Паровой котел представляет собой конструкцию закрытого типа, которая под воздействием сгорания топлива превращает вещество из жидкого состояния в газообразное состояние высокого давления.
В качестве материала для парового котла необходимо выбирать такой, который характеризуется плотностью, прочностью, не пропускает газы. Лучше всего для этих целей использовать листы железа, красный купрум и мягкую сталь. Раньше паровые котлы было принято делать с использованием чугуна, но сегодня решили отказаться от этого материала, поскольку он не является надежным для работы подобных конструкций.
Принцип действия паровых котлов
Устройство парового котла должно соответствовать принципу его действия: потеря пара из аппарата должна компенсироваться заново образующимся паром.
Если это условие не соблюдается, то паровое давление в приборе начнет стремительно снижаться. По этой причине объем котла и камеры для горения топлива необходимо сопоставлять с объемом пара, который производит котел.
Паропроизводительность (количество вырабатываемого пара котлом за 1 час работы) парового котла определяется силой парового механизма, который работает благодаря пару, вырабатываемому котлом. Сквозь корпус котла проходит тепло от сгораемого топлива в воду; от величины нагреваемой площади (стенки парового котла, покрытые с внутренней стороны водой и обдаваемые жаром с внешней стороны) напрямую зависит количество полученного «полезного» пара и его потеря вследствие улетучивания в трубу дымохода.
Пропорционально росту нагреваемой площади растет вес и цена парового устройства. Наиболее экономичным и практичным является паровой котел, цена топлива для которого в сумме с затратами на саму конструкцию и ее комплектующие будет самой низкой. При эксплуатации промышленных паровых котлов, характеризующихся высоким уровнем паропроизводительности, одной из задач является экономия средств на топливо, поэтому в паровых агрегатах такого значения стараются по максимуму увеличить нагреваемую площадь устройства, не жалея больших денежных вложений в сами котлы.
Разновидности паровых котлов
Самой простой моделью парового агрегата является цилиндрическая конструкция, похожая на трубу из железа, в диаметре 90-150 см и длиной 20 м и более. Цилиндр имеет на концах изогнутые или плоские крышки, которые именуются днищем парового котла. Материалов для производства устройства являются листы железа от 7 мм толщиной, которые тщательно крепятся друг к другу. Днища котла делаются также из листов железа той же толщины. Такая форма устройства является очень выгодной с точки зрения прочности.
Положительными сторонами цилиндрической формы парового котла считаются ее простота и удобство в обслуживании; минусы заключаются в небольшой нагреваемой площади или чрезмерной громоздкости. Чтобы сделать большей площадь нагрева, не увеличивая при этом длину самого котла, его требуется дополнительно оснащать одним или парой вспомогательных цилиндрических паровых котлов меньших размеров. Эти вспомогательные агрегаты можно подразделить на 2 типа: так называемые кипятильники (пламя направлено непосредственно на котел) и подогреватели (подвергаются воздействию огня после основного прибора). Такое вспомогательное оборудование соединяется с основным агрегатом посредством одного или нескольких патрубков.
Под котлом на решетке из колосников (брусьев из железа или чугуна) горит топливо. Пламя и горячий газ в первую очередь затрагивают нижнюю часть парового котла, переходя по первой дымоходной трубе во второй конец устройства. После, опускаясь ниже и возвращаясь по второй дымовой трубе, огонь воздействует на верхнюю часть дополнительного котла и, в конечном итоге, проходит по третьей трубе, воздействуя на нижнюю часть вспомогательного агрегата.
Парообразование в установке с дополнительными котлами проходит в основном приборе, а в подогревателях осуществляется нагрев воды до температуры, близкой к температуре кипения. Подогреватель в диаметре составляет приблизительно 50 см. Зачастую в одной печи проводят установку более 3-х горизонтальных паровых агрегатов, каждый из которых имеет некоторое количество вспомогательных приборов более малого диаметра. Такую котловую систему именуют батарейным котлом.
Конструкция паровых котлов английского типа
В Великобритании были созданы паровые котлы с особой конструкцией, в которых увеличение нагреваемой площади произвели за счет трансформации топочных камер в так называемые жаровые, или пламенные, трубы. Эти трубы оснащены решеткой из колосников, на которой происходит сгорание топлива. Английский паровой агрегат, оснащенный одной жаровой трубой, называется корнуэльским паровым котлом, с парой труб — ланкаширским. Самой небезопасной частью английских паровых конструкций считаются гладкие пламенные трубы, поскольку они с легкостью деформируются под действием высокого внешнего парового давления, поэтому их требуется скреплять особым образом. Намного надежнее волнистый тип труб, поскольку они характеризуются намного большим сопротивлением, нежели гладкие, и их не нужно скреплять как-то особенно.
Днище английской конструкции паровых котлов выпускается выпуклой формы с наружными и внутренними флянцами, предназначенными для соединения с топочными трубами и собственно котлом. В этих устройствах, по аналогии с другими, огонь сгораемого топлива идет сперва над кирпичным порогом, который служит в качестве ограждения топливного слоя и для более благоприятного смешивания поступающего воздуха с дымом. Перемещаясь по топливным трубам, огонь нагревает ее поверхность и окружающую воду, затем нагревают боковую и нижнюю поверхность парового котла, передвигаясь по второй дымоходной трубе к третьей.
Первоначальный пар, вырабатываемый котлом, в составе имеет большое количество влаги и именуется влажным. Чтобы осушать влажный пар, на паровой установке монтируется специальный паровой колпак, который через латеральные патрубки и паропроводящие трубочки отводит пар к месту его транспортирования. Осмотр начинки парового агрегата, а также удаление с его деталей и стенок накипи и пыли выполняется через особые отверстия, оснащенные крышками, которые именуются горловинами либо лазами.
Английские котлы производятся до 230 см в диаметре при длине в 8-10 м. Топочные трубы составляют не менее 70 см в диаметре, но лучше всего функционируют трубы диаметром 0,9 м.
Морской (пароходный) тип парового агрегата снабжен парой топочных труб (в некоторых случаях и больше) в нижней части конструкции и большим количеством дымогарных трубочек в верхней части. Такие котлы выпускаются в диаметре от 400 см и более, толщина их стенок может достигать 3 см. Дымогарные трубки по своей функции никак не соответствуют своему названию, так как они необходимо только для увеличения нагреваемой площади и никак для горения дыма. Скорее даже напротив, они стимулируют выработку дыма, поскольку охлаждают находящийся в середине их горячий газ. Эти трубки, материалом для которых служит железо или латунь, устанавливаются в тех ограниченных местах, в которых требуется добиться максимальной нагреваемой площади. Их часто можно встретить в конструкции промышленных паровых котлов и в паровозном котле.
Если заменить 1 большую топливную трубу на 100 маленьких трубочек с диаметром, в 10 раз меньше от диаметра обычной трубы, то суммарная площадь поперечного разреза маленьких трубочек будет аналогичной большой пламенной трубе, но суммарная нагревающаяся поверхность всех трубочек составит величину в 10 раз больше по сравнению с площадью большой жаровой трубы.
Устройство водотрубного типа котлов
Непрерывно растущее использование все более высокого парового давления привело к обращению к нового типа водотрубным котлам, имеющих различие от трубных в том, что в их состав входят трубочки с малым диаметром, которые заполняются водой и размещаются непосредственно над пламенем, а не в середине большого парового котла. Котлы водотрубного типа могут работать с высоким давлением пара (10-15 атм. и более) благодаря трубкам с малым диаметром и не толстыми стенками. Паровой котел водотрубного типа имеет меньший диаметр по сравнению с трубчатыми и английскими котлами, он не подвержен прямому воздействию пламени.
Примером водотрубного типа котлов является паровой агрегат Дюрра. Его конструкция заключается в размещенных под наклоном относительно горизонта трубочек, запаенных с одной стороны и установленных другой стороной в наводненную плоскостенную камеру (коллектор), образующиеся пары в которой направляется в верхний паровой колпак. В каждой водяной трубке находится еще меньшая трубочка. Между трубочками происходит нагрев воды и она в виде пара направляется в коллектор, стимулируя при этом возврат воды из него обратно во внутреннюю трубочку. В такой способ вода усиленно циркулирует, не позволяя грязи скапливаться на внутренней поверхности трубок. На территории Российской Федерации водотрубные паровые котлы Дюрра не стали популярными.
Образец водотрубного котла Рута характеризуется тем, что в его конструкции трубки соединяются посредством специальных соединительных ящиков, выполненных из чугуна. Эта модель парового агрегата вырабатывает пар с большим процентом влаги из-за небольших размеров парового объема в верхней трубе, которая является паросборником.
Очень популярны на территории России водотрубные установки американского производства Бабкок и Вилькокс. В их конструкции трубочки размещены в шахматном порядке.
Консервация паровых котлов
Если произвести остановку парового устройства без консервации с дальнейшим падением давления до уровня атмосферного и предполагаемым поступлением в котел воздушного кислорода и накоплением воды, начнут развиваться коррозионные процессы. При температурном режиме 20°С средняя скорость распространения коррозии составляет 0,05 г/м2/ ч. Котел с суммарной нагреваемой площадью в 30000 м2, не прошедший мероприятия консервации, вследствие суточного простоя подвержен образованию около 50 кг оксида ферума в корпусе.
Чтобы избежать процессов коррозии, при любой остановке работы парового котла необходима консервация. Консервация на срок до суток заключается в способе излишка давления, мероприятия консервации на время до 5 дней включают в себя сухой останов. При остановке от пяти до 60 дней проводится гидразинно-аммиачный тип консервации либо применение ингибиторов контактных. Если остановка работы котла планируется на срок более 2-х месяцев, для консервации используются контактные ингибиторы.
/youtu.be/mlMZGVQ3Qmg
Можно также использовать сухой тип консервации, заключающийся в заполнении конструкции азотом. Но должно выполняться условие: необходимо целиком выпустить из корпуса воздух.
