Глава 7. Конструкция основных элементов паровых котлов. Конструкция котла парового
Глава 7. Конструкция основных элементов паровых котлов
7.1. Корпус парового котла
На судах транспортного флота широкое применение в качестве главных и вспомогательных котлов находят однопроточные паровые котлы с естественной циркуляцией воды и пароводяной смеси. Рассмотрим конструкцию их корпуса и составляющих узлов.
| Рис. 7.1. Корпус главного котла типа К.ВГ-25 |
Корпус котла состоит из трубной системы, замкнутой на пароводяной и водяные коллекторы. На рис. 7.1 приведена схема корпуса главного котла КВГ-25. Трубная система корпуса включает подъемные 2, 5, 7 и опускные 3, 8 пучки труб. Она соединена с пароводяным 1 и двумя водяными 4, 6 коллекторами и образует два циркуляционных контура. Первый контур содержит притопочный четырехрядный пучок подъемных труб 5. Передние два ряда труб пучка имеют наружный диаметр 44,5 мм и толщину стенки 3 мм (44,5х3), вторые соответственно 29 и 2,5 мм. В первый контур входит также сплошной ряд труб экрана 7 (44,5х3) с двумя рядами необогреваемых опускных труб 8, размещенных за экраном 7. Трубы этого контура соединены с пароводяным 1 и водяным 6 (экранным) коллекторами. Второй контур циркуляции состоит из многорядного конвективного пучка 2 (13 рядов труб 29х2,5) парообразующих подъемных труб и расположенных в воздушных коробах котла необогреваемых труб 3 большого диаметра (114х7). Трубная система второго контура связана с пароводяным 1 и водяным 4 коллекторами.
| Рис. 7.2. Корпус вспомогательного котла KB-15 |
Корпус вспомогательного котла (Рис. 7.2) значительно проще. Например, котел KB-15, установленный на многих промысловых судах, имеет корпус, состоящий из двух коллекторов 1, 3 (пароводяного диаметром 1200 мм и водяного – 800 мм), соединенных подъемными 2, 4 и необогреваемыми опускными 5 трубами, образующими замкнутый циркуляционный контур. Подъемные трубы имеют диаметр 29 мм и толщину стенки 2,5 мм (29х2,5), а опускные – 44,5х3.
Коллекторы корпуса котла предназначены для сбора и распределения воды и пароводяной смеси. Коллектор состоит из цилиндрической обечайки 3 и двух, как правило, эллиптических днищ 1, 4 (Рис. 7.3). Коллекторы большого диаметра (
> 500 мм) имеют разную толщину обечайки: обертка 5 – меньшую, трубная решетка 7, ослабленная отверстиями для крепления труб, – бóльшую. Обертку и трубную решетку выполняют вальцовкой из листового проката с последующей разделкой кромок и сваркой 6. Коллекторы диаметром меньше 500 мм изготовляют цельноковаными с неизменной толщиной стенки оболочки. Штампованные днища 1, 4 соединяют с цилиндрической частью сваркой 9 (Рис. 7.3, а).
Крепление труб к коллекторам обычно осуществляется развальцовыванием, то есть путем раздачи конца трубы в отверстии трубной решетки (Рис. 7.3, б). Если толщина стенки коллектора бо-
| Рис. Основные элементы коллектора котла |
В зависимости от длины коллектора в одном или обоих его днищах имеются лазы 8 для осмотра и очистки внутренних поверхностей труб и проведения ремонтных работ. Лазы имеют овальную форму. Конструктивное выполнение закрытий лазов показано на рис. 7.3, г. Крышку 11 закрытия заводят и разворачивают внутри коллектора так, что она прижимается внутренним давлением к уплотнительной поверхности 10 стенки коллектора.
Для присоединения арматуры в коллекторе сделаны отверстия, усиленные штуцерами или наварышами 2 (Рис. 7.3, а).
Во внутренней части коллекторов размещают устройства, обеспечивающие распределение питательной воды, поддержание необходимого качества воды и отбираемого пара. В некоторых конструкциях котлов (КВГ-34К, КВГ-25К, КВГ-80) внутри коллекторов устанавливают теплообменники для регулирования температуры перегретого пара и получения охлажденного пара вспомогательных механизмов.
Внутриколлекторные устройства котла показаны на рис. 7.4, а. Вода в пароводяной коллектор подается через питательные клапаны и поступает в перфорированную водораспределительную (питательную) трубу 10, установленную вдоль всего коллектора на кронштейнах из уголков 2 и размещенную над опускными трубами притопочного циркуляционного контура. Конец питательной трубы заглушён, поэтому вода выходит только через отверстия диаметром 6–8 мм в ее боковой стенке.
Дырчатые щиты 5 и 7 – это наиболее простые паросепарирующие устройства. Они весьма чувствительны к изменениям нагрузки, колебаниям уровня при качке, а при повышенном солесодержании котловой воды способствуют ее вспениванию. В связи с этим применять дырчатые щиты целесообразно для котлов среднего давления с содержанием солей в котловой воде не более 2000 мг/кг и для котлов высокого давления с содержанием солей не более 300 мг/кг.
Для очистки в коллекторе поверхности воды от плавающих загрязнений и их отвода служат воронки 1 верхнего продувания, соединенные трубой 3 с клапаном верхнего продувания. Воронки установлены на 25 мм ниже среднего уровня воды (СУВ) в коллекторе (ВУВ – допустимый верхний уровень воды в пароводяном коллекторе).
В водяном пространстве коллектора котла установлен пароохладитель 6, в котором температура пара заметно снижается до температуры, лишь на 25–30°С превышающей температуру насыщения. Охлажденный пар предназначен для работы вспомогательных механизмов. Пароохладитель – это трубчатый теплообменник, в котором перегретый пар, движущийся внутри тру- бок, охлаждается котловой водой. Дренаж пароохладителя осуществляется по продувочной трубе 8.
Все внутренние части коллектора крепят к его стенкам продольными и поперечными угольниками 9.
На рис. 7.4, б изображены внутриколлекторные устройства, содержащие три дырчатых щита: погружной 2, размещенный непосредственно над питательной трубой 1, успокоительный 3 – в средней части коллектора; сепарационный (потолочный) 4 – в верхней части его парового объема.
 | Рис. Внутренние устройства пароводяного коллектора |
При повышенном солесодержании котловой воды применяют устойчиво работающие в широком диапазоне нагрузок циклонные сепараторы. Такие сепарирующие устройства есть, например, в пароводяных коллекторах главных котлов на судах типа «Сергей Бот-
кин», танкере «Труд» и др. Наиболее компактны прямоточные лопаточные сепараторы (Рис. 7.5), размещаемые в пароводяном коллекторе 1 котла. Пароводяная смесь поступает в выгородку 3 каждого сепаратора от группы подъемных трубок 2. Сепаратор 4 состоит из лопастного сердечника 5, жалюзийного устройства 7, стакана 6. Благодаря интенсивному закручиванию пара лопастями сердечника, содержащаяся в нем влага отбрасывается на внутреннюю стенку стакана 6 и увлекается движущимся потоком пара. Переливаясь через край стакана, влага поступает в водяное пространство коллектора, а пар проходит в жалюзийном устройстве дополнительную сепарацию и поступает к паросборной трубе. Такие сепараторы обеспечивают сухость пара не менее 0,85–0,9.
|
|
|
| Рис. 7.5. Схема циклонного сепаратора | Рис. 7.6. Поперечное сечение водяного коллектора |
На рис. 7.6 показано поперечное сечение водяного коллектора. Кроме трубной решетки с установленными в ней трубами 2, 3 во внутренней полости коллектора размещена грушевидная перегородка 1, отделяющая подъемные трубы 2 корпуса от отпускных 3 и обеспечивающая более равномерное распределение воды по подъемным трубам. В некоторых котлах (например, на судах типа «Сергей Боткин») в водяном коллекторе расположен пароохладитель, в водяном коллекторе вспомогательных котлов типа KB – водоподогреватели. В котлах типа KB 35/25-1 котловая вода нагревается перегретым паром, а в котлах типа KB 1 – питательная вода подогревается за счет теплоты котловой воды.
studfiles.net
История создания, устройство и принцип действия парового котла
2.1.1 История создания парового котла
Еще в древности человек научился использовать энергию огня – в начале для отпугивания хищников, охоты на диких животных, приготовления пищи и обогрева жилища. Затем, по мере совершенствования навыков, человек, став земледельцем, использовал огонь для выжигания участков леса с целью последующего использования земли для выращивания окультуренных растений и организации пастбищ для диких животных, на которых охотился, а в дальнейшем для одомашненного скота.
В этот же исторический период человек заметил, что при нагревании из воды получается пар. В глубокой древности появились простейшие устройства для получения пара. К таковым можно отнести, например, шар Герона Александрийского. Однако, в течение многих столетий, вплоть до конца XVI – начала XVII веков энергия водяного пара практически не использовалась. Немногочисленные паровые водоподъемники, действовавшие в те времена, не имели собственного генератора пара – парового котла.
Впервые паровой котел как генератор пара был отделен от исполнительного механизма в 1600 г.в установке Джамбатиста дела Порта, предназначенной для подъема воды. Однако отсутствие в то время универсального парового двигателя тормозило развитие паровых котлов.
Развитие паровых котлов как самостоятельных агрегатов начинается с момента изобретения первого универсального двигателя – паровой машины, сконструированной и построенной российским изобретателем И.И.Ползуновым в 1763 – 1765 годах на алтайских заводах. Котел И.И. Ползунова имел уже основные элементы, присущие любому паровому котлу.
Исключительно мощным подъемом пароэнергетики был ознаменован XIX в. – «век пара».
На основе паровых двигателей, превращающих тепловую энергию в механическую работу было организовано производство XIX века. Развитие крупной промышленности потребовало расширения рынков и быстрой, безопасной и массовой переброски сырья и товаров. Как отметил в это время Ф.Энгельс: «Пар произвел переворот в путях сообщения не только на Земле, но и на воде».
Началом внедрения пара на морских судах считается постройка Фултоном в 1807 г. парохода «Клермонт». На этом деревянном судне с машинной мощностью в 20 лс. (1 лс. = 0,735 кВт) был установлен небольшой котел с кирпичной обмуровкой, в котором сжигались дрова.
Первый русский пароход «Елизавета» совершил рейс от Петербурга до Кронштадта 3 ноября 1815 г. А в период 1815-1822 гг. было построено еще несколько пароходов, на которых устанавливались медные и железные коробчатые котлы с давлением пара 0,2…0,3 ат (1 ат = 98066,5 Па).
Через 20 лет после постройки первого парового судна в мировом флоте насчитывалось уже около тысячи пароходов и их рост стал обгонять рост числа парусных судов.
В связи с применением в качестве топлива дров, а также малой надежности таких СЭУ в начале XIX в. океанские пароходы были парусно-паровыми. До середины XIX в. питание котлов осуществлялось в основном морской водой. Образующаяся при этом в большом количестве накипь на поверхности нагрева вызывала перегрев стенок и нередко приводило к взрывам котлов. Постройка во 2-й половине XIX в. стальных цилиндрических котлов и применение для их питания конденсата пара (пресной воды) дали возможность повысить давление до 5-7 ат и уменьшить тем самым опасность взрыва.
В 70-х годах XIX в. появились судовые огнетрубные оборотные котлы, в которых применен перегрев пара, а в дальнейшем – подогрев подаваемого в топку воздуха, необходимого для сжигания топлива.
В конце XIX в. появилась паровая турбина и выяснилось, что огнетрубный котел не может удовлетворить потребности турбины в паре повышенных параметров. Необходим был водотрубный котел и к началу XXв. насчитывалось уже около 50-ти конструкций водотрубных котлов.
Большой вклад в совершенствование котельной техники принадлежит российским ученым и инженерам. Например, инженер, а в дальнейшем академик АНСССР В.Г.Шухов создал оригинальную конструкцию мощного водотрубного котла, который затем копировали на Западе. Котлы конструкции Долголенко В.Я. были установлены на ряде кораблей военного флота, в том числе на крейсере «Аврора».
Отечественной науке и технике принадлежит заслуга в решении проблем сжигания жидкого топлива в топках котлов. Так, способ сжигания жидкого топлива распылением был впервые предложен в 1865 г. А.И.Шпаковским. В конце XX в. коллектив инженеров Тентелевского завода создал первую форсунку с механическим распылом жидкого топлива.
Следует отметить, что серьезный вклад в совершенствование паровых котлов внес прославленный адмирал Русского флота С.О.Макаров, именем которого названы Государственная морская Академия в Санкт-Петербурге, Государственный кораблестроительный институт в Николаеве, Высший Военно-морской институт во Владивостоке.
Что же предложил и сделал С.О.Макаров?
1. Разработал устройства и способы ускоренной разводки пара в корабельных паровых котлах, что было важно для боевых кораблей, на которых подъем температуры воды в котлах до 100ºС занимал целый час, а с внедрением устройства Макарова – всего 10-20 минут.
2. Добился повышения экономичности паровых установок за счет внедрения ступенчатого использования пара.
3. Предложил использовать в качестве топлива для паровых котлов нефтяные остатки – мазут. В результате именно русский флот первым стал использовать жидкое топливо в котельных агрегатах.
Начиная с конца 30-х годов XX в. и особенно после окончания Великой Отечественной войны большое развитие получило морское котлостроение.
Освоение котельной техники и ее эксплуатация в сложных условиях морского плавания требует глубоких знаний теории современной судовой теплоэнергетики. Такие знания студенты получают при изучении дисциплины «Техническая термодинамика» и «Теплопередача» на 3 курсе.
2.1.2 Устройство и принципы действия парового котла
Паровым котлом называется агрегат, предназначенный для непрерывного производства (генерации) пара за счет превращения какого-либо вида энергии в тепловую.
В любом котле имеется топка (рисунок 2.1), предназначенная для сжигания топлива в потоке специально подводимого воздуха. Воздух, расходуемый на горение топлива для лучшего сгорания, как правило, предварительно подогревается.
 |
Рисунок 2.1 Схема огнетрубного котла: 1 – дымовая коробка; 2 – дымовая труба; 3 – переднее днище; 4 – дымогарные трубы; 5 – корпус; 6 – заднее днище; 7 – огневая камера; 8 – жаровая труба; 9 – форсунка.
В результате горения в топке образуются газообразные продукты сгорания, теплота которых за счет теплопроводности передается рабочей среде (воде, пару) через поверхность нагрева котла.
Все паровые котлы в зависимости от организации потоков рабочего тела разделяются на огнетрубные и водотрубные.
В огнетрубных котлах горячие газы проходят внутри труб, а вода находится между ними.
В водотрубных котлах пламя и горячие газы омывают трубы снаружи, а внутри труб перемещается нагреваемая рабочая среда – вода и пар (за счет естественной тепловой конвекции).
 |
Рисунок 2.2 Схема водотрубного однопроточного котла:
1 – пароводяной коллектор; 2 – трубы бокового экрана; 3 – форсунки; 4 – топка; 5 – водяной коллектор; 6 – основной пучок труб.
В том и другом случае получается пар, имеющий высокую температуру и избыточное давление, который в дальнейшем приводит в действие паровую машину (поршневую) или турбину, а также используется для общесудовых нужд (нагрев воды, масла, топлива, в системе кондиционирования и т.д.).
Похожие статьи:
www.poznayka.org
Устройство и принцип действия паровой котельной
Котельные могут подразделяться по способу отпускаемого тепла (водогрейные, паровые, перегретая вода, термомаслянные), по предназначению (отопительные, технологические), по виду использованного топлива (газовые, дизельные, газодизельные, мазутные, газо-мазутные, твердотопливные), по вариантам исполнения (блочно-модульные, крышные, стационарные, пристроенные, встроенные). Цель у котельных всегда одна - это выработка тепла для дальнейшего его использования.
Паровые котельные - это такие котельные отпуск тепла в которых происходит через выработку котельной насыщенного или перегретого пара. Паровые котельные в основном всегда являются чисто производственными котельными, в которых предполагается дальнейшее использование пара для производственных нужд, или для производственно-отопительных, в которых наряду с производственной нагрузкой присутствует отопительная.
Паровая котельная может быть выполнена в различных вариантах исполнения, это может быть блочно-модульная котельная, стационарная котельная соответственно как один так и другой вариант может быть выполнен как отдельностоящая, так и пристроенная котельная в зависимости от желания Заказчика и от условий конкретного предприятия.
Паровая котельная также может работать на разных видах топлива как-то на газу (природный газ, сжиженный газ), на дизельном топливе, на мазуте, иметь два вида топлива основной и резервный, или аварийный (газодизельные, газо-мазутные). Также топливом могут служить различные виды твердого топлива (древесные отходы, уголь и т.д.) и возможно различные виды альтернативного топлива.
Котельная на которой стоят паровые котлы , использующие жидкое топливо (мазут, дизельное топливо, нефть различного вида, отработанное масло и т.д.), должны иметь соответствующие склады топлива и установки подготовки данного топлива к сжиганию в котле. В основном это сводится к подогреву жидкого топлива, чтобы его можно было распылить в горелках для полного сжигания в топке котла.
Котельная на которой стоят котлы, использующие твердое топливо (уголь, торф, древесные отходы и т.д.), кроме складов топлива и подготовки его к сжиганию, должны иметь цеха или установки золоудаления т.к. сжечь полностью твердое топливо не удается. Кроме того большое внимание надо уделять очистке дымовых газов от продуктов сгорания, точнее сказать от продуктов неполного сгорания топлива (сажи и т.д.).«Cuenod» Франция, «Ecoflam» Италия, «Weishaupt» Германия, «Saacke» Германия, «Dreizler» Германия, «Cib Unigas» Италия; насосное и теплообменное оборудование, системы автоматики и безопасности.
Все поставляемое оборудование имеет сертификаты соответствия и разрешения на промышленное применение на территории Российской Федерации.
Паровые котельные производимые нашей компанией по желанию Заказчика могут быть изготовлены под работу в автоматическом режиме и могут эксплуатироваться без постоянного присутствия обслуживающего персонала. Контроль за работой котельной осуществляется непосредственно автоматикой котельной (вся информация выводится на щит управления, устанавливаемый в котельном помещении) плюс общий аварийный сигнал или группа сигналов передается на диспетчерский пульт находящийся вне помещения котельной посредством телефонной, GSM или интернет связи.
Под паровым котлом следует понимать специальное устройство, имеющее топку, в которой осуществляется сгорание топлива. Результатом данного процесса является выделяемое тепло, предназначенное для получения пара высокого давления. Пар этот может быть использован для самых различных целей.
Что представляет собой парогенератор? Для каких целей он необходим? И каков принцип работы парового котла?
Конструктивные элементы парового котла и обеспечение безопасности работы с паровым котлом
К конструктивным элементам парового котла относятся цилиндры и сосуды различных размеров и диаметра, трубы, соединенные между собой в целостную систему посредством вальцовки и сварочных соединений. Абсолютно любой паровой котел имеет трубопроводы, барабан и коллекторы. Ремонт парового котла, его осмотр и чистка осуществляются через лазы – специальные технологические отверстия.
Емкость парового котла, которая заполняется водой и находится внутри, носит название водного пространства. Под паровым пространством следует понимать пространство, которое заполняется образующимся в результате паром. Между собой паровое и водное пространства разделены поверхностью, которую называют зеркалом испарения. В паровом пространстве имеется оборудование, предназначенное для сепарации пара и влаги.
Работа парового котла сопровождается постоянным и интенсивным охлаждением металлических элементов всей конструкции, которые в процессе работы подвергаются воздействию высокой температуры. Это позволяет проводить безопасную эксплуатацию парового котла. Охлаждение происходит в результате регулярной циркуляции теплоносителя по трубам обогревания. Тепло от газов, которые образуются в результате сгорания топлива, поступает к трубопроводу. Тем временем теплоноситель, не останавливаясь, отводит тепло от трубопроводных стенок, тем самым препятствуя перегреву трубопровода. Если же весь этот процесс недостаточно интенсивен, трубопровод может сильно перегреться, в результате потеряв свои прочностные характеристики. Перегрев трубопровода может привести к оплавлению труб или даже их разрыву. Такие явления могут стать поводом для аварийной остановки парового котла.
Как работает паровой котел
Принцип работы парогенератора достаточно прост. В основе работы лежит теплообмен пара, воды и дымовых газов. Существует классификация тепловых котлов по способу передвижения сред теплообмена. Здесь выделяют два вида котлов: водотрубные и жаротрубные агрегаты. Принцип работы жаротрубного котла заключается в следующем: нагретый газ движется внутри труб, а вода, которая будет нагреваться, находится за пределами труб. Принцип работы водотрубных паровых котлов подразумевает передвижение воды по трубам. Нагревается вода в результате воздействия на трубы внешних дымовых газов. За счет такого воздействия вода и доходит до состояния кипения.
Котельное паровое оборудование классифицируют в зависимости от движения в них воды и пара. Так, существуют котлы с естественной и принудительной циркуляцией. Принудительная циркуляция подразумевает движение теплоносителей под воздействием специально предназначенных для этого насосов. Паровые котлы с естественной циркуляцией работают в результате перепада плотностей пара и воды.
В целом работа парового котла всегда примерно одинакова. Заключается она в следующем: вода подготавливается в деаэраторе, после чего при помощи насоса подается в систему экономайзера воды, где и происходит нагрев воды в результате уходящих газов. Далее вода движется в верхний барабан и смешивается с водой котла. Часть нагретой воды котла поступ
tehnashop.ru
