Паровой котел

Паровой котел (далее П) устройство, имеющее топку, обогреваемое газообразными продуктами сжигаемого в топке органического топлива и предназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного, используемого вне самого устройства. Рабочим телом подавляющего большинства П является вода. П называют также редко применяемые парогенераторы (электрокотлы), обогреваемые электрической энергией.

Упоминания о П как о парогенераторе, отделенном от топки, встречаются в работах ученых: итальянца Дж. делла Порта (1601), француза С. де Ко (1615), англичанина Э. С. Вустера (1663). Однако промышленное применение П началось на рубеже 17 и 18 вв. в связи с бурным развитием горнозаводской и угледобывающей промышленности. Ранние конструкции П по форме напоминали шар или же котлы для варки пищи (рис. 1), сначала их изготовляли из меди, а затем из чугуна. Одним из первых "настоящих" П считают котел Д. Папена, предложенный им в 1680.

Конструкции современных П сложились в процессе изменения конструктивных форм выпускавшегося до 2-й половины 19 в. простейшего цилиндрического П паропроизводительностью 0,4 mlч; поверхность нагрева этого П не превышала 25 м², давление пара 1 Мн/м² (10 кгс/см²), а кпд 30%. Развитие П шло по двум направлениям: увеличения числа потоков газов (газотрубные П) и увеличения числа потоков воды и пара (водотрубные П). Первые газотрубные П представляли собой цилиндрические сосуды, в которые первоначально вставляли 1, 2 или 3 трубы большого диаметра (жаровые трубы), а впоследствии десятки труб значительно меньшего диаметра (дымогарные трубы), по которым проходил газ.

Увеличение поверхности нагрева газотрубных П происходило в габаритах первоначального цилиндрического котла или даже в меньших габаритах. Следствием этого явились некоторое повышение паропроизводительности котла (при незначительном увеличении суммарной массы), а также улучшение передачи тепла от дымовых газов к поверхности нагрева, приводившее к снижению температуры газов на выходе из П, то есть к повышению кпд.

Газотрубные П отличались от цилиндрических относительно малыми размерами и высоким кпд (60%), однако паропроизводительность их, ограничиваемая габаритами, не превышала нескольких т/ч, а конструкционные особенности ограничивали давление пара в котле 1,5—1,8 Мн/м². Поэтому газотрубные П сохранились только на транспортных установках (паровозы, пароходы), а из стационарных установок они полностью вытеснены водотрубными котлами.

Создание водотрубных П шло путем увеличения числа цилиндров, составлявших котел, сначала до 3—9 относительно больших диаметров (батарейные котлы), а затем до десятков и сотен цилиндров небольших диаметров, превратившихся в кипятильные, а в дальнейшем и в экранные трубы (рис. 2).

Увеличение поверхности нагрева водотрубных П сопровождалось увеличением их габаритов, и в первую очередь высоты, но вместе с тем во много раз возрастала паропроизводительность, уменьшался удельный расход металла, все больше повышались параметры пара и кпд.

Со 2-й половины 19 в. выпускались камерные и секционные горизонтально-водотрубные П с естественной циркуляцией, у которых кипятильные трубы были расположены с наклоном в 10—12° к горизонту. Камерный П состоял из одного или нескольких барабанов, подсоединенных к ним сборных камер и пучков кипятильных труб, ввальцованных в камеры. Его поверхность нагрева 350 м², паропроизводительность 10 т/ч при давлении 1,5 Мн/м². Замена плоских камер отдельными секциями, в которые ввальцовывали по одному ряду труб, позволила повысить давление пара, а с увеличением числа секций, из которых собирался котел, поверхность нагрева достигла 1400 м².

В 1893 русский инженер В. Г. Шухов создал водотрубный П, который состоял из продольного барабана и трубчатых батарей, представляющих собой 2 пучка труб, ввальцованных в плоские стенки коротких цилиндрических камер; в зависимости от числа батарей (от 1 до 5) поверхность нагрева котла могла изменяться от 62 до 310 м², а паропроизводительность от 1 до 7 т/ч при давлении пара до 1,3 Мн/м². Конструкцией котла Шухова была разрешена задача унификации отдельных элементов и их размеров.

В начале 20 в. появились вертикально-водотрубные котлы, которые за очень короткое время были доведены до высокой степени совершенства. В 1913 паропроизводительность этих котлов не превышала 15 т/ч, а давление пара 1,8 Мн/м², к 1974 в СССР паропроизводительность их достигла 2500 т/ч при давлении 24 Мн/м², а в США 4400 т/ч при том же давлении. Вначале вертикально-водотрубные П состояли из одного верхнего и одного нижнего барабанов, соединенных пучком прямых труб. Но уже в 20-х гг. 20 в. они были полностью вытеснены более надежными котлами с изогнутыми трубами. Типовой конструкцией в этой группе П являлся трехбарабанный котел Ленинградского металлического завода (ЛМЗ), выпускавшийся в 30-х гг. 20 в. Поверхность нагрева этих П была от 650 до 2500 м², паропроизводительность от 50 до 180 т/ч. П был оборудован камерной топкой для сжигания пыли., Пылеугольные топки, внедрявшиеся в те же годы, очень быстро получили чрезвычайно широкое распространение и, с одной стороны, сильно повлияли на развитие конструкций П, значительно повысив их паропроизводительность, а с другой — позволили весьма эффективно использовать любые низкосортные местные угли. Внедрение камерных топок привело к созданию топочных экранов, которые представляют собой испарительные трубы, расположенные на стенах топочной камеры. Первоначально экраны закрывали только часть стен и предназначались для защиты обмуровки от непосредственного воздействия пламени, которое приводило к шлакованию топки и разрушению обмуровки. Постепенно экраны стали закрывать все большую часть стен топок, а современные П имеют полностью экранированные топки. Экраны, воспринимающие тепло, излучаемое пламенем и горячими дымовыми газами (радиационные поверхности нагрева), работают более интенсивно, чем кипятильные трубы, находящиеся в зоне более низких температур (конвективные поверхности нагрева). Поэтому поверхность нагрева экранированных котлов значительно меньше, чем у неэкранированных такой же паропроизводительности; в котлах со сплошным экранированием топочной камеры, называемых радиационными котлами, кипятильный пучок почти отсутствует. В 30-е гг. в СССР Л. К. Рамзиным были сконструированы водотрубные котлы с принудительной циркуляцией (см. Прямоточный котел). Об устройстве современных П см. в ст. Котлоагрегат.

В СССР все П, работающие с давлением более 0,17 Мн/м², должны изготовляться, монтироваться, приниматься в эксплуатацию и эксплуатироваться в соответствии с правилами Котлонадзора. Энергетические котлы должны эксплуатироваться с соблюдением также и правил технической эксплуатации электростанций.

Лит.: Максимов В. М., Котельные агрегаты большой паропроизводительности, М., 1961; Парогенераторы, под ред. А. П. Ковалева, М. — Л., 1966; Зах Р. Г,, Котельные установки, М., 1968; Щеголев М. М., Гусев Ю. Л., Иванова М. С., Котельные установки, 2 изд., М., 1972; Гусев Ю. Л., Основы проектирования котельных установок, 2 изд., М., 1973.

Г. Е. Холодовский.

	Copyright © 1999-2023 Oval.ru, All Rights Reserved.