Устройство парового котла: принцип работы на схеме

Для каких целей нужен пар

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

ПК используются в следующих отраслях:

1. ЖКХ в центральном отоплении устанавливают модификации ПЦ низкого или среднего давления для парового отопления. Теплоноситель поступает в сеть напрямую или через теплообменники подготавливает воду для центрального отопления и горячего водоснабжения.
2. В промышленности используются более мощные парогенераторы, вырабатывающие перегретый пар с более высокой теплоотдачей.
3. Энергия, паровые котлы высокого давления участвуют в схемах выработки электроэнергии, передавая пар на турбину.
4. Промышленность ПК обеспечивает механическое движение производственного аппарата.
5. Железнодорожный транспорт, ПК устанавливаются на тепловозы.

Немного истории

Мысли использовать силу пара в практических целях тысячелетия. Считается, что первый паровой котел, который также был пароструйной турбиной, был изобретен Героем Александрийским. Есть сведения, что в 16 веке капитан испанского флота Бласко де Гарай построил и показал королю.. пароход, который плавал. Но если это правда, то только одно случайное открытие — термодинамики как науки еще не существовало, а без нее невозможно рассчитать паровую машину и котел для нее. Эдисон, один из практиков, однажды сказал: «Нет ничего более практичного, чем хорошая теория».

Англичанин Т. Савери впервые получил патент на шахтный водоподъёмник, работающий от парового котла, в 1698 г. На практике его идею осуществил и англичанин Т. Ньюкомен в это же время, в конце XVII в. Но котел Ньюкомена в принципе не отличался от бытового чайника и давал очень слабый пар, поэтому двигатели Ньюкомена не получили широкого распространения и не произвели революцию в технике.

Паровой котел II Ползунова

Первыми, кто понял, как должен работать котел, дающий сильный пар (силовой пар), во второй половине XVIII в независимо друг от друга также английский конструктор Дж. Уатт (его именем названа силовая установка Уатта) и русский слесарь-самоучка И. И. Ползунов. Он не смог закончить свою паровую машину; он умер от болезни, но котел был закончен в 1765 году. Конструкции паровых котлов Уатта и Ползунова (на рисунке справа) почти идентичны, и другого технического решения быть не могло. В это время.

Тепловой КПД и паропроизводительность (см ниже) котлов Уатта и Ползунова позволяли запускать машины, выполняющие прибыльную полезную работу, но при технике того времени это было далеко не возможно. Изобретатели первых паровозов Р. Тревитик и Дж. Стефенсон улучшили технические характеристики паровых котлов и сделали их более компактными. В дальнейшем большой вклад в развитие котлостроения внесли английские инженеры Дж. Торникрофт и Э. Ярроу, а затем русский ученый В. Г. Шухов, тот самый, который построил телебашню на Шаболовке.

Первые паровозы Тревитика, Стефенсона и Черепанова

Примечание: первый паровоз «Блюхер» Стефенсона (в центре рисунка) имеет номер 2, но это потому, что его опытный предшественник не был пригоден для длительной эксплуатации.

Что такое паровой котёл?

Паровой котел – это машина для производства пара. При этом устройство может производить 2 вида пара: насыщенный и перегретый. Насыщенный пар имеет температуру 100°С и давление 100 кПа. Перегретый пар характеризуется высокой температурой (до 500°С) и высоким давлением (более 26 МПа).

Примечание: Насыщенный пар используется для отопления частных домов, перегретый пар используется в промышленности и энергетике. Он лучше передает тепло, поэтому использование перегретого пара повышает КПД установки.

Где применяются паровые котлы:

1. В системе отопления пар является энергоносителем.
2. В энергетике для выработки электроэнергии используются промышленные паровые машины (парогенераторы.
3. В промышленности перегретый пар можно использовать для преобразования в механическое движение и движения транспортных средств.

Немного теории

В этом разделе не будет формул из школьных и вузовских учебников. Ожидается, что вы их запомните. А если забыли, то знаете, где искать. Здесь мы поговорим о сущности процессов, происходящих в паровом котле и его деталях и важных для практики выводах. А математика это одно. Без понимания сути расчетов все равно не имеет смысла.

Главный принцип работы парового котла, о котором догадались Уатт и Ползунов, заключается в том, что вода в нем не кипит. Кипение — это процесс, который извне плавно не регулируется: вода достигла точки кипения и получила скрытую теплоту испарения: она кипит; зануда. При нормальном давлении кипящая вода относительно безопасна, но эффективность выходящего пара ничтожно мала; говорят, что это низкий потенциал. И моментально начинается его конденсация, из-за чего пар полностью лишается силы.

Пар работает под собственным давлением. Допустим, его превышение над атмосферой всего 1 МПа. Потом на поршень площадью 500 квадратных см пар давит с силой примерно в полтонны.Неплохо для начала.

Давление насыщенного водяного пара с повышением его температуры увеличивается по степенному закону, то есть очень быстро, слева на рис. При этом температура кипения воды и выход пара также увеличиваются на единицу площади испарительного зеркала (WP). Но скрытая теплота испарения остается неизменной, а часть расхода топлива, не приводящая в действие пар, уменьшается и уменьшается. Так что во всех отношениях выгодно повышать давление в котле, но это увеличивает его взрывоопасность (см ниже). И до определенного предела, выше которого нетермодинамические силы начинают мешать ходу процесса.

Температурная зависимость параметров насыщенного пара

Таблица параметров перегретого насыщенного водяного пара представлена ​​справа на рис. Обратите внимание на столбцы, выделенные зеленым цветом (частично или полностью). Из них видно, что максимальный выход пара приходится на диапазон температур 200-260 градусов. Давление пара в нем, от которого зависит усилие, создаваемое исполнительным механизмом, увеличивается втрое. Полная теплоемкость (с учетом скрытой теплоты) в этом диапазоне непрерывно возрастает. Это выгодно для парожидкостного СО с частичной или полной конденсацией хладагента.

Плохая новость начинается с желтых линий: пар становится химически очень активным: он разъедает обычные стальные паровые трубы и механизмы, а часть его сил тратится на «химию», несмотря на повышенное давление. Красные линии — новости еще хуже: в паре заметна термическая диссоциация воды, и котел становится крайне опасным.

Об обозначениях

В эпоху паровых двигателей в качестве единиц давления использовались атмосфера (ат) и избыточная атмосфера (ати). 1 дюйм = 1 кгс * кв см р(ати) = р(ат) –1, т.к давление воздуха 1 ат. Давление теперь измеряется в паскалях (Па). 1 ат = 1,05 МПа. Это правильно, ведь режим работы котла во многом зависит от давления окружающего воздуха. Но лишних паскалей нет, поэтому для определения силы пара надо от давления в котле отнять 1 МПа. Например, при 240 градусах давление в котле 3348 МПа. Для работы нельзя использовать более 2,298 МПа, но на каждый квадратный метр см поверхности деталей внутри котла вы будете давить более 30 кг*кв см. Для расчета мощности котла необходимо также использовать его выход пара в кг*с или кг*ч. Еще одной величиной, которую следует знать, является тепловой КПД котла, равный отношению между тепловой энергией, запасенной в единице массы пара, и теплотой сгорания топлива, необходимой для его производства. Термический КПД часто называют КПД котла, но следует отметить, что КПД энергетических и отопительных котлов одной и той же конструкции различны: в последнем случае возможен возврат скрытой теплоты парообразования в виде скрытой теплота конденсации, но не в бывшем.

Примечание: Давление пара над атмосферным иногда выражается в барах (bar). Например, в спецификации котла пишут: давление 1,5 бар, что равно ок. 1,5 ати. Но бар — это тоже внесистемная единица, его использование не регламентировано. Поэтому в той же спецификации нужно найти температуру воды в котле и проверить ее.

Потенциал пара

Вместе с температурой в котле быстро растет и его взрывоопасность. При температуре выше ок. 200 градусов, даже падение давления из-за избыточного отбора пара может привести к закипанию всей массы воды в котле и его взрыву. В рассказе Новикова-Прибоя «Бухта Радости» со всеми техническими подробностями описано, как симпатизировавший красным кочегар взорвал котел Белого военного парохода, к командованию которого он был насильно завербован. Исходя из этих соображений, пары по величине трудового потенциала делятся на:

• Низкий потенциал: температура до 113 градусов Цельсия, давление до 1,7 МПа. Взрыв котла практически невозможен из-за малого количества содержащейся в нем энергии.
• Низкопотенциальный — температура 113-132 градуса, давление 1,7-3 МПа. Взрыв котла возможен при внезапном разрушении его корпуса.
• Среднепотенциальный — температура 132-280 градусов, давление 3-6,42 МПа. Взрыв возможен при разрушении корпуса котла или выходе из строя автоматики.
• Высокий потенциал — температура 280-340 градусов, давление 6,42-14,61 МПа. Возможен взрыв, кроме вышеперечисленных причин, из-за нарушений правил эксплуатации котла (см ниже) и разгерметизации паропроводов.
• Сверхвысокий потенциал: температура больше 340 градусов, давление больше 14,61 МПа. Взрыв, помимо описанных причин, возможен по случайному стечению обстоятельств.

Тонкости парообразования

Для практических целей удобно использовать значение паропроизводительности на единицу площади ВЗ, но фактически образование пара в котле происходит в объеме воды: она насыщается микропузырьками пара. Представление об этом дает кипящая белая вода, в которой по правилам восточной кулинарии положено заваривать чай. Но в кипящей белой воде выделяется растворенный в воде воздух, а в нормально работающем котле вода выглядит прозрачной. Если на водомере мутно, котел на грани взрыва. Упомянутый выше красный кочегар был специалистом экстра-класса: по типу воды он определял, как скоро взорвется котел, и сумел скрыться. Пароход был старый с котлом среднего потенциала; от побеления счетчика воды до взрыва проходит несколько минут. Тут же взрывается высокопотенциальный котел, небольшой мутный счетчик воды.

Вторым важным моментом является так называемый влажный пар, который также содержит невидимые микрокапли воды. Влажный пар — враг котла не менее страшный, чем накипь: микрокапли влаги — естественные очаги конденсации пара. Если в какой-либо точке парового контура температура начнет падать быстрее, чем давление, может начаться лавинообразное сгущение пара. Давление во всей системе резко упадет, и тогда даже низкопотенциальный котел может закипеть и взорваться. Что касается паровых механизмов котла, то конденсат также резко ухудшает их технические параметры (резко падает давление в рабочих органах) и приводит к повышенному износу — микрокапли перегретой воды химически агрессивны.

Принцип работы парового котла

Для работы паровых котлов высокого давления используют химически обработанную воду, подогретую через стопки сетчатых труб, под действием горячих дымовых газов, образующихся в результате сгорания ископаемых топлив.

При повышении температуры вода превращается в пар, который поступает в зону применения для передачи тепловой энергии или кинетической энергии струи.

Принципиальная схема парогенераторного котла

Принцип работы:

1. Природная вода поступает на водоподготовку, где очищается от взвешенных веществ и умягчается. Далее она подается в баки химически очищенной воды и подается на установку с помощью подающих насосов паровых аппаратов.
2. Перед входом в барабан питательная среда поступает через экономайзер — чугунный теплонагревательный прибор, расположенный в хвостовой части агрегата для снижения температуры дымовых газов и повышения КПД котла.
3. Из верхнего барабана вода по ненагреваемым трубам поступает в нижний барабан и поднимается по конвективным стоякам в виде пароводяной смеси.
4. В верхнем барабане происходит процесс ее отделения от влаги.
5. Сухой пар направляется потребителям по паропроводам.
6. Если это парогенератор, пар повторно нагревается в пароперегревателе.

Устройство парового котла

Конструкцию ПК можно упростить в виде бака, в котором вода превращается в пар. Изготавливается из труб разного диаметра. Помимо системы трубопроводов, ПК имеет топочное пространство, в котором сжигается природное топливо.

Устройство парового котла и его конструктивные особенности определяются видом топлива. Например, угольные печи снабжены решетками, на которые укладывается слой горящего топлива, через который в печь поступает кислород.

В верхней части топки установлена ​​дымовая труба, которая создает тягу в парогазовом тракте агрегата, поддерживающую нормальный режим. Газовые паровые котлы имеют газовые или жидкотопливные горелки.

Горячие дымовые газы, полученные при сгорании топлива, нагревают воду до кипения, после чего из испарительного зеркала начинает выделяться пар, который поступает к потребителю, а дымовые газы по трубе выходят в атмосферу.

Основные конструктивные элементы паровых котлов соединяются в единую котельную систему с помощью гарнитур, арматуры, циркуляционных насосов, дымоудаляющей аппаратуры и вентиляторов.

Дополнительные элементы агрегата

В конструкцию парового котла может входить не только камера сгорания и трубы (барабаны) для циркуляции воды и пара. Дополнительно применяются устройства, повышающие КПД системы (повышают температуру пара, его давление, количество):

1. Пароперегреватель — поднимает температуру пара выше +100ºC. Это, в свою очередь, повышает экономичность и эффективность машины. Температура перегретого пара может достигать 500 ºC (так работают паровые котлы на атомных электростанциях). Далее пар нагревается в трубах, куда он поступает после испарения. При этом он может иметь собственную камеру сгорания или быть интегрирован в обычный паровой котел. Конструктивно различают конвекционные и радиационные пароперегреватели. Радиационные конструкции нагревают пар в 2-3 раза больше, чем конвекционные.
2. Сепаратор пара: удаляет влагу из пара и осушает его. Это повышает эффективность устройства, его экономичность.
3. Паровой аккумулятор – это устройство, которое забирает пар из системы, когда его много, и добавляет в систему, когда его не хватает.
4. Устройство водоподготовки: уменьшает количество растворенного в воде кислорода (что предотвращает коррозию), удаляет из воды растворенные минералы (химическими реагентами). Эти меры предотвращают засорение труб накипью, которая ухудшает теплоотдачу и создает условия для прогорания труб.

Кроме того, есть клапаны слива конденсата, воздухонагреватели и, конечно же, система контроля и управления. Включает в себя переключатель и переключатель горения, автоматические регуляторы расхода воды и топлива.

Элементы, которые повышают эффективность котла парового типа

Современный котел парового типа оснащается не только трубами и топкой, но и используются вспомогательные агрегаты. Эти дополнительные элементы способствуют не только повышению температуры пара в установке, но и могут повышать рабочее давление, а также способствуют более интенсивному парообразованию. В список таких полезных элементов паровой установки входят:

1. Сепаратор, отделяющий пар от влаги. Это устройство увеличивает КПД парового котла в несколько раз.
2. Пароперегреватель, с помощью которого температура пара нагревается выше 100 градусов Цельсия. Этот элемент также значительно повышает КПД парового котла, так как он может нагревать сухой пар до 500 градусов. Такими вспомогательными устройствами оснащаются паровые установки, используемые на атомных электростанциях.
3. Аккумулятор пара, который способен аккумулировать пар, а в момент необходимости возвращать его на линию работы.
4. Приготовление устройства для вытеснения избыточного кислорода из обычной воды. Это устройство значительно увеличивает срок службы паровой установки, так как низкая концентрация кислорода в теплоносителе предотвращает появление коррозии и накипи.

Также в современных паровых установках используются доборные элементы для отвода конденсата, регулирования расхода топлива и воды, а также управления котлом и контроля всех его параметров.

Схема парового котлоагрегата

Схема движения хладагента

ПК устанавливаются в котельной, которая может располагаться в отдельных, примыкающих и объединенных нежилых зданиях.

Обозначения по схеме:

1. Система подачи топлива газового парового котла №1.
2. Топочное устройство — топка №2.
3. Циркуляционные трубы №3.
4. Зона смешения пара и воды, зеркало испарения, №4.
5. Направление движения питательной воды, № 5, 6 и 7.
6. Перегородки, №8.
7. Газовый камин, №9.
8. Дымоход №10.
9. Выход циркуляционной воды из бака парового котла №11.
10. Слив промывочной воды №12.
11. Заполнение котла водой №13.
12. Паровой коллектор №14.
13. Разделение пара в барабане №№15,16.
14. Индикаторные стаканы воды №17.
15. Зона насыщенного пара №18.
16. Зона смешения пара и воды №19.

Типы паровых котлов

ПК классифицируются по нескольким параметрам и знать их необходимо, ведь от этого зависит работа парового котла.

По типу сжигаемого топлива:

• газообразное топливо;
• паровые котлы на твердом топливе;
• жидкое топливо: мазут, дизельное топливо;
• электроэнергия.

По предварительной записи:

1. Котел-утилизатор: участвует в схемах экономии топлива и переработки вторичного тепла, выделяемого в процессе производства или от дымовых газов на теплоэлектростанции.
2. Энергетика: паровые котлы участвуют в схеме выработки электроэнергии, как источник пара для турбин работают с высокими расходами и параметрами пара.
3. Отопление для центрального отопления и горячего водоснабжения, на которые распространяются правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.
4. Промышленные — участвуйте в производственных процессах компании.

Классификация паровых котлов в зависимости от конструкции топки:

1. Камера: используйте пылевидное топливо.
2. Слоистое твердое топливо: сжигание твердого топлива.

По способу сепарации пара

Различают конструкции с прямым и циркуляционным потоком. В прямоточных установках водяная взвесь, образующаяся в процессе получения пара самотеком, то есть под действием гравитационной конвекции, стекает в сторону конвертера. Топливо работает на поддержание конвективных потоков. Циркуляционные агрегаты имеют отдельный выход для жидкости. Этот принцип удаления конденсата не требует дополнительной тепловой энергии.

Одноходовые котлы проще, они могут быть энергонезависимыми. По остальным параметрам они уступают циркуляционным:

• взрывной;
• отличаются низким КПД;
• они требуют значительного расхода топлива для бесперебойной работы.

Циркуляционные котлы отличаются повышенной паропроизводительностью и КПД за счет прямого протока воды без сжигания дополнительного топлива. Эффективная площадь зеркала парогенератора в 1,5-2 раза больше геометрической. КПД циркуляционной установки может превышать 90%.

Способу теплообмена

В водотрубных котлах и газ, и теплоноситель проходят внутри одной и той же емкости. В газотрубных котлах (жаротрубных, жаротрубных) путь нагретых газов проходит по отдельным трубам, проходящим внутри бака с водой.

Водотрубные конструкции имеют ряд преимуществ по сравнению с газотрубными аналогами:

• компактные размеры;
• высокое напряжение;
• высокая надежность и безопасность.

Последний параметр особенно важен для долгой, бесперебойной и экономичной работы котла. В устройствах водотрубного типа термические напряжения меньше, что означает меньшую аварийность при эксплуатации. Продвижение трубы не повлечет за собой взрыва котла, так как мощный поток смеси воды и пара может погасить топку. Водопроводные установки не требуют частого обслуживания.

Газотрубные устройства сегодня практически не используются.

Водотрубные

Работа водотрубных котлов (ВК) характеризуется тем, что основной теплоноситель – питательная вода – проходит через экраны, а дымовые газы – через межтрубное пространство. Когда вода достигает точки кипения, она превращается в пар.

Эффективность выработки пара зависит от конструкции сетчатых труб и типа циркуляции питательной воды, эти показатели учитываются перед расчетом мощности. Наиболее часто используемые схемы ВК – барабанная и прямоточная. Компоновку парового котла первого типа осуществляют горизонтально или вертикально.

Типовая схема барабанного котла представляет собой топку, ограниченную трубчатыми экранами, пучки которых соединены снизу коллекторами, а верхняя часть закреплена на верхнем барабане. Второй комплект труб котла соединяет оба барабана ВК в контур, работающий в более низкотемпературной зоне.

Тепло от сгорания топлива по системе трубопроводов передается за счет конвекции и излучения воде, пароводяная смесь поступает в верхний барабан, где происходит отделение пара от влаги.

Вода сбрасывается в нижний барабан и коллекторы дыма. Скорость циркуляции внутреннего контура ВК зависит от его типа. Наиболее популярными котлами на российском рынке являются котлы с естественной циркуляцией.

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

Жаротрубные

Газотрубные или жаротрубные котлы имеют ВК «наоборот», то есть вода движется по межтрубному пространству, а уходящие газы по одной или нескольким трубам. Эти паровые котлы малой мощности эксплуатируются с довоенного периода 19 века.

Процесс производства пара:

1. Топка находится непосредственно в трубной части котла, где происходит сгорание топливной смеси и образование дымовых газов.
2. Эти устройства изготавливаются с пламенными или дымовыми трубками.
3. В первом процесс горения осуществляется непосредственно в трубе, для чего на входе установлена ​​дизельная горелка с вентилятором, что способствует равномерному горению по всей топке.
4. В жаровых трубах топливо не сжигается напрямую, а вода нагревается горячими дымовыми газами.

На эти котлы с давлением пара менее 0,7 МПа правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов не распространяются. Котловая вода движется по межтрубному пространству и при нагреве превращается в пар, процесс заканчивается в верхней части котла, и с помощью перепускного клапана пар переходит в основную трубу.

Дизельные котлы имеют предельную температуру дымовых газов на выходе до 150 С. Это требование обусловлено необходимостью обеспечения тяговой техники в дымовых трубах. Это снижает мощность котлов — около 400 кВт при давлении пара до 10 кгс/см2.

Чугунные секционированные

Котлы с чугунными блоками или секциями широко используются в сетях отопления и горячего водоснабжения. Конструкция таких агрегатов имеет преимущества за счет возможности быстрой сборки или разборки, а также простого увеличения мощности котла за счет добавления секций.

Эксплуатация паровых котлов с удачной конструкцией имеет существенный недостаток, в случае выхода из строя одного блока придется разбирать все секции агрегата.

Владельцам котлов разрешений не требуется, так как они не связаны правилами безопасного устройства и эксплуатации паровых и водогрейных котлов.

Эти котлы эффективны и быстро нагреваются, так как камера сгорания образована непосредственно внутренними поверхностями секций.

Блоки хорошо устойчивы к коррозионным процессам в среде агрессивных дымовых газов и обладают повышенной теплопроводностью, но не могут работать с высокими параметрами пара, максимальное давление менее 100 кПа, мощность не более 200 кВт, паропроизводительность составляет до 4,3 т/ч, расход твердого топлива — 300 кг/ч.

Прямоточные

Одноходовые паровые агрегаты относятся к вертикальным паровым котлам и устроены так, что вода в трубах экрана вынуждена совершать только один цикл и при этом полностью переходить в состояние пара, поэтому в парогенераторах данного типа Коэффициент циркуляции равен 1.

Такие котлы конструктивно намного проще и не требуют сложной автоматизации процесса горения. Они энергонезависимы и не могут обойтись без питательного насоса, поэтому гораздо взрывоопаснее циркуляционных котлов, хотя их тепловой КПД и паропроизводительность невысоки.

Прямоточная установка

В одноходовой установке движение воды происходит за счет гравитационной конвекции, так как вода тяжелее пара. В последнее время для устройств, выработавших нормативный ресурс, для снижения нагрузки паровые котлы переводятся на водогрейный режим.

Особенности однооборотного ПК:

1. Топка состоит из труб, которые нагреваются дымовыми газами.
2. Котловая вода поступает из нижней части контура отопительной воды, а сухой пар забирается из противоположной верхней части.
3. В экономайзере поступающий хладагент нагревается до температуры насыщения, а в трубах экрана и контуре перегрева параметры пара продолжают расти до проектных значений.
4. Эти поверхности не имеют четкого разделения между собой, а их геометрия зависит от расчетной нагрузки агрегата. При снижении температуры дымовых газов и увеличении скорости котловой воды границы экономайзера и испарителя смещаются, и соответственно увеличивается их длина, и наоборот.
5. Производство пара ограничивается ростом гидравлического сопротивления и не может превышать 10 т/ч. Для более мощных котлов требуются многооборотные конструкции агрегатов.

По конфигурации каналов парообразователя

Трубы, заполненные водой в паровых котлах, могут располагаться горизонтально или вертикально. Часто встречается комбинированный вариант с изогнутыми каналами, горизонтальным входом дыма и вертикальным выходом. Также возможно иметь извилистое, наклонное расположение кожуха конструкции.

По ходу топочных газов

Газотрубные устройства могут быть выполнены с рециркуляцией дымовых газов. Такое оборудование имеет более компактные размеры. Схема установки предполагает параллельное размещение топки и дымовой трубы, а движение газов в обратном направлении. Обслуживать циркуляционный котел проще, так как корень дымохода, устье топки и зольник, если устройство работает на угле, находятся в одном помещении.

Устройства с обратным ходом могут быть оснащены отражающими щитками на пламенной камере; Они не позволяют тепловой энергии рассеиваться.

По способу нагрева

Наиболее распространены классические топливные (пламенные) паровые котлы, работающие на газе, бензине, мазуте и угле, а также их электрические аналоги, но есть и другие варианты.

Например, солнечный котел не нуждается в топливе, он производит пар для бытовых и технических нужд, используя энергию ультрафиолетового излучения. Корпус конструкции оборудован окном для приема солнечного света и отражающими пластинами, а также системой автоматики с солнечными панелями.

По назначению

Энергетические паровые котлы участвуют в выработке электроэнергии на тепловых электростанциях. Паровой котел-утилизатор также используется на теплоэлектростанции, но его назначение заключается в переработке тепла, которое выделяется в процессе выработки электроэнергии и выброса газов.

Отопительные паровые котлы устанавливаются в системах центрального отопления и горячего водоснабжения. Также выпускаются малогабаритные котельные установки для организации индивидуальной системы отопления.

Промышленные паровые котлы необходимы для эффективной и экономичной работы технологических линий химических, нефтеперерабатывающих и других предприятий.

Паровые БМК

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

Он предназначен для снабжения теплом и горячей водой, а также выработки пара для технологических нужд предприятий, расположенных в районах с энергодефицитом. БМК не требует постоянного участия оперативного лица, а в аварийной ситуации срабатывает защита с сигнализацией.

Работа установки полностью автоматизирована: датчики следят за внутренней температурой помещения, данные передаются на пульт управления, где настраивается работа БМК.

Установка может быть быстро подключена к существующей системе отопления в качестве автономного аварийного источника тепловой энергии.

Транспортировка к месту установки БМК осуществляется в полной заводской готовности и с дымоходом, на площадке только подключается к существующим инженерным сетям. Эта заводская сборка сводит к минимуму монтажные и наладочные работы и повышает эффективность установки до 93%.

Отличия газо- и водотрубных котлов по схеме работы

Емкость, позволяющая создавать пар, обычно делается из одной или нескольких труб. Вода в них нагревается горячими газами, выделяющимися при сгорании топлива. Такая конструкция подразумевает, что газ сам поднимается в заполненные водой трубы, и устройства, работающие по такому принципу, называются газовыми котлами.

В другом типе котлов газ движется по трубе в сам резервуар для воды. Емкость в этом случае называется барабаном, а сам котел относится к разряду водопроводных труб. Водоналивные барабаны могут располагаться горизонтально, вертикально, радиально или комбинированно, в зависимости от соответствующих типов водотрубных котлов.

Сравнение характеристик рассматриваемых типов котлов позволяет сделать следующие выводы:

1. Первое отличие заключается в разных размерах используемых труб. Газотрубные устройства оснащены достаточно большими трубами по сравнению с изделиями, которые используются в водотрубных котлах.
2. Следующим отличием является разница в мощности. Предельная мощность газотрубных котлов составляет 360 кВт, а максимальное давление не может превышать 1 МПа. Высокое давление и объем пара требуют увеличения толщины стенки устройства, что негативно сказывается на конечной стоимости котла. Водотрубные котлы лишены такого недостатка: для них можно использовать тонкие трубы, что позволяет достигать более высоких температур и давлений по сравнению с газотрубными аналогами.
3. Водотрубные котлы отличаются не только мощностью и более высокой температурой. К его достоинствам также можно отнести способность выдерживать серьезные перегрузки, что говорит о более высокой степени безопасности таких устройств.

Схема обвязки парового котла

Схема обвязки.

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

Для систем центрального отопления ЖКХ и ЖКХ типовая схема состоит из:

1. Парогенератор.
2. Деаэратор.
3. Умягчитель по схеме химической очистки.
4. Дозатор реагентов и резервуар.
5. Получатель.
6. Регуляторы давления.
7. Насос питательной воды котла.
8. Насос для подачи воды из дегазатора в ресивер.

В конструкцию котла также могут входить:

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

Паровые котлы: сфера применения

Паровые бытовые приборы используются в качестве источника тепла для обогрева жилища. Они нагревают емкость с водой и направляют полученный пар к трубам отопления. Часто такая система оснащается стационарной угольной печью или котлом. Как правило, паровые нагревательные приборы производят только насыщенный пар без повторного нагрева.

Для промышленного применения пар перегрет. Он продолжает нагреваться после испарения, чтобы еще больше повысить температуру. Такие установки требуют качественного исполнения для предотвращения взрыва парового бака.

Паровой котел

Перегретый пар из котла можно использовать для выработки электроэнергии или механического движения. Как это произошло? После испарения пар поступает в паровую турбину. Здесь поток пара вращает вал. Это вращение далее перерабатывается в электричество. Так получают электрическую энергию в турбинах электростанций: при вращении оси турбомашин вырабатывается электрический ток.

Помимо выработки электрического тока, вращение вала может передаваться непосредственно на двигатель и колеса. В результате транспорт пара приводится в движение. Хорошо известным примером паровой машины является паровоз. В ней при сжигании угля нагревалась вода, образовывался насыщенный пар, который вращал вал двигателя и колеса.

Жилищно-коммунальное хозяйство

Пар нагревает теплоноситель в индивидуальных системах отопления, а также в котельных, подающих воду в системы центрального отопления и сети горячего водоснабжения.

Предприятия ЖКХ преимущественно используют для производства пара мощное оборудование низкого и среднего давления. Паровые котлы малой мощности устанавливаются в частных домах. Установка парового котла в индивидуальную систему отопления повышает ее КПД и снижает финансовые затраты. Высокий КПД котла гарантирует быстрый и равномерный нагрев помещения и экономию топлива.

Энергетика

Котел является частью паровой турбины на электростанциях. Паровые котлы дают пар. Попадая в турбину, она преобразуется в энергию, которая запускает вращение вала, вырабатывающего электроэнергию.

Промышленность

Эти устройства способны генерировать пар, который преобразуется в энергию, необходимую для движения различных систем и элементов производственной линии.

На некоторых заводах пар решает другие проблемы. Например, установка котла на химических предприятиях необходима для парового нагрева технологических жидкостей. Пар в производстве строительных материалов используется для сушки бетонных изделий и заготовок. В пищевой промышленности пар необходим для стерилизации контейнеров и приготовления пищи. При производстве медицинского оборудования и инструментов изделия обеззараживают паром.

Транспорт

В середине 19 — начале 20 вв на транспорте широко применялись паровые котлы. За счет силы пара работали автомобили, железнодорожный транспорт и спецтехника. Сегодня котельное оборудование заменено на более современные устройства, но некоторые транспортные средства все еще работают на паре. Например, железнодорожный транспорт — тепловозы.

Как правильно эксплуатировать

Паровые котлы являются объектами повышенной опасности, поэтому во многих нормативных документах котлонадзора, проекте монтажа, технической документации изготовителя, правилах безопасного устройства и эксплуатации паровых и водогрейных котлов установлены требования к безопасной эксплуатации указанных котлов судов, которые должны выполняться ответственными должностными лицами и обслуживающим персоналом.

Безопасная эксплуатация начинается с химической обработки воды, необходимой для обслуживания современных парогенераторов и котлов. Минеральные соли, содержащиеся в природной воде, при температуре выше 70°С образуют накипь на внутренних поверхностях труб.

Это приводит к ухудшению теплоотдачи дымовых газов к питательной воде, перестает охлаждать трубы, которые перегреваются, перегорают, в результате чего образуется разрыв стенки, резкое падение давления во внутреннем контуре установки, мгновенное испарение перегретой воды и взрыв котла.

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

Управление котлом может быть ручным или автоматическим. Современные ПК без автоматики и защиты не могут работать. Ручное управление с защитной защитой допускается только на маломощных угольных котлах низкого давления.

Структура управления котлом:

1. Устройства включения и выключения горения топлива.
2. Контроль затрат: топливо, воздух и вода.
3. Сбор и анализ данных о работе ПК.
4. Система аварийной остановки котла.

Подготовка воды

Безопасное использование котла невозможно при плохом качестве воды. Его необходимо очистить от минеральных солей, образующих накипь на внутренних поверхностях труб под воздействием высоких температур.

Появление накипи опасно нарушением теплообмена между газом и теплоносителем, что приводит к перегреву труб и, при критическом снижении давления во внутреннем контуре, к взрыву.

Ремонт и обслуживание

Периодичность технического обслуживания определяется рекомендациями производителя оборудования и законодательными нормами. Во время технического обслуживания могут выполняться следующие работы:

• плановый визуальный осмотр;
• определение причин перегрева, возгорания, засорения;
• оценка герметичности соединений;
• проверка систем питания, дымохода и др;
• осмотр вспомогательного оборудования;
• проверить работу контрольно-измерительных приборов и автоматики;
• устранение нарушений правил безопасности.

Ремонт и техническое обслуживание паровых котлов осуществляются в соответствии с законодательными нормами и рекомендациями производителей промышленных паровых котлов, строго в соответствии с производственными инструкциями, а также в соответствии с правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейные котлы.

Обслуживание ПК обычно включает в себя следующие виды работ:

1. Плановые проверки работы котельного оборудования согласно графика.
2. Определение нарушений работы котла: перегрев, возгорание, засорение.
3. Устранение нарушений правил пожарной безопасности и условий, препятствующих безопасной эксплуатации.
4. Проверка целостности парогазовых установок с последующим решением проблем с комплектующими.
5. Проверка системы питания котла.
6. Проверка плотности газовоздушного тракта и отсутствия посторонних шумов в топке.
7. Осмотр и проверка вспомогательного оборудования.
8. Проверка работы КИПиА, дифференциальных манометров, систем безопасности и сигнализации.
9. Надзор за работой насосов, дымососов, вентиляторов и проверка их блоков управления.
10. Проверка работы электрооборудования и автоматических защит.
11. Проверка работы наушников котла.
12. Проверка работы водоочистных устройств и деаэратора парового котла.

На российском рынке достаточно предложений, как от отечественных, так и зарубежных производителей современных паровых котлов, выбор определяется техническим заданием на проектирование, чтобы специалисты могли выбрать оптимальные варианты оборудования.

Топка парового котла

Вихревая горелка

Топка котла является одним из важнейших узлов паропроизводящей системы. Топливо сгорает в топке, в результате чего выделяется тепло, которое передается через металлические стенки рабочего тела и превращает его в пар.

Конструкция

Современная топка представляет собой клетку из вертикальных труб, соединенных на концах с коллекторными барабанами малого диаметра, входящими в систему циркуляции котла. Снаружи клетка снабжена легкой огнеупорной и теплоизоляционной футеровкой, вес которой несут сами трубы. Пространство между кожухом и трубами заполнено кирпичами специальной формы, закрывающими тыльную, т.е наружную, поверхность трубы, но оставляющую открытой их переднюю поверхность. В результате образуется достаточно гладкая структура, в которой не остается золы и шлака.

Топливо

Обычное твердое топливо (древесный уголь или дрова) находится в виде горящего слоя на решетке. Воздух проникает в этот слой через самообразующиеся каналы в пылевидном топливе. Если уголь коксуется, размягчается и частично спекается, то необходимо время от времени его перемешивать, что способствует образованию новых каналов и ликвидации слишком широких старых каналов. Так называемое подвижное топливо (угольная пыль, мазут или топливный газ) подается в топку с помощью горелки, в которой струя топлива смешивается с сильно закрученным потоком воздуха. Например, угольная пыль сначала поглощается потоком первичного воздуха, которого, как правило, недостаточно для полного сгорания. Горелка придает этому вращающемуся потоку форму узкого конуса. Затем к нему подается полный поток вторичного воздуха, и конус закручивается дальше. Тяга необходима для эффективной работы камеры сгорания. Тяга относится к перепаду давления, который заставляет воздух и продукты сгорания проходить через печь и связанные с ней устройства. Поскольку эта разница давлений невелика, тягу обычно указывают в миллиметрах водяного столба (1 мм водяного столба равен 9,8 Па). Тяга относится к перепаду давления, который заставляет воздух и продукты сгорания проходить через печь и связанные с ней устройства. Поскольку эта разница давлений невелика, тягу обычно указывают в миллиметрах водяного столба (1 мм водяного столба равен 9,8 Па). Тяга относится к перепаду давления, который заставляет воздух и продукты сгорания проходить через печь и связанные с ней устройства. Поскольку эта разница давлений невелика, тягу обычно указывают в миллиметрах водяного столба (1 мм водяного столба равен 9,8 Па).

Дымовая труба

Простейшим устройством для создания тяги является дымоход без какого-либо механического оборудования. Тяга, создаваемая таким камином, называется естественной. Эта тяга возникает из-за разницы давлений между столбом нагретого газа внутри высокой трубы и таким же столбом более холодного наружного воздуха. Чтобы возникла тяга, нужно сначала создать небольшой перепад давления внизу трубы. После этого развивается полная тяга, которая ограничивается только трением газов о стенки. Чем уже труба, тем сильнее эффект трения. В связи с тем, что при температуре ниже 150°С тяги, развиваемой дымоходом, едва хватает для преодоления сил трения в нем, современные электростанции работают исключительно на принудительной тяге, создаваемой роторными вентиляторами и нагнетателями. Вентилятор, расположенный под камерой сгорания, нагнетает воздух под давлением, необходимым для преодоления сопротивления системы подготовки топлива, подогревателя воздуха и слоя сгорания или горелок. Установленный над котлом вытяжной вентилятор, всасывающий поток еще не остывших газов, создает разность давлений, необходимую для поддержания быстрого прохождения газов через котел и все другие теплообменные устройства воздухонагреватель и кровать или горелки внутреннего сгорания. Установленный над котлом вытяжной вентилятор, всасывающий поток еще не остывших газов, создает разность давлений, необходимую для поддержания быстрого прохождения газов через котел и все другие теплообменные устройства воздухонагреватель и кровать или горелки внутреннего сгорания. Установленный над котлом вытяжной вентилятор, всасывающий поток еще не остывших газов, создает разность давлений, необходимую для поддержания быстрого прохождения газов через котел и все другие теплообменные устройства.

Преимущества

• Экономическая эффективность;
• Привлекательная стоимость самого оборудования;
• Высокая производительность;
• Отличная теплосбережение;
• Универсальность. Разные типы паровых котлов могут использовать разное топливо;
• Высокая эффективность;
• Для отопления используются трубы небольшого диаметра, что положительно сказывается на компактности контура;
• Его можно установить для любого дома, схема останется безопасной. Главное соблюдать правила установки и эксплуатации;
• Потребляемое топливо не нуждается в постоянном контроле;
• Низкие инерционные параметры, что обеспечивает более быстрый прогрев помещений.

Недостатки

1. Невозможно плавно наладить работу оборудования.
2. Разные помещения могут обогреваться неравномерно.
3. Паровые котлы не могут похвастаться длительным сроком службы.
4. Отопительные каналы нагреваются очень интенсивно, поэтому схема в ряде случаев не становится полностью безопасной.
5. Когда котел наполняется паром, агрегат начинает шуметь.

Чтобы эксплуатация парового котла в вашем доме была полностью безопасной, необходимо выбирать устройства, имеющие сертификаты качества.

Парогенератор: мощная паровая машина

Парогенератор – это паровой котел, который оснащен различными дополнительными устройствами. В его конструкцию входит один или несколько промежуточных пароперегревателей, что увеличивает его рабочую мощность в десятки раз. Где используются мощные паровые машины?

Парогенераторы в основном используются на атомных электростанциях. Здесь с помощью пара энергия распада атома преобразуется в электричество. Опишем два способа нагрева воды и получения пара в реакторе:

1. Вода омывает корпус реактора снаружи, нагревая и охлаждая реактор. Таким образом, образование пара происходит в отдельном контуре (вода нагревается у стенок реактора и отдает тепло испарительному контуру). В данной конструкции используется парогенератор, выполняющий роль теплообменника.
2. Трубы для нагрева воды проходят внутри реактора. Когда трубы подаются в реактор, он становится камерой сгорания, и пар передается непосредственно в электрический генератор. Эта конструкция называется реактором с кипящей водой. Нет необходимости в парогенераторе.

Парогенератор для атомной электростанции

Промышленные парогенераторы — это мощные машины, обеспечивающие людей электричеством. Бытовые агрегаты — тоже работают на службе у человека. Паровые котлы позволяют отапливать дом и выполнять различные работы, а также обеспечивают большую часть электрической энергии для металлургических заводов. Паровые котлы являются основой промышленности.

Как работает типичный паровой отопительный котел

Тепло вырабатывается в камере сгорания. В дальнейшем введите поверхность нагрева. Существует 2 типа поверхностей нагрева: конвективный и радиационный.

В состав конвективных поверхностей входят следующие элементы:

• воздухонагреватели;
• экономайзеры;
• теплообменные устройства.

Перечисленное дополнительное оборудование необходимо для повышения КПД котла, рационализации расхода топлива и снижения теплопотерь.

Важно, чтобы вода, используемая для работы котла, была исключительно чистой; примеси не допускаются. Поэтому перед подачей в котел жидкость должна быть очищена от газов и разного рода примесей, со временем становясь питательной

Очищенная жидкость направляется в экономайзер. В этом ей помогает специальный насос. В экономайзере жидкий теплоноситель нагревается под действием газов. Затем жидкость проходит в верхний отсек барабанного отсека. Здесь котловая вода смешивается с питательной жидкостью.

Некоторое количество воды проходит из верхнего отсека барабанного отсека в его нижний отсек. Движение воды происходит через кипящие трубы.

В верхней части парового котла газы имеют более низкую температуру, которая постепенно увеличивается по мере приближения к нижнему отделению агрегата.

Вода нагревается и вместе со смесью пара и воды направляется в верхнюю камеру барабана.

Вторая часть жидкости из верхнего отсека барабана предназначена для перераспределения и подогрева котловой воды. Образовавшиеся пузырьки пара попадают в верхний отсек барабанного отсека.

В верхней камере барабана благодаря сепаратору происходит практически полное разделение парожидкостной смеси. В результате создается насыщенный пар, что способствует дальнейшему повышению КПД котла. Именно этот насыщенный пар и используется конечным пользователем.

Для повышения КПД котлов их работа устроена таким образом, что в верхней камере барабанного отделения колеблется «нижний» и «верхний» уровень воды. Между указанными уровнями жидкости имеется резервный запас воды, предназначенный для поддержания работы отопительного агрегата в случае прекращения подачи жидкости в систему.

«Наивысший» уровень жидкости, допустимый в отсеке барабана, определяется с расчетом на то, что вода не попадет в пароперегреватель.

Максимально допустимый «нижний» уровень жидкости в барабане рассчитан для предотвращения перегрева верхнего отсека барабана, а также вскипания балки. Важно, чтобы вода поступала в водосточные трубы в стабильном объеме.

Для еще большего повышения эффективности конструкция оснащена воздушным отопителем.

Жидкость в системе может циркулировать принудительно и естественно. Естественное движение основано на разнице плотности жидкости и образующегося пара. Смесь воды и пара в восходящих трубах имеет меньшую плотность, чем в нисходящих. Однако значение давления и значение температуры остаются одинаковыми по всей трубе. В результате пар, который по своей природе является газом, устремляется вверх.

Принудительная циркуляция обеспечивается специальным насосным оборудованием.