Глава III КОНСТРУКЦИИ КОТЛОВ
§ 5-6. Вертикальные паровые котлы
На железных дорогах широко применяется котел Шухова (рис.5-8), являющийся одним из типов вертикальных котлов малой паропроизводительности, используемых для паровых подъемных кранов, паровых копров, отопления, технологических и бытовых нужд.
В цилиндрическом барабане с вертикальной осью размещена цилиндрическая огневая камера, занимающая по высоте до 2/3 наружного барабана. В огневой камере ввальцованы от 2 до 12 пучков кипятильных труб наружным диаметром 51—75 мм. Для лучшего тепло- использования пучки труб имеют перекрестное направление. Для предупреждения застоя пузырьков пара и улучшения циркуляции воды кипятильные трубы ставятся с небольшим наклоном по отношению к горизонту (5—7°). Огневая камера вверху непосредственно переходит в дымовую трубу. Для котлов Шухова делается исключение из правил котлонадзора, запрещающих обогрев продуктами сгорания парового пространства. Однако наинизший уровень воды должен быть над верхней кромкой огневой камеры не менее чем на 100 мм.
Для осмотра, очистки от накипи и развальцовки кипятильных труб в наружном барабане имеются лазы с люками. Котлы не имеют обмуровки. Наружная поверхность котла покрыта слоем изоляции и металлической обшивкой. Поэтому котлы Шухова удобно использовать во временных установках, например на строительных участках.
Поверхность нагрева котлов Шухова доходит до 35 м2, удельная паропроизводительность — до 25 кг/м2-ч, высота равна 1700—4700 мм в зависимости от паропроизводительности. Рабочее давление до 15х105 Н/м2.
§ 5-7. Паровозные котлы в стационарной установке
В связи с переходом железнодорожного транспорта на электрическую и тепловозную тягу освободилось большое количество паровозов, паровые котлы которых пригодны для дальнейшего использования.
Часть этих котлов теперь используется в стационарных котельных установках.
При работе паровоза отработавший пар, выпускаемый из цилиндров в дымовую коробку и трубу, создает очень сильную тягу, обеспечивающую высокую форсировку горения и интенсивное парообразование. Для реализации высокого разрежения, которое создает отработавший пар в паровозе, в стационарном применении паровозного котла потребовалась бы слишком большая затрата энергии на тягодутьевые устройства. Конструкция паровозных котлов, имеющих внутреннюю топку, допускает применение только высококачественного топлива.
Рис. 5-9. Паровозный котел с выносной топкой
Поэтому достаточная форсировка горения и необходимая паропроизводительность паровозного котла в стационарных условиях могут быть получены только при увеличении объема топки, т. е. выносом ее за пределы котла, а при сжигании кускового топлива и увеличением площади колосниковой решетки.
Паровозный котел в стационарной установке с выносной топкой для подмосковного угля (рис. 5-9) состоит из внутренней топки 1 с плоскими стенками, цилиндрической части 2, в которой между двумя трубными стенками размещены дымогарные трубы 3, и дымовой коробки 4. Продукты сгорания из дымовой коробки поступают вертикальным дымоходом 5 в горизонтальный вытяжной канал 6 и далее к дымовой трубе. Наиболее интенсивное парообразование происходит через стенки, ограничивающие топочную камеру 1. Пар из котла для уменьшения уноса воды с паром отводится из верхней части сухопарника, удаленного от топочной камеры.
Выносная топка имеет увеличенную колосниковую решетку, под которой расположен шлаковый бункер. Для удаления большого количества накапливающихся шлака и золы при сгорании подмосковного бурого угля периодически используется ручной привод.
При устройстве выносной топки под паровозным котлом увеличение площади колосниковой решетки и объема топки приводит к необходимости сооружения сводов, уменьшающих прямую отдачу тепла радиацией. Поэтому возникает значительный термический износ сводов, что лучше всего устраняется установкой в топке экранов, соединенных с котлом. Следует учитывать, что экраны к тому же значительно увеличивают паропроизводительность котла.
Благодаря подъему котла на значительную высоту в связи с устройством выносной топки облегчается возможность установки в вертикальном дымоходе 5 хвостовых поверхностей нагрева.
При использовании паровозных котлов в стационарных условиях необходимо механизировать подачу и сжигание топлива, а также удаление шлака и золы.
§ 5-8. Водотрубные паровые котлы
Конструкции водотрубных паровых котлов, в которых поверхность нагрева состоит из кипятильных труб, весьма разнообразны. Характеристикой этих котлов являются паропроизводительность, число пучков кипятильных труб и т. п.
Водотрубные котлы типа ДКВ (двухбарабанный котел водотрубный) (рис. 5-10) и др. предназначены для производственно-отопительных котельных и строятся на паропроизводительность до 10 кг/с. Котлы ДКВ называют «транспортабельными», так как габариты допускают перевозку их в собранном виде на железнодорожных платформах.
Котел состоит из экранированной топки 1 для слоевого сжигания топлива, длинного барабана 2, более короткого нижнего барабана 4 и соединяющего барабаны пучка кипятильных труб 3 диаметром 51/46 мм (наружный и внутренний).
Рис. 5-10. Водотрубный котел типа ДКВ
На горизонтальном разрезе В—В стрелками показано, как продукты сгорания из топочной камеры выходят через окно в кладке, расположенное над слоем топлива, в камеру догорания 5. Далее газы направляются двумя вертикальными перегородками так, что они обтекают кипятильные трубы пучка 3 поперечным потоком, чем улучшают теплопередачу в сравнении с продольным обтеканием.
Топка экранирована с двух боковых сторон. Трубы экрана завальцованы вверху в барабане 2, а нижними концами приварены к коллекторам. Для создания циркуляции нижние коллекторы присоединены к нижнему барабану. Пароперегревателя в данной конструкции нет. Котел смонтирован на рамном каркасе, вместе с которым и перевозится к месту установки.
Достоинства котлов ДКВ: хорошая циркуляция воды; большая компактность по отношению к другим типам водотрубных котлов.
К числу недостатков относятся: меньшая приспособленность к сжиганию низкосортных топлив при механизированной подаче топлива; поперечное обтекание пучка кипятильных труб влечет за собой забивание пучка летучей золой; боковой выход газов из котла затрудняет его компоновку с хвостовыми поверхностями нагрева.
На общей схеме котельной установки (см. рис. 5-1) был изображен однобарабанный вертикально-водотрубный котел с частично экранированной топкой и пароперегревателем.
§ 5-9. Водогрейные котлы для пассажирских вагонов
В связи с широким распространением теплофикации и массовым строительством крупных домов в нашей стране большое применение наряду с паровыми получили и водогрейные котлы различной тепловой мощности. Для отопления пассажирских вагонов дальнего следования применяются только водогрейные котлы.
Конструкции водогрейных котлов могут быть сходными с паровыми, но в водогрейном котле нет необходимости в пароперегревателе и за счет отсутствия парового пространства продукты сгорания могут омывать всю поверхность цилиндрического корпуса. Отвод горячей воды обычно происходит сверху котла ближе к топке. Подвод холодной воды снизу нежелателен, поскольку тогда температура нижней части стенок может быть настолько низкой, что это вызывает конденсацию водяных паров, имеющихся в составе продуктов сгорания, а это связано с усиленной коррозией стенок. По этой причине в водогрейных котлах холодная вода также подается сверху, и тогда внутри котла возникает интенсивное перемешивание холодной и нагретой воды, способствующее увеличению конвективного теплообмена и температуры стенок. В сравнении с паровыми котлами водогрейные котлы безопасны в отношении взрыва, если только температура воды в них не превышает 100° С.
Для горячего водоснабжения применяют и паровые котлы, пар из которых используется для приготовления горячей воды в поверхностных теплообменниках. Причиной такого усложнения чаще всего является отсутствие возможности возврата в котел воды от потребителей, а питание водогрейных котлов водой из водопроводной сети с температурой в зимний период всего только на несколько градусов выше нуля С° приводит к появлению коррозии стенок.
Схема водогрейного котла ВВ-1, применяемого для отопления пассажирских вагонов, приведена на рис. 5-11, где 1 — цилиндрическая топка; 2 — кипятильные трубы, из которых две показаны в плоскости чертежа и одна перпендикулярно к этой плоскости; 3 —колосниковая решетка для кускового топлива; 4— зольник; 5 — топочное отверстие.
Рис. 5-11. Схема водогрейного котла ВВ-1
За счет разности плотностей горячая вода при нормальном режиме отопления из верхней
части котла отводится по нагревательным трубам, расположенным вдоль вагона сверху, охлажденная вода возвращается в котел по трубам, находящимся над полом кузова вагона. Для более быстрого прогрева вагона имеется ручной циркуляционный насос, с помощью которого можно ускорить движение воды в отопительной системе. К. п. д. вагонного водогрейного котла в зависимости от вида топлива и режима нагрузки колеблется в пределах 0,40—0,65. Расход топлива в основном зависит от температуры наружного воздуха. Масса котла без воды 416 кг, объем воды 280 л.
Жидкое топливо или газ в настоящее время не применяются для отопления вагонов по соображениям пожарной безопасности.
§ 5-10. Теплоиспользующие установки на железнодорожном транспорте
На железнодорожном транспорте многие технологические процессы используют тепло водяного пара или горячей воды. К их числу относятся:
пропарка насыщенным водяным паром (давлением до 8-105 Н/м2 по манометру) железобетонных шпал, железобетонных опор контактной сети электрифицированных железных дорог и линий электропередачи, свай, балок, блоков тоннельной отделки и т. п. Большое количество пара расходуется в производстве силикатного кирпича, для пропарки цистерн и при пропитке деревянных шпал;
промывка и дезинфекция горячей водой вагонов и цистерн;
наружная обмывка вагонов горячей водой;
подогрев нефтепродуктов в цистернах и резервуарах;
выварка деталей подвижного состава перед осмотром и ремонтом; регенерация смазочных масел и др.
Кроме того, большое количество пара или горячей воды расходуется на бытовые нужды: отопление и вентиляция служебных и жилых помещений; горячее водоснабжение; прачечные, бани и душевые.
Железобетонные изделия (шпалы, опоры контактной сети и т. д.) подвергаются тепловой обработке насыщенным паром в специальных камерах, силикатный кирпич — в автоклавах.
Перед наливом цистерны для нефтепродуктов и других жидких грузов должны промываться и пропариваться на промывочно-пропарочных станциях (ППС) или пунктах, причем перед наливом пищевых масел или светлых нефтепродуктов это должно выполняться особенно тщательно.
Пропарка цистерн необходима для разжижения и удаления густых нефтепродуктов с внутренних стенок и ведется до тех пор, пока из спускного люка не потечет чистый конденсат. После пропарки цистерны промывают горячей водой изнутри и снаружи.
Подогрев густых нефтепродуктов в резервуарах осуществляется паром, пропускаемым через расположенные снизу змеевики.
В связи с тем что горячая вода, используемая как теплоноситель, в технологических процессах на железнодорожном транспорте обычно загрязняется, то ее возвращение в водогрейный котел не практикуется.
Поэтому котельные установки на железных дорогах чаще оборудуются паровыми, а не водогрейными котлами. В таких случаях, как уже указывалось в § 5-9, вода для горячего водоснабжения нагревается в пароводяных теплообменниках с возвращением конденсата пара обратно в паровой котел.