Виды паровых котлов

Принцип работы и устройство парового котла – различия, преимущества

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.

Сферы применения паровых котлов и назначение

Паровые котлы активно используются в следующих отраслях:

  1. Отопительные системы. Существуют промышленные и бытовые модели паровых котлов, позволяющие использовать пар в качестве теплоносителя. Пар проходит через отопительные контуры и/или поступает в теплообменники устройств горячего водоснабжения, тем самым обеспечивая перемещение тепловой энергии. Бытовой паровой отопительный котел часто комбинируется с твердотопливными отопительными устройствами. На промышленных объектах используются более мощные и надежные устройства, вырабатывающие перегретый пар, имеющий повышенную теплоотдачу.
  2. Энергетика. Паровые машины позволяют преобразовывать разогретый пар в электрическую энергию. Рабочий процесс выглядит довольно просто: пар перемещается в турбину и вращает вал, за счет чего и происходит выработка электричества. Данный принцип с успехом используется на множестве электростанций.
  3. Промышленность. Паровые устройства вполне могут обеспечивать механическое движение различных элементов систем. Принцип работы парового котла промышленного назначения выглядит так же, как и в предыдущем случае, но выработанная энергия направлена на осуществление механического воздействия на элементы, которые должны двигаться.

Знание того, для чего нужен паровой котел и где он применяется, позволяет использовать устройство с предельной эффективностью.

Принцип работы парового котла

В первую очередь нужно понять, что называется паровым котлом. Паровой котел – это устройство, генерирующее пар. Существует два вида вырабатываемого пара – насыщенный и перегретый. Температура насыщенного составляет 100 градусов, а давление – 100 кПа. Перегретый пар разогревается вплоть до 500 градусов, а величина давления при этом может превышать 26 МПа. Насыщенный пар используется в агрегатах бытового назначения, а перегретый ввиду своих особенностей применим только на объектах промышленного масштаба.

Сырьем для создания пара является вода, которая перерабатывается в котле, работающем на любом виде топлива. Созданный пар в процессе работы преобразуется в теплоноситель, доставляющий тепловую энергию на участок его применения.

Независимо от особенностей конструкции конкретного устройства, общий принцип работы парового котла всегда остается неизменным:

  • Первым делом воду проходит этап очистки и направляется в резервуар (обычно находящийся в верхней части устройства) при помощи электрического насоса;
  • Накопленная в резервуаре вода поступает в трубы, ведущие к расположенному ниже коллектору;
  • Из коллектора вода направляется вверх, поступая в зону нагрева;
  • В трубе вода преобразуется в пар, выходящий вверх за счет разницы давлений жидкости и газа;
  • В верхней части конструкции располагается сепаратор, позволяющий отделить пар от воды и отвести излишки последней в резервуар;
  • Пар направляется в трубопровод и отправляется к потребителям;
  • В парогенераторах этап нагрева осуществляется еще раз для достижения паром необходимого состояния.

Чтобы хорошо понять, как работает паровой котел, нужно также рассмотреть особенности его конструкции, о чем речь пойдет дальше.

Устройство парового котла

Конструктивно паровой котел – это емкость, в которой происходит процесс преобразования воды в пар. Емкость обычно выполняется из трубы, диаметр которой может варьироваться в достаточно широких пределах. Помимо заполненной трубы, схема парового котла включает в себя топочную камеру, предназначенную для сжигания топлива.

Топка может иметь определенные особенности, которые напрямую зависят от используемого вида топлива. Например, твердотопливные топочные камеры в нижней части оборудуются колосниковой решеткой, сквозь которую в камеру поступает кислород. В верхней части конструкции устанавливается традиционный дымоход, создающий тягу и обеспечивающий нормальное горение. В случае использования жидких энергоносителей или газа топочная камера снабжается горелкой.

В любом случае, выделяемый при сгорании топлива газ подступает к заполненной водой емкости, отдает ей свое тепло и выводится в атмосферу дымоходом. Вода в определенный момент начинает кипеть и превращаться в пар, который направляется в верхнюю часть емкости, а потом – в трубы.

Виды паровых котлов

Первый параметр, по которому классифицируются паровые котлы – вид используемого топлива, в зависимости от чего выделяют следующие виды котлов:

В зависимости от их предназначения выделяют следующие виды паровых котлов:

  • Бытовые;
  • Промышленные;
  • Энергетические;
  • Утилизационные.

Последний параметр – конструкция, позволяющая выделить два вида котлов:

Конструкция парового котла довольно важна, поэтому стоит разобраться, в чем заключаются отличия этих видов устройств.

Отличия газо- и водотрубных котлов по схеме работы

Емкость, позволяющая создавать пар, обычно выполняется из одной или нескольких труб. Находящая в них вода прогревается за счет разогретых газов, выделяемых в процессе горения топлива. Такая конструкция подразумевает, что газ сам поднимается к заполненным водой трубам, и устройства, работающие по такому принципу, называются газотрубными котлами.

В другом типе котлов газ перемещается по трубе в самой емкости с водой. Емкость в данном случае называется барабаном, а сам котел относится к категории водотрубных. Заполненные водой барабаны могут располагаться горизонтально, вертикально, радиально или же комбинировано, в зависимости от чего выделяют соответствующие виды водотрубных котлов.

Сравнение особенностей рассматриваемых видов котлов позволяет сделать следующие выводы:

  1. Первое отличие – разные размеры используемых труб. Газотрубные устройства оснащаются достаточно большими трубами по сравнению с изделиями, которые используются в водотрубных котлах.
  2. Следующее отличие заключается в разнице мощностей. Предельное значение мощности газотрубных котлов составляет 360 кВт, а максимальное давление не может превышать 1 МПа. Высокое давление и объем пара требуют увеличения толщины стенок устройства, что негативно сказывается на итоговой стоимости котла. Водотрубные котлы такого недостатка лишены – для них вполне могут использоваться тонкие трубы, позволяющие добиться большей температуры и давления по сравнению с газотрубными аналогами.
  3. Водотрубные котлы отличаются не только мощностью и более высокой температурой. К их преимуществам относится еще и возможность выдерживать серьезные перегрузки, что говорит о большей степени безопасности подобных устройств.

Дополнительные элементы котлов

Устройство парового котла не ограничивается основными элементами, которые уже были описаны выше. Иногда паровой котел может комплектоваться дополнительными устройствами, позволяющими повысить эффективность или функциональность системы.

Речь идет о следующих элементах:

  1. Пароперегреватель. Данный элемент позволяет разогреть пар до температуры свыше 100 градусов, что позволяет добиться большей экономичности за счет увеличения КПД агрегата. Пар при использовании перегревателя может достигать температуры в 500 градусов, причем его нагрев осуществляется уже в трубах, то есть после этапа испарения воды. Пароперегреватель может быть как встроенным, так и выполняться в формате отдельного устройства. Существуют конвекционные и радиационные устройства (второй тип имеет в 2-3 раза большую мощность).
  2. Сепаратор пара. Этот элемент парового котла позволяет устранить всю лишнюю влагу из пара и максимально его высушить. При использовании сепаратора КПД всего котла существенно повышается.
  3. Паровой аккумулятор. Данное устройство позволяет стабилизировать работу системы. Аккумулятор вбирает в себя излишки выработанного пара и возвращает их в систему, если его становится слишком мало.
  4. Устройство для очистки воды. Данное приспособление позволяет снизить насыщенность воды кислородом и различными химическими веществами. Своевременная подготовка воды дает возможность уменьшить воздействие коррозии на внутренние элементы котла и свести к минимуму количество отложений в системе.

Также устройство парового котла включает в себя клапан для спуска конденсата, подогреватели воздуха и блок управления агрегатом, в который входит выключатель горения и регуляторы расхода сырья и энергоресурсов. Понимание того, из чего состоит паровой котел, позволяет подогнать его конфигурацию под решение конкретных задач.

Парогенератор

Парогенераторы – это разновидности паровых котлов, снабженные дополнительными элементами. В частности, конструкция такого устройства может включать в себя несколько промежуточных пароперегревателей, позволяющих многократно повысить мощность оборудования.

Чаще всего парогенераторы используются в атомных электростанциях. Использование пара позволяет преобразовать вырабатываемую при распаде атомов энергию в электричество.

Пар в атомных реакторах может работать следующим образом:

  1. Вода окружает внешнюю часть корпуса реактора, принимая его тепловую энергию. Пар образуется в собственном контуре, находящемся снаружи реактора. Парогенератор в подобной конструкции выполняет функцию теплообменника.
  2. Вторая схема подразумевает нахождение труб для нагрева воды в самом реакторе. В результате получается, что реактор превращается в своеобразную топочную камеру, а выработанный пар отправляется сразу в электрогенератор. Данная конструкция называется кипящим реактором и не требует установки парогенератора.

Заключение

Паровые котлы – это достаточно мощные и эффективные устройства, оказывающиеся незаменимыми в ряде ситуаций. Бытовые паровые котлы дают возможность прогревать дом или выполнять какую-то работу, а промышленные агрегаты позволяют вырабатывать электрическую энергию в огромных количествах. В любом случае, для эффективного решения поставленных задач назначение и устройство котла должны соответствовать друг другу.


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.
Читайте также:  Виды контрольно-кассового оборудования

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.

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.

Классификация паровых котлов по особенностям конструкции и принципу работы

Паровой котел — это сосуд, работающий под давлением , в котором вода нагревается и превраща ется в пар. Тепловая энергия, подводимая к паровому котлу, может представлять собой тепло от сгорания топлива, электрическую, ядерную, солнечную или геотермальную энергию. Паровые котлы применяются как источники пара для питания технологического оборудования в промышленности, а также машин и турбин, приводящих в действие электрогенераторы. Самые малые паровые котлы бытового назначения дают около 20 кг пара в час при атмосферном давлении . В то же время котлы крупнейших электростанций производят тысячи тонн пара в час при давлениях свыше 200 атмосфер.

Появление первых «топливных» котлов относят к середине XVII столетия, и за это время появилось множество различных их конструкций.

Мощность (паропроизводительность, теплопроизводительность)

Самый важный параметр при подборе промышленного парового котла. Для определения мощности необходимо определить потребность паропотребляющего оборудования, потери тепла в паропроводе и количество тепла, возвращаемого вместе с конденсатом (если такое предусмотрено).

Мощность паровых котлов выражается в кг пара в час (кг/час) или в килокалориях (ккал/час).

Пример модельного ряда паровых котлов, классифицируемых по производительности:

  • 100 кг/час (64370 ккал/час)
  • 200 кг/час (128740 ккал/час)
  • 300
  • 400
  • 500
  • 600
  • 800
  • 1000
  • 1500
  • 2000
  • 2500
  • 3000
  • 4000
  • 5000 кг/час (3,2 Гкал/час)

Параметры пара (давление, температура)

Пар — это высокая температура, большое давление, высокая теплота парообразования/конденсации, высокая проникающая способность. Из-за этих параметров пар получил большое распространение в промышленности. В большинстве технологических процессов промышленного производства применяют насыщенный водяной пар, для которого характерна прямая зависимость давления от температуры.

Пример модельного ряда паровых котлов, классифицируемых по давлению пара (температуры):

  • пар до 1,7 кгс/см² абс. (115°С);
  • пар до 10 кгс/см² (180°С);
  • пар до 16 кгс/см² (201°С);
  • пар до 24 кгс/см² (222 °С);
  • перегретый пар.

Топливо

Топливо — это основной ресурс, от которого во многом зависит стоимость эксплуатации котла. При выборе топлива необходимо принять во внимание доступность того или иного ресурса, его стоимость и стоимость обслуживания при долговременной эксплуатации.

Электричество. Самый доступный ресурс, но самый дорогой. При выборе электрического парового кола необходимо понимать, что его стоимость самая низкая на рынке, но потребляемая энергия будет стоить раз в 4…7 дороже, чем природный газ, и в 2…4 раза дороже, чем дизельное топливо. Также необходимо принять во внимание, что получение пара — это очень энергозатратный процесс, и необходимо просчитать и понять, можете ли вы на производстве позволить себе это.

Твёрдое топливо (уголь, торф, пеллеты). Дешёвое топливо, но угольное хозяйство очень затратное в содержании и требует больших складских площадей. Автоматизированные котлы — также удовольствие не из дешёвых.

Мазут. Топливо достаточно дешёвое, но стоимость котельного оборудования и впоследствии содержание мазутного хозяйства перечёркивает все достоинства.

Сжиженный газ (пропан-бутан). Дорогое оборудование, стоимость Гкал сравнима с ДТ, но высок показатель и взрывоопасности. Единственный плюс — экологичность.

Дизельное топливо. Очень распространено по всей территории России. По стоимости топлива и стоимости обслуживания стоит на втором месте после природного газ, но при этом стоимость 1 Гкал выше примерно в 3…4 раза.

Природный газ. Самое дешёвое топливо на сегодняшний день, но не везде проведён магистральный газ. Хочется обратить внимание, что котлы дорогие, но преимущество этого вида оборудования в том, что дешёвое топливо достаточно быстро окупает затраты на покупку и обустройство новой котельной.

Коэффициент полезного действия. Не основной параметр, но от него напрямую зависит стоимость эксплуатации котла — количество потребляемого топлива. Надо понимать, что для получения большего КПД необходимо увеличить площадь теплопередающей поверхности и турбулизировать поток дымовых газов.

Пример паровых котлов, классифицируемых по КПД:

Устаревшие модели и дешёвые малопроизводительные котлы производительностью до 500 кг/час.

Недостатки:

  • высокие требования к котельной из-за повышенной взрывоопасности;
  • большие габариты;
  • долгий выход на рабочий режим с холодного состояния;
  • температура питательной воды должна быть не ниже 100 °С;
  • обязателен термический деаэратор;
  • требуется хорошая водоподготовка.

Преимущества:

  • в соответствии с СП 89.13330.2016 (пункт 8.23) допускается устанавливать в производственных помещениях;
  • малые габариты;
  • быстро реагируют на изменение потребления пара у паропотребителя;
  • быстрый выход на рабочий режим с холодного состояния;
  • допустимая температура питательной воды 20 °С;
  • возможность применения химической деаэрации.

Недостатки:

  • качество пара ниже, чем у котлов с большим объёмом, но это компенсируется применением сепаратора пара;
  • требуется хорошая водоподготовка

Современные паровые котлы без экономайзеров.

Современные паровые котлы в комплектации с экономайзером (парогенераторы). Наиболее экономичны, но необходимо учесть, что чем выше КПД, тем ниже температура дымовых газов. Низкая температура дымовых газов в зимний период может привести к конденсации газов в дымовой трубе, что в результате может привести к негативным последствиям. Единственный совет: если вы раскошелились на современный котёл, будьте последовательны и не экономьте на остальном оборудовании.

Горелка

Подобрать паровой котёл — это одно дело, но его правильная и эффективная работа будет зависеть и от дополнительного оборудования в сочетании с которым ему надо будет работать. Горелка — такой же важный элемент парогенератора, от которого зависит эффективность системы.

Включает-отключает определённую мощность горения ступенчато, в зависимости от давления пара в котле на данный момент. В зависимости от производительности парового котла может быть одноступенчатой (0–100%), двухступенчатой (0-50%-100%), трёхступенчатой (0-50%-80%-100%) и т. д.

Плавное регулирование мощности горения в пределах 15% …100% в течение всего времени работы котла, в зависимости от давления пара в котле. При использовании модулируемой горелки парогенератор быстрее реагирует на изменение паропотребления в системе и его работа становится более плавной и эффективной.

Объём котловой воды

Появление первых паровых кот лов относят к середине XVII столетия. Твёрдое топливо, никакой автоматизации, в качестве «горелки» — кочегар. Понятное дело, что ни о какой равномерной подаче топлива в топку речи не шло, и на тот момент ситуацию с нужными параметрами пара исправлял большой объём котловой воды (позволял в прок запастись тепловой энергией) и подрывной клапан (в случае избытка энергии стравливал эту самую энергию в окружающую среду). С появлением дизельного топлива и газа в начале XIX века и в последствии значительного развития технологий автоматизации, горения и водоподготовки позволило значительно уменьшить размеры паровых котлов при сохранении качества и количества генерируемого пара.

Преимущества:

  • хорошо справляются с пиковыми нагрузками у паропотребителя,
  • хорошо компенсируют недостатки работы конденсатной линии (конденсатоотводчиков).

Принцип парообразования

В котлах с естественным парообразованием движение котловой воды обусловлено разностью плотностей холодной и горячей воды и наличием в котле водяного и парового пространств. При естественном парообразовании достаточно подавать питательную воду в паровой котёл насосом с напором, обеспечивающим подачу необходимого количества воды при соответствующем давлении пара в котле.

В прямоточных котлах движение воды осуществляется в «змеевиковом» трубном пучке за счёт напора питательного насоса. За один проход котловая вода в змеевике превращается в перегретый пар, который на выходе из котла дросселируется до номинальных параметров.

Положение в пространстве

Параметр, который в наибольшей степени влияет на требования к котельной — площадь и высоту помещения.

Котлы с большим значением габарита по длине и малым габаритным размером по высоте. Горелка на таких котлах имеет фронтальное расположение.

Котлы с большим габаритом по высоте, занимают гораздо меньше площади котельной. Горелка на таких котлах располагается наверху или внизу котла (факел пламени имеет вертикальное направление).

Аэродинамический режим: р азряжение/наддув

Прогресс развития котлов и горелочных устройств оставил навсегда в прошлом котлы работающие «под разряжением». Котлы «под наддувом» имеют больший КПД и эффективность настройки сгорания.

Конструктивный тип паровых котлов

Существуют два основных конструктива паровых котлов: газотрубные и водотрубные.

При подборе котла на производство не стоит основываться на выборе по конструктиву, так как на сегодняшний день обе технологии достаточно развиты и эффективны. Ну и стоит отметить, что выбрав котёл в соответствии с пунктами выше, вы однозначно автоматически определитесь и с конструктивом.

Все котлы (жаротрубные, дымогарные и дымогарно-жаротрубные), в которых высокотемпературные газы сгораемого топлива проходят внутри жаровых и дымогарных труб, отдавая тепло воде, окружающей трубы, называются газотрубными. В жаровых трубах происходит горение топлива, а в дымогарных трубах проходят только дымовые газы. Все газотрубные котлы заводской сборки, КПД которых выше 80%, являются дымогарно-жаротрубными.

Это котлы, по трубам которых протекает нагреваемая вода, а топочные газы омывают трубы снаружи. В данном случае горячие дымовые газы обволакивают трубы с водой передавая ей тепло.

Паровые котлы. Типы паровых котлов.

Паровым котлом называется аппарат, который получает водяной пар с давлением выше атмосферного. Паровой котел представляет собой металлический сосуд, внутри которого циркулируют вода и пар. Котел с внешней стороны обогревается дымовыми газами, являющимися продуктами сгорания топлива. Тепло, содержащееся в дымовых газах, через металлические стенки котла передается воде, нагревает и испаряет ее; образующийся пар перегревается до требуемой температуры и затем применяется в котельных установках.

Типы паровых котлов.

Современные стационарные котлы разделяются на котлы:

  • — с жаровыми трубами;
  • — с дымогарными трубами;
  • — цилиндрические;
  • — горизонтально-водотрубные;
  • — вертикально-водотрубные котлы.

Цилиндрический паровой котел.

Цилиндрические котлы (рис. 1) — наиболее старый тип паровых котлов с большим водяным объемом, внешней топкой и обогревом газами только наружной поверхности цилиндра. Котел состоит из цилиндрической части с прикрепленным к ней сухопарником.

Рис. 1. Общий вид цилиндрического котла.

К недостаткам цилиндрических котлов относится:

  • — ограниченная поверхность нагрева и плохое ее использование;
  • — малая производительность;
  • — низкое давление пара;
  • — неэкономичность;
  • — большой вес;
  • — эксплуатационная ненадежность и большая площадь, занимаемая котлом.

Поэтому такие котлы в настоящее время почти не изготовляются.

Котлы с жаровыми трубами.

Котлы с жаровыми трубами представляют собой цилиндрический железный барабан, к днищам которого присоединены одна или две жаровые трубы (Рис. 2).

Рис. 2. Котел с одной жаровой трубой:

1 – корпус котла; 2 – жаровая труба; 3 – сухопарник.

Жаровые трубы устанавливаются внутри водяного пространства котла между днищами. Снаружи жаровые трубы по всей поверхности омываются водой, а внутри труб проходят газы. Котлы изготовляются с гладкими и волнистыми по форме жаровыми трубами (рис. 3). В котлах с одной жаровой трубой последняя почти всегда устанавливается несколько сдвинутой от вертикальной и горизонтальной оси барабана котла. Такое расположение жаровой трубы создает лучшую циркуляцию воды и делает более удобными очистку и осмотр котла. Топки обычно располагаются внутри труб.

Жаровые трубы котла.

Рис. 3. Жаровые трубы.

а – гладкая; б – волнистая.

Котлы с одной жаровой трубой называются корнвалийскими, а с двумя — ланкаширскими. Эти котлы занимают большой объем, имеют значительный вес и поэтому изготовляются лишь малых мощностей, с низким давлением. Применяются они в небольших промышленных котельных.

В последнее время у котлов с жаровыми трубами днища делаются штампованные, выпуклые, с большим радиусом закругления к отбортовке. Отбортовка днища для присоединения жаровых труб выполняется большей частью внутрь барабана, что обеспечивает охлаждение водой заклепочного шва. Жаровые трубы рекомендуется изготовлять волнистыми. Волнистые трубы увеличивают поверхность нагрева и лучше воспринимают колебания при изменении температуры нагрева и давления внутри барабана. Гладкие трубы для жесткости и компенсации температурных изменений соединяются кольцами Адамсона (рис. 4).

Рис. 4. Кольцо Адамсона.

К положительным свойствам котлов с жаровыми трубами относится большой водяной объем, который обеспечивает устойчивую работу котла при ручной топке, неравномерном питании водой и неравномерном потреблении пара. Ремонт у этих котлов несложный, и уход за ними простой.

К отрицательным свойствам этих котлов относятся:

  • — значительная площадь, занимаемая котлом;
  • — большой вес;
  • — медленная и дорогостоящая растопка;
  • — выносная топка при использовании низких сортов топлива;
  • — низкое давление, развиваемое котлом.

Котлы с дымогарными трубами.

Котлы простейшего вида с дымогарными трубами состоят из цилиндрического барабана, двух днищ, большого количества дымогарных труб, по которым проходят горячие газы. Топка располагается под котлом, а дымогарные трубы образуют газоход.

Дымогарные трубы котла.

Трубы завальцовываются в два плоских днища, которые дополнительно укрепляются анкерными тягами (связями) и специальными косынками.

К недостаткам таких котлов относятся:

  • — большая жесткость конструкции, вызывающая значительное перенапряжение металла, и течи в местах развальцовки труб от резких изменений температуры в котле;
  • — ограниченная паропроизводительность;
  • — неприспособленность дымогарных труб, ввиду большого диаметра барабана и плоской формы днищ, к повышенным давлениям пара.

Дымогарные трубы в трубной решетке (рядом с днищами котла) располагают по углам квадрата или по вершинам равностороннего треугольника так, чтобы промежутки между трубами были 25—30 мм. Расположение труб по вершинам равностороннего треугольника дает возможность разместить большее количество труб. Один конец дымогарной трубы изготовляется несколько большего диаметра, что облегчает установку труб и извлечения их при ремонте. Плоские днища котлов, распираемые давлением пара, укрепляются анкерными тягами, которые связывают между собой оба днища.

Связи из круглого железа ставятся в определенных местах днищ, и промежутках между дымогарными трубами. Часто вместо связей из круглого железа применяют те же дымогарные трубы с более толстыми стенками, концы которых, как у анкерных тяг, нарезаны и ввернуты в днища. Простые котлы с дымогарными трубами и нижними топками в настоящее время почти не изготовляются.

Котел паровой комбинированный.

Широкое применение получили котлы, в которых жаровые трубы сочетаются с дымогарными, и топки расположены под котлами. Такие котлы называются комбинированными. Одним из комбинированных типов котлов являются локомобильные котлы (рис. 5). Они строятся с пароперегревателем или без него. Существенными недостатками таких котлов являются:

  • — ограниченная мощность;
  • — низкое давление пара;
  • — потребность в высококачественном топливе;
  • — течь в местах ввальцовки труб при быстрых и резких изменениях нагрузки.

Локомобильный котел.

Рис. 5. Паровой котел локомбиля:

1 – корпус котла; 2 – жаровая труба; 3 – дымогарные трубы; 4 – сухопарник.

Водотрубный паровой котел принцип работы.

Котлы водотрубные (рис. 6) состоят из одного или нескольких барабанов с внутренней системой труб небольшого диаметра.

Отличительным признаком водотрубных котлов служат пучки кипятильных труб, внутри которых циркулирует вода. Снаружи трубы омываются горячими газами. Следовательно, поверхность нагрева в этих котлах образуется из всех поверхностей кипятильных труб.

Кипятильные трубы соединяются с камерами развальцовкой стенок труб. В камерах делаются люки против каждой трубы или один большой люк на группу труб. Стенки камеры для прочности соединяются анкерными тягами.

В одном котле устанавливается до 400 кипятильных труб. Трубы располагаются рядами в горизонтальном или вертикальном направлениях в зависимости от системы котла. Расстояние между осями труб по горизонтальной линии 150—170 мм, а по вертикальной линии 130—150 мм. Наружный диаметр кипятильных труб колеблется от 76 до 102 мм (средний 95 мм) при длине 5 м.

Хорошие условия для циркуляции воды, пара и движения газа обеспечивают высокую паропроизводительность котла. В котлах кипятильные трубы устанавливаются с некоторым наклоном, что способствует лучшему пароотделению и переходу пузырьков пара в верхний барабан.

Виды водотрубных котлов.

По конструкции водотрубные котлы делятся на горизонтально-водотрубные и вертикально-водотрубные.

Горизонтальный водотрубный котел.

Горизонтально-водотрубный котел состоит из пучка кипятильных труб, двух камер, пароперегревателя и цилиндрического барабана (коллектора). Камеры изготовляются клепаными или сварными.

В стенки камер ввальцовываются кипятильные трубы. Отверстия в камерах закрываются люками. Кипятильные трубы располагаются в горизонтально-водотрубных котлах с наклоном к горизонту под углом 15°, а в вертикально-водотрубных — с наклоном к горизонту мод углом 45° и больше.

Из горизонтально-водотрубных котлов можно выделить котлы системы Шухова с одним или несколькими продольными барабанами, а в модернизированных конструкциях — с одним поперечным барабаном.

Конструкция котла Шухова.

Рис. 6. Горизонтальный водотрубный котел Шухова:

1 – барабан, 2 – коллектор; 3 – сухопарник; 4 – грязевик; 5 – пароперегреватель; 6 – пучки труб.

У котла Шухова (рис. 6) трубные пучки ввальцовываются в днище цилиндрических коллекторов (камер), которые образуют трубную батарею. По вертикали устанавливаются две батареи; коллекторы верхней и нижней батарей попарно склепываются между собой. Коллекторы верхних батарей патрубками соединяются с продольными барабанами. Для облегчения выхода пароводяной смеси из нижней батареи передний коллектор снабжается трубой, по которой пароводяная смесь поступает в барабан.

Горизонтально-водотрубные котлы строятся малых и средних мощностей с расчетом на низкое давление.

Вертикально водотрубные котлы.

Вертикально-водотрубные котлы (рис. 7) состоят из пучков кипятильных труб, пароперегревателя и цилиндрического барабана (коллектора). В вертикально-водотрубных котлах кипятильные трубы расположены в круто наклонном положении. Такое расположение труб дает возможность получить с одного квадратного метра площади воды большее количество пара в час. Кроме того, эти котлы занимают сравнительно с другими немного места. Благодаря своим положительным качествам они завоевали преимущественное положение в паровом хозяйстве. Котлы строятся большей частью с кипятильными трубами, изогнутыми таким образом, чтобы они входили в коллектор перпендикулярно стенкам барабана. Благодаря четырехкратному изменению направления движения, горячие газы неоднократно приходят в соприкосновение с кипятильными трубами, вследствие чего они наиболее полно передают тепло воде. Циркуляция в этих котлах хорошая. Котлы имеют большое топочное пространство.

Рис 7. Общий вид вертикального водотрубного пятибарабанного котла с перегревателем.

Вертикально-водотрубные котлы строятся преимущественно одно- и двухбарабанные, низкого и среднего давления всех мощностей.

Прямоточный паровой котел. Принцип работы прямоточного котла.

Особое положение по конструкции занимают прямоточные котлы высокого давления. Прямоточные котлы не имеют барабанов, а представляют систему обогреваемых змеевиков, в которые питательными насосами подается вода. Вода по мере движения постепенно нагревается до температуры парообразования, пар перегревается и прямым потоком проходит к паровым установкам.

В паровых котлах различают две части:

  • — нижняя часть котла, заполненная водой, называется водяным пространством;
  • — верхняя часть котла, заполненная паром — паровым пространством. Граница между паровым и водяным пространством называется уровнем воды, или зеркалом испарения.

Поверхность котла, омываемая, с одной стороны, горячими газами, а с другой стороны — водой, называется поверхностью нагрева котла, а граница соприкосновения горячих газов со стенкой котла называется огневой линией.

Количество пара, производимое котлом в час, называется паропроизводительностью котла или его мощностью. Котлы паропроизводительностью до 10 т/час пара считаются котлами малой мощности, от 10 до 60 т/час— котлами средней мощности, и свыше 60 т/час — котлами высокой мощности. Котлы, вырабатывающие пар давлением до 25 ат, считаются котлами низкого давления, до 40 ат — котлами среднего давления, и свыше 40 ат — котлами высокого давления. В настоящее время имеются котлы, которые дают пар давлением в 130—140 ат и выше.

Виды и классификация паровых котлов

В быту и промышленности используются паровые котлы, предназначаются они для выработки пара.

Схема горизонтального оборотного дымогарного газотрубного парового котла.

По источнику топлива, которое приводит в действие отопительное оборудование, они могут подразделяться на электрические, газовые, дровяные.

Также они могут работать на отходах тепловой энергии, выделяемой другими источниками тепла. Их называют котлы-утилизаторы. Разделение по классификации паровых котлов может быть такое:

  • энергетическое оборудование;
  • промышленное паровое оборудование;
  • котельные установки, работающие на вторичном тепловом ресурсе.

Сфера использования паровых котлов

Схема парового котла ТЭС.

  1. Энергетические котлы используются для производства пара, который преобразует паровую энергию в механическую и приводит в действие большие и мощные турбины. Пар, попадая на лопасти, начинает приводить в движение ротор мотора. Паротурбинная установка состоит из паровой турбины и электрогенератора.
  2. Промышленное оборудование используется для получения тепловой энергии в технологических нуждах. Чаще всего источником энергии служит ядерный реактор. Парогенератор вырабатывает водяной пар и создает давление намного выше атмосферного. Устанавливаются они на АЭС. Парогенераторы являются теплообменниками, от их производительности и зависит эффективность работы и экономичность всей установки.
  3. Паровые котлы, работающие на отходах тепловой энергии, принято называть котлами-утилизаторами. Они функционируют на отработанных газах.

Основой движения топлива в таких агрегатах является насыщенный пар, т.е. тот, который образовался в процессе закипания и по составу находится близко к температуре кипения воды. Такой пар часто применяется для подогрева нефтепродуктов, движущихся по трубопроводам.

Использоваться такие устройства могут как в бытовых условиях, так и в промышленных. Бытовые приборы имеют небольшую производительность, до 20 кг пара за 1 час. Промышленные агрегаты способны вырабатывать до 4,5 тыс. тонн за час, внутри котла поддерживается максимальное давление, до 28 МПа.

Классификация котлов по видам

Схема продольного горизонтального водотрубного парового котла.

Паровые котлы производятся двух типов: газотрубные и водотрубные. Конструктивно все котельное оборудование, при которых нагреваемые газы проходят через трубы, жаротрубные, дымоходные, называются газотрубными. Нагревание воды, которая движется снаружи трубок, происходит продуктами сгорания, движущимися по трубкам небольшого диаметра. В последнее время такие схемы нагревания теплоносителя практически не применяются. Водотрубные котлы подогревают воду или теплоноситель газами, которые вырабатываются при сжигании определенного топлива. Вода в таких нагревательных конструкциях движется по тонким трубкам. Водотрубные различаются на прямоточные и барабанные.

Чертежи и схемы водотрубных паровых котлов намного сложнее газотрубных, но в обслуживании они гораздо проще:

  • такие устройства имеют низкую вероятность взрыва;
  • во время нагрева легко регулируются посредством изменения нагрузки;
  • быстро нагреваются и имеют высокую эффективность;
  • при их эксплуатации вполне допустима небольшая перегрузка;
  • за счет небольших размеров транспортировка не вызывает сложностей.

Хотя при наличии множества преимуществ такие устройства обладают и некоторыми недостатками: ремонт и замена деталей затруднена большим количеством узлов и составляющих.

В процессе эксплуатации вырабатывается вода различной температуры, следствие чего выделяют:

Схема двухбарабанного вертикального водотрубного парового котла с экранированой топкой.

На выходе из такого парового котла температура воды достигает 100-110 °С. Такие приборы очень экономичны, имеют высокий КПД работы. К материалу изготовления не предъявляют высоких требований. Но при всем этом возможно появление небольших негативных моментов, например, образование конденсата, который может вступать в реакцию с иными продуктами горения или затруднять этот процесс.

  • агрегаты, функционирующие для подогрева воды свыше 150°С.

Такие устройства отличаются длительным сроком эксплуатации и высокой степенью надежности в процессе подогрева воды. Функционируют с низким уровнем шума и атмосферу практически не загрязняют. В монтаже и обслуживании очень практичные и недорогие.

Сфера использования таких приборов — промышленность и производство.

Котельное оборудование и виды топлива

В качестве источника энергии, нагревающей воду и доводящей ее до состояния пара, используются разные виды топлива:

В настоящее время это наиболее экономичный источник энергии. Работая на таком виде топлива, прибор имеет малый процент загрязнения атмосферы и полное сгорание поступающего топлива. Наиболее распространены на территории России вследствие небольшой стоимости и доступности. Кроме того, поставка газа осуществляется круглогодично и постоянно, поэтому в строительстве дополнительных резервуаров не нуждается.

Котельная установка с барабанным паровым котлом.

Промышленное оборудование, работающее на природном газе, не нуждается в специализированном уходе на протяжении всего рабочего процесса, и КПД у таких устройств самый высокий среди всех. Конструкторы добились полной автоматизации и 100% безопасности.

Учитывая все составляющие, такое оборудование является самым выгодным и популярным в промышленной области. Переходить на другие виды топлива нецелесообразно и экономически невыгодно, но такие варианты рассматриваются в том случае, если поставка газа прекращена, сопряжена со многими сложностями или транспортировка слишком дорогая.

Схема работы парового котла сходна с газовым, но небольшое отличие заключается в виде топлива — солярке. Затруднения в процессе эксплуатации могут вызвать разновидности солярки, зимняя и летняя, каждая приспособлена для определенного времени года.

Дизель очень распространен по всему миру, его используют как основной вид топлива или в качестве резервного. При длительном хранении его характеристики не меняются.

  • возможность оборудования работать на двух видах топлива дает возможность эксплуатировать котлы везде, не меняя конструкции и схемы;

Такие устройства периодически работают на солярке и газе. Принцип эксплуатации сходен с вышеуказанным оборудованием.

Используется в отдаленных регионах, куда доставка газа нерентабельна вследствие небольшого производства. Поэтому в качестве топлива здесь используются дрова и уголь. Кроме того, при сгорании КПД угля намного ниже, чем газа. По этим характеристикам уголь никогда не использовался в качестве источника энергии для тепловых и электростанций. Транспортировка его довольно затруднительна и затратна.

В процессе сжигания выделяются вредные вещества, вызывающие различные природные отклонения, поэтому вся мировая промышленность стремится отходить от использования угля и постепенно происходит его повсеместное замещение природным газом.

При выборе отопительного устройства важно определиться с видом топлива, на котором будет происходить эксплуатация парового котла, и определить номинальную мощность агрегата. Не зная этих параметров, будет очень тяжело отрегулировать функциональность всей системы.

Паровые котлы: устройство и классификации

Несмотря на стремительное развитие технологий, в производственных процессах целого ряда отраслей водяной пар не может быть эффективно заменен никаким другим теплоносителем. Поэтому каждый раз при проектировании и закладке новых производств инженерам придется решать задачу подбора подходящего котельного оборудования. В этом обзоре мы хотели бы разобрать основные классификации паровых котлов и соотнести их с моделями, представленными в продуктовом портфеле ICI Caldaie, чтобы обеспечить информацией специалистов, занятых выбором.

Устройство парового котла: как менялась конструкция

Принцип работы парового котла остается неизменным с момента его изобретения: тот или иной источник тепла нагревает воду, заключенную в большом или малом металлическом сосуде до температуры кипения и испарения. Скапливаясь в верхней части сосуда продукты испарения достигают необходимых величин давления и температуры, после чего направляются через паропровод потребителям или в пароперегреватель для достижения более высоких рабочих параметров. Эффективность процесса выработки пара определяется наиболее полным использованием теплоты, выделяемой источником. Развитие инженерной мысли в этом направлении можно отследить по тому, как менялась конструкция парового котла.

цилиндрический котел с внешней топкой

паровой котел с жаровыми трубами

В принципиально ином направлении развивалась конструкция паровых водотрубных котлов, чаще всего используемых в качестве силовых установок в электроэнергетике, на железнодорожном и водном транспорте. В случае водотрубного котла не источники тепла – топка и газоходы – размещались внутри водяного объема, а наоборот: водяной объем, распределенный по трубам малого диаметра, размещался в газоходах, по которым движутся продукты сгорания.

Такая конструкция с высокой эффективностью позволяет вырабатывать пар критического давления, избыточного для технологических процессов большинства отраслей. Принципиальные различия в конструкции водотрубных и жаротрубных котлов легли в основу большинства классификаций котельного оборудования.

Классификации паровых котлов

Классификация по назначению

Данная классификация соотносит те или иные типы паровых котлов не с конкретными отраслями, а скорее с укрупненными сферами применения. В соответствии с ней, паровые котлы делятся на энергетические, промышленные (технологические) и отопительные (энерготехнологические).

Энергетические котлы используются на электростанциях для передачи вращения турбинам, генерирующим электричество. Вырабатываемый данным оборудованием пар характеризуется высоким и сверхвысоким давлением.

Промышленные или технологические паровые котлы вы­ра­ба­ты­ва­ют на­сы­щен­ный пар для технологических нужд. Давление получаемого пара редко превышает 3 МПа (30 бар). В общей классификации котлов по давлению данный класс оборудования относится к котлам низкого и сверхнизкого давления. Если же рассматривать технологические паровые котлы как отдельный сегмент, то разделение оборудования на котлы низкого и высокого давления привязано к нормативам Ростехнадзора, устанавливающим поднадзорность сосудов, работающих под давлением. Подробнее об этом – в статье «Производственные котлы высокого и низкого давления».

Отопительные или энерготехнологические котлы находятся на стыке промышленных и энергетических. В России их широкое применение было обусловлено повсеместным строительством моногородов и жилых районов при промышленных предприятиях. Энерготехнологические паровые котлы вырабатывали пар одновременно для производственных нужд и для отопления коммунального сектора. В настоящее время в соответствии с программами повышения энергоэффективности и реконструкции производств крупнотоннажные паровые котлы заменяются котлами меньшей паропроизводительности, а для теплоснабжения жилых районов строятся более экономичные водогрейные котельные.

Компетенция ICI Caldaie – производство экономичных производственных паровых котлов жаротрубного типа с проходной и реверсивной топкой, отвечающих высоким стандартам эксплуатационной и экологической безопасности.

Классификация паровых котлов по давлению

Сквозная классификация по давлению, объединяющая все виды паровых котлов выглядит следующим образом. Область высокого давления (энергетики) включает котлы высокого, критического и сверхкритического давления. Диапазон: от 3,9 МПа до 22,5 МПа (39-225 бар). Область низкого давления (промышленность) включает котлы серхнизкого (до 0,1 МПа), низкого (0,1-1 МПа) и среднего (1-39 МПа) давления. Котлы сверхнизкого давления не подлежат регистрации в территориальных органах Ростехнадзора.

В модельном ряду ICI Caldaie область сверхнизкого давления представлена сериями:

Читайте также:  Что такое плавильная печь?
Ссылка на основную публикацию