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 П. К. Является вода. П. К. Называют также редко применяемые парогенераторы (электрокотлы), обогреваемые электрической энергией. Упоминания о П. К. 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 П. К. Началось на рубеже 17 и 18 вв. В связи с бурным развитием горнозаводской и угледобывающей промышленности. Ранние конструкции П. К. 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» П. К. Считают котёл Д. Папена, предложенный им в 1680. Конструкции современных П. К. Сложились в процессе изменения конструктивных форм выпускавшегося до 2-й половины 19 в. Простейшего цилиндрического П. К. Паропроизводительностью 0,4 mlч. Поверхность нагрева этого П. К. Не превышала 25 м2, давление пара 1 Мн/м2 (10 кгс/см2), а кпд 30%. Развитие П. К. Шло по двум направлениям. Увеличения числа потоков газов (газотрубные П. К.) и увеличения числа потоков воды и пара (водотрубные П. К.). Первые газотрубные П. К. 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 П. К. 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 П. К., то есть к повышению кпд. Газотрубные П. К. 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 П. К. Сохранились только на транспортных установках (паровозы, пароходы), а из стационарных установок они полностью вытеснены водотрубными котлами.

Создание водотрубных П. К. 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 П. К. 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 П. К. С естественной циркуляцией, у которых кипятильные трубы были расположены с наклоном в 10—12° к горизонту.

Камерный П. К. 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 П. К., 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 П. К. 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 П. К. Являлся трёхбарабанный котёл Ленинградского металлического завода (ЛМЗ), выпускавшийся в 30-х гг.

20 в. Поверхность нагрева этих П. К. Была от 650 до 2500 м2, паропроизводительность от 50 до 180 т/ч. П. К. Был оборудован камерной топкой (См. Камерная топка) для сжигания угольной пыли., Пылеугольные топки (См. Пылеугольная топка), внедрявшиеся в те же годы, очень быстро получили чрезвычайно широкое распространение и, с одной стороны, сильно повлияли на развитие конструкций П. К., 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 П. К. 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 П. К. См. В ст. Котлоагрегат. В СССР все П. К., 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. Рис. 1. Паровой котёл И. И. Ползунова (1765). Рис. 2.

Конструкции паровых котлов. А — цилиндрический. Б — батарейный. В — жаротрубный. Г — жаротрубно-дымогарный (локомобильный). Д — камерный горизонтально-водотрубный. Е — камерный горизонтально-водотрубный конструкции В. Г. Шухова. Ж — двухсекционный горизонтально-водотрубный («морской»). З — вертикально-водотрубный с гнутыми трубами. U — вертикально-водотрубный с П-образной компоновкой. К — вертикально-водотрубный с Т-образной компоновкой. Л — прямоточный конструкции Л. К. Рамзина. М — прямоточный котёл ТПП-210А (СССР). 1 — барабан. 2 — колосниковая решётка. 3 — жаровая труба. 4 — дымогарная труба. 5 — сборная камера. 6 — пароперегреватель. 7 — водяной экономайзер. 8 — воздухоподогреватель. 9 — газоход..