Техника - молодёжи 1953-01, страница 20

вой - сравнительно недавно разработанный и впервые предложенный советскими теплотехниками.

Здесь мы опять сталкиваемся с замечательным свойством человеческой культуры, умеющей обращать себе на пользу, казалось бы, явно вредные явления.

Речь идет о паразитических вихрях, неизбежно возникающих в топочном пространстве при движении через него газовоздушного потока, подобно тому как при соответствующем рельефе и очертании берегов реки в водяном потоке образуются вихри воды. Рыбаки обходят эти неприятные места, когда плывут по течению, но умеют использовать их на обратном пути, так как вращение воды в этих местах создаст участки обратного движения потока, облегчая перемещение лодки вверх по течению.

Представь себе теперь круглую йли овальную топочную камеру, в которую вдувается воздух касательно к ее внутренней стенке. Возникает общее интенсивное вращение газовоздушнсго потока, и так как в камере нет необтекаемых этим потоком мест, то и топливо вынуждено вращаться с этим потоком, даже если кусочки его имеют сравнительно крупные размеры. Если выход из такой камеры несколько сузить и расположить в центре вихря, то частицы топлива, отбрасываемые к периферии, не смогут выскочить из этой камеры, пока не сгорят. Такая камера напоминает собою обычные циклоны, которые применяются, например, для улавливания пыли из воздушного потока, почему такие топки и были названы циклонными.

Этот, самый молодой тип топочных устройств обещает стать для ряда твердых топлив особенно эффективным. На каменных углях определенного сорта в нем уже удалось достигнуть удельного тепловыделения свыше десяти миллионов калорий на кубический метр в час и настолько поднять температурный уровень процесса, что стало возможным непрерывное удаление шлаков в расплавленном виде.

Можно было бы и дальше развертывать и диференцировать задачи и возможности, возникающие перед огнетехникой, но и рассказанного достаточно, чтобы почувствовать, насколько велики и многозначащи перспективы топочной техники.

Теперь поговорим о чайнике. В самом ли деле всякий чайник, даже очень большой, годится для производства промышленного пара?

Действительно, на заре развития пароэнергетики паровые котлы напоминали собой больших размеров котлы бытового типа. В таком именно котле под повышенным давлением Папин сварил когда-то кости, переведя их в раствор, и угостил этим варевом английских лордов.

Принцип работы современных паровых котлов гораздо сложнее и тоньше. Задачей котельной уста

новки является производство пара в заданном количестве и заданного качества. Качество пара, применяемого в современных установках, определяется его давлением и перегревом При испарении воды в простом котле мы можем в лучшем случае получить сухой насыщенный пар, а практически он оказывается влажно-насыщенным, то-есть содержащим в себе взвешенные частицы нсиспаренной жидкости. Насыщенный пар - вещество неустойчивое: при малейшем охлаждении часть его, конденсируясь, снова превращается в воду-Такая конденсация может происходить и в трубопроводе, по которому движется пар к потребителю, и, наконец, в самом двигателе. Кроме того, неиспарснная влага несет с собой соли, могущие отлагаться на рабочих органах установки.

В современных паросиловых установках применяется только перегретый пар, то-есть доведенный до значительно более высокой температуры, чем та, при которой он образуется из кипящей жидкости. В этом случае пар становится не только устойчивым веществом, подобным газу, но и содержащееся в нем тепло обладает более высоким тепловым потенциалом, что позволяет большее количество этого тепла превратить в механическую работу двигателя.

Производство пара складывается из трех основных рабочих операций: подогрева воды до температуры кипения при заданном давлении — процесс, напоминающий то, что при атмосферном давлении происходит в нашем чайнике; перевода воды в парообразное состояние в виде насыщенного пара при заданном давлении; наконец, превращение насыщенного пара в перегретый до заданной температуры. Все эти три операции происходят в трех особых рабочих органах установки: водоподогревателе, парообразователе и пароперегревателе.

Физические свойства воды и пара существенно меняются с повышением давления, что приводит и к изменению соотношений в расходе тепла, потребного на доведение жидкой воды до кипения, на испарение и на перегрев. Теплота жидкости при этом неизменно растет, теплота парообразования падает. Это легко понять, так как с повышением давления жидкость труднее переходит в парообразное состояние и требует более высокого нагрева. Расход же тепла на изменение жидкого состояния в парообразное связан с изменением объема

Факельная топка. Топг ливо сжигается в виде пыли. Физический труд при обслуживании почти не применяется.

Циклонная топка. Топливо сгорает во взвешенном состоянии в искусственно созданном вихре. Имеет минимальные тепловые потери.

вещества, которое будет тем меньше, чем плотнее образующийся пар, то-есть чем больше его давление.

При сравнительно низких температурах нагрева вода расширяется весьма мало и соответственно мало меняется ее удельный объем. Однако при высоких температурах, при которых она кдпит под высокими давлениями, она расширяется уже весьма заметно, увеличивая свой удельный объем по мере повышения температуры кипения, то-есть по мере увеличения давления пара. В противовес этому пар с повышением давления значительно уменьшает свой удельный объем, уплотняется, и это происходит до тех пор, пока удельные объемы жидкости и пара не сравняются в так называемой критической точке. Для воды это имеет место при давлении около 225 атмосфер и температуре кипения 374^сС. Впрочем, в этой точке никакого кипения в обычном понимании уже и не возникает, так как вода без изменения объема переходит в парообразное состояние. И так как при таком переходе не требуется затрачивать работы, то и на самое испарение не расходуется никакого тепла. Таким образом, при переходе в область высоких давлений роль испарителя сходит на нет, а операции водоподогрева и паро-перегрева значительно возрастают.

В начале XX века паросиловые установки в основном не применяли пара с давлением выше 12 атмосфер. В настоящее время в промышленной и станционной энергетике широко применяется давление в 30-40 атмосфер. В крупной станционной энергетике уже освоено давление в 100 атмосфер и осуществляется переход на сверхвысокое давление в 170 — 180 атмосфер, которое в настоящее время признано наиболее рентабельным для паросиловых установок. Перегрев пара в настоящее время может достигать 500 —600'С, причем дальнейшее повышение его ограничивается в основном качеством применяемого металла. Если завтра металлурги создадут еще более термостойкий металл, паротехники ответят на это дальнейшим повышением перегрева пара. Весьма значительно выросла и производительность отдельных агрегатов: если в начале века она достигала всего 2—10 тонн пара в час, то в настоящее время производительность наших агрегатов исчисляется сотнями тонн в час, то-есть равна не только целой батарее котлов старого типа, но и заменяет несколько старых кочегарок, вместе взятых.

Производительность установки определяется скоростью передачи тепла от высокотемпературных газообразных продуктов сгорания топлива воде и пару через стенки котла. Именно от скорости теплообмена зависит, сколько и какого пара мы будем в состоянии выработать в котельной установке.

Силовая топка. Применяется в газовых турбинах и в агрегатах_г работающих на реактивном принципе*