Устройство и принцип работы паровых котлов

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:

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

Принцип работы парового котла

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

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

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

Устройство парового котла

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

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

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

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

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

Схема парового котлоагрегата

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

Обозначения по схеме:

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

Типы паровых котлов

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

По видам сжигаемого топлива:

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

Классификация паровых котлов по конструкции топки:

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

Водотрубные

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

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

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

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

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

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

Жаротрубные

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

Процесс получения пара:

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

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

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

Чугунные секционированные

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

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

Читайте также:  Размеры окон на веранду

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

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

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

Прямоточные

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

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

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

Особенности работы одновиткового ПК:

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

Паровые БМК

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

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

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

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

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

Схема обвязки парового котла

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

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

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

В конструкцию котла также могут входить:

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

Как правильно эксплуатировать

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

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

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

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

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

Структура управления котла:

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

Обслуживание

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

Техобслуживание ПК в общем случае включает следующие виды работ:

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

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

Устройство и принцип работы паровых котлов

Паровым котлом называется устройство для выработки пара, использующее для этих целей теплоту сгорания органического топлива.

Простейшим котлом, с которого началось развитие паровых котлов, является цилиндрический котел, схема которого приведена на рис. 5.1. Вода в таком котле подается в барабан по питательному трубопроводу, а полученный пар собирается в сухопарнике и отводится по паропроводу к потребителю. Верхняя поверхность воды в барабане, где происходит образование пара, называется зеркалом испарения. Под барабаном располагается топочная камера, в которой происходит сжигание топлива. Горячие дымовые газы, омывая барабан, отдают теплоту воде и охлажденные уходят в дымовую трубу. Поверхность, омываемая с одной стороны дымовыми газами, а с другой стороны — нагреваемой водой, называется поверхностью нагрева котла. Обмуровка котла выполняется из красного или огнеупорного кирпича и образует газоплотные поверхности, препятствующие потере теплоты дымовых газов в окружающую среду и подсосу внешнего воздуха в газоходы котла. В обмуровке имеются необходимые для эксплуатации котла дверцы, лазы, лючки, гляделки, заслонки, называемые гарнитурой котла.

Обеспечение надежности и безопасности работы котла достигается установкой соответствующей арматуры: манометров, пре-

дохранительных клапанов, водоуказательного стекла и пробных кранов, запорных и регулирующих приспособлений на трубопроводах.

Рис. 5.1. Простой цилиндрический котел

I — барабан; 2 — сухопарник; 3 — топка; 4 — водоуказательное стекло; 5 — манометр; 6 — предохранительный клапан; 7 — питательный вентиль; 8 — обратный клапан; 9 — паровой вентиль; 10 — обмуровка котла; II — дымовая заслонка

Обладая несомненной простотой, такой котел имеет ряд крупных недостатков: низкий коэффициент полезного действия, большую металлоемкость, ограничения по давлению и производительности.

Поэтому сразу же началось его совершенствование путем введения трубных поверхностей нагрева для общего увеличения поверхностей нагрева.

Читайте также:  Вкусный белый хлеб в хлебопечке рецепт

Развитие шло по двум направлениям — по пути создания газо- и водотрубных котлов (рис. 5.2).

В газотрубных котлах дымовые газы проходят внутри труб, а вода омывает их снаружи, а в водотрубных котлах наоборот.

В зависимости от угла наклона кипятильных труб к горизонту водотрубные котлы разделяют на горизонтально-водотрубные (с небольшим углом наклона труб) и вертикально-водотрубные (с углом наклона 50° и более).

В настоящее время горизонтальные водотрубные котлы не выпускаются.

Жаротрубные котлы, где в барабане размещены одна или две жаровые трубы большого диаметра, тоже не выпускаются из-за большой металлоемкости и малого коэффициента полезного действия. Практическое применение нашли конструкции, включающие как жаротрубную, так и дымогарную части.

1 — простой цилиндрический котел; 2— жаротрубный котел; 3 — дымогарный котел; 4 — горизонтально-водотрубный котел; 5 — вертикально-водотрубный

котел; 6 — экранный водотрубный котел

Тепловоспринимающие поверхности котла делятся на радиационные и конвективные поверхности нагрева.

Радиационные поверхности нагрева котла расположены в топочной камере и воспринимают теплоту преимущественно в результате лучеиспускания горящего топлива и продуктов сгорания и работают с большим теплонапряжением.

Конвективные поверхности нагрева получают теплоту от дымовых газов непосредственно от соприкосновения с ними движущихся горячих продуктов сгорания.

При работе котла от поверхностей нагрева, обогреваемых с одной стороны дымовыми газами, теплота с другой стороны должна отводиться рабочим веществом (вода, пароводяная смесь, пар), непрерывное движение которого обеспечивается путем создания естественной или принудительной циркуляции.

Естественная циркуляция образуется в замкнутом контуре за счет разности плотностей смеси в опускных и подъемных трубах. Принудительная — за счет применения побудителя движения воды (насоса), обеспечивающего принудительную циркуляцию воды через котел. Такие котлы бывают с многократной циркуляцией и прямоточные. Котлы с многократной принудительной циркуляцией из-за сложности их эксплуатации не получили широкого применения. Прямоточные котлы, в которых наблюдается однократная принудительная циркуляция воды и полное испарение происходит за время одного прохождения ее по поверхности нагрева, применяют на крупных энергетических станциях.

На рис. 5.3 изображен простейший контур естественной циркуляции, состоящий из барабана, коллектора и двух труб. Левая из труб контура нагревается и в ней частично образуется пар. Так как плотность смеси пара и воды в ней будет меньше, чем в правой, столб смеси в левой трубе не уравновесит столба жидкости в правой трубе и начнется движение жидкости, называемое естественной циркуляцией. Вода по необогреваемой опускной трубе движется вниз, а пароводяная смесь по обогреваемой подъемной трубе движется вверх. Получившийся пар удаляется из контура через барабан, а на его место поступает питательная вода. Количество образующегося пара в подъемной трубе контура меньше, чем количество воды, поступающей в опускную трубу за тот же промежуток времени, т.е. не вся вода за один оборот по контуру превращается в пар. Отношение количества воды, проходящей через контур в определенный промежуток времени, к паропроизводительности контура называют кратностью циркуляции. Для котлов с естественной циркуляцией эта величина колеблется в пределах от 10 до 40.

Расчет циркуляции сводится в основном к решению двух уравнений, отражающих массовый баланс и баланс сил. Первое уравнение показывает, что количество рабочего вещества при движении по контуру остается неизменным:

где (7под — количество пара и воды, движущихся в подъемных

Соп — количество воды, движущейся в опускных трубах, кг/с.

Второе уравнение показывает, что движущий напор циркуляционного контура, создаваемый разностью плотностей воды рв, кг/м 3 , и пароводяной смеси рсм, кг/м 3 , умноженной на высоту паросодержащего участка подъемной трубы И , м, уравновешивается суммой сопротивлении, возникающих в опускных и подъемных трубах:

  • 1ДР — сумма сопротивлений движению в опускных трубах, Па;
  • 1ДРпод — сумма сопротивлений движению в подъемных трубах, Па.

Рис. 5.3. Схема естественной циркуляции воды

Избыточную часть движущего напора, оставшуюся после покрытия потерь на сопротивление движению в подъемной трубе, называют полезным напором циркуляции:

р„ол = -Рдв — гд/’под, Па. (5.3)

Или иначе это можно выразить так:

Следовательно, полезный напор служит для преодоления сопротивления движению в опускных трубах.

В результате расчета циркуляции должны быть выбраны число и диаметр опускных и подъемных труб, обеспечивающих необходимую скорость движения жидкостей по трубам для заданной высоты контура.

При недостаточных скоростях может произойти застой и даже опрокидывание циркуляции, т.е. изменение движения воды в подъемных трубах сверху вниз, а в опускных — снизу вверх. Эти явления очень опасны, так как при них в подъемных трубах будут возникать паровые мешки из-за скапливания пузырьков пара, что приведет к местному перегреву стенок и разрыву труб.

Устойчивая циркуляция, обеспечивающая в контуре котла непрерывное движение с необходимой скоростью потоков воды и пароводяной смеси, гарантирует надежную и безопасную работу котла.

Котлы с естественной циркуляцией могут быть как газотрубные, так и водотрубные.

Стационарные паровые котлы подразделяют на следующие типы: Пр — котел с принудительной циркуляцией, Е — с естественной циркуляцией, ЕПр — с естественной циркуляцией и промежуточным перегревом пара, ППр — прямоточный с промежуточным перегревом пара, КПр — с комбинированной циркуляцией и промежуточным перегревом пара. Первое число в обозначении котла после типа показывает паропроизводитель-ность (т/ч), второе — абсолютное давление пара в МПа (кгс/см 2 ), затем проставляется индекс топки: Ж — с жидким шлакозолоуда-лением, В — вихревая, Ц — циклонная, Р — слоевая, Г — газ, М — мазут. В случае если котел работает под наддувом проставляется индекс Н.

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

Что такое паровой котёл?

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

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

Где используются паровые котлы:

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

Паровые котлы: сфера применения

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

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

Паровой котел

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

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

Читайте также:  Как хранить арахис в домашних условиях

Принцип работы парового котла

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

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

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

Устройство парового котла

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

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

Устройство парового котла Ici Caldaie

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

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

Классификация паровых котлов

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

  • бытовые;
  • промышленные;
  • энергетические;
  • утилизационные.

По конструктивным особенностям:

Давайте рассмотрим, чем отличается конструкция газотрубных и водотрубных машин.

Газо- и водотрубные котлы: отличия

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

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

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

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

Газо- и водотрубные котлы: сравнение

Для сравнения газо- и водотрубных котлов приведём некоторые факты:

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

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

Дополнительные элементы агрегата

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

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

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

Парогенератор: мощная паровая машина

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

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

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

Парогенератор для атомной электростанции

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

Ссылка на основную публикацию
Устройства для экономии электроэнергии своими руками
Когда появляется спрос на какой-то продукт, появляется и предложение. Постоянно растущие цены на электричество породили большое количество "чудо-приборов" (к примеру,...
Установка ветряка на участке
На что способен ветрогенератор В европейских странах уже давно строятся дома, в которых предусмотрены солнечные батареи и ветрогенераторы, но эти...
Установка видеонаблюдения в частном доме своими руками
Чтобы быть спокойным, надо следить за сохранностью дома, коттеджа, дачи. Можно, конечно, нанять сторожа, но видеонаблюдение для частного дома работает...
Устройства защиты и заземления
Защитное заземление — это специальное электрическое соединение с контактом «земля» различных электроприборов, металлические элементы которых не находятся под напряжением, но...
Adblock detector