Развитие паровых котлов: период до внедрения высоких параметров пара

В наше время паровые котлы не являются редкостью. Такое оборудование знакомо и в Москве, и в Санкт-Петербурге, Омске, Новосибирске, Нижнем Новгороде, Твери, Туле, Рязани, Ульяновске, Улан-Удэ и т. д. Первые паровые котлы выполнялись в виде частично заполненных водой сосудов, обогреваемых снаружи. Форма этих сосудов была различной, но наиболее приспособленной к восприятию внутреннего давления и вместе с тем могущей дать довольно значительную величину поверхности нагрева оказалась форма удлиненного горизонтального цилиндра. Однако рост поверхности нагрева цилиндрического котла за счет увеличения размеров основного цилиндра приводил к значительному возрастанию габаритов и веса котельной установки.

Поэтому уже в начальный период развития паровых котлов были начаты поиски других путей увеличения поверхности нагрева. Два направления оказались перспективными и определили развитие паровых котлов более чем на 150 лет. Первым было создание дополнительных поверхностей нагрева в виде труб, обогреваемых топочными газами изнутри и расположенных внутри основного цилиндра («газотрубные» котлы); вторым — присоединение к основному цилиндру системы труб, расположенных вне его и обогреваемых снаружи («водотрубные» котлы).

Газотрубные котлы выполнялись путем расположения в водяном пространстве основного, обычно горизонтального цилиндра, параллельно оси его одной-двух, реже трех труб большого диаметра — 500—800 мм («жаротрубные» котлы) или целого пучка труб малого диаметра — 50—150 мм («дымогарные» котлы). Эти трубы укреплялись в днищах основного барабана и продукты сгорания («топочные газы») проходили по трубам, обогревая их изнутри.

Наибольшее распространение нашли котельные установки с жаровыми трубами, строившиеся с начала XIX века и почти до настоящего времени. Значительным преимуществом этих котельных агрегатов было размещение топки (обычно ручной колосниковой решетки) внутри жаровых труб. Топочное пространство при этом было окружено со всех сторон высокоэффективной радиационной поверхностью нагрева, что позволяло сильно охладить газы в пределах топки и исключало необходимость в дорогой и требовавшей частых ремонтов огнеупорной кладки. По существу это была первая полностью экранированная топка, хорошо приспособленная для работы на высокосортных каменных углях.

Недостатком жаротрубных котлов являлась ограниченная возможность увеличения полной поверхности нагрева (жаровых труб и обогреваемой части основного цилиндра). Так, для котлов с двумя жаровыми трубами максимальная поверхность нагрева составляла примерно 120 м². Это ограничивало производительность котла, которая к тому же лимитировалась и размерами решетки, размещавшейся в жаровых трубах. Поэтому даже на высококачественном угле жаротрубные котельные агрегаты давали пара не более 2—2,5 т/ч; при худших топлпвах эту нагрузку можно было получать лишь при выносных топках, что сильно увеличивало и без того значительную площадь, занимаемую котлом.

Котлы с дымогарными трубками позволяли разместить в единице объема основного барабана большую поверхность нагрева, что позволяло при более коротком барабане иметь общую поверхность нагрева до 150—180 м². Еще большую поверхность (до 300 м²) имели комбинированные стационарные котлы, в которых топки размещались в жаровых трубах, а более глубокое охлаждение газов осуществлялось в пучке дымогарных труб. Все же и у таких котлов было трудно получить паропроизводительность свыше 4 т/ч, главным образом из-за ограниченности габаритов топки. Только в паровозных котлах паропроизводительность была значительно поднята. Это достигалось, однако, как ценой очень большого усложнения топки, выполнявшейся в виде прямоугольной коробки с плоскими стенками, укрепленными сотнями связей, так и путем форсировки котла, приводившей к сильному снижению его к. п. д.

Весьма ограниченными были возможности повышения давления в связи с большим диаметром основного барабана и трудностями выполнения прочных днищ (особенно в дымогарных котельных установках). Не подходили эти котлы и для получения пара высокой температуры, так как перегреватель удобно было размещать только после жаровых труб, т. е. в зоне низких температур газов. В итоге газотрубные котлы уже к концу XIX века потеряли свое значение для крупных (по тому времени) установок. В настоящее время газотрубные котлы применяются лишь в промышленных котельных, вырабатывающих пар низкого давления для технологических и отопительных целей, и постепенно вытесняются даже оттуда.

Особым видом газотрубных котлов, применяемым и в настоящее время, являются вертикальные котлы малой мощности (до 0,5—0,7 т/ч). Эти котлы представляют собой тот же основной цилиндр с жаровой трубой, расположенной вертикально. В этом случае верхняя часть жаровой трубы проходит сквозь паровое пространство и, следовательно, плохо охлаждается. Поэтому температура газов, проходящих по этой части трубы, должна быть невысокой (при длительной работе не выше 500—550° С). Для снижения температуры размещают в жаровой трубе дополнительную поверхность нагрева, обычно в виде пучков наклонных труб, омываемых газами снаружи. Одним из наиболее удачных котлов этого типа был вертикальный котел Шухова, сконструированный в конце XIX века и сохранившийся в производстве до настоящего времени.

Водотрубные котлы начали разрабатываться несколько позднее и оказались более перспективными. Вначале увеличение поверхности нагрева осуществлялось присоединением к основному цилиндру («барабану») нескольких труб большого диаметра. Это давало лишь ограниченное развитие поверхности нагрева при заметном увеличении габаритов котла. Более эффективным явилось присоединение к барабану целого пучка труб малого диаметра (собственно водотрубные котлы). Вопрос о методе присоединения этих труб к барабану на протяжении длительного времени решался двумя путями. Первый характеризовался присоединением концов труб —  обычно прямых, слабо наклоненных к горизонту, к специальным сборникам (камерам секционным коробкам), расположенным под основным барабаном и соединенным с мим (горизонтально-водотрубные котлы).

В начальный период развития горизонтально-водотрубных котельных агрегатов для объединения труб применялись плоские камеры, стенки которых соединялись между собой многочисленными связями. Две таких камеры присоединялись к барабану специальными «воротниками» и имели различную высоту, что обеспечивало пучку труб должный наклон (обычно 10—15°). Образующийся в наклонных трубах пар поднимался к верхней (обычно передней) камере, увлекая с собой воду, и через камеру поднимался в барабан. Вода, отделившаяся в барабане от пара и смешавшаяся с подаваемой в барабан питательной водой, опускалась по задней камере и распределялась по трубам. Таким образом, циркуляционный контур котла состоял из барабана, задней камеры, пучка труб, передней камеры и барабана. Трубы закреплялись в отверстиях стенки камеры путем развальцовки; для введения вальцовочного инструмента в противоположной стенке камеры имелось против каждой трубы отверстие, закрывавшееся специальным затвором. Эти же отверстия служили для осмотра и очистки внутренней поверхности труб от накипи, что имело большое значение, поскольку в этот период времени котлы питались не обработанной водой. В этих условиях слой накипи нарастал довольно быстро и, несмотря на частые остановки котлов для внутренней очистки, повреждения труб из-за перегрева металла («пережог» труб) были обычным явлением. Наличие отверстий в камерах позволяло извлекать поврежденные трубы и ставить новые снаружи, т. е. вскоре после спуска воды из котла, не дожидаясь полного остывания кирпичной кладки топки.

Источник: ООО «Вемиру»

E-mail: info@stroimrem.ru

Воспользовавнись услугами интернет-магазина ООО «МС» Вы можете к купить сухие смеси в кредит, сроком на один год. Продажа строительных смесей в рассрочку – это оптимальный вариант для малобюджетных строительных компаний.