Котел Стирлинга

Пятибарабанная форма, секция. Обратите внимание на автоматический стокер с цепной решеткой (слева).

Котла Стирлинга является ранней формой котла водотрубного , используется для выработки пары в крупных наземных стационарных установках. Хотя он широко использовался примерно в 1900 году, сейчас ^{[ когда? ]} Упал в немилость и редко ^{[ разъяснение необходимости ]} видели ^{[ кем? ]} .

Дизайн [ править ]

Типичная четырехбарабанная форма

Кирпичный корпус котла Стирлинга в Квинсленде, Австралия, первоначально работал на жмыхе сахарного тростника. Дымоход справа.

Котлы Стирлинга являются одним из наиболее крупных устройств водотрубного котла: приемлемы для стационарного использования, но непрактичны для мобильного использования, за исключением больших судов со скромными требованиями к мощности. Они состоят из большой кирпичной камеры с извилистым газовым трактом, проходящим через почти вертикальные водяные трубы, зигзагообразные между несколькими паровыми барабанами и водяными барабанами.

Они являются одними из самых старых, «большой трубы» конструкций водотрубных котлов , ^[1] , имеющий водные трубы, которые вокруг 3¼ дюйма (83 мм) в диаметре. ^[2] Трубки расположены почти вертикальными рядами между несколькими цилиндрическими горизонтальными паровыми барабанами (вверху) и водяными барабанами (внизу). Количество барабанов варьируется, и конструкции Стирлинга подразделяются на 3- , 4- и 5-барабанные котлы. Количество рядов пробирок на единицу меньше этого, то есть 2, 3 или 4 банка.

Газовый поток из топки проходит по очереди через каждую банку. Частичный дефлектор огнеупоров плиток укладывают на каждый берегу, чтобы заставить газы течь первые вверх, а затем вниз через каждый банк. Что необычно, большая часть потока газа идет вдоль оси трубок, а не поперек них.

Вся циркуляция, как вверх, так и вниз, осуществляется через нагревательные трубы, и нет отдельных внешних сливных труб . Однако паровые барабаны и (в пятибарабанном котле) водяные барабаны связаны короткими горизонтальными трубами, которые образуют часть циркуляционного контура.

Сами трубы - это цельнотянутые стальные трубы, в основном прямые, со слегка загнутыми концами. ^[3] Котел представляет собой большой корпус из кирпича, но паровые барабаны подвешены на отдельной балочной конструкции внутри него, чтобы обеспечить расширение за счет тепла. Трубки и бочки с водой, в свою очередь, подвешены к паровым барабанам, чтобы обеспечить свободное расширение без деформации концов трубок. Благодаря изогнутым концам водяные трубки могут входить в барабаны радиально, что обеспечивает легкое уплотнение, но это также было особенностью, которая, согласно моде того времени, была важной из-за расширения .

Котлы Стирлинга могут изготавливаться очень больших размеров. Обычно используется стандартная конструкция, но различной ширины в зависимости от потребности. ^[2]

Перегреватели [ править ]

Если установлен пароперегреватель , он устанавливается в виде прямых или шпилечных труб в верхней части котла между двумя первыми паровыми барабанами. Перегородки сначала направляют поток газа через эту зону, поэтому он может достичь максимальной температуры.

Топливо [ править ]

Можно сжигать широкий спектр видов топлива, чему способствует большая площадь решетки, которую можно легко увеличить, если этого требует некачественное топливо. Первоначально котлы были разработаны для сжигания угля , но с тех пор они использовались для сжигания многих видов древесных или растительных отходов.

Цепи подают автоматический Стокер также может быть установлен, где требуется тяжелый темп стрельбы.

Три барабана форма также используются в качестве котла-утилизатора , с помощью выхлопных газов от сталелитейного завода или других промышленных процессов. ^[2]

Тираж [ править ]

Поскольку поток газа проходит через каждую группу трубок по очереди, более поздние группы имеют значительно более низкую температуру. Это способствует «чрезвычайно эффективной» циркуляции ^{[3] за} счет эффекта термосифона . Уровень воды поддерживается примерно наполовину заполненными паровыми барабанами, поэтому трубки работают в «утопленном» состоянии с постоянно погруженными верхними концами.

Поток в первом ряду направлен вверх по мере нагрева трубок, чему способствует их почти вертикальное положение. Более холодная вода в более поздних водяных трубках опускается. Циркуляция завершается соединительными трубками между паровыми барабанами. ^[2] Циркуляция более активна в более ранних, более горячих контурах.

В форме с четырьмя барабанами обращение в среднем банке может быть разделено между нисходящим контуром с первым банком и восходящим контуром со следующим банком. ^[2]

Питательная вода [ править ]

Питательная вода подается в последний паровой барабан и распределяется по внутреннему желобу. Холодная питательная вода медленно спускается через последний ряд трубок в последний водяной барабан. ^[3]

Любые осаждаемые отложения (в просторечии «грязь») будут выходить из раствора в этом контуре и накапливаться в последней емкости с водой. Это удерживает их от более активных первых групп трубок, уменьшая проблемы и неэффективность накопления накипи в основных нагревательных трубках. ^[2] Поскольку последний водяной барабан может также использоваться для улавливания «грязи» (т.е. «сборщик грязи»), его иногда называют «грязевым барабаном».

Преимущества [ править ]

У конструкции Стирлинга есть три преимущества:

• Благодаря многочисленным проходам через ряды труб и тщательной организации циркуляции и питательной воды котел в целом достаточно эффективен. ^[3]
• Площадь решетки можно легко изменять, не влияя на конструкцию водяного контура. Это позволяет использовать большие колосниковые решетки для сжигания низкосортного топлива, такого как отходы и мусор . В тех случаях, когда для промышленного процесса требуется как технологический пар, так и образуются горючие отходы, котел Стирлинга может использовать один для производства другого. Обычно это делалось при рафинировании сахара , сжигании жмыха или на целлюлозно-бумажных комбинатах, сжигающих отходы коры. Котел Стирлинга также использовался перед Второй мировой войной для сжигания бытовых отходов в городах, а затем пар использовался для выработки электроэнергии. ( Контроль выбросов в последующие годы сделало такое сжигание «неконтролируемых» отходов непрактичным).
• Наконец, внутренний доступ к компонентам удобен для очистки и обслуживания. В частности, можно заменять отдельные водяные трубы, не разбирая всю батарею. ^[2]

Недостатки [ править ]

• Котел имеет большие размеры для своей мощности. ^[2]
• Использование труб большого диаметра ограничивает его способность справляться с высокими давлениями, как это начали делать другие конструкции примерно в это время. ^[2] Рабочее давление 150 фунтов на квадратный дюйм было достаточным для привода составного парового двигателя , но неэффективным для паровой турбины .
• Расположение трубок способствовало повышению эффективности котла, но не температуры перегревателя. ^[2] Опять же, по мере того, как развитие двигалось от поршневых двигателей в пользу турбин, это стало существенным ограничением.

Варианты [ править ]

Хотя в целом они похожи, выпускаются варианты с разным количеством блоков трубок.

Трехбарабанная или V-образная форма [ править ]

Эта более простая форма в основном используется для малых мощностей или для рекуперации тепла из других печных газов.

Четыре барабана или форма «си» [ править ]

Это основная форма котла, которая дает эффективные результаты при экономичной конструкции. ^[2]

Морская версия котла также этой формы.

Пятибарабан или форма W [ править ]

Это более сложная форма, в которой для повышения эффективности используется дополнительный блок трубок. Он наиболее популярен для крупных установок, таких как электростанции , или там, где больше всего требуется эффективность, чтобы получить максимальный нагрев за счет ограниченного запаса топлива.

Морские котлы Стирлинга [ править ]

Хотя обычно это наземный котел, четырехбарабанная форма также использовалась в качестве морского котла для питания больших кораблей . ^[4]

Кирпичная кладка была заменена коробчатым стальным корпусом, облицованным огнеупорным кирпичом. Диаметр воды трубки был уменьшен до от 2 до 2 ¹ / ₂  дюйма (50,8 и 63,5 мм). Чтобы избежать проблем со смещением уровня воды при качении корабля, бочки с водой были расположены поперек корпуса и снабжены внутренними перегородками.

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме котлов Стирлинга .

• Ларри Тарвин. "Котел Стирлинга" (PDF) . Американское общество инженеров-энергетиков . Проверено 20 февраля 2015 .