Котел Стирлинга

редактировать
Пятибарабанная форма, секция. Обратите внимание на автоматический стокер с цепной решеткой (слева).

Котла Стирлинга является ранней формой котла водотрубного, используется для выработки пары в крупных наземных стационарных установках. Хотя он широко использовался примерно в 1900 году, в настоящее время он потерял популярность и редко встречается.

Содержание
  • 1 Дизайн
    • 1.1 Пароперегреватели
    • 1.2 Топливо
    • 1.3 Тираж
      • 1.3.1 Питательная вода
    • 1.4 Преимущества
    • 1.5 Недостатки
  • 2 Вариации
    • 2.1 Трехбарабанная или V-образная форма
    • 2.2 Четыре барабана или форма B
    • 2.3 Пятибарабанная или W-образная форма
  • 3 морских котла Стирлинга
  • 4 ссылки
  • 5 Внешние ссылки
дизайн
Типичная четырехбарабанная форма Кирпичный корпус котла Стирлинга в Квинсленде, Австралия, первоначально работал на жмыхе сахарного тростника. Дымоход справа.

Котлы Стирлинга являются одним из наиболее крупных устройств водотрубного котла: приемлемы для стационарного использования, но непрактичны для мобильного использования, за исключением больших кораблей со скромными требованиями к мощности. Они состоят из большой кирпичной камеры с извилистым газовым трактом, проходящим через почти вертикальные водяные трубы, зигзагообразные между несколькими паровыми и водяными барабанами.

Они относятся к числу более старых «крупнотрубных» конструкций водотрубных котлов, имеющих водяные трубы диаметром около 3¼ дюйма (83 мм). Трубки расположены почти вертикальными рядами между несколькими цилиндрическими горизонтальными паровыми барабанами (вверху) и водяными барабанами (внизу). Количество барабанов варьируется, и конструкции Стирлинга подразделяются на 3-, 4- и 5-барабанные котлы. Количество рядов пробирок на единицу меньше, то есть 2, 3 или 4 банка.

Газовый поток из топки проходит по очереди через каждую банку. Частичный дефлектор огнеупоров плиток укладывают на каждый берегу, чтобы заставить газы течь первые вверх, а затем вниз через каждый банк. Что необычно, большая часть потока газа идет вдоль оси трубок, а не поперек них.

Вся циркуляция, как вверх, так и вниз, осуществляется через нагревательные трубы, и нет отдельных внешних сливных труб. Однако паровые барабаны и (в котле с 5 барабанами) водяные барабаны связаны короткими горизонтальными трубами, которые образуют часть циркуляционного контура.

Сами трубы - это цельнотянутые стальные трубы, в основном прямые, со слегка загнутыми концами. Котел устроен в большом помещении, построенном из кирпича, но паровые барабаны подвешены на отдельной балочной конструкции внутри него, чтобы обеспечить расширение за счет тепла. Трубки и водяные бочки, в свою очередь, подвешены к паровым барабанам, чтобы обеспечить свободное расширение без деформации концов труб. Благодаря изогнутым концам водяные трубки могут входить в барабаны радиально, что обеспечивает легкое уплотнение, но это также было особенностью, которая, согласно моде того времени, считалась важной из-за расширения.

Котлы Стирлинга могут изготавливаться очень больших размеров. Обычно используется стандартная конструкция, но различной ширины в зависимости от потребности.

Перегреватели

Если установлен пароперегреватель, он устанавливается в виде прямых или шпилечных труб в верхней части котла между двумя первыми паровыми барабанами. Перегородки сначала направляют поток газа через эту зону, поэтому он может достичь максимальной температуры.

Топлива

Можно сжигать широкий спектр видов топлива, чему способствует большая площадь решетки, которую можно легко увеличить, если этого требует некачественное топливо. Первоначально котлы были разработаны для сжигания угля, но с тех пор они использовались для сжигания многих видов древесных или растительных отходов.

Также может быть установлен автоматический стокер с цепной подачей, если требуется высокая скорость стрельбы.

Три барабана форма также используются в качестве котла-утилизатора, с помощью выхлопных газов от сталелитейного завода или других промышленных процессов.

Тираж

Поскольку газовый поток проходит через каждую группу трубок по очереди, более поздние группы имеют значительно более низкую температуру. Это способствует «чрезвычайно эффективной» циркуляции за счет эффекта термосифона. Уровень воды поддерживается примерно наполовину заполненными паровыми барабанами, поэтому трубки работают в «утопленном» состоянии с постоянно погруженными верхними концами.

Поток в первом ряду направлен вверх по мере нагрева трубок, чему способствует их почти вертикальное положение. Более холодная вода в более поздних водяных трубках опускается. Циркуляция завершается соединительными трубами между паровыми барабанами. Циркуляция более активна в более ранних, более горячих контурах.

В форме с четырьмя барабанами обращение в среднем банке может быть разделено между нисходящим контуром с первым банком и восходящим контуром со следующим банком.

Питательная вода

Питательная вода подается в последний паровой барабан и распределяется по внутреннему желобу. Холодная питательная вода медленно спускается через последний ряд трубок в последний водяной барабан.

Любые осаждаемые отложения (в просторечии «грязь») будут выходить из раствора в этом контуре и накапливаться в последней емкости с водой. Это удерживает их от более активных первых групп трубок, уменьшая проблемы и неэффективность накопления накипи в основных нагревательных трубках. Поскольку последний водяной барабан также может использоваться для улавливания «грязи» (т.е. «сборщик грязи»), его иногда называют «грязевым барабаном».

Преимущества

У конструкции Стирлинга есть три преимущества:

  • Благодаря многочисленным проходам через ряды труб и тщательной организации циркуляции и питательной воды котел в целом достаточно эффективен.
  • Площадь решетки можно легко изменять, не влияя на конструкцию водяного контура. Это позволяет использовать большие колосниковые решетки для сжигания низкокачественного топлива, такого как отходы и мусор. В тех случаях, когда для промышленного процесса требуется как технологический пар, так и образуются горючие отходы, котел Стирлинга может использовать один для генерации другого. Обычно это делалось при рафинировании сахара, сжигании жмыха или на целлюлозно-бумажных комбинатах, сжигающих отходы коры. Котел Стирлинга также использовался до Второй мировой войны для сжигания бытовых отходов в городах, а затем пар использовался для выработки электроэнергии. ( Контроль за выбросами в последующие годы сделал такое сжигание «неконтролируемых» отходов непрактичным).
  • Наконец, внутренний доступ к компонентам удобен для очистки и обслуживания. В частности, можно заменять отдельные водяные трубы, не разбирая всю батарею.

Недостатки

  • Котел для своей мощности физически велик.
  • Использование труб большого диаметра ограничивает его способность справляться с высокими давлениями, как это начали делать другие конструкции примерно в это время. Рабочее давление в 150 фунтов на квадратный дюйм было достаточным для привода составного парового двигателя, но неэффективным для паровой турбины.
  • Расположение трубок способствовало повышению эффективности котла, но не температуры перегревателя. Опять же, поскольку разработки перешли от поршневых двигателей в пользу турбин, это стало существенным ограничением.
Вариации
Малая трехбарабанная форма, печь справа

Хотя в целом они похожи, выпускаются варианты с разным количеством блоков трубок.

Трехбарабанная или V-образная форма

Эта более простая форма в основном используется для малых мощностей или для рекуперации тепла из других печных газов.

Четыре барабана или форма B

Это основная форма котла, которая дает эффективные результаты при экономичной конструкции.

Морская версия котла также этой формы.

Пятибарабанная или W-образная форма

Это более сложная форма, в которой для повышения эффективности используется дополнительный блок трубок. Он наиболее популярен для крупных установок, таких как электростанции, или там, где больше всего требуется эффективность, чтобы получить максимальный нагрев от ограниченного запаса топлива.

Морские котлы Стирлинга

Хотя в основном это наземный котел, четырехбарабанная форма также использовалась в качестве морского котла для питания больших кораблей.

Кирпичная кладка была заменена коробчатым стальным корпусом, облицованным огнеупорным кирпичом. Диаметр воды трубки был уменьшен до от 2 до 2 1 / 2  дюйма (50,8 и 63,5 мм). Чтобы избежать проблем со смещением уровня воды при качении корабля, бочки с водой были расположены поперек корпуса и снабжены внутренними перегородками.

Рекомендации
внешние ссылки
  • Ларри Тарвин. "Котел Стирлинга" (PDF). Американское общество инженеров-энергетиков. Проверено 20 февраля 2015.
Последняя правка сделана 2023-03-19 06:49:02
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте