Принцип работы парового котла

Паровой котёл — принцип работы и конструктивные особенности

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.

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.

Устройство и принцип работы котлов парового типа

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

Что это за устройство?

Котёл парового типа может производить пар двух видов:

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

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

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

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

Где применяются

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

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

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

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

Принцип работы парового котла

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

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

В промышленном паровом котле данная схема дополнена ещё двумя пунктами:

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

Устройство парового котла

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

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

Разновидности паровых установок

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

  • паровые установки, работающие на угле;
  • паровые установки, работающие на мазуте;
  • паровые установки, работающие на газе;
  • паровые установки, работающие на электроэнергии.
Читайте также:  Регистр из 4 х гладких труб

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

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

Также существует утилизационные паровые установки.

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

  • водотрубные паровые установки;
  • газотрубные паровые установки.

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

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

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

Все виды водотрубных котлов отличаются лишь внутренним расположением трубопроводов.

Какой паровой котёл лучше

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

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

Элементы, которые повышают эффективность котла парового типа

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

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

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

Парогенератор

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

Заключение

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

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.

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.

Читайте также:  Утепление ворот гаража изнутри своими руками

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.

Как работает паровой котел

Для удобства поиска информации воспользуйтесь оглавлением.

Устройство и принцип действия паровой котельной

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Конструктивные элементы парового котла и обеспечение безопасности работы с паровым котлом

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

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

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

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

Паровой котел — принцип работы

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

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

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

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

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

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

Контроль за работой котла

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

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

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

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

Прямоточные котлы

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

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

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

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

Устройство и принцип работы паровых котлов

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

Принцип действия и виды паровых котлов

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

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

  • жаротрубные (дымогарные);
  • водотрубные.

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

Жаротрубные установки

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

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

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

Подогрев питательной воды осуществляется двумя способами:

Читайте также:  Присоединение системы отопления зависимое или независимое

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

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

Водотрубные агрегаты

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

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

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

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

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

Заключение

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

Паровой котел

Паровой котел предназначен для получения водяного пара обычно высокого давления и температуры. Так как тепловые электрические станции в подавляющем большинстве случаев имеют весьма большую мощность (порядка многих десятков, а зачастую и сотен, тысяч киловатт), то для их работы требуется очень много пара. Поэтому современные паровые котлы электрических станций имеют большую паропроизводительность, т. е. с их помощью можно получить много тонн пара в час. Многие паровые котлы мощных электрических станций имеют паропроизводительность 200 и даже более тонн пара в час.

Котел высокого давления с такой большой паропроизводительностью потребляет очень много топлива. Если в качестве топлива используется, например, бурый уголь Подмосковного бассейна, то его потребуется около 65 тонн в час, что составит около 65 двухосных саморазгружающихся вагонов в сутки. Такой котел (или, точнее сказать, котельная установка) весит около тысячи тонн и стоит несколько миллионов рублей. Котельная установка включает большое число различных устройств и механизмов и для размещения ее необходимо большое многоэтажное помещение.

Много сложных вопросов должно быть решено для обеспечения хорошей, надежной работы котельной установки. К числу таких вопросов, в частности, относятся: правильная организация процесса сжигания топлива, позволяющая с высокой экономичностью использовать низкосортные сорта топлива; предварительная очистка подаваемой в котел воды, в результате которой сводятся к минимуму отложения солей при испарении и унос солей с паром в тепловой двигатель ( паровую турбину ); улавливание золы из дымовых газов — вопрос, имеющий исключительно важное значение при сжигании топлива в виде пыли, и многие другие. Ещё в советское время Энергетический институт Академии наук СССР работал над проблемой комбинированного производства не только электрической энергии и тепла для отопительных нужд, но также и высококалорийного газа для бытового потребления и промышленности.

Современные паровые котлы электрических станций можно разделить на два основных вида: котлы с естественной циркуляцией и котлы с принудительной циркуляцией; среди котлов второго типа на электростанциях России наибольшее распространение получили так называемые прямоточные котлы.

Принцип работы котла с естественной циркуляцией легко себе представить с помощью рисунка ниже. В барабан котла, представляющий собой стальной цилиндр, рассчитанный на высокое давление, непрерывно подводится питательная вода, предназначенная для образования из нее пара. Барабан имеет систему опускных (холодных) и подъемных (обогреваемых) трубок. Тепло, образовавшееся в результате сжигания топлива , подводится к подъемным (обогреваемым) трубкам, одна из которых показана на рисунке:

В результате подвода тепла вода в этой трубке испаряется — образуется насыщенный пар. Так как удельный вес пара во много раз меньше веса воды, то образовавшийся в подъемной трубке пар поднимается и заполняет объем барабана над уровнем питательной воды. На место испарившейся воды поступает новая ее порция через опускные необогреваемые трубки. Таким образом, через систему опускных и подъемных трубок происходит непрерывная циркуляция воды и пара, возникающая вследствие разности удельных весов воды и
именуется естественной, откуда возникло и наименование котла. Насыщенный пар, поступающий в барабан, непрерывно отводится из него, а вода подается и, таким образом, уровень питательной воды в барабане поддерживается постоянным.

На рисунке ниже представлена принципиальная схема современной котельной установки с естественной циркуляцией большой паропроизводительности. Топливо (обычно размолотый порошкообразный уголь) и необходимый для его сгорания воздух подаются через форсунки в топку котла. Образовавшиеся в результате горения топлива газы следуют по пути, указанному на рисунке ниже пунктирной линией, отсасываются дымососом (не показанном на схеме) и выбрасываются в атмосферу. Из котла продукты сгорания выходят уже охлажденными, так как тепло, выделившееся при сгорании топлива, в своей большей части передается воде и пару.

Питательная вода (конденсат) поступает в подогреватель, а затем в барабан котла. Барабан котла снабжен необогреваемыми, расположенными вне пределов топки опускными трубами и подъемными, обогреваемыми трубами. В результате естественной циркуляции, происходящей, как сказано выше, вследствие разности удельных весов воды п насыщенного пара, в барабан непрерывно поступает насыщенный пар. Из барабана насыщенный пар поступает в пароперегреватель, в котором благодаря дальнейшему подводу тепла нагревается и превращается в перегретый пар. Перегретый пар из пароперегревателя подается к тепловому двигателю ( паровой турбине ). Воздух, необходимый для горения топлива, предварительно нагревается в воздухоподогревателе .

Обогреваемые подъемные трубы, в которых происходит собственно процесс парообразования, как это видно из рисунка ниже, расположены вдоль стенок топочной камеры. Они обогреваются в основном за счет излучения и называются экранными поверхностями нагрева . В современных котельных агрегатах высокой производительности основная часть кипятильных труб, т. е. труб, в которых из воды образуется пар, устанавливается по стенкам топки, образуя большую экранную поверхность. Именно такой тип котельной установки, именуемый установкой экранного типа, представлен на рисунке:

Широкое распространение котельных установок экранного типа объясняется их значительными преимуществами. Дело в том, что температура внутри топочной камеры современного, мощного котельного агрегата достигает 1500 °С и более. Такая высокая температура действует разрушающе на стенки топочной камеры, несмотря на то, что они всегда выполняются из огнеупорного материала , большей частью из огнеупорного кирпича; кроме того, плавящаяся при таких температурах зола топлива оказывает разъедающее действие на огнеупорный кирпич. Возникает необходимость защиты стен топочной камеры. Наиболее удачным способом защиты является устройство экранных поверхностей, предохраняющих стенки топки от разрушающего воздействия высокой температуры и плавящейся золы топлива.

Подогреватель поступающей в котел воды (или, как его называют, экономайзер ) и пароперегреватель в отличие от испарительных (экранных) труб работают по прямоточному принципу. Это отличие заключается в том, что для превращения в пар всей заполняющей испарительные трубы воды эта последняя должна несколько раз протечь через испарительные трубы, т. е. мы сталкиваемся здесь с так называемой многократной циркуляцией, в то время как через водяной подогреватель или пароперегреватель вода или пар проходят 1 раз.

Как уже было сказано выше, из котлов с принудительной циркуляцией большое применение нашли прямоточные котлы.

Принцип устройства прямоточного котла весьма прост. В принципе, прямоточный котел представляет собой обогреваемый змеевик, в один конец которого подается вода, а из другого конца непрерывно поступает перегретый пар. Схема прямоточного котла представлена на рисунке ниже. Она настолько проста, что не требует специальных пояснений.

В этом случае вода или пар протекают через трубы котельной установки благодаря напору, создаваемому насосом. Естественная циркуляция здесь вообще отсутствует, в силу чего прямоточные котлы именуются также котлами с принудительной циркуляцией.

Основное отличие между современными крупными котельными установками с естественной циркуляцией и с принудительной циркуляцией (в частности, прямоточными) сводится к устройству испарительной поверхности (экранной поверхности) и к отсутствию барабана у прямоточного котла.

По трубам экранной поверхности прямоточного котла вода и пар движутся за счет работы насоса. В котле же с естественной циркуляцией движение воды и пара по трубам экранной поверхности происходит вследствие разности удельных весов воды и пара. Что касается прочих элементов котельной установки (водяного подогревателя, пароперегревателя, воздушного подогревателя, топки), то они по существу одинаковы у обоих типов котлов.

Благодаря отсутствию барабана и необогреваемых труб экранной поверхности нагрева расход металла на прямоточный котел при прочих равных условиях меньше, чем на котел с естественной циркуляцией. Это является преимуществом прямоточных котлов перед котлами барабанными (с естественной циркуляцией). Кроме того, следует иметь в виду, что котельные установки с естественной циркуляцией практически могут быть использованы только в том случае, когда давление воды не превышает так называемого критического давления, равного для воды примерно 226 атмосферам. С понятием критического давления (критического состояния) читатель бесспорно знаком из курса физики. Здесь мы отметим только, что при давлениях, больших, чем критическое (т. е. для воды при давлениях, больших 225,65 атмосферы) , само понятие «испарение» теряет смысл, так как при этих условиях уничтожается различие между жидкостью и паром. Поэтому принцип естественной циркуляции, основанный на значительной разнице удельных весов между насыщенным паром и кипящей жидкостью, не может быть использован в так называемой надкритической области, т. е для водяного пара при давлениях выше 226 атмосфер. Естественно, что котлы, рассчитанные на выработку пара сверх-критического давления, должны быть котлами с принудительной циркуляцией.

К недостаткам прямоточных котлов по сравнению с барабанными котлами следует отнести особо высокие требования к качеству питательной воды, предъявляемые эксплуатацией прямоточных котлов. Кратко поясним сказанное. Для того чтобы любой котельный агрегат работал надежно и длительно, без аварий, нельзя допускать отложения сколько-нибудь значительного количества солей (накипи) на внутренней поверхности обогреваемых труб. Когда труба, например, экранной поверхности свободна от накипи, тогда, несмотря на высокую температуру в топке, температура стенки трубы не делается слишком высокой, так как труба энергично охлаждается протекающим внутри ее потоком воды или пара. Если же внутри трубы образуется значительный слой накипи, отличающейся плохой проводимостью тепла, охлаждение стенки трубы водой или паром делается в несколько раз меньшим, температура стенки резко повышается и она может через сравнительно короткое время перегореть, что приведет к необходимости остановки и охлаждения котла для ремонта (после ремонта делают также в некоторых случаях делают щелочение и кислотную промывку котла ).

Что представляет собой накипь, образующаяся в котельных трубах и как она возникает? Накипь представляет собой отложение солей на внутренней поверхности труб и возникает она вследствие того, что питательная вода, подаваемая в котельную установку, в том или ином количестве, обязательно содержит в себе в растворенном виде различные соли. Образующийся вследствие испарения воды пар обычно уносит с собой сравнительно небольшое количество солей, большая же часть солей остается в еще не испарившейся воде. Таким образом, содержание солей, отнесенных на 1 литр воды (солесодержание воды, измеряемое обычно количеством миллиграммов солей, растворенных в 1 литре воды), по мере испарения воды и образования пара, непрерывно увеличивается. Чем меньше остается не испарившейся еще воды, тем больше содержание в ней солей. При испарении оставшейся воды высокого солесодержания большая часть солей переходит из растворенного состояния в твердое и отлагается на внутренней поверхности труб. Из сказанного следует, что отложение солей должно происходить главным образом в испарительных трубках в конце процесса парообразования. Очевидно, что для уменьшения возможного отложения накипи следует снижать количество солей, растворенных в питательной воде.

В прямоточном котле, работающем по схеме, представленной на рисунке выше, почти все соли, вносимые с питательной водой (за исключением солей, уносимых паром), должны отложиться па поверхностях нагрева испарительной зоны. Для того чтобы отложение солей происходило не слишком быстро, прямоточные котлы питают только конденсатом с весьма малым солесодержанием. Кроме того, для увеличения надежности и срока безостановочной работы котла прибегают к специальным мероприятиям. К числу таких мероприятий принадлежат, в частности, периодические промывки котла слабым раствором кислоты.

Требования, предъявляемые к питательной воде барабанных котлов, несколько меньше. Это объясняется следующим. В результате многократной циркуляции в испарительных трубах и в барабане котла образуется вода (котловая вода), обладающая значительно большим солесодержанием, чем питательная вода на входе в котел. Солесодержание котловой воды все время увеличивается вследствие непрерывно происходящего испарения, несмотря на безостановочную подачу в барабан котла подогретой питательной воды, обладающей значительно меньшим солесодержанием. Однако солесодержание котловой воды легко поддержать на неизменном уровне, не допуская его дальнейшего увеличения. Для этого достаточно производить непрерывный или периодический выпуск котловой воды из барабана (устроить так называемую продувку котла) с таким расчетом, чтобы количество солей, вносимых в котельный агрегат с питательной водой, в единицу времени было бы равно количеству солей, выбрасываемых из котельного агрегата за то же время с продувочной водой. Очевидно, что количество продувочной воды, выпускаемой из котла, например, в час, будет во столько раз меньше количества питательной воды, подаваемой за час в котел, во сколько раз солесодержание котловой воды больше солесодержания питательной воды. В современных мощных барабанных котлах в большинстве случаев применяют непрерывную продувку.

С целью улучшения водного режима прямоточного котла, увеличения надежности и длительности непрерывной его работы в последние годы делаются попытки выполнения так называемых сепараторных прямоточных котлов. Отличие сепараторного прямоточного котла от обычного прямоточного котла заключается в том, что в первом, в конце зоны испарения, устанавливается сепаратор — устройство, позволяющее отделить воду от пара. Таким образом, влажный пар (т. е. смесь сухого насыщенного пара и кипящей воды), имеющий уже весьма малую долю влаги, поступает в сепаратор. В сепараторе влага, содержащаяся в паре и обладающая тем большим солесодержанием, чем меньше ее количество, отделяется от пара и может быть выброшена из котла путем непрерывной продувки сепаратора. Если бы сепаратор мог отделить всю влагу, а эта последняя целиком удалялась бы, то отложений на стенках труб прямоточного котла практически не было бы вообще, как и на ленте 12Х18Н10Т цена.

Нет сомнения в том, что прямоточные котлы с сепараторами пара имеют большую перспективу развития. К сожалению, создание сепаратора, обладающего высоким К.П.Д. по влагоудалению, является делом нелегким. Также сложным делом является регулирование работы такого котла. Кроме того, расход металла на сепараторный прямоточный котел значительно повышается.

Котлы с естественной циркуляцией и прямоточные котлы, как сказано выше, имеют свои преимущества и недостатки.

Ссылка на основную публикацию