Водотрубный котел: конструкции и принцип работы


Основные разновидности котлов

По типу омывания поверхности нагрева газами труб или иных элементов судовые котлы подразделяются на две основные группы: газотрубные и водотрубные. В газотрубном котле горячие газы как основной теплоноситель движутся внутри труб, а вода окружает их снаружи, в водотрубном котле — наоборот: вода и пароводяная смесь находятся внутри труб, а горячие газы омывают их снаружи. При наличии двух групп котлов всегда имеется промежуточная группа, обладающая свойствами газотрубных, и водотрубных котлов (см, рис. 1).

Схема котельной установки с комбинированным отоплением

Рис. 1. Схема котельной установки с комбинированным отоплением.

На современных судах в качестве главных применяются только водотрубные котлы. Вспомогательные котлы на теплоходах и газотурбоходах могут быть газотрубными и водотрубными (или газоводотрубными). У газоводотрубных котлов имеются элементы поверхности нагрева, скомпонованные по газотрубному и водотрубному принципам. Газотрубные и газоводотрубные котлы чаще встречаются на судах зарубежной постройки. В последние годы преимущественное распространение стали получать водотрубные котлы.


Вертикальный газотрубный котел (рис. 2, а), В цилиндрическом корпусе 3 котла размещены топочная 4 и дымовая 1 камеры, соединенные прямыми трубами 6. Топливо и воздух в топку подаются от топливно-форсуночного агрегата (на рис. 2, а не показан) через патрубок 5, а продукты сгорания отводятся через патрубок 2 в дымоход.

Газотрубный и водотрубный котлы

Рис. 2. Газотрубный (а) и водотрубный (б) котлы.

Водотрубный котел (рис. 2, б). Котел состоит из верхнего парового 2 и нижнего водяного 9 коллекторов, соединенных трубами 12. Пучок труб 4, расположенных на боковой стенке, называется боковым экраном. Трубы5 второго ряда экрана, загороженные трубами первого ряда, и трубы 7, расположенные вне топки или в специальных выгородках, называются опускными. У некоторых котлов опускными называют также трубы 11, наиболее отдаленные от топки. Все остальные трубы подъемные.


В зависимости от расположения различные поверхности нагрева котла получают неодинаковое количество теплоты, что в значительной степени обусловливает характер теплообмена. На рис. 2, б схематично показаны также экономайзер 1, воздухоподогреватель 14, обшивка котла 13, форсунка котла 6, кирпичная кладка 3, под 8, пароперегреватель 10.

Знакомясь с классификацией различных типов рассмотренных котлов, можно отметить основные достоинства и недостатки водотрубных и газотрубных котлов.

Водотрубные котлы имеют значительно большую паропроизводительность при меньших массовых показателях, чем газотрубные. Вспомогательные, особенно газотрубные котлы обычно ограничены давлением до 1,8 МПа и температурой 300 — 320 °С.

В зависимости от конструкции котла и эксплуатационных условий минимальное время на подъем пара до рабочего давления составляет 1,5 — 3,0 ч для водотрубных котлов и 4 — 24 ч для газотрубных. Все это объясняется меньшим количеством воды в водотрубном котле, хорошей ее циркуляцией, эластичностью труб, соединяющих коллекторы котла.

Сравнивая дополнительно взаимные достоинства и недостатки газотрубных и водотрубных котлов, можно также отметить: в водотрубном котле воды меньше его часовой паропроизводительности, поэтому изменение уровня воды от наивысшего до наинизшего допустимых может произойти очень быстро.


избежание аварийных ситуаций и четкого поддержания уровня приходится применять более сложные автоматические системы регулирования и питания котла, связанные с автоматическим регулированием горения топлива. Необходимо использовать и сложную систему автоматического регулирования давления пара. На газотрубные котлы относительно мало влияет качество питательной воды. У более теплонапряженных водотрубных котлов при отложениях накипи на поверхности нагрева может создаться опасность перегрева металла труб и их разрыва. Газотрубный котел имеет сравнительно небольшую паропроизводительность, но зато более высокую степень сухости пара вследствие невысокой интенсивности парообразования. Газотрубный котел имеет меньшую чувствительность к колебаниям нагрузки, что объясняется его большой аккумулирующей способностью.

При всех достоинствах водотрубных утилизационных котлов с многократной принудительной циркуляцией они обладают меньшей надежностью из-за необходимости установки циркуляционных насосов, работающих в сравнительно тяжелых условиях перекачки горячей воды и пароводяной смеси.

Упрощенные схемы вспомогательных котлов, наиболее распространенных на морских судах, показаны на рис. 3.

Секционный горизонтальный котел (рис.


а). У водотрубных котлов секционного типа классификационным признаком, относящим их к горизонтальному или вертикальному типу, служит наклон труб. У горизонтальных котлов наклон труб менее 30°, а у вертикальных более 30° (обычно 45 — 90°). Котлы имеют горизонтальный паровой коллектор 3 и прямые парообразующие трубы 6, объединенные камерами 1 и 5 в секции. Каждая секция соединяется с паровым коллектором короткими патрубками 4 и пароотводящей трубой 2.

Секционные котлы были широко распространены в недавнем прошлом как главные; в настоящее время они используются в качестве вспомогательных на отдельных серийных дизельных танкерах.

Схемы основных разновидностей водотрубных котлов

Рис. 3. Схемы основных конструктивных разновидностей водотрубных котлов с естественной циркуляцией.

Трехколлекторный двухпроточный котел (рис. 3, б). У этого котла 2 паровой коллектор 1 соединяется с двумя водяными коллекторами 4 и 7 пучками труб. Газы, образующиеся в топке 6 при работе форсунок 5, проходят между трубами. Внутри пучков парообразующих труб может располагаться пароперегреватель 3. Когда у каждого хода газа обогреваемые элементы разные, если пароперегреватель установлен на одной стороне движения газа, то котел будет ассиметричный, а когда по обе стороны хода газа стоят два одинаковых элемента, то котел будет симметричным.


настоящее время трехколлекторные котлы могут встретиться как главные и вспомогательные лишь на старых судах. Котлы такого типа часто называют котлами шатрового или треугольного типов. У котлов треугольного типа коллекторы и парообразующие трубы могут располагаться вертикально и горизонтально.

Трехколлекторный однопроточный котел (рис. 3, в). Котел конструктивно похож на серийные главные котлы отечественных паротурбинных установок Ленинградского производственного объединения «Кировский завод». Котел однопроточный, с естественной циркуляцией, имеет четыре коллектора — паровой 1, два водяных 5, б и один пароперегревателя 7. Газы, образующиеся в топке 3 при работе форсунок 4, проходят между трубами 2. Пароперегреватель 7 вырабатывает пар с температурой 470 °С при давлении в котле 4,4 МПа. Агрегат оборудован четырьмя паромеханическими форсунками 4, размещенными на переднем фронте котла. Это наиболее распространенный главный паровой котел серийных агрегатов для судов типов «Ленинский комсомол», «Пекин», «София».

Двухколлекторный, однопроточный по газу котел с естественной циркуляцией (рис. 3, г). Наиболее распространенный на морских судах вспомогательный двухколлекторный, с односторонним ходом газа и естественной циркуляцией котел преимущественно отечественного производства. Котел состоит из двух коллекторов 1 и 3, соединенных изогнутыми подъемными парообразующими трубами 4, экранными трубами 2, опускными трубами и трубами второго и третьего рядов экрана.


Котел шахтного типа (рис. 3, д). Это сравнительно новый тип главных котлов с развитой радиационной поверхностью нагрева в топке. Отличительной особенностью котлов следует отметить потолочное расположение форсунок 1 и установку двух пароперегревателей: основного 3 и промежуточного 2. Такие котлы устанавливаются на крупнотоннажных судах с мощными пароэнергетическими установками.

Горизонтальный газотрубный котел (рис. 4, а). Это газотрубный котел одной из старейших конструкций, именуемый ранее оборотным котлом шотландского типа, или оборотным котлом. Конструкция просуществовала на флоте более 80 лет благодаря надежности, неприхотливости к питательной воде, большой аккумулирующей способности, прочности и простоте. Котел горизонтальный, цилиндрической формы, хорошо крепится на судовом фундаменте. Котел имеет цилиндрический корпус 3, топку (жаровую трубу) 6, огневую камеру 5, горизонтальные прямые трубы 4, дымовую коробку 2 и выпускной дымоход 1. Топка оборудована ротационной форсункой. Для внутреннего осмотра, вальцовки и очистки труб предусмотрены лазы и горловины. Существенными недостатками котла являются невысокое давление пара, неорганизованная циркуляции воды, жесткость конструкции, большая металлоемкость и высокая трудоемкость изготовления и ремонта.


Схемы газотрубных котлов

Рис. 4. Схемы газотрубных котлов.

Вертикальный газотрубный котел с вертикальными трубами (рис. 4; б). Это котел обычного типа широко распространенный на судах зарубежной и отечественной постройки. Котел имеет цилиндрический корпус 1 и вертикальные прямые трубы 4, соединенные с дымовой камерой 2. Паровое пространство расположено выше зеркала испарения 3. Котел имеет автоматизированный топливно-форсуночный агрегат с безвахтенным обслуживанием. С аналогичной конструкцией котла можно встретиться на танкерах типа «Сплит» (см. рис. 5.15).

Вертикальный газотрубный котел с горизонтальными трубами (рис. 4, в). Котел имеет цилиндрический вертикальный корпус 1, прямые горизонтальные трубы 3 камеры для прохода газа, выпускной дымоход 2. Котел работает от топливно-форсуночного агрегата 4 с безвахтенным обслуживанием. Для поворота газа в камерах предусмотрены съемные щитки, одновременно упрощающие и очистку котла.

Стальные водотрубные водогрейные котлы


Компания «Боргазоаппарат» – ведущий разработчик и производитель водотрубных водогрейных котлов мощностью от 0,25 до 15 МВт с ручной и механической подачей твердого топлива. В наличии также имеются автоматизированные модели, работающие на газообразном и жидком топливе. Разработанные с учетом многолетнего опыта и передовых технологий, они удовлетворяют всем требованиям ГОСТ и имеют разрешение от Ростехнадхора. Водогрейные котлы используются для получения перегретой воды в системах горячего водоснабжения и системах отопления. Широкий типоразмер позволяет каждому заказчику получить изделие нужной мощности с учетом особенностей эксплуатации конкретной тепловой сети.

В каталоге компании представлены разнообразные водогрейные котлы с различными вариантами топочных устройств:

  • решетка водоохлаждаемая типа РОУ;
  • решетка с чугунными колосниками;
  • решетка с поворотным колосником;
  • механическая топка ТШП.

Водотрубные водогрейные котлы могут эксплуатироваться как в стационарных котельных, так и модульных установках, используемых для теплоснабжения жилых и промышленных объектов. В качестве топлива используются уголь, древесина, брикеты, природный и сжиженный газ, дизтопливо, мазут. В зависимости от этого, подбирается горелка определенной модели, которая обеспечивает высокий КПД и безопасную эксплуатацию оборудования.

Виды водотрубных водогрейных котлов


В зависимости от конструкционных особенностей, агрегаты делятся на три группы: автоматизированные котлы КВа, с механической подачей топлива, с ручной подачей топлива

Первая модель работает на газообразном и жидком топливе и оснащена автоматизированной горелкой. Второй вид котла обычно ставится в котельные с ТШПМ. Каменный уголь подается на транспортере, через бункер попадает на шурующую планку, приводимую в движение приводом, на которой сжигается. Такой способ топливной подачи позволяет равномерно распределить уголь по топочной решетке, предотвратить его спекание и удалить весь шлак с топочной решетки. Котлы с ручной топкой работают за счет сжигания топлива на слоевой топке, под которую вентилятором подается поток воздуха.

Технологические особенности водотрубных водогрейных котлов

В сравнении с другими типами агрегатов, данные котлы имеют ряд плюсов:

  1. Минимальный расход топлива. Благодаря увеличенной площади теплообменников, нагреваются большие объемы теплоносителя при меньших топливных затратах.
  2. Высокий КПД. В водотрубных водогрейных котлах вода циркулирует по трубкам небольшого диаметра, в результате чего быстро нагревается под воздействием обтекаемых газов. Подобная конструкция позволяет не только достичь минимальной металлоемкости, но и обеспечить высокий КПД установки.
  3. Экономичность. Большой объем топочной камеры, сочетающийся с быстрым притоком кислорода, обеспечивает выгорание топлива без механических и химических недожегов.

  4. Отсутствие накипи. Водяной поток в трубках котла имеет высокую скорость и спиралевидное закручивание, что исключает образование накипи на трубах. Это позволяет использовать воду без предварительной водоподготовки в виде умягчения и снижения кислотности.
  5. Долговечность. Водотрубные водогрейные котлы за счет завальцованных труб способны выдержать значительные упругие и механические деформации, сохранив целостность конструкции. Срок их службы больше, чем у жаротрубных моделей.

Главный плюс водогрейных котлов с автоматической горелкой.

Водотрубный котёл общая характеристика

Преимущественные стороны водотрубного котла очевидны. По этой причине подобные типы котлов чаще других используются на тепловых электростанциях большой мощности.

Конструкция оборудования позволяет увеличить поверхность нагрева за счет использования большего количества водопроводных труб.

Конвекционный поток таких систем способствует ускорению движения воды в большей степени, чем этот эффект проявляется у жаротрубных сооружений.

Соответственно, коэффициент передачи тепла водотрубных котлов более высокий, что сопровождается не менее высоким значением эффективности этого вида котельного оборудования.

Исполнение конструкции позволяет плавно наращивать давление внутри водотрубного котла до значений, равных 150-160 кг/см2.

Выход пара на подобных сооружениях может достигать 500 кг/с. При этом доступно получить верхнюю границу температуры пара на выходе из водотрубного котла, равную 550ºС.

Водотрубный котёл конструкция
Классическое исполнение парового оборудования, работающего по принципу термосифона. Подобные системы часто встречаются в составе проектов котельных разного назначения

По габаритным размерам водотрубные котлы успешно конкурируют с дымогарным (жаротрубным) оборудованием.

Небольшие по габаритам водотрубные паровые котлы традиционно собраны как единое целое оборудование, помещённое внутрь прочного корпуса.

Но крупные котельные установки обычно изготавливаются секционными модулями, которые собираются в единый модуль непосредственно на месте установки системы.

Водотрубный котел – паровой котельный агрегат, конструктивно соединенный в единое целое комплекс устройств, предназначенный для получения пара под давлением или горячей воды за счет сжигания различного вида топлива. Водотрубный котел является одним из двух основных видов котлов. У водотрубного котла вода и пароводяная смесь движутся по стальным трубам, омываемым снаружи газообразными продуктами сгорания. Главной частью водотрубного котла являются топочная камера и газоходы, в которых размещены поверхности нагрева, воспринимающие тепло продуктов сгорания топлива (пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель). Элементы водотрубного котла располагаются на каркасе. Они защищены от потерь тепла обмуровкой и изоляцией. Основное свое применение водотрубные котлы получили на тепловых электростанциях. Там они необходимы для обеспечения паром турбин. Также водотрубные котлы применяются в отопительных и промышленных котельных для выработки пара и горячей воды для технологических и отопительных нужд; в судовых котельных установках. Конструкция водотрубного котла зависит от его функционального назначения, вида и типа применяемого топлива и способа сжигания, давления и температуры вырабатываемого пара, а также от единичной производительности пара. Сгорание топлива и частичное охлаждение продуктов сгорания происходят в топочной камере водотрубного котла. В результате этого между нагретыми газами и покрывающими стены топочной камеры трубами, в которых циркулирует охлаждающая их среда (вода или пар), происходит лучистый теплообмен. Система этих труб называется топочными экранами. При выходе из топки газы имеют температуру, достигающую 1000 °С. В дальнейшем на пути газа устанавливают трубчатые поверхности нагрева (пароперегреватели) для его охлаждения, обычно они выполняются в виде ширм-змеевиков с трубчатым поперечным сечением, собранных в плоские пакеты. Теплообмен в ширмовых поверхностях происходит излучением и конвекцией, именно из-за этого такие поверхности часто называют полурадиационными. Пройдя пароперегреватель ширмового типа, газы с температурой 800—900 °С далее поступают в конвективные пароперегреватели высокого и низкого давления, которые выполнены в виде пакетов труб. Теплообмен в этих и последующих рабочих поверхностях нагрева происходит в основном конвекцией и соответственно называется конвективным. Затем на пути газов, имеющих температуру 600—700 °С, устанавливается сначала водяной экономайзер, а далее – воздухоподогреватель. В воздухоподогревателе газы (в зависимости от вида сжигаемого топлива) охлаждаются до 130—170 °С. Дальнейшему снижению температуры мешает конденсация на поверхностях нагрева паров воды и серной кислоты, которая образовалась при сжигании различных видов сернистого топлива и привела к интенсивному загрязнению поверхностей нагрева золовыми частицами с последующей коррозией металла. Охлажденные газы, пройдя устройства очистки различной степени от золы и в большинстве случаев от серы, выбрасываются дымовой трубой в атмосферу. Различные продукты сгорания топлива, которые были уловлены в водотрубных котлах, периодически или непрерывно удаляются через сложные системы шлакоудаления и золоудаления. По характеру передвижения рабочей среды водотрубные котлы бывают с многократной естественной или принудительной циркуляцией и прямоточные. В водотрубном котле с многократной циркуляцией рабочая среда непрерывно движется по замкнутому контуру, который состоит из обогреваемых и необогреваемых труб, соединенных между собой промежуточными камерами-коллекторами и барабанами. Там она частично испаряется в обогреваемой части контура. В связи с разностью плотностей пароводяной смеси в обогреваемой (подъемной) части контура и воды в слабо обогреваемой или совсем не обогреваемой (опускной) его части осуществляется движение рабочей среды по циркуляционному контуру в водотрубном котле с естественной циркуляцией. В водотрубном котле с принудительной циркуляцией перемещение рабочей среды по контуру осуществляется под действием циркуляционного насоса. Постоянное упаривание котловой воды в водотрубном котле с многократной естественной или принудительной циркуляцией в конечном счете неизбежно приводит к концентрации растворенных и взвешенных в ней всевозможных примесей (солей, окислов, гидратов окислов). В дальнейшем эти примеси могут скапливаться на внутренней поверхности труб обогревания с ухудшением условия их охлаждения и становясь причиной перегрева металла (с последующей аварийной остановкой водотрубного котла из-за разрыва рабочих труб). Кроме того, недопустимо чрезмерное повышение концентрации примесей в используемой воде из-за переноса их паром из барабана в капельках воды или в виде парового раствора в пароперегреватель, а также в турбину, где вредные примеси оседают на рабочих лопатках турбомашины, существенно уменьшая ее КПД. Для избежания повышения концентрации примесей производятся продувки котла со строгой периодичностью. Предельно допустимая концентрация (ПДК) примесей определяется конструкцией и параметрами водотрубного котла, составом питающей воды и тепловыми напряжениями экранных поверхностей нагрева.

В прямоточном водотрубном котле происходят нагрев, испарение воды и перегрев пара за один проход рабочей среды по тракту. В отличие от водотрубного котла с естественной или принудительной, многократной циркуляцией в водотрубном котле с прямоточной организацией процесса генерации пара примеси, содержащиеся в питательной воде, не могут быть выведены из конструкции продувкой части котловой воды. В связи с этим часть вредных примесей осаждается на внутренней поверхности труб прямоточного водотрубного котла, а часть (вместе с паром) транспортируется в турбину, где отлагается на лопатках. Именно поэтому и предъявляются более жесткие требования к качеству питательной воды в прямоточных водотрубных котлах. В связи с этим вода предварительно проходит обработку в системе водоподготовки. Для повышения экономичности в энергетических установках используются схемы с вторичным (промежуточным) перегревом: образованный пар после срабатывания части его тепловой энергии в турбине возвращается в водотрубный котел, подвергается дополнительному перегреву в пароперегревателе с низким давлением и опять отправляется в турбину. Существуют водотрубные котлы с двумя промежуточными перегревами пара. Температура вторично перегретого пара, как правило, берется в рассмотрение такой же, как первично перегретого, или близкой к ней. Для поддержания температуры первичного и вторичного перегрева пара на требуемом уровне водотрубные котлы обычно снабжают различными регулирующими устройствами. Зачастую они представлены в виде смесительных и поверхностных теплообменников разной формы и конфигурации, систем рециркуляции части охлажденных дымовых газов в топочную камеру, приспособлениями для изменения угла наклона горелок и т. д.

Паропроизводительность выпускаемых промышленностью вертикально-водотрубных котлов составляет от 2,5 до 640 т/ч наряду с прямоточными котлами от 250 до 2500 т/ч, они применяются в различных котельных установках. Горизонтально-водотрубные котлы сняты с производства.

Изобретателем котла считается исследователь из Франции Дени Папен. Первые котлы имели вид цилиндра диаметром 75—120 см. Принцип их действия основывался на том, что при прохождении продуктов сгорания топлива через трубы, омываемые водой, образовывался пар, энергия которого впоследствии преобразовывалась в механическую энергию.

Водотрубный котел был изобретен в 1829 г. Джорджем Стефенсоном и М. Сеганом независимо друг от друга. Дальнейшие модификации водотрубных котлов связаны с именами Гарни Голдуотера, Якоба Перкинса.

Простейший вертикальный водотрубный котел (котлы такого типа наиболее распространены на флоте) имеет два барабана, соединенных трубками (рис. 14).

Водотрубный котел: конструкции и принцип работы Эти трубки внутри заполнены водой или образующейся пароводяной смесью (поэтому это водотрубный котел) и снаружи обогреваются продуктами сгорания, которые образуются в точке 6 в результате горения смеси топлива с воздухом, поступающей в топку через форсунку 8 и окружающее ее отверстие воздухонаправляющего устройства 7. Продукты сгорания удаляются через дымовую трубу (показано стрелкой).

В соответсвии с законами теплопередачи очевидно, что при горении топлива в топке теплота излучением (радиацией) будет передаватся всем поверхностям, окружающим топку. В кипятильных 5 и экранных трубках 8 (здесь и далее рис. 15) будет происходить кипение воды, и образующаяся пароводяная смесь поднимается вверх и попадает в пароводяной барабан, откуда отбирается пар. На место поднимающейся вверх пароводяной смеси, которая образуется из воды водяного коллектора 10, в этот коллектор должна возвращаться вода из пароводяного барабана. Это осуществляется посредством опускных труб 7, которые, хотя и находятся в топке, защищены от излучения экраном, функции которого выполняют кипятильные трубки 8.

Таким образом, в топке котла теплота продуктов сгорания передается кипятильным трубкам двумя механизмами: конвекцией и излучением.

Естественная циркуляция воды и пароводяной смеси осуществляется за счет разницы плотностей воды в опускных трубках и пароводяной смеси в подъемных кипятильных трубках.

2.4. Вертикальный водотрубный парогенератор
с естественной циркуляцией

Как правило на дизельных судах устанавливаются и вспомогательные, и утилизационные котлы. Обычно на ходу потребности судна в паре обеспечиваются работой утилизационных котлов (греющим агрегатом в которых являются продукты сгорания, отходящие от главного двигателя), а на стоянке – работой вспомогательных котлов. Количество утилизационных и вспомогательных котлов определяется потребностями судна в паре. Например, на танкерах, где повышенное количество пара необходимо для разогрева груза, мытья танков, работы механизмов с паровым приводом (например, грузовых насосов), устанавливают обычно два вспомогательных котла повышенной паропроизводительности.

Паропроизводительность вспомогательных котлов составляет 1,5÷15 т/ч, а рабочее давление – 0,5÷1,5 МПа.

В качестве вспомогательных наиболее широко на дизельных судах используются вертикальные водотрубные котлы с естественной циркуляцией однопроточного типа. Некоторые из них выполняются с развитыми поверхностями нагрева, т.е. кроме парообразующих имеются и другие поверхности нагрева (пароперегреватели, экономайзеры, воздухоподогрева-тели). Изображенный на рис. 15 котел имеет пароводяной барабан 5 (или коллектор, так как он собирает пароводяную смесь и разделяет ее на воду и пар), верхняя часть которого заполнена паром и называется паровым пространством. Нижняя часть вместе с водяным коллектором 10 и соединяющими их трубами 7, 8, 11 заполнена водой и называется водяным пространством. Поверхность раздела парового и водяного пространств называется зеркалом испарения, уровень которого меряется двумя водомерными стеклами 6.

Трубы 8 обычно располагаются вплотную друг к другу и образуют сплошной боковой экран. Трубы 11 составляют многорядный притопочный парообразующий пучок.

Необогреваемые (защищенные экраном, от действия радиации или излучения) трубы 7 называются опускными. По ним вода из пароводяного коллектора 5 отпускается вниз в коллектор 10 и далее поступает в трубы 8 и 11. Эти трубы обогреваются продуктами сгорания, которые образуются в топке в результате горения топлива, которое подается в топку через топочное устройство. Так как трубы 8 и 11 обогреваются, на внутренних поверхностях стенок образуются пузырьки пара, которые вместе с водой поднимаются вверх, и поэтому эти трубы называются подъемными.

Водотрубный котел: конструкции и принцип работы

Рис. 15. Водотрубный вертикальный ВПК с естественной циркуляцией

При выходе из подъемных труб паровые пузырьки проходят через слой воды и зеркало испарения в коллекторе и попадают в его паровое пространство. Неиспарившаяся часть воды смешивается в коллекторе с непрерывно поступающей питательной водой и опять участвует в естественной циркуляции по описанной схеме.

Пространство, ограниченное передней (не видно) и задней стенками, экранными трубами 8 и трубами первого ряда притопочного пуска 11, называется топкой.

Топочное устройство 9, расположенное на передней стенке, состоит из форсунки, куда поступает топливо, и воздухонаправляющего устройства, через которое в топку идет необходимый для сгорания топлива воздух. В топке сгорает топливо и образуются продукты сгорания, имеющие высокую температуру, которые, двигаясь по газоходам котла, последовательно обогревают все поверхности нагрева.

За притопочным парообразующим пучком располагается пароперегреватель. Насыщенный пар (НП) из пароводяного коллектора поступает во входной коллектор пароперегревателя и, проходя по трубам, перегревается. Из выходного коллектора пароперегревателя пар направляется к потребителям (ПП).

За пароперегревателем располагаются хвостовые поверхности нагрева, к которым относятся экономайзер и воздухоподогреватель. Питательная вода (ПВ) в количестве, равном суммарному количеству отбираемого пара, питательным насосом подается во входной коллектор экономайзера. Из него вода поступает в параллельно включенные трубы 13, где подогревается, но не доводится до кипения. Из выходного коллектора экономайзера вода через питательный клапан 16 направляется в пароводяной коллектор.

Последним по ходу газов является воздухоподогреватель, который состоит из труб 14, закрепленных в нижней и верхней трубных досках 1. Газы проходят внутри. Снаружи трубы омываются воздухом (В), подаваемым вентилятором. Нагретый воздух поступает к топочному устройству.

Все стенки парогенератора представляют собой прочный металлический каркас, к которому крепятся коллекторы, листы обшивки, покрытые теплоизоляционными материалами. Обычно делают двойные стенки, пространство между которыми заполнено воздухом, подаваемым в воздухонаправляющий аппарат и далее в топку.

Передняя и задняя стенки топки и газоходов в районе парообразующего пучка и пароперегревателя с внутренней стороны выкладывается огнеупорным кирпичом. Такая кладка называется футеровкой.

Уровень воды и давление пара в пароводяном коллекторе контролируют с помощью водомерных стекол 6 и манометра 3. Для защиты парогенератора от повышения давления выше допустимого служат предохранительные клапаны 4.

Развитие хвостовых поверхностей нагрева связано с усложнением конструкции, увеличением габаритов, массы и стоимости парогенератора, а также с увеличением аэродинамического сопротивления движению воздуха и газов и расходов энергии на его преодоление. Поэтому паровые котлы, предназначенные для теплоснабжения судна, обогрева жидкого груза и работы паровых насосов, выполняют без хвостовых поверхностей и пароперегревателя; они имеют только парообразующую поверхность. Главное преимущество их заключается в простоте конструкции, компактности и более высокой надежности в работе (повышенный расход топлива, который имеет место при более низких значениях КПД, не имеет существенного значения в тепловом балансе всей энергетической установки).

Наряду с вертикальными на морском флоте достаточно часто встречаются горизонтальные паровые котлы (рис. 16), которые широко использовались в качестве главных на паровых судах с паропоршневыми машинами (в частности, на судах типа “Либерти”).

К пароводяному коллектору 1 трубами 2 присоединяются волнистые передние камеры 3, из которых выходят прямые парообразующие трубы 4, противоположными концами входящие в аналогичные задние камеры 5. Образующийся в трубах пар отводится в коллектор по перепускным трубам 6. Направление циркуляции показано стрелками. Парообразующие трубы располагаются под углом 15–25° к горизонтали.

Водотрубный котел: конструкции и принцип работы

Рис. 16. Водотрубный горизонтальный котел (ВПК) с естественной циркуляцией

Таким образом, ВПК состоит из нескольких секций, каждая из которых имеет переднюю и заднюю камеры, соединяющие их парообразующие трубы и перепускную трубу. Рассматриваемый тип ВПК называют также секционным.

По тепловой нагрузке парообразующей поверхности нагрева и массогабаритным показателям водотрубные горизонтальные ПК уступают вертикальным, так как из-за малого наклона труб циркуляция воды менее интенсивна, а волнистые камеры


Использованные источники

  1. trans-service.org/ru.php?section=info&page=s_s_u&subpage=par_kot_00
  2. borgasoapparat.ru/kotly-promyshlennye/kotly-vod-vodogr/
  3. zetsila.ru/водотрубный-котёл/
  4. info.wikireading.ru/83298
  5. studopedia.org/2-1339.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.