Паровой котёл

Определение "Паровой котёл" в Большой Советской Энциклопедии

Конструкции паровых котлов

Паровой котёл, устройство, имеющее топку, обогреваемое газообразными продуктами сжигаемого в топке органического топлива и предназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного, используемого вне самого устройства. Рабочим телом подавляющего большинства Паровой котёл является вода. Паровой котёл называют также редко применяемые парогенераторы (электрокотлы), обогреваемые электрической энергией.

Паровой котёл Ползунова И. И.

Упоминания о Паровой котёл как о парогенераторе, отделённом от топки, встречаются в работах учёных: итальянца Дж. делла Порта (1601), француза С. де Ко (1615), англичанина Э. С. Вустера (1663). Однако промышленное применение Паровой котёл началось на рубеже 17 и 18 вв. в связи с бурным развитием горнозаводской и угледобывающей промышленности. Ранние конструкции Паровой котёл по форме напоминали шар или же котлы для варки пищи (рис. 1), сначала их изготовляли из меди, а затем из чугуна. Одним из первых «настоящих» Паровой котёл считают котёл Д. Папена, предложенный им в 1680.

Конструкции современных Паровой котёл сложились в процессе изменения конструктивных форм выпускавшегося до 2-й половины 19 в. простейшего цилиндрического Паровой котёл паропроизводительностью 0,4 mlч; поверхность нагрева этого Паровой котёл не превышала 25 м², давление пара 1 Мн/м² (10 кгс/см²), а кпд 30%. Развитие Паровой котёл шло по двум направлениям: увеличения числа потоков газов (газотрубные Паровой котёл) и увеличения числа потоков воды и пара (водотрубные Паровой котёл). Первые газотрубные Паровой котёл представляли собой цилиндрические сосуды, в которые первоначально вставляли 1, 2 или 3 трубы большого диаметра (жаровые трубы), а впоследствии десятки труб значительно меньшего диаметра (дымогарные трубы), по которым проходил газ.

Увеличение поверхности нагрева газотрубных Паровой котёл происходило в габаритах первоначального цилиндрического котла или даже в меньших габаритах. Следствием этого явились некоторое повышение паропроизводительности котла (при незначительном увеличении суммарной массы), а также улучшение передачи тепла от дымовых газов к поверхности нагрева, приводившее к снижению температуры газов на выходе из Паровой котёл, то есть к повышению кпд.

Газотрубные Паровой котёл отличались от цилиндрических относительно малыми размерами и высоким кпд (60%), однако паропроизводительность их, ограничиваемая габаритами, не превышала нескольких т/ч, а конструкционные особенности ограничивали давление пара в котле 1,5—1,8 Мн/м². Поэтому газотрубные Паровой котёл сохранились только на транспортных установках (паровозы, пароходы), а из стационарных установок они полностью вытеснены водотрубными котлами.

Создание водотрубных Паровой котёл шло путём увеличения числа цилиндров, составлявших котёл, сначала до 3—9 относительно больших диаметров (батарейные котлы), а затем до десятков и сотен цилиндров небольших диаметров, превратившихся в кипятильные, а в дальнейшем и в экранные трубы (рис. 2).

Увеличение поверхности нагрева водотрубных Паровой котёл сопровождалось увеличением их габаритов, и в первую очередь высоты, но вместе с тем во много раз возрастала паропроизводительность, уменьшался удельный расход металла, всё больше повышались параметры пара и кпд.

Со 2-й половины 19 в. выпускались камерные и секционные горизонтально-водотрубные Паровой котёл с естественной циркуляцией, у которых кипятильные трубы были расположены с наклоном в 10—12° к горизонту. Камерный Паровой котёл состоял из одного или нескольких барабанов, подсоединённых к ним сборных камер и пучков кипятильных труб, ввальцованных в камеры. Его поверхность нагрева 350 м², паропроизводительность 10 т/ч при давлении 1,5 Мн/м². Замена плоских камер отдельными секциями, в которые ввальцовывали по одному ряду труб, позволила повысить давление пара, а с увеличением числа секций, из которых собирался котёл, поверхность нагрева достигла 1400 м².

  В 1893 русский инженер В. Г. Шухов создал водотрубный Паровой котёл, который состоял из продольного барабана и трубчатых батарей, представляющих собой 2 пучка труб, ввальцованных в плоские стенки коротких цилиндрических камер; в зависимости от числа батарей (от 1 до 5) поверхность нагрева котла могла изменяться от 62 до 310 м², а паропроизводительность от 1 до 7 т/ч при давлении пара до 1,3 Мн/м². Конструкцией котла Шухова была разрешена задача унификации отдельных элементов и их размеров.

В начале 20 в. появились вертикально-водотрубные котлы, которые за очень короткое время были доведены до высокой степени совершенства. В 1913 паропроизводительность этих котлов не превышала 15 т/ч, а давление пара 1,8 Мн/м², к 1974 в СССР паропроизводительность их достигла 2500 т/ч при давлении 24 Мн/м², а в США 4400 т/ч при том же давлении. Вначале вертикально-водотрубные Паровой котёл состояли из одного верхнего и одного нижнего барабанов, соединённых пучком прямых труб. Но уже в 20-х гг. 20 в. они были полностью вытеснены более надёжными котлами с изогнутыми трубами. Типовой конструкцией в этой группе Паровой котёл являлся трёхбарабанный котёл Ленинградского металлического завода (ЛМЗ), выпускавшийся в 30-х гг. 20 в. Поверхность нагрева этих Паровой котёл была от 650 до 2500 м², паропроизводительность от 50 до 180 т/ч. Паровой котёл был оборудован камерной топкой для сжигания угольной пыли., Пылеугольные топки, внедрявшиеся в те же годы, очень быстро получили чрезвычайно широкое распространение и, с одной стороны, сильно повлияли на развитие конструкций Паровой котёл, значительно повысив их паропроизводительность, а с другой — позволили весьма эффективно использовать любые низкосортные местные угли. Внедрение камерных топок привело к созданию топочных экранов, которые представляют собой испарительные трубы, расположенные на стенах топочной камеры. Первоначально экраны закрывали только часть стен и предназначались для защиты обмуровки от непосредственного воздействия пламени, которое приводило к шлакованию топки и разрушению обмуровки. Постепенно экраны стали закрывать всё большую часть стен топок, а современные Паровой котёл имеют полностью экранированные топки. Экраны, воспринимающие тепло, излучаемое пламенем и горячими дымовыми газами (радиационные поверхности нагрева), работают более интенсивно, чем кипятильные трубы, находящиеся в зоне более низких температур (конвективные поверхности нагрева). Поэтому поверхность нагрева экранированных котлов значительно меньше, чем у неэкранированных такой же паропроизводительности; в котлах со сплошным экранированием топочной камеры, называемых радиационными котлами, кипятильный пучок почти отсутствует. В 30-е гг. в СССР Л. К. Рамзиным были сконструированы водотрубные котлы с принудительной циркуляцией (см. Прямоточный котёл). Об устройстве современных Паровой котёл см. в ст. Котлоагрегат.

  В СССР все Паровой котёл, работающие с давлением более 0,17 Мн/м², должны изготовляться, монтироваться, приниматься в эксплуатацию и эксплуатироваться в соответствии с правилами Котлонадзора. Энергетические котлы должны эксплуатироваться с соблюдением также и правил технической эксплуатации электростанций.

Лит.: Максимов В. М., Котельные агрегаты большой паропроизводительности, М., 1961; Парогенераторы, под ред. А. П. Ковалева, М. — Л., 1966; Зах Р. Г,, Котельные установки, М., 1968; Щеголев М. М., Гусев Ю. Л., Иванова М. С., Котельные установки, 2 изд., М., 1972; Гусев Ю. Л., Основы проектирования котельных установок, 2 изд., М., 1973.
Г. Е. Холодовский.