Устройство парового котла: конструкция и принцип работы

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:

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.
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.
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:

В зависимости от их предназначения выделяют следующие виды паровых котлов:

Бытовые;
Промышленные;
Энергетические;
Утилизационные.

Последний параметр – конструкция, позволяющая выделить два вида котлов:

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:

Первое отличие – разные размеры используемых труб. Газотрубные устройства оснащаются достаточно большими трубами по сравнению с изделиями, которые используются в водотрубных котлах.
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.
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:

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).
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.
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.
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:

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.
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.

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.

Для каких целей нужен пар

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

ПК применяются в таких отраслях:

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.
Промышленность применяет более мощные парогенераторы, вырабатывающие перегретый пар с повышенной теплоотдачей.
Энергетика, паровые котлы высокого давления участвуют в схемах генерации электроэнергии, передавая пар турбине.
Промышленность, ПК обеспечивают механическое движение производственных аппаратов.
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.

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.
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.
Из верхнего барабана вода по необогреваемым трубам попадает в нижний барабан, а поднимается из него по подъемным конвективным трубам в виде пароводяной смеси.
В верхнем барабане проходит процесс его сепарации от влаги.
Сухой пар через паропроводы направляется к потребителям.
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:

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

Котел утилизатор — участвует в схемах экономии топлива и переработки вторичного тепла, выбрасываемого в процессе производства или от уходящих газов на ТЭЦ.
Энергетические – паровые котельные участвуют в схеме генерации электроэнергии, как источник пара для турбин, работают с высокими расходом и параметрами пара.
Отопительные для центрального теплоснабжения и ГВС, на которые распространяются правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.
Промышленные – участвуют в производственных процессах предприятия.

Классификация паровых котлов по конструкции топки:

Камерные – используют пылевидное топливо.
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:

Топка размещена непосредственно в трубной части котла, где протекает горение топливной смеси и образование дымовых газов.
Эти устройства ы изготавливаются с жаровыми или дымогарными трубами.
В первом процесс горения протекает прямо в трубе, для чего на входе устанавливают газомазутная горелка с вентилятором, способствующему равномерному сжиганию по длине топки.
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:

Топка выполнена из труб, которые обогреваются дымовыми газами.
В нижнюю часть водяного контура нагрева поступает котловая вода, а из противоположной верхней отбирается сухой пар.
В экономайзере поступающий теплоноситель подогревается до температуры насыщения, а в экранных трубах и перегревательном контуре – происходит дальнейший рост параметров пара до проектных значений.
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.
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:

Парогенератор.
Деаэратор.
Умягчитель по схеме химической очистки.
Дозатор и бак реагентов.
Ресивер.
Регулируляторы давления.
Насос подачи питательной воды в котел.
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:

Устройства розжига и отключения горения топлива.
Регулирования расходов: топливо, воздух и вода.
Сбор и анализ данных работы ПК.
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:

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

Устройство и принцип работы паровых котлов

Котельные установки, генерирующие пар из воды, заслуживают особого внимания. Они редко применяются для обогрева зданий, обычно отопление – их вторичная функция. Главной задачей подобных агрегатов является производство пара для различных технологических процессов. В зависимости от требуемых параметров пара на выходе подбирается устройство парового котла, обеспечивающее эти параметры.

Принцип действия и виды паровых котлов

Если целью отопительных установок есть нагрев воды для обогрева дома при недопущении ее закипания в котловом баке, то работа парового котла решает противоположную задачу. Она состоит в том, чтобы направить всю тепловую энергию сжигания топлива на кипячение воды и ее испарение. Некоторые технологические процессы требуют повышенной температуры пара, поэтому третьей стадией работы агрегата становится его подогревание до этой температуры (перегрев). Главными рабочими показателями парогенераторов являются давление и производительность, которая выражается в тоннах за 1 час.

Конструкции данного вида теплосилового оборудования бывают разные, но принцип работы парового котла остается неизменным: сжигая жидкое топливо или природный газ в топке, передать всю теплоту сгорания воде, проходящей через теплообменник с целью испарить ее и направить потребителям. По способу передачи тепла в парогенераторах используются теплообменники:

жаротрубные (дымогарные);
водотрубные.

У них есть одна общая особенность: это трубы, изготавливаемые в различных установках разного сечения и формы. Внутри труб перемещается одна из сред – участниц процесса передачи тепла, а снаружи они омываются второй средой. В жаротрубных теплообменниках внутри проходят раскаленные продукты горения, нагревающие воду в котловом баке до состояния парообразования. Все происходит наоборот в водотрубном агрегате, где по змеевикам циркулирует вода, а прогревается она снаружи пламенем горелки и дымовыми газами.

Жаротрубные установки

На рисунке представлена конструкция парового котла с жаротрубным трехходовым теплообменником. Трехходовой – это значит, что дымовые газы перед выбросом наружу совершат три хода по трубкам, омываемым водой. Первый ход – это сама камера сгорания, в ней температура наиболее высокая. В ее конце газы меняют направление движения, попадая в трубы второго, а затем и третьего хода. К такому движению продукты горения побуждает работа вентилятора плюс естественная тяга дымовой трубы.

Уровень воды в котловом баке этой конструкции нестабилен, поскольку в процессе нагрева ее часть закипает и в виде пара поступает в аппарат, отделяющий мелкие капли, — сепаратор. Отделение жидкости надо делать обязательно, иначе в паропроводах, ведущих к потребителям, будут возникать гидроудары, результатом станет их разрушение. Недостаток воды в рубашке необходимо постоянно пополнять, для этого задействован питательный насос для парового котла.

Важно! Особенность любых парогенераторов заключается в том, что в них нельзя подавать холодную воду, минимальную ее температуру каждый производитель указывает индивидуально для своего изделия.

Подогрев питательной воды осуществляется двумя способами:

1. С помощью дополнительного пластинчатого теплообменника, отнимающего для подогрева энергию у производимого пара.

2. Посредством экономайзера, установленного на выходе дымовых газов из агрегата. Экономайзер еще больше понижает температуру продуктов горения, за счет этого подогревая питательную воду. Метод повышает общую эффективность работы генератора на 3—6%.

Водотрубные агрегаты

Другая схема парового котла – с водотрубным спиралевидным теплообменником. Здесь дымовые газы тоже делают несколько ходов, перед тем как покинуть агрегат. Горелочное устройство помещено по центру, внутри змеевика с водой. При такой организации нагрева парообразование в змеевике происходит достаточно быстро и производительность установки в целом выше. Но тут кроется и недостаток: малейшая задержка с подпиткой змеевика вызовет прогорание труб и аварийную ситуацию. Жаротрубные схемы лишены этого недостатка, но они более инерционны и обладают большими габаритами.

Отдельно следует отметить требования к качеству подпиточной воды. Технология процесса и устройство паровых котлов таковы, что она должна пройти несколько этапов подготовки:

Очистка и доведение до питьевого качества.
Обессоливание химическим способом.
Удаление пузырьков воздуха термическим либо химическим способом (деаэрация).

Примечание: при выборе деаэрации термическим способом одновременно решается вопрос с подогревом питательной воды, поскольку в деаэраторе она нагревается до 70—80 ºС

Невзирая на мероприятия по водоподготовке, паровой котел требует периодической очистки от накипи, которая все равно появляется на поверхностях обмена. Операция носит название «продувка», производится различными способами и заключается в промывке труб теплообменника под давлением.

Заключение

Парогенераторы – это достаточно сложные и энергоемкие устройства, применяющиеся в промышленном производстве. Во избежание аварийных ситуаций их монтаж, пусконаладочные работы и эксплуатация должны проводиться хорошо обученным высококвалифицированным персоналом.

Устройство и принцип работы котлов парового типа

Сегодня паровые котлы применяются повсеместно в отопления. Эти устройства широко применяются, как в промышленности, так и в быту. Главной функцией парового котла является преобразование воды в пар. Горячий пар используется для отапливания разного рода помещений, а также пар приводит в движение паровые машины.

Что это за устройство?

Котёл парового типа может производить пар двух видов:

пар, который насыщен водой;
сухой пар, который еще называют «перегретый».

Первый вид водяного пара предназначен для работы в системах с рабочим давлением не более 100 кило Паскалей. Насыщенный пар нагревается до температуры не выше 100 градусов по Цельсию.

Второй вид пара в паровом котле предназначен для работы в системах с повышенным давлением – более 26 мега Паскалей. Сухой пар имеет более высокую температуру, и эта температура порой превышает 500 градусов Цельсия.

В основном, в системах отопления используется насыщенный пар, где трубопроводы не предназначены для высокого давления. Сухой пар используется в энергоустановках. При помощи перегретого пара работают мощные установки, которые вращают электрогенераторы. В некоторых видах транспортных средств перегретый пар является основной тяговой силой.

Где применяются

Паровые котлы всё еще широко применяются для обогрева жилищ и промышленных помещений. Эти устройства вырабатывают пар путем нагрева воды, и затем этот пар циркулирует в системе отопления. Бытовые паровые котлы вырабатывают насыщенный водой пар, и используются эти котлы зачастую в частных домостроениях.

В промышленности применяются специальные паровые установки, которые по ступенчато нагревают насыщенный пар, доводя его до температуры 500 градусов. Промышленные паровые котлы сделаны более добротно, поскольку работают с большим давлением и температурами. Промышленные паровые котлы также отличаются и размерами. Габариты промышленного котла зависят от объёма задач, которые выполняет данное устройство. В большинстве случаев промышленные парогенераторы применяются для генерации электричества. Существуют несколько видов промышленных паровых установок, которые объединены в один агрегат с электрогенератором. Такими устройствами оборудуются небольшие электростанции.

Паровые котлы такой электростанции работают по принципу нагрева воды до состояния кипения, а затем в специальном аппарате образовавшийся пар доводится до перегретого состояния и под большим давлением подается в паровую турбину. Вал паровой турбины связан с ротором электрогенератора, который вращаясь от паровой турбины – вырабатывает ток.

Также промышленные паровые котлы довольно широко применялись на транспорте – паровозах, тракторах, автомобилях. Сегодня транспортные средства на паровой тяге можно встретить только на железной дороге, где они используются для грузоперевозок, а также для маневровых работ. Паровые котлы промышленного типа ещё хороши тем, что они могут работать практически на любом виде топлива. Есть некоторые виды паровых котлов промышленного типа, которые предназначены для определенного вида топлива. Также и паровые котлы для бытового использования могут быть, как многотопливные, так и ориентированные на определённый вид топлива.

Принцип работы парового котла

Паровой котел является универсальным устройством, поскольку может работать даже на солнечной или геотермальной энергии. Современные паровые котлы в качестве топлива используют природный газ, но также существуют и твердотопливные котлы. Все паровые котлы работают примерно по одной и той же схеме, где обычная вода превращается в насыщенный или перегретый пар. Эта схема работы состоит из нескольких этапов:

Очистка воды при помощи фильтрующих элементов.
Подача очищенной воды в рабочую ёмкость. Подача может осуществляться, как самотёком, так и при помощи насоса. Сегодня в основном применяются электрические насосы.
Подача воды из рабочей емкости в коллектор. Подача осуществляется самотёком.
Подъём воды из коллектора в зону нагрева.
Подача образовавшегося пара в сепаратор, где происходит влагоотделение. Остатки воды по специальному трубопроводу стекают в резервуар.
Подача пара в паропровод.

В промышленном паровом котле данная схема дополнена ещё двумя пунктами:

Подача пара в зону повторного нагрева;
Подача пара в рабочую магистраль.

Устройство парового котла

Паровой котёл любого типа собой представляет некую ёмкость, и эта ёмкость заполнена водой. Вода в паровом котле нагревается до газообразного состояния, испаряясь – переходит из жидкого состояния в газообразное. Рабочая емкость парового котла, зачастую, сделана из трубы большого диаметра. Все паровые котлы оборудованы специальной камерой, где сжигается разного рода топливо. Строение топочной камеры напрямую зависит от вида топлива, что будет использоваться в котле. В твердотопливных паровых установках должна быть установлена специальная решетка, сквозь которую зола будет осыпаться в зольник. Колосниковая решётка служит для подачи воздуха в топку котла. Продукты сгорания отводятся через дымоход. Дымоход должен быть смонтирован в самой верхней точке топочной камеры.

Если в паровой установке в качестве топлива используется разного рода природный газ, то в топку котла устанавливается специальная форсунка. Форсунка также используется тогда, когда в качестве топлива применяется мазут. При использовании форсунки также необходима подача воздуха сквозь колосниковую решетку, что обеспечит достаточную тягу в топке. В топке достаточно большая рабочая температура, но для розжига котла и для набора давления требуется какое-то время. Вырабатываемое в топочной камере тепло доводит до кипения воду в рабочей емкости, и затем образовавшийся пар поступает в трубопроводы паровой установки.

Разновидности паровых установок

Паровые установки бывают, как многотопливные, так и однотопливные. По видам топлива паровые котлы классифицируются как:

паровые установки, работающие на угле;
паровые установки, работающие на мазуте;
паровые установки, работающие на газе;
паровые установки, работающие на электроэнергии.

Также паровые котлы можно разделить на области их применения. В этот перечень входят:

промышленные паровые установки;
паровые установки, которые ориентированы на выработку электроэнергии;
паровые установки, которые применяются в быту.

Также существует утилизационные паровые установки.

Паровые установки имеют также конструктивные отличия, и их можно разделить на два вида:

водотрубные паровые установки;
газотрубные паровые установки.

В газотрубных котлах вода нагревается при помощи горячих газов, что образуются в момент сгорания любого вида топлива. Эти газы нагревают трубы, внутри которых находятся вода. Вода в эти трубы поступает из резервуара.

Водотрубная паровая установка работает по несколько иному принципу. В этих котлах –наоборот, нагретый газ движется внутри специального трубопровода, который помещен в ёмкость с водой. Водотрубные паровые котлы разделяются на несколько видов:

вертикальные водотрубные котлы;
горизонтальные водотрубные котлы;
радиальные водотрубные котлы.

Все виды водотрубных котлов отличаются лишь внутренним расположением трубопроводов.

Какой паровой котёл лучше

Газотрубные паровые котлы имеют больший диаметр труб, что позволяет работать с давлением не более 1 мПа. Также котлы данного типа способны вырабатывать не более 360 кВт тепловой энергии. Слабым местом данного устройства является – большой размер трубопроводов, что может привести к повышенному парообразованию. Повышенное парообразование способствует увеличению давления. Большое давление может использоваться только в толстостенных трубопроводах, что ощутимо увеличивает стоимость парового котла.

Водотрубные паровые котлы имеют более высокую мощность, нежели газотрубный. В водотрубных котлах используются трубопроводы с небольшим диаметром, что позволяет развить большое давление внутри такого котла. Также водотрубные паровые котлы способны работать с очень высокими температурами, которые недоступны газотрубным котлам.

Элементы, которые повышают эффективность котла парового типа

Современный котёл парового типа оборудован не только трубопроводами и топкой, но также в нём используются вспомогательные узлы. Эти дополнительные элементы способствуют не только поднятию температуры пара в установке, но и могут повышать рабочее давление, а также способствуют более интенсивному парообразованию. В перечень таких полезных элементов паровой установки входят:

Сепаратор, с помощью которого пар отделяется от влаги. Данное приспособление в несколько раз увеличивает коэффициент полезного действия парового котла.
Пароперегреватель, с помощью которого температура пара нагревается свыше 100 градусов по Цельсию. Этот элемент также ощутимо повышает КПД парового котла, поскольку способен нагреть сухой пар до 500 градусов. Такими вспомогательными приспособлениями комплектуются паровые установки, которые применяются в АЭС.
Аккумулятор пара, который способен накапливать пар, и в момент необходимости обратно отдавать его в рабочую магистраль.
Подготавливающие устройство, с помощью которого из обычной воды вытесняется излишний кислород. Данное приспособление в разы увеличивает срок службы паровой установки, поскольку малая концентрация кислорода в теплоносителе препятствует возникновению коррозии и накипи.

Также в современных паровых установках используются дополнительные элементы, с помощью которых удаляется конденсат, регулируется потребление топлива и расход воды, а также осуществляется управление котлом и контроль всех его параметров.

Парогенератор

Данное устройство собой представляет мощную паровую установку, которая в основном применяется в атомной энергетике. Парогенератор оснащен дополнительными узлами, которые существенно увеличивают мощность этого устройства. Достигается это при помощи промежуточных нагревателей, которые нагревают пар до несколько сот градусов. Мощность парогенераторов в несколько десятков раз превышает мощность обычного парового котла.

Заключение

Сегодня паровые котлы и парогенераторы используются не только для отопления жилищ, но и для выработки электроэнергии. Паровые котлы делают нашу жизнь теплей и светлее. Именно паровые котлы стали родоначальниками промышленной революции, результатами которой мы пользуемся и по сей день.

Как работает паровой котел

Для удобства поиска информации воспользуйтесь оглавлением.

Устройство и принцип действия паровой котельной

Котельные могут подразделяться по способу отпускаемого тепла (водогрейные, паровые, перегретая вода, термомаслянные), по предназначению (отопительные, технологические), по виду использованного топлива (газовые, дизельные, газодизельные, мазутные, газо-мазутные, твердотопливные), по вариантам исполнения (блочно-модульные, крышные, стационарные, пристроенные, встроенные). Цель у котельных всегда одна — это выработка тепла для дальнейшего его использования.

Паровые котельные — это такие котельные отпуск тепла в которых происходит через выработку котельной насыщенного или перегретого пара. Паровые котельные в основном всегда являются чисто производственными котельными, в которых предполагается дальнейшее использование пара для производственных нужд, или для производственно-отопительных, в которых наряду с производственной нагрузкой присутствует отопительная.

Паровая котельная может быть выполнена в различных вариантах исполнения, это может быть блочно-модульная котельная, стационарная котельная соответственно как один так и другой вариант может быть выполнен как отдельностоящая, так и пристроенная котельная в зависимости от желания Заказчика и от условий конкретного предприятия.

Паровая котельная также может работать на разных видах топлива как-то на газу (природный газ, сжиженный газ), на дизельном топливе, на мазуте, иметь два вида топлива основной и резервный, или аварийный (газодизельные, газо-мазутные). Также топливом могут служить различные виды твердого топлива (древесные отходы, уголь и т.д.) и возможно различные виды альтернативного топлива.

Котельная на которой стоят паровые котлы , использующие жидкое топливо (мазут, дизельное топливо, нефть различного вида, отработанное масло и т.д.), должны иметь соответствующие склады топлива и установки подготовки данного топлива к сжиганию в котле. В основном это сводится к подогреву жидкого топлива, чтобы его можно было распылить в горелках для полного сжигания в топке котла.

Котельная на которой стоят котлы, использующие твердое топливо (уголь, торф, древесные отходы и т.д.), кроме складов топлива и подготовки его к сжиганию, должны иметь цеха или установки золоудаления т.к. сжечь полностью твердое топливо не удается. Кроме того большое внимание надо уделять очистке дымовых газов от продуктов сгорания, точнее сказать от продуктов неполного сгорания топлива (сажи и т.д.).«Cuenod» Франция, «Ecoflam» Италия, «Weishaupt» Германия, «Saacke» Германия, «Dreizler» Германия, «Cib Unigas» Италия; насосное и теплообменное оборудование, системы автоматики и безопасности.

Все поставляемое оборудование имеет сертификаты соответствия и разрешения на промышленное применение на территории Российской Федерации.

Паровые котельные производимые нашей компанией по желанию Заказчика могут быть изготовлены под работу в автоматическом режиме и могут эксплуатироваться без постоянного присутствия обслуживающего персонала. Контроль за работой котельной осуществляется непосредственно автоматикой котельной (вся информация выводится на щит управления, устанавливаемый в котельном помещении) плюс общий аварийный сигнал или группа сигналов передается на диспетчерский пульт находящийся вне помещения котельной посредством телефонной, GSM или интернет связи.

Под паровым котлом следует понимать специальное устройство, имеющее топку, в которой осуществляется сгорание топлива. Результатом данного процесса является выделяемое тепло, предназначенное для получения пара высокого давления. Пар этот может быть использован для самых различных целей.

Что представляет собой парогенератор? Для каких целей он необходим? И каков принцип работы парового котла?

Конструктивные элементы парового котла и обеспечение безопасности работы с паровым котлом

К конструктивным элементам парового котла относятся цилиндры и сосуды различных размеров и диаметра, трубы, соединенные между собой в целостную систему посредством вальцовки и сварочных соединений. Абсолютно любой паровой котел имеет трубопроводы, барабан и коллекторы. Ремонт парового котла, его осмотр и чистка осуществляются через лазы – специальные технологические отверстия.

Емкость парового котла, которая заполняется водой и находится внутри, носит название водного пространства. Под паровым пространством следует понимать пространство, которое заполняется образующимся в результате паром. Между собой паровое и водное пространства разделены поверхностью, которую называют зеркалом испарения. В паровом пространстве имеется оборудование, предназначенное для сепарации пара и влаги.

Работа парового котла сопровождается постоянным и интенсивным охлаждением металлических элементов всей конструкции, которые в процессе работы подвергаются воздействию высокой температуры. Это позволяет проводить безопасную эксплуатацию парового котла. Охлаждение происходит в результате регулярной циркуляции теплоносителя по трубам обогревания.

Тепло от газов, которые образуются в результате сгорания топлива, поступает к трубопроводу. Тем временем теплоноситель, не останавливаясь, отводит тепло от трубопроводных стенок, тем самым препятствуя перегреву трубопровода. Если же весь этот процесс недостаточно интенсивен, трубопровод может сильно перегреться, в результате потеряв свои прочностные характеристики. Перегрев трубопровода может привести к оплавлению труб или даже их разрыву. Такие явления могут стать поводом для аварийной остановки парового котла.

Паровой котел — принцип работы

Принцип работы парогенератора достаточно прост. В основе работы лежит теплообмен пара, воды и дымовых газов. Существует классификация тепловых котлов по способу передвижения сред теплообмена. Здесь выделяют два вида котлов: водотрубные и жаротрубные агрегаты. Принцип работы жаротрубного котла заключается в следующем: нагретый газ движется внутри труб, а вода, которая будет нагреваться, находится за пределами труб.

Принцип работы водотрубных паровых котлов подразумевает передвижение воды по трубам. Нагревается вода в результате воздействия на трубы внешних дымовых газов. За счет такого воздействия вода и доходит до состояния кипения.

Котельное паровое оборудование классифицируют в зависимости от движения в них воды и пара. Так, существуют котлы с естественной и принудительной циркуляцией. Принудительная циркуляция подразумевает движение теплоносителей под воздействием специально предназначенных для этого насосов. Паровые котлы с естественной циркуляцией работают в результате перепада плотностей пара и воды.

В целом работа парового котла всегда примерно одинакова. Заключается она в следующем: вода подготавливается в деаэраторе, после чего при помощи насоса подается в систему экономайзера воды, где и происходит нагрев воды в результате уходящих газов. Далее вода движется в верхний барабан и смешивается с водой котла. Часть нагретой воды котла поступает в нижний барабан по кипятильному трубопроводу. Здесь образуется так называемая пароводяная смесь. В результате эта смесь по подъемному трубопроводу поднимается в верхний барабан.

Оставшаяся в верхнем барабане вода спускается по опускным трубопроводам, которые находятся за пределами топки, к коллекторной системе экранных труб. При этом паровая смесь снова оказывается в верхнем барабане котла. Систему трубопроводов, осуществляющую движение теплоносителя, следует называть циркуляционным контуром.

Пар, который образуется в испарителях, далее проходит через так называемые паросепараторы, которые являются обязательной составляющей жаротрубных паровых котлов. Здесь из пара и выделяются капельки влаги. После того как пар становится сухим, он поступает к перегревателю по паропроводу. Здесь пар и нагревается до необходимых температур.

Контроль за работой котла

Компании, выпускающие паровые котлы, обязательно оснащают оборудование специальными контрольно-измерительными устройствами и приборами, которые позволяют контролировать работу парового котла.

Уровень воды в системе возможно регулировать при помощи водомерного стекла. Водомерное стекло является важным элементом контрольной системы. Расположено оно на передней панели кожуха топки. Оснащено это стекло специальными кранами: нижним и верхним. Нижний располагается на верхнем уровне огневого короба, а верхний кран устанавливается внутри парового пространства котла. Между собой краны связаны специальной стеклянной трубкой и плоским стеклом. Это стекло при помощи нижнего крана заполняется водой и всегда находится под паровым давлением, поступающим через верхний кран. Действует данный прибор по принципу закона сообщающихся сосудов. Это означает, что уровень воды в котле всегда будет равен уровню воды в стеклянном сосуде.

Уровень воды во время работы котла всегда должен быть между самым минимальным и максимальным уровнями. Устанавливается минимальный уровень для того, чтобы исключить перегрев металлических элементов. Многие модели подразумевают нижний уровень воды не ниже 100 мм над зоной огня. Чтобы вода не попала в систему паропровода, устанавливают максимальный уровень. Если вода все же попадет в паропровод, в нем может произойти гидравлический удар, что приведет к серьезной аварии.

Принцип работы промышленных и бытовых котлов примерно одинаковый, да и конструкция у них очень похожа. Немного отличаются так называемые котлы-утилизаторы. Такие котлы подогревают воду тепловой энергией газов, которые выделяются газотурбинными установками, дизель-генераторами и другим оборудованием. Конструкция такого котла заметно отличается от обычного парового. Вторичные газы в котле-утилизаторе сразу же поступают на нагревающую поверхность. В таком котле отсутствует воздухоподогреватель и топка. В котел поступают газы с температурой от 350 до 700 градусов Цельсия. Как правило, такое оборудование предназначено для промышленных целей и устанавливается на больших энергоемких производствах.

Прямоточные котлы

Помимо котлов с естественной и принудительной циркуляцией существуют и так называемые прямоточные котлы. В конструкции таких котлов отсутствует барабан. Вода однократно проходит через испарительный трубопровод, постепенно превращаясь в пар. В переходной зоне завершается процесс преобразования воды в пар. Пароводяная смесь из испарительного трубопровода поступает в пароперегреватель, где пар и нагревается до необходимой температуры. Некоторые прямоточные котлы имеют промежуточный подогреватель пара. Он предназначен для повторного прогревания пара, который поступил из турбинной установки. Снова прогревшись, пар возвращается в турбину. Прямоточный котел представляет так называемую разомкнутую гидросистему. Такая котельная установка может работать как на докритических давлениях, так и на сверхкритических.

Прямоточные паровые котлы не требуют специально оборудованных помещений. Они не требуют регулярный контроль по эксплуатации и технадзору.

Самым главными и неоспоримым преимуществом прямоточного парового котла следует считать минимальное время, требуемое для нагрева воды, и маленький срок, требуемый для приведения котла в рабочее состояние. За счет всех этих плюсов прямоточные котлы служат как бы резервными установками, применение которых необходимо при сбоях и во время нагрузок основного котельного оборудования.

Помимо этого прямоточные котлы имеют и другие плюсы. Во-первых, они допускают более высокую тепловую нагрузку. Во-вторых, отсутствуют тяжелые и громоздкие коллекторные установки, имеется возможность свободной компоновки нагревательных поверхностей. Наиболее эффективно используется нагревательная поверхность. Прямоточные котлы обладают высоким КПД и достаточно компактны, имеют высокую маневренность.

Устройство и принцип работы паровых котлов

Паровые котлы – особая разновидность котельного водяного оборудования. Устройство агрегатов во многом сходно с водогрейными котлами, отличается принцип работы. Основная область применения паровых котлов – промышленность и энергетика. Паровое отопление запрещено в многоквартирных жилых домах, изредка встречается в частном секторе. Теплогенераторы этого типа обладают как рядом достоинств, так и некоторыми недостатками.

Применение паровых котлов

Паровые котлы классифицируются по давлению выпускаемого пара и делятся на три основных категории:

Низкого давления – до 1,0 МПа;
Среднего давления – от 1,0 до 10 МПа;
Высокого давления – до 14 МПа.

Кроме этого, отдельной группой идут котлы сверхвысокого (до 20 МПа) и сверхкритического (до 24 МПа) давления. По производительности (тонн пара в час) паровые котлы бывают малой, средней и высокой производительности.

Основные направления применения паровых котлов:

Энергетика – производство электрической энергии;
Промышленность – производство пара требуемых параметров для технологических нужд;
Отопление, в основном больших объемов помещений;
Утилизация высокотемпературных компонентов производственной деятельности.

В электроэнергетике паровые агрегаты служат приводом для паровых электрических турбин генераторов – пар, выходящий из котла, приводит в движение турбину. В теплоэнергетике пар используется для нагрева воды для систем отопления и горячего водоснабжения больших объемов.

В промышленных технологических цепях котлы парового типа используются для предварительной обработки различного сырья – растительного и животного происхождения, пропарки емкостей и оборудования, дезинфекции, нагрева воды и так далее.

В качестве теплоисточника систем отопления паровые котлы применяются чаще всего для обогрева крупных объектов – цехов, ангаров, складов, гаражей, депо. Это обусловлено высокой тепловой эффективностью парового отопления, не требующей больших поверхностей нагревательных приборов.

Последнее значимое направление использования оборудования – утилизация (сбор теплоты) высокотемпературных отходов. Чаще всего это дымовые газы промышленных печей различного назначения – металлургических, стекловаренных, химико-технологических и других. Также отбирается тепло при охлаждении атомных реакторов.

Принцип работы паровых котлов

Алгоритм работы паровых котлов организован на нагреве воды до точки кипения, преобразования ее в паровую фазу с различными параметрами. Процесс реализуется за счет организации контролируемого уровня воды в котле и образовании зеркала испарения.

Уровень воды в котле контролируется датчиками уровня. При пуске котла питательный насос закачивает в зону нагрева (испарения) воду до точки верхнего рабочего уровня. При включении горелки или организации горения твердого топлива вода нагревается, начинается процесс испарения.

При достижении нижнего рабочего уровня (после испарения объема воды) вновь включается питательный насос, уровень поднимается до верхнего рабочего. Работа продолжается в циклическом режиме. Кроме рабочих уровней существуют уровни безопасности – верхний и нижний аварийные.

Автоматика котла поддерживает контроль за значениями уровня воды, давлением пара – при превышении заданных параметров оборудование отключается по блокировке. При сбое автоматики срабатывают механические устройства – предохранительные сбросные клапан, выводящие избыток пара за пределы рабочей зоны.

В замкнутой системе пар отдает теплоту, конденсируется и возвращается в зону котла, чаще всего с помощью насоса из конденсатосборника. Конденсат не требует химической подготовки и может вновь использоваться для питания котла.

В открытых системах, без возврата конденсата (или частичным возвратом), запас воды пополняется из водопровода. При этом вода должна проходить подготовку – очищаться от солей жесткости, кислорода, посторонних примесей. Возможно применение антикоррозионных добавок, контроля за уровнем pH (водородного показателя), нейтрализация щелочности воды.

Типы устройства паровых котлов

Паровые котлы производят пар двух видов:

Насыщенный, с температурой 100 0 С, давлением до 100 кПа;
Перегретый, с избыточным давлением до 280 кгс/см 2 и температурой до 500 0 С.

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:

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.

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:

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.

Основное и вспомогательное оборудование паровых котлов

Паровой котлоагрегат имеет в своем составе основные элементы и устройства:

Топочная камера;
Обечайка (корпус) котла;
Горелка – для газовых и жидкотопливных котлов;
Поверхности нагрева – трубы, экраны;
ТЭНы или электроды – для электрических котлов;
Теплоизоляция корпуса;
Наружная декоративная обшивка;
Система управления, безопасности и автоматики;
Питательный насос.

Топочная камера твердотопливных котлов разделяется на две части колосниковой решеткой. Корпусы котлов выполняются из жаропрочных видов стали.

Горелочные устройства чаще всего оборудуются системами наддува воздуха. Нагнетание воздуха для интенсификации горения производится вентилятором.

В электрических парогенераторах вода нагревается до кипения ТЭНами или электродами. Особая разновидность паровых котлов – индукционные электрические котлы. Здесь нагрев достигается за счет индукционного поля.

Теплоизоляция корпуса предохраняет аппарат от потери теплоты, обеспечивает отсутствие раскаленных поверхностей. Материалами для изоляции служат современные изоляционные материалы с повышенной жаростойкостью, используются и традиционные – огнеупорный кирпич, шамотная глина, асбестсодержащие волокна.

Система автоматики обеспечивает контроль за работой устройства, безопасность режима и параметров, блокирует (прерывает) горение при достижении критических значений.

Питательный насос производит дозированную подачу питательной воды по сигналам датчиков уровня. Устройство работает в циклическом режиме.

Обязательными элементами в конструкции котла являются предохранительные клапана, показывающие приборы – манометры и термометры, визуальные показатели уровня воды. Устройством для визуального контроля служит уровнемерная колонка с уровнемерными стеклами (не менее двух). В колонку встроены датчики уровня.

Эксплуатация котла разрешается только при исправности обоих уровнемерных стекол.

Вспомогательным оборудованием парового котла являются:

Система водоподготовки обеспечивает доведения качества подпиточной воды до требуемых параметров. Основной вид водоподготовки – натрий-катионитовые фильтры. Вода проходит через слой наполнителя в колонне фильтра, при этом происходит замещение ионов солей жесткости (Ca+, Mg+) на ионы поваренной соли.

Очистка исходной воды от солей жесткости – обязательное условие нормальной работы оборудования. При повышенном содержании соли выпадают в твердый осадок на поверхностях нагрева. Это значительно снижает эффективность теплопередачи, в итоге приводит к прогоранию металлических поверхностей.

Кроме этой функции, водоподготовка может дозировать в подпиточную линию различные спецкомпоненты. Эти добавки связывают кислород, снижая скорость коррозии, поддерживают необходимый уровень водородного показателя. Применение дополнительных функций благотворно влияет на качество работы устройства, увеличивает срок его службы.

Водяной экономайзер служит для нагрева питательной воды, воздухоподогреватель – для нагрева воздуха, подаваемого на горение. Оба устройства используют теплоту отходящего дыма. Использование этих теплообменных аппаратов повышает общий коэффициент полезного действия котлоагрегата.

По этому же принципу (утилизация тепла дымовых газов) действует пароперегреватель. Он обеспечивает нагрев пара до более высоких значений температуры.

Деаэратор служит для удаления воздуха из питательной воды. Сепарационные устройства предназначены для удаления водяной составляющей из пара на выходе из котла. Это делает пар более сухим, снижает скорость коррозионных процессов в зоне потребления, предотвращает гидравлические удары. Отделение достигается за счет изменения направления движения потока и диаметра трубопровода.

Паровые котлы обладают высокой производительностью, работают при высоких температурах и избыточном давлении. Эти условия усложняют общее устройство котлоагрегата, требуется дополнительное оборудование. Принцип работы, условия эксплуатации требуют обязательного присутствия обслуживающего персонала.