Котлы Shell | Спиракс Сарко

Обзор различных типов кожухотрубных котлов с указанием компоновки, параметров выделения тепла и пара, а также ограничений по давлению и мощности.

Котлы с кожухом можно определить как те котлы, в которых все поверхности теплопередачи заключены в стальную оболочку. Котлы с кожухом также могут называться «жаротрубными» или «дымотрубными» котлами, потому что продукты сгорания проходят через трубы котла, которые, в свою очередь, передают тепло окружающей котловой воде.

В котлах с кожухом используется несколько различных комбинаций расположения труб, в том числе количество проходов, которые тепло из топки котла может с пользой сделать перед сбросом.

На рисунках 3.2.1a и 3.2.1b показана типичная конфигурация двухходового котла.

На рис. 3.2.1а показан котел с сухим обратным клапаном, в котором горячие газы реверсируются камерой с огнеупорной футеровкой на внешней обшивке котла.

На рис. 3.2.1b показан более эффективный метод реверсирования горячих газов через конфигурацию с мокрым обратным котлом. Реверсивная камера полностью находится внутри котла. Это позволяет увеличить площадь теплообмена, а также позволяет нагревать котловую воду в том месте, где тепло от топки будет наибольшим – на торце стенки камеры.

Важно отметить, что дымовые газы должны быть охлаждены не менее чем до 420°C для котлов из простой стали и до 470°C для котлов из легированной стали перед поступлением в реверсивную камеру. Превышение этой температуры приведет к перегреву и растрескиванию концевых пластин труб. Проектировщик котла должен принять это во внимание, и это важный момент, если рассматриваются различные виды топлива.

Было разработано несколько различных типов котлов с кожухом, которые теперь будут рассмотрены более подробно.

Ланкаширский котел

Сэр Уильям Фэйрберн разработал ланкаширский котел в 1844 году на основе корнуоллского котла Тревитика с одним дымоходом. Хотя лишь немногие из них все еще находятся в эксплуатации, они были повсеместными и были предшественниками сложных и высокоэффективных котлов, используемых сегодня.

Ланкаширский котел состоял из большой стальной оболочки, обычно длиной от 5 до 9 м, через которую проходили две топочные трубы большого диаметра, называемые дымоходами. Часть каждого дымохода была гофрирована, чтобы компенсировать расширение, когда котел нагрелся, и предотвратить разрушение под давлением. Топка была установлена на входе в каждый дымоход, в передней части котла. Как правило, печь устроена так, чтобы сжигать уголь, загружаемый вручную или автоматически.

Горячие газообразные продукты сгорания выходили из топки по крупнопроходным гофрированным газоходам. Тепло от горячих дымовых газов передавалось воде, окружающей эти дымоходы.

Котел был в кирпичной кладке, которая была устроена так, чтобы горячие газы, выходящие из дымоходов, направлялись вниз и под котел, передавая тепло через дно кожуха котла, а затем обратно по бокам котла перед выходом через дымовую трубу.

Эти два боковых канала сходились в задней части котла и вели в дымоход.

Эти проходы были попыткой извлечь максимальное количество энергии из горячих газообразных продуктов, прежде чем они будут выпущены в атмосферу.

Позже эффективность была повышена за счет добавления экономайзера. Поток газа после третьего прохода проходил через экономайзер в дымовую трубу. Экономайзер нагревал питательную воду, что привело к повышению теплового КПД.

Одним из недостатков ланкаширского котла было то, что повторяющийся нагрев и охлаждение котла с возникающим в результате расширением и сжатием нарушали кладку кирпичной кладки и воздуховоды. Это привело к просачиванию воздуха, что нарушило тягу топки.

Эти котлы теперь были бы очень дорогими в производстве из-за большого количества используемого материала и труда, необходимого для возведения кирпичной кладки.

Большие размеры и водоемкость этих котлов имели ряд существенных преимуществ:

Внезапные большие потребности в паре, такие как запуск двигателя с обмоткой в шахте, можно было легко допустить, потому что в результате снижения давления в котле высвобождается большое количество вторичного пара из котловой воды, находящейся при температуре насыщения.
Эти котлы вполне могли заправляться вручную, следовательно, реакция на снижение давления в котле и потребность в большем количестве топлива была бы медленной.
Большой объем воды означал, что, хотя скорость испарения могла сильно варьироваться, скорость изменения уровня воды была относительно медленной.
Контроль уровня воды снова был бы ручным, и оператор либо запускал поршневой паровой насос питательной воды, либо регулировал клапан питательной воды для поддержания желаемого уровня воды.
Сигнализатор низкого уровня представлял собой просто поплавок, который опускался вместе с уровнем воды и открывал порт для парового свистка при достижении заранее определенного уровня.
Большая площадь водной поверхности по отношению к скорости пара означала, что скорость выхода пара с поверхности (выраженная в кг на квадратный метр) была низкой.

Эта низкая скорость означала, что даже в воде, содержащей высокие концентрации общего количества растворенных твердых веществ (TDS), было много возможностей для разделения пара и частиц воды и подачи сухого пара на установку.

По мере того, как системы управления, материалы и технологии производства становились все более сложными, надежными и экономичными, конструкция котельной менялась.

Экономичный котел (двухходовой, сухая спинка)

Двухходовой экономичный котел был примерно вдвое меньше эквивалентного ланкаширского котла и имел более высокий тепловой КПД. Он имел цилиндрическую внешнюю оболочку, содержащую два гофрированных дымохода с большим отверстием, которые служили основными камерами сгорания. Горячие дымовые газы выходили из двух топочных газоходов в задней части котла в кирпичную кладку (сухую спинку) и отклонялись через ряд труб малого диаметра, расположенных над топочными газоходами большого диаметра. Эти трубки малого диаметра представляли большую поверхность нагрева для воды. Дымовые газы выходили из котла спереди и попадали в вытяжной вентилятор, который направлял их в дымовую трубу.

Экономичный котел (трехходовой, с мокрой спинкой)

Дальнейшим развитием экономичного котла стало создание трехходового мокрого обратного котла, который является стандартной конфигурацией, используемой в настоящее время (см. рис. 3.2.4).

Эта конструкция развивалась по мере совершенствования материалов и технологий производства: были введены более тонкие металлические трубы, что позволило разместить больше труб, улучшить скорость теплопередачи и сделать сами котлы более компактными.

Типичные данные по теплопередаче для трехходового экономичного котла с мокрой спинкой приведены в таблице 3.2.3.

Комплектный котел

В начале 1950-х годов Министерство топлива и энергетики Великобритании спонсировало исследования по усовершенствованию котельных установок. Результатом этого исследования стал блочный котел, ставший результатом дальнейшей разработки экономичного трехходового котла с мокрым обратным клапаном. В основном эти котлы были предназначены для использования нефти, а не угля.

Комплектный котел называется так потому, что он поставляется в комплекте с горелкой, регуляторами уровня, питательным насосом и всеми необходимыми фитингами и креплениями для котла. После доставки на площадку для запуска в эксплуатацию требуется только трубопровод пара, воды и продувки, подача топлива и электрические соединения.

Развитие также оказало значительное влияние на физический размер котлов для данной мощности:

Производители хотели сделать котлы как можно меньше, чтобы сэкономить на материалах и, следовательно, сохранить конкурентоспособность своей продукции.
Эффективности помогает сделать котел настолько маленьким, насколько это практично; чем меньше котел и чем меньше площадь его поверхности, тем меньше тепла теряется в окружающую среду.

В какой-то степени всеобщее осознание необходимости изоляции и высокие эксплуатационные характеристики современных изоляционных материалов уменьшают эту проблему.

Потребители хотели, чтобы котлы были как можно меньше, чтобы свести к минимуму площадь пола, необходимую для котельной, и, следовательно, увеличить пространство, доступное для других целей.

Котлы меньших размеров (при той же паропроизводительности), как правило, имеют меньшие капитальные затраты. Таблица 3.2.4 демонстрирует этот и другие факторы.

Объемное тепловыделение (кВт/м3)

Этот коэффициент рассчитывается путем деления общей подводимой теплоты на объем воды в котле. Он эффективно связывает количество пара, выделяемого при максимальной нагрузке, с количеством воды в котле. Чем меньше это число, тем больше количество резервной энергии в котле.

Обратите внимание, что цифра для современного котла по сравнению с ланкаширским котлом больше почти в восемь раз, что указывает на сокращение накопленной энергии на аналогичную величину. Это означает, что в современном котле доступно меньшее количество накопленной энергии. Это развитие стало возможным благодаря системам управления, которые быстро реагируют и предпринимают соответствующие действия для защиты котла и удовлетворения потребностей.

Скорость выпуска пара (кг/м2с)

Этот коэффициент рассчитывается путем деления количества пара, производимого в секунду, на площадь поверхности воды. Чем ниже это число, тем больше вероятность того, что частицы воды отделятся от пара и произведут сухой пар.

Обратите внимание, что цифра современного котла больше почти в три раза. Это означает, что меньше возможностей для разделения капель пара и воды.

Это усугубляется водой с высоким уровнем TDS, а точный контроль необходим для эффективности и производства сухого пара.

Во время быстрого увеличения нагрузки в котле будет происходить снижение давления, что, в свою очередь, означает, что плотность пара снижается, и происходит еще более высокая скорость выделения пара, и из котла выбрасывается все более влажный пар.

Читайте также:

Как построить ракетную печь: 7 планов

Четырехходовые котлы

Четырехходовые агрегаты потенциально являются наиболее термически эффективными, но тип топлива и условия эксплуатации могут препятствовать их использованию. Когда этот тип агрегата работает с низким потреблением мазута или угля, теплопередача от продуктов сгорания может быть очень большой. В результате температура дымовых газов на выходе может упасть ниже кислотной точки росы, вызывая коррозию дымоходов и дымохода и, возможно, самого котла. Четырехходовой котельный агрегат также подвержен повышенным термическим нагрузкам, особенно при резких скачках нагрузки; это может привести к растрескиванию под напряжением или поломке конструкции котла. По этим причинам четырехходовые котлы необычны.

Котел с обратным пламенем / наперсток

Это вариант традиционной конструкции котла. Камера сгорания имеет форму наперстка, а горелка горит по центру. Пламя удваивается внутри камеры сгорания и достигает передней части котла. Дымовые трубы окружают наперсток и направляют дымовые газы к задней части котла и дымоходу.

Ограничения по давлению и мощности котлов кожухотрубного типа

Нагрузки, которые могут воздействовать на котел, ограничены национальными стандартами. Максимальное напряжение будет возникать по окружности цилиндра. Это называется «кольцевым» или «окружным» напряжением. Значение этого напряжения можно рассчитать с помощью уравнения 3.2.1:

Из этого можно сделать вывод, что окружное напряжение увеличивается с увеличением диаметра. Чтобы компенсировать это, производитель котла будет использовать более толстый лист. Однако этот более толстый лист труднее прокатывать, и при толщине листа более 32 мм может потребоваться снятие напряжений.

Одной из проблем при изготовлении котла является прокатка листа для обечайки. Валки котельных, как показано на рисунках 3.2.7 и 3.2.8, не могут загнуть концы пластины и, следовательно, оставят плоскость:

Ролик А регулируется вниз, чтобы уменьшить радиус кривизны.
Валки B и C оснащены электроприводом для протягивания листа через валки.
Валки не могут сгибать концы пластины

Когда пластины свариваются вместе и котел находится под давлением, оболочка принимает круглое поперечное сечение. Когда котел выключается, пластины возвращаются к «скрученной» форме. Эта цикличность может привести к возникновению усталостных трещин на некотором расстоянии от сварных швов оболочки. Это вызывает беспокойство у контролеров котлов, которые периодически просят снять всю обшивку котла, а затем используют шаблон для определения точности кривизны кожуха котла.

Читайте также:

Сваи из стальных труб

Очевидно, что эта проблема более актуальна для котлов, которые подвергаются большому количеству циклов, например, выключаются каждую ночь, а затем снова включаются каждое утро.

Ограничение давления

Теплопередача по трубам печи осуществляется кондуктивным путем. Естественно, что толстая пластина не так быстро проводит тепло, как тонкая. Более толстая пластина также способна выдерживать большее усилие.

Это особенно важно для печных труб, где температура пламени может достигать 1°C, и необходимо соблюдать баланс между:

Более толстая пластина, имеющая структурную прочность, чтобы выдерживать силы, создаваемые давлением в котле.
Более тонкая пластина, способная быстрее передавать тепло.

Уравнение, которое связывает толщину пластины с прочностью конструкции, представляет собой уравнение 3.2.1:

Уравнение 3.2.1 показывает, что по мере уменьшения толщины листа напряжение увеличивается при том же давлении в котле.

Уравнение, которое связывает толщину пластины с теплопередачей, представляет собой уравнение 2.5.1:

Уравнение 2.5.1 показывает, что по мере уменьшения толщины пластины увеличивается теплопередача. Путем перестановки обоих уравнений, чтобы отразить толщину пластины.

Для любого котла при увеличении скорости теплопередачи (q_dot – body text.jpg) максимально допустимое давление в котле уменьшается.

Компромисс достигается при толщине стенки печной трубы от 18 мм до 20 мм. Это соответствует практическому пределу давления для котлов с кожухом около 27 бар.

Ограничение выхода

Котлы Shell изготавливаются в виде агрегатов со всем вспомогательным оборудованием, закрепленным на месте. После изготовления упакованный котел должен быть доставлен на место, а самый большой котел, который можно транспортировать автомобильным транспортом в Великобритании, имеет производительность около 27 000 кг/ч.

Если требуется более 27 000 кг/ч, то применяют многокотловые установки. Тем не менее, это имеет то преимущество, что обеспечивает лучшую надежность поставок и сокращает время простоя установки.

Заключение

Сегодняшний высокоэффективный и быстро реагирующий кожухотрубный котел является результатом более чем 150-летнего развития:

Конструкция котла и горелки.
Материаловедение.
Технология изготовления котлов.
Системы контроля.

Чтобы гарантировать его успешную и эффективную работу, пользователь должен:

Знайте условия, окружающую среду и характеристики потребления установки и точно указывайте эти условия изготовителю котла.
Обеспечить планировку и установку котельной, обеспечивающую хорошую эксплуатацию и техническое обслуживание.
Выберите системы управления, обеспечивающие безопасную и эффективную работу котла.
Выберите системы управления, которые будут поддерживать котел в подаче сухого пара на установку с требуемым давлением(ями) и расходом(ами).
Определите топливо, которое будет использоваться, и, при необходимости, где и как безопасно хранить запас топлива.

Преимущества котлов с кожухом:

Вся установка может быть приобретена как полный пакет, требующий только крепления к основному фундаменту и подключения к системам водоснабжения, электричества, топлива и пара перед вводом в эксплуатацию. Это означает, что затраты на установку сведены к минимуму.
Такая компоновка также означает простоту перемещения котла в корпусе.
Котел с кожухом содержит значительное количество воды при температуре насыщения и, следовательно, имеет значительное количество запасенной энергии, которая может быть использована для работы с кратковременными быстродействующими нагрузками.

Это также может быть недостатком в том смысле, что при использовании энергии запасенной воды может пройти некоторое время, прежде чем запас снова будет создан.

Конструкция котла с кожухом, как правило, проста, что означает простоту обслуживания.
Котлы Shell часто имеют одну топочную трубу и горелку. Это означает, что системы управления достаточно просты.
Хотя котлы с кожухом могут быть спроектированы и изготовлены для работы при давлении до 27 бар, большинство из них работает при давлении 17 бар или меньше. Это относительно низкое давление означает, что соответствующее вспомогательное оборудование легко доступно по конкурентоспособным ценам.

Недостатки оболочковых котлов:

Принцип упаковки означает, что максимальная производительность котла с кожухом составляет примерно 27 000 кг/ч. Если требуется больше пара, то необходимо соединить несколько котлов вместе.

Цилиндры большого диаметра, используемые в конструкции котлов с кожухом, эффективно ограничивают их рабочее давление примерно до 27 бар. Если необходимы более высокие давления, то требуется водотрубный котел.

Части котла и их назначение в котлах

Знание различных частей котлов облегчит вам понимание конструкции котла и схемы компонентов котла. Вам также будет легче узнать, как они работают. Итак, в этой статье от Linquip мы поговорим о различных частях котлов и объясним их функции в котельной системе простым для понимания подходом.

Промышленный котел представляет собой систему под давлением, которая нагревает воду за счет сжигания горючего топлива. Некоторые котлы используют пар для подачи горячей воды, в то время как другие используют воду, которая была преобразована в пар. Горячая вода или пар передаются по трубам к радиаторам или другим типам обогревателей по всей вашей коммерческой недвижимости, согревая персонал, клиентов или клиентов. Различные части котла доступны из широкого ассортимента Поставщики и компании, а также производителей и дистрибьюторов, и у Linquip есть большой выбор Части котла для продажи.

На веб-сайте Linquip есть полный список запчастей для обслуживания котлов для всех автопарков OEM. В этом вам могут помочь поставщики Linquip. Чтобы узнать больше о том, как связаться с разнообразным набором поставщиков услуг, которые постоянно производят высококачественные продукты, свяжитесь с Эксперты по котлам.

Определение котла

Бойлеры – это системы, используемые для нагрева жидкости (обычно воды) в закрытом сосуде. Его можно варить, нагревать или испарять. Затем вы можете использовать результат для различных целей или приложений для отопления, таких как приготовление пищи, нагрев воды, канализация, центральное отопление, выработка электроэнергии на основе котлов и т. д.

Котлы функционируют с системой выделения тепла, системой управления и системой распределения для достижения желаемого результата. Кроме того, различные части котлов являются одними из основных компонентов котла на тепловых электростанциях.

Основные части котлов

Котел состоит из разных частей, и хотя они существуют уже некоторое время, а современные котлы более энергоэффективны, чем старые, некоторые из этих частей остались прежними. Изучение различных частей поможет вам в ремонте и обслуживании вашего котла. Но каковы эти основные части?

Камера сгорания или топка

Горелка создает в этой камере горение, которое нагревает теплообменник до нескольких сотен градусов. Топливо, которое сжигается в этой камере, различается. Керосин, мазут и жидкий пропан являются наиболее распространенными источниками топлива, используемыми в камере сгорания котлов. Топка или камера сгорания обычно изготавливаются из чугуна, чтобы выдерживать тепло и давление процесса внутри. Процесс повышает температуру внутри камеры до нескольких сотен градусов за очень короткое время, поэтому используемые материалы должны подходить для таких условий.

Теплообменник

Сгорание, создаваемое в топке, создает тепло, которое передается теплообменником для нагрева жидкости в баке. Этот теплообменник передает полученное тепло жидкости без прямого контакта с водой.

Расширительный бак

Еще одним пунктом в списке различных деталей котлов является расширительный бак; этот небольшой бак отвечает за защиту котла от избыточного давления и обеспечивает его безопасность в процессе.

горелка

Одной из наиболее важных частей котла является горелка, в которой происходит смешивание воздуха с источником топлива, что приводит к сгоранию, которое обеспечивает необходимое тепло для нагрева жидкости. Они отвечают за инициирование реакции горения в системе электронным сигналом термостатов на горелку. Этот сигнал информирует систему о необходимости производства тепла. Горелка использует топливо, подаваемое из внешнего источника с фильтрующим механизмом. На горелке есть сопло, предназначенное для превращения этого топлива в спрей и воспламенения, которое инициирует горение внутри топки.

Аквастаты

Аквастаты — это компоненты котла, отвечающие за отправку правильного сигнала на горелку о том, когда остановить или начать процесс. Они знают точное время по температуре жидкости в котле.

Обратный клапан

Обратный клапан действует как блок безопасности, пропуская поток жидкости только в одном направлении.

Линии поставок

Эти части котла представляют собой трубы, отвечающие за доставку нагретого потока жидкости к распределительным точкам в котле.

Линии возврата

Обратные линии отвечают за возврат охлажденной жидкости или охлажденного пара (который меняет свое состояние обратно на жидкую форму) обратно в котел для его повторного нагрева.

Циркуляционный насос

Последний пункт в списке различных частей котла, который мы хотим вам представить, это циркуляционный насос. Эта часть направляет горячую воду по всему котлу, чтобы помочь ей циркулировать к различным выходам в наших домах, офисах или других местах, где используется котел. Они используются в котлах, использующих горячую воду для отопления.

Обслуживание деталей котла

Имейте в виду, что для того, чтобы получить максимальную отдачу от вашего котла, вам необходимо позаботиться о каждой части системы и убедиться, что они максимально эффективны и безопасны. Для этого вам необходимо назначить время для регулярного технического обслуживания (обычно ежегодного), а также для очистки котла, чтобы максимизировать его эффективность. Вы также должны удалить мусор и остатки из топки.

Держите каждую деталь под контролем и попросите эксперта осмотреть эти детали на наличие повреждений и как можно скорее отремонтировать сломанные, чтобы избежать более серьезных повреждений в будущем. Избегайте любых попыток ремонта котла самостоятельно, если вы не являетесь экспертом, потому что техническое обслуживание этих систем должно выполняться лицензированными специалистами. Поскольку они работают с энергией, теплом и процессом горения, каждая часть должна правильно обслуживаться и устанавливаться; так что оставьте эту деликатную работу экспертам, чтобы обеспечить вашу безопасность и безопасность системы.

В котлах есть и другие детали, которые помогают процессу на этом пути, но упомянутые выше являются наиболее важными и используются в различных типах котлов, доступных на рынке. Таким образом, основы одинаковы, и если вы не уверены в котле, который хотите купить, вам нужно проверить эти дополнительные детали, а также конкретное применение, которое вы ожидаете от котла, чтобы выбрать правильный тип для вашего места без каких-либо трудностей.

Теперь, когда вы знаете все, что нужно знать о различных частях котлов, готовы ли вы узнать, как работают котлы? А если у вас есть замечания к этой статье или котлам в целом, напишите нам в разделе комментариев и поделитесь своим мнением со всеми. Возникли проблемы или вопросы по котлам? Присоединяйтесь к Linquip, и наши специалисты помогут решить ваши проблемы в мгновение ока!

Что самое главное в котле?

Есть предохранительные клапаны. В бойлере или бытовой системе горячего водоснабжения предохранительный клапан является наиболее важным защитным устройством. Его целью является сброс внутреннего давления в случае различных сбоев в системе.

Предохранительные клапаны обычно используются в паровых системах для защиты котлов от избыточного давления, а также в других приложениях, таких как устройства для снижения давления ниже по потоку. Предохранительные клапаны используются в технологических операциях, чтобы избежать повреждения продукта из-за высокого давления, несмотря на их основную функцию безопасности.