Содержание
Принцип работы и устройство парового котла – различия, преимущества
Паровые котлы активно используются в следующих отраслях:
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.
Обратите внимание
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 , поступая в зону нагрева;
- В трубе вода преобразуется в пар, выходящий 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:
- Газовые;
- Угольные;
- Мазутные;
- Электрические.
В зависимости от их предназначения выделяют следующие виды паровых котлов:
- Бытовые;
- Промышленные;
- Энергетические;
- Утилизационные.
Последний параметр – конструкция, позволяющая выделить два вида котлов:
- Газотрубные;
- Водотрубные.
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:
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:
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.
Определение
Как вы уже поняли, паровой котел является агрегатом, производящим пар. При этом котлы такого типа могут давать пар двух видов: насыщенный и перегретый. В первом случае температура его составляет порядка 100 градусов, а давление – около 100 кПа.
Температура перегретого пара поднимается до 500 градусов, а давление — до 26 МПа. Насыщенный пар используют в бытовых целях, в основном для обогрева частных домов. Перегретый пар нашел применение в промышленности и энергетике.
Он хорошо переносит тепло, поэтому его использование в значительной степени повышает КПД установки.
Сфера применения
Выделяют три основные области применения паровых котлов:
Бытовые паровые котлы используются для отопления жилых помещений. Простыми словами, их задача состоит в подогреве воды и передвижении пара по трубопроводу. Такую систему часто обустраивают вместе со стационарной печью или котлом. Обычно бытовые приборы вырабатывают насыщенный не перегретый пар, которого вполне достаточно для решения возложенных на них задач.
Принцип работы парового котла: из чего состоит и как работает паровой котёл
По названию можно понять, что данное устройство представляется с собой агрегат, который позволяет производить пар. Его можно эксплуатировать как в быту, так и в промышленных целях. С помощью котла даже самые различные друг от друга помещения способны прогреваться.
Задачи парового котла
У конструкции существует множество назначений и всех можно распределить по отдельным отраслям:
Как устроен паровой котёл
Несмотря на значительный спектр разновидностей полномочий, каждый котёл обладает схожей сборкой. Так как котёл преобразует воду в пар, конструкция состоит из ёмкости, которая производится из трубы. Кроме этого элемента, агрегат оснащён топкой — в ней сжигается топливо.
Её строение и особенности напрямую зависят от вида материала, который используется для разжигания. Например, если в этой роли выступают дрова или уголь, то можно заметить наличие колосниковой решётки, которая предназначена как раз для источника тепла. В случае когда носителем энергии выступает мазут или газ, то вводится горелка.
Для того чтобы тяга была эффективной, специально встраивают дымоход.
Из этого можно сделать вывод, что постоянными элементами системы вне зависимости всегда остаются:
- отвод для дыма;
- чаша с водой.
Остальные элементы могут меняться в зависимости от потребляемого топлива.
Каков принцип работы парового котла
После того как разобрались с самим устройством, можно приступать к принципу работы прибора. Этот момент довольно прост для понимания:
- Первым делом воду необходимо очистить. Это происходит с помощью электрического насоса. Предварительно жидкость отправляется в резервуар, находящийся в верхней части котла.
- Далее она движется сверху вниз по трубам в коллектор.
- Прямо из него вода поступает обратно по направлению, однако, уже через нагревающую зону. Там, собственно, и происходит горение топлива.
- Потом совершается преобразование в пар, который в итоге выходит вверх. Это объясняется разницей давления между газом и жидкостью.
- В верхнем участке находится сепаратор. Он предназначен для отделения пара от воды (последний из них направляется в паропровод к потребителям). Излишки, которые остаются после данной манипуляции, возвращаются вновь в резервуар.
- Что касается парогенератора, то у него все перечисленные шаги повторяются для достижения нужного результата.
Безопасна ли работа парового котла
Гарантировать безопасность работы можно только при соблюдении пользователем условий безопасного пользования. Самым значимым условием выступает поддержание заданной температуры металлической структуры нагрева.
Для этого следует проводить непрерывную работу теплоносителя, так как продукт на выходе обладает высокими показателями градуса тепла. В противном же исходе событий произойдёт потеря устойчивости металла.
В результате чего возможна аварийная ситуация.
Помогла статья? Оцените её
Загрузка…
Принцип работы парового котла и виды парового оборудования
Паровые котлы генерируют насыщенный или перегретый пар.
Принцип работы парового котла позволяет такому агрегату функционировать на основе топливной или электрической энергии, а также посредством утилизации теплоты, выделяемой в котлах-утилизаторах.
Устройство парового котла
Первые конструкции парового котла имели шаровидную форму или предназначались для приготовления пищи, поэтому изготавливались на основе меди или чугуна.
Конструктивные изменения современного агрегата произошли во второй половине девятнадцатого века, и предполагали повышение:
- газового потока в газотрубных агрегатах;
- водных и паровых потоков в водотрубном оборудовании.
Паровые котлы газотрубного типа имели относительно малые размеры и высокие показатели КПД, но уровень производительности пара, ограничивался габаритами.
В соответствии с конструктивными особенностями, паровые котлы бывают газотрубными и водотрубными.
Конструкция разных типов парового котла представлена:
- Цилиндрические модели — барабанным устройством и решеткой колосников.
- Жаротрубные агрегаты — барабанным устройством, жаровой трубой, газоходом и решеткой колосников.
- Жаротрубно-дымогарные системы — барабанным устройством, дымогарной и жаровой трубами;
- Камерного типа горизонтально-водотрубное оборудование — барабанным устройством, сборной камерой, решеткой колосников и паровым перегревателем.
- Двухсекционного типа горизонтальные водотрубные системы — барабанным устройством, сборного вида камерой и паровым перегревателем.
- Вертикальные водотрубные системы, имеющие гнутые трубы — барабанным устройством и паровым перегревателем.
- Вертикальный водотрубный паровой агрегат, имеющий П-образную компоновку — барабанным устройством, водяным экономайзером, паровым перегревателем и воздушным подогревателем.
- Вертикальные водотрубные паровые котлы, имеющие Т-образную компоновку — барабанным устройством, водяным экономайзером, паровым перегревателем и воздушным подогревателем.
- Прямоточная конструкция Рамзина — водяным экономайзером, паровым перегревателем и воздушным подогревателем.
Обобщенная схема устройства парового котла
По типу топлива, паровые котлы могут быть газовыми, угольными, мазутными и электрическими, а по предназначению такой агрегат бывает бытовым, промышленным, энергетическим или утилизационным. Современные паровые котлы представлены ёмкостями, внутри которых осуществляется нагрев и испарение воды с образованием достаточного количества пара.
Дополнительное оборудование, положительно сказывающееся на показателях эффективности функционирования системы, включает в себя паровые перегреватель, аккумулятор и сепаратор, а также устройство водоподготовки.
Агрегаты, предназначенные для генерирования пара, представлены следующими основными разновидностями:
- паровое котловое оборудование для энергетического использования в условиях электрических станций и турбин;
- промышленное котловое оборудование, предназначенное для производственной выработки пара;
- паровые котлы, используемые для отопления, работы прачечных, а также применяемые в эксплуатации установок для дезинфекции;
- утилизационное котловое оборудование, производящее пар посредством теплового отбора от дымовых газов, которые образуются в металлургической и химической промышленности.
Паровой котел промышленного типа
Котловые агрегаты парового типа значительно отличаются от водогрейного оборудования, что обусловлено нагревом воды с доведением её до парообразного состояния.
Предпочтение следует отдавать безопасному в эксплуатации современному оборудованию, конструкция которых характеризуется максимально быстрым парообразованием в малых объемах, без аккумуляции пара – внутри системы.
Барабанная схема
Барабанный котел характеризуется перемещением воды посредством экономайзера, с последующей подачей жидкости в барабанное устройство, расположенное в верхней части агрегата.
Сила тяжести в устройствах с естественной циркуляцией позволяет воде попадать в не обогретую трубную систему, после чего жидкость перемещается внутрь обогреваемых труб, где образуется пар.
Низкая плотность пароводяной смеси способствует её забросу через экранные трубы в барабанное устройство, где происходит разделение на воду и пар.
Схема барабанного котла
Жидкость естественным образом поступает в опускной трубопровод, а насыщенный пар переходит в паровой перегреватель.
Котлы, имеющие естественную циркуляцию, отличаются кратностью водяной циркуляции в пределах 5-30 раз.
Важно
Котловое оборудование с циркуляцией принудительного типа оснащается насосным устройством, создающим напор. Показатели кратности такого циркуляционного контура составляет 3-10 раз.
Котел барабанного типа функционирует при давлении, показатели которого ниже критического уровня, поэтому такое оборудование относится к категории агрегатов, обладающие высоким коэффициентом полезного действия.
Прямоточная схема
Прямоточные агрегаты характеризуются полным отсутствием универсального барабанного устройства.
В таком типе оборудования присутствует принудительное и однократное движение по замкнутому контуру, в процессе чего, вода становится перегретой паром.
Процесс парового образования останавливается в зоне перехода.
Пароводяная смесь, находящаяся внутри испарительного трубопровода, доставляется в паровой перегреватель.
Прямоточные котлы оснащаются паровым прогревателем промежуточного типа, нужным для вторичного нагревания пара, который поступает из турбины и туда же возвращается. Также особенностью любой разомкнутой гидросистемы, является сохранение работоспособности на докритическом давлении и сверхкритических показателях.
Преимущества представлены отсутствием необходимости монтировать тяжелые коллекторные установки, произвольной компоновкой нагревательных поверхностей, повышенными допустимыми тепловыми нагрузками и высоким КПД, а также максимально эффективной эксплуатацией при незначительном уровне теплоаккумулирующих возможностей.
Конструкционные особенности прямоточного котельного оборудования требуют максимально точного соответствия таких показателей, как выработка пара и топливная подача.
Принцип работы
Функционирование парового котлового оборудования любого типа – одинаково по своему принципу, сравнимому с системой, представленной сообщающимися сосудами. Нагретая пароводяная смесь обладает меньшей плотностью, по сравнению с холодной водой.
И именно такой температурной разницей обусловлено стабильное выталкивание пароводяной смеси по направлению к верхней части устройства, где посредством сепаратора происходит отделение пара от жидкости.
Принцип действия парового котла
Паровые котлы являются устройствами повышенной опасности, что обусловлено избыточным паровым давлением, способным стать причиной взрыва котлового оборудования.
Совет
Кроме всего прочего, высокий температурный режим и наличие открытого огня, часто провоцируют возгорание, поэтому безопасность эксплуатации обеспечивается высокотехнологичными жаропрочными материалами и обязательным наличием системы контроля.
Котел для парового отопления
Устройством для производства водяного пара высокой температуры является паровой котел. При этом давление воды, находящейся внутри котла в газообразном состоянии, значительно превышает атмосферное.
Нагревание воды происходит в результате выделения тепловой энергии за счет сжигания какого-либо топлива.
Несмотря на то, что в настоящее время паровые котлы имеют различную конструкцию и могут применяться, как в промышленных, так и в бытовых целях, они имеют один и тот же принцип работы.
Новейший двухходовой котел с реверсивной топкой
Принцип работы парового котла
Все паровые котлы работают по одинаковому принципу своего устройства:
- верхняя часть котла содержит резервуар барабанного типа, в который принудительно подается вода за счет применения электронасоса;
- из данного резервуара вода по специальным отводным трубам стекает в коллектор, расположенный в нижней части устройства;
- от коллектора к верхнему резервуару идут еще одни трубы, которые проходят в зоне горения топлива (топке котла).
Таким образом, данное устройство для получения пара можно сравнить с системой сообщающихся сосудов, в которой нагретая смесь воды и пара имеет меньшую плотность, чем холодная вода. В результате этой разницы вода постоянно выталкивает пароводяную смесь в верхнюю часть устройства, где с помощью сепаратора пар отделяется от воды.
После этого вода снова попадает в резервуар, а пар – в паропровод, который также находится в зоне сгорания топлива.
В результате вода, находящаяся в газообразном состоянии, разогревается еще больше, что приводит к значительному увеличению давления пара. Теперь характеристики пара достигли нужных параметров.
Далее он может использоваться либо для отопления помещений, либо для вращения турбин различных агрегатов, в том числе и для получения электрической энергии.
Промышленный газовый котел
Типы паровых котлов
Все паровые котлы можно классифицировать по нескольким параметрам. Например, по виду топлива, используемого для их работы, различают котлы:
- жидкотопливные;
- газовые;
- угольные;
- электрические;
- газомазутные.
А в зависимости от того, какое эти устройства имеют предназначение, их подразделяют на:
- энергетические (такие котлы вырабатывают пар для обеспечения работы турбин энергетических установок, вырабатывающих электрическую энергию);
- промышленные (обеспечивают функциональность различных систем на промышленных предприятиях);
- утилизационные (работающие на вторичных ресурсах, например, сжигающие мусор на специальных заводах);
- бытовые (предназначены для работы в системе индивидуального отопления).
По своим конструктивным особенностям наиболее распространены такие типы паровых котлов:
Рассмотрим их более подробно.
Газотрубные котлы
Хотя котлы такого типа еще эксплуатируются на различных предприятиях, они уже давно считаются морально устаревшими, поскольку рассчитаны для условий эксплуатации, ограничивающихся рабочим давлением в 1 МПа и мощностью не более 360 кВт. А этого уже недостаточно для обеспечения нормальной работы современных предприятий.
Если же попытаться увеличить мощность такого котла, то необходимо на этапе его проектирования заложить такую толщину стенки, которая будет неимоверно большой, что экономически невыгодно.
Водотрубные котлы
Данная конструкция паровых котлов является более современной, а значит, более мощной и безопасной. Однако такие паровые котлы имеют более сложную конструкцию, чем их газотрубные аналоги. Но этот недостаток перекрывается целым рядом достоинств такой конструкции:
- котлы такого типа имеют небольшое время разогревания до рабочей температуры;
- они абсолютно взрывобезопасны даже в ситуации с перегрузкой котла;
- такие устройства легко могут быть перенастроены для работы с различной нагрузкой;
- их легко можно транспортировать к месту установки.
Водотрубный котел
Поскольку сложное устройство водотрубных котлов предусматривает специальную систему топочных перегородок и пучков труб, то тепловая энергия, выделяющаяся при сжигании топлива, многократно обтекает одни и те же трубы с водой, что увеличивает теплоотдачу, а значит, КПД котла.
Водотрубные котлы, в свою очередь, подразделяются на:
- Горизонтальные (при этом резервуар барабанного типа имеет либо продольное расположение, либо поперечное).
- Вертикальные (при этом устройство котла может содержать не только 1, но и несколько паровых барабанов).
- Радиационные, имеющие в своем составе, как горизонтально, так и вертикально расположенные паровые барабаны, либо их комбинацию. Иногда для более эффективной работы таких паровых котлов может быть применена и принудительная циркуляция.
Устройство топочного экрана представляет собой ряд близкорасположенных друг к другу труб, по которым течет вода. После нагревания пар из этих труба подается в общую паровую систему котла.
Прямоточные котлы
Паровой котел данного типа способен работать как в режиме, не превышающем максимально допустимую нагрузку, так и режиме, когда давление пара в котле значительно превышает его максимально допустимое значение.
В котлах такого типа применяется принудительная прокачка воды по трубам, которая в результате одного прохода через топку превращается в пар с избыточным давлением, необходимым для работы турбин энергетических установок, вырабатывающих электрическую энергию.
Таким образом, прямоточные котлы, работающие на жидком, твердом или газообразном топливе, добываемом из недр Земли, главным образом, эксплуатируются на очень крупных электростанциях.
Разрез прямоточного парового котла
Основными достоинствами котлов такого типа являются:
- очень широкий диапазон рабочих условий (от недогрузки до перегрузки);
- безопасность эксплуатации;
- небольшое время от запуска котла до достижения им рабочих условий;
- простота перенастраивания котла из одного режима работы в другой.
Чугунные секционированные котлы
Данные котлы получили в настоящее время очень широкое применение для работы в системах отопления.
Свое название устройство получило от схожести с радиатором отопления, поскольку собирается так же из отдельных секций, изготовленных из чугуна.
Таким образом, данная конструкция позволяет не только быстро собрать котел по месту его установки, но и при необходимости выполнить за короткое время его демонтаж.
Блочная система секционного котла позволяет увеличивать его мощность до необходимого значение путем присоединения новых чугунных секций. Недостатком такой конструкции является то, что при необходимости замены одной из внутренних секций, вышедшей из строя, например, из-за образования в ней трещины, придется полностью разбирать всю конструкцию котла.
Достоинства таких котлов:
- небольшое время разогрева котла от пуска до рабочей температуры пара;
- высокий КПД;
- возможность наращивания мощности котла.
Однако у секционированных котлов ест и недостатки:
- Сложность ремонта.
- Секции не гарантируют безопасную эксплуатацию устройства при высоких значениях давления (максимальные значения рабочих условий: давление – не более 100 кПа, мощность – не более 200 квт, производительность – не более 4,3 тонны пара в час). При таких условиях необходимо будет сжигать в топке порядка 300 кг высококачественного угля за 1 час.
Блочно-транспортируемые котлы
Впервые такие паровые котлы были применены в период Второй мировой войны, когда войска остро нуждались в устройствах, имеющих не только небольшие габариты, но и не требующих сложного технического обслуживания.
Блочно-модульный дизельный котел
В настоящее время котлы такого типа выглядят, как мобильные блоки небольших размеров, которые в своем составе имеют не только рабочий агрегат, но контрольно-измерительную аппаратуру, необходимую для запуска и поддержания рабочих условий в котле.
Несмотря на то, что конструкции котлов отличаются друг от друга системами нагрева воды, все они (кроме электрических) используют специальную камеру сгорания топлива – топку.
Топка парового котла
Паровой котел не может функционировать без тепловой энергии, которая выделяется при сжигании топлива в топке.
Конструктивно этот агрегатный узел состоит из:
- Клетки, образованной вертикальными трубами, концы которых присоединены к барабанам коллекторного типа, имеющим небольшой диаметр. Эти барабаны являются частью всей циркуляционной системы парового котла.
- Теплоизолирующей огнеупорной обшивки, закрепленной на наружной стороне клетки.
- Кирпичей специальной формовки, закрывающих задние поверхности труб клетки. Такая конструкция топки не задерживает на себе золу и шлак.
Однако в последнее время все больше потребителей, использующих паровые котлы в индивидуальных системах отопления, отдают предпочтение электрическим котлам.
Электрические котлы
Паровой котел такого типа характеризуется:
- простотой эксплуатации;
- экономичностью;
- экологичностью;
- бесшумной работой.
Кроме того, такое устройство котлов гораздо проще, чем аналогичное у устройств, использующих твердое или жидкое топливо.
Электрические котлы не нужно постоянно очищать о золы или шлака, да и само топливо не требует специальной дополнительной заготовки.
Таким образом, вы сэкономите деньги, которые были бы затрачены на доставку топлива к вам домой и которые были бы затрачены на оборудование хранилища для топлива.
По своей конструкции электрические котлы подразделяются на:
Однако, если говорить о цене паровых котлов любого типа, то она достаточно высокая. Именно этот факт вызывает желание некоторых потребителей (особенно в сельской местности), создать такой прибор собственными руками. Давайте рассмотрим, возможно ли это осуществить в принципе?
Изготовление парового котла своими руками
Паровой котел – устройство повышенной опасности в доме. Ведь в нем присутствует избыточное давление пара, которое может привести к взрыву котла, а также высокая температура и открытый огонь, которые могут привести к возникновению пожара.
Именно поэтому для кустарного изготовления котла в домашних условиях понадобятся:
- точные расчеты;
- высокотехнологичные жаропрочные материалы;
- различные инструменты и оборудование.
Предположим, чисто теоретически, что все, что нужно для самостоятельного изготовления парового котла у вас есть. Тогда порядок работ будет следующий:
В заключительной части хотелось бы уделить немного внимания особенностям эксплуатации котлов.
Котел своими руками, принцип устройства и расчет оборудования
Особенности эксплуатации
Эксплуатация паровых котлов требует тщательной водоподготовки, регулярной очистки топки и управления работой устройства.
Таким образом, паровые котлы способны обеспечивать теплом, горячей водой и электричеством (речь идет о ТЭЦ) целые кварталы жилых домов, а могут работать и в индивидуальных хозяйствах. В последнем случае вы сможете самостоятельно, поскольку не зависите от системы централизованного отопления и подачи горячей воды, устанавливать время работы котла и температурный режим.
Это позволит вам существенно снизить затраты на обогрев и горячую воду. При этом данные устройства просты в эксплуатации и требуют минимального вмешательства со стороны человека. А еще котлы являются очень безопасными устройствами, поскольку оснащаются специальными системами, предотвращающими аварийные ситуации!
Котел для парового отопления — устройство и принцип работы. Жми!
Паровым котлом называется узкоспециализированное оборудование, производящее пар. Эти агрегаты широко используются в промышленной и энергетической отраслях, в системах отопления.
Паровые системы работают с использованием различных энергоносителей – газообразного, твердого или жидкого топлива. Парообразующее оборудование различается основными видами. Эти различия, а также принципы работы подобных агрегатов, влияют на их предназначение и выбор.
Для чего предназначены
Парообразующие системы необходимы при многих производственных процессах, где пар используется по предусмотренной технологии.
Парогенераторы высокой мощности применяются на некоторых электростанциях. В этих случаях вращение вала, вырабатывающего электричество, происходит под воздействием пара, который попадает в турбину.
Воздействие пара применяется в некоторых видах транспорта (паровозы, пароходы), где оно осуществляет движение вала двигателя и колес.
Паровые котлы устройства бытового назначения используются в виде источников тепла для отопительных нужд зданий.
Обратите внимание
Многие организации, помимо отопительных целей, применяют парогенераторы для других нужд – стерилизации инструментов и других медикаментозных материалов в учреждениях здравоохранения, для обеспечения прачечных.
Полезно знать: паровые котлы по принципам своего действия имеют сильные различия с водогрейным оборудованием, хотя их функции кажутся схожими. Эти приборы несравнимы по количеству, давлению и температуре парообразования.
Производство пара во всех котлах имеет принципиальную схожесть: под воздействием любой энергии (сгорающего топлива, электрической, солнечной, геотермальной) жидкость преобразуется в газообразное состояние.
Но применяемый технологический подход у этих приборов различается, он зависит от их конструктивных параметров и предполагаемого конечного результата.
В зависимости от рабочего вида топлива парообразующее оборудование делится на виды:
По своим рабочим особенностям оно классифицируются на следующие типы:
- газотрубные;
- водотрубные.
Различия газотрубного и водотрубного типа
В паровом оборудовании газотрубного устройства корпус цилиндрически замкнут. Внутри располагаются трубы, по всей протяженности которых осуществляется процесс горения, а пар образуется вверху корпуса.
Мощность подобных приборов ограничена во избежание выброса опасного продукта, поскольку скопление всего объема газообразной жидкости под высоким давлением осуществляется в корпусе.
В устройствах водотрубного типа в корпусе располагается горелка, по кипятильным трубам циркулирует жидкость до тех пор, пока не достигнет нужного состояния.
Обратите внимание: преимущество водотрубных котлов перед газотрубными приборами в том, что их мощность и температура выше. При их использовании могут быть допущены значительные перегрузки, они более безопасны.
Барабанный паровой котел
По своим рабочим характеристикам эти приборы подразделяются на следующие виды:
Устройства, имеющие барабанную конструкцию, могут быть горизонтальными и вертикальными. Схемы подобных парогенераторов устроены таким образом, что барабан собирает полученный продукт из пучков труб, находящихся над топливной камерой. Барабан нужен для процесса сепарирования, в результате чего происходит отделение неиспаряющейся воды и повторное ее вбрасывание в кипятильные трубы.
Таким образом, жидкость циркулирует по нагревателям до полного ее перехода в парообразное состояние. В горизонтальное устройство устанавливается один барабан, в конструкции вертикального типа предусмотрено наличие нескольких приспособлений.
Прямоточная установка системы парового котла обладает большей производительностью. Но в этой системе жидкость должна преобразиться в парообразное состояние за единственный проход по трубам, поэтому требуется установка очень высокой рабочей температуры.
Для использования в паровых агрегатах водотрубного типа вода предварительно подготавливается. С применением специальной химии из нее удаляются растворенные соли и молекулы кислорода. Это необходимо делать, чтобы избежать снижения эффективности работы устройства из-за солевых отложений на рабочих поверхностях.
Использование мини-котельных
Широкое распространение в последнее время получили автономные мини-котельные.
Их использование экономически эффективно и может производиться в различных зданиях. Отопление с помощью автономного теплоснабжения применяется в многоэтажных домах, частных строениях, в коттеджных поселках.
По своей потенциальной мощности мини-котельные способны отапливать различные площади производственных и жилищных объектов. Эти комплексы оборудования снабжаются всем необходимым оборудованием и автоматизируются.
В заводских условиях эксплуатация таких мини-котельных способствует экономии времени при установке и запуске, ускорению темпов строительства. Также они незаменимы в случае аварийных ситуаций, когда необходимо оперативно наладить теплоснабжение.
Смотрите видео, в котором подробно разъясняются устройство и принцип работы паровых котлов:
Паровые котлы: принцип работы и устройство
Образование 8 мая 2017
Паровым котлом называют устройство для превращения воды в пар, используемое как в быту, так и в промышленности.
Пар применяется для обогрева помещений, аппаратов и трубопроводов, а также для вращения турбомашин. Давайте подробнее узнаем, что собой представляют паровые котлы.
Принцип работы, устройство, классификация, сфера применения и многое другое – все это будет рассмотрено ниже.
Определение
Как вы уже поняли, паровой котел является агрегатом, производящим пар. При этом котлы такого типа могут давать пар двух видов: насыщенный и перегретый. В первом случае температура его составляет порядка 100 градусов, а давление – около 100 кПа.
Температура перегретого пара поднимается до 500 градусов, а давление – до 26 МПа. Насыщенный пар используют в бытовых целях, в основном для обогрева частных домов. Перегретый пар нашел применение в промышленности и энергетике.
Он хорошо переносит тепло, поэтому его использование в значительной степени повышает КПД установки.
Сфера применения
Выделяют три основные области применения паровых котлов:
Бытовые паровые котлы используются для отопления жилых помещений. Простыми словами, их задача состоит в подогреве воды и передвижении пара по трубопроводу. Такую систему часто обустраивают вместе со стационарной печью или котлом. Обычно бытовые приборы вырабатывают насыщенный не перегретый пар, которого вполне достаточно для решения возложенных на них задач.
В промышленности пар перегревают – продолжают греть после испарения с целью еще больше повысить температуру. К таким установкам предъявляют особые требования по качеству, так как при перегреве пара емкость рискует взорваться. Перегретый пар, полученный из котла, может идти на образование электричества или механическое движение.
Электрический ток с помощью пара образуется следующим образом. Испаряясь, пар попадает в турбину, где он, благодаря плотному потоку вращает вал. Таким образом, тепловая энергия переходит в механическую, а та, в свою очередь, преобразовывается в электрическую. Так работают турбины электростанций.
Вращение вала, которое возникает при испарении больших количеств перегретого пара, может передаваться непосредственно на мотор и колеса. Так в движение приводится паровой транспорт.
Важно
В качестве популярных примеров работы парового двигателя можно привести парогенератор паровоза или же судовой паровой котел. Принцип работы последних довольно прост: при сжигании угля образуется тепло, которое нагревает воду и образует пар.
Ну а пар, в свою очередь, вращает колеса, или в случае с судном, винты.
Видео по теме
Паровые котлы: принцип работы
Рассмотрим более детально, как работаю такие котлы. Источником тепла, необходимого для подогрева воды, может выступать любой вид энергии: электрическая, солнечная, геотермальная, тепло от сгорания газа или твердого топлива. Пар, образующийся в процессе нагрева воды, представляет собой теплоноситель, то есть переносит тепловую энергию с места нагрева в место использования.
Несмотря на многообразие конструкций, принципиальное устройство и принцип работы паровых котлов не отличаются. Общая схема нагрева воды с ее последующим преобразованием в пар выглядит таким образом:
Устройство
Паровые котлы представляют собой емкость, в которой вода нагревается и образует пар. Обычно они выполняются в виде труб, различных размеров. Кроме трубы с водой, котел всегда имеет камеру для сгорания топлива (топку). Ее конструкция может варьироваться в зависимости от типа применяемого топлива.
Если это дрова, или твердый уголь, то в нижней части топки устанавливается колосниковая решетка, на которую укладывают топливо. С нижней части колосников, в топочную камеру поступает воздух. А вверху топки обустраивают дымоход, который необходим для эффективной тяги – циркуляции воздуха и горения топлива.
Принцип работы паровых котлов на твердом топливе несколько отличается от устройств, в которых в качестве теплоносителя использован жидкий или газообразный материал.
Во втором случае, топочная камера предполагает горелку, которая работает подобно горелкам бытовой газовой печи.
Для циркуляции воздуха также используют колосниковую решетку и дымоход, ведь в независимости от вида топлива, воздух является важнейшим условием горения.
Горючий газ, полученный от сгорания топлива, поднимается к емкости с водой. Он отдает воде свое тепло и выходит через дымоход в атмосферу. Когда вода нагревается до температуры кипения, она начинает испаряться. Стоит отметить, что вода испаряется и ранее, но не в таких количествах и не с такой температурой пара.
Испарившийся пар самостоятельно поступает в трубы. Таким образом, циркуляция пара и смена агрегатных состояний воды происходит естественным образом. Принцип работы парового котла с естественной циркуляцией предполагает минимальное вмешательство человека.
Совет
Все, что нужно сделать оператору, это обеспечить стабильный нагрев воды и проконтролировать процесс с помощью специальных устройств.
В случае с электрическими котлами подогрев воды происходит проще. Она нагревается с помощью нагревательных элементов типа ТЭНов или выступает в роли проводника и нагревается по закону Джоуля-Ленца.
Классификация
Паровые котлы, принцип работы которых мы сегодня рассматриваем, могут классифицироваться по нескольким параметрам.
По виду топлива:
По назначению:
По конструкции:
Чем отличаются газо- и водотрубные паровые котлы
Принцип работы котлов основан на подогреве емкости с водой. Емкость, в которой вода переходит в парообразное состояние, как правило, представляет собой трубу или несколько труб. Приборы, в которых горючее обогревает трубы, поднимаясь вверх, называются газотрубными котлами.
Но есть и другой вариант – когда горючий газ перемещается по трубе, расположенной внутри емкости с водой. В таком случае водные емкости называются барабанами, а сам котел – водотрубным.
В обиходе его также называют огнетрубным котлом. В зависимости от расположения водных барабанов, котлы такого типа подразделяют на: горизонтальные, вертикальны и радиальные.
Также встречаются модели, в которых реализованы разные направления труб.
Устройство и принцип работы огнетрубного парового котла несколько отличается от газотрубного. Во-первых, это касается размера труб с водой и паром. У водотрубных котлов трубы менее габаритны, чем у газотрубных. Во-вторых, имеют место различия по мощности. Газотрубный котел дает давление не более 1 МПа и имеет теплообразующую способность до 360 кВт.
Причиной тому являются крупные трубы. Чтобы в трубах образовывалось достаточно пара и давления, их стенки должны быть толстыми. Как результат – цена таких котлов завышена. Водотрубный котел мощнее. Благодаря тонким стенкам труб, пар нагревается лучше. И в-третьих, водотрубные котлы безопаснее.
Они производят высокую температуру и не боятся значительных перегрузок.
Дополнительные элементы котлов
Принцип работы парового котла довольно прост, тем не менее его конструкция состоит из довольно большого количества элементов. Кроме топочной камеры и труб для циркуляции воды/пара, котлы оснащаются устройствами для повышения их эффективности (увеличение температуры пара, его давления и количества). К таким устройствам относят:
Контрольные устройства
Кроме того, котел оснащается вспомогательными устройствами для контроля и управления. К примеру, сигнализатор предельных уровней воды следит за поддержанием постоянного уровня жидкости в барабане.
Принцип работы сигнализатора предельных уровней парового котла основывается на изменении массы специальных грузов во время их перехода из жидкой фазы в парообразную, и наоборот.
В случае отклонения от нормы он подает звуковой сигнал для оповещения сотрудников предприятия.
Обратите внимание
Для позиционного регулирования уровня воды также используется уровнемерная колонка парового котла. Принцип работы устройства основан на электропроводности воды. Колонка представляет собой трубку, оснащенную четырьмя электродами, контролирующими уровень воды. Если водяной столб достигает нижней отметки, подключается питательный насос, а если верхней – питание котла водой останавливается.
Еще одним простейшим устройством для измерения уровня воды в паровом котле служит водомерное стекло, встроенное в корпус аппарата. Принцип работы водомерного стекла парового котла прост – оно предназначено для визуального контроля уровня воды.
Кроме уровня жидкости, в системе с помощью термометров и манометров замеряют температуру и давление соответственно. Все это необходимо для нормального функционирования котла и предотвращения возможности возникновения аварийных ситуаций.
Парогенераторы
Мы уже рассмотрели принцип работы парового котла, теперь кратко познакомимся с особенностями парогенераторов – наиболее мощных котлов, оборудованных дополнительными устройствами.
Как вы уже поняли, главное отличие парогенератора от котла состоит в том, что его конструкция включает один или несколько промежуточных пароперегревателей, что позволяет достичь высочайших температур пара.
На атомных электростанциях, благодаря очень горячему пару, преобразуют энергию распада атома в электрическую энергию.
Существует два основных способа нагрева воды и переведения ее в газообразное состояние в реакторе:
Заключение
Сегодня мы с вами познакомились с таким полезным прибором, как паровой котел. Устройство и принцип работы этого аппарат довольно просты и основаны на банальных физических свойствах воды. Тем не менее паровые котлы в значительной степени облегчают жизнь человека. Они согревают здания и помогают вырабатывать электричество.
