4-9. Прошлое котлостроения
Паровые котлы строятся уже более двухсот лет. Сначала это были просто чугунные, железные или медные сундуки, ставившиеся на очаг. Но угловатый сосуд плохо выдерживает давление, и котлы начали делать в виде барабана с закругленными днищами, с расположенной сверху трубой для отвода пара. Такой вид имел котел знаменитой машины Ползунова. Много десятилетий строились котлы, состоявшие из одного только барабана. Эти котлы имели малую производительность и низкий к. п. д. Чтобы улучшить работу котлов, конструкции их стали усложнять. Внутри барабана стали пропускать трубы или пучки трубок, по которым проходили раскаленные дымовые газы из топки. Подобные котлы получили название «жаротрубных» и «дымогарных». Такой котел еще в 1830 г. применили Черепановы на своем паровозе. Идея оказалась настолько удачной, что и теперь на современных паровозах, во много раз более мощных и экономичных, чем черепановский, применяются дымогарные конструкции котлов.
Одновременно с жаротрубными котлами появился и другой тип котлов — водотрубный. Барабан котла снабдили трубками, по которым внутри циркулировала вода, а снаружи они омывались раскаленными газами.
В таких котлах тепло топлива использовалось лучше, чем в котлах, состоящих из одного только барабана. Благодаря большой поверхности соприкосновения водяных труб с горячими газами температура газов на выходе котла получалась низкой; меньше тепла бесполезно выбрасывалось наружу. В дальнейшем водяными трубами стали покрывать и стенки топки. Эти трубы уже воспринимали лучистую энергию самого факела горения топлива и предохраняли обмуровку топки от непосредственного воздействия высокой температуры.
Трубы, омывающиеся горячими газами, принято называть кипятильными трубами или конвективной поверхностью нагрева котла. Трубы, воспринимающие лучистую энергию — радиацию пламени, называют экранными трубами или радиационной поверхностью нагрева.
Первые паровые электростанции, появившиеся в конце прошлого века, были оборудованы именно водотрубными котлами. В России получили распространение котлы системы Шухова1 с поверхностью нагрева около 200 м2 и давлением пара в 6 ат.
Со времени котлов Шухова советское котлостроение далеко шагнуло вперед. Мощность отдельных котлов и давление пара в них значительно увеличились.
Совершенствовались и топки котлов. Сначала уголь сжигали на решетке из чугунных брусьев — на неподвижных колосниках. Потом появились механические решетки.
1 Инженер В. Г. Шухов, вс последствии почетный академик, был высокоодаренный и разносторонний конструктор. Котлы — только один из небольших участков его деятельности. Им созданы форсунки для жидкого топлива, первые нефтеперегонные аппараты, множество оригинальных конструкций перекрытий и башен. Из последних больше всего известна знаменитая радиомачта в Москве на Шаболовке, используемая теперь для телецентра.
Уголь стали подавать на решетку большими червячными винтами — вроде винтов от огромных мясорубок. А саму решетку для сжигания угля стали делать подвижной, как гусеницу от трактора или танка, но только размером побольше. Строились гусеницы-решетки, на которых уместился бы самый крупный танк. Позднее стали развиваться пылеугольные топки.
По мере увеличения мощности котлов барабаны их все уменьшались, а трубная система увеличивалась. В большинстве современных котлов барабаны уже не омываются горячими газами. Строят теперь котлы и совсем без барабанов — прямоточные котлы.
Прямоточный котел состоит из одного длинного пучка труб, вьющихся в виде сплошной ленты вокруг топки. С одного конца в эти трубы мощным насосом нагнетается вода. По мере своего движения по трубам она сначала подогревается, затем превращается в насыщенный пар и, наконец, в перегретый пар, идущий из выходного коллектора котла прямо к турбинам. Огромный змеевик прямоточного котла сваривают электрической и газовой сваркой из отдельных кусков труб. Затем сквозь сваренные трубы сжатым воздухом прогоняют стальной цилиндр с остро отточенным краем. Он срубает внутри все наплывы («грат»), получившиеся при сварке. После этого змеевики готовы к работе.
Первоначально слово «котел» означало вместилище для жидкости, котел был синонимом слова «горшок». Современные котлоагрегаты имеют мало общего с горшком.
Когда в котле сжигают малокалорийный, многозольный уголь, то на каждую тонну топлива получается около 3 т перегретого пара. При топливе лучшего качества можно получать 5—6 т пара на каждую тонну топлива.
Типичный современный мощный котлоагрегат дает 500—600 т пара в час при давлении до 140—180 ат. Этого достаточно для обеспечения работы с полной нагрузкой турбины в 150—200 тыс. кВт. В подобном котле сжигается в час 70—80 т топлива.
Это за последние несколько десятилетий появились такие большие и мощные котлы. В 1929 г. я проходил практику кочегаром на Киевской центральной электростанции. Во время ночной смены, в провал нагрузки, один из студентов-практикантов нашей группы попытался вздремнуть часок — забрался в топку ремонтировавшегося котла и прикурнул там. Но старший кочегар его сразу обнаружил и выволок за ноги из топки. В том котле нельзя было спрятаться, он был маленький, как котлы, которые стоят теперь в банях.
А в современный мощный котел при ремонте входит десяток людей, и не сразу найдешь, кто где. Эти маленькие котлы на Киевской ЦЭС были с ручной топкой. Надо было вручную забрасывать лопатой уголь на решетку, следить за тем, чтобы он ложился равномерным слоем по всей решетке, чтобы не получался «горб» посредине топки. Время от времени надо было «шуровать» уголь кочергой, подрезать запекшийся на решетке шлак ломом и выволакивать раскаленный шлак на пол котельной, где он заливался водой. Клубы удушливого дыма и пара окружали кочегара. Работать на таком маленьком котле было куда тяжелее, чем на современных гигантах, где все механизировано и автоматизировано.
4-10. ЦЭС на Васильевском острове
Одна из первых попыток создания центральной электрической станции была предпринята в 1880 г. в Петербурге товариществом «Электротехник». Оно представило в Петербургскую Городскую думу докладную записку с просьбой: «... отвести, близь Невского проспекта, место для постройки изящного железного павильона, с зеркальными стеклами, для устройства небольшого электрического завода». Товарищество «Электротехник» просило предоставить ему: «...право проводить вдоль Невского проспекта проводники для электрического освещения во все дома на протяжении от Адмиралтейской площади до Аничкова моста». За это Товарищество предлагало: «... зажигать для города бесплатно по одному электрическому фонарю на известное число фонарей, поставленных для частного употребления». В первую очередь предлагали бесплатно осветить Екатерининскую площадь перед Александринским театром.
Но предложение товарищества «Электротехник» не было принято.
Через три года была пущена электростанция, смонтированная на барке, закрепленной на якорях на р. Мойке у Невского проспекта. Видимо, это была одна из первых русских центральных электростанций. Есть сведения, что на этой электростанции работал, еще будучи студентом, изобретатель радио А. С. Попов.
На барке было установлено три паровых локомобиля и двенадцать динамомашин постоянного тока.
Рис. 4-7. Машинная и котельная установки центральной электрической станции 800 кВт на Васильевском острове в Петербурге, построенной инженерами Η. П. Булыгиным и Н. В. Смирновым.
В это же время в Петербурге начала действовать еще одна электрическая станция, расположенная в маленьком деревянном доме у Казанского собора. На Казанской «ЦЭС» было два паровых локомобиля и три динамомашины постоянного тока. Эту электростанцию обслуживало 9 человек.
Обе эти петербургские станции давали энергию для 1 327 электрических ламп и 80 фонарей. По тому времени это были крупные предприятия.
В 1895 г. в Петербурге на Васильевском острове начала действовать ЦЭС переменного тока, построенная русскими инженерами Η. П. Булыгиным и Н. В. Смирновым. Установленная мощность ее была 800 кВт (рис. 4-7)
Василеостровская ЦЭС долгие годы служила образцом для строительства подобных станций в России. Все устройство этой станции было глубоко продумано и тщательно выполнено. На этой станции были образцово поставлены планирование и организация производства электроэнергии.
