Паровой котел: типы, принцип работы и особенности эксплуатации

Принцип работы и устройство парового котла – различия, преимущества

Паровые котлы – это оборудование, которое может использоваться как на промышленных объектах, так и для бытовых целей. Главной функцией таких устройств является преобразование воды в пар, который в дальнейшем может использоваться для обогрева помещений или обеспечения движения различных механизмов. В данной статье будет рассмотрено устройство парового котла, его особенности и применение.

Сферы применения паровых котлов и назначение

Паровые котлы активно используются в следующих отраслях:

  1. Отопительные системы. Существуют промышленные и бытовые модели паровых котлов, позволяющие использовать пар в качестве теплоносителя. Пар проходит через отопительные контуры и/или поступает в теплообменники устройств горячего водоснабжения, тем самым обеспечивая перемещение тепловой энергии. Бытовой паровой отопительный котел часто комбинируется с твердотопливными отопительными устройствами. На промышленных объектах используются более мощные и надежные устройства, вырабатывающие перегретый пар, имеющий повышенную теплоотдачу.
  2. Энергетика. Паровые машины позволяют преобразовывать разогретый пар в электрическую энергию. Рабочий процесс выглядит довольно просто: пар перемещается в турбину и вращает вал, за счет чего и происходит выработка электричества. Данный принцип с успехом используется на множестве электростанций.
  3. Промышленность. Паровые устройства вполне могут обеспечивать механическое движение различных элементов систем. Принцип работы парового котла промышленного назначения выглядит так же, как и в предыдущем случае, но выработанная энергия направлена на осуществление механического воздействия на элементы, которые должны двигаться.

Знание того, для чего нужен паровой котел и где он применяется, позволяет использовать устройство с предельной эффективностью.

Принцип работы парового котла

В первую очередь нужно понять, что называется паровым котлом. Паровой котел – это устройство, генерирующее пар. Существует два вида вырабатываемого пара – насыщенный и перегретый. Температура насыщенного составляет 100 градусов, а давление – 100 кПа. Перегретый пар разогревается вплоть до 500 градусов, а величина давления при этом может превышать 26 МПа. Насыщенный пар используется в агрегатах бытового назначения, а перегретый ввиду своих особенностей применим только на объектах промышленного масштаба.

Сырьем для создания пара является вода, которая перерабатывается в котле, работающем на любом виде топлива. Созданный пар в процессе работы преобразуется в теплоноситель, доставляющий тепловую энергию на участок его применения.

Независимо от особенностей конструкции конкретного устройства, общий принцип работы парового котла всегда остается неизменным:

  • Первым делом воду проходит этап очистки и направляется в резервуар (обычно находящийся в верхней части устройства) при помощи электрического насоса;
  • Накопленная в резервуаре вода поступает в трубы, ведущие к расположенному ниже коллектору;
  • Из коллектора вода направляется вверх, поступая в зону нагрева;
  • В трубе вода преобразуется в пар, выходящий вверх за счет разницы давлений жидкости и газа;
  • В верхней части конструкции располагается сепаратор, позволяющий отделить пар от воды и отвести излишки последней в резервуар;
  • Пар направляется в трубопровод и отправляется к потребителям;
  • В парогенераторах этап нагрева осуществляется еще раз для достижения паром необходимого состояния.

Чтобы хорошо понять, как работает паровой котел, нужно также рассмотреть особенности его конструкции, о чем речь пойдет дальше.

Устройство парового котла

Конструктивно паровой котел – это емкость, в которой происходит процесс преобразования воды в пар. Емкость обычно выполняется из трубы, диаметр которой может варьироваться в достаточно широких пределах. Помимо заполненной трубы, схема парового котла включает в себя топочную камеру, предназначенную для сжигания топлива.

Топка может иметь определенные особенности, которые напрямую зависят от используемого вида топлива. Например, твердотопливные топочные камеры в нижней части оборудуются колосниковой решеткой, сквозь которую в камеру поступает кислород. В верхней части конструкции устанавливается традиционный дымоход, создающий тягу и обеспечивающий нормальное горение. В случае использования жидких энергоносителей или газа топочная камера снабжается горелкой.

В любом случае, выделяемый при сгорании топлива газ подступает к заполненной водой емкости, отдает ей свое тепло и выводится в атмосферу дымоходом. Вода в определенный момент начинает кипеть и превращаться в пар, который направляется в верхнюю часть емкости, а потом – в трубы.

Виды паровых котлов

Первый параметр, по которому классифицируются паровые котлы – вид используемого топлива, в зависимости от чего выделяют следующие виды котлов:

  • Газовые;
  • Угольные;
  • Мазутные;
  • Электрические.

В зависимости от их предназначения выделяют следующие виды паровых котлов:

  • Бытовые;
  • Промышленные;
  • Энергетические;
  • Утилизационные.

Последний параметр – конструкция, позволяющая выделить два вида котлов:

  • Газотрубные;
  • Водотрубные.

Конструкция парового котла довольно важна, поэтому стоит разобраться, в чем заключаются отличия этих видов устройств.

Отличия газо- и водотрубных котлов по схеме работы

Емкость, позволяющая создавать пар, обычно выполняется из одной или нескольких труб. Находящая в них вода прогревается за счет разогретых газов, выделяемых в процессе горения топлива. Такая конструкция подразумевает, что газ сам поднимается к заполненным водой трубам, и устройства, работающие по такому принципу, называются газотрубными котлами.

В другом типе котлов газ перемещается по трубе в самой емкости с водой. Емкость в данном случае называется барабаном, а сам котел относится к категории водотрубных. Заполненные водой барабаны могут располагаться горизонтально, вертикально, радиально или же комбинировано, в зависимости от чего выделяют соответствующие виды водотрубных котлов.

Сравнение особенностей рассматриваемых видов котлов позволяет сделать следующие выводы:

  1. Первое отличие – разные размеры используемых труб. Газотрубные устройства оснащаются достаточно большими трубами по сравнению с изделиями, которые используются в водотрубных котлах.
  2. Следующее отличие заключается в разнице мощностей. Предельное значение мощности газотрубных котлов составляет 360 кВт, а максимальное давление не может превышать 1 МПа. Высокое давление и объем пара требуют увеличения толщины стенок устройства, что негативно сказывается на итоговой стоимости котла. Водотрубные котлы такого недостатка лишены – для них вполне могут использоваться тонкие трубы, позволяющие добиться большей температуры и давления по сравнению с газотрубными аналогами.
  3. Водотрубные котлы отличаются не только мощностью и более высокой температурой. К их преимуществам относится еще и возможность выдерживать серьезные перегрузки, что говорит о большей степени безопасности подобных устройств.

Дополнительные элементы котлов

Устройство парового котла не ограничивается основными элементами, которые уже были описаны выше. Иногда паровой котел может комплектоваться дополнительными устройствами, позволяющими повысить эффективность или функциональность системы.

Речь идет о следующих элементах:

  1. Пароперегреватель. Данный элемент позволяет разогреть пар до температуры свыше 100 градусов, что позволяет добиться большей экономичности за счет увеличения КПД агрегата. Пар при использовании перегревателя может достигать температуры в 500 градусов, причем его нагрев осуществляется уже в трубах, то есть после этапа испарения воды. Пароперегреватель может быть как встроенным, так и выполняться в формате отдельного устройства. Существуют конвекционные и радиационные устройства (второй тип имеет в 2-3 раза большую мощность).
  2. Сепаратор пара. Этот элемент парового котла позволяет устранить всю лишнюю влагу из пара и максимально его высушить. При использовании сепаратора КПД всего котла существенно повышается.
  3. Паровой аккумулятор. Данное устройство позволяет стабилизировать работу системы. Аккумулятор вбирает в себя излишки выработанного пара и возвращает их в систему, если его становится слишком мало.
  4. Устройство для очистки воды. Данное приспособление позволяет снизить насыщенность воды кислородом и различными химическими веществами. Своевременная подготовка воды дает возможность уменьшить воздействие коррозии на внутренние элементы котла и свести к минимуму количество отложений в системе.

Также устройство парового котла включает в себя клапан для спуска конденсата, подогреватели воздуха и блок управления агрегатом, в который входит выключатель горения и регуляторы расхода сырья и энергоресурсов. Понимание того, из чего состоит паровой котел, позволяет подогнать его конфигурацию под решение конкретных задач.

Парогенератор

Парогенераторы – это разновидности паровых котлов, снабженные дополнительными элементами. В частности, конструкция такого устройства может включать в себя несколько промежуточных пароперегревателей, позволяющих многократно повысить мощность оборудования.

Чаще всего парогенераторы используются в атомных электростанциях. Использование пара позволяет преобразовать вырабатываемую при распаде атомов энергию в электричество.

Пар в атомных реакторах может работать следующим образом:

  1. Вода окружает внешнюю часть корпуса реактора, принимая его тепловую энергию. Пар образуется в собственном контуре, находящемся снаружи реактора. Парогенератор в подобной конструкции выполняет функцию теплообменника.
  2. Вторая схема подразумевает нахождение труб для нагрева воды в самом реакторе. В результате получается, что реактор превращается в своеобразную топочную камеру, а выработанный пар отправляется сразу в электрогенератор. Данная конструкция называется кипящим реактором и не требует установки парогенератора.

Заключение

Паровые котлы – это достаточно мощные и эффективные устройства, оказывающиеся незаменимыми в ряде ситуаций. Бытовые паровые котлы дают возможность прогревать дом или выполнять какую-то работу, а промышленные агрегаты позволяют вырабатывать электрическую энергию в огромных количествах. В любом случае, для эффективного решения поставленных задач назначение и устройство котла должны соответствовать друг другу.

Для каких целей нужен паровой котел: схема и эксплуатация

Паровой котел – изобретение старое, но в промышленности он используется до сих пор. К примеру, на электростанциях, где парообразующая установка является одним из основных элементов производства электроэнергии. Во всех котельных заводов и фабрик также установлены паровые котлы. В быту они сегодня применяются редко, потому что была проведена замена более безопасными и энергетически малозатратными водяными котлами.

Классификация паровых установок

Существует несколько шкал, по которым проводится классификация. Основные – это три шкалы.

Водотрубные

Они быстрее преобразуют воду в пар, чем газотрубные. У них выше коэффициент полезного действия за счет конструктивных особенностей агрегата. По сути, это корпус, внутри которого располагается большое количество труб. По трубам перемещается вода, а между трубами горит топливо.

При высокой температуре вода превращается в пар. А так как труб много, то соответственно и площадь нагрева у них больше. И чем больше труб в котле, тем интенсивнее происходит переход жидкости в парообразное состояние.

Водотрубные паровые котлы делятся на две подгруппы:

  • прямоточные;
  • барабанного типа.

Первые – это конструкции трубного типа, о которых было сказано выше. Вторые представлены на рынке двумя позициями – горизонтальные и вертикальные. Но принцип действия устройства этого типа одинаков.

В его конструкции присутствует барабан, который не только собирает в себе пар, но и отделяет от него конденсат. Последний отправляется в зону нагрева, то есть снижаются потери воды.

Чтобы получить высокотемпературный сухой пар в промышленности последовательно устанавливают несколько котлов барабанного типа. И такой пар можно сжимать до максимального давления, что необходимо во многих технологических процессах.

Котлы этого типа делятся на две позиции – энергонезависимые и циркуляционные. Отличаются они друг от друга отсутствием или наличием циркуляционного насоса соответственно. Присутствие последнего увеличивает КПД установки. Все дело в том, что за один оборот воды в котле испаряется 10% ее объема. То есть, чтобы испарился весь объем, потребуется как минимум 10 оборотов.

При самотечном движении это займет много времени, отчего упадет КПД. Циркуляционный насос перемещает жидкость быстро, за тот же промежуток времени будет проведено больше оборотов. А значит, полный объем воды быстрее превратится в пар.

Но в котлах барабанного типа к насосу обязательно устанавливается регулятор уровня конденсата. Место установки – пароотделитель. Его задача – контролировать объем образующегося конденсата.

К примеру, если его образуется мало, снижаются технические характеристики паровой установки. Если его образуется много, то это приводит к падению давления внутри агрегата. Последствия – быстрое вскипание и взрыв.

Пароотделитель – это труба большого сечения, напоминающая барабан. Отсюда и название котла. В этой трубе происходит сбор воды, насыщенной паром. По сути, два процесса (нагрев жидкости и парообразование) происходят раздельно друг от друга. Отсюда и высокая безопасность эксплуатации оборудования этого типа.

Газотрубные

Конструктивно это котел, внутри которого вокруг топки располагаются трубы большого диаметра. В них перемещаются горячие газы, а между ними протекает вода. То есть это противоположность водотрубным аналогам. Газотрубные установки производят высокотемпературный пар, который чаще используется в утилизационных процессах.

У газотрубного парового котла есть один существенный недостаток – высокое давление конечного продукта. Последний находится в агрегате в большом количестве. Именно это становится причиной снижения безопасности эксплуатации установки. Поэтому котлы снабжают дорогой и сложной системой безопасности. К тому же и корпус, и трубы изготавливаются из толстой стали, что увеличивает стоимость оборудования.

Ярким представителем газотрубного вида является паровозный котел.

Обе установки (водотрубные и газотрубные) могут вырабатывать пар разного типа:

  • насыщенный;
  • перегретый водяной.

Первый – это среда, которая образуется при температуре +100°С. Она охлаждается быстро с образованием конденсата, который заново поступает в зону нагрева. Такие установки используют для бытового обеспечения отопления. Давление в паровом котле этого типа не превышает 100 КПа.

Второй – это среда, получаемая при температуре +500°С. Поэтому в ней никогда не образуются водяные взвеси и капли. При постепенном разогреве вода образовываться может, но для этого в конструкции установки смонтирован сепаратор.

Научно-технический прогресс не стоит на месте. Сегодня производители предлагают водотрубные установки, которые по КПД и безопасности не отличаются от газотрубных. Во-первых, их обшивают теплоизоляционным материалом. Во-вторых, изнутри обкладывают ИК-материалом, который выполняет функции отражателя тепловой энергии.

А так как водотрубные аппараты в несколько раз дешевле барабанных, плюс эксплуатация их проста, то сегодня их популярность и востребованность резко выросла.

КПД вырастает и за счет новейших стальных сплавов, из которых изготавливают детали аппаратов. Также была внедрена новая технология нагрева, где используется два факела, расположенных друг против друга. Технология так и называется “на встречных факелах”.

С их помощью температура нагрева достигает 1800-1900°С. Обычно она не превышает 1200°С. Соответственно КПД таких установок составляет не менее 90%.

Бытовые котлы

К этим агрегатам сегодня большой интерес. Но и требования к ним немалые:

  • компактность;
  • небольшой вес, чтобы не заливать под него фундамент;
  • высокий коэффициент безопасности;
  • возможность обслуживания неквалифицированным персоналом;
  • минимальное время запуска и нагрева.

Сегодня производители предлагают два вида бытовых установок – змеевиковый, он же классический, вихревой рубашечный.

Первый – это одна труба, свернутая в спираль. По ней и перемещается вода, превращаясь в пар. Паропроизводительность оборудования небольшая. Но в данном случае это играет не самую главную роль, ведь бытовой котел должен выдавать низкопотенциальный пар.

Эффективность работы тоже невелика, но это исправляется путем частого расположения спиралей. Зато такой котел – рекордсмен по времени нагрева – 3 минуты после включения факела.

Второй – это совершенно уникальное устройство парового котла. Корпус из двух обечаек, между которыми пропускается вода. Внутри располагается топка, факел же при горении закручивается по спирали, увеличивая теплоотдачу. Никаких труб.

  • вертикальное расположение, отсюда повышенная компактность;
  • эффективность, как у барабанных;
  • время нагрева – 5 минут.
  • оборудование дорогое;
  • конструкция сложная;
  • энергозависимость полная – воздуходувка, без которой агрегат не работает, требует подачи электричества.

Технологическое применение котловых паровых установок

Существует несколько отраслей, где паровые котлы применяются постоянно:

  1. Первая отрасль – теплоэнергетика. Паром отапливают большие цеха, к примеру в автомобильной промышленности. Паром нагревают до требуемой температуры воду, которую затем насосами гонят по теплотрассам к многоэтажным домам и другим объектам.
  2. Вторая отрасль – энергетика. Здесь пар используется для вращения турбины, которая вырабатывает электрический ток.
  3. Третья отрасль – производство строительных материалов. К примеру, паром сушат бетонные изделия.

На многих производствах паровые котлы – неотъемлемая часть технологии. Здесь и дезинфекция, и сушка пищевых продуктов, кулинарная обработка, консервация, прочее.

Утилизация отходов газообразного типа тоже предполагает применение паровых установок. Они в этом процессе выступают в роли охладителей. Такой котел отбирает тепловую энергию у газов, выходящих, к примеру, из печей с высокой температурой.

Принципы работы и устройство

Главное их назначение – изменение физического состояния воды, то есть перевод из жидкого в газообразное с требуемыми параметрами. Процесс протекает таким образом:

  • котел заполняется водой самотеком или при помощи насоса;
  • включается система нагрева;
  • начинается образование пара;
  • уровень жидкости постепенно снижается, доходя до минимальной отметки;
  • датчик уровня реагирует и включает насос;
  • вода заполняет трубы.

Можно сказать, что паровые котлы работают по цикличному принципу.

Строение

Паровые котлы состоят из основных и вспомогательных узлов и частей, плюс автоматика.

Основное требование к стальным изделиям – быть изготовленными из жаростойких сплавов. Только так можно достичь максимального уровня безопасной эксплуатации котельного оборудования.

Важная роль отведена системе безопасности. Это не только датчики температуры и давления. В систему входит механическая безопасность. В ее составе обратные клапаны, электрические задвижки, прочая запорная арматура. Такая двойная защита обеспечивает максимальную безопасность, особенно в тех случаях, когда электроника дает сбой. В это время все функции на себя берет механика.

К системе водоподготовки предъявляют особые требования. Вода должна соответствовать определенным нормативам. Эти нормы разные для прямоточных и барабанных агрегатов. В последних жидкость должна быть идеально чистой, практически дистиллированной. Ведь в таких аппаратах она никуда не исчезает. То есть заполнили котел один раз, и он будет работать много лет.

Если вода будет жесткой с примесями, то все трубы через некоторое время забьются отложениями, ржавчиной. Уменьшается их диаметр, снижается теплопроводность, что приводит к снижению КПД. Пар будет не таким, который нужен (температура, влажность).

При всей своей сложной конструкции и низкой безопасности паровые котлы все еще востребованы. Особенно на судах, в технологии электростанций, заводах, где требуются высокие температуры теплоносителя. Поэтому производители делают все, чтобы увеличить безопасность эксплуатации, снизить себестоимость оборудования, сложность обслуживания.

Если есть вопросы, задавайте их в комментариях. Понравилась статья – распространите ее в соцсетях, пусть и другие ознакомятся с темой. Сохраняйте ссылку в закладках.

Также рекомендуем посмотреть подобранные видео по нашей теме.

Как работает паровой котел?

Паровой котел — устройство и техническое обслуживание, детальный обзор.

Устройство и принцип работы паровых котлов

Паровые котлы (ПК) – комплекс технологического взаимосвязанного оборудования установленного для выработки пара из питательной воды используемого в различных отраслях: энергетика, жилищно-коммунальное хозяйство, металлургия, нефте-химия, медицина и строительство.

По сферам применения они подразделяются на промышленные парогенераторы большой мощности и бытовые, которые могут работать на разных видах топлива, в том числе, как утилизационные установки для выработки вторичных энергоресурсов от выбросов тепла промышленными предприятиями.

Паровой котел способен вырабатывать пар 2-х видов: насыщенный и перегретый. Существующие агрегаты различают по давлению пара в МПа: низкого до 1.0, среднего в диапазоне от 1.0 до 10.0, высокого свыше 14.0, сверхвысокого от 18 до 20 и сверхкритического более 22.5.

Насыщенный широко применяется в устройствах жилищно-коммунального хозяйства, а перегретый из-за своих опасных свойств и высоких требований к применению – исключительно на объектах промышленного масштаба.

  • 1 Для каких целей нужен пар
  • 2 Принцип работы парового котла
  • 3 Устройство парового котла
  • 4 Схема парового котлоагрегата
  • 5 Типы паровых котлов
    • 5.1 Водотрубные
    • 5.2 Жаротрубные
    • 5.3 Чугунные секционированные
    • 5.4 Прямоточные
    • 5.5 Паровые БМК
  • 6 Схема обвязки парового котла
  • 7 Как правильно эксплуатировать
  • 8 Обслуживание

Для каких целей нужен пар

Знание того, где используется паровой котел и с какими режимами, позволяет эффективно выбрать оборудование.

ПК применяются в таких отраслях:

  1. ЖКХ в центральном отоплении устанавливают модификации ПК низкого или среднего давления для парового отопления. Теплоноситель поступает либо непосредственно в сеть, либо через теплообменные аппараты подготавливает воду для центрального отопления и ГВС.
  2. Промышленность применяет более мощные парогенераторы, вырабатывающие перегретый пар с повышенной теплоотдачей.
  3. Энергетика, паровые котлы высокого давления участвуют в схемах генерации электроэнергии, передавая пар турбине.
  4. Промышленность, ПК обеспечивают механическое движение производственных аппаратов.
  5. Железнодорожный транспорт, ПК установлены на тепловозах.

Принцип работы парового котла

Для функционирования паровых котлов высокого давления используют химически обработанную воду, нагреваемую через пакеты экранных труб, под воздействием горячих уходящих газов, образующихся, как продукт от горения природного топлива.

С ростом температуры вода преобразуется в пар, поступающий на участок применения для передачи тепловой энергии или кинетической энергии струи.

  1. Природная вода поступает на водоподготовку, где проходит очистку от взвешенных веществ и умягчается. Затем она подается в баках химочищенной воды и подаётся в агрегат с помощью питательных насосов для паровых устройств.
  2. Прежде чем попасть в барабан питательная среда поступает через экономайзер – чугунное теплонагревающее устройство расположенное в хвостовой части агрегата для снижения температуры уходящих газов и повышения кпд парового котла.
  3. Из верхнего барабана вода по необогреваемым трубам попадает в нижний барабан, а поднимается из него по подъемным конвективным трубам в виде пароводяной смеси.
  4. В верхнем барабане проходит процесс его сепарации от влаги.
  5. Сухой пар через паропроводы направляется к потребителям.
  6. Если это парогенератор, то пар повторно проходит нагрев в пароперегревателе.

Устройство парового котла

Конструкцию ПК упрощенно можно представит, в виде емкости, где вода преобразовывается в пар. Она изготовлена из труб разного диаметра. Кроме трубной системы ПК имеет топочное пространство, в которой сжигают природное топливо.

Устройство парового котла и его конструктивные особенности, определяются видом топлива. Например, угольные топки оборудованы колосниками, на которых размещен горящий топливный слой, через них в топку поступает кислород.

Вверху топки установлен дымоход, создающий тягу в парогазовом тракте агрегата, чем поддерживается нормальный режим. Паровые котлы на газе имеют газовую или мазутную горелки.

Горячие уходящие газы, получаемые в процессе горения топлива, нагреваю воду до кипения, после этого с зеркала испарения начинает выделяться пар, поступающий потребителю, а дымовые газы через трубу уходят в атмосферу.

Главные конструкционные элементы паровых котельных связываются в одну целостную котловую систему с помощью гарнитуры, арматуры, циркуляционных насосов, КИПиА дымососов и вентиляторов.

Схема парового котлоагрегата

ПК устанавливаются в котельном зале, который может располагаться в отдельно стоящих, примыкающих и встроенных зданий нежилого назначения.

Обозначения по схеме:

  1. Система топливоподачи газового парового котла, No1.
  2. Устройство для горения – топка, No2.
  3. Циркуляционные трубы,No3.
  4. Зона пароводяной смеси, зеркало испарения,No4.
  5. Направление движения питательной воды, NoNo5,6 и 7.
  6. Перегородки, No8.
  7. Газоход, No9.
  8. Дымовая труба, No10.
  9. Выход циркуляционной воды, из емкости парового котла, No11.
  10. Слив продувочной воды, No12.
  11. Подпитка котла водой, No13.
  12. Паровой коллектор, No14.
  13. Сепарация пара в барабане, NoNo15,16.
  14. Водоуказательные стекла, No17.
  15. Зона насыщенного пара, No18.
  16. Зона пароводяной смеси, No19.

Типы паровых котлов

ПК классифицируются по нескольким параметрам и их надо знать, потому что от этого зависит, как работает паровой котел.

По видам сжигаемого топлива:

  • газообразное топливо;
  • паровые котлы на твердом топливе;
  • жидкотопливные: мазут, солярка;
  • электрическая энергия.
  1. Котел утилизатор — участвует в схемах экономии топлива и переработки вторичного тепла, выбрасываемого в процессе производства или от уходящих газов на ТЭЦ.
  2. Энергетические – паровые котельные участвуют в схеме генерации электроэнергии, как источник пара для турбин, работают с высокими расходом и параметрами пара.
  3. Отопительные для центрального теплоснабжения и ГВС, на которые распространяются правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.
  4. Промышленные – участвуют в производственных процессах предприятия.

Классификация паровых котлов по конструкции топки:

  1. Камерные – используют пылевидное топливо.
  2. Слоевые твердотопливные – сжигающие твердое топливо.

Водотрубные

Работа водотрубных котлов (ВК) характерна тем, что основной теплоноситель – питательная вода проходит по экранам, а топочные газы по межтрубному пространству. Достигая точки кипения, вода переходит в пар.

Эффективность парообразования зависят от схемы устройства экранных труб и типа циркуляции питательной воды, эти показатели учитывают, перед тем как рассчитать мощность. Самые применяемые схемы ВК — барабанные и прямоточные. Конструкция парового котла первого типа выполняется горизонтально или вертикально.

Типовая схема барабанного котла — топка ограниченная трубными экранами , пакеты которых внизу соединены коллекторами, а верх закреплен в верхнем барабане. Второй пучок котловых труб соединяет оба барабана ВК в один контур, работающий в зоне более низких температур.

Тепло от сгорания топлива через трубную систему передается конвекцией и радиацией воде, пароводяная смесь поступает в верхний барабан, где происходит сепарация пара от влаги.

Освобожденная вода в нижний барабан и топочные коллекторы. Скорость циркуляции внутреннего контура ВК зависит от его типа. Самые популярны на российском рынке котлы с естественной циркуляцией.

Производство паровых котлов выполняют на Бийском котельном заводе: ДКВР-2,5; 4; 6,5; 10; 20.

Жаротрубные

Газотрубные или жаротрубные котлы – это ВК «наоборот», то есть вода движется по межтрубному пространству, а уходящие газы в одной или нескольких трубах. Эти паровые котлы малой мощности остались в эксплуатации от довоенного периода 19 века.

Процесс получения пара:

  1. Топка размещена непосредственно в трубной части котла, где протекает горение топливной смеси и образование дымовых газов.
  2. Эти устройства ы изготавливаются с жаровыми или дымогарными трубами.
  3. В первом процесс горения протекает прямо в трубе, для чего на входе устанавливают газомазутная горелка с вентилятором, способствующему равномерному сжиганию по длине топки.
  4. В дымогарных трубах, топливо непосредственно не сжигают, а вода нагревается за счет нагретых дымовых газов.

Для этих котлов с давлением пара ниже 0.7 Мпа не распространяется правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. Котловая вода, движется по межтрубному пространству и нагреваясь превращается в пар, процесс завершается в верхней части котла и с помощью перепускного клапана пар переходит в магистраль.

Дизельные котлы имеют ограничение по температуре уходящих газов на выходе до 150 С. Это требование вызвано необходимостью технологического обеспечения тяги в дымовых трубах. Этот факт снижает мощность котлов — порядка 400 кВт, с давлением пара до 10 кгс/см2.

Чугунные секционированные

Котлы с чугунными пакетами или секциями широко распространены в сетях отопления и ГВС. Конструкция таких агрегатов имеет преимущества из-за возможности быстрой сборки или демонтажа, а также простого увеличения мощность котла путем добавления секций.

Эксплуатация паровых котлов при удачной конструкции, имеет существенный недостаток, в случае поломки одного пакета, придется демонтировать все секции агрегата.

Для владельцев котлов не требуется разрешительных документов, поскольку на них не распространяются правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.

Эти котлы эффективные, и быстро разогреваются, поскольку топочная камера образуются непосредственно внутренними поверхностями секций.

Блоки хорошо противостоят коррозионным процессам в агрессивной среде дымовых газов и обладают повышенной теплопроводностью, но не способны работать при высоких параметрах пара, максимальные показатели по давлению менее 100 кПа, по мощности не более 200 кВт, паропроизводительность – до 4,3 т/час, расход твердого топлива – 300 кг/ час.

Прямоточные

Прямоточные паровые агрегаты относятся к вертикальным паровым котлам и сконструированы так, чтобы вода в экранных трубах принудительно выполнила только один цикл и при этом полностью перешла в парообразное состояние, поэтому в этих типах парогенераторах кратность циркуляции равняется 1.

Такие котлы конструктивно намного проще и не требуют сложной автоматики процесса горения. Они энергонезависимы и не могут обходиться без питательного насоса, поэтому намного взрывоопаснее циркуляционных котлов, при том, что их тепловая эффективность и производства пара невысоки.

В прямоточном агрегате движение воды происходит благодаря гравитационной конвекции, поскольку вода тяжелее пара. В последнее время, для устройств, наработавших нормативный ресурс, для снижения нагрузки выполняют перевод паровых котлов в водогрейный режим.

Особенности работы одновиткового ПК:

  1. Топка выполнена из труб, которые обогреваются дымовыми газами.
  2. В нижнюю часть водяного контура нагрева поступает котловая вода, а из противоположной верхней отбирается сухой пар.
  3. В экономайзере поступающий теплоноситель подогревается до температуры насыщения, а в экранных трубах и перегревательном контуре – происходит дальнейший рост параметров пара до проектных значений.
  4. Эти поверхности не имеют четкого разделения между собой, а геометрия их зависит от проектной нагрузки агрегата. С уменьшением температуры уходящих газов и увеличения скорости котловой воды границы экономайзера и испарителя смещаются, а длина соответственно растет и наоборот.
  5. Паропроизводительность ограничена ростом гидравлических сопротивлений и не может быть более 10 т/ч. Для более мощных котлов, требуется многовитковые конструкции агрегата.

Паровые БМК

Блочно-модульная котельная (БМК) изготовленная в виде компактного модуля с полным набором вспомогательного оборудования.

Она предназначена для отопления и ГВС, а также выработки пара на технологические нужды предприятий, расположенных в районах с энергодефицитом. БМК не требует постоянного участия оперативного персона, а в случае аварийной ситуации срабатывает защита с сигнализацией.

Работа агрегата полностью автоматизирована: датчики следят за внутренней температурой помещения, данные передаются на пульт управления, где происходит корректировка работы БМК.

Блок может оперативно подключаться к действующей системе отопления в качестве независимого аварийного источника тепловой энергии.

Транспортировка к месту монтажа БМК выполняется в полной заводской готовности и с дымовой трубой, на месте ее только подключают к действующим инженерным сетям. Такая заводская сборка сводит к минимуму монтажно-наладочные работы и повышает КПД установки до 93%.

Схема обвязки парового котла

Типовая схема обвязки ПК зависит от типа парогенератора и его рабочих параметров.

Для систем центрального теплоснабжения системы жилищно-коммунального хозяйства типовая схема состоит:

  1. Парогенератор.
  2. Деаэратор.
  3. Умягчитель по схеме химической очистки.
  4. Дозатор и бак реагентов.
  5. Ресивер.
  6. Регулируляторы давления.
  7. Насос подачи питательной воды в котел.
  8. Насос подачи воды из деаэратора в ресивер.

В конструкцию котла также могут входить:

  • пароперегреватель — для повышения температуры насыщенного пара;
  • сепаратор пара и внутрибарабанные устройства — для удаления влаги из пара.

Как правильно эксплуатировать

Паровые котлы относятся к объектам повышенной опасности, поэтому многими нормативными документами котлонадзора, проектом установки, технической документацией завода-изготовителя и правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов закреплены требования по безопасной эксплуатации таких сосудов, которые обязаны выполнять ответственные должностные лица и обслуживающий персонал.

Безопасная эксплуатация начинается с химической водоподготовки воды, которая имеет важное значение для технического обслуживания современных парогенераторов и котлов. Минеральные соли, содержащиеся в природной воде, при температуре выше 70 оС, образуют накипь на внутренних поверхностях труб.

Это приводит к ухудшению теплопередачи от дымовых газов к питательной воде, она перестает охлаждать трубы, которые перегреваются, перегорают в следствии чего, образуется разрыв стен, резкое падение давления во внутреннем контуре агрегата, мгновенное парообразование перегретой воды и взрыв котла.

Уровень очистки сырой воды зависит от источника водоснабжения и устанавливается специалистами в проекте водоподготовки котлоагрегата, где описаны не только режимы, но и схема подключения с необходимым оборудованием.

Управление котлов бывает ручным и автоматизированным. Современные ПК без автоматики и защиты безопасности к эксплуатации не допускаются. Ручное управление с защитой безопасности допускаются только в маломощных угольных котлах низкого давления.

Структура управления котла:

  1. Устройства розжига и отключения горения топлива.
  2. Регулирования расходов: топливо, воздух и вода.
  3. Сбор и анализ данных работы ПК.
  4. Система аварийной остановки котла.

Обслуживание

Ремонт и обслуживание паровых котельных выполняется в соответствии с законодательными нормами и рекомендациями заводов-изготовителей промышленных паровых котлов, строго по отраслевым и производственным инструкцияма, а также согласно правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.

Техобслуживание ПК в общем случае включает следующие виды работ:

  1. Плановые осмотры работоспособности котельного оборудования, по графику.
  2. Определение нарушений работы котла: перегревы, возгорания, засорения.
  3. Устранение нарушений правил пожарной безопасностм и условий препятствующих безопасной эксплуатации.
  4. Проверка целостности парогазовых систем с последующим устранением неисправностей в арматуре.
  5. Проверка питательной системы котлоагрегата.
  6. Проверка плотности газовоздушного тракта и отсутствие несистемных шумов в топке.
  7. Профосмотр и проверка вспомогательного оборудования.
  8. Проверка работы КИП и А, дифманометров, систем безопасности и аварийной сигнализации.
  9. Контроль за работой насосов, дымососов, вентиляторов и проверка их блоков управления.
  10. Проверка работы электрооборудования и автоматики защиты.
  11. Проверка работы гарнитуры котла.
  12. Проверка работы водоподготовительных устройств и деаэратора паровой котельной.

Российский рынок имеет достаточно предложений, как от отечественных, так и от зарубежных производителей современных паровых котлов, выбор определяется техническим заданием на проектирование, чтобы специалисты смогли подобрать оптимальные варианты оборудования.

Паровой котел

Несмотря на столь почтенный возраст изобретения, паровые установки до сих пор является одним из самых востребованных в промышленности. И хотя сегодня паровое отопление в жилых домах встречается крайне редко, паровой котел часто используется в качестве основного генерирующего устройства в теплоэлектроцентралях, заводах и фабриках. Даже самые мощные энергетические установки атомных электростанций не могут обойтись без парового котла – основно элемента в рабочем цикле производства электроэнергии. Так что, включая телевизор или лампочку в комнате с большой долей вероятности можно утверждать, что это результат работы парового котла.

Классификация паровых установок

Для классификации паровых установок применяется несколько вариантов шкал и классификаций. Самые распространенные различают агрегаты по назначению, виду используемого теплоносителя и конструкции. Более детальная классификация использует технические особенности конструкции котлов и их назначение в технологическом цикле.

По области применения чаще всего оборудование классифицируется по следующим признакам:

  • Бытовые парогенерирующие установки – применяются для отопления домов, сегодня такие котлы большая редкость. На смену бытовым котлам отопления сегодня приходят водогрейные котлы отопления, они более экономичны и безопасны.
  • Промышленные агрегаты – используются в технологическом цикле производства продукции. Установки этого типа в большинстве своем производят сухой перегретый, применяемый для сушки, дезинфекции, обработки сырья.
  • Паровые энергоустановки – вырабатывают пар, который является основным продуктом для генерации электричества и тепловой энергии;
  • Котлы для утилизации отходов производства – используются в качестве охладителей высокотемпературных отходов металлургического и химического производства.

По потребляемым энергоносителям паровые котлы могут подразделяться на использующие:

  • Газ;
  • Каменный уголь;
  • Электроэнергию;
  • Жидкие углеводороды;
  • Горючее растительного происхождения.

В промышленных установках используется два основных вида конструкций установок:

  • Водотрубные паровые установки;
  • Газотурбинные котлы.

Водотрубные котлы имеют преимущество перед газотурбинным, у них выше КПД. У этого типа паровых котлов выше производительность, они вырабатывают больше пара, и они обладают высокой скоростью нагрева воды. Принцип работы парового котла этого типа заключается в нагреве воды в трубах небольшого диаметра, они заполняются водой, а в пространстве между ними горит топливо. Таким образом, получается, что суммарная наружная поверхность обеспечивает большую площадь нагрева небольшого количества находящейся в ней. Большая поверхность нагрева дает возможность увеличить скорость образования пара, что делает этот вид паровых агрегатов максимально эффективными.

Водотрубные котлы бывают:

  • Прямоточными;
  • Барабанными.

Первые, обеспечивают высокую скорость парообразования. Вода, проходя по трубам, нагревается, преобразуется в пар и покидает контур котла.

Барабанные агрегаты делятся на паровые котлы горизонтального и вертикального расположения. Эти устройства более рационально распределяют процесс подготовки пара – барабан, применяемый в конструкции, позволяет собирать пар, отделять конденсат и вновь отправлять его в зону нагрева. Барабанные паровые котлы, имеющие несколько барабанов, производят высокотемпературный, сухой пар высокого давления.

Принцип работы газотурбинной паровой установки заключается в нагреве воды в контуре вокруг топки. По своей конструкции, газотрубный агрегат представляет собой объемный сосуд, через который проходят трубы большого диаметра. При сжигании топлива в полостях этих труб происходит нагрев воды и образование пара. На такой схеме построена и установка утилизации промышленных газов. Высокотемпературные газы пропускаются через трубы и отдают тепло нагревающейся воде. Эти агрегаты, по сути, являются котлами-утилизаторами, что устанавливаются на промышленных предприятиях.

Этот вид оборудования, к сожалению, имеет и существенный недостаток – они содержат большой объем пара под высоким давлением. Поэтому для контроля работы этого вида оборудования применяется высокоточные системы безопасности, а толщина стенок труб подбирается так, чтобы выдерживать давление в 10 кгс/см2.

Если брать производительность установок, то они разделяются на агрегаты малой, средней, большой мощности.

В зависимости от конструкции эти агрегаты делятся на:

  • Установки производящие насыщенный пар;
  • Агрегаты производящие перегретый водяной пар.

Насыщенный пар подается в систему при температуре 100 градусов Цельсия. Он быстро охлаждается и переходит в жидкое состояние, поэтому его применение ограничено в основном бытовыми установками и технологическими циклами, где требуется именно такой густой водяной пар. Давление в таких системах редко доходит до 100 Кпа.

Для отопления, генерации электричества и использования в качестве средства дезинфекции и в силовых установках используется перегретый водяной пар. Он практически не содержит крупных водяных капель, они отсеиваются в сепараторе, да и температура нагрева составляет 500 градусов.

Технологическое применение котловых паровых установок

Паровые котлы, применяющиеся сегодня намного совершеннее тех что были в работе 100-120 лет назад в самый рассвет паровых машин. Но век таких агрегатов уже минул и сегодня эти агрегаты в основном применяются в четырех отраслях экономики:

  • Теплоэнергетике;
  • Энергетике;
  • В промышленном производстве, где необходимо применение высокотемпературного пара;
  • При утилизации отходов производства.

Паровые котлы в теплоэнергетическом комплексе используются как установка для отопления больших промышленных объектов. Для того чтобы в промышленном цеху или на конвейерной линии по сборке автомобилей было тепло используется паровая система отопления. Она более эффективна по сравнению с обычной котельной, где в качестве теплоносителя используется вода. Для таких масштабов, как локомотивное депо или средняя швейная фабрика одного парового котла вполне достаточно чтобы в помещениях была температура на уровне +16-18 градусов Цельсия. В теплоэлектроцентралях городов паровые котлы греют пар для пунктов теплоснабжения, где и происходит нагрев воды систем отопления жилых домов. Кроме того, он используется как энергоустановка во время пиковых нагрузок, чтобы снизить нагрузку на магистральные линии, и взять обслуживание части потребителей на себя. В электроэнергетике паровой котел является основным агрегатом, который вырабатывает пар для турбин генераторов. В паровой установке вырабатывается пар, он под давлением выпускается из котла и, попадая на лопасти турбины, обеспечивает ее вращение. Это самый простой и одновременно безопасный способ получить высокие обороты турбины. При этом паровой котел используется в технологическом цикле, что на обычной тепловой электростанции, что на атомной.

В промышленности, где применяется пар для приготовления перегретого высокотемпературного пара. Без паровой обработки не обходится дезинфекция цистерн и емкостей для пищевых продуктов, например, цистерна молоковоза обязательно обрабатывается паром, перед каждым рейсом и сразу после того, как молоко будет слито с нее. В кожевенном производстве обработка кожи проводится в несколько этапов, одним из которых выступает обработка паром. В пищевой промышленности, при изготовлении продуктов из растительных жиров, продуктов животноводства и переработке продукции растениеводства пар используется не только как способ дезинфекции, но и как один из способов кулинарной обработки. Так, производство консервированных продуктов, соков, полуфабрикатов невозможно без обработки паром под высоким давлением. В строительной индустрии при помощи пара проводится сушка железобетонных конструкций в сушилках заводов по производству железобетонных изделий. Пар по своим свойствам имеет высокую теплоемкость, даже конденсат пара в замкнутом контуре нагрет выше температуры кипения воды.

Используется паровой котел и при утилизации газообразных отходов производства. Так, при утилизации доменных газов, продуктов горения плавильных печей, остатков производства химических волокон и стекла установка используется как охладитель. Паровой агрегат выступает идеальным устройством для отбора тепла у газов перед их очисткой.

Принципы работы и устройство паровых котлов

Работа паровой установки основана на принципе изменения физического состояния воды с жидкого до состояния пара при высокотемпературном нагреве и дальнейшее преобразование пара до состояния с необходимыми параметрами. Этот принцип на практике реализуется при помощи подачи в контур котла необходимого количества воды и обеспечении нужной поверхности испарения.

Чтобы контролировать работу устройства, паровой котел снабжается большим количеством датчиков контроля. Весь технологический цикл выработки пара постоянно находится под постоянным контролем. Технология приготовления пара в агрегате выглядит следующим образом: перед началом работы насос заполняет трубы подготовленной и очищенной водой до необходимого уровня. После этого подача воды прекращается. Дальше начинается процесс нагрева, в ходе которого происходит испарение воды. Полученный, таким образом, пар выходит из контура нагрева. Испаряясь, вода постепенно опускается до минимума, датчики фиксируют падение уровня воды и запускают насосное оборудование, которое нагнетает воду до рабочего уровня. После этого процесс нагрева повторяется снова. Таким образом, нетрудно представить, что паровой агрегат работает в циклическом режиме.

Кроме контроля рабочего уровня жидкости в резервуаре электроника контролирует еще и аварийные уровни – максимальный и минимальный. Когда жидкость достигает эти уровни, автоматика защиты проводит блокировку подачи топлива и делает аварийный сброс пара. Таким образом, автоматика отсекает паровой котел от магистрали, чем спасает оборудование, стоящее после котла, от сильнейших гидравлических ударов.

Учитывая то, что паровой котел является оборудованием повышенной опасности, он оснащается как электронной автоматикой защиты, так и механическими устройствами. К числу таких устройств относятся – аварийные клапаны, сбросные клапаны, отсечные механизмы. Задача этого оборудования безопасности при возникновении аварийной ситуации, если не сработает электронная защита, остановить и заглушить установку и избежать аварии.

Большим преимуществом паровой установки выступает то, что при использовании его в качестве прибора отопления не требуется дополнительно устанавливать циркуляционные насосы для нагнетания пара в магистральный трубопровод. Здесь пар под давлением сам постоянно проталкивает объем теплоносителя собственным давлением. А подпитка осуществляется при помощи забора насосом воды из конденсатосборника. В замкнутых системах, где теплоноситель циркулирует постоянно, при заборе конденсата не требуется дополнительной подготовки воды перед направлением ее в котел.

А в открытых системах, когда теплоноситель после прохождения по всему контуру отопления поступает в открытый охладитель, требуется постоянная подпитка воды из внешнего источника. В этом случае проводится ее предварительная обработка – умягчение, очистка от посторонних примесей, удаление из нее кислорода. В отдельных случаях, для предотвращения образования коррозии в воду вносятся специальные антикоррозионные добавки и нейтрализаторы, этого требуют технологические стандарты производства.

Составные части конструкции парового котла

Паровой котел это сложный агрегат, в его состав входит основное и вспомогательное оборудование. К числу основного оборудования относится:

  • Топка;
  • Корпус (обечайка) парового котла;
  • Горелка для установок, работающих на газу (устройства нагрева для котлов с топкой – трубы или экраны, электрические тэны;
  • Теплоизоляция;
  • Обшивка;
  • Блок системы управления;
  • Блок системы безопасности;
  • Механические устройства безопасности;
  • Нагнетающие насосы.

Высокие требования безопасности и специфика самого агрегата требует применения в конструкции оборудование самого высокого качества. Так для труб и переходников применяются изделия из жаропрочных сортов стали, а соединение их выполняется специальными электродами, образующими высокопрочный шов.

Теплоизоляция котла состоит из нескольких слоев шамотного кирпича, базальтовой ваты, асбестового полотна. Для соединения частей теплоизоляции используются специальные высокотемпературные составы на основе шамотной глины и синтетических добавок.

Система безопасности парового котла обеспечивается приборами контроля. При проведении наладочных работ каждый датчик, манометр, уровнемерная трубка со стеклом многократно проверяются и калибруются, доводя до максимальной точности показатели приборов.

К числу вспомогательного оборудования парового котла относится:

  • Установка умягчения воды и водоподготовки;
  • Экономайзер;
  • Нагреватель воздуха;
  • Пароперегреватель;
  • Сепаратор – проводит отделение тяжелых водяных капель от мелкодисперсного пара;
  • Деаэратор;
  • Дымосос удаляет продукты горения из корпуса топки.

Вспомогательное оборудование парового котла обеспечивает подготовку воды, очистку воздуха от примесей и пыли, удаление дыма и вредных газов, вторичный нагрев пара перед подачей его в магистраль. Эти устройства позволяют повысить эффективность оборудования и обеспечить максимальную производительность парового котла.

Паровой котел: типы, принцип работы и особенности эксплуатации

Паровым котлом называется узкоспециализированное оборудование, производящее пар. Эти агрегаты широко используются в промышленной и энергетической отраслях, в системах отопления.

Паровые системы работают с использованием различных энергоносителей – газообразного, твердого или жидкого топлива. Парообразующее оборудование различается основными видами. Эти различия, а также принципы работы подобных агрегатов, влияют на их предназначение и выбор.

Для чего предназначены

Парообразующие системы необходимы при многих производственных процессах, где пар используется по предусмотренной технологии.

Парогенераторы высокой мощности применяются на некоторых электростанциях. В этих случаях вращение вала, вырабатывающего электричество, происходит под воздействием пара, который попадает в турбину. Воздействие пара применяется в некоторых видах транспорта (паровозы, пароходы), где оно осуществляет движение вала двигателя и колес. Паровые котлы устройства бытового назначения используются в виде источников тепла для отопительных нужд зданий.

Многие организации, помимо отопительных целей, применяют парогенераторы для других нужд – стерилизации инструментов и других медикаментозных материалов в учреждениях здравоохранения, для обеспечения прачечных.

[warning]Полезно знать: паровые котлы по принципам своего действия имеют сильные различия с водогрейным оборудованием, хотя их функции кажутся схожими. Эти приборы несравнимы по количеству, давлению и температуре парообразования.[/warning]

Разновидности

Производство пара во всех котлах имеет принципиальную схожесть: под воздействием любой энергии (сгорающего топлива, электрической, солнечной, геотермальной) жидкость преобразуется в газообразное состояние.

Но применяемый технологический подход у этих приборов различается, он зависит от их конструктивных параметров и предполагаемого конечного результата.

В зависимости от рабочего вида топлива парообразующее оборудование делится на виды:

  • электрическое;
  • угольное;
  • газовое;
  • мазутное.

По своим рабочим особенностям оно классифицируются на следующие типы:

  • газотрубные;
  • водотрубные.

Различия газотрубного и водотрубного типа

В паровом оборудовании газотрубного устройства корпус цилиндрически замкнут. Внутри располагаются трубы, по всей протяженности которых осуществляется процесс горения, а пар образуется вверху корпуса.

Мощность подобных приборов ограничена во избежание выброса опасного продукта, поскольку скопление всего объема газообразной жидкости под высоким давлением осуществляется в корпусе.

В устройствах водотрубного типа в корпусе располагается горелка, по кипятильным трубам циркулирует жидкость до тех пор, пока не достигнет нужного состояния.

[advice]Обратите внимание: преимущество водотрубных котлов перед газотрубными приборами в том, что их мощность и температура выше. При их использовании могут быть допущены значительные перегрузки, они более безопасны.[/advice]

Виды водотрубных котлов

Барабанный паровой котел

По своим рабочим характеристикам эти приборы подразделяются на следующие виды:

  • прямоточные;
  • барабанные.

Устройства, имеющие барабанную конструкцию, могут быть горизонтальными и вертикальными. Схемы подобных парогенераторов устроены таким образом, что барабан собирает полученный продукт из пучков труб, находящихся над топливной камерой. Барабан нужен для процесса сепарирования, в результате чего происходит отделение неиспаряющейся воды и повторное ее вбрасывание в кипятильные трубы.

Таким образом, жидкость циркулирует по нагревателям до полного ее перехода в парообразное состояние. В горизонтальное устройство устанавливается один барабан, в конструкции вертикального типа предусмотрено наличие нескольких приспособлений.

Прямоточная установка системы парового котла обладает большей производительностью. Но в этой системе жидкость должна преобразиться в парообразное состояние за единственный проход по трубам, поэтому требуется установка очень высокой рабочей температуры.

Для использования в паровых агрегатах водотрубного типа вода предварительно подготавливается. С применением специальной химии из нее удаляются растворенные соли и молекулы кислорода. Это необходимо делать, чтобы избежать снижения эффективности работы устройства из-за солевых отложений на рабочих поверхностях.

Использование мини-котельных

Широкое распространение в последнее время получили автономные мини-котельные.

Их использование экономически эффективно и может производиться в различных зданиях. Отопление с помощью автономного теплоснабжения применяется в многоэтажных домах, частных строениях, в коттеджных поселках.

По своей потенциальной мощности мини-котельные способны отапливать различные площади производственных и жилищных объектов. Эти комплексы оборудования снабжаются всем необходимым оборудованием и автоматизируются.

В заводских условиях эксплуатация таких мини-котельных способствует экономии времени при установке и запуске, ускорению темпов строительства. Также они незаменимы в случае аварийных ситуаций, когда необходимо оперативно наладить теплоснабжение.

Смотрите видео, в котором подробно разъясняются устройство и принцип работы паровых котлов:

Как работает паровой котел — назначение и типы

Пароводяной котел был изобретен в 19-м веке вместе с изобретением Томасом Ньюкоменом первого парового двигателя. Однако считается, что первым создателем и теоретиком получения полезного тепла из пара считается французский физик Дени Папен. Эти приборы сразу же начали активно использоваться во многих сферах промышленности и как один из самых эффективных способов отопления помещений дровами и движения паровозов.

Что такое паровой котел

Паровой котел – это устройство для производства насыщенного и перегретого водяного пара, находящегося в термодинамическом равновесии с водой. Температура пара, находящегося в первом состоянии – 100 градусов, а давление — 100 кПа. Параметры перегретого пара же достигают 500 градусов по Цельсию и до 25 Мпа. Давление воды в таких котлах, как, собственно, и давление пара, выше атмосферного. Объясняется это теплотой, выделяющейся при сгорании топлива, а также теплотой отходящих газов.

Котлы могут использовать энергию сжигаемого топлива, электроэнергию или принимать теплоту от других установок, утилизируя ее.

Преимущества и недостатки паровых котлов. Их особенности

Паровые котлы уже давно используются для различных частных и промышленных целей, в домах и на производствах. Объясняется это рядом преимуществ, которыми владеют агрегаты подобного рода:

  • Первое и самое главное преимущество заключается в быстром нагревании помещения, если агрегат используется для отопления. Системы их строения сконструированы таким образом, что они обладают высокой теплоотдачей. Это позволяет экономить топливо лучше, чем другие подобные аппараты.
  • Вода в состоянии пара становится очень легкой и способна подниматься на достаточно длинные расстояния, способствуя обогреву одним котлом нескольких этажей здания.
  • После остывания пар конденсируется и падает обратно в котел, что позволяет не использовать дополнительных систем подачи тепла.

Преимущества

Особенностью паровых котлов является то, что они совершенно безопасны для человека. Большинство современных установок работают полностью автоматизированно и не требуют вмешательства человека в процесс естественной генерации пара. Это означает, что для постоянной работы с ними не нужен человек. Установки, производимые по современным технологиям, подходят для работы в различных условиях. Они подходят для отопления небольших зданий и для подачи тепла большим помещениям. Следовательно, паровые котлы довольно практичны и могут применяться во многих местах, а стоят сравнительно дешево.

Обратите внимание! Еще одной особенностью парового котла является то, что для его установки не нужна покупка и установка дополнительных насосов и прочих перемещающих элементов, ведь пар двигается под воздействием собственного давления. Именно поэтому многие частные лица и предприниматели устанавливают в своих помещениях паровые котлы.

Недостатки

Преимущества не исключают недостатки, которые тоже имеются. Заключаются они в основном в очень высокой температуре отопительных приборов, что влечет за собой нужду в постоянной и своевременной замене труб и прочих конструкций. Более того, воздух в помещении, отапливаемом таким котлом, становится сухим и начинает активно циркулировать, доставляя дискомфорт и повышая шанс развития аллергии на пыль. Система пароотопления достаточно шумная из-за циркуляции пара. Если в промышленных помещениях это может не сыграть роли, но в частном доме доставит немало неудобств. Еще один недостаток тоже исходит от высокой температуры нагревательных элементов: не все строительные материалы переносят такой нагрев, а точнее, почти никакие.

Важно! Выбор отделки около генератора часто ограничивается цементной штукатуркой с последующей покраской термостойкими красящими материалами. Другие материалы плавятся, портятся и начинают испускать газы, дышать которыми небезопасно.

Назначение и сфера применения паровых котлов

Для определения назначения котла в первую очередь следует выделить помещение, в котором он используется: дом, паровая котельная, промышленность. В домашних целях и в котельных он чаще всего применяется для отопления помещения и подачи горячей воды. Установка в промышленных помещениях, цехах и заводах, помимо отопления, предполагает следующие цели:

  • очистка и стерилизация молока и прочих продуктов на фермах и заводах от нежелательных загрязнений, бактерий и микробов;
  • пропаривание кормов для скота и птицы, а также пропаривание круп;
  • обработка различных инструментов и деталей;
  • запуск и прогрев более мощных промышленных агрегатов.

Большинство сфер применения в производственных целях основано на особом действии пара.

Важно! Пар – особое средство очистки и стерилизации, и может использоваться для многих целей. Более того, вода в газообразном состоянии легко проходит по трубам, доставляя тепло в нужное место. Вследствие этого отпадает необходимость тратиться на дополнительные приборы.

Паровые котлы высокого давления применяются во многих отраслях промышленности, среди которых:

  • пищевая;
  • медицинская;
  • деревообработка;
  • целлюлозно-бумажная;

  • табачная;
  • теплоснабжающая;
  • производство строительных материалов и легкая промышленность.

Принцип работы парового котла и его устройство

В общем случае принципы работы паровых котельных и их устройство выглядят следующим образом. В верхней части самого котла расположен барабан, который соединяется с коллекторами, прикрепленными к нижней его части с помощью опускных труб, по которым поступает вода. Замыкание происходит с помощью подъемных труб. Они расположены как раз в зоне сгорания топлива, в отличие от опускных, необогреваемых напрямую. Вверх по трубам поступает смесь пара и воды. Когда она доходит до сепаратора, то разделяется на отдельные составляющие. Пар проходит дальше и попадает в паропровод, а вода опускается обратно в барабан и снова участвует в выработке и циркуляции пара под действием теплового эффекта.

Котлы подобного рода состоят из следующих элементов:

  • проводящего (магистрального) трубопровода, через который проходит пар;
  • нагревательного трубопровода, в котором происходит создание и нагревание пара;
  • запорного и регулирующего трубопровода для регулировки и перекрытия потока среды – в данном случае пара;
  • насосов для регулировки подачи парового потока;
  • устройства управления аппаратом;
  • электроники и автоматики для автоматизации работы аппарата.

Обратите внимание! В общем случае устройство котла предполагает наличие различного типа трубопроводов и сосудов для пара, жидкости и топлива.

Все элементы связаны между собой по принципу сварки или вальцовки. Современные аппараты содержат люки, позволяющие производить очистку барабанов и сосудов. Общее пространство внутри генератора делится на паровое и водяное. Заполнены они соответствующе.

Главной частью любого котла является топка, в которой происходит сжигание топлива. Чаще всего она представляет собой решетку из труб для твердого топлива, присоединенную к барабанам для циркуляции пара. Извне печь обшита огнеупорными материалами, которые изолируют тепло. Между самими трубами и обшивкой располагаются кирпичи, препятствующие появлению и задержке шлаков и золы на стенках топки.

Основные виды паровых котлов

Паровые котлы можно классифицировать по многим критериям, среди которых – вид топлива, предназначение, конструктивные особенности.

По виду топлива агрегаты делятся на:

  • твердотопливные;
  • жидкотопливные;
  • газовые;
  • газомазутные;
  • электрические.

В зависимости от применения агрегатов, их разделяют на:

  • бытовые, применяемые для отапливания помещений;
  • промышленные, применяемые для функционирования различных промышленных систем;
  • утилизационные, применяемые для утилизации вторичных ресурсов и мусора;
  • энергетические, применяемые для обеспечение работы турбин.

Наиболее часто паровые котлы разделяют по типу и конструктивным особенностям схемы. Согласно им агрегаты делятся на:

  • газотурбинные;
  • прямоточные;
  • водотрубные;
  • чугунные секционированные;
  • блочно-транспортируемые.

Газотурбинные аппараты считаются морально и физически старыми, хотя и используются на многих предприятиях. Их рабочее давление ограничивается 1 МПа, а выдаваемая ими мощность не превышает 350 Квт. Повышать эффективность такого котла невыгодно, так как придется потратить много денег.

Важно! При «разгоне» газотурбинного генератора следует, как уже было сказано, заниматься утолщением его стенок. В противном случае это может привести к взрыву. Котел будет уничтожен, а высвобождение пара такой температуры может привести к необратимым последствиям для людей. В любом случае следует читать инструкции и повышать мощность правильно.

Особенности

Особенностью прямоточного генератора парового газа является то, что он может работать как на пределе своей мощности, так и выше заявленного предела.

Конструкция такого парогенератора заставляет воду двигаться по трубам и проходить через топку, генерируя насыщенный пар.

Водотрубные котлы

Это самые современные из всех, применяющихся на производствах. Следовательно, они самые безопасные и мощные. Они имеют более сложные конструкции, которые обладают рядом очень важных преимуществ. Они заключаются в маленьком времени разогрева, минимальной взрывоопасности, легкой перестройке на другие режимы работы, легкой транспортировке.

Чугунные секционированные агрегаты

Они получили широкое применение в системах отопления помещений. Их название происходит из-за схожести с чугунными радиаторами отопления в квартирах. Такая конструкция позволяет легко собирать котел и демонтировать его. Мощность такого устройства увеличивается добавлением новых чугунных секций. Достоинствами такого рода устройств стали:

  • высокий КПД;
  • простое наращивание мощности;
  • быстрый разогрев.

Блочно-транспортируемые котлы

Применяются еще со времен Второй мировой войны. Сейчас они выглядят как мобильные парогенерационные центры небольших размеров. В своем составе имеют не только сам агрегат, но и специальную технику для измерения основных параметров и поддержания рабочих условий. Главным их преимуществом остается мобильность, так как они зачастую находятся в кабине специализированного транспортного средства.

Важно! Такого рода котлы очень легко запускаются в работу, но только после подключения всех основных параметров: воды, топлива и прочего. Мощность таких устройств может достигать нескольких тысяч кВт и давления пара в 9 Мпа.

Отзывы пользователей о паровых котлах

Валерий, 43 года (Казань):

«Несколько лет назад делал капитальный ремонт в своей загородном доме и решил заменить старую отопительную систему в виде печки на паровой котел. К сожалению, газоснабжение в поселке не предусмотрено, и люди используют газ в баллонах. Для отопления это было нецелесообразно и, рассмотрев доступные альтернативы, я остановился на выборе водотрубного парового котла. Критерием его выбора стала безопасность и относительная долговечность.

Все последующее время после установки котел работает без перебоев. Приятным преимуществом для его установки стала и возможность использования различных видов топлива для генерации пара. Недостаток тоже есть – сравнительно большой размер».

Василий, 35 лет (Нижний Новгород):

«После постройки нового дома встал острый вопрос о его отоплении, так как приближалась зима. Дом получился большой и была необходимость в мощной модели. Выбор пал на жаротрубный вариант парового котла, который обладает высокой производительностью. Установка прошла легко, так как нет необходимости вывода дымохода и вентилятора.

Обратите внимание! Недостатки проявились со временем: котел требует высокое качество воды или установки специального фильтра для ее очистки. К тому же котел достаточно сложен в работе. Прошел не один месяц до того, как я разобрался в особенностях его работы».

Все паровые машины так или иначе прошли испытание временем и в высшей степени проявили себя с наилучшей стороны. Несмотря на имеющиеся недостатки, это проверенный временем механизм, который находит свое применение в век атомной энергетики и полетов к другим планетам.

Паровой котёл — принцип работы и конструктивные особенности

Паровой котёл — устройство, которое используется в быту и промышленности. Оно предназначено для превращения воды в пар. Полученный пар в дальнейшем применяют для обогрева жилья или вращения турбомашин. Какие бывают паровые машины и где они наиболее востребованы?

Что такое паровой котёл?

Паровой котёл — агрегат для производства пара. При этом устройство может давать 2 вида пара: насыщенный и перегретый. Насыщенный пар имеет температуру 100ºC и давление 100 кПа. Перегретый пар отличается повышенной температурой (до 500ºC) и высоким давлением (больше 26 МПа).

Примечание: Насыщенный пар используют в отоплении частных домов, перегретый — в промышленности и энергетике. Он лучше переносит тепло, поэтому использование перегретого пара повышает КПД работы установки.

Где используются паровые котлы:

  1. В отопительной системе — пар является энергоносителем.
  2. В энергетике — используются промышленные паровые машины (парогенераторы) для получения электроэнергии.
  3. В промышленности — перегретый пар может быть использован для преобразования в механическое движение и перемещения транспортных средств.

Паровые котлы: сфера применения

Бытовые паровые устройства используются в качестве источника тепла для отопления дома. Они подогревают ёмкость с водой и гонят образовавшийся пар в трубы отопления. Часто такую систему обустраивают вместе с угольной стационарной печью или котлом. Как правило, бытовые приборы для отопления паром создают только насыщенный, неперегретый пар.

Для промышленного применения пар перегревают. Его продолжают греть после испарения, чтобы ещё больше поднять температуру. Такие установки требуют качественного исполнения, чтобы предупредить взрыв паровой ёмкости.

Паровой котел

Перегретый пар из котла может расходоваться на образование электричества или механическое движение. Как это происходит? После испарения пар попадает в паровую турбину. Здесь поток пара вращает вал. Это вращение в дальнейшем перерабатывается в электричество. Так получают электрическую энергию в турбинах электростанций — при вращении вала турбомашин образуется электрический ток.

Кроме образования электрического тока, вращение вала может передаваться непосредственно на двигатель и на колёса. В результате чего паровой транспорт приходит в движение. Известный пример паровой машины — паровоз. В нём при сжигании угля нагревалась вода, образовывался насыщенный пар, который вращал вал двигателя и колёса.

Принцип работы парового котла

Источником тепла для нагрева воды в паровом котле может быть любой вид энергии: солнечная, геотермальная, электрическая, тепло от сгорания твёрдого топлива или газа. Образующийся пар является теплоносителем, он переносит тепло сгорания топлива к месту его применения.

В различных конструкциях паровых котлов используется общая схема подогрева воды и её превращения в пар:

  • Вода очищается и подаётся в резервуар с помощью электронасоса. Как правило, резервуар расположен в верхней части котла.
  • Из резервуара по трубам вода стекает вниз в коллектор.
  • Из коллектора вода поднимается снова вверх через зону нагрева (горения топлива).
  • Внутри водной трубы образуется пар, который под действием разницы давлений между жидкостью и газом поднимается вверх.
  • Вверху пар проходит через сепаратор. Здесь он отделяется от воды, остатки которой возвращаются в резервуар. Дальше пар поступает в паропровод.
  • Если это не простой паровой котёл, а парогенератор, то его трубы вторично проходят через зону горения и нагрева.

Устройство парового котла

Паровой котёл представляет собой ёмкость, внутри которой нагретая вода испаряется и образует пар. Как правило — это труба различного размера.

Кроме трубы с водой, в котлах имеется топочная камера (в ней сгорает топливо). Конструкция топки определяется видом топлива, для которого сконструирован котёл. Если это твёрдый уголь, дрова, то внизу топочной камеры есть колосниковая решётка. На ней располагают уголь и дрова. Снизу через колосники в топочную камеру проходит воздух. Для эффективной тяги (движения воздуха и горения топлива) вверху топки устраивают дымоход.

Устройство парового котла Ici Caldaie

Если энергоноситель — жидкий или газообразный (мазут, газ), то в топочную камеру вводят горелку. Для движения воздуха также делают вход и выход (колосниковую решётку и дымоход).

Горячий газ от сгорания топлива поднимается к ёмкости с водой. Он нагревает воду и выходит через дымоход. Нагретая до температуры кипения вода начинает испаряться. Пар поднимается вверх и поступает в трубы. Так происходит естественная циркуляция пара в системе.

Классификация паровых котлов

Паровые котлы классифицируют по нескольким признакам. По виду топлива, на котором они работают:

  • газовые;
  • угольные;
  • мазутные;
  • электрические.
  • бытовые;
  • промышленные;
  • энергетические;
  • утилизационные.

По конструктивным особенностям:

  • газотрубные;
  • водотрубные.

Давайте рассмотрим, чем отличается конструкция газотрубных и водотрубных машин.

Газо- и водотрубные котлы: отличия

Емкость для образования пара часто представляет собой трубу или несколько труб. Воду в трубах обогревают горячие газы, образующиеся при сгорании топлива. Устройства, в которых газы поднимаются к трубам с водой, называют газотрубными котлами. Схема газотрубного агрегата приведена на рисунке.

Схема газотрубного котла: 1- подвод топлива и воды, 2 — топочная камера, 3 и 4 — дымогарные трубы с горячим газом, который выходит дальше через дымоход (позиции 13 и 14 — дымоход), 5 — решётка между трубами, 6 — вход воды, выход обозначен цифрой 11 — её выход, кроме того на выходе есть устройство для измерения количества воды (обозначено цифрой 12), 7 — выход пара, зона его образования обозначено цифрой 10, 8 — сепаратор пара, 9 — наружная поверхность ёмкости, в которой циркулирует вода.

Есть другие конструкции, в которых газ двигается по трубе внутри ёмкости с водой. В таких устройствах водные ёмкости называют барабанами, а сами устройства — водотрубными паровыми котлами. В зависимости от расположения барабанов с водой, водотрубные котлы классифицируют на горизонтальные, вертикальные, радиальные, а также комбинации различных направлений труб. Схема движения воды по водотрубному котлу приведена на рисунке.

Схема водотрубного котла: 1- подвод топлива, 2 — топка, 3 — трубы для движения воды; направление её движения обозначено цифрами 5,6 и 7, место входа воды — 13, место выхода воды — 11 и место слива — 12, 4 — зона, где вода начинает превращаться в пар, 19 — зона, где есть и пар, и вода, 18 — зона пара, 8 — перегородки, которые направляют движение воды, 9 — дымоход и 10 — дымовая труба, 14 — выход пара через сепаратор 15, 16 — наружная поверхность ёмкости для воды (барабан).

Газо- и водотрубные котлы: сравнение

Для сравнения газо- и водотрубных котлов приведём некоторые факты:

  1. Размер труб для воды и пара: у газотрубных котлов трубы — больше, у водотрубных — меньше.
  2. Мощность газотрубного котла ограничена давлением 1 МПа, и теплообразующей способностью — до 360 кВт. Это связано с большим размером труб. В них может образовываться значительное количество пара и высокое давление. Увеличение давления и количества образуемой теплоты требует значительного утолщения стенок. Цена такого котла с толстыми стенками будет неоправданно высока, экономически не выгодна.
  3. Мощность водотрубного котла — выше, чем газотрубного. Здесь используются трубы небольшого диаметра. Поэтому давление и температура пара могут быть больше, чем в газотрубных агрегатах.

Примечание: Водотрубные котлы безопаснее, мощнее, производят высокую температуру и допускают значительные перегрузки. Это даёт им преимущество перед газотрубными агрегатами.

Дополнительные элементы агрегата

В конструкцию парового котла могут входить не только топочная камера и трубы (барабаны) для циркуляции воды и пара. Дополнительно используются устройства, которые увеличивают эффективность работы системы (поднимают температуру пара, его давление, количество):

  1. Пароперегреватель — повышает температуру пара выше +100ºC. Это в свою очередь повышает экономичность и КПД работы машины. Температура перегретого пара может достигать 500 ºC (так работают паровые котлы в атомных станциях). Пар дополнительно нагревается в трубах, в которые он поступает после испарения. При этом он может иметь собственную топочную камеру или быть встроен в общий паровой котёл. Конструктивно различают конвекционные и радиационные пароперегреватели. Радиационные конструкции нагревают пар в 2-3 раза сильнее, чем конвекционные.
  2. Сепаратор пара — удаляет из пара влагу и делает его сухим. Этим увеличивается эффективность работы устройства, его КПД.
  3. Паровой аккумулятор — устройство, которое отбирает из системы пар, когда его много, и добавляет его в систему, когда его недостаточно, мало.
  4. Устройство для подготовки воды — снижает количество растворённого в воде кислорода (что предупреждает коррозию), убирает растворённые в воде минералы (химическими реагентами). Эти меры предупреждают засорение труб накипью, которая ухудшает теплоотдачу и формирует условия для прогорания труб.

Кроме того, есть клапаны для слива конденсата, воздухоподогреватели, и обязательно — система контроля и управления. В неё входят включатель и выключатель горения, автоматические регуляторы расхода воды, топлива.

Парогенератор: мощная паровая машина

Парогенератор — это паровой котёл, который снабжён несколькими дополнительными устройствами. В его конструкцию входят один или несколько промежуточных пароперегревателей, которые увеличивают мощность его работы в десятки раз. Где используются мощные паровые машины?

Главное применение парогенераторы нашли в атомных электростанциях. Здесь с помощью пара энергия распада атома преобразуется в электричество. Опишем два способа подогрева воды и образования пара в реакторе:

  1. Вода омывает корпус реактора снаружи, при этом она нагревается сама и охлаждает реактор. Таким образом, образование пара происходит в отдельном контуре (вода нагревается о стенки реактора и передаёт тепло в испарительный контур). В такой конструкции используется парогенератор — он выполняет роль теплообменника.
  2. Трубы для нагрева воды проходят внутри реактора. При подаче труб в реактор он становится топочной камерой, а пар передаётся непосредственно в электрогенератор. Такая конструкция получила название кипящего реактора. Здесь парогенератор не нужен.

Парогенератор для атомной электростанции

Промышленные паровые агрегаты — мощные машины, которые обеспечивают людей электричеством. Бытовые агрегаты — также работают на службе человека. Паровые котлы позволяют обогревать дом и выполнять различную работу, а также дают львиную долю электрической энергии для металлургических заводов. Паровые котлы — основа промышленности.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: