КОТЛЫ ПАРОВЫЕтепла самую дорогую поверхность нагрева — котел — очень небольшой поверхности, а в тех местах, где разность температур газа и стенок невелика, она заменена более дешевой поверхностью экономайзера и воздухоподогревателя. В особом положении находится перегреватель: температура стенок его выше, чем котла, и перемещение перегревателя в область более холодных газов заставляет в несколько раз увеличивать его поверхность нагрева, чтобы сохранить тот же перегрев пара. На рис. 18 ДТ означает охлаждение газов на такую температуру, которая необходима для передачи перегревателю требуемого тепла. Из рисунка ясно видно, как быстро растет необходимая для этого поверхность при понижении температурной разности между газами и стенкой. Поэтому целесообразно помещать перегреватель в область высоких температур, причем предел ставится только конструктивными соображениями — опасностью пережога его труб.
Наоборот, расположение позади котла экономайзера, температура воды в котором ниже, чем в котле, представляет болыпие выгоды в смысле уменыпения общей поверхности нагрева агрегата. То же относится и к воздухоподогревателю.
Воздухоподогреватель, кроме того, позволяет повысить температуру в топне.
S
котел
гптгттпт!
ч 'Й; котел ;перегр.[экономайэер;воздухоподогревати
Рис. 19. Рабочая характеристика котла.
Благодаря этому оказывается возможным сжигать в экранированной топке труднозагорающееся топливо.
Рабочая характеристика на рис. 19 наглядно показывает, как рациональное размещение всех четырех элементов современного котла уменыпает для агрегата, подобного изображенному на рис. 12, их общую поверхность и стоимость котла. Для сравнения на рис. 19 пунктиром нанесена рабочая характеристика котла, не имеющего экономайзера и подогревателя. В нем охладить газы до той же температуры, а значит и достигнуть того же кпд установкой добавочной поверхности котла, оказывается невозможным. Рисунок 19 дает, т. о., объяснение всему современному развитию конструктивных форм котельного агрегата.
Теплопередача в котлах. В топках экранированныя: котлов теплота передается главный образом лучеиспусканием. Согласно закону Отефан-Больцмана, количество передаваемого ів единицу времени тепла пропорци. онально разности четвертыя: степеней абсолютныя: температур пламени и стенки котла. Входящие в со-став дымовых газов углекислота и пар воды также обладают способностью излучать тепло, хотя и в значительно меньшей степени, чем све•тящееся пламя. По мере понижения температуры газов все большая доля тепла передается •соприкосновением (конвекцией). При этом тепло, передаваемое от дымовых газов воде в котле, встречает на своем пути сопротивление трех родов: при переходе от газа к наружной поверхности стенки котла, при проходе сквозь стенку и при переходе от внутренней поверхности стенки к воде. Общее выражение теплопередачи (1), отнесенное к единице поверхности Q = k(T — t), (Г) (Т — Ѵ) 1
можно представить в виде Q =, причем г G) можно рассматривать как коэффициент сопротивления теплопередаче. Это сопротивление складывается из перечисленных выше отдельных сопротивлений, для каждого из которых можно написать аналогичное ур-ие:
<2 = 4(Т'-Г)
Q = а2(Г’ — $).
(5)Здесь — коэффициент теплоперехода от газов к стенке, а2 — то же для перехода тепла от стенки к воде, Z — коэффициент теплопроводности стенки, б — толщина последней, Т' и V — температуры наружной и внутренней поверхности стенки котла. Подсчет показывает, что тепловое сопротивление стенки и воды составляет лишь несколько процентов от сопротивления газов, и главное сопротивление в передаче тепла представляется со стороны газов. Его надо стремиться уменьшать, увеличивая скорость газа.
Уменыпение остальных сопротивлений не принесет пользы, поэтому нецелесообразно переходить на более теплопроводный металл (медь, алюминий) и применять приспособления, ускоряющие циркуляцию воды. Надо только принять меры к тому, чтобы в трубах не застаивался пар. Температуру стенок можно найти йз ур-ий (5).
За последние 10 лет за границей и в СССР произведены многочисленные опыты, осветившие вопрос о теплопередаче в котлах и выяснившие влияние на нее различных факторов. Для того чтобы лабораторные опыты можно было применять для расчета котлов, их обыкновенно обрабатывают на основании теории подобия, и результаты опытов представляют в виде зависимости между критериями подобия. В тех случаях, когда движение газов между трубами котлов происходит неполным сечением дымоходов или очень сложно, ставятся опыты с моделями котлов, построенными по правилам учѳния о подобии и моделировании (см. Теплопередача) .
Производство котлов. При давлениях в 10—12 атм. К. п. изготовлялись из железных листов; вальцами вхолодную листам давалась цилиндрическая форма обичайки; листы скреплялись между собой заклепками. Переход к высокому давлению совершенно изменил способ производства котлов. Барабан котлов на 100 атм. должен иметь толщину стенок порядка 100 мм.
Применявшаяся при котлах на 30 атм. сварка барабанов стала уже невозможной при стенках их в 100 мм, и барабаны приходится делать цельнокованными, отжимая их в горячем состоянии на гидравлических прессах из цилиндрической стальной болванки. Для этого в болванке пробивают сперва в центре отверстие, в к-рое продевают стальную ось, укрепленную на двух стойках под прессом. Нажимая пресс и последовательно проворачивая болванку, постепенно придают ей форму длинного полого цилиндра, а обжимая концы цилиндра, доводят отверстие в его торцах до величины, требуемой для лаза. Расчет стенок барабанов на прочность производится по формулам теории упругости (формула Лямсаит. п.). Для развальцовки труб в барабанах просверливаются отверстия, что вызывает неравномерное распределение напряжений в подверженном давлению барабане; на краях отверстий напряжение металла повышается в 2—2, 5 раза. Однако, как показали опыты, развальцовка труб, вызывая пластическую деформацию у краев отверстий, снижает краевой эффект. Расчет барабана ведется с учетом обоих явлений. Далее, расчеты на температурные напряжения, возникающие от температурного градиента через стенку барабана, показали, что барабан необходимо вынести из дымоходов и покрыть изоляцией, иначе добавочные температурные напряжения достигали величины напряжений от внутреннего давления пара. С утолщением труб котла к
