Характеристика огнетрубных котлов
Огнетрубные котлы обладают следующими особенностями.
1. Имеют сравнительно большой вес металла, приходящийся на 1 м2 поверхности нагрева и составляющий: для односторонних оборотных котлов 185—230 кг/м2, для двухсторонних 155—165 кг/м2 и для пролетных 90—125 кг/м2. Больший вес односторонних оборотных котлов объясняется большим диаметром по сравнению с пролетными котлами, а, следовательно, и большей толщиной листа бочки котла, так как толщина бочки котла прямо пропорциональна его диаметру и давлению и обратно пропорциональна прочности металла котла.
2. Параметры вырабатываемого котлом пара низки. Котлы не строят на давление, превышающее 16—18 атм. Объясняется это тем, что, например, диаметр бочки трех топочного котла в зависимости от поверхности нагрева берется 3500 — 4500 мм, поэтому при давлении 18 атм. толщина стенки бочки доходит до 45 мм. Бочка такой толщины сложна в изготовлении и очень тяжела. Температура перегрева пара в огнетрубном котле не превышает 320°С.
3. Низки значения удельной паропроизводительности, под которой понимают количество пара в кг, снимаемого с 1 м2 поверхности нагрева в час.
Низкие значения удельной паропроизводительности и максимальной поверхности нагрева ограничивают область применения этих котлов судовыми силовыми установками небольшой мощности, так как установка большой мощности потребовала бы применения большого количества котлов.
4. Подъем пара в огнетрубных котлах должен производиться медленно и, во всяком случае, в течение не менее 10 — 12 часов, а охлаждение — в течение 16—20 часов. Объясняется это плохой циркуляцией воды в котле и, кроме того, большим количеством воды, приходящейся на 1 м2 поверхности нагрева. Так, для оборотных односторонних котлов эта величина составляет 100 — 125 кг и для двухсторонних котлов 70—80 кг на 1 м2 поверхности нагрева,
Паропроизводительность огнетрубных котлов зависит от конструкции котла и вида топлива (табл. 1).
5. Большая жесткость соединения; отдельных частей котла, что делает их особо чувствительными к резким изменениям температуры, вызывая течь чаще всего в соединениях трубок с трубными решетками.
6. Большой водяной объем котлов делает их опасными в случае взрыва.
Под взрывом следует понимать такой случай нарушения целости стенки парового котла (разрыв жаровой трубы, огневой камеры или корпуса), при котором происходит мгновенное выравнивание давления внутри котла с внешним атмосферным давлением. При взрыве давление внутри котла снижается до атмосферного, а вся заключающаяся в воде теплота пойдет на мгновенное превращение части котловой воды в пар. Образование большого количества пара влечет за собой дальнейшее мгновенное разрушение котла, что может привести к гибели людей и судна.
Силу взрыва можно представить себе из рассмотрения следующего примера: при взрыве котла вследствие падения давления до атмосферного каждым килограммом воды высвобождается количество тепла, равное
Q = i — 100 ккал/кг,
где i—теплосодержание кипящей воды при котельном давлении в ккал/кг
100 ккал/кг - то же при атмосферном давлении.
Это тепло Q при давлении 13—15 атм. составит около 100 ккал/кг. Для испарения же 1 кг воды, нагретой до 100°С, при атмосферном давлении необходимо затратить 540 ккал/кг. Таким образом, тепло, высвобождающееся примерно 5,5 кг воды, достаточно для образования 1 кг пара, объем которого будет почти в 1700 раз больше объема 1 кг воды.
Очевидно, чем больше запас воды в котле, тем больше получится пара и тем больше будет сила взрыва.
7. Особенности конструкции создают трудности внутреннего осмотра и очистки от накипи отдельных элементов поверхности нагрева котлов, как, например, шинельных листов и задних стенок огневых камер. В результате плохой очистки эти части перегреваются, выпучиваются и дают трещины.
В таблице 1 указаны некоторые характерные данные огнетрубных котлов.
К числу положительных сторон огнетрубных оборотных котлов необходимо отнести:
а) низкую влажность вырабатываемого пара благодаря большому паровому пространству и умеренному паронапряжению зеркала испарения, т. е. количеству пара в кг в час, приходящегося на 1 м2 зеркала испарения;
б) высокую аккумулирующую способность (.незначительность колебания давления пара и нормального уровня воды даже при резких изменениях нагрузки), что объясняется большим водяным объемом котла;
в) малую чувствительность к качеству питательной воды из-за малой тепловой напряженности поверхности нагрева;
г) простоту обслуживания.
Таблица 1.
Тип котла |
Тяга |
Отн. пов-ти нагрева к пов-ти колосниковой решетки |
Съем пара с 1 м2 поверхности нагрева в кг/час
уголь мазут |
Кол-во сжигаемого угля на 1 м2 колосниковой решетки кг/час |
Кол-во сжигаемого мазута на 1 м2 пов-ти нагрева в кг/час |
|
Цилиндрический оборотный |
Естественная Искусственная |
25-35
35-43 |
20-23
23-25 |
23-25
25-28 |
75-90
90-120 |
1-2
2-3 |
Цилиндрический пролетный |
Естественная Искусственная |
28-30
35-40 |
20-25
25-28 |
25-30
28-32 |
75-90
90-120 |
2-3
3-4 |
Наибольшее распространение получили в качестве главных судовых котлов двух топочные и трех топочные оборотные котлы с поверхностью нагрева от 45 до 180 м2 для первых и от 130 до 240 м2 для вторых.
Четырех топочные котлы, имеющие поверхность нагрева выше 250 м2, встречаются редко, что объясняется трудностью обслуживания высоко-расположенных крайних топок.
При необходимости иметь в одном цилиндрическом котле с обратным ходом пламени поверхность нагрева 400 — 600 м2, что не может быть достигнуто даже в четырех топочных котлах, применяют двухсторонние котлы, устройство которых понятно из рис. 2.
Рисунок 2
Двухсторонние котлы по своей конструкции представляют как бы сдвоенные односторонние котлы без задних днищ, что несколько уменьшает их относительный вес. Иногда уменьшению веса когда способствует также наличие общей огневой камеры для двух рядом расположенных или двух противоположных жаровых труб.
Пролетный котел.
Отличие пролетного котла от оборотного заключается в том, что в пролетном котле направление движения продуктов горения в газовом пространстве не изменяется. Это обстоятельство смазывается и на габаритных размерах котла, которые отличаются большой длиной при сравнительно небольшом диаметре цилиндрической части.
Отдельные детали пролетного и оборотного котлов конструктивно отличны, что определяется различием габаритных размеров. Так, например, передние днища пролетных котлов (благодаря незначительному диаметру) делают выпуклыми, что увеличивает их прочность; для подкрепления днищ применяются листовые связи, что диктуется большой длиной корпуса, доходящего до 6 м и более.
Пролетные котлы строится с поверхностью нагрева до 200 м2 и находят применение в стационарных установках, а также на речных судах. На транспортных судах морского флота, где предъявляются более жесткие требования к габаритам помещения по длине и ширине, нежели по высоте, пролетные котлы применения не получили.