Какие паровые котлы бывают
Обновлено: 19.05.2024
КОТЕЛ ПАРОВОЙ
КОТЕЛ ПАРОВОЙ, сосуд давления, в котором нагревается вода, превращающаяся в пар. Тепловая энергия, подводимая к паровому котлу, может представлять собой тепло от сгорания топлива, электрическую, ядерную, солнечную или геотермальную энергию. Поскольку котел дает только насыщенный пар, его следует отличать от парогенератора, в состав которого в качестве неотъемлемых и необходимых агрегатов могут входить пароперегреватели, экономайзеры и воздухоподогреватели. Котлы применяются как источники пара для отопления зданий и питания технологического оборудования в промышленности, а также машин и турбин, приводящих в действие электрогенераторы. Самые малые паровые котлы бытового назначения дают ок. 20 кг пара в час при давлениях порядка атмосферного. В то же время котлы крупнейших электростанций производят до 4500 т пара в час при давлениях до 28 МПа. Такие давления называются сверхкритическими, поскольку они превышают критическое давление воды (22,1 МПа), при котором вода превращается в пар. Большой паровой котел такого типа может, потребляя несколько сот тонн пылевидного угля в час, производить столько пара при 550 ° C, сколько необходимо для выработки 1300 МВт электроэнергии. На рис. 1–3 представлены схемы (с указанием основных агрегатов) одного газотрубного и двух водотрубных котлов. Во всех этих котлах имеется топочная камера, в которой сжигается топливо. Горячие газообразные продукты горения уходят из зоны горения и на своем пути омывают поверхности парообразующих (кипятильных) труб, расположенных в газовом тракте. Проходя по шахте котла, эти газы охлаждаются от максимальной температуры в топочной камере до самой низкой в дымоходе. Тепло, отдаваемое газами, поглощается водой, которая нагревается и испаряется. Процесс испарения вызывает естественную циркуляцию (принудительная циркуляция создается механическими средствами – насосами).
ТИПЫ ПАРОВЫХ КОТЛОВ
Также по теме: ДВИГАТЕЛЬ ТЕПЛОВОЙСуществуют два основных типа паровых котлов: газотрубные и водотрубные. Все котлы (жаротрубные, дымогарные и дымогарно-жаротрубные), в которых высокотемпературные газы проходят внутри жаровых и дымогарных труб, отдавая тепло воде, окружающей трубы, называются газотрубными. В водотрубных котлах по трубам протекает нагреваемая вода, а топочные газы омывают трубы снаружи. Газотрубные котлы опираются на боковые стенки топки, тогда как водотрубные обычно крепятся к каркасу котла или здания.
ГАЗОТРУБНЫЕ КОТЛЫ
В современной теплоэнергетике применение газотрубных котлов ограничивается тепловой мощностью ок. 360 кВт и рабочим давлением около 1 МПа. Дело в том, что при проектировании сосуда высокого давления, каким является котел, толщина стенки определяется заданными значениями диаметра, рабочего давления и температуры. При превышении же указанных предельных параметров требуемая толщина стенки оказывается неприемлемо большой. Кроме того, необходимо учитывать требования безопасности, так как взрыв крупного парового котла, сопровождающийся мгновенным выбросом больших объемов пара, может привести к катастрофе. При современном уровне техники и существующих требованиях к безопасности газотрубные котлы можно считать устаревшими, хотя пока еще находятся в эксплуатации многие тысячи таких котлов тепловой мощностью до 700 кВт, обслуживающих промышленные предприятия и жилые здания (рис. 1).
Также по теме: ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИВОДОТРУБНЫЕ КОТЛЫ
Водотрубный котел был разработан в связи с непрерывно растущими требованиями повышения паропроизводительности и давления пара. Дело в том, что, когда пар и вода повышенного давления находятся в трубе не очень большого диаметра, требования к толщине стенки оказываются умеренными и легко выполнимыми. Водотрубные паровые котлы по конструкции значительно сложнее газотрубных. Однако они быстро разогреваются, практически безопасны в отношении взрыва, легко регулируются в соответствии с изменениями нагрузки, просты в транспортировке, легко перестраиваемы в проектных решениях и допускают значительную перегрузку. Недостатком водотрубного котла является то, что в его конструкции много агрегатов и узлов, соединения которых не должны допускать протечек при высоких давлениях и температурах. Кроме того, к агрегатам такого котла, работающим под давлением, затруднен доступ при ремонте.
Водотрубный котел состоит из пучков труб, присоединенных своими концами к барабану (или барабанам) умеренного диаметра, причем вся система монтируется над топочной камерой и заключается в наружный кожух. Направляющие перегородки заставляют топочные газы несколько раз проходить через трубные пучки, благодаря чему обеспечивается более полная теплоотдача. Барабаны (разной конструкции) служат резервуарами воды и пара; их диаметр выбирается минимальным во избежание трудностей, характерных для газотрубных котлов (см. выше). Водотрубные котлы бывают следующих типов: горизонтальные с продольным или поперечным барабаном, вертикальные с одним или несколькими паровыми барабанами, радиационные, вертикальные с вертикальным или поперечным барабаном и комбинации перечисленных вариантов, в некоторых случаях с принудительной циркуляцией.
Топочные экраны.
В топках водотрубных котлов часто предусматривают радиационные экраны, которые позволяют повысить тепловыделение в топке при меньшей тепловой нагрузке на ее стенки, благодаря чему снижаются затраты времени на техническое обслуживание и повышается КПД, а кроме того, существенно снижаются требования к теплоизоляции стенок. Экраны выполняют в виде частых труб, по которым проходит котловая вода; образующийся в них пар отводится в паровой барабан. Такими экранами обычно защищают (полностью или частично) стены котельной установки. Трубы могут быть гладкими, с проставкой, плавниковыми, ошипованными, с огнеупорной обмазкой.
Горизонтальный водотрубный котел.
Для паровых котлов такого типа характерно наличие коллекторов, соединяющихся с навесным барабаном, который может быть расположен либо вдоль топочной камеры, как показано на рис. 2 (продольный барабан), либо поперек (поперечный барабан).
Вертикальный водотрубный котел.
В вертикальном паровом котле имеются два или несколько барабанов, установленных на разной высоте, причем зеркало воды находится в самом верхнем из них (рис. 3). Трубы присоединяются непосредственно к барабану. Вблизи места присоединения они изгибаются так, что образуют ряд пучков. Поток горячих газов перегородками направляется поперек труб. Такая конструкция позволяет легко изменять геометрию поверхности нагрева.
Радиационные котлы.
Радиационные паровые котлы или их топки оборудуются: а) широкими коллекторными трубами (узкими барабанами), проходящими горизонтально в верхней и нижней части стенки топки, либо б) системой вертикальных труб, присоединенных непосредственно к основным барабанам. В варианте «а» коллекторы соединены между собой тонкими частыми вертикальными трубами, образующими настенные экраны. Лучистая теплота из зоны горения заставляет воду в этих трубах испаряться, а горячий пар, поднимаясь между коллекторами, присоединенными к основным барабанам, вызывает циркуляцию. По той же схеме устроены потолочные и напольные экраны. Трубы не имеют изоляции, и лишь в высокотемпературной зоне предусматриваются огнеупорная обмазка или чугунные защитные панели. В некоторых случаях парообразование в экранах играет главную роль, а обычные воднотрубные конвективные теплообменные поверхности лишь защищают основной барабан от радиационного перегрева.
Прямоточные котлы.
Прямоточные паровые котлы могут работать как в докритическом, так и в сверхкритическом режиме. В трубы котла насосом подается питательная вода, и она за один проход набирает достаточно тепла, чтобы превратиться в пар высокого давления. Теплообмен осуществляется в основном в многочисленных параллельно включенных экранных панелях, окружающих топочную камеру. Прямоточные котлы применяются главным образом на крупных электростанциях, работающих на ископаемом топливе. Благодаря своему широкому диапазону рабочих условий они отличаются простотой пуска и перехода с режима на режим.
СЕКЦИОНИРОВАННЫЕ ЧУГУННЫЕ КОТЛЫ
Широко распространенный секционированный чугунный отопительный котел рассчитан на максимальное избыточное давление ок. 100 кПа. Он состоит из отдельных чугунных секций, собираемых вместе подобно радиаторам центрального отопления. В крупных паровых котлах такого типа пар из каждой секции поступает в продольный верхний коллектор, а конденсат возвращается по двум нижним продольным коллекторам, расположенным по разные стороны секций. Основное достоинство такого котла состоит в легкости его демонтажа на небольшие блоки. Кроме того, при необходимости его легко наращивать. Однако в случае слишком быстрого разогрева при холодном пуске такой котел может дать трещину; для ремонта же, скажем, средней секции необходима полная разборка. Секционированные котлы работают с довольно высоким КПД и быстро разогреваются, поскольку внутренние поверхности секций образуют непосредственно топочную камеру. Чугунные секции такого котла не гарантируют безопасной работы при высоких давлениях пара; поэтому его тепловая мощность не превышает примерно 200 кВт, а максимальная производительность составляет ок. 4300 кг пара в час. Для этого требуется тепловыделение топлива
12 ГДж/ч, что соответствует сжиганию ок. 300 кг антрацита в час.
СОВРЕМЕННЫЕ БЛОЧНО-ТРАНСПОРТИРУЕМЫЕ КОТЛЫ
Во время Второй мировой войны возник огромный спрос на мощные, компактные модульные парогенераторы, простые в эксплуатации и техническом обслуживании, для использования вооруженными силами на суше и на море. Дальнейшее развитие в этом направлении привело к созданию компактных блочно-транспортируемых автоматизированных агрегатов, полностью оборудованных всей контрольно-измерительной аппаратурой и готовых к пуску сразу же, как только после доставки на место к ним будут подключены вода, электроэнергия, топливоподводы и дымоходы. В настоящее время промышленность выпускает такие модули тепловой мощностью до нескольких тысяч киловатт с рабочим давлением до 9 МПа. Они поставляются полностью собранными на опорной раме или плите из конструкционной стали с равномерным распределением веса и допускают стационарную установку на обычном промышленном полу или на постаменте.
ТОПКА ПАРОВОГО КОТЛА
Топка котла – это один из важнейших агрегатов парогенераторной системы. В топке сжигается топливо, в результате чего выделяется тепло, которое передается через металлические стенки рабочей жидкости и превращает ее в пар.
Конструкция.
Современная топка представляет собой клетку из вертикальных труб, присоединенных концами к коллекторным барабанам малого диаметра, включенным в циркуляционную систему котла. С наружной стороны клетка снабжена легкой огнеупорной и теплоизолирующей обшивкой, вес которой несут сами трубы. Промежуток между обшивкой и трубами заполнен кирпичами специальной формовки, которые закрывают задние, т.е. наружные, поверхности труб, но оставляют открытыми их передние поверхности. В результате образуется довольно гладкая конструкция, на которой не задерживаются зола и шлак.
Топливо.
Обычное твердое топливо (каменный уголь или дрова) располагается в виде горящего слоя на колосниковой решетке. Воздух пронизывает этот слой через возникающие сами по себе каналы в измельченном топливе. Если уголь коксуется, размягчаясь и частично спекаясь, то приходится время от времени его перемешивать, что способствует образованию новых и устранению слишком широких старых каналов. Так называемое подвижное топливо (угольная пыль, мазут или топливный газ) вводится в топку горелкой, в которой струя топлива смешивается с сильно закрученным потоком воздуха. Например, угольная пыль сначала подхватывается потоком первичного воздуха, которого, вообще говоря, недостаточно для полного сгорания. Горелка придает этому вращающемуся потоку форму узкого конуса. Затем к нему подводится полный поток вторичного воздуха, и конус дополнительно закручивается (рис. 4).
Для эффективной работы топки необходима тяга. Под тягой понимается разность давлений, заставляющая воздух и топочные газы проходить через топку и связанные с ней устройства. Поскольку эта разность давлений мала, тягу обычно указывают в миллиметрах водяного столба (1 мм вод. ст. равен 9,8 Па).
Дымовая труба.
Самое простое устройство для создания тяги – дымовая труба без какого-либо механического оборудования. Тягу, создаваемую такой дымовой трубой, называют естественной. Эта тяга обусловлена разностью давлений столба нагретого газа, находящегося внутри высокой трубы, и такого же столба более холодного наружного воздуха. Чтобы возникла тяга, нужно вначале создать небольшую разность давлений в нижней части трубы. После этого развивается полная тяга, которая ограничивается только трением газов о стенки. Чем уже труба, тем сильнее эффект трения. Поскольку при температуре ниже 150 ° C тяга, развиваемая дымовой трубой, едва достаточна для преодоления сил трения в ней, современные электростанции работают исключительно с принудительной тягой, создаваемой ротационными вентиляторами и воздуходувками. Расположенная ниже топки воздуходувка гонит воздух под давлением, необходимым для преодоления сопротивления системы подготовки топлива, воздухоподогревателя и горящего слоя или горелок. Установленный над котлом вытяжной вентилятор, засасывая поток еще не остывших газов, создает разность давлений, необходимую для поддержания быстрого течения газов через котел и все другие теплообменные устройства.
ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ
Пароперегреватель – это теплообменный аппарат, предназначенный для повышения температуры пара выше нормальной точки кипения. Высокотемпературный перегретый пар позволяет повысить экономичность паровых машин и турбин, так как потребление ими пара снижается примерно на 1% с увеличением перегрева на 5 ° C. Верхняя граница температуры определяется лишь нагревостойкостью механического оборудования и материалов. Крупные электростанции работают с температурами перегретого пара до 500 ° C.
Пароперегреватель изготавливается из стальных труб, образующих поверхность нагрева для проходящего по ним пара. Насыщенный пар из котла входит в один конец трубы и нагревается до нужной выходной температуры теплом топочных газов, подводимым к ее наружной поверхности. Площадь поверхности нагрева пароперегревателей примерно вдвое меньше площади поверхности нагрева котла при умеренных температурах пара и вдвое больше – при высоких. Хотя пароперегреватель может быть выполнен в виде подключенного к котлу отдельного агрегата с собственной топкой, как правило, пароперегреватели встраивают в систему парогенератора. Встроенные пароперегреватели бывают двух видов: радиационные и конвекционные. Поверхность радиационного пароперегревателя, расположенного так, что он воспринимает лучистую теплоту из зоны горения в топке парогенератора, передает пару в 2–3 раза больше тепла, чем такая же поверхность конвекционного. Конвекционные пароперегреватели размещаются в высокотемпературных зонах газовых проходов котлов.
ПАРОГЕНЕРАТОР
Парогенератором обычно называют котел, снабженный отдельными агрегатами или полным набором такого оборудования, как пароперегреватели, экономайзеры, воздухоподогреватели, промежуточные пароперегреватели, а также вспомогательным оборудованием, необходимым для нормальной работы установки. Современная парогенераторная установка может иметь следующие значения рабочих параметров: паропроизводительность более 4500 т/ч, давление 28 МПа, температура 550 ° C, КПД 85%.
ПАРОВОЙ КОТЕЛ ДЛЯ АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Ядерный реактор деления предназначается для осуществления и поддержания управляемой реакции деления, в ходе которой энергия выделяется постепенно, по мере необходимости. Основными компонентами ядерного реактора являются тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы с топливным ядром), замедлитель, теплоноситель, система загрузки топлива, конструкционные элементы, система управления, теплозащитный экран и корпус. Потребляя ядерное топливо, ядерный реактор выделяет тепловую энергию, которая отводится теплоносителем. АЭС теплоносителем обычно служит вода. Такие реакторы с водяным охлаждением могут либо нагревать воду, повышая ее давление (реактор с водой под давлением), либо непосредственно в реакторе кипятить, преобразуя ее в пар (кипящий реактор). В обоих случаях вода-теплоноситель подается насосами в корпус реактора, где она циркулирует между стенкой корпуса и теплозащитным экраном, окружающим сборку ТВЭЛов. Нагретая вода выводится для совершения полезной работы. В случае кипящего реактора пар из него подается непосредственно на приводную турбину электрогенератора. Таким образом, корпус реактора играет роль парового котла. В случае же реактора с водой под давлением тепло от нагретого в реакторе теплоносителя передается вторичному (паровому) контуру, который питает паром турбину электрогенератора. Такая теплопередача осуществляется в противоточном теплообменнике – парогенераторе (рис. 5). Благодаря тому что в реакторе с водой под давлением реакторный теплоноситель не выходит за пределы замкнутого контура, исключается возможность утечки радиации из активной зоны. Эта мера дополняется другими средствами защиты, в частности, возведением толстых бетонных стен вокруг реактора. Для предотвращения коррозии, которая может приводить к разгерметизации, насосы, трубопроводы и соприкасающиеся с теплоносителем поверхности реактора выполняют из нержавеющей стали или из обычной конструкционной стали с инконелевым покрытием. Корпуса ядерных реакторов проектируются и изготавливаются в соответствии со значительно более жесткими нормами, чем обычные паровые котлы. См. также ЯДЕР ДЕЛЕНИЕ; СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИ.
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПАРОВЫХ КОТЛОВ
Водоподготовка.
Вопросы водоподготовки имеют важнейшее значение для эксплуатации современных котлов и парогенераторов. Дело в том, что минеральные соли, содержащиеся в воде, образуют накипь в водяных трубах. По мере ее накопления ухудшается теплопередача от топочных газов к воде в трубах, что может закончиться их прогаром. Таким образом, неправильная подготовка воды может привести не только к снижению КПД, но и к аварии. Характер и степень необходимой химической очистки воды зависят от качества источников воды для питания котла. Для снижения содержания минеральных солей в питательную воду, как правило, добавляют какое-либо химическое вещество, например натриевый цеолит. Из питательной воды необходимо также удалять растворенный в ней кислород, так как он вызывает ржавление труб котла. Важное значение имеет периодическая проверка и очистка труб. Все эти меры по защите котла на стороне воды существенно удорожают очищенную питательную воду по сравнению с обычной водопроводной. Нельзя забывать и о защите котла со стороны факела. Для снижения риска выгорания труб котла их в наиболее уязвимых местах покрывают современными плавленолитыми огнеупорами. Обязательно ведется непрерывный контроль за накоплениями золы на наружных стенках, и ее периодически удаляют. Такой контроль на крупных электростанциях ведется централизованно из диспетчерских с помощью замкнутых телевизионных систем.
Управление.
В систему управления парового котла входят устройства для включения и выключения горения топлива, задания и регулирования расходов топлива, воздуха и воды, для сбора и обработки данных обратной связи от турбин и устройств, управляющих производительностью котла. В прошлом многие из этих функций выполнялись вручную. Позднее для реализации некоторых из них были применены электронные схемы, сначала на электровакуумных, а затем на полупроводниковых приборах. Современная компьютерная техника произвела переворот в управлении паровыми котлами, как и многими другими системами. См. также ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА; ТРАНЗИСТОР.
НЕКОТОРЫЕ ПАРОТЕПЛОВЫЕ АППАРАТЫ
Паровой аккумулятор.
Паровой аккумулятор – это аппарат, который накапливает и сохраняет тепловую энергию пара, когда ее подвод превышает потребность в ней, и отдает ее позднее, когда в этом появляется необходимость. Он действует подобно маховику в механических системах. Аккумулятор устанавливается между двумя паровыми системами, в одной из которых рабочее давление больше, чем в другой, и накапливает тепло от системы с более высоким давлением, а в периоды пиковой нагрузки отдает его системе с меньшим давлением. Такая схема позволяет системе с более высоким давлением неизменно работать в оптимальном для парового котла режиме постоянного давления и постоянной нагрузки.
Сепаратор пара.
Сепаратор пара удаляет жидкую фазу из влажного пара, проходящего по трубе, так что в паропотребляющий аппарат попадает только сухой пар. Влага может содержаться в потоке пара уже при его поступлении в трубу, но даже если подается сухой пар, он частично конденсируется в самой трубе, отдавая ей часть своего тепла. Жидкая фаза в потоке пара нежелательна потому, что она снижает эффективность теплоотдачи в паропотребляющем аппарате. Кроме того, резкое торможение или ускорение конденсата, накопившегося в какой-либо полости линии пара, может приводить к гидравлическому удару, способному вызвать повреждение клапанов и другого оборудования. Две типовые конструкции сепаратора пара схематически представлены на рис. 6.
Конденсационные горшки.
Конденсационные горшки – это автоматические клапаны для слива конденсата (а иногда и для выпуска воздуха) по мере его образования в замкнутых паровых объемах. Такое устройство действует как регулятор: закрываясь, оно предотвращает расходование пара и, открываясь, дает конденсату возможность выйти под давлением пара в конденсатоотводную линию. Конденсационные горшки бывают разных типов: механические (поплавковые), терморелейные и лабиринтные (диафрагменные).
Паровой калориметр.
Паровой калориметр предназначен для определения массового паросодержания влажного пара. Массовое паросодержание такой смеси может изменяться от нуля (вода) до 100% (сухой пар). В этих пределах температура при данном давлении может быть одной и той же, так что одновременного измерения только температуры и давления недостаточно для определения паросодержания и других характеристик пара – удельного объема, энтропии и энтальпии. Паровой калориметр же позволяет определять паросодержание смеси, а тем самым и другие указанные характеристики. Это один из важнейших приборов для испытания и эксплуатации паровых машин и другого оборудования, работающего на неперегретом паре.
Также по теме: Литература:Зах Р.Г. Котельные установки. М., 1968
Цвынар Л. Пуск паровых котлов. М., 1981
Воинов А.П. и др. Паровые котлы на отходящих газах. Киев, 1983
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:
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:
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:
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:
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:
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:
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.
Какие бывают и чем отличаются паровые котлы
5 Март 2014 АлексейРазвитие промышленности и хозяйства требует не только наличия специального оборудования, но и устройств используемых для обогрева помещений.
Одними из таких агрегатов являются паровые котлы отопления. Они находят широкое применение во всех сферах деятельности человека, где необходимо поддержание определенной температуры.
Что собой представляет данный вид оборудования?
Чтобы иметь представление о таких устройствах, как паровые котлы для отопления, рассмотрим их конструктивные особенности и принцип действия. Данное оборудование представляет собой систему, способную генерировать насыщенный пар. Такой процесс становится возможным благодаря тепловой энергии, которая получается в результате сжигания дизеля или нагревании ТЭНов, при этом температура питательной воды парового котла достигает заданной отметки.
Конструкция такого аппарата – это не что иное, как барабан, соединенный трубами с коллекторами, отсюда он и получил название барабанный паровой котел. Последние замкнуты на него же при помощи подъемных каналов, расположенных в зоне сгорания. Поднимающаяся из барабана смесь делится в специальном устройстве на воду и пар. При этом последний поступает в пароводы, а вода опускается самотеком в исходную емкость.
Иными словами – это система сообщающихся между собой труб, которая замкнута на резервуар.
Виды отопительного оснащения
Существует классификация паровых котлов данного оборудования по трем признакам:
- Методу движения пара
- Способу перемещения конденсата
- Циркуляции пароводяной смети
Чтобы лучше понять, чем отличаются существующие виды паровых агрегатов, рассмотрим особенности действия каждого из них.
По принципу циркуляции сред типы паровых котлов бывают: жаро- и водотрубные. В последних вода движется по получающим тепло от внешних источников (не интегрированных в аппарата) трубам. Они имеют более простую конструкцию, в них дымовые каналы находятся в барабане, в полости которого циркулирует теплоноситель.
Водотрубные аппараты являются экономически менее выгодными, так как для них требуется топливо имеющее самое высокое качество.
Котел паровой жаротрубный имеет принцип действия, основанный на движении смеси в результате перепадов плотности.
Данные агрегаты также подразделяются на:
Первые системы не требуют постоянного надзора за работой оператора, но могут эксплуатироваться только при температуре, не превышающей 115° С. В разомкнутых системах непреобразованный в пар теплоноситель, поступает в специальную емкость, из которой происходит его периодическое перекачивание в установку. Агрегат с таким принципом действия носит название прямоточный паровой котел. Для его работы необходима комплектация аппарата насосом.
Паровые котлы так же, как и другие, могут иметь один или два контура и в зависимости от этого их функции расширяются.
На какие особенности обратить внимание?
Рынок отопительной технике представлен таким широким ассортиментом, что растеряться в нем может даже профессионал. При этом основную массу составляет продукция иностранного производства.
Она имеет различные характеристики и разный ценовой диапазон, поэтому к выбору отопительного оборудования следует подходить очень основательно.
Итак, рассмотрим свойства, на которые следует ориентироваться при выборе. Одной из самых важных характеристик играет потребляемая мощность, влияющая на КПД парового котла. Если брать средние цифры, то они составляют порядка 100-1200 кВт. И в данном вопросе следует ориентироваться на собственные потребности.
Далее идет производительность, она особенно важна при использовании паровых агрегатов в промышленном производстве. Однако и другие характеристики нельзя упускать из виду.
Поэтому, выбирая агрегат, стоит придерживаться трех параметров:
- Типа
- Функциональности
- Производительности
При этом обязательно нужно обратить внимание и на тепловой баланс парового котла.
Что касается типа устройств, то следует отметить, что паровые установки подразделяются на: ТЭНовые, автономные и электродные. Каждый из этих видов имеет свои достоинства и недостатки. Например, электродные образцы достаточно просты в управлении, однако для их нормальной работы требуется большой расход энергии. Особенно важен данный факт, если вы приобретаете судовые паровые котлы.
Автономные аппараты обычно применяются на открытом воздухе.
Тэновые установки с успехом применяются как на улице, так и на производстве.
Если рассматривать функциональность, то в нее входят все выполняемые котлом функции и его основные параметры, влияющие на простоту в обслуживании, надежность и удобство в применении.
Сегодня на рынке представлен также и варочный котел с паровой рубашкой, который может использоваться в пищевой промышленности.
И далее немного расскажем о производительности.
Она находится в прямой зависимости от:
- Количества производимого пара (кг/час)
- Давления на выходе (МПа)
- Коэффициента температурного
Остался нерассмотренным последний параметр – вид топлива. Поскольку паровое оборудование может использовать различные его виды, то стоит обратить внимание и на данный вопрос. Обычно большинство моделей работает на традиционном для всей отопительной технике топливе, к таковым относится и, например, угольный паровой котел.
Однако вы можете подобрать тот из аппаратов, который наиболее доступен в вашей местности. Если у вас отсутствуют централизованные системы, то возможно оптимальным вариантом будет дизельное топливо или котел на отработанном масле.
Советы специалистов
Решив выполнить в своем доме паровое отопление, необходимо учитывать не только параметры котла, но и всей системы в целом. Профессионалы рекомендуют обратить особое внимание на материал, из которого будут изготовлены трубы.
В качестве вариантов могут быть:
- Стальные – имеют высокую прочность и надежность, но потребуются сварочные работы, а со временем не удастся избежать их коррозии
- Нержавеющие – соединяются с использованием резьбы, устойчивы к ржавчине, но очень дороги
- Медные – одни из самых надежных и долговечных, не боятся повышенного давления и высоких температур, но это самый дорогой материал и не каждый в состоянии позволить себе его приобретение
Спектр использования паровых котлов сегодня очень широк. Они применяются в пищевой, легкой и фармацевтической промышленности, и, конечно же, в быту. Поэтому очень важно подобрать агрегат правильно, чтобы от его использования были и экономические выгоды.
Среди наиболее хорошо зарекомендовавших себя моделей можно выделить парогенарторы электродного типа. Они выпускаются в диапазоне производительности от 30 до 200 кг/час. Аппараты не требуют разрешительных документов для установки, что сокращает расходы и время на их обустройство.
Для частных нужд из этой серии можно выбрать паровые котлы на газе с небольшой производительностью от 4 до 18 кг пара в час.
Неплохую репутацию имеют паровые котлы низкого давления, работающие на различных видах топлива. Они обладают возможностью регулировки производительности до 370 кг/час.
Для тех, кому требуется пар с высоким давлением до 8 атмосфер, оптимальным вариантом будут паровые котлы высокого давления марки МЗК-7АГ. Они способны вырабатывать до 2500 кг пара.
Как видите, разнообразный модельный ряд позволит каждому найти необходимый агрегат, главное только заранее узнать все характеристики и особенности.
Почему паровой котел?
В заключение хотелось бы отметить, что главным предназначение такого оборудования является генерация перегретого пара.
Он может использовать энергию топлива, а также утилизировать тепло, выделяемое в другом оборудовании. Возможно, именно эти свойства и привлекли к данному оборудованию широкое внимание потребителей.
Однако есть у него и другие достоинства, например приемлемая цена и высокое качество. Они разделяются на энергетические (производящие пар для использования в турбинах) и промышленные (для технологических нужд), а также котлы-утилизаторы (получают пар из вторичных энергетических ресурсов).
Поэтому для правильного выбора той или иной модели не помешает проконсультироваться у специалиста. Он сможет правильно оценить ваши потребности и подобрать оптимальный вариант.
Читайте также: