Обновлено:
2016-10-06Паровой котел за последнее время стал куда более востребованным в частном домостроении, поскольку оборудование прошло этап серьезной модернизации. Если раньше эксплуатация паровых котлов встречалась только на предприятиях, сегодня встретить подобный агрегат в частном доме не такая большая редкость.
Принцип работы парового котла
Правила игры несколько изменились, в результате чего паровой котел способен навязать серьезную конкуренцию котлам альтернативных видов.
Для безопасной эксплуатации оборудования в условиях частного дома производители существенно снизили давление по сравнению с котлами промышленного назначения. Теперь давление не составляет выше 6 атмосфер, а максимальная температура пара достигает 130 градусов. Этого вполне достаточно для безопасной работы устройства.
Но на этом список положительных качеств не заканчивается. Паровой котел имеет следующие преимущества:
- Экономичность;
- Привлекательная стоимость самого оборудования;
- Высокие показатели производительность;
- Отличное теплосбережение;
- Универсальность. Различные типы паровых котлов могут использовать разные виды топлива;
- Высокий коэффициент полезного действия;
- Для отопления используются трубы с небольшим диаметром, что положительно сказывается на компактности схемы;
- Может устанавливаться для любого дома, схема останется безопасной. Главное соблюдать правила монтажа и эксплуатации;
- Расходуемое топливо не нуждается в постоянном контроле;
- Низкие параметры инерционности, что обеспечивает более быстрый прогрев помещений.
Но паровой котел имеет определенные недостатки, о которых нельзя не упомянуть.
- Невозможно плавно осуществлять регулировку работы оборудования.
- Разные помещения могут прогреваться неравномерно.
- Паровые котлы не могут похвастаться длительным эксплуатационным сроком.
- Нагрев труб отопления происходит очень интенсивно, из-за чего схема становится не совсем безопасной в некоторых случаях.
- Когда котел наполняется паром, агрегат начинает шуметь.
Чтобы сделать эксплуатацию котла парового типа в вашем доме полностью безопасной, следует выбирать устройства, имеющие сертификаты качества.
Устройство
Устройство парового котла достаточно сложное. Потому собрать паровой котел своими руками — задача не из простых. У каждой отдельной модели есть свои особенности сборки. Но все они оснащаются основными компонентами:
- Топка. Здесь располагается топливо;
- Зольник. Он служит для сбора продуктов сгорания топлива;
- Горелка. Ее задачи вполне понятны;
- Экономайзер. Это подогреватель воды, о котором расскажем подробнее;
- Барабан. Необходим для монтажа измерительных приборов, трубопровода, предохранителей;
- Манометр. Для безопасной работы парового агрегата схема обязательно должна включать манометр, чтобы следить на давлением пара.
Правила установки всех паровых котлов требуют, чтобы они располагались ниже, чем уровень трубопровода и устройств отопления. Так пар сможет нормально циркулировать и возвращать из системы конденсат.
Виды
Классификация паровых котлов предусматривает наличие двух типов оборудования. Они отличаются по способу образования пара:
- Водотрубный;
- Жаротрубный.
Потому принцип работы парового котла первого и второго типа несколько разный.
Водотрубные
В них вода движется по трубам, а нагрев осуществляется снаружи. Так оборудование создает необходимое количество водяного насыщенного пара.
Правила классификации гласят, что водотрубные делятся на две категории:
- Барабанный котел. Система предусматривает прохождение воды несколько раз, из-за чего отдача тепла становится многократной;
- Проточный. В таком котле теплоноситель движется в одну сторону, преобразуясь постепенно в пар.
Что касается топлива, то им может выступать:
- Жидкое топливо. К нему относят дизель и мазут;
- Твердое топливо. Такие паровые котлы используют дерево, уголь или торф;
- Газовые. Актуальны только тогда, когда есть возможность подключиться к магистральному водопроводу;
- Электричество. Электрические модели встречаются в частных домах реже. Это можно объяснить объективными причинами — высокая стоимость энергоресурса и низкий показатель коэффициента полезного действия.
Практика применения паровых котлов показывает, что наиболее эффективным видом топлива является магистральный газ. Обусловлено преимущество конструкций высокой пожарной безопасностью и способностью за короткое время прогреть большую площадь.
При этом газовые модели паровых котлов имеют свой недостаток — жесткие правила относительно герметичности всех соединений.
Жаротрубные
Рассказывать много про жаротрубные модели паровых котлов не имеет смысла.
Принцип их работы основан на том, что трубы погружены в воду, энергия от нагрева идет по ним, за счет чего создается пар.
Главное преимущество жаротрубных устройств — достаточно простая конструкция. Но правила пожарной безопасности не особо приветствуют покупку таких агрегатов, поскольку риск взрыва котла очень высокий.
Экономайзеры
Неотъемлемый элемент парового котла — это экономайзер. Устройство служит для предварительного подогрева воды перед тем, как она поступит внутрь парового котла.
Правила изготовления предусматривают, что экономайзер создается из труб, загнутых в змеевик. Далее комплект змеевиков формируют в паркеты, располагают по шахматному принципу внутри котла.
При этом есть несколько видов экономайзеров, о чем следует знать перед покупкой парового котла.
- Водяные. Предварительный подогрев воды в таком экономайзере осуществляется теплом, полученным от сгорания используемого топлива.
- Контактные. Правила требуют монтировать их после котла, что стимулирует повышение коэффициента полезного действия. С помощью контактных экономайзеров можно обеспечить дом горячим водоснабжением.
- Чугунные. Такие экономайзеры актуальны для тех паровых котлов, давление которых не превышает 2,4 МПа. Чугун обеспечивает великолепную эффективность, устойчивость к разрушению и химическим реакциям.
- Стальные. Используются при организации паровых котлов с избыточным давлением выше 23 кгс/см2.
Схемы установки экономайзера существуют разные, в зависимости от особенностей конструкции котла. Некоторые экономайзеры уже встроены в отопительное оборудование, а другие монтируются непосредственно около котельного агрегата.
Выбор мощности
Соблюдая определенные правила, вы сумеете грамотно подобрать мощность своего парового котла, которой будет достаточно для обогрева вашего дома.
Правила достаточно простые — чем больше площадь, тем выше требуемая мощность. Приведем несколько примеров.
- Для дома площадью помещений от 60 до 200 квадратных метров достаточно парового котла мощностью 25 кВт;
- Если площадь отапливаемых помещений до 300 квадратных метров, мощность устройства должна составлять до 30 кВт;
- При площади в диапазоне 300-600 квадратных метров, достаточно будет мощности в 35-60 кВт.
Чтобы увеличить эффективность своего парового агрегата, снизив одновременно с этим расходы на топливо, рекомендуется приобретать дополнительно экономайзеры или модели котлов со встроенными подогревателями.
Взгляды на подобное отопительное оборудование существенно поменялись. Это стало возможным за счет модернизаций и адаптации технологии под работу в условиях жилых частных домов.
Стремительное развитие сельского хозяйства и производства требует наличия современного высокотехнологичного оборудования. Тем не менее, чтобы обеспечить полноценный производственный цикл и создать комфортные условия работы для сотрудников, необходимо специализированное оборудование для отопления помещений.
Решить эти задачи призваны паровые котлы. Они активно используются во всех областях человеческой жизнедеятельности, там, где необходимо постоянное поддержание заданной температуры.
Принцип работы котла
Чтобы понять, что такое паровой котел, рассмотрим его устройство и принцип действия. Цель использования рассматриваемого агрегата – генерация пара. Процесс происходит за счет образования теплоты в процессе сгорания топлива или нагрева трубчатых электронагревателей, причем температура жидкости парового котла доходит до нужной отметки.
Рабочим составом парового котла служит вода. Она, нагреваясь, переходит в парообразное состояние. Промышленностью выпускаются небольшие котлы, с продуктивностью до 20 кг/ч и промышленные агрегаты, производящие до 5 тысяч тонн пара за один час.
Котел паровой – наполненный водой барабан, под которым расположены опускные трубы, необходимые для поступления воды в коллекторы.
Вся система котла являются технологически связанными друг с другом трубами. В силу того, что в них входит смесь, имеющая плотность, меньшую, чем плотность воды, она подымается в сепаратор. В нем смесь делится на жидкость и пар, при этом пар поступает в паропроводы и водоподогреватель и подается в турбину, а жидкость возвращается назад в барабан.
Агрегат состоит из:
Паропровода;
Водоподогревателя;
Корпуса;
Экономайзера;
Обшивки.
Все модификации котлов имеют топку, в которой сжигается топливо. Образовавшееся тепло поглощается водой, которая, достигая нужной температуры, испаряется. Наблюдается процесс естественной циркуляции. Продукты сгорания топлива остывают и выводятся через дымоотвод.
Корпус рассматриваемого агрегата имеет внешнюю теплоизоляцию и обшивку в виде разъемного стального кожуха. Водоподогреватель позволяет увеличить производительность и состоит из дымогарных труб, в которых вода нагревается за счет теплоты отработанных газов.
На дне агрегата имеется предохранительный клапан, выпускающий пар в том случае, если рабочее давление превышает допустимый предел. В оснастку котлов также входят ручной и пароструйный инжектор. Первый необходим для наполнения жидкостью в начале работы, а также для подпитки в случае поломки пароструйного инжектора.
Для облегчения эксплуатации паровые котлы оборудуются системами автоматизированного управления.
Классификация паровых котлов
Зависимо от способа нагрева теплоносителя различают газовые, твердотопливные и электрические паровые котлы.
Паровые котлы на газе характеризуются мощностью образования насыщенного пара, измеряемой в кг/ч. Главными характеристиками агрегата являются температура и давление пара.
Паровые газовые котлы могут использовать в качестве топлива природный или сжиженный газ. Топливо горит в установленной на крышке котла горелке. Дымовые газы увеличивают температуру воды, в результате чего она переход в парообразное состояние и под давлением поступает к потребителям через инсталлированный сепаратор пара.
Паровой водогрейный котел может использовать в качестве топлива и дрова. Принцип функционирования паровых котлов на дровах базируется на тепловом обмене между теплоносителем и дымовыми газами. Дрова горят в топке, охваченной остужаемой водяной рубашкой. Дымовые газы преодолевают теплообменник и выходят сверху агрегата. При испарении подогреваемого теплоносителя образуется пар. Он скапливается сверху котла, в паросборной камере и направляется на производственные нужды по паропроводу.
Паровые котлы электрического типа отличаются от двух остальных видов компактными размерами. Это позволяет рассматриваемые паровые водогрейные котлы устанавливать на стену.
В настоящее время паровые водогрейные котлы электрического типа являются самыми востребованными, так как они не требуют организации отдельной котельной с дымоходом, не сжигают кислород, имеют простое управление.
Видео
Видео ролики показывают принцип работы парового котла. Так же, в видео можно наблюдать, за реальной работой парового агрегата. При этом ощутить мощную реакцию и оглушительный гул, издаваемый при работе. После просмотра статьи вы можете оставить отзыв или подписаться на группу в социальных сетях и получать самые лучшие новости первыми.
Паровые котельные – это особый вид обеспечения объекта теплом и горячей водой. Основным элементом такой котельной является паровой котел.
Принцип действия парового агрегата основан на сгорании в специальном пространстве любого вида топлива с последующим выделением тепла. Вода в котле нагревается и переходит в парообразное состояние (перегретый или насыщенный пар). Выделяемый пар служит для обогрева и обеспечения горячего водоснабжения.
Паровые котлы чаще всего применяют для поддержания определенного технологического процесса, например, производственно-отопительного.
Конструкция паровой котельной следующая:
- котел;
- нагревательные приборы (батареи, трубопроводы, регистры);
- магистральные трубопроводы;
- насосы;
- система автоматики;
- средства управления для обеспечения автоматического включения и отключения парогенераторов, регулирования уровня воды в барабане и давления пара.
Главной частью парового котла является топка, в которой происходит процесс горения. Она представляет собой пространство, образованное вертикальными трубами, обшитое снаружи огнеупорными и теплоизолирующими материалами.
В качестве топлива для паровых котлов используют природный или сжиженный газ, мазут, дизель. Реже встречаются паровые агрегаты, работающие на дровах или угле.
Плюсы и минусы парового отопления
Паровые котлы обладают такими достоинствами:
- высокой теплоотдачей;
- отсутствием теплопотерь в теплообменниках;
- быстрым нагревом больших помещений;
- сравнительно небольшими размерами и несложным монтажом;
- невысокой вероятностью замерзания воды в трубах.
Однако, не обошлось и без недостатков:
- пар негативно воздействует на трубы, вызывая коррозию;
- быстро выставить нужную температуру в помещении не представляется возможным;
- трубы и батареи сильно нагреваются.
При правильном подборе парового котла и соответствии его мощности обогреваемому помещению, такой вид отопления получается высокоэффективным и экономичным.
Особенности проектирования паровой котельной
Для любой котельной проект состоит из нескольких основных частей, являющихся неизменными. В процессе разработки проекта паровой котельной следует учитывать:
- характеристики пара (температуру, расход, давление);
- вид основного и резервного топлива, их свойства;
- параметры подаваемой воды (жесткость, концентрацию солей, давление и т. д.);
- соответствие подбираемому оборудованию характеристикам будущей котельной.
На первом этапе проектирования специалисты собирают исходные данные, рассчитывают площадь отапливаемого помещения для грамотного подбора оборудования и разрабатывают техническое задание, учитывая пожелания заказчика.
Второй этап – выбор устройств и приборов для будущей котельной.
- выполняется тепловой расчет топочной камеры (поверочный и конструктивный);
- тепловой расчет поверхностей нагрева;
- гидравлический расчет замкнутого контура;
- аэродинамический расчет пути течения газа в границах котла.
При выполнении расчетов обязательно учитываются такие параметры, как место размещения котельной и климатические условия конкретного пункта.
На этом этапе также создаются чертежи котла в трех проекциях, необходимые планы и схемы.
После проведения расчетных и остальных работ, проект необходимо оформить в соответствии с нормативными требованиями.
Последний этап проектирования – согласование в государственных органах и его утверждение.
Для того, чтобы получить качественный и грамотный проект паровой котельной желательно доверить его разработку специалистам.
Эти трубки внутри заполнены водой или образующейся пароводяной смесью (поэтому это водотрубный котел) и снаружи обогреваются продуктами сгорания, которые образуются в точке6 в результате горения смеси топлива с воздухом, поступающей в топку через форсунку 8 и окружающее ее отверстие воздухонаправляющего устройства 7 . Продукты сгорания удаляются через дымовую трубу (показано стрелкой).
В соответсвии с законами теплопередачи очевидно, что при горении топлива в топке теплота излучением (радиацией) будет передаватся всем поверхностям, окружающим топку. В кипятильных 5 и экранных трубках 8 (здесь и далее рис. 15) будет происходить кипение воды, и образующаяся пароводяная смесь поднимается вверх и попадает в пароводяной барабан, откуда отбирается пар. На место поднимающейся вверх пароводяной смеси, которая образуется из воды водяного коллектора 10 , в этот коллектор должна возвращаться вода из пароводяного барабана. Это осуществляется посредством опускных труб 7 , которые, хотя и находятся в топке, защищены от излучения экраном, функции которого выполняют кипятильные трубки 8 .
Таким образом, в топке котла теплота продуктов сгорания передается кипятильным трубкам двумя механизмами: конвекцией и излучением.
Естественная циркуляция воды и пароводяной смеси осуществляется за счет разницы плотностей воды в опускных трубках и пароводяной смеси в подъемных кипятильных трубках.
2.4. Вертикальный водотрубный парогенератор с естественной циркуляцией
Как правило на дизельных судах устанавливаются и вспомогательные, и утилизационные котлы. Обычно на ходу потребности судна в паре обеспечиваются работой утилизационных котлов (греющим агрегатом в которых являются продукты сгорания, отходящие от главного двигателя), а на стоянке – работой вспомогательных котлов. Количество утилизационных и вспомогательных котлов определяется потребностями судна в паре. Например, на танкерах, где повышенное количество пара необходимо для разогрева груза, мытья танков, работы механизмов с паровым приводом (например, грузовых насосов), устанавливают обычно два вспомогательных котла повышенной паропроизводительности.
Паропроизводительность вспомогательных котлов составляет 1,5÷15 т/ч, а рабочее давление – 0,5÷1,5 МПа.
В качестве вспомогательных наиболее широко на дизельных судах используются вертикальные водотрубные котлы с естественной циркуляцией однопроточного типа. Некоторые из них выполняются с развитыми поверхностями нагрева, т.е. кроме парообразующих имеются и другие поверхности нагрева (пароперегреватели, экономайзеры, воздухоподогрева-тели). Изображенный на рис. 15 котел имеет пароводяной барабан 5 (или коллектор, так как он собирает пароводяную смесь и разделяет ее на воду и пар), верхняя часть которого заполнена паром и называется паровым пространством. Нижняя часть вместе с водяным коллектором 10 и соединяющими их трубами 7 , 8 , 11 заполнена водой и называется водяным пространством. Поверхность раздела парового и водяного пространств называется зеркалом испарения, уровень которого меряется двумя водомерными стеклами 6 .
Трубы 8 обычно располагаются вплотную друг к другу и образуют сплошной боковой экран. Трубы 11 составляют многорядный притопочный парообразующий пучок.
Необогреваемые (защищенные экраном, от действия радиации или излучения) трубы 7 называются опускными. По ним вода из пароводяного коллектора 5 отпускается вниз в коллектор 10 и далее поступает в трубы 8 и 11 . Эти трубы обогреваются продуктами сгорания, которые образуются в топке в результате горения топлива, которое подается в топку через топочное устройство. Так как трубы 8 и 11 обогреваются, на внутренних поверхностях стенок образуются пузырьки пара, которые вместе с водой поднимаются вверх, и поэтому эти трубы называются подъемными.
Рис. 15. Водотрубный вертикальный ВПК с естественной циркуляцией
При выходе из подъемных труб паровые пузырьки проходят через слой воды и зеркало испарения в коллекторе и попадают в его паровое пространство. Неиспарившаяся часть воды смешивается в коллекторе с непрерывно поступающей питательной водой и опять участвует в естественной циркуляции по описанной схеме.
Пространство, ограниченное передней (не видно) и задней стенками, экранными трубами 8 и трубами первого ряда притопочного пуска 11 , называется топкой.
Топочное устройство 9 , расположенное на передней стенке, состоит из форсунки, куда поступает топливо, и воздухонаправляющего устройства, через которое в топку идет необходимый для сгорания топлива воздух. В топке сгорает топливо и образуются продукты сгорания, имеющие высокую температуру, которые, двигаясь по газоходам котла, последовательно обогревают все поверхности нагрева.
За притопочным парообразующим пучком располагается пароперегреватель. Насыщенный пар (НП) из пароводяного коллектора поступает во входной коллектор пароперегревателя и, проходя по трубам, перегревается. Из выходного коллектора пароперегревателя пар направляется к потребителям (ПП ).
За пароперегревателем располагаются хвостовые поверхности нагрева, к которым относятся экономайзер и воздухоподогреватель. Питательная вода (ПВ ) в количестве, равном суммарному количеству отбираемого пара, питательным насосом подается во входной коллектор экономайзера. Из него вода поступает в параллельно включенные трубы 13 , где подогревается, но не доводится до кипения. Из выходного коллектора экономайзера вода через питательный клапан 16 направляется в пароводяной коллектор.
Последним по ходу газов является воздухоподогреватель, который состоит из труб 14 , закрепленных в нижней и верхней трубных досках 1 . Газы проходят внутри. Снаружи трубы омываются воздухом (В ), подаваемым вентилятором. Нагретый воздух поступает к топочному устройству.
Все стенки парогенератора представляют собой прочный металлический каркас, к которому крепятся коллекторы, листы обшивки, покрытые теплоизоляционными материалами. Обычно делают двойные стенки, пространство между которыми заполнено воздухом, подаваемым в воздухонаправляющий аппарат и далее в топку.
Передняя и задняя стенки топки и газоходов в районе парообразующего пучка и пароперегревателя с внутренней стороны выкладывается огнеупорным кирпичом. Такая кладка называется футеровкой.
Уровень воды и давление пара в пароводяном коллекторе контролируют с помощью водомерных стекол 6 и манометра 3 . Для защиты парогенератора от повышения давления выше допустимого служат предохранительные клапаны 4 .
Развитие хвостовых поверхностей нагрева связано с усложнением конструкции, увеличением габаритов, массы и стоимости парогенератора, а также с увеличением аэродинамического сопротивления движению воздуха и газов и расходов энергии на его преодоление. Поэтому паровые котлы, предназначенные для теплоснабжения судна, обогрева жидкого груза и работы паровых насосов, выполняют без хвостовых поверхностей и пароперегревателя; они имеют только парообразующую поверхность. Главное преимущество их заключается в простоте конструкции, компактности и более высокой надежности в работе (повышенный расход топлива, который имеет место при более низких значениях КПД, не имеет существенного значения в тепловом балансе всей энергетической установки).
Наряду с вертикальными на морском флоте достаточно часто встречаются горизонтальные паровые котлы (рис. 16), которые широко использовались в качестве главных на паровых судах с паропоршневыми машинами (в частности, на судах типа “Либерти”).
К пароводяному коллектору 1 трубами 2 присоединяются волнистые передние камеры 3 , из которых выходят прямые парообразующие трубы 4 , противоположными концами входящие в аналогичные задние камеры 5 . Образующийся в трубах пар отводится в коллектор по перепускным трубам 6 . Направление циркуляции показано стрелками. Парообразующие трубы располагаются под углом 15–25° к горизонтали.
Рис. 16. Водотрубный горизонтальный котел (ВПК) с естественной циркуляцией
Таким образом, ВПК состоит из нескольких секций, каждая из которых имеет переднюю и заднюю камеры, соединяющие их парообразующие трубы и перепускную трубу. Рассматриваемый тип ВПК называют также секционным.
По тепловой нагрузке парообразующей поверхности нагрева и массогабаритным показателям водотрубные горизонтальные ПК уступают вертикальным, так как из-за малого наклона труб циркуляция воды менее интенсивна, а волнистые камеры с плоскими стенками громоздки и тяжелы.
Преимущества горизонтальных ВПК заключаются в том, что эти ПК собираются из одинаковых по конструкции секций и поэтому выгодны для крупносерийного производства. Применение прямых труб, которые легко чистить, а при необходимости и заменить, делают такие котлы удобными в эксплуатации и неприхотливыми к качеству питательной воды.
Паровой котёл — устройство, которое используется в быту и промышленности. Оно предназначено для превращения воды в пар. Полученный пар в дальнейшем применяют для обогрева жилья или вращения турбомашин. Какие бывают паровые машины и где они наиболее востребованы?
Паровой котёл — агрегат для производства пара. При этом устройство может давать 2 вида пара: насыщенный и перегретый. Насыщенный пар имеет температуру 100ºC и давление 100 кПа. Перегретый пар отличается повышенной температурой (до 500ºC) и высоким давлением (больше 26 МПа).
Примечание: Насыщенный пар используют в отоплении частных домов, перегретый — в промышленности и энергетике. Он лучше переносит тепло, поэтому использование перегретого пара повышает КПД работы установки.
Где используются паровые котлы:
- В отопительной системе — пар является энергоносителем.
- В энергетике — используются промышленные паровые машины (парогенераторы) для получения электроэнергии.
- В промышленности — перегретый пар может быть использован для преобразования в механическое движение и перемещения транспортных средств.
Паровые котлы: сфера применения
Бытовые паровые устройства используются в качестве источника тепла для отопления дома. Они подогревают ёмкость с водой и гонят образовавшийся пар в трубы отопления. Часто такую систему обустраивают вместе с угольной стационарной печью или котлом. Как правило, бытовые приборы для отопления паром создают только насыщенный, неперегретый пар.
Для промышленного применения пар перегревают. Его продолжают греть после испарения, чтобы ещё больше поднять температуру. Такие установки требуют качественного исполнения, чтобы предупредить взрыв паровой ёмкости.
Перегретый пар из котла может расходоваться на образование электричества или механическое движение. Как это происходит? После испарения пар попадает в паровую турбину. Здесь поток пара вращает вал. Это вращение в дальнейшем перерабатывается в электричество. Так получают электрическую энергию в турбинах электростанций — при вращении вала турбомашин образуется электрический ток.
Кроме образования электрического тока, вращение вала может передаваться непосредственно на двигатель и на колёса. В результате чего паровой транспорт приходит в движение. Известный пример паровой машины — паровоз. В нём при сжигании угля нагревалась вода, образовывался насыщенный пар, который вращал вал двигателя и колёса.
Принцип работы парового котла
Источником тепла для нагрева воды в паровом котле может быть любой вид энергии: солнечная, геотермальная, электрическая, тепло от сгорания твёрдого топлива или газа. Образующийся пар является теплоносителем, он переносит тепло сгорания топлива к месту его применения.
В различных конструкциях паровых котлов используется общая схема подогрева воды и её превращения в пар:
- Вода очищается и подаётся в резервуар с помощью электронасоса. Как правило, резервуар расположен в верхней части котла.
- Из резервуара по трубам вода стекает вниз в коллектор.
- Из коллектора вода поднимается снова вверх через зону нагрева (горения топлива).
- Внутри водной трубы образуется пар, который под действием разницы давлений между жидкостью и газом поднимается вверх.
- Вверху пар проходит через сепаратор. Здесь он отделяется от воды, остатки которой возвращаются в резервуар. Дальше пар поступает в паропровод.
- Если это не простой паровой котёл, а парогенератор, то его трубы вторично проходят через зону горения и нагрева.
Устройство парового котла
Паровой котёл представляет собой ёмкость, внутри которой нагретая вода испаряется и образует пар. Как правило — это труба различного размера.
Кроме трубы с водой, в котлах имеется топочная камера (в ней сгорает топливо). Конструкция топки определяется видом топлива, для которого сконструирован котёл. Если это твёрдый уголь, дрова, то внизу топочной камеры есть колосниковая решётка. На ней располагают уголь и дрова. Снизу через колосники в топочную камеру проходит воздух. Для эффективной тяги (движения воздуха и горения топлива) вверху топки устраивают .
Если энергоноситель — жидкий или газообразный (мазут, газ), то в топочную камеру вводят горелку. Для движения воздуха также делают вход и выход (колосниковую решётку и дымоход).
Горячий газ от сгорания топлива поднимается к ёмкости с водой. Он нагревает воду и выходит через дымоход. Нагретая до температуры кипения вода начинает испаряться. Пар поднимается вверх и поступает в трубы. Так происходит естественная циркуляция пара в системе.
Классификация паровых котлов
Паровые котлы классифицируют по нескольким признакам. По виду топлива, на котором они работают:
- газовые;
- угольные;
- мазутные;
- электрические.
По предназначению:
- бытовые;
- промышленные;
- энергетические;
- утилизационные.
По конструктивным особенностям:
- газотрубные;
- водотрубные.
Давайте рассмотрим, чем отличается конструкция газотрубных и водотрубных машин.
Газо- и водотрубные котлы: отличия
Емкость для образования пара часто представляет собой трубу или несколько труб. Воду в трубах обогревают горячие газы, образующиеся при сгорании топлива. Устройства, в которых газы поднимаются к трубам с водой, называют газотрубными котлами. Схема газотрубного агрегата приведена на рисунке.
Схема газотрубного котла: 1- подвод топлива и воды, 2 — топочная камера, 3 и 4 — дымогарные трубы с горячим газом, который выходит дальше через дымоход (позиции 13 и 14 — дымоход), 5 — решётка между трубами, 6 — вход воды, выход обозначен цифрой 11 — её выход, кроме того на выходе есть устройство для измерения количества воды (обозначено цифрой 12), 7 — выход пара, зона его образования обозначено цифрой 10, 8 — сепаратор пара, 9 — наружная поверхность ёмкости, в которой циркулирует вода.
Есть другие конструкции, в которых газ двигается по трубе внутри ёмкости с водой. В таких устройствах водные ёмкости называют барабанами, а сами устройства — водотрубными паровыми котлами. В зависимости от расположения барабанов с водой, водотрубные котлы классифицируют на горизонтальные, вертикальные, радиальные, а также комбинации различных направлений труб. Схема движения воды по водотрубному котлу приведена на рисунке.
Схема водотрубного котла: 1- подвод топлива, 2 — топка, 3 — трубы для движения воды; направление её движения обозначено цифрами 5,6 и 7, место входа воды — 13, место выхода воды — 11 и место слива — 12, 4 — зона, где вода начинает превращаться в пар, 19 — зона, где есть и пар, и вода, 18 — зона пара, 8 — перегородки, которые направляют движение воды, 9 — дымоход и 10 — дымовая труба, 14 — выход пара через сепаратор 15, 16 — наружная поверхность ёмкости для воды (барабан).
Газо- и водотрубные котлы: сравнение
Для сравнения газо- и водотрубных котлов приведём некоторые факты:
- Размер труб для воды и пара: у газотрубных котлов трубы — больше, у водотрубных — меньше.
- Мощность газотрубного котла ограничена давлением 1 МПа, и теплообразующей способностью — до 360 кВт. Это связано с большим размером труб. В них может образовываться значительное количество пара и высокое давление. Увеличение давления и количества образуемой теплоты требует значительного утолщения стенок. Цена такого котла с толстыми стенками будет неоправданно высока, экономически не выгодна.
- Мощность водотрубного котла — выше, чем газотрубного. Здесь используются трубы небольшого диаметра. Поэтому давление и температура пара могут быть больше, чем в газотрубных агрегатах.
Примечание: Водотрубные котлы безопаснее, мощнее, производят высокую температуру и допускают значительные перегрузки. Это даёт им преимущество перед газотрубными агрегатами.
Дополнительные элементы агрегата
В конструкцию парового котла могут входить не только топочная камера и трубы (барабаны) для циркуляции воды и пара. Дополнительно используются устройства, которые увеличивают эффективность работы системы (поднимают температуру пара, его давление, количество):
- Пароперегреватель — повышает температуру пара выше +100ºC. Это в свою очередь повышает экономичность и КПД работы машины. Температура перегретого пара может достигать 500 ºC (так работают паровые котлы в атомных станциях). Пар дополнительно нагревается в трубах, в которые он поступает после испарения. При этом он может иметь собственную топочную камеру или быть встроен в общий паровой котёл. Конструктивно различают конвекционные и радиационные пароперегреватели. Радиационные конструкции нагревают пар в 2-3 раза сильнее, чем конвекционные.
- Сепаратор пара — удаляет из пара влагу и делает его сухим. Этим увеличивается эффективность работы устройства, его КПД.
- Паровой аккумулятор — устройство, которое отбирает из системы пар, когда его много, и добавляет его в систему, когда его недостаточно, мало.
- Устройство для подготовки воды — снижает количество растворённого в воде кислорода (что предупреждает коррозию), убирает растворённые в воде минералы (химическими реагентами). Эти меры предупреждают засорение труб накипью, которая ухудшает теплоотдачу и формирует условия для прогорания труб.
Кроме того, есть клапаны для слива конденсата, воздухоподогреватели, и обязательно — система контроля и управления. В неё входят включатель и выключатель горения, автоматические регуляторы расхода воды, топлива.
Парогенератор: мощная паровая машина
Парогенератор — это паровой котёл, который снабжён несколькими дополнительными устройствами. В его конструкцию входят один или несколько промежуточных пароперегревателей, которые увеличивают мощность его работы в десятки раз. Где используются мощные паровые машины?
Главное применение парогенераторы нашли в атомных электростанциях. Здесь с помощью пара энергия распада атома преобразуется в электричество. Опишем два способа подогрева воды и образования пара в реакторе:
- Вода омывает корпус реактора снаружи, при этом она нагревается сама и охлаждает реактор. Таким образом, образование пара происходит в отдельном контуре (вода нагревается о стенки реактора и передаёт тепло в испарительный контур). В такой конструкции используется парогенератор — он выполняет роль теплообменника.
- Трубы для нагрева воды проходят внутри реактора. При подаче труб в реактор он становится топочной камерой, а пар передаётся непосредственно в электрогенератор. Такая конструкция получила название кипящего реактора. Здесь парогенератор не нужен.
Промышленные паровые агрегаты — мощные машины, которые обеспечивают людей электричеством. Бытовые агрегаты — также работают на службе человека. Паровые котлы позволяют обогревать дом и выполнять различную работу, а также дают львиную долю электрической энергии для металлургических заводов. Паровые котлы — основа промышленности.
