книги из ГПНТБ / Рябов П.И. Передвижные паровые котлы

поверхностей нагрева и металлических стенок котла, а сер­ нистые соединения оказывают токсическое действие на

людей.

Содержание воды в жидком топливе весьма нежела­ тельно. Вода снижает теплоту сгорания топлива и вызы­ вает перерасход его. В случае неравномерного распределе­ ния воды в массе топлива могут произойти обрыв струи и затухание пламени.

Сравнивая жидкое топливо с другими видами топлива,

необходимо указать на следующие преимущества, позво­ ляющие рекомендовать его к широкому использованию в передвижных паровых котлах.

Жидкое топливо обладает высокой теплотой сгорания (примерно в 3 раза большей, чем воздушно-сухие дрова).

Особенно велика объемная теплота сгорания жидкого топ­ лива. Так, например, 150 л дизельного топлива эквивалент­ ны 1 м3 березовых дров влажностью 20%. Весьма ценными

качествами жидкого топлива являются также высокий пи­ рометрический эффект и простота регулировки работы топ­ ки, благодаря чему возможен быстрый разогрев парового котла и достигается длительная форсированная работа его.

Охлаждение топки холодным воздухом, врывающимся че­ рез дверцу в момент загрузки твердого топлива, при отоп­ лении котла жидким топливом исключается почти пол­ ностью. Все это способствует значительному повышению паропроизводительности котла (на 30—40%) и резко об­ легчает его обслуживание. При сжигании жидкого топлива отсутствует надобность в колосниковой решетке. В отличие от дров и других видов твердого топлива перевозимые на установке запасы жидкого топлива, имеющего высокую объемную теплоту сгорания, обеспечивают работу котла в течение довольно продолжительного времени. Обслужи­ вающий персонал не отвлекается от своей работы на под­ готовку топлива.

Но наряду с положительными свойствами жидкое топ­ ливо как топливо для передвижных паровых котлов имеет ряд недостатков. Прежде всего жидкое топливо для своею сжигания требует оборудования парового котла дополни­ тельными устройствами (форсунки, расходные бачки с по­ догревом, топливные насосы, трубопроводы и др.), которые усложняют изготовление передвижной котельной установ­ ки, увеличивают вес ее и требуют обслуживание квалифи­

172

Особенно когда оно не распыляется, сопровождается силь­ ным загрязнением поверхностей нагрева сажей по всему газовому тракту. При отсутствии надлежащего ухода и над­ зора за котлом имеют место нагарообразования значитель­ ной толщины. Третий недостаток, присущий мазуту и топ­ ливам тяжелых фракций, состоит в том, что зимой они за­ стывают, и поэтому должна быть предусмотрена возмож­

ность подогрева их паром. Последний расходуется и на распыление топлива с помощью паровых форсунок. Все это значительно повышает расход пара на собственные нужды котла. Наконец, четвертым недостатком следует считать опасность ожога обслуживающего персонала пламенем, выбрасываемым из топки после обрыва струи и затухания пламени, а также значительный шум, которым сопровож­ дается горение топлива при паровом распылении.

Жидкое топливо используют обычно для отопления пе­ редвижных паровых котлов с внутренними или выносными сильно экранированными топками.

8-5. ГАЗООБРАЗНОЕ ТОПЛИВО

Естественные и искусственные горючие газы использу­ ются в качестве топлива для передвижных паровых котлов в районах их добычи и производства. На газообразное топ­ ливо могут быть переведены и передвижные паровые кот­ лы, эксплуатируемые в городах и поселках, где имеется газ для коммунально-бытового потребления. Следует указать, что перевод передвижных паровых котлов с древесного или

жидкого топлива на газообразное не требует сложного до­ оборудования топки котла.

Газообразное топливо представляет собой смесь горю­ чих и негорючих газов. К горючим газам относятся: окись углерода (СО), водород (Н2), метан (СН4), этан (С2Н6),

пропан (СзН8), бутан (С4Н12), этилен (С2Н4), пропилен (СзН6), бутилен (С4Н8), сероводород (H2S). Негорючие газы: кислород (О2), азот (N2), углекислота (СО2).

По способу получения газообразное топливо подразде­ ляется на природное и искусственное. Естественное газо­

образное топливо выделяется из трещин в земной коре или добывается из буровых газовых скважин. Искусственное га­

зообразное топливо получается промышленным способом в

результате сухой перегонки твердого топлива (коксовый, светильный, генераторный и другие газы), переработки неф­ ти (нефтяной газ), брожения сточных вод городской кана­

лизационной сети (канализационный газ).

173

В зависимости от состояния, в котором газообразное

топливо находится, оно разделяется на: топливо под нор­ мальным, пониженным или повышенным давлением, сжа­

тое и сжиженное топливо.

По теплоте сгорания газообразное топливо подразде­

ляют на высококалорийное (5 500—9 000 ккал/нм?), средне­

калорийное (3 500—5 500 ккал/нм?') и низкокалорийное

(1 000—3 500 ккал!нм?).

Природные газы добываются в районах чисто газовых месторождений СССР: Саратовская обл., Бугуруслан, Ме­ литополь, Краснодарский край, Ставропольский край, Но­ вороссийский район, Западная Украина и др. Это в боль­ шинстве своем высококалорийное и дешевое топливо. Низ­ шая теплота сгорания 1 нм3 сухого природного газа при­ мерно соответствует теплоте сгорания 1 кг нефти.

Нефтяной промысловый газ, получаемый при эксплуата­ ции нефтяных скважин и переработке нефти, является вы­ сококачественным топливом. Теплота сгорания его в от­ дельных месторождениях достигает свыше 16 тыс ккал/нм?. Основные месторождения нефти, где организован промысел нефтяного газа, находятся в районах Баку, Грозного, Май­ копа, Сызрани, а также в Туркменской, Узбекской и Казах­

ской республиках.

Естественный и нефтяной газы в качестве основных ком­ понентов содержат: метан, который по отдельным место­ рождениям составляет до 98%, этан, пропан, бутан, пентан и более тяжелые углеводороды, углекислоту, азот. Плот­ ность по отношению к воздуху составляет: для природных газов — 0,57—0,69, для газов нефтяных месторождений —

0,66—1,13.

Коксовый и светильный газы по своему составу пример­

но одинаковы. Они относятся к среднекалорийному топли­

в том, что их можно получать путем перегонки местного дешевого топлива.

Генераторные газы (силовой, воздушный, водяной, сме­

шанный и др.), получаемые в результате газификации твер­ дого топлива, нашли наибольшее распространение в каче­ стве топлива в двигателях внутреннего сгорания. Низшая теплота сгорания генераторных газов лежит в пределах

900—2 700 ккал!нм?.

Сжатые и сжиженные горючие газы используются ши­ роко в стационарных и передвижных двигателях внутреи-

174

него сгорания. Их целесообразно применять также в пере­

движных паровых котлах небольшой производительности,

эксплуатируемых на некотором удалении от мест добычи

или производства газообразного топлива.

Сжатые газы (естественные и промышленные) могут быть высокой и средней калорийности. Они хранятся в бал­ лонах емкостью 50 л. При давлении 200 кГ!см2 из одного баллона получается 8—10 нм3 газа.

Сжиженные горючие газы характеризуются высокой теп­ лотворной способностью (около 12 тыс. ккал)кг) и значи­ тельным коэффициентом объемного расширения. Эти газы хранятся в легких баллонах при относительно низком дав­ лении. При давлении 1 кГ/см2 и 15° С из 1 кг сжиженного газа получается 0,4—0,6 нм3 газа.

Газовое топливо в зависимости от состава требует для полного сгорания различные количества воздуха. Так, на­ пример, для сгорания пропана теоретически необходимое количество воздуха должно составлять 23,92 м31м3, а для бутана — 31,09 m3/m3.

Сравнивая газообразное топливо с другими видами топ­

лива, необходимо отметить следующие его преимущества.

Горение газообразного топлива практически происходит по­ чти полностью, равномерно и без образования каких-либо твердых остатков (золы, шлаков). При этом потери тепла

весьма незначительны. Газообразное топливо, подводимое

по трубопроводам непосредственно в топку передвижного парового котла, избавляет обслуживающий персонал от

трудоемких операций (закладка топлива, шуровка топки,

удаление твердых остатков и т. п.). Сжигание газообразного топлива не требует сложных горелок и приспособлений.

Однако область использования газообразного топлива

в передвижных паровых котлах пока ограничена районами его добычи.

Глава девятая

ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА

9-1. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ТОПОЧНЫХ УСТРОЙСТВ ПЕРЕДВИЖНЫХ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

И ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ ТРЕБОВАНИЯ

Топочное устройство является составной частью пере­

движного парового котла. Оно включает собственно топку

(замкнутую камеру с колосниковой решеткой или без нее), в которой происходит горение топлива, зольник и приспо-

175

собления для подачи топлива, подвода воздуха, удаления очаговых остатков и т. п. Интенсивность и экономичность

работы передвижного парового котла в значительной сте­ пени зависят от конструкции топочного устройства.

По способу сжигания топлива топки передвижных па­ ровых котлов подразделяются на слоевые, камерные (фа­ кельные) и комбинированные. В слоевых топках сжигает­ ся твердое кусковое топливо, лежащее слоем на плоской колосниковой решетке. В камерных (факельных) топках сжигается газообразное или жидкое топливо в распылен­ ном состоянии. Комбинированные топки используются для сжигания твердого и жидкого топлив (одновременно или порознь). Соответственно этому они оборудованы колосни­ ковой решеткой и приспособлениями для распыления жидког го топлива. Классификация топок передвижных паровых котлов по способу сжигания топлива является условной,

так как почти каждая топка, рассчитанная на сжигание

твердого топлива в слое, может быть приспособлена для сжигания жидкого топлива. Слоевые топки обслуживаются вручную, камерные — с помощью механических устройств (подача и распыление топлива).

Топки передвижных паровых котлов в зависимости от

расположения их относительно котла разделяются на внут­ ренние и внешние. Внутренние топки размещаются в жаро­ вой трубе или огневой коробке. Все стенки такой топки с одной стороны омываются водой, а с другой находятся под воздействием лучистой теплоты. Внешние топки устраивают

под котлом или выносят вперед. Стенки этих топок хотя и подвержены воздействию лучистой теплоты, охлаждаются водой частично (в экранированных топках) или совсем не охлаждаются (в неэкранированных топках).

Топки передвижных паровых котлов характеризуются

ограниченным объемом топочного пространства, чаще всего нетеплоизолированы и находятся, как правило, вне поме­ щений, подвергаясь воздействию ветра и атмосферных осадков. Условия сжигания топлива в топках передвижных паровых котлов более тяжелы, нежели в обычных топках стационарных паровых котлов. Рассматриваемые топки и их вспомогательные устройства должны удовлетворять сле­ дующим требованиям:

1. Топочное устройство должно обеспечивать достаточно полное сгорание топлива, на которое оно рассчитано, при

ограниченных размерах камеры сгорания. Потери тепла от химической и механической неполноты сгорания, а также

176

щена в топку (днище, кипятильные или дымогарные тру­ бы). Топливо загружают (вводят) через отверстие, сделан­ ное в топочном фронтоне или стенках наружного корпуса

ижаровой трубы. Загрузочное отверстие закрывается то­ почной дверкой с отражателем.

Зольник, расположенный ниже топочного пространства

иотделенный от последнего плоской колосниковой решет­ кой, в вертикальных котлах обычно представляет собой свисающий наружный цилиндр, перекрытый внизу откид­ ным или глухим днищем. В последнем случае устраивают поддувальную дверку по типу загрузочной дверки топки,

но меньших размеров. В горизонтальных котлах зольник устраивается чаще всего внутри жаровой трубы. Площадь колосниковой решетки во внутренних топках ограничена размерами огневой коробки (жаровой трубы).

Стенки внутренней топки представляют лучевосприни-

мающую поверхность нагрева котла. Следовательно, охлаж­ дение газов и слоя топлива, а также защита самих сте­

нок топки здесь являются наиболее благоприятными. При значительной толщине водяной рубашки, развитой конвек­ тивной поверхности нагрева, экранирующей топку сверху, не исключена возможность переохлаждения газов, особен­

но при сжигании влажного топлива.

Температура неизолированной наружной стенки во внут­ ренних топках не превышает температуры насыщенного пара, соответствующей рабочему давлению. Она значи­

тельно ниже, чем у топок, имеющих частичное экранирова­

ние стенки. Поэтому потеря тепла в окружающую среду для внутренних топок относительно невелика. Возможность

подсоса воздуха через неплотности в стенках внутренних топок, находящихся под избыточным давлением, полностью исключена. С точки зрения антикоррозийной защиты на­ ружных поверхностей внутренние топки находятся также

в наиболее благоприятных условиях. Внутренние топки на­ дежны в работе и в то же время безопасны в пожарном отношении даже без изоляции наружных стенок. Благодаря этому имеется возможность монтировать котел в непосред­ ственной близости от пароиспользующего оборудования.

Крепление котла вследствие монолитной конструкции внут­ ренней топки осуществляется просто и надежно. Вместе

стем внутренним топкам присущи следующие недостатки:

1.Значительный вес топки, обусловленных толщиной ее стенок (жаровой трубы и корпуса), находящихся под боль­

шим избыточным давлением.

178

2. При большой толщине водяной рубашки и сжигании влажного топлива нельзя развивать должную форсировку топки, вследствие того что температура газов снижена зна­ чительным поглощением тепла ее стенками.

Следует указать, что вертикальные внутренние топки, имеющие значительную высоту камеры сгорания, лучше приспособлены для сжигания дров и других топлив, харак­ теризующихся значительным выходом летучих газов. При этом толщина водяной рубашки должна быть не более

30—50 мм.

Горизонтальные внутренние топки, высота которых ог­ раничена диаметром жаровой трубы, наиболее рациональ­ ны для сжигания антрацита и жидкого топлива. При этом толщину водяной рубашки можно увеличить до 60—70 мм.

Для предупреждения прогорания стенок внутренние топ­ ки должны допускать периодическую механическую очист­ ку жаровой трубы от накипи.

Выносные топки. Водотрубные передвижные паро­ вые котлы имеют выносные топки. Такими топками обору­ дованы и некоторые жаротрубные и дымогарные котлы.

Выносные топки позволяют иметь значительно большие площадь колосниковой решетки и объем топочной камеры.

По своему устройству выносные топки разделяются на

экранированные и неэкранированные. Экранированные топ­ ки, как показал опыт эксплуатации передвижных паровых котлов, вполне себя оправдали.

Металлические стенки выносной неизолированной топки находятся под интенсивным воздействием лучистой тепло­ ты, особенно в момент форсированной работы, в результате чего они сильно нагреваются. С другой стороны, стенки выносной топки подвержены воздействию окружающего хо­

лодного воздуха. Поэтому отдача тепла стенками топки в окружающую среду может достигать большой величины.

Охлаждение стенок топки путем ограждения их лучевос-

принимающими экранами с целью снижения отдачи тепла

в окружающую среду является одной из задач экраниро­ вания. Вторая задача, разрешаемая экранированием топ­ ки, — это снижение доли тепла, передаваемого конвекцией, и сокращение до минимума поверхности нагрева собствен­ но котла. Последняя же будет тем меньше, чем больше сте­ пень экранирования. Уменьшение конвективной поверхно­ сти, расположенной обычно на потолке топки, снижает центр тяжести котла, что весьма существенно для пере­ движных установок. Наконец, экранированная топка пред-

нием конструкции топки и повышением ее веса и создает дополнительное сопротивление.

Экранирование выносной топки одним спиралеобразным змеевиком довольно просто. Однако очистка такого змееви­ ка от накипи возможна лишь химическим способом, тогда

как экраны из прямых труб при наличии съемных заглу­ шек доступны для механической очистки.

Степень экранирования, представляющая собой отно­ шение эффективной лучевоспринимающей поверхности на­

грева ко всей поверхности стен топки, колеблется от 0,2 до

0,6 в горизонтальных и вертикальных водотрубных котлах

и от 0,2 до 1,0 в змеевиковых водотрубных котлах.

Неэкранированные выносные топки являются простей­ шими по устройству, но и менее надежными в работе, так как стенки их быстро прогорают. Неэкранированные топки изготовляют съемными для удобства их замены или снаб­ жают плоскими стальными отражательными щитами, пред­ охраняющими стенки топки от прогорания.

Выносная неэкранированная топка с плоской колосни­

ковой решеткой, подвешиваемая к коллекторам вертикаль­ но-водотрубного котла (рис. 9-1), представляет собой ко­ робку, сваренную из листовой стали. Боковые стенки топки

имеют «зиги», благодаря которым уменьшена возможность

коробления металла во время работы. Но «зиги» одновре­

менно увеличивают теплоотдачу в окружающую среду. Ко­ лосниковая решетка, изготовленная из угловой стали, рас­

положена на трех поперечных балках. Поддувальное про­ странство образовано откидным зольником. Количество воздуха, поступающего под решетку, регулируют, изменяя угол открытия противня, имеющего накидную петлю с от­ верстиями для закрепления в том или ином положении. Не­ смотря на простоту, рассмотренная конструкция топки име­ ет существенные недостатки: большие потери тепла в окру­ жающую среду, интенсивную коррозию и быстрое прогора­

ние стенок.

Значительно снижаются потери тепла в окружающую среду в выносной топке, имеющей двойные стенки с проме­ жутком, засыпанным асбестовой крошкой или другим тер­ моизоляционным материалом. От воздействия лучистой теп­ лоты внутренние стенки такой топки ограждают плоскими отражательными щитами. Однако последние как показы­

вает опыт эксплуатации, прогорают очень быстро, а асбес­ товая изоляция даже после непродолжительной работы разрушается. Поэтому междустенный промежуток гораздо

181