Первые котлы и их усовершенствование с течением времени

Первые котлы - парогенераты - появились еще в середине XVII века. Наиболее удачной в то время конструкцией считают котел с предохранительным клапаном, который был разработан французским физиком Папеном в 1680 года - котел Папена.
Котлы начали использоваться в промышленности на рубеже XVII и XVIII веков в связи с бурным развитием горнодобывающей и металлургической промышленности. Ранние конструкции котлов напоминали котел для приготовления пищи, котлы изготовляли из меди или чугуна. Родоначальником современных конструкций считают простой цилиндрический котел, который применяли до второй половины XIX века. Паропроизводительность такого котла едва достигала 0,4 т./ч. при давлении пара 1 МПа поверхность нагрева не превышала 25 м2, а коэффициент КПД - 30%. Развитие котлов стремилось к повышению этих основных характеристик в двух направлениях, которое в итоге привело к созданию разных видов котлов - газотрубных и водотрубных.
Газотрубные котлы представляли собой конструкцию где, с помощью нагретых труб, размещаемых в водяном пространстве цилиндрического котла, увеличивается площадь поверхности нагрева и тем самым обеспечивается большая паропроизводительность котла. После этого появилась сначала конструкция жаротрубного, а позже дымогарного котла.
В дымогарном котле водяное пространство пронизано большим количеством труб малого диаметра, которые, которые нагреваются проходящими сквозь них дымовыми газами.
В жаротрубном котле в водяном пространстве располагается одна, две или три трубы больших диаметров, которые обогреваются проходящими через них топочными газами.
Позднее появились водогрейные котлы твердотопливные. Их идея была основана на комбинации этих базовых конструкций.
В начале XX века широко применяли секционные горизонтально-водотрубные котлы. В их топочном пространстве располагали один или несколько пучков прямолинейных труб, завальцованных своими концами в сборные камеры, которые были соединены с расположенным над топкой барабаном котла. Хотя они называются горизонтально-водотрубные котлы, тем не менее, кипятильные трубы у таких котлов располагаются не горизонтально, а под углом от 10 до 12 градусов к горизонтали, что обеспечивает лучшую циркуляцию воды и пароводяной смеси.
Прекрасным представителем котлов этого вида являлся водотрубный паровой котел Шухова, который был создан инженером В. Г. Шуховым в 1893 году. В конструкции котла инженеру удалось унифицировать применение отдельных элементов, что имело существенное значение при серийном производстве. Котел включал в себя один продольный горизонтальный барабан и несколько трубчатых батарей, а паропроизводительность зависела от числа используемых однотипных батарей.
Совершенствование водотрубных котлов позволило создать конструкции с вертикальными трубами, сначала прямыми, а затем изогнутыми, соединяющими верхний и нижний барабаны. Впоследствии вертикальные трубы стали располагать на стенах топки. Такие трубы в совокупности образовывают экраны - радиационные поверхности, нагреваемые преимущественно за счет тепловой радиации - излучения горящего топлива. Для более полного использования теплоты стали монтировать пучок конвективных труб, располагаемых за топочным пространством. Нагревали эти трубы потоком горячих дымовых газов, т. е. конвекцией.
Барабан постепенно перестал быть основным обогреваемым элементом. В связи с целесообразностью перегрева пара для энергоустановок потребовалось размещение в пределах котла специальных поверхностей нагрева - пароперегревателей.
Совершенствование котлов этого вида включало в себя создание целого ряда отдельных видов оборудования, которые входили в котлы. Были разработаны и усовершенствованы конструкции камерных топок. Топки позволяли получать большое количество теплоты за счет быстрого и эффективного сжигания угольной пыли в относительно небольшом пространстве. Значительно увеличились размеры вертикальных водотрубных котлов, так как появилась необходимость увеличения площади поверхности нагрева и размещения в котле целого ряда оборудования, позволяющего повысить коэффициент полезного действия.