ПАРОВОЙ КОТЁЛ

ПАРОВОЙ КОТЁЛ устройство, имеющее
топку, обогреваемое газообразными продуктами сжигаемого в топке органич.
топлива и предназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного,
используемого вне самого устройства. Рабочим телом подавляющего большинства
П. к. является вода. П. к. наз. также редко применяемые парогенераторы
(электрокотлы), обогреваемые электрич. 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 пром. применение П. к. началось на рубеже 17 и 18 вв. в связи с
бурным развитием горнозаводской и угледобывающей пром-сти. 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.

Рис. 1. Паровой котёл И. И. Ползунова
(1765).

Конструкции совр. П. к. сложились в процессе
изменения конструктивных форм выпускавшегося до 2-й пол. 19 в. простейшего
цилиндрич. П. к. паропроизводительностью 0,4 от/ч; 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 к-рые первоначально
вставляли 1,2 или 3 трубы большого диаметра (жаровые трубы), а впоследствии
десятки труб значительно меньшего диаметра (дымогарные трубы), по к-рым
проходил газ.

Увеличение поверхности нагрева газотрубных
П. к. происходило в габаритах первоначального цилиндрич. котла или даже
в меньших габаритах. Следствием этого явились нек-рое повышение паропроизводительности
котла (при незначит. увеличении суммарной массы), а также улучшение передачи
тепла от дымовых газов к поверхности нагрева, приводившее к снижению темп-ры
газов на выходе из П. к., т. е. к повышению кпд.

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; и - 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.

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 па трансп. 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 пол. 19 в. выпускались камерные
и секционные горизонтально-водотрубные П. к. с естественной циркуляцией,
у к-рых 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 к-рых
собирался котёл, поверхность нагрева достигла 1400 м².

В 1893 рус. инж. В. Г. Шухов создал
водотрубный П. к., к-рый состоял из продольного барабана и трубчатых батарей,
представляющих собой 2 пучка труб, ввальцованных в плоские стенки коротких
цилиндрич. 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 отд. элементов и их размеров.

В нач. 20 в. появились вертикально-водотрубные
котлы, к-рые 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 вертикальноводотрубные
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 Ленингр. металлич. з-да (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 для сжигания угольной пыли.
Пылеуголъные
топки, 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, к-рые представляют
собой испарит. трубы, расположенные на стенах топочной камеры. Первоначально
экраны закрывали только часть стен и предназначались для защиты обмуровки
от непосредственного воздействия пламени, к-рое 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 темп-р (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.
Энергетич.
котлы должны эксплуатироваться с соблюдением также и правил технич. эксплуатации
электростанций.

Лит.: Максимов В. М., Котельные
агрегаты большой паропроизводительности, М., 1961; Парогенераторы, под
ред. А. П. Ковалева, М.-Л., 1966; 3ах Р. Г., Котельные установки, М., 1968;
Щеголев, 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.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я