Вогнетрубні парогенератори

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Типи вогнетрубних котлів

Оборотний котел. Оборотні котли бувають з однією, двома, трьома і навіть чотирма топками. Залежно від цього вони називаються однотопковим, двотопковим.

Рисунок 1

вогнетрубний котел електроприварка

Розглянемо пристрій і принцип роботи вогнетрубного оборотного котла. Як видно з рис.1, циліндрична частина корпусу котла складається з трьох частин. Ці частини з'єднані між собою заклепувальними швами. Кожна частина циліндричної форми зігнута із сталевого листа; краї листа з'єднані між собою впритул заклепувальним швом з двома накладками.

Для внутрішнього огляду і ремонту котла вгорі циліндричної частини є лаз, а на передньому днищі розміщено дві горловини для очищення котла від шламу і бруду.

Всередині котла розташовані три жарові труби, що мають хвильові стінки. Передніми прямими кінцями жарові труби з'єднані за допомогою заклепочних швів з відбуртованими фланцями переднього днища.

Передня і задня стінки вогневої камери мають відбуртовані кромки, якими вони з'єднуються з шинельним листом. Верхня частина шинельного листа називається стелею або не6ом вогневої камери. Вище жарових труб розташовано кілька рядів димогарних трубок. Трубки закріплені в своїх гніздах за допомогою розвальцьовування.

Частини переднього днища і передніх стінок вогневих камер, в яких кріпляться кінці димогарних трубок, називаються трубними ґратами.

Передні і задні днища котла стягуються довгими зв'язками з різьбленням на кінцях, на які навертаються гайки. Короткі або розпірні сполучення призначені для з'єднання бокових частин шинельних листів між собою із циліндричною частиною котла, задніх стінок вогневих камер з заднім днищем і для скріплення опорних скоб з стелями вогневих камер. В останньому випадку сполучення називають анкерними болтами.

Якщо котел працює на вугіллі, то в кожній жаровій трубі, що нижче її осьової лінії, розміщується решітка, яка ділить простір усередині топки на дві частини: топковий простір над колосникової ґратки, в якій відбувається згоряння виділяється з шару палива газоподібних продуктів.

Площа колосникових грат дорівнює добутку її довжини на ширину. Площа колосникових грат, а також обсяг топкового простору є найважливішими елементами експлуатаційної характеристики котла, оскільки дають можливість судити про кількість спаленого пального на годину.

При роботі котла вугілля закидається на колосникові грати і на ній згоряє. В результаті згоряння вугілля, отримують димові гази внаслідок тяги, створюваної природним або штучним шляхом, проходять по жаровій трубі і потрапляють в вогневу камеру, а звідти змінивши свій напрямок на протилежний, проходять через димогарні труби і виходять через димову коробку в трубу.

Обсяг топок, вогневих камер і димогарних трубок, заповнений під час роботи котла рухомими гарячими димовими газами, називається газовим простором котла.

Поверхня котла, що омивається з одного боку гарячими газами, а з іншого - водою, називається поверхнею нагріву котла, тобто поверхнею, через яку передається воді тепло гарячих газів.

Розміри поверхні нагрівання підраховуються з боку, що омивається газами.

Котел заповнюється водою завжди вище найвищої точки поверхні нагріву. Висота рівня заповнення котла водою встановлюється правилами, згідно з якими, висота найнижчого рівня води в котлі над найвищою точкою поверхні нагріву допускається: при внутрішньому діаметрі котла 2,5 м і більше - не менше 175 мм, при внутрішньому діаметрі менше 2,5 м, але не менше 1,5 м - не менше 150 мм.

Для парових котлів діаметром 1,5 м і менше висота найнижчого рівня води не може бути менше 100 мм над найвищою точкою поверхні нагріву.

Поверхня рівня води в котлі, що називається дзеркалом випаровування, ділить простір котла на водне та парове.

Поверхня дзеркала випаровування і паровий обсяг також є важливими елементами характеристики котла, так як визначають ступінь вологості пару. Водяний об'єм визначає акумулюючі властивості котла, тобто здатність зберігати тиск пари і безпечний рівень води, що коливається при навантаженні. Паровий обсяг впливає на ступінь сухості пару. Для підвищення сухості пару застосовуються сухопарник.

2. Характеристика вогнетрубних котлів

Вогнетрубні котли володіють наступними особливостями:

1. Мають порівняно велику вагу металу, що припадає на 1 м2 поверхні нагрівання й становить: для односторонніх оборотних котлів 185 - 230 кг/м2, для двосторонніх 155 - 165 кг/м2 і для прогонових 90 - 125 кг/м2. Більша вага односторонніх оборотних котлів пояснюється великим діаметром у порівнянні з прогоновими котлами, і більшою товщиною листа бочки котла, так як товщина бочки котла прямопропорційна його діаметру і тиску, і оберненопропорційна міцності металу котла.

2. Параметри вироблюваного котлом пару низькі. Котли не будують для тиску, що перевищує 16 - 18 атм. Пояснюється це тим, що діаметр бочки трьохтопкового котла в залежності від поверхні нагріву береться 3500 - 4500 мм, тому при тиску 18 атм. товщина стінки бочки доходить до 45 мм. Бочка такої товщини складна у виготовленні і дуже важка. Температура перегріву пари в вогнетрубному котлі не перевищує 320 °С.

3. Низькі значення питомої паропродуктивності, під якою розуміють кількість пари в кг, що знімається з 1 м2 поверхні нагрівання на годину. Низькі значення питомої паропродуктивності і максимальної поверхні нагрівання обмежують область застосування цих котлів силовими установками невеликої потужності, так як для установки великої потужності треба застосовувати велику кількість котлів.

4. Підйом пара в вогнетрубних котлах повинен проводитися повільно і не менше 10 - 12 годин, а охолодження - протягом 16 - 20 годин. Пояснюється це поганою циркуляцією води в котлі і великою кількістю води, що припадає на 1 м2 поверхні нагрівання. Так, для оборотних односторонніх котлів ця величина складає 100 - 125 кг і для двосторонніх котлів 70 - 80 кг на 1 м2 поверхні нагрівання.

Паропродуктивність вогнетрубних котлів залежить від конструкції котла та виду палива.

5. Велика жорсткість з'єднання окремих частин котла, що робить їх особливо чутливими до різких змін температури, викликаючи протікання в з'єднаннях трубок з трубними решітками.

6. Великий водяний об'єм котлів робить їх небезпечними в разі вибуху. Під вибухом слід розуміти такий випадок порушення цілості стінки парового котла (розрив жарової труби, вогневої камери або корпусу), при якому відбувається миттєве вирівнювання тиску всередині котла із зовнішнім атмосферним тиском. При вибуху тиск всередині котла знижується до атмосферного, а в воді теплота йде на миттєве перетворення частини котельної води в пару. Утворення великої кількості пари тягне за собою миттєве руйнування котла, що може призвести до смерті.

Силу вибуху можна уявити собі з розгляду наступного прикладу: при вибуху котла внаслідок падіння тиску до атмосферного кожним кілограмом води вивільняється кількість тепла, рівна:

Q = i - 100 ккал/кг,

де i - тепловміст води, що кипить при тиску в ккал/кг

100 ккал/кг - те ж при атмосферному тиску.

Тепло Q при тиску 13 - 15 атм. складе близько 100 ккал/кг. Для випаровування 1 кг води, нагрітої до 100 °С, при атмосферному тиску необхідно затратити 540 ккал/кг. Таким чином, тепло, що вивільняється з приблизно 5,5 кг води, достатньо для утворення 1 кг пара, обсяг якого буде майже в 1700 разів більший обсягу 1 кг води.

7. Особливості конструкції створюють труднощі внутрішнього огляду і очищення від накипу окремих елементів поверхні нагріву котлів, як наприклад, шинельного листів і задніх стінок вогневих камер. У результаті: погано очищені ці частини перегріваються, дають тріщину.

До числа позитивних сторін вогнетрубних оборотніх котлів необхідно віднести:

а) низьку вологість, що виробляє пара завдяки великому паровому простору і помірного дзеркала випаровування, тобто кількості пара в кг на годину, що припадає на 1 м2 дзеркала випаровування;

б) високу акумулюючу здатність, що пояснюється великим водяним об'ємом котла;

в) малу чутливість до якості живильної води через малу теплову напруженість поверхні нагрівання;

г) простоту обслуговування

Найбільшого поширення набули в якості головних судових котлів двотопкові і трьотопкові оборотні котли з поверхнею нагріву від 45 до 180 м2 для перших і від 130 до 240 м2 для другого.

Чотирьотопкові котли, що мають поверхню нагріву вище 250 м2, зустрічаються рідко, що пояснюється трудністю обслуговування високо-розташованих крайніх топок.

При необхідності мати в одному циліндричному котлі з ходом назад, полум'я поверхню нагріву 400 - 600 м2, що не може бути досягнуто навіть у чотирьотопкових котлах, застосовують двосторонні котли, пристрій яких зображено на рис. 2.

Рисунок 2

Двосторонні котли за своєю конструкцією представляють здвоєні односторонні котли без задніх днищ, що зменшує їх вагу. Іноді зменшенню ваги передує також наявність загальної вогневої камери для двох поруч розміщених або двох протилежних жарових труб.

Прогоновий котел. Відмінність прогонового котла від оборотного заключається в тому, що в прогоновому котлі напрямок руху продуктів горіння в газовому просторі не змінюється. Ця обставина змащується і на габаритних розмірах котла, які відрізняються великою довжиною при порівняно невеликому діаметрі циліндричної частини.

Окремі деталі прогонового і оборотного котлів конструктивно відмінні, що визначається відмінністю габаритних розмірів. Так, передні днища прогонових котлів (завдяки незначному діаметру) роблять опуклими, що збільшує їх міцність; для підкріплення днищ застосовуються листові сполучення, що характеризується більшою довжиною корпусу, що доходить до 6 м і більше.

Пролітні котли будуються з поверхнею нагріву до 200 м2 і знаходять застосування в стаціонарних установках, а також на річкових суднах. На транспортних судах морського флоту, де пред'являються жорсткі вимоги до габаритів приміщення по довжині і ширині, ніж по висоті, прогонові котли застосування не отримали.

Опис частин вогнетрубних котлів:

а) корпус вогнетрубного колтла;

Корпус котла складається з циліндричної бочки, переднього і заднього днищ (рис. 1).

Бочка корпусу в залежності від довжини котла і ширини листів виконується з однієї або декількох частин. При цьому, якщо бочка складається з трьох частин, крайні робляться однакового діаметру, більшого, ніж діаметр середньої частини.

Кожна частина виготовляється з одного або двох аркушів залежно від довжини листів і діаметра котла.

З'єднання кінців листів однієї і тієї ж частини, а також між собою і з днищами здійснюється заклепочними або звареними швами.

Зварні поздовжні та поперечні шви виконуються встик з V- або Х- подібним обробленням країв.

Поздовжні заклепочні шви зазвичай виконуються встик з двома накладками. Розташовуються шви або тільки в паровому, або у водяному просторі котла. За наявності декількох барабанів поздовжні шви обов'язково зміщують один щодо одного.

Днища виготовляються плоскими. Виключення складуть передні днища прогонових котлів, що виконуються іноді опуклими. Днища з'єднуються з бочком по одному із способів, зазначених на рис. 3, де 1 - днище котла, а 2 - бочка котла.

Рисунок 3

б) лази і горловини;

Лази і горловини служать для очищення котла від накипу і бруду, а також для доступу в котел при внутрішньому огляді і ремонті. Лази робляться овальної форми. Призначення лазів визначають їх мінімальні розміри в 280Х380 мм, що забезпечують проникненню всередину котла людини. Горловини мають відповідно менші розміри.

Лази розміщуються зазвичай на бочці котла, причому їх мала вісь повинна бути паралельна поздовжній осі котла, чим досягається мінімальне ослаблення бочка в поздовжньому напрямку. Горловини розміщуються в нижній частині днища.

Для зміцнення ослабленої вирізом стінки бочка, місце вирізу підкріплюється кільцем для жорсткості мають отфланцовку (рис. 4).

Кільця жорсткості кріпляться з внутрішньої поверхні бочка, завдяки чому при нещільності прокладки роз'їданню паром піддається тільки поверхня прилягання кільця, зміна якого не є складною. В іншому випадку буде мати місце роз'їдання листа бочка, усунення якого більш складно. Незалежно від конструкції кришок лазів і горловин (штамповані, склепані з двох листів і т. д.) вони ставляться зсередини котла. Відчуваючи тиск пари, вони щільно притискаються безпосередньо до кільця або до крайки отфланцовки. При цьому ширина площини прилягання повинна бути не менше 15 мм.

Кришки лазів і горловин мають великі розміри, ніж отвори, які вони перекривають. Кришки овальної форми заводяться всередину котла через свої отвори.

Вибір товщини прокладки повинен бути зроблений після огляду стану прилеглих поверхонь кришки і кільця, погане складання яких змушує збільшувати товщину прокладки. Однак при цьому потрібно пам'ятати, що найбільш тонкі прокладки є тимчасовими і найбільш міцними.

Щільність прилягання кришок горловин і лазів досягається рівномірним затягуванням гайок, навертаються на шпильки, загвинчені одним кінцем у кришку лазу.

Інші кінці цих шпильок проходять (після постановки кришки на місце) через отвори в скобах, що сприймають зусилля затягування і передавальних його на корпус котла. Рівномірна затяжка гайок є обов'язковою умовою щоб уникнути перекосу кришки горловини або лазу, що викликає пропарювання на початку дії котла.

Рисунок 4

в) жарові труби;

Число жарових труб котла в залежності від поверхні нагрівання й діаметра бочки змінюється від 1 до 4 в односторонньому котлі і від 4 до 8 в двосторонньому. Топки застосовуються як гладкі, так і хвилясті.

Жарові труби відчувають напругу, (що виникає під час будівлі котла, а також від тиску пари і води і, від власної ваги, що викликає вигин. Однак найбільшими є теплові напруги внаслідок відмінності температур топки і бочки, що викликають стиснення першого і розтягнення останньої, хвилясті труби більш стійкі проти зовнішнього тиску і більш еластичні в поздовжньому напрямку, ніж гладкі. Завдяки цьому зменшується небезпека порушення швів, що з'єднують топку з переднім днищем та вогневою камерою. При однакових діаметрах хвилясті труби (приймається середній діаметр) мають поверхність нагріву на 8 - 14 % більше, ніж гладкі труби.

Рисунок 5

Гладкі жарові труби при довжині більше 1000 мм виготовляються з декількох ланок, з'єднання яких раніше виробляли за допомогою кілець жорсткості (рис. 5). В даний час цей, спосіб з'єднання замінений більш досконалим: суміжні ланки з'єднуються привареними до їх кромок кільцями. Такі кільця вирізаються з хвилястої труби.

Хвилясті жарові труби, незалежно від довжини, яка досягає 2,5 м, виконуються з однієї ланки.

Великого поширення набули так звані хвилясті топки, що мають однакові виступи і поглиблення, віддалені один від одного на відстані близько 200 мм (рис. 6).

Інтерес представляє топка з сальниковим кріпленням системи проф. М.І.Волского. Жарова труба, подовжуючись при нагріванні більш ніж бочка котла, може вільно виходити через сальник, укріплений на передньому днищі котла. Це звільняє бочку котла і топки від температурних напружень, що виникають в результаті відмінності температур бочки і топки.

Рисунок 6 Рисунок 7

Різні способи кріплення жарових труб з переднім днищем показані на рис. 7.

Рисунок 8 Рисунок 9 Рисунок 10

Зовнішній діаметр прямої циліндричної частини топки зазвичай більший максимального діаметра хвилі. Це забезпечує виїмку труб через горловину без розклепування шва, що з'єднує днище з бочкою.

Приєднання топки до передньої стінки вогневої камери показано на рис. 8 і 9.

На рис. 10 показано приєднання хвилястої топки, що має яйцевидний фланець, до передньої стінки вогневої камери.

Рисунок 11

Якщо жарова труба з'єднується з передньою стінкою вогневої камери за допомогою клепки, то в такому випадку топкові шви мають подвійну товщину листа, що сприяє місцевому перегріву металу і різкому охолодженню його при відкриванні топкових дверцят, внаслідок чого тут часто з'являються тріщини. Для усунення цього явища шов захищається, як це вказаному пункті (рис. 9 і 10), чавунним кільцем А напівкруглого перетину, поставленим на шамотної прив'язці.

Вільним від цих недоліків є спосіб кріплення жарових труб за допомогою зварювання (рис. 11), що отримав в даний час широке поширення.

г) вогневі камери;

Кількість вогневих камер найчастіше відповідає кількості жарових труб. Іноді чотирьох топкові котли мають загальну вогневу камеру для середніх топок. Двосторонні котли мають загальну камеру для всіх топок або тільки для протилежних і т. д. Однак будівля котлів, що мають спільні вогневі камери, є небажаною, так як чищення колосникових грат або закидання вугілля в одній топці погіршує горіння в інших, що мають з нею загальну камеру, що викликають падіння тиску пари.

Вогнева камера є додатковим топковим обсягом, і в ній відбувається доспалювання газів, що надходять сюди з жарової труби. Довжина вогневої камери робиться не менше 600 - 700 мм, для необхідності мати достатньо місця для виконання робіт всередині камери. До таких робіт відносяться розвальцьовування димогарних трубок, карбування швів і т. д.

Передня стінка вогневої камери, так само як і задня, виготовляється з одного аркуша.

Задня стінка має ухил у бік камери для полегшення відділення від неї бульбашок пари і поліпшення циркуляції (рис. 1).

д) котельні сполучення;

Для зміцнення плоских стінок котла застосовуються різні сполучення. Плоскі днища підкріплюються довгими сполученнями, котрі представляють собою стрижні круглого перетину, що мають на потовщених кінцях нарізку 9 ниток на 25,4 мм.

Рисунок 12

Довгі сполучення бувають з різними і однаковими діаметрами нарізаних кінців. Кінці зв'язків ввертають в нарізані отвори в днищах (рис. 12).

Нарізки отворів у днищах при різному їх діаметрі мають також однаковий крок і служать продовженням одна одної. Нарізаються ці отвори одночасно спеціальними довгими мітчиками. Сполучення закріплюються гайками з шайбами, поставленими з внутрішньої і зовнішньої сторони кожного кінця.

Діаметр довгих сполучень коливається від 38 до 80 мм. Короткі сполученя з'єднують задні плоскі стінки вогневих камер з заднім днищем, шинельні листи - з бочком котла, а також плоскі стінки вогневих камер між собою.

Рисунок 13 Рисунок 14

Короткі сполучення угвинчуються в листи, і головки їх розклепуються (рис. 13), або на кінцях сполучень нагвинчуються гайки з шайбами. Форма шайби визначається за поверхнею прилягання. Так, наприклад, для з'єднання стінки вогневої камери з заднім днищем котла шайби мають форму плоску і клинову (рис. 14).

Останнім часом набула значного поширення електроприварка коротких сполучень.

Про безсумнівні переваги цього способу з'єднання свідчать досвід тривалої експлуатації ряду котлів, у яких все короткі зв'язку приварені. Приварка зв'язків допускається тільки з дозволом міністерства.

Підкріплення неба вогневих камер здійснюється за допомогою:

Рисунок 15

а) анкерних скоб (рис. 15), б) підвісних скоб (рис. 16).

Підвісні скоби з'єднуються з бочкою котла однією або двома тягами на шарнірах, які і сприймають напруги від вигину, випробовується стелею камери. Це кріплення складне, захаращує внутрішній простір котла, ускладнює огляд і чистку, а тому застосовується тільки у разі неможливості досить міцно підкріпити стелю одними анкерними скобами.

е) димогарні труби.

Димогарні труби є основною частиною поверхні нагрівання котла, так як сприймають тепло димових газів і передають його воді. Залежно від призначення трубки діляться на прості і зв'язкові. Зв'язкові трубки одночасно служать також для підкріплення плоских трубних решіток.

Для виготовлення димогарних трубок як простих, так і зв'язкових застосовуються зварні або суцільнонатягнуті труби з м'якої сталі. Димогарні труби, залежно від умов їх роботи, застосовуються різного зовнішнього діаметра, а саме:

а) при штучній тязі - від 51 до 63 мм;

б) те ж, за наявності пароперегрівача в трубках - від 70 до 76 мм;

в) при природній тязі і наявності перегрівача - від 83 до 89 мм.

Рисунок 16

Залежно від тиску пари товщина стінок труб змінюється:

простих - від 2,5 до 4,5 мм,

зв'язкових - від 5,0 до 9,5 мм.

Прості димогарні трубки в отворах трубних решіток кріпляться за допомогою розвальцьовування. З метою зручного заведення і виймання труб, особливо за наявності на них накипу, отвори в передній трубній решітці роблять на 2 - 3 мм більше зовнішнього діаметра труби. Для розвальцьовування кінця трубки в передній решітці, що має більший діаметр отвори, кінець трубки лунає при нагріванні до світло-червоного кольору. Після роздачі кінців труби повинні обов'язково піддаватися відпалу і повільному охолодженню в нагрітому піску.

Крім розвальцьовування димогарних трубок застосовується приварка кінців трубок до трубних граток, що дає дуже хороші результати, так як приварені трубки більш надійні в роботі.

Рисунок 17

Зв'язкові трубки кріпляться в трубних гратах на різьбі. Кінці труб осаджують, щоб виключити ослаблення трубки нарізкою. При цьому, так само як і у простих трубках, передній кінець робиться більшого діаметра.

Димогарні трубки встановлюються з невеликим підйомом у бік передньої решітки (зазвичай 20 мм на 1 м довжини) з метою полегшення виходу продуктів згоряння.

Взаємне розташування трубок можна виконати по одному із способів, зазначених на рис. 17.

Найбільш раціональним з експлуатаційної точки зору є ланцюгове розташування, зручне для очищення від накипу й створює умови для підйому бульбашок пара.

Загальна поверхня нагріву димогарних трубок становить близько 75 - 85 % повної поверхні нагрівання котла. У той же час їх питоме навантаження складає всього 7 - 12 кг/м2 пари на годину, тому цілком природно прагнення поліпшити тепловіддачу від газів до стінки трубок.

Список використаних джерел

1. Юдаев Б.Н. Техническая термодинаміка и теплопередача. - М.: Высшая школа, 1988.

2. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача: Учеб. Пособие для неэргетических специальностей вузов. - М.: Высшая школа, 1980.

3. Архаров А.И., Исаев С.Н., Кожинов И.А. и др. Теплотехника: Учебник для студентов вузов / Под общ. Ред. В.И. Крутова. - М.: Машиностроение, 1986.

Размещено на Allbest.ru