ПАРОВЫЕ КОТЛЫ ЛОКОМОБИЛЕЙ
ГЛАВА /
ТИПЫ И КОНСТРУКЦИИ ЛОКОМОБИЛЬНЫХ котлов
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПАРОВЫХ КОТЛАХ И ИХ УСТРОЙСТВЕ
Паровыми котлами или, более правильно, котельными установками (котлоагрегатами) называются устройства, служащие для получения определенного количества пара с заданными параметрами, т. е. давлением и температурой. Пар предназначается для выработки механической энергии в паровом двигателе (паровой машине локомобиля), а также широко используется для производственных, бытовых и других целей.
Современная локомобильная котельная установка состоит из следующих основных частей: парового котла, пароперегревателя, топочного
устройства, арматуры и гарнитуры, питательных устройств, парового водоподогревателя, к которым в некоторых случаях добавляется газовый водоподогреватель (водяной экономайзер) или воздухоподогреватель.
Каждая котельная установка характеризуется количеством и параметрами вырабатываемого пара, т. е. его давлением и температурой. Паропроизводительность котла выражается в кг/час или т/час.
В зависимости от тина и конструкции котельная установка характеризуется величиной поверхности нагрева и размерами топочного устройства, т. е. площадью колосниковой решетки, на которой происходит сгорание топлива, и объемом топочного пространства.
Поверхностью нагрева котельной установки называется площадь всех поверхностей металлических стенок котельной установки, омываемых с одной стороны горячими газами, а с другой — рабочим телом, т. е. водой, паром или воздухом, направляемым в топку. Поверхности нагрева служат для передачи тепла от горячих газов рабочему телу; размеры их определяются по стороне, омываемой газами, и измеряются в м%.
Поверхность нагрева, воспринимающая тепло от газов в основном путем соприкосновения, называется конвективной. Поверхность нагрева, получающая тепло от газов за счет излучения пламени или горящего слоя топлива, называется радиационной. Конечно, и радиационная поверхность нагрева часть тепла, правда незначительную, получает от соприкосновения с газами.
Рапиационные части поверхности нагрева, размещенные по стенкам топки и служащие одновременно для защиты обмуровки от нагрева ее до чрезмерно высокой температуры, называются экранами.
Рабочим давлением пара в котельной установке называется такое наибольшее давление, величина которого назначается исходя из условия безопасной работы всех подверженных этому давлению частей установки и с которым котел должен постоянно работать. Установленное рабочее давление для котла указывается на манометре красной чертой.
Рассмотрим отдельные части котельной установки.
Паровым котлом в собственном смысле этого слова называется основная часть котельной установки, служащая для получения насыщенного пара из воды, нагретой до температуры кипения.
Паровой котел изготовляется из стальных листов, свернутых большей частью в виде барабанов и труб, которые способны выдержать высокое внутреннее давление.
Часть внутреннего объема котла, занятая во время работы водой, называется водяным пространством котла. Паровым пространством котла считается остальная часть внутреннего объема, заполненная паром. Зеркало испарения — это поверхность, отделяющая водяное пространство котла от парового.
Металлические стенки испаряющих поверхностей нагрева, чтобы не перегреваться, должны непрерывно и быстро передавать воде все тепло, полученное ими от излучения и соприкосновения продуктов сгорания. Однако интенсивная передача тепла возможна лишь в том случае, когда вода или паро-водяная смесь непрерывно двигается вдоль стенок поверхности нагрева. Такое движение воды называется циркуляцией.
По способу создания циркуляции различают: 1) паровые котлы с естественной циркуляцией и 2) паровые котлы с принудительной циркуляцией.
Движение воды и паро-водяной смеси в котлах с естественной циркуляцией происходит за счет разности весов более легкой пароводяной смеси около сильно обогреваемых частей поверхности нагрева и более тяжелой (воды) в слабо обогреваемых частях котла.
Движение воды и паро-водяной смеси в котлах с принудительной циркуляцией вызывается работой специальных циркуляционных насосов.
Котлы с принудительной циркуляцией, в которых вода подается в отдельные элементы поверхности нагрева (каждый элемент представляет собой непрерывный одноходовой змеевик) питательным насосом в количестве, соответствующем количеству образующегося в них пара, называются прямоточными котлами.
Во всех локомобильных котлах, а также в котлах легких паросиловых установок (за исключением прямоточных) осуществляется естественная циркуляция.
Пароперегреватель — система трубчатых змеевиков, не соединенная с водяным пространством котла и омываемая газами, служит для перегрева насыщенного пара, протекающего по трубам, до требуемой температуры.
Топочное устройство котельной установки размещается внутри или вне котла и служит для сжигания топлива в слое на колосниковой решетке или по способу факельного сжигания в топочной камере.
При внутреннем расположении топочного устройства в локомобильном котле топочное пространство окружено со всех сторон тепловое —
принимающими поверхностями нагрева. В этом случае тепло, излучаемое слоем топлива, сильно поглощается поверхностями нагрева, и температура в топочном пространстве понижается. Размеры топочного пространства при внутреннем расположении топки получаются ограниченными. Внутренние топочные устройства из-за сильного поглощения тепла стенками не дают возможности сжигать топливо с большой влажностью и зольностью.
При расположении топочных устройств вне котла топочный объем может быть выполнен достаточных размеров для экономичного сжигания даже влажных и многозольных видов топлива. Топочное пространство окружено большей частью огнеупорной обмуровкой, поглощающей мало тепла, и сгорание топлива происходит при более высоких температурах.
Арматурой и гарнитурой котельной установки называются приспособления для ее обслуживания.
К арматуре относятся манометр, водоуказательные приборы, водопробные краны, спускные и продувные клапаны, запорные вентили и предохранительные клапаны. Число предохранительных клапанов по правилам Инспекции Котлонадзора должно быть не менее двух.
К гарнитуре относятся крышки люков и лазов, дверки топочные и в обмуровке, заслонки для регулирования тяги, опоры котла, рабочий инструмент кочегара и др.
Для питания водой каждый котел должен иметь не менее двух независимых друг от друга питательных приборов. Производительность каждого из них должна быть не менее 120°/0 максимально длительной производительности котла. На локомобильных котлах в качестве питательных приборов обычно установлены инжектор и плунжерный насос с приводом от вала машины локомобиля. Иногда вместо инжектора ставится ручной насос.
Паровой подогреватель питательной воды представляет собой змеевик, по которому вода поступает из питательного насоса в котел и который снаружи омывается паром, выходящим из машины. Отработавший пар, частично конденсируясь, отдает свое тепло питательной воде.
Иногда на крупных локомобильных теплосиловых станциях устанавливают специальные водяные экономайзеры и воздухоподогреватели, которые служат для дальнейшего подогрева питательной воды или для подогрева воздуха, поступающего в топочное пространство, за счет теплоты горячих газов. Горячие газы в них омывают систему труб, по которым протекают вода или воздух.
На фиг. 37 представлена схема котельной установки стационарного локомобиля. Она состоит из цилиндрического котла 1 и примыкающей к нему дымовой коробки 7. Топочное устройство для слоевого сжигания твердого топлива, состоящее из колосниковой решетки 3 и выложенного огнеупорным кирпичом порога 4, помещено в пространство 2 внутри жаровой трубы. Топочное пространство 2 соединено посредством дымогарных труб 5 с дымовой коробкой, внутри которой размещен пароперегреватель в виде змеевика 6.
Сгорание топлива происходит на колосниковой решетке. Слой топлива и продукты сгорания — горячие газы путем излучения интенсивно отдают тепло внутренним стенкам жаровой трубы, и поэтому температура газов в топочном пространстве не поднимается выше 900—1200°. Газы из топки с температурой порядка 600 — 900° поступают в дымогарные трубы 5. где продолжают отдавать тепло в основном уже путем соприкосновения и с температурой 300—600° выходят в дымовую коробку. Отдав тепло для перегрева пара, газы с температурой 250—500° уходят через газоход (боров) 9 в дымовую трубу.
На схеме хорошо видно водяное и паровое пространство котла. Вода из парового подогревателя (на схеме не указан) поступает в котел с температурой 35—42°, если отработавший пар конденсируется, и 70—90°, если пар имеет давление выше атмосферного. В котле вода при рабочем давлении нагревается до температуры кипения и превра-
|
Фиг. 37. Схема котельной установки стационарного локомобиля. |
тцается в насыщенный пар. На котле установлен сухопарник 8, где собирается наиболее сухой пар. Насыщенный пар из сухопарника проходит через пароперегреватель, перегреваясь до 300—400°, и уже перегретым поступает в машину.
Существует много типов стационарных паровых котлов, но очень ограниченное число их используется в локомобилестроении.
До последнего времени локомобильные котлы выпускались в основном следующих типов: горизонтальные паровозного типа с дымогарными трубами и коробчатой огневой коробкой — в основном для передвижных локомобилей (классов А, Д, типа П и др.) и горизонтальные цилиндрические котлы с выдвижной трубной системой, состоящей из жаровой трубы и дымогарных труб, для стационарных локомобилей классов ДМ, ЛМ и типов СК, СТК, СТ и др.
Гораздо реже встречаются локомобили, имеющие вертикальные цилиндрические котлы с жаротрубной топкой и дымогарными или кипятильными трубами (по типу котлов Шухова).
В последнее время в локомобилестроении начинают применять вертикально-водотрубные котлы и даже котлы прямоточные.
Применение водотрубных котлов позволит перейти к повышенным давлениям пара (20 — 40 ати). В прямоточных котлах давление пара достигает 100 ати. Переходим к описанию локомобильных котлов различных типов.