Начало эры парогенераторов
Первый в истории промышленный парогенератор появился в конце 17 века. Английский механик Томас Севери (Savery Thomas, 1650 – 1715 гг.) предложил использовать пар для упрощения процесса различных производств, для чего, потребовался надежный и перспективный источник пара. В те годы в Европе, стремительными темпами развивалась металлургическая и горнодобывающая отрасль, поэтому Томасом был разработан камерный нагнетательно-всасывающий насос для откачки воды из шахт, который приводился в движение парогенератором. Это устройство обрело достаточно широкое практическое применение, и позднее эволюционировало в современные промышленные парогенераторы для выработки водяного пара с давлением выше атмосферного.
Парогенераторы или, - паровые котлы, человечество использовало задолго до изобретения Севери, хоть их целесообразность и эффективность подвергалась большим сомнениям. Однако поскольку именно Томас Севери в небольшом городке Шилстон, близ Модбери (Девоншир) в 1698 году первым «привел» эти агрегаты на промышленные предприятия, после чего началось их бурное развитие, его парогенератор принято считать «первым промышленным». Насос с парогенератором Севери в 1707 году был выписан из Англии Петром I и смонтирован в Летнем саду Петербурга для подачи воды в фонтаны.
Эолипил Герона
Попытка использовать пар для практических нужд в «крупных» масштабах была предпринята еще в 1 веке нашей эры, примерно между 10-70 годами. Античный ученый Герон Александрийский (Hero Alexandrinus, 10–70 гг.), автор множества научных трудов, живший в Египте и преподававший в Александрийском музее, собрал агрегат, «сердцем» которого был парогенератор в виде обыкновенного котла с водой и плотно запаянной крышкой, подогреваемый снизу горящими поленьями дров. В крышку были впаяны две пароподающие трубки, на которых крепился свободно вращающийся на шарнирах полый шар с двумя Г-образными патрубками-соплами. Пар, вырывавшийся из сопел, раскручивал шар до 3500 оборотов в минуту! Герон предполагал с помощью своего изобретения, названного «Эолипил», что в переводе с греческого означает «шар бога ветров Эола», «автоматизировать» открывание-закрывание дверей в храмах, но всерьез его не приняли.
Парогенератор Леонардо
Спустя полтора тысячелетия, к созданию парогенератора для одного своих изобретений обратился великий Леонардо да Винчи (Leonardo di ser Piero da Vinci, 1452–1519 гг.). Для своей «паровой пушки», которая по идее должна была стрелять чугунными ядрами, выталкиваемыми из ствола силой пара, Леонардо собрал прообраз парового котла. Выглядел он как бронзовая труба, запаянная с обоих концов, с одной стороны которой было запечатываемое отверстие для залива воды, а с другой, запаянная трубка с диаметром, равным внутреннему диаметру ствола пушки. Разогревался данный парогенератор традиционно – дровами. Трубка, подведенная к пушке, запаивалась более тонким слоем меди, за счет чего, при повышении давления в парогенераторе ее «выбивало» и освободившийся пар вырывался наружу «вынося» ядро из ствола пушки на то или иное расстояние. Изобретение оказалось «неуправляемым» и не было «принято на вооружение».
Парогенератор Ньюкмена
После того, как «машина для подъема воды с помощью движущей силы огня (пара)» - так именовался аппарат Томаса Севери в заключении бюро, выдавшего ему патент на изобретение, обрел успех, промышленные парогенераторы вступили в период своего расцвета и многообразия. Промышленники поняли, что сила ветрового или водяного привода мизерно мала, по сравнению с силой пара. Для его выработки придумывались десятки парогенераторов, мощность которых возрастала с каждым десятилетием. Сфера применения горячего пара ширились еще быстрее, чем изобретались новые источники пара. В 1712 году торговец скобяными изделиями Пол Ньюкмен, решив «сделать деньги» на откачке воды из шахт, усовершенствовал парогенератор Томаса Севери, а точнее, увеличил его до невероятных размеров.
Парогенератор Ньюкмена выглядел, как огромная перевернутая чаша, в центр которой была вставлена труба высотой с пятиэтажный дом. Чаша была топкой, в нижней части «трубы» кипела вода, а в верхней был установлен поршень, который периодически выталкивала очередная порция пара. Поршень приводил в движение насос. Проблема этого парогенератора была в том, что он был очень «прожорлив» - пятьдесят лошадей едва успевали подвозить ему уголь, который почти беспрерывно забрасывал кочегар в топку. Однако высокая мощность парогенератора Ньюкмена позволила другим изобретателям, усовершенствовав его, реализовать парогенераторы в десятках отраслях промышленности. В 1768 году Джеймс Ватт использовал пар для создания паровой машины, а в 1784 году провел в свою контору трубы с горячим паром, впервые в истории человечества применив его для отопления.
Во второй половине XIX века промышленные парогенераторы сформировались во вполне определенные устройства, называемые паровыми котлами, которые имели общие конструктивные особенности. Простейший тип парогенератора – это паровой котел в виде железной трубы, диаметром в 0,9—1,5 метров, длиной в 20 и более метров, закрытой на концах железными крышками. Труба и крышки состоят из железных листов толщиной в 7—10 мм и более, склепанных между собой. Для увеличения поверхности нагрева, к цилиндру котла присоединяются один или два добавочных цилиндра меньшего диаметра. Топливо сжигается на чугунной колосниковой решетке под котлом в топке. Открытый огонь, а главным образом горячие газы, которые проходят по дымовой трубе, опоясывающей цилиндры, нагревают воду. Для управления огнем, топка оснащена заслонкой или задвижкой. Парообразование осуществляется в главном котле, а в дополнительных цилиндрах вода лишь подогревается до температуры ниже, чем температура кипения.
Изготовляться они (парогенераторы) должны из не пропускающего пар и выдерживающего его давление, плотного и прочного материала. Предпочтительнее всего для изготовления парогенераторов использовать листовое железо, сталь или красную медь. Чугун, по причине его ненадежности нежелателен. Убыль пара должна возмещаться вновь образующимся в котле паром, иначе давление в котле парогенератора станет весьма быстро понижаться. В связи с этим, размеры котла и топки должны быть хорошо согласованы. Питательная вода подводится по специальной трубке. В котлах фабричных или заводских в 60 лошадиных сил (промышленных парогенераторах) должно производиться 900 кг весового количества пара в час.
В Англии увеличили поверхность нагрева котлов иным способом. Для этого внутри цилиндрического котла монтировали одну или две трубы, которые назывались жаровыми, топочными или пламенными. Так их называли потому, что каждая туба по сути являлась внутренней топкой, разогревавшей воду изнутри. Парогенераторы с одной внутренней топкой называли корнвалийскими или корнуэльскими (Cornish boiler), a с двумя жаровыми трубами - ланкаширскими (Lancashire boiler). Оба типа парогенераторов приобрели большую популярность в Европе. Единственным минусом таких конструкций было то, что топочные трубы внутри котла парогенератора часто сплющивались под давлением пара, ведь оно не регулировалось выпускными клапанами, но из-за эффективности их использовали очень долго. В будущем, эти внутренние топки будут заменены на ТЭНы и другие современные нагревательные элементы.
Парогенераторы Шухова
Одним из его значимых изобретений в области теплотехники был парогенератор, который мог работать на жидком топливе. В 1880 г. В. Г. Шухов впервые в мире применил для нагрева воды в котле факельное сжигание жидкого топлива с помощью изобретенной им же форсунки. Она позволяла сжигать даже ничего не стоящий мазут, который в то время относился к отходам переработки нефти. В патенте, полученном В.Г. Шуховым в 1896 г., отмечалась оригинальная конструкция трубчатых батарей в виде «рубашки» для топки, состоящей из заполненных водой циркуляционных трубок. Эта технология «дожила» до наших дней, получив название «экранирование» и сегодня в несколько измененном виде применяется в конструкциях некоторых типов парогенераторов.
Коррозия судовых паровых котлов и ее предотвращение.
Коррозия элементов котла происходит в результате химических и электрохимических процессов, приводящих к разрушению металла. Электрохимической коррозии подвержены:
- водоподготовительное оборудование;
-тракт питательной воды котла.
Химическая коррозия может протекать в пароперегревателях и паропроводах.
Различают следующие виды коррозии:
1. Общая коррозия - охватывает всю или почти всю поверхность металла, находящуюся под действием агрессивной среды, и протекает приблизительно с одинаковой скоростью по всей поверхности металла. Общая коррозия может быть следствием недостатков конструкции котла или чаще всего неправильной его технической эксплуатации - нарушение правил консервации и т. д. При нарушении правил технической эксплуатации и, в частности, водного режима паровой котел может выйти из строя через 5-6 лет и даже раньше, вследствие недопустимого уменьшения толщины стенок труб и разрушения металла.
2. Местная коррозия - охватывает лишь некоторые участки поверхности металла. При этом различают: коррозию пятнами, язвенную, точечную, межкристаллитную. На поверхности металла, соприкасавшегося с водой и паром, могут иметь место все указанные формы коррозийных разрушений.
