Принцип работы парового котла

водяное пространство — занимает

Паровой котёл — это конструктивно объединенный в одно целое комплекс устройств для получения пара под давлением за счет тепловой энергии от сжигания топлива, при протекании технологического процесса или преобразования электрической энергии в тепловую.

В топливных котлах источником тепла является тепло от сгорания топлива (уголь, газ, дизельное топливо и т. д.). В зависимости от типа котла и вида используемого топлива оборудование может иметь различную конструкцию, но не смотря на это, окончательный результат технологического процесса в любом паровом котле — пар под давлением.

В этой статье подробно рассмотрим конструкцию и принцип работы паровых котлов BOOSTER.

Паровые котлы активно используют как в промышленных масштабах, так и для отопления небольших частых домов и загородных дач. Понятное дело, что при помощи одного котла невозможно одинаково хорошо отопить и небольшой домик, и производственное помещение достаточно большого метража. Поэтому для отопления разных помещений используют разные паровые котлы, внутренняя система которых отличается друг от друга.

Как можно заметить, котел паровой считается технически сложной системой, которая является результатом профессиональной деятельности квалифицированных инженеров. Но при этом управлять котлом достаточно просто. Сам процесс управления и базовая настройка для бытовых целей не требует специального образования и профильной квалификации. Достаточно лишь прочитать несложную инструкцию, чтобы запустить или выключить котел.

Паровые котлы активно используют как в промышленных масштабах, так и для отопления небольших частых домов и загородных дач. Понятное дело, что при помощи одного котла невозможно одинаково хорошо отопить и небольшой домик, и производственное помещение достаточно большого метража. Поэтому для отопления разных помещений используют разные паровые котлы, внутренняя система которых отличается друг от друга.

Паровой котел для домашнего использования отличается от аналогичного устройства для применения в промышленных целях не только размером, но и внутренней составляющей. Очевидно, что для обогрева большого пространство нужно в несколько раз больше пара, нежели для системы отопления частного дома. Также необходима совершенно другая система труб, которые отходят от отопительного устройства.

Каждая модель котла парового предназначена для выполнения своей непосредственной функции. Некоторые модели подходят для систем отопления в частных целях для небольших помещений, а некоторые устройства предназначены для организации систем отопления в промышленных масштабах. Поэтому перед покупкой устройства необходимо проконсультироваться со специалистом, который поможет подобрать оптимальное устройство для решения ваших задач.

Паровые котлы – это оборудование, которое может использоваться как на промышленных объектах, так и для бытовых целей. Главной функцией таких устройств является преобразование воды в пар, который в дальнейшем может использоваться для обогрева помещений или обеспечения движения различных механизмов. В данной статье будет рассмотрено устройство парового котла, его особенности и применение.

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.

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

Жаротрубные установки

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

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

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

Подогрев питательной воды осуществляется двумя способами:

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

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

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.

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:

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

Котлы бывают двух типов: водотрубные и газотрубные. У них разное устройство и КПД. Газотрубными называются такие котлы, в которых газы перемещаются внутри дымогарных и жаровых труб, нагревая воду. Они опираются на стенки топки сбоку. В водотрубных котлах вода движется по трубам, а газы омывают их с наружной стороны. Крепятся водотрубные котлы к каркасу здания или котла.

Паровой котел – это такое устройство, в котором размещена топка. В ней происходит сгорание твердого или подвижного топлива с последующим выделением тепла. Благодаря этому теплу вода в котле нагревается и из нее генерируется пар (насыщенный или перегретый). Выходящий пар имеет давление выше атмосферного и используется в промышленных нуждах.

Для того чтобы паровой котел эффективно выполнял свою основную функцию, необходимо подобрать его по размеру площади обогрева жилых помещений.

• нагревательные приборы (трубы, радиаторы, батареи, регистры);
• магистральные трубопроводы;
• регулирующая и запорная арматура;
• насосы;
• средства управления;
• автоматика.

Пример организации парового отопления.

Главной составляющей парового котла является топка. В ней происходит процесс горения. Это клетка из вертикальных труб, которые присоединены выходными отверстиями ко включенным в циркуляцию котла барабанам коллектора. Снаружи топка обшита огнеупорными и теплоизолирующими материалами. Между трубами и их обшивкой располагаются специальные кирпичи. Эти кирпичи открывают передние поверхности труб, но закрывают задние, в результате чего на стенах топки не задерживаются шлак и зола.

При использовании твердого топлива оно располагается на колосниковой решетке. Через воздушные отверстия в само измельченное топливо проникает воздух. При коксовании угля его надо периодически перемешивать, чтобы подача воздуха не прекращалась.

При использовании подвижного топлива (угольной пыли, мазута, топливного газа) оно вводится с помощью горелки в топку. В этой горелке сильно закрученные потоки воздуха перемешиваются с поступающей струей топлива.

Средства управления обеспечивают автоматическое включение и выключение парогенераторов по заложенной программе, запоминание первоначальной причины аварии, регулировку уровня воды в барабане и давления пара. Эта система автоматически оповещает о возникновении аварийной ситуации. Так, к примеру, при перенасыщении котла водой либо при сильном повышении давления пара, при пропуске котлом воды и других аварийных ситуациях система автоматически включит сигнализацию.

Разновидности и устройство паровых котлов, их КПД
Для того чтобы понять устройство котла, надо знать принципы, по которым их разделяют между собой:

1. По способу движения пароводяной смеси. Выделяют по этому принципу два вида котлов: с естественной и принудительной циркуляцией.
2. По способу возврата конденсата котлов два типа: замкнутые и разомкнутые.
3. По принципу движения среды, принимающей участие в теплообмене (пар, вода, дымовые газы) бывают водотрубные и жаротрубные котлы.

Схема устройства парового котла.

Котлы бывают двух типов: водотрубные и газотрубные. У них разное устройство и КПД. Газотрубными называются такие котлы, в которых газы перемещаются внутри дымогарных и жаровых труб, нагревая воду. Они опираются на стенки топки сбоку. В водотрубных котлах вода движется по трубам, а газы омывают их с наружной стороны. Крепятся водотрубные котлы к каркасу здания или котла.

Сейчас в основном выпускают паровые котлы серии ДЕ, КЕ, МЕ. Они имеют не только разное устройство, ни и работают на разном топливе. Котлы серии ДЕ имеют высокий КПД, работают на газовом топливе и мазуте, серии КЕ – на твердом топливе.

Принцип действия и устройство парового котла
Полученное в топке тепло, выделяемое топочными газами, поступает к поверхностям нагрева (паронагреватель и кипятильные трубы). Поверхности нагрева бывают двух видов: радиационные и конвективные. Конвективные поверхности нагрева включают следующие элементы: контактные теплообменники, водяные экономайзеры, воздухоподогреватели. Они предназначаются для увеличения КПД установки, уменьшения потерь тепла с выходящими газами, уменьшения топливного расхода.

Принцип действия парового котла.

Огромное значение в работе паровых котлов имеет качество воды. В них может использоваться только чистая вода без примесей. Поэтому перед подачей в котел вода должна проходить химическую очистку и деаэрацию (из воды удаляются газы). Только после этого вода становится питательной.

После этого питательная вода закачивается питательным насосом в водяной экономайзер. Там она нагревается топочными газами и поступает в верхнюю часть барабана, там же происходит перемешивание питательной воды и котловой.

Часть воды котла из верхнего барабана опускается в нижний по трубам, которые называются кипятильными. В верхней части барабана у топочных газов температуры низкие, а в нижней части – высокие. Таким образом вода нагревается и вместе с пароводяной смесью поднимается в верхний барабан по подъемным трубам.

Вторая часть воды котла из верхнего барабана проходит по опускным трубам, которые находятся снаружи топки, затем отправляется на перераспределение по коллекторам. После этого котловая вода в экранных трубах нагревается, в результате чего образуется пароводяная смесь и пузырьки пара, которые отправляются в верхний барабан.

Путь перемещения теплоносителя имеет название циркуляционного контура.

Схема двухтрубной разводки системы отопления.

В верхнем барабане парового котла полученный в испарительных поверхностях нагрева пар проходит через сепаратор, где происходит выделение капелек воды из него. Так получается сухой насыщенный пар и увеличивается КПД. Этот пар поступает по паропроводу к потребителю. Этот пар может и отправиться по тому же паропроводу в пароперегреватель, где нагревается до более высокой температуры при сохранении давления.

Во время работы паровых котлов в верхнем барабане постоянно происходит колебание уровня воды между высшим и нижним положениями. Это предусмотрено для увеличения КПД паровых котлов. Тот объем воды, который находится между этими двумя уровнями, является резервным для бесперебойной работы котла во время отсутствия поступления в него воды. Чтобы увеличить КПД парового котла, устанавливают воздухопрогреватели.

Определение положения максимального или так называемого высшего допускаемого уровня воды в барабане парового котла осуществляется с тем расчетом, чтобы предупредить попадание воды в пароперегреватель.

Медные трубы – прочные, надежные, практичные. Такой трубопровод способен выдержать высокие температуры теплоносителя.

Определение положения минимального или низшего допускаемого уровня воды в барабане парового котла осуществляется с тем расчетом, чтобы исключить перегревание металлической поверхности кипятильного пучка и верхнего барабана, а также для того, чтобы обеспечить стабильное поступление воды в опускные трубы.

Устройство паровых котлов предусматривает циркуляцию воды. Она может быть естественная и принудительная. Естественная циркуляция в паровых котлах, которую предусматривает их устройство, обеспечивается за счет различной плотности пара и воды. Плотность пароводяной смеси в подъемных трубах ниже плотности воды в опускных трубах. Но при этом температура и давление одинаковые на протяжении всей трубы. К тому же пар – это газ, который всегда стремится вверх.

Принудительная циркуляция в паровых котлах осуществляется с помощью специальных насосов.

Нарушение циркуляции может происходить:

• в результате неравномерного прогрева поверхности испарения в результате зашлаковывания труб;
• в результате неравномерного распределения воды по коллекторным и экранным трубам из-за загрязнения их шламом и т. д.

Недопустимо халатное отношение персонала к работе котельного оборудования. В результате может произойти не только снижение коэффициента полезного действия, но выпуск воды из барабана. В опускные трубы попадет пар, образуется кавитация, перегреются верхний барабан и трубы. В конечном счете произойдет авария.

Топочная камера по глубине разделена на два объемных блока: топка и камера догорания. С правой стороны задней стенки топочной камеры имеется окно через которое продукты сгорания поступают в камеру догорания и далее в конвективный пучок. В конвективном пучке разворот газа осуществляется в горизонтальной плоскости при помощи шамодной и чугунной перегородок. В перегородке имеется отверстие для прохода трубы стационарного обдувочного аппарата. Обдувка котла производится насыщенным паром или воздухом.

Устройство котла ДКВР

Арматура котла ДКВР

Гарнитура котла ДКВР

С целью предохранения обмуровки и каркаса котла от разрушения при взрыве газовоздушной смеси в топке и газоходах котла устанавливаются предохранительные взрывные клапаны. Для наблюдением за процессом горения, состоянием поверхности нагрева – служат гляделки, небольшие отверстия в обмуровки топки. Для доступа в топочную камеру имеется лаз. На боковых стенках котлов в области конвективного пучка предусмотрены лючки для очистки кипятильных труб переносными обдувочными аппаратами.

Котлы ДКВР комплектуются дымососами, дутьевыми вентиляторами. На фронтальной плите котлов установлены две комбинированные газомазутные горелки. Котлы снабжены стальными или чугунными экономайзерами.

Циркуляция воды в котле ДКВР

Движение газов в котле ДКВР

Топочная камера по глубине разделена на два объемных блока: топка и камера догорания. С правой стороны задней стенки топочной камеры имеется окно через которое продукты сгорания поступают в камеру догорания и далее в конвективный пучок. В конвективном пучке разворот газа осуществляется в горизонтальной плоскости при помощи шамодной и чугунной перегородок. В перегородке имеется отверстие для прохода трубы стационарного обдувочного аппарата. Обдувка котла производится насыщенным паром или воздухом.

Обмуровка котла ДКВР

Обмуровка котла ДКВР бывает тяжелая или облегченная. Котел имеет легкий обвязочный каркас, который крепится на опорной раме. При работе котлов ДКВР 2,5; ДКВР 4,0; ДКВР 6,5 и ДКВР 10,0 с длинным барабаном на газе и мазуте нижняя часть верхнего барабана, расположенная в топочной камере и камере догорания должна быть изолирована.

Все виды паровых котлов имеют общие элементы:

Особенностью таких работающих на щепе и другом топливе устройств является то, что в середине топки размещены трубы, по которым проходит вода, и в которых происходит ее нагрев.

Такой агрегат с автоматическим регулированием имеет несколько видов, которые отличаются схемой размещения опускных и жаровых трубок.

1. Горизонтальные устройства на щепе (барабан и коллектор находятся на одном уровне, но на противоположных концах корпуса; трубы являются либо продольными, либо поперечными).
2. Вертикальные котлы на щепе (трубки являются вертикальными).
3. Радиационное котельное оборудование. Оно сочетает конструкции двух вышеописанных устройств с автоматическим регулированием баланса давления и развитием мощности.

Часто водотрубные паровые котлы высокого и низкого давления имеют специальные топочные экраны. Они являются системой трубок, по которой движется вода, и в которой осуществляется ее нагрев. Эти экраны закреплены на поверхности стенок варочной топки. Благодаря им растет эффективность, а также большим становится КПД устройства для обогрева дома.

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.

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:

В промышленном паровом котле данная схема дополнена ещё двумя пунктами:

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

На котлах, давление которых 0,7 кгс/см² устанавливается водоуказательная колонка. Она состоит из металлической рамы и плоского стекла. Оно имеет паронитовую прокладку, плотно прижимающуюся крышкой. Данный узел контролирует работу аппарата.

Устройство водотрубного аппарата

В конструктивном плане такой агрегат представляет собой барабан, находящийся вверху конструкции. Он наполняется водой. Ниже располагаются опускные трубы. По ним жидкость поступает в коллекторы.

Вся система аппарата – это трубы, которые сообщаются между собой. А так как в них поступает смесь, с плотностью меньшей чем у воды, то она поднимается в сепаратор. Там разделяется, и жидкость стекает в барабан, а пар поднимается в паропроводы и далее в паронагреватели, где происходит повышение давления и температуры, а последним этапом становится его подача в турбину.

Паровой агрегат состоит из следующих основных узлов:

• Топки
• Паропрогревателя
• Водоподогревателя
• Экономайзера
• Каркаса
• Обшивки

Независимо от того, к какому виду относится паровой котел, он имеет топку, где происходит сжигание топлива.

Далее продукты горения, перемещаясь по шахте, охлаждаются до минимальной температуры и выходят через дымоход. Тепло от них поглощает вода, а затем, нагреваясь до определенной температуры, испаряется, что приводит к естественной циркуляции.

На котлах, давление которых 0,7 кгс/см² устанавливается водоуказательная колонка. Она состоит из металлической рамы и плоского стекла. Оно имеет паронитовую прокладку, плотно прижимающуюся крышкой. Данный узел контролирует работу аппарата.

Что касается корпуса аппарата, то он имеет наружную теплоизоляцию и облицовку в виде разъемного кожуха из стали, что позволяет снизить потери тепла.

Для увеличения общей теплопроводности и КПД котла в нем установлен водоподогреватель. В него входят дымогарные трубы, где вода подогревается горячими отходящими газами.

На днище аппарата устанавливается предохранительный клапан парового котла. Он предназначен для выпуска пара при превышении уровня рабочего давления. Обычно оборудование имеет два таких клапана, причем их работа идет независимо друг от друга.

В оснащение агрегатов входят питательные насосы: ручной и пароструйный инжектор. Первый используется для заполнения аппарата водой в начале, а также периодической подпитки при поломке инжектора.

Обычно питательный насос для парового котла – это корпус, поршень с шарнирным механизмом и клапаны.

Для упрощения эксплуатации котельное оборудование оборудуется системами автоматизации. В комплектацию парового котла входит уровнемерная колонка, предназначенная для работы в схемах регулирования уровня воды.

Промышленные паровые котлы, работающие на твердом топливе, отличаются большой мощностью и крупными габаритами. Они используются для отраслей пищевой, текстильной и перерабатывающей промышленности.

Особенности эксплуатации

Особое внимание необходимо уделить безопасности функционирования парового агрегата. Чтобы обеспечить правильную работу, рекомендуется соблюдать следующие правила:

Паровые котлы характеризуются высокой степенью надежности, долговечностью и повышенной мощностью. Использование таких устройств эффективно обеспечит отоплением дом любой площади.