Для каких целей нужен паровой котел: схема и эксплуатация

Как отличаются газо- и водотрубные паровые котлы

Рабочий принцип котлов построен на подогреве емкости с водой. Емкость, в которой вода переходит в парообразное состояние, в основном, собой представляет трубу или несколько труб. Приборы, в которых горючее греет трубы, поднимаясь вверх, называются газотрубными котлами.

Однако есть и иной вариант — когда горючий газ передвигается по трубе, расположившейся изнутри емкости с водой. В этом случае водные емкости называются барабанами, а сам котел – водотрубным. В быту его также называют огнетрубным котлом. В зависимости от размещения водных барабанов, котлы данного типа разделяют на: горизонтальные, вертикальны и радиальные. Также можно встретить модели, в которых выполнены разнообразные направления труб.

Устройство и рабочий принцип огнетрубного парового котла немного выделяется от газотрубного. Самое первое, касается это размера труб с водой и паром. У водотрубных котлов трубы менее габаритны, чем у газотрубных. Второе, имеют место различия по мощности. Газотрубный котел даёт давление не больше 1 МПа и имеет теплообразующую способность до 360 кВт. Причиной этому являются большие трубы. Чтобы в трубах образовывалось достаточно пара и давления, их стены обязаны быть толстыми. В конечном итоге – цена подобных котлов завышена. Водотрубный котел мощнее. Благодаря тонким стенкам труб, пар нагревается лучше. И третье, водотрубные котлы безопаснее. Они делают большую температуру и не боятся существенных перегрузок.

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).

Где используются паровые котлы:

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

Топка парового котла

Вихревая горелка

Топка котла — это один из важнейших агрегатов парогенераторной системы. В топке сжигается топливо, в результате чего выделяется тепло, которое передается через металлические стенки рабочей жидкости и превращает ее в пар.

Конструкция

Современная топка представляет собой клетку из вертикальных труб, присоединенных концами к коллекторным барабанам малого диаметра, включенным в циркуляционную систему котла. С наружной стороны клетка снабжена легкой огнеупорной и теплоизолирующей обшивкой, вес которой несут сами трубы. Промежуток между обшивкой и трубами заполнен кирпичами специальной формовки, которые закрывают задние, т.е. наружные, поверхности труб, но оставляют открытыми их передние поверхности. В результате образуется довольно гладкая конструкция, на которой не задерживаются зола и шлак.

Топливо

Обычное твердое топливо (каменный уголь или дрова) располагается в виде горящего слоя на колосниковой решетке. Воздух пронизывает этот слой через возникающие сами по себе каналы в измельченном топливе. Если уголь коксуется, размягчаясь и частично спекаясь, то приходится время от времени его перемешивать, что способствует образованию новых и устранению слишком широких старых каналов. Так называемое подвижное топливо (угольная пыль, мазут или топливный газ) вводится в топку горелкой, в которой струя топлива смешивается с сильно закрученным потоком воздуха. Например, угольная пыль сначала подхватывается потоком первичного воздуха, которого, вообще говоря, недостаточно для полного сгорания. Горелка придает этому вращающемуся потоку форму узкого конуса. Затем к нему подводится полный поток вторичного воздуха, и конус дополнительно закручивается. Для эффективной работы топки необходима тяга. Под тягой понимается разность давлений, заставляющая воздух и топочные газы проходить через топку и связанные с ней устройства. Поскольку эта разность давлений мала, тягу обычно указывают в миллиметрах водяного столба (1 мм вод. ст. равен 9,8 Па).

Дымовая труба

Самое простое устройство для создания тяги — дымовая труба без какого-либо механического оборудования. Тягу, создаваемую такой дымовой трубой, называют естественной. Эта тяга обусловлена разностью давлений столба нагретого газа, находящегося внутри высокой трубы, и такого же столба более холодного наружного воздуха. Чтобы возникла тяга, нужно вначале создать небольшую разность давлений в нижней части трубы. После этого развивается полная тяга, которая ограничивается только трением газов о стенки. Чем уже труба, тем сильнее эффект трения. Поскольку при температуре ниже 150°C тяга, развиваемая дымовой трубой, едва достаточна для преодоления сил трения в ней, современные электростанции работают исключительно с принудительной тягой, создаваемой ротационными вентиляторами и воздуходувками. Расположенная ниже топки воздуходувка гонит воздух под давлением, необходимым для преодоления сопротивления системы подготовки топлива, воздухоподогревателя и горящего слоя или горелок. Установленный над котлом вытяжной вентилятор, засасывая поток еще не остывших газов, создает разность давлений, необходимую для поддержания быстрого течения газов через котел и все другие теплообменные устройства.

Сборка агрегата

Работа по самостоятельному изготовлению котла выполняется в несколько несложных шагов. Выполните последовательно каждый этап инструкции, параллельно ориентируясь на чертежи и схемы.

Первый шаг. Определите оптимальные размеры будущего парового котла. От размеров оборудования напрямую зависит его производительность. Этот момент уточняйте в индивидуальном порядке, учитывая особенности конкретно своей ситуации.

На этом же этапе подготовьте все необходимые чертежи. При желании можете заказать их составление профессионалу либо же использовать готовые чертежи из открытых источников.

Второй шаг. Заготовьте необходимые материалы. Ранее приводился перечень требуемых элементов. В первую очередь купите трубы диаметром 32 мм и 12 мм. Листовая нержавейка должна иметь толщину порядка 2-3 мм.

Третий шаг. Подготовьте корпус котла. Лучший вариант – сварить корпус самостоятельно из листового металла. Размеры корпуса подбирайте индивидуально, в соответствии со своими нуждами.

Четвертый шаг. Сделайте основание котла. Ранее рассказывалось, что в основе конструкции паровых котлов лежит система сообщающихся труб. Прежде всего, подготовьте кусок трубы длиной порядка 11 см с толщиной стенок примерно 3 мм.

Трубу, имеющую 11 см в диаметре, нарежьте на 12 элементов – они будут выполнять функции дымогарных труб. Трубу же большего диаметра нарежьте на жаровые трубки.

Длину труб подбирайте в соответствии с вашими схемами.

Пятый шаг. Сделайте требуемое количество переборок и стенок парового котла. Для этого используйте нержавеющую листовую сталь.

Шестой шаг. Подготовьте в стенках агрегата отверстия для размещения жаровых и дымогарных труб. Присоедините упомянутые элементы в развальцованном виде к основанию котла. В этом вам поможет сварочный агрегат. На этом этапе тоже ориентируйтесь на имеющиеся чертежи и схемы.

Седьмой шаг. Прикрепите к корпусу агрегата предохранительный клапан и паровой коллектор. Через клапан в дальнейшем вы будете спускать остаточный пар.

Восьмой шаг. Выполните теплоизоляцию котла с помощью асбестового листа.

Таким образом, разобравшись в основных положениях инструкции, вы сможете самостоятельно собрать простой парогенератор и включить его в систему обогрева собственного дома. На каждом этапе выполнения работы ориентируйтесь на имеющиеся у вас чертежи, т.к. понять порядок сборки агрегата по одним лишь текстовым рекомендациям невозможно.

Параметры пара (давление, температура)

Пар — это высокая температура, большое давление, высокая теплота парообразования/конденсации, высокая проникающая способность. Из-за этих параметров пар получил большое распространение в промышленности. В большинстве технологических процессов промышленного производства применяют насыщенный водяной пар, для которого характерна прямая зависимость давления от температуры.

Пример модельного ряда паровых котлов, классифицируемых по давлению пара (температуры):

• пар до 1,7 кгс/см² абс. (115°С);
• пар до 10 кгс/см² (180°С);
• пар до 16 кгс/см² (201°С);
• пар до 24 кгс/см² (222 °С);
• перегретый пар.

Схемы подключения

Обвязка двух котлов разного типа в одной схеме (газовых и твердотопливных)  — этап очень ответственный. Любая ошибка может не только снизить эффективность отопления, но и создать аварийную ситуацию.

Для расчета схемы подключения лучше пригласить специалистов проектной организации. Они подберут пару отопителей с последовательной или параллельной обвязкой и различными способами управления — ручным или автоматическим.

Автоматическое управление

Схема с автоматическим управлением с точки зрения гидравлики практически не отличается от ручного способа. Единственное различие —  установка двух обратных клапанов.

Они ставятся с целью недопущения холостого протока теплоносителя через временно отключенный котел. Проблема решается установкой гидрострелки. Обратные клапаны располагают на обратке, направленными один на другой.

Схема обвязки двух котлов с автоматическим управлением

Для автоматической системы также необходима установка термостата, отключающего насос для принудительного перемещения теплоносителя. Когда в топке выгорит твердое топливо, смысла в холостой циркуляции воды через отключившийся аппарат нет, так как этим создается дополнительное сопротивления для второго котла.

Ручное управление

При реализации этого варианта для сбалансированности работы двух котлов требуется лишь запорно-регулирующая арматура. Все переключения между котлами осуществляются самим оператором путем открытия/закрытия двух вентилей на обратке. Для полного прекращения циркуляции нагретой воды необходимо отключение четырех вентилей —  двух на подаче и двух на обратке.

Обвязка двух котлов с ручным управлением

В схемах с ручным управлением необходимо предусмотреть установку двух расширительных бачков, с помощью которых компенсируется тепловое расширение воды в процессе постепенного прогрева холодного котла. Один бак с одновременной нагрузкой от двух агрегатов справиться не в состоянии.

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.

Принцип работы

Функционирование парового котлового оборудования любого типа – одинаково по своему принципу, сравнимому с системой, представленной сообщающимися сосудами. Нагретая пароводяная смесь обладает меньшей плотностью, по сравнению с холодной водой.

И именно такой температурной разницей обусловлено стабильное выталкивание пароводяной смеси по направлению к верхней части устройства, где посредством сепаратора происходит отделение пара от жидкости.

Принцип действия парового котла

Паровые котлы являются устройствами повышенной опасности, что обусловлено избыточным паровым давлением, способным стать причиной взрыва котлового оборудования.

Кроме всего прочего, высокий температурный режим и наличие открытого огня, часто провоцируют возгорание, поэтому безопасность эксплуатации обеспечивается высокотехнологичными жаропрочными материалами и обязательным наличием системы контроля.

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.

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.

Особенности эксплуатации

Эксплуатация паровых котлов требует тщательной водоподготовки, регулярной очистки топки и управления работой устройства.

1. Подготовка воды, используемой в работе котлов. В каждой воде в большей или меньшей степени присутствуют минеральные соли, которые в результате нагревания образуют накипь на поверхностях котла. В результате не только ухудшается теплоотдача сгорающего топлива воде (резко снижается КПД котла), но и может произойти разгерметизация труб в результате их прогорания. Поэтому перед подачей воды в котел ее очищают от солей, добавляя специальные реагенты, например, натриевый цеолит. Необходимо удалять и кислород, растворенный в воде, поскольку он способствует коррозии труб.
2. Удаление золы на наружных стенках топки должно выполняться периодически (по мере накопления).
3. В настоящее время управление работой паровых котлов занимаются автоматические системы, построенные на полупроводниковых электронных схемах. В домашних условиях управление работой котла (его пуск, выключение и регулировка расхода топлива) осуществляются вручную.

Таким образом, паровые котлы способны обеспечивать теплом, горячей водой и электричеством (речь идет о ТЭЦ) целые кварталы жилых домов, а могут работать и в индивидуальных хозяйствах. В последнем случае вы сможете самостоятельно, поскольку не зависите от системы централизованного отопления и подачи горячей воды, устанавливать время работы котла и температурный режим.

Это позволит вам существенно снизить затраты на обогрев и горячую воду. При этом данные устройства просты в эксплуатации и требуют минимального вмешательства со стороны человека. А еще котлы являются очень безопасными устройствами, поскольку оснащаются специальными системами, предотвращающими аварийные ситуации!

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

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.

Топливо

Топливо — это основной ресурс, от которого во многом зависит стоимость эксплуатации котла

При выборе топлива необходимо принять во внимание доступность того или иного ресурса, его стоимость и стоимость обслуживания при долговременной эксплуатации

Электричество. Самый доступный ресурс, но самый дорогой. При выборе электрического парового кола необходимо понимать, что его стоимость самая низкая на рынке, но потребляемая энергия будет стоить раз в 4…7 дороже, чем природный газ, и в 2…4 раза дороже, чем дизельное топливо

Также необходимо принять во внимание, что получение пара — это очень энергозатратный процесс, и необходимо просчитать и понять, можете ли вы на производстве позволить себе это. Твёрдое топливо (уголь, торф, пеллеты)

Дешёвое топливо, но угольное хозяйство очень затратное в содержании и требует больших складских площадей. Автоматизированные котлы — также удовольствие не из дешёвых. Мазут. Топливо достаточно дешёвое, но стоимость котельного оборудования и впоследствии содержание мазутного хозяйства перечёркивает все достоинства. Сжиженный газ (пропан-бутан). Дорогое оборудование, стоимость Гкал сравнима с ДТ, но высок показатель и взрывоопасности. Единственный плюс — экологичность. Дизельное топливо. Очень распространено по всей территории России. По стоимости топлива и стоимости обслуживания стоит на втором месте после природного газ, но при этом стоимость 1 Гкал выше примерно в 3…4 раза. Природный газ. Самое дешёвое топливо на сегодняшний день, но не везде проведён магистральный газ. Хочется обратить внимание, что котлы дорогие, но преимущество этого вида оборудования в том, что дешёвое топливо достаточно быстро окупает затраты на покупку и обустройство новой котельной.

Классификация паровых котлов

По прин­ци­пу ор­га­ни­за­ции дви­же­ния ра­бо­чей сре­ды раз­ли­ча­ют П. к. ба­ра­бан­ные, с ес­те­ст­вен­ной или мно­го­крат­но-при­ну­дит. цир­ку­ля­ци­ей, и пря­мо­точ­ные, с при­ну­дит. дви­же­ни­ем по все­му трак­ту (табл.). По па­ра­мет­рам те­п­ло­но­си­те­ля («вы­ход­но­му про­дук­ту») раз­де­ля­ют па­ро­вые (пред­на­зна­че­ны для про­из-ва па­ра) и во­до­грей­ные (для на­гре­ва во­ды под дав­ле­ни­ем в осн. для те­п­ло­снаб­же­ния гор. и рай­он­ных ко­тель­ных и ТЭЦ) кот­лы. По на­зна­че­нию – энер­ге­ти­че­ские (вы­ра­ба­ты­ва­ют пе­ре­гре­тый пар, ис­поль­зуе­мый в па­ро­вых тур­би­нах для вы­ра­бот­ки элек­трич. энер­гии); про­мыш­лен­ные (вы­ра­ба­ты­ва­ют на­сы­щен­ный пар для тех­но­ло­гич. нужд; напр., в хи­мич., де­ре­во­об­ра­ба­ты­ваю­щей пром-сти, в с. х-ве); ото­пи­тель­ные (про­из­во­дят пар или го­ря­чую во­ду), кот­лы-ути­ли­за­то­ры. По дав­ле­нию па­ра – док­ри­тич., кри­тич., сверх­кри­ти­че­ские. По ти­пу при­ме­няе­мо­го топ­ли­ва – га­зо­вые, жид­ко­то­п­лив­ные (ди­зель­ные), двух­то­п­лив­ные (га­зо­ма­зут­ные), на твёр­дом то­п­ли­ве (для пром. кот­лов, в осн. уголь). По спо­со­бу сжи­га­ния то­п­ли­ва – слое­вое, фа­кель­ное, в ки­пя­щем слое. По фа­зо­во­му со­стоя­нию вы­хо­дяще­го из топ­ки шла­ка – с твёр­дым и жид­ким шла­ко­уда­ле­ни­ем. По ви­ду га­зо­воз­душ­но­го трак­та – с ес­теств. тя­гой, с над­ду­вом.

Классификация паровых стационарных котлов
Тип котла	Давление пара, МПа	Температура перегретого пара, °С	Температура вторичного перегрева пара, °С	Номинальная паропроизводительность, т/ч
Барабанный котёл с естественной циркуляцией: промышленного назначения;	до 4	до 440	ДО 160
для электростанций	9,8-13,8	540-560	160-500
Барабанный котёл с промежуточным перегревом пара	13,8	545	545	670
Прямоточные котлы на сверхкритическое давление пара	25 и выше	545-650	545-580	950-3950

Добавочные детали агрегата

В конструкцию парового котла входят не только топка и трубы (барабаны) для движения воды по замкнутому контуру и пара. Дополнительно применяются устройства, которые делают больше рабочую эффективность системы (поднимают температуру пара, его давление, кол-во):

1. Пароперегреватель — увеличивает температуру пара выше +100?C. Это со своей стороны увеличивает экономность и КПД работы машины. Температура перегретого пара достигает 500 ?C (так работают паровые котлы в атомных станциях). Пар дополнительно нагревается в трубах, в которые он поступает после испарения. Он при этом как правило имеет свою топочную камеру или быть вмонтирован в единый паровой котёл. Конструктивно отличают конвекционные и радиационные пароперегреватели. Радиационные конструкции греют пар в несколько раз крепче, чем конвекционные.
2. Паровой сепаратор — убирает из пара влажность и выполняет его сухим. Этим становится больше рабочую эффективность устройства, его КПД.
3. Паровой аккумулятор — устройство, которое забирает из системы пар, когда его много, и прибавляет его в систему, когда его недостаточно, мало.
4. Устройство для подготовки воды — уменьшает кол-во растворённого в водной массе кислорода (что предупреждает коррозию), убирает растворённые в водной массе минералы (химическими реагентами). Данные меры предупреждают загрязнение труб накипью, которая ухудшает отдачу тепла и образовывает условия для прогорания труб.

Плюс к этому, есть клапаны для слива конденсата, воздухоподогреватели, и в первую очередь — система проверки и управления. В неё входят включатель и выключатель горения, автоматизированные регуляторы водорасхода, топлива.

Электрические котлы

Паровой котел такого типа характеризуется:

• простотой эксплуатации;
• экономичностью;
• экологичностью;
• бесшумной работой.

Кроме того, такое устройство котлов гораздо проще, чем аналогичное у устройств, использующих твердое или жидкое топливо. Электрические котлы не нужно постоянно очищать о золы или шлака, да и само топливо не требует специальной дополнительной заготовки. Таким образом, вы сэкономите деньги, которые были бы затрачены на доставку топлива к вам домой и которые были бы затрачены на оборудование хранилища для топлива.

По своей конструкции электрические котлы подразделяются на:

1. Приборы прямого действия. В них вода используется в качестве проводника электрического тока, которая нагревается согласно закону Джоуля-Ленца.
2. Приборы косвенного действия. В них в качестве нагревательных элементов используются, например, ТЭНы.

Однако, если говорить о цене паровых котлов любого типа, то она достаточно высокая. Именно этот факт вызывает желание некоторых потребителей (особенно в сельской местности), создать такой прибор собственными руками. Давайте рассмотрим, возможно ли это осуществить в принципе?

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.

Типы устройства паровых котлов

Паровые котлы производят пар двух видов:

1. Насыщенный, с температурой 100С, давлением до 100 кПа;
2. Перегретый, с избыточным давлением до 280 кгс/см2 и температурой до 500С.

Перегрев пара производится за счет дополнительного нагрева в теплообменниках пароперегревателей. Эти устройства нагревают отходящий пар, используя высокую температуру дымовых газов.

В качестве топлива котлы используют:

• Природный газ;
• Уголь;
• Электрическая энергия;
• Жидкое топливо – мазут, дизтопливо и так далее.

По устройству и принципу нагрева воды котлы имеют две основных модификации:

1. Газотрубные;
2. Водотрубные.

Газотрубные котлы устроены как сосуд со встроенной трубой (трубами) крупного диаметра. Сосуд заполнен водой до рабочего уровня. Пламя горелочного устройства направлено во внутренний объем трубы (труб).

Пламя нагревает трубы, вода вокруг трубы кипит и испаряется. Котел такого типа называется жаротрубным. Горелочные устройства оборудуются вентиляторами наддува для оптимизации пламени.

Второй тип газотрубного котла – агрегат с дымогарными трубами. В этом случае по трубам движется поток отходящих дымовых газов. По сути, такие котлы являются классическими котлами-утилизаторами.

Недостатком таких котлов является большой объем пара, содержащийся в котле под давлением. Это требует увеличения толщины стенок оборудования, налагает предел на максимальное давление – до 10 кгс/см2.

Водотрубные котлы превосходят газотрубные по величине КПД, скорости нагрева и производительности. При их работе вода движется по трубам малого диаметра, пламя горит в межтрубном пространстве. Преимущество достигается за счет более значительной и качественной поверхности нагрева воды (испарения).

Водотрубные паровые котлы подразделяются на 2 типа:

1. Барабанные;
2. Прямоточные.

Барабанные водотрубные котлы бывают горизонтальной и вертикальной ориентации, имеют минимум один барабан (емкость) в верхней части агрегата. Барабан служит сборником пара, на его стенках образуется конденсат недогретого пара – он вновь стекает в зону кипения и нагрева. Котел может иметь в своей конструкции несколько барабанов.

Прямоточные котлы отличаются высокой скоростью парообразования, вода испаряется в трубном пространстве и покидает котел.

Устройство

Паровые котлы представляют собой емкость, в которой вода нагревается и образует пар. Обычно они выполняются в виде труб, различных размеров. Кроме трубы с водой, котел всегда имеет камеру для сгорания топлива (топку). Ее конструкция может варьироваться в зависимости от типа применяемого топлива. Если это дрова, или твердый уголь, то в нижней части топки устанавливается колосниковая решетка, на которую укладывают топливо. С нижней части колосников, в топочную камеру поступает воздух. А вверху топки обустраивают дымоход, который необходим для эффективной тяги – циркуляции воздуха и горения топлива.

Принцип работы паровых котлов на твердом топливе несколько отличается от устройств, в которых в качестве теплоносителя использован жидкий или газообразный материал. Во втором случае, топочная камера предполагает горелку, которая работает подобно горелкам бытовой газовой печи. Для циркуляции воздуха также используют колосниковую решетку и дымоход, ведь в независимости от вида топлива, воздух является важнейшим условием горения.

Горючий газ, полученный от сгорания топлива, поднимается к емкости с водой. Он отдает воде свое тепло и выходит через дымоход в атмосферу. Когда вода нагревается до температуры кипения, она начинает испаряться. Стоит отметить, что вода испаряется и ранее, но не в таких количествах и не с такой температурой пара. Испарившийся пар самостоятельно поступает в трубы. Таким образом, циркуляция пара и смена агрегатных состояний воды происходит естественным образом. Принцип работы парового котла с естественной циркуляцией предполагает минимальное вмешательство человека. Все, что нужно сделать оператору, это обеспечить стабильный нагрев воды и проконтролировать процесс с помощью специальных устройств.

В случае с электрическими котлами подогрев воды происходит проще. Она нагревается с помощью нагревательных элементов типа ТЭНов или выступает в роли проводника и нагревается по закону Джоуля-Ленца.