Жаротрубный котел представляет собой тип котла , в котором горячие газы проходят от пожара через одну или несколько трубок , проходящих через герметичную емкость с водой. Тепло газов передается через стенки труб путем теплопроводности , нагрева воды и в конечном итоге создавая пар .
Жаротрубный котел был разработан как третий из четырех основных исторических типов котлов: котлы низкого давления или котлы типа « стог сена », дымовые котлы с одним или двумя большими дымоходами, жаротрубные котлы с большим количеством маленьких труб и котлы высокого давления. водотрубные котлы . Их преимущество перед котлами с дымоходом и одним большим дымоходом состоит в том, что множество маленьких труб обеспечивают гораздо большую площадь поверхности нагрева при том же общем объеме котла. Общая конструкция представляет собой резервуар с водой, через который проходят трубы, по которым отходят горячие дымовые газы от пожара. Резервуар обычно имеет цилиндрическую форму по большей части - это самая прочная практическая форма для контейнера под давлением.- и этот цилиндрический резервуар может быть как горизонтальным, так и вертикальным.
Этот тип котла применялся практически на всех паровозах в горизонтальной «паровозной» форме. Он имеет цилиндрический ствол, содержащий пожарные трубы, но также имеет удлинение на одном конце для размещения «топки». Эта топка имеет открытое основание для обеспечения большой площади решетки и часто выходит за пределы цилиндрической бочки, образуя прямоугольный или конический корпус. Горизонтальный жаротрубный котел также типичен для морских применений, использующих котел Scotch ; таким образом, эти котлы обычно называют котлами «шотландского морского» или «морского» типа. [1] Вертикальные котлы также построены многожильного типа, хотя они сравнительно редки; большинство вертикальных котлов были дымоходными или с поперечными водяными трубами.
Операция [ править ]
В котле тепловозного типа топливо сжигается в топке для получения горячих дымовых газов. Топка окружена охлаждающей рубашкой с водой, соединенной с длинной цилиндрической оболочкой котла. Горячие газы направляются по ряду дымовых труб или дымоходов , которые проникают в котел и нагревают воду, образуя насыщенный («влажный») пар. Пар поднимается к самой высокой точке котла - паровому куполу , где и собирается. В куполе находится регулятор , контролирующий выход пара из котла.
В котле локомотива насыщенный пар очень часто проходит в пароперегреватель обратно через большие дымоходы в верхней части котла, чтобы высушить пар и нагреть его до перегретого пара . Перегретый пар направляется в цилиндры парового двигателя или, очень редко, в турбину для выполнения механической работы. Выхлопные газы выводятся через дымоход и могут использоваться для предварительного нагрева питательной воды для повышения эффективности котла.
Тяга для дымовых котлов, особенно в морских применениях, обычно обеспечивается высокой дымовой трубой . Во всех паровозах, начиная с « Ракеты Стивенсона» , дополнительная тяга создается путем направления отработанного пара из цилиндров в дымовую трубу через дымовую трубу для создания частичного вакуума . В современных промышленных котлах используются вентиляторы, обеспечивающие принудительную или принудительную вытяжку котла.
Еще одним важным достижением в « Ракете» стало большое количество дымовых труб малого диаметра ( многотрубный котел ) вместо одного большого дымохода. Это значительно увеличило площадь поверхности для передачи тепла, что позволило производить пар с гораздо большей скоростью. Без этого паровозы никогда не смогли бы эффективно развиваться как мощные тягачи .
Типы жаротрубных котлов [ править ]
Дополнительные сведения о связанном типе предка см. В разделе Котлы с дымоходом .
Корнуоллский котел [ править ]
Самой ранней формой жаротрубного котла был корнуоллский котел высокого давления Ричарда Тревитика . Это длинный горизонтальный цилиндр с одним большим дымоходом, в котором находится огонь. Сам огонь находился на железной решетке, помещенной поперек дымохода, с неглубоким зольником внизу для сбора негорючих остатков. Несмотря на то, что сегодня они считаются низконапорными (возможно, 25 фунтов на квадратный дюйм (170 кПа)), использование цилиндрической оболочки котла позволило создать более высокое давление, чем более ранние котлы «стога сена» времен Ньюкомена . Поскольку печь полагалась на естественную тягу (воздушный поток), в дальнем конце дымохода требовался высокий дымоход, чтобы обеспечить хорошую подачу воздуха (кислорода) в огонь.
Для повышения эффективности котел обычно заключался в камеру из кирпича . Дымовые газы выводились через него, за пределы железной оболочки котла, после прохождения через дымовую трубу и, таким образом, в дымоход, который теперь располагался на передней стороне котла.
Ланкаширский котел [ править ]
Котел Ланкашира похож на котел Корнуолла, но имеет два больших дымохода, сдерживающих огонь. Именно изобретение Уильяма Фэйрберна в 1844 году, основанное на теоретическом рассмотрении термодинамики более эффективных котлов, привело его к увеличению площади решетки печи по сравнению с объемом воды.
Более поздние разработки добавили трубы Галлоуэя (в честь их изобретателя, запатентованные в 1848 году) [2], поперечные водяные трубы поперек дымохода, тем самым увеличив площадь нагреваемой поверхности. Поскольку это короткие трубы большого диаметра и котел продолжает использовать относительно низкое давление, он все еще не считается водотрубным котлом. Трубки имеют коническую форму, чтобы облегчить их установку через дымоход. [3]
Морской котел Scotch [ править ]
Морской котел Scotch кардинально отличается от своих предшественников использованием большого количества трубок малого диаметра. Это дает гораздо большую площадь нагреваемой поверхности по объему и весу. Печь представляет собой единую трубу большого диаметра, над которой расположено множество маленьких трубок. Они соединены вместе камерой сгорания - замкнутым объемом, целиком заключенным внутри корпуса котла, так что поток дымовых газов через дымовые трубы идет сзади вперед. Закрытый дымовой ящик, закрывающий переднюю часть этих труб, ведет вверх к дымоходу или воронке. Типичные шотландские котлы имели пару печей, более крупные - три. Свыше этого размера, например, на больших пароходах , обычно устанавливали несколько котлов. [4]
Локомотивный котел [ править ]
Котел тепловоза состоит из трех основных компонентов: двустенной топки ; горизонтальная цилиндрическая «бочка котла», содержащая большое количество мелких дымовых труб; и коптильня с дымоходом для выхлопных газов. В корпусе котла имеются дымоходные трубы большего размера для размещения элементов пароперегревателя , если таковые имеются. Принудительная тяга создается в котле локомотива за счет впрыска отработанного пара обратно в выхлоп через патрубок в дымовой камере.
Котлы локомотивного типа также используются в тяговых двигателях , паровых катках , переносных двигателях и некоторых других паровых транспортных средствах. Собственная прочность котла означает, что он используется в качестве основы для автомобиля: все остальные компоненты, включая колеса, крепятся на кронштейнах, прикрепленных к котлу. Редко можно найти пароперегреватели, разработанные для этого типа котлов, и они, как правило, намного меньше (и проще), чем типы железнодорожных локомотивов.
Котел локомотивного типа также характерен для парового вагона-паровоза , парового предшественника грузовика . В этом случае, однако, тяжелые балочные рамы составляют несущее шасси транспортного средства, к которому крепится котел.
- Конический котел
Некоторые котлы железнодорожных локомотивов имеют сужение от большего диаметра на конце топки к меньшему диаметру на конце дымовой камеры . Это снижает вес и улучшает циркуляцию воды. Многие более поздние локомотивы Great Western Railway и London, Midland и Scottish Railway были спроектированы или модифицированы для работы с коническими котлами.
Вертикальный жаротрубный котел [ править ]
Вертикальный котел жаротрубные (ВТ), в просторечии известный как «вертикальный котел», имеет вертикальный цилиндрический корпус, содержащий несколько вертикальных дымовых труб.
Трубчатый котел с горизонтальным возвратом [ править ]
Трубчатый котел с горизонтальным возвратом (HRT) имеет горизонтальный цилиндрический кожух, содержащий несколько горизонтальных дымовых труб, при этом очаг расположен непосредственно под кожухом котла, обычно внутри кирпичной кладки.
Адмиралтейский прямотрубный котел [ править ]
Широко использовавшееся Великобританией, до и в первые дни существования броненосцев, единственное защищенное место было ниже ватерлинии, иногда под бронированной палубой, поэтому для установки под короткими палубами трубы не выводили назад над печью, а продолжали прямо от нее. с сохранением камеры сгорания между ними. Отсюда и название, и значительно уменьшенный диаметр по сравнению с широко распространенными котлами с вискозиметром или с возвратной трубой. Это не имело большого успеха, и от его использования отказались после введения более прочного бокового армирования - «короны печи, находящиеся очень близко к уровню воды, гораздо более склонны к перегреву. Кроме того, из-за длины котла при одинаковом угле наклона влияние на уровень воды намного больше. Наконец, неравномерное расширение различных частей котла более выражено,особенно вверху и внизу, из-за увеличенного соотношения длины и диаметра котла; местные деформации также более серьезны из-за сравнительно слабой циркуляции в длинных и низкотемпературных котлах ». Все это также привело к сокращению жизни. Кроме того, такая же длина камеры сгорания была намного менее эффективной на прямой трубе, чем на котле с обратной трубой, по крайней мере, без перегородок.[5]
Погружной котел [ править ]
Погружной котел представляет собой однопроходный жаротрубный котел, разработанный компанией Sellers Engineering в 1940-х годах. В нем есть только дымовые трубы, которые также функционируют как топка и камера сгорания, с несколькими форсунками горелки, впрыскивающими предварительно смешанный воздух и природный газ под давлением. Она утверждает , снижается термические напряжения, и не имеет огнеупорную кладку полностью из - за своей конструкции. [6]
Варианты [ править ]
Водяные трубы [ править ]
Жаротрубные котлы иногда имеют и водяные трубы для увеличения поверхности нагрева. Котел Корнуолла может иметь несколько водяных труб по диаметру дымохода (это обычное явление в паровых запусках ). Тепловозный котел с широкой топкой может иметь арочные трубы или термические сифоны . По мере развития технологии топки выяснилось, что установка перегородки из огнеупорных кирпичей(термостойкие кирпичи) внутри топки, чтобы направить поток горячих дымовых газов вверх в верхнюю часть топки, прежде чем он потечет в топочные трубы, повышенная эффективность за счет выравнивания тепла между верхними и нижними дымовыми трубами. Чтобы удерживать их на месте, использовался металлический кронштейн, но для предотвращения того, чтобы эти кронштейны сгорели и разрушились, они были построены как водяные трубы, где холодная вода из нижней части котла движется вверх за счет конвекции при нагревании и переносит тепло. до того, как металл достиг температуры разрушения.
Другой способ увеличения поверхности нагрева - это сделать внутренние нарезы внутри котельных труб (также известных как служебные трубы).
Не все котлы с оболочкой поднимают пар; некоторые разработаны специально для нагрева воды под давлением.
Обратное пламя [ править ]
В соответствии с дизайном Ланкашира, современные котлы с кожухом могут иметь конструкцию с двумя топками. Более поздней разработкой стала конструкция с обратным пламенем, при которой горелка загорается в глухую топку, а дымовые газы удваиваются сами по себе. Это приводит к более компактной конструкции и меньшему количеству трубопроводов.
Пакетный котел [ править ]
Термин «пакетный» котел появился в начале-середине 20 века; он используется для описания котлов отопления жилых домов, доставленных на место установки со всей изоляцией, электрическими панелями, клапанами, датчиками и топливными горелками, уже собранными производителем. Другие методы доставки больше напоминают предшествующую практику эпохи сжигания угля, когда другие компоненты были добавлены на месте либо к предварительно собранному резервуару высокого давления, либо к «разборному» котлу, где резервуар высокого давления поставляется в комплекте. отливок для сборки на месте. Как правило, заводская сборка намного более рентабельна, и сборный котел является предпочтительным вариантом для домашнего использования. Доставка в частично собранном виде используется только при необходимости из-за ограничений доступа - например,когда единственный доступ к месту установки подвала - это спуститься по узкой лестнице.
Соображения безопасности [ править ]
Поскольку котел с дымоходом сам по себе является сосудом под давлением, он требует ряда средств безопасности для предотвращения механических повреждений. Взрыв котла , который является разновидностью BLEVE (взрыва расширяющегося пара кипящей жидкости), может иметь разрушительные последствия.
- Предохранительные клапаны выпускают пар до того, как может быть создано опасное давление
- Плавкие пробки над топкой плавятся при температуре ниже, чем температура пластин топки, тем самым предупреждая операторов шумным выходом пара, если уровень воды слишком низкий для безопасного охлаждения крышки топки.
- Стойки , или стяжки, физически связывают топку и кожух котла, предотвращая их коробление. Поскольку любая коррозия скрыта, в стойках могут быть просверлены продольные отверстия, называемые контрольными сигналами , которые протекают до того, как станут небезопасными.
Котел жаротрубного типа, который использовался в автомобиле Stanley Steamer, имел несколько сотен трубок, которые были слабее внешней оболочки котла, что делало взрыв практически невозможным, поскольку трубы выходили из строя и давали течь задолго до взрыва котла. За почти 100 лет с тех пор, как были впервые произведены котлы Stanley, ни один котел Stanley не взорвался. [ необходима цитата ]
Экономика и эффективность [ править ]
Чрезмерная езда на велосипеде [ править ]
Каждый раз, когда котел включается и выключается, он может терять эффективность. Когда начинается возгорание, эффективность горения обычно ниже до тех пор, пока не будут преобладать устойчивые условия. Когда огонь прекращается, теплый дымоход продолжает втягивать воздух из внутреннего пространства, пока не остынет.
Можно свести к минимуму чрезмерную езду на велосипеде
- Модулирующие котлы могут работать дольше (при мощности горения, соответствующей нагрузке), чем котлы без модуляции (которые работают на полной мощности).
- Используя конденсационные модулирующие котлы.
- При использовании модулирующего котла без конденсации.
- Установив элементы управления (термостаты или контроллер с датчиками температуры) на большую разницу температур между СТОП и ПУСК.
- В котлах без конденсации необходимо обеспечить минимальную температуру возвратной воды в котел от 130 ° F (54 ° C) до 150 ° F (66 ° C), чтобы избежать коррозии у возгорания.
- Установив МИНИМАЛЬНОЕ время выключения от 8 до 15 минут. Для комфортных отопительных нагрузок короткие временные интервалы обычно не вызывают жалоб жильцов. [7]
Общие положения заключаются в том, чтобы обеспечить первичный трубопроводный контур с насосом (-ами) и вторичный трубопроводный контур с насосом (-ами); и либо насос с регулируемой скоростью, чтобы перекачивать воду из первичного контура во вторичный, либо трехходовой клапан для отвода воды из вторичного контура в первичный контур. [8]
Коррозия у огня в котлах без конденсации [ править ]
Минимальная температура возвратной воды в котел от 130 ° F (54 ° C) до 150 ° F (66 ° C), в зависимости от конкретной конструкции, используется для предотвращения конденсации водяного пара из дымовых газов и растворения CO2 и SO2 из дымовые газы образуют карболу и серную кислоту, коррозионную жидкость, которая повреждает теплообменник. [9]
Конденсационные котлы [ править ]
Конденсационные котлы могут иметь эффективность 2% или более при более низких скоростях сжигания за счет извлечения теплоты парообразования из водяного пара в дымовых газах. Повышение эффективности зависит от топлива и доступной энергии, которая должна быть восстановлена в виде доли от общего количества. Дымовой газ, содержащий метан, содержит больше доступной энергии для восстановления, чем пропан или мазут, относительно меньше. Конденсированная вода вызывает коррозию из-за растворенного углекислого газа и оксидов серы из дымохода и должна быть нейтрализована перед утилизацией. [9]
Конденсационные котлы имеют более высокий сезонный КПД, обычно от 84% до 92%, чем котлы без конденсации, как правило, от 70% до 75%. Сезонный КПД - это общий КПД котла за весь отопительный сезон, в отличие от КПД сгорания, который представляет собой КПД котла при активном сжигании, исключающий потери от простоя. Более высокая сезонная эффективность отчасти объясняется тем, что более низкая температура котла, используемая для конденсации дымовых газов, снижает потери при простое. Более низкая температура котла исключает возможность использования конденсационного парового котла и требует более низких температур радиаторов в водяных системах.
Более высокая эффективность работы в конденсационной области не всегда доступна. Для производства удовлетворительной горячей воды часто требуется температура котловой воды выше, чем позволяет эффективная конденсация на поверхности теплообменника. В холодную погоду площадь поверхности радиатора здания обычно не достаточно велика, чтобы отдавать достаточно тепла при низких температурах котла, поэтому система управления котлом повышает температуру котла по мере необходимости для удовлетворения потребности в тепле. Эти два фактора объясняют большую часть изменчивости прироста эффективности на разных установках. [9]
Обслуживание [ править ]
Чтобы железнодорожный паровой котел высокого давления находился в безопасном состоянии, необходим интенсивный график технического обслуживания.
Ежедневный осмотр [ править ]
Трубные плиты, плавкую заглушку и днища топки необходимо проверить на герметичность. Необходимо подтвердить правильность работы арматуры котла, особенно водомеров и механизмов подачи воды . Давление пара следует поднять до уровня подъема предохранительных клапанов и сравнить с показаниями манометра.
Washout [ править ]
Срок службы локомотивного котла значительно увеличивается, если он не использует постоянный цикл охлаждения и нагрева. Исторически сложилось так, что локомотив находился «в паре» непрерывно в течение примерно восьми-десяти дней, а затем позволял остыть в достаточной степени для промывки водогрейного котла. График экспресс-двигателей был основан на пробеге. [10] Современные законсервированные локомотивы обычно не хранятся постоянно в паре, и рекомендуемый интервал промывки сейчас составляет от пятнадцати до тридцати дней, но возможно любое время до 180 дней. [11]
Процесс начинается с «продувки» при сохранении некоторого давления в котле, затем слива всей котловой воды через «грязевые ямы» в основании топки и удаления всех «промывных пробок». Шкалазатем смывается с внутренних поверхностей струей воды под высоким давлением и стержнями из мягкого металла, такого как медь. Особое внимание уделяется участкам, особенно чувствительным к образованию накипи, таким как верхняя часть топки и узкие водные пространства вокруг топки. Внутренняя часть котла проверяется путем визуального осмотра через отверстия для пробок, при этом особое внимание уделяется целостности дымовых труб, верхней части топки и опор топки, а также отсутствию точечной коррозии или растрескивания пластин котла. Краны и трубки измерительного стекла, а также плавкая пробка должны быть очищены от накипи; если на сердечнике плавкой вставки имеются признаки прокаливания, элемент следует заменить. [12]
При повторной сборке следует позаботиться о том, чтобы резьбовые заглушки были заменены в их исходных отверстиях: конусность может измениться в результате повторной нарезки резьбы. Прокладки дверных проемов, если они сделаны из асбеста , следует заменить, но свинцовые прокладки можно использовать повторно; действуют специальные инструкции по утилизации этих вредных материалов. [11] Многие котлы сегодня используют высокотемпературную синтетику для прокладок как для рабочих сред, так и для консервации, поскольку эти материалы более безопасны, чем предыдущие варианты. На крупных предприятиях по техническому обслуживанию котел нужно было промыть и снова наполнить очень горячей водой из внешнего источника, чтобы локомотив быстрее вернулся в работу.
Периодическая проверка [ править ]
Обычно это ежегодный осмотр, который требует снятия и проверки внешней арматуры, такой как форсунки, предохранительные клапаны и манометр. Медные трубопроводы высокого давления при эксплуатации могут подвергаться деформационному упрочнению и стать опасно хрупкими: перед повторной установкой может потребоваться их обработка путем отжига . Также может потребоваться гидравлическое испытание котла и трубопроводов под давлением.
Капитальный ремонт [ править ]
В Великобритании установленный максимальный интервал между капитальными ремонтами составляет десять лет. Для проведения полного осмотра котел снимают с рамы локомотива и снимают обшивку . Все пожарные трубы снимаются для проверки или замены. Вся фурнитура снимается для капремонта. Перед возвращением в эксплуатацию квалифицированный специалист проверит пригодность котла к эксплуатации и выдаст сертификат безопасности сроком на десять лет. [11]
Ссылки [ править ]
- ^ «Генерация пара в консервных заводах» . Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США . Проверено 25 марта 2018 года .
- ^ "Ланкаширский котел" (pdf) . Музей науки и промышленности, Манчестер .
- ↑ KN Harris (1974). Модельные котлы и котельное производство . КАРТА. ISBN 0-85242-377-2.
- ^ "SHONAS WRECKS" . www.bevs.org .
- ↑ Луи-Эмиль Бертен : Морские котлы - их конструкция и работа, особенно с трубчатыми котлами - Ред. 2 (1906), тр. и изд. Лесли С. Робертсон. В свободном доступе в Интернет-архиве https://archive.org/details/marineboilersthe00bertuoft . страницы 233, 235 и другие
- ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2011-07-15 . Проверено 21 июня 2011 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ «Партнерство PARR для усовершенствования жилых помещений» . Институт газовой технологии .
- ^ «Руководство по применению Taco Radiant Made Easy - Заданная температура: инжекционные циркуляторы с регулируемой скоростью - 1 марта 2004 г.» (PDF) . taco-hvac.com .
- ^ a b c "- Инженер-консультант" . www.csemag.com .
- ^ Белл, AM (1957): Локомотивы, седьмое издание , Добродетель и Компания, Лондон.
- ^ a b c Неизвестные авторы (2005): Управление котлами паровозов. Исполнительный директор по охране здоровья и безопасности , Садбери, Саффолк, Англия.
- ^ «Очистка и осмотр локомотива» на YouTube
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме пожаротрубных котлов . |
- Локомотивный котел
- Картинная галерея, показывающая внутренние особенности и дефекты котла.
- BS EN 12953 - актуальный современный стандарт, заменяющий BS2790.
- Патент США 5558046 - жаротрубный котел, работающий на золосодержащем топливе.
