Vodotrubný kotel - Water-tube boiler

Schematický diagram kotle na vodní trubku mořského typu

Kotel Vodotrubné vysokotlaký (také hláskoval Vodotrubné a voda trubice) je typ kotle , ve kterém voda cirkuluje v potrubí zvnějšku zahřívá ohně. Palivo se spaluje uvnitř pece a vytváří horký plyn, který vaří vodu v trubkách generujících páru. U menších kotlů jsou v peci oddělené další generující trubice, zatímco větší kotle využívají k výrobě páry trubice naplněné vodou, které tvoří stěny pece .

Zahřátá směs vody a páry pak stoupá do parního bubnu . Zde se nasycená pára odebírá z horní části bubnu. V některých službách pára prochází trubkami v dráze horkého plynu ( přehřívač ), aby se přehřála. Přehřátá pára je definována jako pára, která se při daném tlaku zahřívá nad bod varu. Přehřátá pára je suchý plyn, a proto se obvykle používá k pohonu turbín, protože kapičky vody mohou vážně poškodit lopatky turbíny.

Nasycená voda ve spodní části parního bubnu se vrací do spodního bubnu pomocí „svodových trubek“ s velkým vývrtem, kde předehřívá přívod napájecí vody. (U velkých užitkových kotlů je napájecí voda přiváděna do parního bubnu a svodné potrubí přivádí vodu na dno vodních stěn). Aby se zvýšila hospodárnost kotle, používají se výfukové plyny také k předehřívání spalovacího vzduchu vháněného do hořáků a k ohřívání přívodu napájecí vody v ekonomizéru . Takovým vodním trubkovým kotlům v tepelných elektrárnách se také říká parogenerační jednotky .

Starší konstrukce kotle s ohnivzdornými trubkami , ve které voda obklopuje zdroj tepla a plyny ze spalování procházejí trubkami ve vodním prostoru, má obvykle mnohem slabší strukturu a zřídka se používá pro tlaky nad 2,4 MPa (350 psi). Významnou výhodou kotle watertube je, že je menší pravděpodobnost katastrofického selhání: v kotli není velký objem vody ani velké mechanické prvky nepodléhají selhání.

Kotel na vodní trubku byl patentován Blakeyem z Anglie v roce 1766 a byl vyroben Dalleryem Francie v roce 1780.

Aplikace

„Schopnost vodních trubkových kotlů být navržena bez použití nadměrně velkých a silnostěnných tlakových nádob činí tyto kotle obzvláště atraktivní v aplikacích, které vyžadují suchou, vysokotlakou a vysoce energetickou páru, včetně výroby elektřiny z parních turbín“.

Vzhledem k jejich vynikajícím provozním vlastnostem je použití kotlů watertube velmi preferováno v následujících hlavních oblastech:

  • Rozmanitost procesních aplikací v průmyslových odvětvích
  • Divize chemického zpracování
  • Závody na výrobu papíru a celulózy
  • Rafinační jednotky

Kromě toho se často používají v elektrárnách, kde je obecně vyžadováno velké množství páry (v rozmezí až 500 kg/s) s vysokými tlaky, tj. Přibližně 16 megapascalů (160 bar) a vysokými teplotami dosahujícími až 550 ° C. Například solární elektrárna Ivanpah používá k ohřevu rostlin a při provozu jako elektrárnu na fosilní paliva dva vodní kotle Rentech typu D.

Stacionární

Moderní kotle pro výrobu energie jsou téměř výhradně konstruovány jako vodní trubice, a to díky své schopnosti pracovat při vyšších tlacích. Tam, kde je pro vytápění nebo jako chemická složka požadována technologická pára, je zde ještě malý výklenek pro ohřívačové kotle. Jedna výrazná výjimka je v typických jaderných elektrárnách (tlakovodní reaktory), kde jsou parogenerátory obecně konfigurovány podobně jako konstrukce kotlů Firetube. V těchto aplikacích cesta horkého plynu skrz "Firetubes" ve skutečnosti nese velmi horké/vysokotlaké primární chladivo z reaktoru a na vnějším povrchu trubek se vytváří pára.

Námořní

Jejich schopnost pracovat při vyšších tlacích vedla k tomu, že námořní kotle byly téměř výhradně vodní. Tato změna začala kolem roku 1900 a vysledovala přijetí turbín pro pohon spíše než pro pístové (tj. Pístové) motory - přestože s pístovými motory byly používány také kotle na vodní trubku a v mnoha aplikacích s mořskými turbínami se používaly také kotle firetube.

Železnice

Nedošlo k žádnému významnému přijetí vodních trubkových kotlů pro železniční lokomotivy. Bylo vyrobeno několik experimentálních návrhů, ale žádný z nich nebyl úspěšný ani nevedl k jejich širokému použití. Většina lokomotiv s vodními trubkami, zejména v Evropě, používala systém Schmidt . Většinou to byly sloučeniny a několik uniflow . Norfolk a západní železnice je Jawn Henry byl výjimkou, jelikož používá parní turbínu v kombinaci s elektrickým přenosem.

Po smrtelné nehodě kompletně přestavěn
Použití kotle Yarrow , spíše než Schmidt. Neúspěšně a přetaveno konvenčním kotlem.

Hybridy

Mírně úspěšnější adopcí bylo použití hybridních systémů trubice voda / oheň. Vzhledem k tomu, že nejžhavější částí lokomotivního kotle je topeniště , bylo efektivní použít zde konstrukci vodní trubice a konvenční ohnivzdorný kotel jako ekonomizér (tj. Předehřívač) v obvyklé poloze.

Jedním slavným příkladem toho byl USA Baldwin 4-10-2 č. 60000 , postavený v roce 1926. Působící jako sloučenina při tlaku kotle 2 400 kilopascalů (350 psi) úspěšně překonal přes 160 000 kilometrů (100 000 mi). Po roce však vyšlo najevo, že všechny ekonomiky byly přemoženy dodatečnými náklady, a byl vyřazen do expozice muzea na Franklinově institutu ve Philadelphii, PA. Série dvanácti experimentálních lokomotiv byla postavena v obchodech Mt. Clare v Baltimore a Ohio Railroad pod dohledem George H. Emersona , ale žádná z nich nebyla replikována v žádném počtu.

Brotanský kotel

Jediným železničním využitím trubkových kotlů v jakémkoli počtu byl kotel Brotan, vynalezený v Rakousku v roce 1902 Johannem Brotanem a nalezený ve vzácných příkladech po celé Evropě. Maďarsko však bylo vášnivým uživatelem a mělo jich kolem 1 000. Stejně jako Baldwin to kombinovalo topeniště s vodními trubkami a sudem s ohnivzdornými trubkami. Původní charakteristikou Brotanu byl dlouhý parní buben běžící nad hlavním sudem, takže vzhledem připomínal kotel Flaman .

Silnice

Zatímco trakční motor byl obvykle postaven s použitím lokomotivního kotle jako rámu, jiné typy parních silničních vozidel, jako jsou nákladní automobily a automobily , používaly širokou škálu různých typů kotlů. Průkopníci silniční dopravy Goldsworthy Gurney a Walter Hancock oba kolem roku 1830 používali ve svých parních vozech vodní trubkové kotle.

Většina podtypových vozů používala vodní trubkové kotle. Mnoho výrobců používalo varianty vertikálního křížového trubkového kotle, včetně Atkinson , Clayton , Garrett a Sentinel . Mezi další typy patří Clarksonovanáprstní trubka “ a pístový kotel typu Foden typu O typu vagónu .

Výrobci parních požárních motorů , jako je Merryweather, obvykle používali pro svou rychlou kapacitu páry vodní trubkové kotle.

Mnoho parních automobilů používalo kotle na vodní trubku a společnost Bolsover Express dokonce vyrobila výměnu vodních trubek za kotel Stanley Steamer .

Varianty designu

Kotel typu D.

Typ D “ je nejběžnějším typem malých až středních kotlů, podobný tomu, který je znázorněn na schematickém diagramu. Používá se ve stacionárních i námořních aplikacích. Skládá se z velkého parního bubnu svisle spojeného s menším vodním bubnem (alias „bahenním bubnem“) prostřednictvím více trubek vytvářejících páru. Tyto bubny a trubky, stejně jako olejový hořák, jsou uzavřeny vodními stěnami-další vodou naplněné trubice rozmístěné blízko sebe, aby se zabránilo proudění plynu mezi nimi. Tyto vodní stěnové trubky jsou připojeny k parnímu i vodnímu bubnu, takže fungují jako kombinace předehřívačů a spouštěcích kanálů a také snižují tepelné ztráty do pláště kotle.

Kotle typu M.

Kotle typu M byly použity v mnoha amerických válečných lodích z druhé světové války, včetně stovek torpédoborců třídy Fletcher . Tři sady trubek mají tvar písmene M a vytvářejí samostatně vypalovaný přehřívač, který umožňuje lepší regulaci teploty přehřátí. Kromě kalového bubnu zobrazeného na kotli typu D má typ M ve spodní části dvou dalších řad svislých trubek a svodů také sběrač vodního síta a sběrač vodního pláště.

Nízký obsah vody

Nízký obsah vody Kotel má spodní a horní záhlaví spojeny watertubes, které jsou přímo zasaženy při od hořáku. Jedná se o kotel „bez pece“, který dokáže generovat páru a rychle reagovat na změny zatížení.

Kotel Babcock & Wilcox

Kotel Babcock & Wilcox

Tento typ, navržený americkou firmou Babcock & Wilcox , má jeden buben, přičemž napájecí voda je odebírána ze spodní části bubnu do sběrače, který dodává šikmé vodní trubky. Vodní hadice dodávají páru zpět do horní části bubnu. Pece jsou umístěny pod trubkami a bubnem.

Tento typ kotle byl používán Royal Navy ‚s Leander -class fregaty .

Stirlingův kotel

Kotel Stirling má téměř vertikální, téměř rovné watertubes že cikcak mezi řadou parních a vodních bubnů. Obvykle existují tři banky trubek v uspořádání „čtyř bubnů“, ale některé aplikace používají varianty navržené s jiným počtem bubnů a bank.

Vzhledem ke své velké velikosti se používají hlavně jako stacionární kotle, ačkoli velká plocha roštu také podporuje jejich schopnost spalovat širokou škálu paliv. Původně se spalovalo uhlí v elektrárnách, ale také se rozšířilo v průmyslových odvětvích, která vyráběla hořlavý odpad a vyžadovala procesní páru . Papírenské celulózky by mohly spalovat odpadní kůru, cukrovary jejich odpad z bagasse . Jedná se o horizontální bubnový typ kotle.

Řebříček

Pohled zepředu na kotel Yarrow

Pojmenované po jeho návrháři se pak topol založené Yarrow loděnic , tento typ kotle tři bubnu má tři bubny v delta formaci spojen watertubes. Bubny jsou spojeny rovnými vodními trubkami, což umožňuje snadné čištění trubek. To však znamená, že trubky vstupují do bubnů v různých úhlech, což je obtížnější utěsnění spoje . Mimo topeniště slouží dvojice trubek se studenými nohami mezi každým bubnem jako svody .

Díky třem bubnům má kotel Yarrow větší kapacitu vody. Tento typ se proto obvykle používá ve starších aplikacích pro námořní kotle. Díky své kompaktní velikosti byl během druhé světové války atraktivní pro použití v přenosných energetických jednotkách . Aby byl přenosný, byl kotel a jeho pomocná zařízení (topení topným olejem, čerpací jednotky, ventilátory atd.), Turbíny a kondenzátory namontovány na vozy určené k přepravě po železnici .

White-Forster

Typ White-Forster je podobný Yarrow, ale s trubkami, které jsou postupně zakřivené. Díky tomu je jejich vstup do bubnů kolmý, a tím je jednodušší vytvořit spolehlivé těsnění.

Thornycroft

Pohled zepředu na kotel Thornycroft

Typ Thornycroft, který navrhl stavitel lodí John I. Thornycroft & Company , je vybaven jediným parním bubnem se dvěma sadami watertubes na každé straně pece. Tyto trubice, zejména centrální sada, mají ostré křivky. Kromě zjevných obtíží při jejich čištění to může také vést k ohybovým silám, když se trubky zahřívají, mají tendenci je uvolňovat z trubkové desky a vytvářet netěsnosti. Jsou zde dvě pece, odvětrávané do společného odtahu, čímž kotel získává široký zužující se profil.

Kotel s nuceným oběhem

V nuceným oběhem kotli , je čerpadlo se přidá k urychlení průtok vody trubek.

Jiné typy

Viz také

Reference

externí odkazy