PARNO TURBINSKI POGON BRODA

1. TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišta u Rijeci PARNO TURBINSKI POGON BRODA Brodski sustavi

2. Princip rada parnog postrojenja

3. Princip rada parnog postrojenja

4. Namjena generatora pare na brodovima • Generatori pare na brodovima namijenjeni su za proizvodnju pare za pogon glavnoga stroja (propulzije) te za ostale pomoćne svrhe (pogon pomoćnih strojeva, grijanje tereta i goriva, pranje tankova i sl.) • Najveći brodovi potrošači pare su tankeri. Znatne količine topline troše se na grijanje tereta i pranje tankova. • U sljedećoj tablici prikazana je orijentacijska specifikacija potrošača topline na tankerima s parnom propulzijom. • Iz podataka u priloženoj tablici vidljivo je da je glavna pogonska turbina najveći potrošač pare na brodu. Pri normalnoj plovidbi generator pare radi sa 70-80% najvećeg opterećenja, a pri plovidbi punom brzinom, manevriranju i grijanju tereta, proizvodnja pare je na razini maksimalnog trajnog kapaciteta.

5. Potrošnja pare na tankerima u % instaliranog kapaciteta generatora pare

6. Pri radu u luci, kod tankera koji ima turbo generator i parne pumpe tereta, opterećenje generatora pare znatno je veće nego kada pumpe tereta imaju električni pogon, a za proizvodnju električne energije služi dizelski agregat. • Na suvremenim tankerima s parnom propulzijom vrlo se često susreće sustav s jednim glavnim generatorom pare i s jednim manjim pomoćnim generatorom pare. • Pomoćni generator pare koristi se za pomoćne brodske službe, a u nuždi može opskrbljivati parom i glavnu pogonsku turbinu za povratak u luku. • Parametri pomoćnih generatora pare s ložištem najviše ovise o veličini broda,vrsti tereta te o vrsti pogona pomoćnih uređaja. • U tankere velike nosivosti čestose ugrađuju dva pomoćna generatora pare s ložištem, smještena u posebnoj prostorijikoja se postavlja ispred ili iza motornog prostora.

7. Shema brodskoga parnog propulzijskog sustava

8. Na prethodnoj slici prikazana je karakteristična toplinska shema parnog sustava broda s parnim pogonom. • U glavnom krugu, proizvedena pregrijana para prolazi visokotlačnim i niskotlačnim dijelom pogonske turbine, gdje predaje energijupotrebnu za pogon broda. • Iza niskotlačnog dijela turbine, para ulazi u glavnikondenzator, iz kojeg pumpa prebacuje kondenzat u otplinjivač napojne vode,preko rashladnika ulja, pothlađivača evaporatora, kondenzatora brtvene pare teprvog stupnja (niskotlačnog) zagrijača napojne vode. • U otplinjivaču se, u protusmjernomstrujanju, odstranjuje slobodni kisik iz napojne vode pomoću niskotlačnepare da bi se spriječila korozija koju kisik može uzrokovati na unutarnjim stijenkamauređaja. • Napojna pumpa tlačivodu iz napojnog spremnika, smještenog ispod otplinjivača, preko dva visokotlačnazagrijača u generator pare. • Zagrijavanje napojne vode regenerativno je s četiri stupnjazagrijača, od kojih je drugi u otplinjivaču napojne vode.

9. Na suvremenim tankerima s parnim pogonom u uporabi je često sustav s jednim velikim, glavnim generatorom pare i s jednim manjim, pomoćnim generatorom pare . • Nekoliko kombinacija rada takvog sustava prikazano je u sljedećim shemama: Brod u normalnoj plovidbi • Glavni je generator pare ložen te parom opskrbljuje glavnu pogonsku turbinu. Jedan dio pare oduzima se iz turbine i odvodi u pomoćni generator pare, koji proizvodi niskotlačnu paru za pomoćne brodske službe. Pomoćni generator pare tada nije ložen.

10. Brod u luci (ukrcaj i iskrcaj tereta) • Slika prikazuje rad parnog sistema pri ukrcavanju ili iskrcavanju tereta. Glavna pumpa za teret je parna, a ona dobiva paru iz glavnog generatora pare preko jednog ohlađivača. • Pomoćni generator pare, koji se tada loži, opskrbljuje parom pomoćne brodske službe (domaćinske potrebe, grijanje tereta, grijanje goriva).

11. Brodski pogon u nuždi (povratak u luku) • Na gornjoj slici prikazan je kvar glavnog generatora pare, pa glavna pogonska turbina dobiva paru iz pomoćnog generatora pare, koji ujedno proizvodi paru za pomoćne službe i turbogenerator. • Takav režim rada koristi se pri povratku u luku u nuždi. Svakako, zbog ograničenosti kapaciteta na takav se način može postići 50% normalne brzine.

12. Brod u luci (ukrcaj i iskrcaj tereta s pomoćnim generatorom pare) • Ako se tijekom boravka u luci pokvari glavni generator pare, pomoćni loženi generator pare, proizvodi paru za pomoćne službe, za pogon turbogeneratora i za pogon glavne pumpe tereta.

13. Parno turbinska postrojenja imaju sve brodske sustave kao i motorna pogonska postrojenja s dodatkom sljedećih sustava: • Sustav pripreme goriva • Sustav parovoda • Sustav kondenzata • Sustav napojne vode

14. Sustav pripreme goriva

15. Gorivo se nalazi u skladišnim tankovima. Punjenje dnevnih tankova omogućuju transfer pumpe goriva s time da se gorivo najprije predgrije. • U dnevnom se tanku gorivo dodatno zagrijava, a gravitacijskim separiranjem se iz goriva izdvajaju nečistoće i voda. • Iz dnevnog tanka, gorivo dolazi do pumpe, odakle se preko grijača dovodi do plamenika u generatoru pare • Regulacija temperature goriva je odabrana prema viskoznosti pogodnoj za raspršivanje na plameniku. Termostat koji kontrolira temperaturu goriva regulira protok pare u grijačima. • Regulacijskim ventilom na povratnom vodu se regulira količina goriva koje dospijeva plameniku. Višak goriva se vraća na usisni cjevovod pumpe. • Filteri ispred plamenika opremljeni su diferencijalnim tlakomjerom kojim se određuje stupanj zaprljanosti filtera.

16. Sustav parovoda Glavni parovod Pomoćni parovod

17. Generator pare daje svježu pregrijanu paru koja se glavni parovodom doprema do glavnog pogonskog stroja. • Za pogon pomoćnih strojeva najčešće se koristi poseban parovod kojim se preko razvodnika i redukcijskih ventila para dovodi do pomoćnih strojeva. • Za razna grijanja i predgrijavanja u pravilu se koristi ispušna para iz pomoćnih strojeva. • Toplinske dilatacije se rješavaju uporabom U-kompenzatora (kompenzacijskih lira), elastičnim polaganjem cjevovoda i ostalim načinima kompenziranja dilatacija.

18. Sustav napojne vode

19. Cjevovod napojne vode napaja generator pare vodom. Na brodu moraju biti dva cjevovoda napojne vode – glavni i pomoćni. • Nakon otplinjavanja, napojna voda se tlači preko predgrijača (3) u generator pare (1). • Napajanje preko pomoćnog cjevovoda napojne vode (9) zaobilazi predgrijač i ulazi direktno u kotao. • Dozirna pumpa (7) dobavlja kemijsko sredstvo za pripemu napojne vode iz spremnika (6).

20. GLAVNI DIJELOVI GENERATORA PARE

21. GLAVNI DIJELOVI GENERATORA PARE • Generator pare je u načelu složeni izmjenjivač topline namijenjen proizvodnji vodene pare pod tlakom višim od atmosferskog, koja služi kao radni medij u procesima proizvodnje mehaničke energije ili kao prenosnik topline u raznim sustavima grijanja. • Kao u svakom izmjenjivaču topline, i ovdje postoji predajnik i prijemnik topline. Predajnik topline su dimni plinovi nastali kao produkt izgaranja, dok je prijemnik topline voda (topla i vrela), zasićena i pregrijana para te zrak. • S funkcionalnog gledišta, osnovni dio generatora pare je isparivač u kojem se isparava voda, odnosno mijenja agregatno stanje vode u paru. • Dio isparivača čine cijevi kojima je obloženo ložište, gdje se prijelaz topline uglavnom obavlja zračenjem, a manjim dijelom konvekcijom. • Te se cijevi nazivaju ekranske cijevi, a taj dio isparivača ekran. • Preostali dio isparivača čine snopovi cijevi smješteni iza ložišta, u prolazu dimnih plinova. Prijelaz topline tu se većim dijelom obavlja konvekcijom, a manjim dijelom zračenjem plinova. Zbog toga se taj dio često zove konvektivni isparivač.

22. GLAVNI DIJELOVI GENERATORA PARE • Ostali dijelovi izmjenjivačkih površina u generatoru jesu pregrijač pare i naknadne ogrjevne površine (zagrijač vode i zagrijač zraka). • Namjena je pregrijača pare da pregrijava paru na temperaturu koja je potrebna za parni proces. Ovisno o tome koji oblik prijelaza topline ima veći udio, pregrijači pare dijele se na konvektivne, konvektivno-ozračene i ozračene. • Glavni generatori pare, s radnim tlakom većim od 80 bara i izlaznom temperaturompare većom od 500°C, često imaju ugrađen međupregrijač, • Međupregrijač izlaznuparu iza visokotlačnog dijela turbine ponovno pregrijava na višu temperaturu smanjujući tako vlažnost ekspandiranepare u niskotlačnom dijelu turbine, a time i njeno erozivno djelovanje, teistodobno povećava toplinski stupanj iskoristivosti parnog ciklusa.

23. GLAVNI DIJELOVI GENERATORA PARE • Zagrijač vode predzagrijava vodu prije njezina ulaskau bubanj odnosno u isparivač. • Zagrijač vodesnizuje temperaturu dimnih plinova prema izlazu, čime se smanjuju gubici, odnosnopovećava stupanj iskoristivosti generatora pare. • Zagrijač zraka je također naknadna ogrjevna površina, najčešće smještenana kraju dimnog prolaza u generatoru pare. • Tu se ulazni zrak grije na višutemperaturu radi poboljšanja procesa izgaranja, dodatno se snizuje temperatura izlaznih dimnih plinova i povećava stupanj iskoristivosti. • Prijelaz topline u području zagrijača zraka obavlja se gotovo isključivo konvekcijom.

24. PRESJEK BRODSKOG GENERATORA PARE TIPA „U“ (Proizvodnja „Foster Wheeler“)

25. PRESJEK KROZ VODOCIJEVNI BRODSKI GENERATOR PARE TIPA „D“ (Proizvodnja „Babcock &Wilcox“)

26. VODOCIJEVNI BRODSKI GENERATOR PARE TIPA „U-M“ (Proizvodnja „Babcock“)

27. PRESJEK KROZ VODOCIJEVNI BRODSKI GENERATOR PARE TIPA „U“ S JEDNIM BUBNJEM (Proizvodnja „Babcock & Wilcox“)

28. Osnovne karakteristike generatora pare • Tlak • Dopušteni (maksimalni) tlak - to je najviši tlak kojim se smije voditi pogon generatora pare. Toj veličini prilagođeni su sigurnosti ventili; kada se postigne najviši tlak oni se trebaju otvoriti. • Na temelju njegove veličine proračunava se čvrstoća svih tlačnih dijelova generatora pare (bubnja, komora, cijevi, itd.). On je obično 5% veći od normalnog radnog tlaka u parnom bubnju. • Radni ili pogonski tlak u generatoru pare (u parnom bubnju) - on je, kao što je već prije spomenuto, obično 5% manji od dopuštenog tlaka, a ta je veličina jednaka tlaku u parnom bubnju za vrijeme rada. • Izlazni tlak iz pregrijača pare - to je stvarni tlak pare na izlasku iz generatora pare (iza pregrijača). On je manji od radnog tlaka za veličinu gubitka zbog strujanja kroz pregrijač. Ovisno o konstrukciji i veličini pregrijača, taj tlak je za 5 do 10% manji od radnog tlaka u bubnju.

29. Osnovne karakteristike generatora pare • Kapacitet (učin), [t/h, kg/s, MW] • Normalni kapacitet (80 %) - To je ona veličina kod koje generator pare normalno radi s maksimalnim stupnjem iskorištenja. Mjerodavan je za projektiranje cjelokupnog parnog postrojenja. Najčešće je to 80% maksimalnog trajnog kapaciteta. • Maksimalni trajni kapacitet (100 %) - To je veličina proizvodnje koju generator pare može postići u kontinuiranom radu. Na temelju njega proračunavaju se i projektiraju ogrjevne površine. Obično je 20% veći od normalnog kapaciteta. • Maksimalni kratkotrajni kapacitet - To je najveća proizvodnja pare koju generator pare može postići u trajanju od 30 minuta. • Minimalni kapacitet (20 – 25 %) - To je tehnički minimum proizvodnje pri kojoj uređaji generatora pare mogu još kontinuirano raditi u sigurnom i trajnom pogonu.

30. Osnovne karakteristike generatora pare • Temperatura izlazne pare (temperatura pare na izlazu iz pregrijača) • To je temperatura koju para ima na izlasku iz pregrijača pare. • Težnja za što većim stupnjem iskorištenja parnog ciklusa vodi nastojanju da se postigne što viša temperatura pregrijane pare, koja je međutim, ograničena razvojem tehnologije, odnosno čvrstoćom materijala kod visokih temperatura. • Najviše ekonomske temperature pregrijanja danas su za stacionarna postrojenja do 650C, a na brodovima do 550C. • Pored navedenih osnovnih karakteristika, kao značajne veličine navode se još: stupanj iskorištenja generatora pare, temperatura izlaznih dimnih plinova i temperatura napojne vode.

31. SMJEŠTAJ NA BRODU S PARNOM PROPULZIJOM generatori pare pogonske turbine

32. SMJEŠTAJ NA BRODU S PARNOM PROPULZIJOM pogonska turbina glavni generatori pare

33. Izvedba brodskih "D" generatora pare s dva ložišta

34. Pogled na dva dvotlačna brodska generatora pare