ψυγείο 8. Ψυκτήρας που συμπυκνώνει ατμό του ψυγείου 9. Επιστροφή συμπυκνώματος στο ψυγείο 10. Εξαεριστικό ψυκτήρα 11. Εξαεριστική και τροφοδοτική δεξαμενή (θερμοδοχείο) -προθέρμανση 12. Αντλία τροφοδοσίας // Προθερμαντήρας νερού 15. Οικονομητήρας v

13 Σύγκριση Φλογαυλωντών Υδραυλωτών λεβήτων Πλεονεκτήματα Φλογαυλωτών λεβήτων 1. Απλή λειτουργία 2. Εύκολη συντήρηση και επισκευή 3. Λειτουργία ακόμη και με χρήση θαλασσινού νερού σε περίπτωση ανάγκης 4. Εκμετάλλευση της ακτινοβολίας της εστίας λόγω ύπαρξης νερού γύρω από την εστία 5. Μεγάλη διάρκεια ζωής Μειονεκτήματα Φλογαυλωτών λεβήτων 1. Μειωμένη απόδοση 2. Μικρή υπερθέρμαση ατμού 3. Μεγάλος όγκος και βάρος 4. Αργή ατμοποίηση 5. Ευπάθεια στις μεγάλες διαστολές Βοηθητικοί λέβητες Εκτός από τους λέβητες που υπάρχουν για ατμοποίηση και χρήση του ατμού για πρόωση του πλοίου υπάρχουν και βοηθητικοί λέβητες που έχουν μικρότεροι παραγωγή ατμού. Η χρήση τους μπορεί να είναι για προθέρμανση φορτίου, για λειτουργία αντλιών-τζιφαριών, για προθέρμανση αναλωσίμων κλπ. Εκτός των βοηθητικών λεβήτων που παράγουν ατμό με χρήση και καύση καυσίμου μπορεί να υπάρχουν και λέβητες που λειτουργούν από τα καυασέρια μιας μηχανής π.χ. ΜΕΚ. v

14 παραγωγή ατμού από καυσαέρια κύριας μηχανής DIESEL v