Yangın borulu kazan - Fire-tube boiler
Bir yangın borulu kazan , sıcak gazların bir yangından sızdırmaz bir su kabından geçen bir veya daha fazla borudan geçtiği bir kazan türüdür. Gazların ısısı , ısı iletimi , suyu ısıtma ve nihayetinde buhar oluşturma yoluyla boruların duvarlarından aktarılır .
Yangın borulu kazan, dört ana tarihsel kazan tipinin üçüncüsü olarak geliştirildi: düşük basınçlı tank veya " samanlık " kazanlar, bir veya iki büyük bacalı bacalı kazanlar , çok sayıda küçük borulu yangın borulu kazanlar ve yüksek basınçlı. su borulu kazanlar . Tek büyük bacalı bacalı kazanlara göre avantajları, birçok küçük borunun aynı toplam kazan hacmi için çok daha büyük ısıtma yüzey alanı sunmasıdır. Genel yapı, yangından çıkan sıcak baca gazlarını taşıyan tüplerin nüfuz ettiği bir su deposu şeklindedir . Tank, çoğunlukla silindiriktir - basınçlı bir kap için en güçlü pratik şekildir - ve bu silindirik tank, yatay veya dikey olabilir.
Bu tip kazan hemen hemen tüm buharlı lokomotiflerde yatay "lokomotif" biçiminde kullanılmıştır. Bu, yangın tüplerini içeren silindirik bir namluya sahiptir, ancak aynı zamanda bir ucunda "ateş kutusunu" barındırmak için bir uzantıya sahiptir. Bu ocak, geniş bir ızgara alanı sağlamak için açık bir tabana sahiptir ve genellikle dikdörtgen veya konik bir muhafaza oluşturmak için silindirik namlunun ötesine uzanır. Yatay yangın borulu kazan, Scotch kazan kullanan denizcilik uygulamalarının tipik bir örneğidir ; bu nedenle, bu kazanlara yaygın olarak "scotch-marine" veya "marine" tipi kazanlar denir. Dikey kazanlar da çok sayıda yangın borulu tipte yapılmıştır, ancak bunlar nispeten nadirdir; dikey kazanların çoğu ya bacalı ya da çapraz su boruluydu.
Operasyon
Lokomotif tipi kazanda, sıcak yanma gazları üretmek için bir ocakta yakıt yakılır . Ateş kutusu, uzun, silindirik kazan gövdesine bağlı bir soğutma suyu ceketi ile çevrilidir. Sıcak gazlar , kazana giren ve suyu ısıtan ve böylece doymuş ("ıslak") buhar üreten bir dizi yangın tüpü veya baca boyunca yönlendirilir. Buhar , toplandığı kazanın en yüksek noktası olan buhar kubbesine yükselir. Kubbe, buharın kazandan çıkışını kontrol eden regülatörün yeridir.
Lokomotif kazanında, doymuş buhar, buharı kurutmak ve aşırı ısıtılmış buhara ısıtmak için kazanın üstündeki daha büyük bacalardan geri dönerek bir kızdırıcıya çok sık geçirilir . Kızgın buhar, mekanik iş üretmek için buhar motorunun silindirlerine veya çok nadiren bir türbine yönlendirilir. Egzoz gazları bir bacadan dışarı verilir ve kazanın verimini artırmak için besleme suyunun ön ısıtılması için kullanılabilir.
Ateş borulu kazanlar için, özellikle denizcilik uygulamalarında, taslak genellikle uzun bir baca tarafından sağlanır . Stephenson's Rocket'ten bu yana tüm buharlı lokomotiflerde , kısmi bir vakum sağlamak için egzoz buharının silindirlerden bir püskürtme borusu aracılığıyla bacaya yönlendirilmesiyle ek çekiş sağlanır . Modern endüstriyel kazanlar, kazanın cebri veya indüklenmiş çekişini sağlamak için fanlar kullanır.
Bir diğer önemli bir ilerleme roket küçük çaplı firetubes (bir sayıda olduğu çok borulu kazan ) yerine tek bir büyük baca. Bu, ısı transferi için yüzey alanını büyük ölçüde artırdı ve buharın çok daha yüksek bir oranda üretilmesine izin verdi. Bu olmadan, buharlı lokomotifler asla güçlü ana taşıyıcılar olarak etkili bir şekilde gelişemezdi .
Türler
İlgili ata tipi hakkında daha fazla ayrıntı için bkz. Bacalı kazanlar .
korniş kazan
Yangın borulu kazanın en eski biçimi Richard Trevithick'in "yüksek basınçlı" Cornish kazanıydı. Bu, ateşi içeren tek bir büyük bacaya sahip uzun yatay bir silindirdir. Ateş, bu bacanın karşısına yerleştirilmiş demir bir ızgara üzerindeydi ve altında yanıcı olmayan kalıntıları toplamak için sığ bir küllük vardı. Bugün düşük basınçlı (inç kare başına muhtemelen 25 pound (170 kPa)) olarak kabul edilmesine rağmen, silindirik bir kazan kabuğunun kullanılması, Newcomen'in gününün önceki "samanlık" kazanlarından daha yüksek bir basınca izin verdi . Fırın doğal çekişe (hava akışı) dayandığından , yangına iyi bir hava (oksijen) beslemesini teşvik etmek için bacanın uzak ucunda uzun bir baca gerekliydi.
Verimlilik için, kazan genellikle altında tuğladan yapılmış bir oda ile kapatılmıştır . Baca gazları, ateş borusundan geçtikten sonra, demir kazan kabuğunun dışında, buradan ve böylece şimdi kazanın ön yüzüne yerleştirilmiş olan bir bacaya yönlendirildi.
Lancashire kazanı
Lancashire kazanı Cornish'e benzer, ancak yangınları içeren iki büyük bacaya sahiptir. Bu icadı olan William Fairbairn'in su hacmine fırın ızgara alanı göreceli artırmak için götürdü daha verimli kazanlar termodinamiğin teorik dikkate alınmaz, 1844 yılında.
Daha sonraki gelişmeler, Galloway tüplerini (1848'de patenti alınan mucitlerinden sonra), baca boyunca çapraz su tüplerini ekledi , böylece ısıtılmış yüzey alanını artırdı. Bunlar büyük çaplı kısa borular olduğundan ve kazan nispeten düşük bir basınç kullanmaya devam ettiğinden, bu hala su borulu bir kazan olarak kabul edilmez. Borular, bacadan kurulumlarını kolaylaştırmak için konikleştirilmiştir.
.jpg)
İskoç deniz kazanı
Scotch deniz kazanı, çok sayıda küçük çaplı boru kullanılması bakımından öncekilerden önemli ölçüde farklıdır. Bu, hacim ve ağırlık için çok daha büyük bir ısıtma yüzey alanı sağlar. Fırın, üzerinde düzenlenmiş birçok küçük boru ile tek bir büyük çaplı boru olarak kalır. Bir yanma odası – tamamen kazan gövdesi içinde bulunan kapalı bir hacim – aracılığıyla birbirine bağlanırlar, böylece baca gazının yangın borularından akışı arkadan öne olur. Bu tüplerin önünü kaplayan kapalı bir duman kutusu, yukarıya doğru bacaya veya huniye gider. Tipik Scotch kazanlarında bir çift fırın bulunurken, daha büyük olanlarda üç fırın bulunur. Bu boyutun üzerinde, örneğin büyük buharlı gemiler için , birden fazla kazan kurmak daha olağandı.
Lokomotif kazanı
Bir lokomotif kazanının üç ana bileşeni vardır: çift duvarlı bir ateş kutusu ; çok sayıda küçük baca borusu içeren yatay, silindirik bir "kazan namlusu"; ve Smokebox ile baca atık gazları için. Kazan namlusu, varsa kızdırıcı elemanları taşımak için daha büyük baca boruları içerir . Duman kutusundaki bir püskürtme borusu aracılığıyla egzoza geri egzoz buharı enjekte edilerek lokomotif kazanında cebri çekiş sağlanır .
Lokomotif tipi kazanlar ayrıca cer motorlarında , buharlı silindirlerde , portatif motorlarda ve diğer bazı buharlı kara taşıtlarında kullanılmaktadır. Kazanın doğal gücü, aracın temeli olarak kullanıldığı anlamına gelir: tekerlekler de dahil olmak üzere diğer tüm bileşenler, kazana bağlı braketlere monte edilmiştir. Bu tip kazanlarda tasarlanmış kızdırıcıları bulmak nadirdir ve genellikle demiryolu lokomotif tiplerinden çok daha küçüktür (ve daha basittir).
Lokomotif tipi kazan, aynı zamanda , kamyonun buharla çalışan öncüsü olan aşırı tip buharlı vagonun bir özelliğidir . Ancak bu durumda ağır kiriş çerçeveler aracın taşıyıcı şasesini oluşturur ve buna kazan takılır.
- konik kazan
Bazı demiryolu lokomotif kazanları, ocak ucunda daha büyük bir çaptan duman kutusu ucunda daha küçük bir çapa doğru incelir . Bu, ağırlığı azaltır ve su sirkülasyonunu iyileştirir. Daha sonra Great Western Demiryolu ve Londra, Midland ve İskoç Demiryolu lokomotifleri, konik kazanları almak için tasarlanmış veya modifiye edilmiştir.
Dikey yangın borulu kazan
Bir dikey yangın borulu kazan halk dilinde "dikey kazan" olarak bilinen (SAT), birçok dikey baca tüpler ihtiva eden bir dik silindirik bir kabuk vardır.
Yatay dönüşlü borulu kazan
Yatay dönüş borulu kazan (HRT), birkaç yatay baca borusu içeren yatay silindirik bir kabuğa sahiptir ve yangın, genellikle bir tuğla ayarı içinde, doğrudan kazanın kabuğunun altına yerleştirilmiştir.
Admiralty tipi direkt borulu kazan
Zırhlıların öncesinde ve ilk günlerinde Britanya tarafından yaygın olarak kullanılan tek korunan yer su hattının altında, bazen zırhlı bir güvertenin altındaydı, bu nedenle kısa güvertelerin altına sığacak şekilde borular fırının üzerine geri yönlendirilmedi, doğrudan ocaktan devam etti. yanma odasını ikisi arasında tutarak. Bu nedenle, her yerde bulunan Scotch veya dönüş borulu kazana kıyasla isim ve önemli ölçüde azaltılmış çap. Bu büyük bir başarı değildi ve daha güçlü yan zırhların getirilmesinden sonra kullanımı terk edildi - “su seviyesine çok yakın olan fırın kronları aşırı ısınmaya çok daha yatkın. Ayrıca, kazanın uzunluğundan dolayı, eşit bir eğim açısı için su seviyesi üzerindeki etki çok daha fazladır. Son olarak, kazanın çeşitli kısımlarının eşit olmayan genleşmesi, boy ve çapı arasındaki artan oran nedeniyle, özellikle üst ve alt kısımda daha belirgindir; uzun ve düşük kazanlardaki nispeten zayıf sirkülasyon nedeniyle yerel zorlamalar da daha şiddetlidir.” Bütün bunlar aynı zamanda daha kısa bir ömürle sonuçlandı. Ayrıca, aynı uzunlukta bir yanma odası, en azından şaşırtma olmaksızın, doğrudan borulu bir dönüş borulu kazana göre çok daha az etkiliydi.
Daldırma yakıtlı kazan
Daldırma yakıtlı kazan, 1940'larda Sellers Engineering tarafından geliştirilen tek geçişli yangın borulu bir kazandır. Sadece bir fırın ve yanma odası olarak işlev gören ve basınç altında önceden karıştırılmış hava ve doğal gaz enjekte eden çoklu brülör nozulları olan ateş borularına sahiptir. Termal streslerin azaldığını iddia ediyor ve yapısı nedeniyle tamamen refrakter tuğladan yoksun.
Varyasyonlar
Su boruları
Ateş borulu kazanlarda bazen ısıtma yüzeyini artırmak için su boruları da bulunur. Bir Cornish kazanı, baca çapı boyunca birkaç su borusuna sahip olabilir (bu, buhar püskürtmelerinde yaygındır ). Geniş bir ateş kutusuna sahip bir lokomotif kazanı, kemer borularına veya termik sifonlara sahip olabilir . Ateş kutusu teknolojisi geliştikçe, sıcak baca gazlarının akışını yangın tüplerine akmadan önce ocak kutusunun üstüne yönlendirmek için ateş kutusunun içine bir ateş tuğlası bölmesi (ısıya dayanıklı tuğlalar) yerleştirmenin, yangın tüplerine akmadan önce verimliliği arttırdığı bulundu. üst ve alt yangın tüpleri arasındaki ısı. Bunları yerinde tutmak için metal bir braket kullanıldı, ancak bu braketlerin yanmasını ve aşınmasını önlemek için su boruları olarak inşa edildiler, kazanın tabanından gelen soğuk su, ısındıkça konveksiyonla yukarı doğru hareket ediyor ve ısıyı taşıyordu. metal arıza sıcaklığına ulaşmadan uzaklaştı.
Isıtma yüzeyini arttırmanın başka bir tekniği , kazan borularının (Servis boruları olarak da bilinir) içine iç yivler eklemektir .
Tüm kabuk kazanlar buharı yükseltmez; bazıları özellikle basınçlı suyu ısıtmak için tasarlanmıştır.
ters alev
Lancashire tasarımına saygıyla, modern kabuklu kazanlar ikiz fırın tasarımıyla gelebilir. Daha yeni bir gelişme, brülörün kör bir fırına ateşlendiği ve yanma gazlarının kendi kendilerine geri döndüğü ters alev tasarımı olmuştur. Bu, daha kompakt bir tasarım ve daha az boru tesisatı ile sonuçlanır.
Paket kazan
"Paket" kazan terimi, 20. yüzyılın başlarından ortalarına kadar gelişti; tüm izolasyonları, elektrik panoları, valfleri, göstergeleri ve yakıt brülörleri üretici tarafından halihazırda monte edilmiş olarak kurulum sahasına teslim edilen konut tipi ısıtma kazanlarını tanımlamak için kullanılır. Diğer dağıtım yöntemleri, önceden monte edilmiş bir basınçlı kaba veya basınçlı kabın bir set olarak teslim edildiği bir "demonte" kazana diğer bileşenlerin yerinde eklendiği kömür yakma çağındaki önceki uygulamaya daha yakından benzemektedir. yerinde monte edilecek dökümlerin sayısı. Genel bir kural olarak, fabrika montajı çok daha uygun maliyetlidir ve evde kullanım için ambalajlı kazan tercih edilen seçenektir. Parça montajlı teslimatlar, yalnızca erişim kısıtlamaları nedeniyle gerektiğinde kullanılır - örneğin, bir bodrum montaj alanına tek erişim dar bir merdivenden aşağı olduğunda.
Güvenlik hususları
Yangın bacası kazanının kendisi basınçlı kap olduğundan, mekanik arızayı önlemek için bir dizi güvenlik özelliği gerektirir. Bir BLEVE (Kaynayan Sıvı Genişleyen Buhar Patlaması) türü olan kazan patlaması yıkıcı olabilir.
- Emniyet valfleri , tehlikeli bir basınç oluşmadan önce buharı serbest bırakır
- Ateş kutusunun üzerindeki eriyebilir tapalar , ateş kutusu plakalarınınkinden daha düşük bir sıcaklıkta erir, böylece su seviyesi ateş kutusu tepesini güvenli bir şekilde soğutmak için çok düşükse, gürültülü buhar çıkışıyla operatörleri uyarır.
- Kalkarlar veya bağlar, ateş kutusunu ve kazan muhafazasını fiziksel olarak birbirine bağlayarak bükülmelerini önler. Herhangi bir korozyon gizli olduğundan, dayanaklarda , emniyetsiz hale gelmeden önce sızdıran, ihbar adı verilen uzunlamasına delikler olabilir .
Stanley Steamer otomobilinde kullanılan yangın borulu tip kazan, kazanın dış kabuğundan daha zayıf olan birkaç yüz boruya sahipti, bu da borular kazan patlamadan çok önce arızalanıp sızıntı yapacağından patlamayı neredeyse imkansız hale getiriyordu. Stanley'lerin ilk üretilmesinden bu yana yaklaşık 100 yıl içinde, hiçbir Stanley kazanı patlamadı.
Ekonomi ve verimlilik
Aşırı bisiklet
Bir kazan her açılıp kapandığında verimini kaybedebilir. Yangın başladığında yanma verimi, kararlı durum koşulları hakim olana kadar genellikle daha düşüktür. Yangın durduğunda, sıcak baca soğuyana kadar iç mekandan ilave hava çekmeye devam eder.
Aşırı döngü en aza indirilebilir
- Modülasyonlu kazanlar, modülasyonsuz kazanlardan (tam ateşleme hızında çalışan) daha uzun süre çalışabilir (yüklere uygun ateşleme oranlarında).
- Yoğuşmalı modülasyonlu kazanlar kullanarak.
- Yoğuşmasız modülasyonlu kazan kullanarak.
- STOP ve START arasında daha büyük sıcaklık farkları ile kontrolleri (sıcaklık sensörlü termostatlar veya kontrolör) ayarlayarak.
- Yoğuşmasız Kazanlarda, ocak yanı korozyonunu önlemek için kazana minimum 130 °F (54 °C) ila 150 °F (66 °C) dönüş suyu sıcaklığı sağlayacak şekilde hükümler koyun.
- MİNİMUM KAPALI sürelerini 8 ila 15 dakikaya ayarlayarak. Konforlu ısıtma yükleri için kısa zaman aralıkları genellikle bina sakinlerinin şikayetlerini tetiklemez.
Ortak hükümler, pompa(lar) ile bir birincil boru devresi ve pompa(lar) ile bir ikincil boru devresi sağlamaktır; ve suyu birincil çevrimden ikincil çevrime aktarmak için değişken hız kontrollü bir pompa veya ikincil çevrimden birincil çevrime suyu yönlendirmek için 3 yollu bir vana.
Yoğuşmasız kazanlarda ocak başı korozyonu
Özel tasarıma bağlı olarak, kazana 130 °F (54 °C) ila 150 °F (66 °C) arasında bir minimum dönüş suyu sıcaklığı, baca gazındaki su buharının yoğuşmasını ve CO2'nin çözülmesini önlemek için kullanılır.
2ve SO
2Karbolik ve sülfürik asit oluşturan baca gazlarından , ısı eşanjörüne zarar veren aşındırıcı bir sıvı.
Yoğuşmalı kazanlar
Yoğuşmalı kazanlar, baca gazlarındaki su buharından buharlaşma ısısını çekerek daha düşük ateşleme hızlarında %2 veya daha fazla verimli olabilir. Verimlilik artışı, yakıta ve toplamın bir kısmı olarak geri kazanılacak mevcut enerjiye bağlıdır. Propan veya akaryakıttan nispeten daha az geri kazanılabilir enerji içeren metan baca gazı. Yoğuşan su, bacadaki çözünmüş karbon dioksit ve kükürt oksitler nedeniyle aşındırıcıdır ve atılmadan önce nötralize edilmelidir.
Yoğuşmalı kazanlar, yoğuşmasız kazanlara göre tipik olarak %84 ila %92 arasında daha yüksek bir mevsimsel verimliliğe sahiptir, tipik olarak %70 ila %75. Mevsimsel verimlilik, kazanın aktif olarak ateşlendiğindeki verimliliği olan ve duran kayıpları hariç tutan yanma veriminin aksine, tüm ısıtma sezonu boyunca kazanın genel verimliliğidir. Daha yüksek mevsimsel verimlilik, kısmen, baca gazını yoğunlaştırmak için kullanılan daha düşük kazan sıcaklığının, kapalı çevrim sırasında duran kayıpları azaltmasından kaynaklanmaktadır. Daha düşük kazan sıcaklığı, yoğuşmalı bir buhar kazanını engeller ve su sistemlerinde daha düşük radyatör sıcaklıkları gerektirir.
Yoğuşma bölgesinde çalışmanın daha yüksek verimliliği her zaman mevcut değildir. Tatmin edici kullanım sıcak suyu üretmek için sıklıkla, ısı eşanjörü yüzeyinde etkin yoğuşmaya izin verenden daha yüksek kazan suyu sıcaklığı gerekir. Soğuk havalarda, binanın radyatör yüzey alanı genellikle düşük kazan sıcaklıklarında yeterli ısıyı sağlayacak kadar geniş değildir, bu nedenle kazanın kontrolü, ısıtma talebini karşılamak için kazan sıcaklığını gerektiği gibi yükseltir. Bu iki faktör, farklı tesislerde yaşanan verimlilik kazanımlarının değişkenliğinin çoğunu açıklar.
Bakım onarım
Yüksek basınçlı demiryolu buhar kazanını güvenli durumda tutmak için yoğun bir bakım programı gereklidir.
Günlük muayene
Tüp plakaları, eriyebilir tapa ve ateş kutusu çubuklarının kafaları sızıntılara karşı kontrol edilmelidir. Kazan armatürlerinin, özellikle su göstergelerinin ve su besleme mekanizmalarının doğru çalıştığı teyit edilmelidir. Buhar basıncı, emniyet valflerinin kalktığı seviyeye yükseltilmeli ve manometre göstergesi ile karşılaştırılmalıdır.
yıkama
Bir lokomotif kazanının çalışma ömrü, sabit bir soğutma ve ısıtma döngüsünden kurtulursa önemli ölçüde uzar. Tarihsel olarak, bir lokomotif yaklaşık sekiz ila on günlük bir süre boyunca sürekli olarak "buharda" tutulacak ve daha sonra sıcak su kazanının yıkanması için yeterince soğumaya bırakılacaktır. Ekspres motorların programı kilometreye dayanıyordu. Günümüzün korunmuş lokomotifleri genellikle sürekli buharda tutulmamaktadır ve önerilen yıkama aralığı artık on beş ila otuz gündür, ancak 180 güne kadar herhangi bir şey mümkündür.
İşlem , kazanda bir miktar basınç kalırken bir “blöf” ile başlar , ardından kazanın tabanındaki “çamurluklardan” tüm kazan suyunun boşaltılması ve tüm “yıkama tapalarının” çıkarılmasıyla başlar. Ölçek sonra jeti ya da bir yüksek basınçlı su jeti ve örneğin bakır gibi yumuşak metal çubuklar kullanılarak iç yüzeyleri ile kazınır. Ocak tacı ve fırın kutusunun etrafındaki dar su boşlukları gibi kireç oluşumuna özellikle duyarlı alanlara özel dikkat gösterilir. Kazanın içi, tapa deliklerinden kontrol edilerek, yangın tüplerinin, ocak tacı ve çubuklarının bütünlüğü ve kazan plakalarında çukurlaşma veya çatlama olup olmadığı özel bir kontrol yapılarak kontrol edilir. Gösterge camı muslukları ve tüpleri ve eriyebilir tapa kireçten arındırılmalıdır; eriyen fişin çekirdeği kireçlenme belirtileri gösteriyorsa, öğe değiştirilmelidir.
Yeniden montaj sırasında dişli tapaların orijinal deliklerinde değiştirilmesine dikkat edilmelidir: yeniden diş açmanın bir sonucu olarak konikler değişebilir. Çamur deliği kapı contaları, eğer asbestten yapılmışsa yenilenmelidir, ancak kurşundan yapılmış olanlar yeniden kullanılabilir; bu zararlı maddelerin imhası için özel talimatlar yürürlüktedir. Günümüzde birçok kazan, hem çalışma ortamları hem de koruma hizmetinde contalar için yüksek sıcaklıklı sentetikleri kullanmaktadır, çünkü bu malzemeler tarihi seçeneklerden daha güvenlidir. Büyük bakım tesislerinde, lokomotifi daha hızlı hizmete geri getirmek için kazan hem yıkanır hem de harici bir kaynaktan gelen çok sıcak suyla yeniden doldurulurdu.
Periyodik muayene
Tipik olarak yıllık bir muayene, bu, enjektörler, emniyet valfleri ve basınç göstergesi gibi harici bağlantı parçalarının çıkarılmasını ve kontrol edilmesini gerektirir. Yüksek basınçlı bakır boru tesisatı, kullanım sırasında sertleşmeden zarar görebilir ve tehlikeli şekilde kırılgan hale gelebilir: bunları yeniden takmadan önce tavlama ile işlemek gerekebilir . Kazan ve boru tesisatı üzerinde bir hidrolik basınç testi de istenebilir.
Genel revizyon
Birleşik Krallık'ta tam bakımlar arasında belirtilen maksimum aralık on yıldır. Tam bir incelemeyi sağlamak için kazan lokomotif çerçevesinden kaldırılır ve gecikme kaldırılır. Tüm yangın tüpleri kontrol veya değiştirme için çıkarılır. Tüm bağlantı parçaları revizyon için çıkarılır. Kullanıma geri dönmeden önce kalifiye bir kontrol görevlisi, kazanın servise uygunluğunu kontrol edecek ve on yıl geçerli bir güvenlik sertifikası verecektir.