Типи парових котлів, МеханікІнфо

Паровим котлом називається апарат, який отримує водяну пару з тиском вище атмосферного. Паровий котел являє собою металеву посудину, всередині якої циркулюють вода та пара. Котел із зовнішнього боку обігрівається димовими газами, які є продуктами згоряння палива. Тепло, що міститься в димових газах, через металеві стінки котла передається воді, нагріває та випаровує її; пар, що утворюється, перегрівається до необхідної температури і потім застосовується в котельних установках.

Типи парових котлів.

Сучасні стаціонарні казани поділяються на казани:

- З жаровими трубами;
- з димарними трубами;
- Циліндричні;
- Горизонтально-водотрубні;
- Вертикально-водотрубні котли.

Циліндричний паровий котел.

Циліндричні котли (рис. 1) - найбільш старий тип парових котлів з великим водяним об'ємом, зовнішньою топкою та обігрівом газами лише зовнішньої поверхні циліндра. Котел складається з циліндричної частини із прикріпленим до неї сухопарником.

Мал. 1. Загальний вигляд циліндричного котла.

До недоліків циліндричних котлів належить:

- обмежена поверхня нагріву та погане її використання;
- Мала продуктивність;
- Низький тиск пари;
- Неекономічність;
- велика вага;
- Експлуатаційна ненадійність і велика площа, займана котлом.

Тому такі котли зараз майже не виготовляються.

Котли з жаровими трубами.

Котли з жаровими трубами є циліндричний залізний барабан, до днищ якого приєднані одна або дві жарові труби (Рис. 2).

Мал. 2. Котел з однією жаровою трубою:

1 – корпус котла; 2 – жарова труба; 3 - сухопарник.

Жарові труби встановлюються всередині водяного простору котла між днищами. Зовні жарові труби по всій поверхні омиваються водою, а всередині труб проходять гази. Котли виготовляються з гладкими та хвилястими за формою жаровими трубами (рис. 3). У котлах з однією жаровою трубою остання майже завжди встановлюється дещо зсунутою від вертикальної та горизонтальної осі барабана котла. Таке розташування жарової труби створює кращу циркуляцію води і робить зручнішими очищення та огляд котла. Топки зазвичай розташовуються усередині труб.

Жарові труби котла.

Мал. 3. Жарові труби.

а – гладка; б - хвиляста.

Котли з однією жаровою трубою називаютьсякорнвалійськими, а з двома -ланкаширськими. Ці котли займають великий обсяг, мають значну вагу і тому виготовляються лише малих потужностей з низьким тиском. Застосовуються вони у невеликих промислових котельнях.

Останнім часом у котлів із жаровими трубами днища робляться штамповані, опуклі, з великим радіусом закруглення до відбортування. Відбирання днища для приєднання жарових труб виконується здебільшого всередину барабана, що забезпечує охолодження водою заклепувального шва.Жарові труби рекомендується виготовляти хвилястими. Хвилясті труби збільшують поверхню нагріву та краще сприймають коливання при зміні температури нагріву та тиску всередині барабана. Гладкі труби для жорсткості та компенсації температурних змін з'єднуються кільцями Адамсона (рис. 4).

Мал. 4. Кільце Адамсона.

До позитивних властивостей котлів із жаровими трубами відноситься великий водянийоб'єм, який забезпечує стійку роботу котла при ручній топці, нерівномірному живленні водою та нерівномірному споживанні пари. Ремонт цих котлів нескладний, і догляд за ними простий.

До негативних властивостей цих котлів належать:

- Значна площа, займана котлом;
- велика вага;
- Повільна і дорога розпалювання;
- Виносна топка при використанні низьких сортів палива;
- Низький тиск, що розвивається котлом.

Котли з димогарними трубами.

Котли найпростішого виду з димогарними трубами складаються з циліндричного барабана, двох днищ, великої кількості димогарних труб, якими проходять гарячі гази. Топка знаходиться під котлом, а димарні труби утворюють газохід.

Димогарні труби котла.

Труби завальцьовуються в два плоскі днища, які додатково зміцнюються анкерними тягами (зв'язками) та спеціальними косинками.

До недоліків таких котлів належать:

- велика жорсткість конструкції, що викликає значне перенапруга металу, і течі в місцях розвальцювання труб від різких змін температури в казані;
- Обмежена паропродуктивність;
- Непристосованість димогарних труб, зважаючи на великий діаметр барабана і плоскої форми днищ, до підвищених тисків пари.

Димогарні труби в трубних гратах (поряд з днищами котла) розташовують по кутах квадрата або по вершинах рівностороннього трикутника так, щоб проміжки між трубами були 25-30 мм. Розташування труб на вершинах рівностороннього трикутника дає можливість розмістити більшу кількість труб. Один кінець димогарної труби виготовляється кілька більшого діаметру, що полегшує встановлення труб та вилучення їх приремонт. Плоскі днища котлів, що розпираються тиском пари, зміцнюються анкерними тягами, які зв'язують між собою обидва днища.

Зв'язки з круглого заліза ставляться у певних місцях днищ і проміжках між димогарними трубами. Часто замість зв'язків із круглого заліза застосовують ті ж димогарні труби з товстішими стінками, кінці яких, як у анкерних тяг, нарізані та вкручені у днища. Прості котли з димогарними трубами та нижніми топками нині майже не виготовляються.

Котел паровий комбінований.

Широке застосування отримали котли, у яких жарові труби поєднуються з димогарними, та топки розташовані під котлами. Такі казани називаються комбінованими. Одним із комбінованих типів котлів є локомобільні котли (рис. 5). Вони будуються з пароперегрівачем або без нього. Істотними недоліками таких котлів є:

- Обмежена потужність;
- Низький тиск пари;
- потреба у високоякісному паливі;
- текти в місцях ввальцювання труб при швидких та різких змінах навантаження.

Локомобільний котел.

Мал. 5. Паровий котел локомбіля:

1 – корпус котла; 2 – жарова труба; 3 – димарні труби; 4 - сухопарник.

Водотрубний паровий котел принцип роботи.

Казани водотрубні (рис. 6) складаються з одного або декількох барабанів з внутрішньою системою труб невеликого діаметру.

Відмінною ознакою водотрубних котлів є пучки кип'ятільних труб, усередині яких циркулює вода. Зовні труби омиваються гарячими газами. Отже, поверхня нагріву у цих котлах утворюється з усіх поверхонь кип'ятільних труб.

Кип'ятільні труби з'єднуються з камерами розвальцювання стіноктруб. У камерах робляться люки проти кожної труби чи один великий люк на групу труб. Стіни камери для міцності з'єднуються анкерними тягами.

В одному казані встановлюється до 400 кип'ятільних труб. Труби розташовуються рядами у горизонтальному чи вертикальному напрямках залежно від системи котла. Відстань між осями труб горизонтальної лінії 150—170 мм, а вертикальної лінії 130—150 мм. Зовнішній діаметр кип'ятільних труб коливається від 76 до 102 мм (середній 95 мм) за довжини 5 м.

Хороші умови для циркуляції води, пари та руху газу забезпечують високу паропродуктивність котла. У котлах кип'ятільні труби встановлюються з деяким нахилом, що сприяє кращому паровідділення та переходу бульбашок пари у верхній барабан.

Види водотрубних котлів.

За конструкцією водотрубні котли діляться на горизонтально-водотрубні та вертикально-водотрубні.

Горизонтальний водотрубний котел.

Горизонтально-водотрубний котел складається з пучка кип'ятільних труб, двох камер, пароперегрівача та циліндричного барабана (колектора). Камери виготовляються клепаними чи звареними.

У стінки камер ввальцьовуються кип'ятільні труби. Отвори у камерах закриваються люками. Кип'ятільні труби розташовуються в горизонтально-водотрубних котлах з нахилом до горизонту під кутом 15 °, а вертикально-водотрубних - з нахилом до горизонту мод кутом 45 ° і більше.

З горизонтально-водотрубних казанів можна виділити казани системи Шухова з одним або декількома поздовжніми барабанами, а в модернізованих конструкціях - з одним поперечним барабаном.

Конструкція котла Шухова.

Мал. 6. Горизонтальний водотрубний котел Шухова:

1 - барабан, 2 - колектор; 3 –сухопарник; 4 – грязьовик; 5 – пароперегрівач; 6 - пучки труб.

У котла Шухова (рис. 6) трубні пучки ввальцовуються в днище циліндричних колекторів (камер), які утворюють трубну батарею. По вертикалі встановлюються дві батареї; колектори верхньої та нижньої батарей попарно склепуються між собою. Колектори верхніх батарей патрубками з'єднуються з подовжніми барабанами. Для полегшення виходу пароводяної суміші з нижньої батареї передній колектор забезпечується трубою, якою пароводяна суміш надходить у барабан.

Горизонтально-водотрубні котли будуються малих та середніх потужностей з розрахунком на низький тиск.

Вертикально водотрубні котли.

Вертикально-водотрубні котли (рис. 7) складаються з пучків окропу, пароперегрівача і циліндричного барабана (колектора). У вертикально-водотрубних котлах кип'ятільні труби розташовані в круто похилому положенні. Таке розташування труб дає змогу отримати з одного квадратного метра площі води більшу кількість пари на годину. Крім того, ці котли займають порівняно з іншими трохи місця. Завдяки своїм позитивним якостям вони завоювали переважне становище у паровому господарстві. Котли будуються здебільшого з кип'ятильними трубами, вигнутими таким чином, щоб вони входили в колектор перпендикулярно до стінок барабана. Завдяки чотириразовій зміні напряму руху, гарячі гази неодноразово приходять у зіткнення з кип'ятильними трубами, внаслідок чого вони найповніше передають тепло воді. Циркуляція у цих котлах хороша. Котли мають великий топковий простір.

Рис 7. Загальний вигляд вертикального водотрубного п'ятибарабанного котла з перегрівачем.

Вертикально-водотрубні котли будуютьсяпереважно одно- та двобарабанні, низького та середнього тиску всіх потужностей.

Прямоточний паровий котел. Принцип роботи прямоточного казана.

Особливе положення по конструкції займають прямоточні казани високого тиску. Прямоточні котли не мають барабанів, а представляють систему змійовиків, що обігріваються, в які поживними насосами подається вода. Вода у міру руху поступово нагрівається до температури пароутворення, пара перегрівається і прямим потоком проходить до парових установок.

У парових казанах розрізняють дві частини:

- нижня частина котла, заповнена водою, називається водяним простором;
- Верхня частина котла, заповнена парою - паровим простором. Кордон між паровим та водяним простором називається рівнем води, або дзеркалом випаровування.

Поверхня котла, що омивається, з одного боку, гарячими газами, а з іншого боку - водою, називається поверхнею нагріву котла, а межа зіткнення гарячих газів зі стінкою котла називається вогневою лінією.

Кількість пари, що виробляється котлом за годину, називається паропродуктивністю котла або його потужністю. Котли паропродуктивністю до 10 т/год пара вважаються котлами малої потужності, від 10 до 60 т/год- котлами середньої потужності, і понад 60 т/год - котлами високої потужності. Котли, що виробляють пар тиском до 25 ат, вважаються котлами низького тиску, до 40 ат - котлами середнього тиску, і понад 40 ат - котлами високого тиску. В даний час є котли, які дають пару тиском 130-140 ат і вище.