(+7 812) 448-50-78
paz3.png

История паровых котлов

История паровых котлов

Паровой котел представляет собой устройство с топкой, которое обогревается газообразными продуктами от сжигаемого в топке топлива органического происхождения. Впоследствии получается пар, давление которого выше атмосферного, что, собственно, и необходимо для использования самого парового котла. В большинстве паровых котлов используется самый распространенный тип топлива — вода.

Первые упоминания о паровых котлах появились еще в 1601 году в работах итальянского ученого Дж. Дела Порта. Затем англичанина Э.С. Вустера в 1615 году, а также француза С. Де Ко уже в 1663 году. Устройство было представлено как парогенератор, который чем-то отдаленным напоминал современную топку. Но лишь на рубежах XVII и XVIII в. в. паровой котел нашел себе промышленное применение. Связанно это было с бурно процветающими в то время угледобывающей и горнозаводской отраслями промышленности. Первые промышленные паровые котлы больше напоминали форму шара или же котла для варки еды. Изначально материалом для их изготовления служила медь, и только потом стали использовать чугун. Самый первый паровой котел, который по праву можно было назвать «настоящим» паровым котлом, был сделан Д. Папеном в 1680 году и представлен широкой публике.

Конструкция современного парового котла сформировалась в процессе изменения его строения примерно до второй половины XIX века. Его форма была простейшей цилиндрической, производительность пара равнялась 0,4 т/ч, поверхность нагрева составляла 25 кв. м., а давление пара было 1 Мн/кв. м. (10 кгс/кв. см.), при этом КПД составлял все лишь 30%.

Прогресс паровых котлов шел двумя основными направлениями:

  • газотрубные котлы (увеличение количества потоков газа);
  • водотрубные котлы (увеличение количества пара, а также воды).

Самые первые газотрубные паровые котлы были выполнены в виде цилиндрических сосудов, внутри которых вставлялась одна, две или три трубы довольно большого диаметра, так называемые жаровые трубы. Чуть позже жаровые трубы были заменены на трубы значительно меньшего диаметра — дымогарные трубы, по которым, собственно, и проходил газ.

Увеличение поверхности нагрева в газотрубных паровых котлах происходило и в первых котлах малой цилиндрической формы, зачастую даже очень малой. Таким образом, появились первые паровые котлы с увеличенной производительностью пара при несущественном росте суммарной массы. Также причиной тому послужило и улучшение передачи тепла непосредственно от дымовых газов к самой нагревательной поверхности. Это привело к значительному снижению температуры газа на выходе из котла, а значит, КПД значительно вырос.

Существенное отличие газотрубных паровых котлов от цилиндрических — это относительно малые габариты с весьма высоким КПД в 60%. Но при таком существенном ограничении в габаритах производительность не превышала всего и нескольких т/ч, а некоторые нюансы в конструкции ограничивали давление пара до 1,5-1,8 Мн/кв. м. Именно по этим причинам газотрубные паровые котлы по сей день используются только на некоторых транспортных установках, таких, как паровозы и пароходы. Что же касается стационарных газотрубных котлов, то они были вытеснены окончательно и бесповоротно водотрубными котлами.

Прогресс водотрубных паровых котлов шел за счет роста числа цилиндров, которые, собственно, и составляли сам котел. Изначально это было 3-9 цилиндров довольно больших размеров, которые назывались в целом батарейным котлом. Чуть позже количество цилиндров возросло до десяти, а впоследствии — и до сотни. Это, конечно же, уже были цилиндры малых диаметров, которые стали называться кипятильными, а в дальнейшем они уже стали именоваться экранными трубами.

Существенное увеличение нагревательной поверхности водотрубных паровых котлов шло наряду и с ростом габаритов самого парового котла, как правило, в высоту. Это позволило многократно повысить паропроизводительность и сократить удельный расход металла. За счет этого повысился и КПД.

Во второй половине XIX века производились камерные и секционные паровые котлы с естественной циркуляцией. Кипятильные трубы таких котлов располагались под углом 10-12 градусов к горизонту. Строение камерного парового котла было выполнено из одного или же нескольких барабанов, к которым были подсоединены сборные камеры и несколько кипятильных труб, вальцованные в камеры. Нагревательная поверхность охватывала 350 кв. м., а производительность пара составляла 10 т/ч при давлении в 1,5 Мн/ кв. м. Благодаря замене плоских камер на отдельные секции, в каждую из которых был вмонтирован один ряд труб, давление пара удалось существенно повысить, а дальнейшее увеличение секций, собственно, из которых собирался сам паровой котел, нагревательная поверхность увеличилась до 1400 кв. м.

В 1893 году был сконструирован и собран водотрубный паровой котел. Сделал это русский инженер В. Г. Шухов. В конструкцию водного парового котла входил продольный барабан и ряд трубчатых батарей, которые представляли собой два «пучка» труб вмонтированных в стенки цилиндрических камер. Площадь нагревательной поверхности котла менялась (от 62 до 310 кв. м.), в зависимости от количества батарей, число которых составляло от 1 до 5 штук. Производительность пара также менялась от 1 до 7 т/ч при давлении пара более чем 1,3 Мн/кв. м. Благодаря конструкции водотрубного парового котла В. Г. Шухова, была разрешена проблема унификации некоторых элементов, а также их габаритов.

В самом начале ХХ века были изобретены вертикально-водотрубные паровые котлы. За довольно короткий промежуток времени вертикально-водотрубные паровые котлы были додуманы и доведены практически до высокой степени совершенства. Уже в 1913 году производительность пара таких котлов составляла 15 т/ч при давлении пара 1,8 Мн/кв. м. Спустя более 60 лет, а именно в 1974 году, в СССР производительность паровых котлов достигла 2500 т/ч, а давление пара составляло 24 Мн/кв. м. В то время как у котлов, произведенных в США, при том же давлении производительность пара составляла 4400 т/ч.

Изначально строение вертикально-водотрубного котла состояло из верхнего и нижнего барабана, которые были соединены комплектом прямых труб. Но в начале двадцатых годов ХХ века более качественные и надежные котлы с особыми изогнутыми трубами окончательны их вытеснили. На смену пришли трехбарабанные паровые котлы. Нагревательная поверхность таких котлов составляла от 650 до 2500 кв. м., производительность пара была от 50 до 180 т/ч. Трехбарабанный паровой котел был оснащен камерной топкой для сжигания пыли от угля. Подобные пылеугольные топки в то время, очень быстро получили широкое распространение, а также существенно повлияли на конструкцию парового котла в целом. Существенно выросла производительность пара, что позволило в свою очередь использовать в качестве сырья низкосортный местный уголь.

Камерные топки совершили настоящую революцию в строении паровых котлов. Появились топочные экраны, представляющие собой испарительные трубы. Они находятся на стенах топочной камеры. Изначально топочный экран закрывал лишь часть стен и нужен был для защиты обмуровки от воздействия огня, которое, как известно, приводило к шлакованию топки, а также к разрушению обмуровки.

Позже топочные экраны стали полностью закрывать основную часть стенок. Что же касается современных паровых котлов, то они полностью оснащены экранированными топками. А в тридцатые годы прошлого столетия в СССР инженером Л. К. Рамзиным были изобретены водотрубные паровые котлы с принудительной циркуляцией, более известные как прямоточные паровые котлы.