Паровые котлы. Типы паровых котлов.

Паровым котлом называется аппарат, который получает водяной пар с давлением выше атмосферного. Паровой котел представляет собой металлический сосуд, внутри которого циркулируют вода и пар. Котел с внешней стороны обогревается дымовыми газами, являющимися продуктами сгорания топлива. Тепло, содержащееся в дымовых газах, через металлические стенки котла передается воде, нагревает и испаряет ее; образующийся пар перегревается до требуемой температуры и затем применяется в котельных установках.

 

Типы паровых котлов.

 

Современные стационарные котлы разделяются на котлы:

 

• — с жаровыми трубами;
• — с дымогарными трубами;
• — цилиндрические;
• — горизонтально-водотрубные;
• — вертикально-водотрубные котлы.

 

Цилиндрический паровой котел.

 

Цилиндрические котлы (рис. 1) — наиболее старый тип паровых котлов с большим водяным объемом, внешней топкой и обогревом газами только наружной поверхности цилиндра. Котел состоит из цилиндрической части с прикрепленным к ней сухопарником.

Рис. 1. Общий вид цилиндрического котла.

 

К недостаткам цилиндрических котлов относится:

 

• — ограниченная поверхность нагрева и плохое ее использование;
• — малая производительность;
• — низкое давление пара;
• — неэкономичность;
• — большой вес;
• — эксплуатационная ненадежность и большая площадь, занимаемая котлом.

 

Поэтому такие котлы в настоящее время почти не изготовляются.

 

Котлы с жаровыми трубами.

 

Котлы с жаровыми трубами представляют собой цилиндрический железный барабан, к днищам которого присоединены одна или две жаровые трубы (Рис. 2).

Рис. 2. Котел с одной жаровой трубой:

1 – корпус котла; 2 – жаровая труба; 3 – сухопарник.

 

Жаровые трубы устанавливаются внутри водяного пространства котла между днищами. Снаружи жаровые трубы по всей поверхности омываются водой, а внутри труб проходят газы. Котлы изготовляются с гладкими и волнистыми по форме жаровыми трубами (рис. 3). В котлах с одной жаровой трубой последняя почти всегда устанавливается несколько сдвинутой от вертикальной и горизонтальной оси барабана котла. Такое расположение жаровой трубы создает лучшую циркуляцию воды и делает более удобными очистку и осмотр котла. Топки обычно располагаются внутри труб.

 

Жаровые трубы котла.

Рис. 3. Жаровые трубы.

а – гладкая; б – волнистая.

 

Котлы с одной жаровой трубой называются корнвалийскими, а с двумя — ланкаширскими. Эти котлы занимают большой объем, имеют значительный вес и поэтому изготовляются лишь малых мощностей, с низким давлением. Применяются они в небольших промышленных котельных.

 

В последнее время у котлов с жаровыми трубами днища делаются штампованные, выпуклые, с большим радиусом закругления к отбортовке. Отбортовка днища для присоединения жаровых труб выполняется большей частью внутрь барабана, что обеспечивает охлаждение водой заклепочного шва. Жаровые трубы рекомендуется изготовлять волнистыми. Волнистые трубы увеличивают поверхность нагрева и лучше воспринимают колебания при изменении температуры нагрева и давления внутри барабана. Гладкие трубы для жесткости и компенсации температурных изменений соединяются кольцами Адамсона (рис. 4).

Рис. 4. Кольцо Адамсона.

 

К положительным свойствам котлов с жаровыми трубами относится большой водяной объем, который обеспечивает устойчивую работу котла при ручной топке, неравномерном питании водой и неравномерном потреблении пара. Ремонт у этих котлов несложный, и уход за ними простой.

К отрицательным свойствам этих котлов относятся:

 

• — значительная площадь, занимаемая котлом;
• — большой вес;
• — медленная и дорогостоящая растопка;
• — выносная топка при использовании низких сортов топлива;
• — низкое давление, развиваемое котлом.

 

Котлы с дымогарными трубами.

 

Котлы простейшего вида с дымогарными трубами состоят из цилиндрического барабана, двух днищ, большого количества дымогарных труб, по которым проходят горячие газы. Топка располагается под котлом, а дымогарные трубы образуют газоход.

 

Дымогарные трубы котла.

 

Трубы завальцовываются в два плоских днища, которые дополнительно укрепляются анкерными тягами (связями) и специальными косынками.

К недостаткам таких котлов относятся:

 

• — большая жесткость конструкции, вызывающая значительное перенапряжение металла, и течи в местах развальцовки труб от резких изменений температуры в котле;
• — ограниченная паропроизводительность;
• — неприспособленность дымогарных труб, ввиду большого диаметра барабана и плоской формы днищ, к повышенным давлениям пара.

 

Дымогарные трубы в трубной решетке (рядом с днищами котла) располагают по углам квадрата или по вершинам равностороннего треугольника так, чтобы промежутки между трубами были 25—30 мм. Расположение труб по вершинам равностороннего треугольника дает возможность разместить большее количество труб. Один конец дымогарной трубы изготовляется несколько большего диаметра, что облегчает установку труб и извлечения их при ремонте. Плоские днища котлов, распираемые давлением пара, укрепляются анкерными тягами, которые связывают между собой оба днища.

Связи из круглого железа ставятся в определенных местах днищ, и промежутках между дымогарными трубами. Часто вместо связей из круглого железа применяют те же дымогарные трубы с более толстыми стенками, концы которых, как у анкерных тяг, нарезаны и ввернуты в днища. Простые котлы с дымогарными трубами и нижними топками в настоящее время почти не изготовляются.

 

Котел паровой комбинированный.

 

Широкое применение получили котлы, в которых жаровые трубы сочетаются с дымогарными, и топки расположены под котлами. Такие котлы называются комбинированными. Одним из комбинированных типов котлов являются локомобильные котлы (рис. 5). Они строятся с пароперегревателем или без него. Существенными недостатками таких котлов являются:

 

• — ограниченная мощность;
• — низкое давление пара;
• — потребность в высококачественном топливе;
• — течь в местах ввальцовки труб при быстрых и резких изменениях нагрузки.

 

Локомобильный котел.

Рис. 5. Паровой котел локомбиля:

1 – корпус котла; 2 – жаровая труба; 3 – дымогарные трубы; 4 – сухопарник.

 

Водотрубный паровой котел принцип работы.

 

Котлы водотрубные (рис. 6) состоят из одного или нескольких барабанов с внутренней системой труб небольшого диаметра.

Отличительным признаком водотрубных котлов служат пучки кипятильных труб, внутри которых циркулирует вода. Снаружи трубы омываются горячими газами. Следовательно, поверхность нагрева в этих котлах образуется из всех поверхностей кипятильных труб.

Кипятильные трубы соединяются с камерами развальцовкой стенок труб. В камерах делаются люки против каждой трубы или один большой люк на группу труб. Стенки камеры для прочности соединяются анкерными тягами.

В одном котле устанавливается до 400 кипятильных труб. Трубы располагаются рядами в горизонтальном или вертикальном направлениях в зависимости от системы котла. Расстояние между осями труб по горизонтальной линии 150—170 мм, а по вертикальной линии 130—150 мм. Наружный диаметр кипятильных труб колеблется от 76 до 102 мм (средний 95 мм) при длине 5 м.

Хорошие условия для циркуляции воды, пара и движения газа обеспечивают высокую паропроизводительность котла. В котлах кипятильные трубы устанавливаются с некоторым наклоном, что способствует лучшему пароотделению и переходу пузырьков пара в верхний барабан.

 

Виды водотрубных котлов.

 

По конструкции водотрубные котлы делятся на горизонтально-водотрубные и вертикально-водотрубные.

 

Горизонтальный водотрубный котел.

 

Горизонтально-водотрубный котел состоит из пучка кипятильных труб, двух камер, пароперегревателя и цилиндрического барабана (коллектора). Камеры изготовляются клепаными или сварными.

В стенки камер ввальцовываются кипятильные трубы. Отверстия в камерах закрываются люками. Кипятильные трубы располагаются в горизонтально-водотрубных котлах с наклоном к горизонту под углом 15°, а в вертикально-водотрубных — с наклоном к горизонту мод углом 45° и больше.

Из горизонтально-водотрубных котлов можно выделить котлы системы Шухова с одним или несколькими продольными барабанами, а в модернизированных конструкциях — с одним поперечным барабаном.

 

Конструкция котла Шухова.

Рис. 6. Горизонтальный водотрубный котел Шухова:

1 – барабан, 2 – коллектор; 3 – сухопарник; 4 – грязевик; 5 – пароперегреватель; 6 – пучки труб.

 

У котла Шухова (рис. 6) трубные пучки ввальцовываются в днище цилиндрических коллекторов (камер), которые образуют трубную батарею. По вертикали устанавливаются две батареи; коллекторы верхней и нижней батарей попарно склепываются между собой. Коллекторы верхних батарей патрубками соединяются с продольными барабанами. Для облегчения выхода пароводяной смеси из нижней батареи передний коллектор снабжается трубой, по которой пароводяная смесь поступает в барабан.

Горизонтально-водотрубные котлы строятся малых и средних мощностей с расчетом на низкое давление.

 

Вертикально водотрубные котлы.

 

Вертикально-водотрубные котлы (рис. 7) состоят из пучков кипятильных труб, пароперегревателя и цилиндрического барабана (коллектора). В вертикально-водотрубных котлах кипятильные трубы расположены в круто наклонном положении. Такое расположение труб дает возможность получить с одного квадратного метра площади воды большее количество пара в час. Кроме того, эти котлы занимают сравнительно с другими немного места. Благодаря своим положительным качествам они завоевали преимущественное положение в паровом хозяйстве. Котлы строятся большей частью с кипятильными трубами, изогнутыми таким образом, чтобы они входили в коллектор перпендикулярно стенкам барабана. Благодаря четырехкратному изменению направления движения, горячие газы неоднократно приходят в соприкосновение с кипятильными трубами, вследствие чего они наиболее полно передают тепло воде. Циркуляция в этих котлах хорошая. Котлы имеют большое топочное пространство.

Рис 7. Общий вид вертикального водотрубного пятибарабанного котла с перегревателем.

 

Вертикально-водотрубные котлы строятся преимущественно одно- и двухбарабанные, низкого и среднего давления всех мощностей.

 

Прямоточный паровой котел. Принцип работы прямоточного котла.

 

Особое положение по конструкции занимают прямоточные котлы высокого давления. Прямоточные котлы не имеют барабанов, а представляют систему обогреваемых змеевиков, в которые питательными насосами подается вода. Вода по мере движения постепенно нагревается до температуры парообразования, пар перегревается и прямым потоком проходит к паровым установкам.

В паровых котлах различают две части:

 

• — нижняя часть котла, заполненная водой, называется водяным пространством;
• — верхняя часть котла, заполненная паром — паровым пространством. Граница между паровым и водяным пространством называется уровнем воды, или зеркалом испарения.

 

Поверхность котла, омываемая, с одной стороны, горячими газами, а с другой стороны — водой, называется поверхностью нагрева котла, а граница соприкосновения горячих газов со стенкой котла называется огневой линией.

Количество пара, производимое котлом в час, называется паропроизводительностью котла или его мощностью. Котлы паропроизводительностью до 10 т/час пара считаются котлами малой мощности, от 10 до 60 т/час— котлами средней мощности, и свыше 60 т/час — котлами высокой мощности. Котлы, вырабатывающие пар давлением до 25 ат, считаются котлами низкого давления, до 40 ат — котлами среднего давления, и свыше 40 ат — котлами высокого давления. В настоящее время имеются котлы, которые дают пар давлением в 130—140 ат и выше.