Водотрубный котел
Водотрубный котел высокого давления [1] (также пишется водотрубный и водотрубный) — это тип котла , в котором вода циркулирует в трубах, нагреваемых снаружи огнем. Топливо сгорает внутри печи , образуя горячий газ, который кипятит воду в парогенерирующих трубках. используются заполненные водой трубы, составляющие стенки печи В котлах меньшего размера дополнительные генерирующие трубы расположены в топке отдельно, в то время как в котлах более крупного коммунального назначения для выработки пара .
Нагретая пароводяная смесь затем поднимается в паровой барабан . Здесь насыщенный пар отводится из верхней части барабана. В некоторых [ который? ] В процессе эксплуатации пар проходит через трубы в тракте горячего газа ( перегреватель ) и становится перегретым . Перегретый пар представляет собой сухой газ и поэтому обычно используется для привода турбин, поскольку капли воды могут серьезно повредить лопатки турбины.
Насыщенная вода в нижней части парового барабана возвращается в нижний барабан через «сливные трубы» большого диаметра, где она предварительно нагревает подаваемую питательную воду. (В крупных коммунальных котлах питательная вода подается в паровой барабан, а сливные трубы подают воду на дно водяных стенок). Для повышения экономичности котла отходящие газы используются также для предварительного нагрева воздуха для горения, подаваемого в горелки, и подогрева питательной воды в экономайзере . Такие водотрубные котлы на тепловых электростанциях еще называют парогенераторными установками .
Более старая конструкция жаротрубного котла , в которой вода окружает источник тепла, а газы сгорания проходят по трубам внутри водного пространства, обычно представляет собой гораздо более слабую конструкцию и редко используется при давлении выше 2,4 МПа (350 фунтов на квадратный дюйм). Существенным преимуществом водотрубного котла является меньшая вероятность катастрофического выхода из строя: в котле нет большого объема воды и нет крупных механических элементов, подверженных выходу из строя.
Водотрубный котел был запатентован Блейки из Англии в 1766 году и изготовлен Даллери из Франции в 1780 году. [2]
Приложения
[ редактировать ]«Способность водотрубных котлов проектироваться без использования чрезмерно больших и толстостенных сосудов под давлением делает эти котлы особенно привлекательными для применений, требующих сухого пара высокого давления и высокой энергии, включая выработку энергии паровых турбин». [3]
Благодаря своим превосходным рабочим свойствам использование водотрубных котлов весьма предпочтительно в следующих основных областях:
- Разнообразие технологических процессов в промышленности
- Подразделения химической переработки
- Заводы по производству целлюлозы и бумаги
- Нефтеперерабатывающие установки
Кроме того, они часто используются на электростанциях, где обычно требуются большие количества пара (до 500 кг/с), имеющего высокое давление, т.е. около 16 мегапаскалей (160 бар), и высокие температуры, достигающие 550 °C. Например, солнечная электростанция Иванпа использует два водотрубных котла Rentech Type-D для прогрева электростанции, а также при работе в качестве электростанции, работающей на ископаемом топливе. [4]
Стационарный
[ редактировать ]Современные котлы для выработки электроэнергии почти полностью представляют собой водотрубную конструкцию из-за их способности работать при более высоких давлениях. Там, где технологический пар необходим для отопления или в качестве химического компонента, там еще остается небольшая ниша для жаротрубных котлов. Одним заметным исключением являются типичные атомные электростанции ( реакторы с водой под давлением ), где парогенераторы обычно имеют конструкцию, аналогичную конструкции жаротрубных котлов. В этих применениях путь горячего газа через «жаровые трубы» фактически переносит очень горячий теплоноситель первого контура высокого давления из реактора, а на внешней поверхности труб генерируется пар.
Морской
[ редактировать ]Их способность работать при более высоком давлении привела к тому, что судовые котлы стали почти полностью водотрубными. Это изменение началось примерно в 1900 году и привело к использованию турбин в качестве силовых установок, а не поршневых (то есть поршневых) двигателей, хотя водотрубные котлы также использовались с поршневыми двигателями, а жаротрубные котлы также использовались во многих морских турбинах.
железная дорога
[ редактировать ]
Значительного внедрения водотрубных котлов на железнодорожных локомотивах не произошло. Было создано несколько экспериментальных разработок, но ни одна из них не имела успеха и не привела к их широкому использованию. [5] Большинство водотрубных железнодорожных локомотивов, особенно в Европе, использовали систему Шмидта . Большинство из них были соединениями , а некоторые - однотоками . Norfolk and Western Railway компании Джон Генри Исключением был , поскольку на нем использовалась паровая турбина в сочетании с электрической трансмиссией. [6]
- Полностью восстановлен после смертельной аварии
- Использование котла Ярроу , а не Шмидта. Не удалось и перекипятить обычным котлом. [7]
Гибриды
[ редактировать ]Несколько более успешным внедрением стало использование гибридных водотрубных и пожаротрубных систем. Поскольку самой горячей частью котла локомотива является топка , было эффективным решением использовать здесь водотрубную конструкцию и обычный жаротрубный котел в качестве экономайзера (т.е. предварительного нагревателя) в обычном положении.
Одним из известных примеров этого был американский самолет Baldwin 4-10-2 № 60000 , построенный в 1926 году. Работая в составе агрегата при давлении в котле 2400 килопаскалей (350 фунтов на квадратный дюйм), он успешно преодолел более 160 000 километров (100 000 миль). Однако через год стало ясно, что любая экономика перегружена дополнительными расходами, и его отправили на выставку в музей Института Франклина в Филадельфии, штат Пенсильвания. [8] Серия из двенадцати экспериментальных локомотивов была построена в мастерских Mt. Clare компании Baltimore and Ohio Railroad под руководством Джорджа Х. Эмерсона , но ни один из них не был воспроизведен в каком-либо количестве. [9]
Единственным железнодорожным применением водотрубных котлов в каком-либо количестве был котел Бротана, изобретенный Иоганном Бротаном в Австрии в 1902 году и встречающийся в редких экземплярах по всей Европе, хотя Венгрия была активным пользователем и имела около 1000 таких котлов. Как и «Болдуин», он сочетал в себе водотрубную топку и огнетрубный ствол. Первоначальной особенностью Бротана был длинный паровой барабан, проходящий над основным стволом, что делало его похожим на котел Фламана . внешне [10] [11]
Дорога
[ редактировать ]В то время как тяговый двигатель обычно создавался с использованием котла локомотива в качестве рамы, в других типах паровых транспортных средств, таких как грузовики и автомобили, использовался широкий спектр различных типов котлов. Пионеры автомобильного транспорта Голдсуорси Герни и Уолтер Хэнкок использовали водотрубные котлы в своих паровых вагонах около 1830 года.
В большинстве вагонов нижнего типа использовались водотрубные котлы. Многие производители использовали варианты вертикального котла с поперечными трубами, в том числе Atkinson , Clayton , Garrett и Sentinel . Другие типы включают » Кларксона « наперсточную трубку и Foden от фургона котел в форме пистолета O-типа . [12]
Производители паровых пожарных машин , такие как Merryweather, обычно использовали водотрубные котлы из-за их способности быстро поднимать пар.
На многих паровых вагонах использовались водотрубные котлы, а компания Bolsover Express даже произвела водотрубную замену Stanley Steamer . жаротрубного котла [13]
Варианты дизайна
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( октябрь 2020 г. ) |
Котел типа D
[ редактировать ]Тип D — наиболее распространенный тип котлов малого и среднего размера, аналогичный показанному на принципиальной схеме. Он используется как в стационарных, так и в морских приложениях. Он состоит из большого парового барабана, вертикально соединенного с меньшим водяным барабаном (также известным как «грязевой барабан») через несколько парогенерирующих трубок. Эти барабаны и трубы, а также масляная горелка окружены водяными стенками - дополнительными заполненными водой трубками, расположенными близко друг к другу, чтобы предотвратить поток газа между ними. Эти трубы с водяными стенками подсоединены как к паровому, так и к водяному барабанам, поэтому они действуют как комбинация подогревателей и сливных труб, а также уменьшают потери тепла в корпусе котла.
Котлы типа М
[ редактировать ]Котлы типа М использовались на многих военных кораблях США во время Второй мировой войны, включая сотни «Флетчер» эсминцев класса . Три набора трубок образуют форму буквы М и образуют пароперегреватель с отдельным нагревом, который позволяет лучше контролировать температуру перегрева. В дополнение к грязевому барабану, показанному на котле типа D, котел типа M имеет коллектор с водяным экраном и коллектор с водяной перегородкой в нижней части двух дополнительных рядов вертикальных труб и сливных труб.
Низкое содержание воды
[ редактировать ]Котел с низким содержанием воды имеет нижний и верхний коллектор, соединенные водяными трубками, которые непосредственно соприкасаются с горелкой. Это «безпечный» котел, способный генерировать пар и быстро реагировать на изменение нагрузки.
Котел Бэбкока и Уилкокса
[ редактировать ]
Этот тип, разработанный американской фирмой Babcock & Wilcox , имеет одинарный барабан, в котором питательная вода забирается из нижней части барабана в коллектор, по которому подаются наклонные водопроводные трубы. Водяные трубы подают пар обратно в верхнюю часть барабана. Печи расположены под трубами и барабаном.
Котлы этого типа использовались на » Королевского флота и «Леандер класса фрегатах на крейсерах ВМС США типа «Новый Орлеан» .
Котел Стирлинга
[ редактировать ]Котел Стирлинга имеет почти вертикальные, почти прямые водяные трубы, которые зигзагообразно проходят между несколькими паровыми и водяными барабанами. Обычно в схеме «четыре барабана» имеется три блока трубок, но в некоторых приложениях используются варианты, разработанные с другим количеством барабанов и блоков.
В основном они используются в качестве стационарных котлов из-за своих больших размеров, хотя большая площадь колосников также способствует их способности сжигать широкий спектр видов топлива. Первоначально работавшие на угле на электростанциях, они также получили широкое распространение в отраслях, производящих горючие отходы и требующих технологического пара . Целлюлозно-бумажные комбинаты могли бы сжигать отходы коры, а сахарные заводы — отходы жома . Это котел горизонтального барабанного типа.
Тысячелистник
[ редактировать ]
Названный в честь своих конструкторов, тогдашней компании Тополе , базирующейся в Yarrow Shipbuilders , этот тип трехбарабанного котла имеет три барабана, расположенных в виде треугольника , соединенных водяными трубками. Барабаны соединены прямыми водяными трубками, что позволяет легко их очищать. Однако это означает, что трубы входят в барабаны под разными углами, что затрудняет заделку соединения . За пределами топки пара труб холодного отвода между каждым барабаном действует как сливные трубы . [14]
Благодаря трем барабанам котел Ярроу имеет большую емкость воды. Следовательно, этот тип обычно используется в старых судовых котлах. Компактные размеры сделали его привлекательным для использования в передвижных энергоблоках во время Второй мировой войны . Для обеспечения транспортабельности котел и его вспомогательное оборудование (мазутный подогрев, насосные агрегаты, вентиляторы и т. д.), турбины и конденсаторы были смонтированы на вагонах для перевозки по железной дороге .
Уайт-Форстер
[ редактировать ]Тип Уайта-Форстера похож на тысячелистник, но с постепенно изогнутыми трубками. Это делает их вход в барабаны перпендикулярным, что упрощает создание надежного уплотнения. [14]
Торникрофт
[ редактировать ]
Модель Thornycroft , разработанная судостроителем John I. Thornycroft & Company , имеет один паровой барабан с двумя наборами водяных трубок по обе стороны от печи. Эти трубки, особенно центральный комплект, имеют резкие изгибы. Помимо очевидных трудностей при их очистке, это также может привести к возникновению изгибающих усилий по мере нагрева трубок, которые имеют тенденцию отрывать их от трубной доски и создавать утечку. Имеются две топки, выходящие в общий выхлоп, что придает котлу широкий сужающийся профиль основания. [14]
Котел с принудительной циркуляцией
[ редактировать ]В принудительной циркуляцией добавляется насос котле с для ускорения потока воды по трубкам. [15]
Другие типы
[ редактировать ]- Котел О-типа
- Котел типа А
- Гибкотрубный котел
- Пароперегреватель типа М
См. также
[ редактировать ]- Трубчатый котел Clarkson
- Угловой трубчатый котел
- Котельные трубы с внутренними нарезами (также известные как подающие трубы)
- Трехбарабанный котел
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Рекомендуемые рекомендации по уходу за энергетическими котлами» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 11 октября 2016 г. Проверено 21 ноября 2013 г.
- ^ Маршалл, Чепмен Фредерик (16 декабря 2014 г.). История железнодорожных паровозов до конца 1831 года . Совет директоров – Книги по запросу. ISBN 9783845712871 – через Google Книги.
- ^ «Эффективность котлов: водотрубные котлы» . Архивировано из оригинала 9 марта 2016 г. Проверено 15 июня 2014 г.
- ^ «ЭКРМС» (PDF) . Docketpublic.energy.ca.gov . Проверено 24 сентября 2018 г.
- ^ «Технология паровозов высокого давления» . Локо Локомотив галерея. Архивировано из оригинала 22 июля 2018 г. Проверено 14 сентября 2010 г.
- ^ «Джон Генри» . Журнал «Поезда» . Проверено 28 октября 2008 г.
- ^ «Локомотив высокого давления ЛНЭР 10000» . Локомотив Галерея D&H 1402 Джеймс Арчибальд . Архивировано из оригинала 22 июля 2018 г. Проверено 14 сентября 2010 г.
Локомотивы с водотрубными котлами класса E7 Делавэра и Хадсона состояли из трех экземпляров 1400–1402.
- ^ «Болдуин 60000» . Локо Локомотив галерея.
- ^ См. главу «Экспериментальный анализ» в Сэгл, Лоуренс В. (1964). Б&О Пауэр . Штауфер. п. 288 и далее.
- ^ «Бротан» . Локо Локомотив галерея. Архивировано из оригинала 22 июля 2018 г. Проверено 14 сентября 2010 г.
- ^ «Бротан» .
- ^ Келли, Морис А. (1975). Паровой дорожный фургон Undertype . Кембридж: Гусь и сын. ISBN 0-900404-16-7 .
- ^ Харрис, Карл Н. (1 июня 1967 г.). Модели котлов и котлостроение (Новое изд.). Кингс Лэнгли : Модельные и смежные публикации. ISBN 978-0852423776 . OCLC 821813643 . ОЛ 8281488М .
- ^ Перейти обратно: а б с Руководство Стокера (PDF) (изд. 1912 г.). Лондон : Канцелярия Его Величества через Эйр и Споттисвуд . 1912 [1901]. АСИН Б00ИЗЕЙВАС . OCLC 222437497 . ОЛ 18715300М . Архивировано (PDF) из оригинала 15 марта 2021 года . Проверено 28 июня 2021 г. - через Друзья Цербера.
- ^ Новейшие сведения о технологическом оборудовании (25 ноября 2012 г.). «Системы циркуляции котлов: естественная циркуляция и принудительная циркуляция» . Энггциклопедия . Проверено 30 сентября 2013 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Робертсон, Лесли Стивен (10 октября 2018 г.) [1901]. Водотрубные котлы: на основе краткого курса лекций, прочитанных в Университетском колледже Лондона . Нью-Йорк : Компания Д. Ван Ностранда . ISBN 978-0342103232 . OCLC 556436534 . ОЛ 32303266М . Проверено 28 июня 2021 г. - из Интернет-архива .
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
