Котлы энергетические высокого давления

Обновлено: 18.05.2024

ТЭЦ-8 Москва

Энергетика, энергетическое и электротехническое оборудование

ТЭЦ-8 на карте

ТЭЦ-8 на общей карте Москвы

Адрес:
Остаповский пр., д. 1
Район - Нижегородский (ЮВАО)

Энергетические характеристики Установленная мощность:
тепловая (гкал/час) - 2192
электрическая (Мвт) - 605
Годовая выработка энергии:
теплоэнергия (Гкал) - 1986300
электроэнергия (тыс квт*час) - 2921800
Удельный расход топлива:
на теплоэнергию (кг\Гкал) - 130,3
на электроэнергию (г\квт*час) - 297,9
Годовое потребл условного топлива (тут/год) - 1177971
Кол-во часов работы в году - 8760
Год ввода в эксплуотацию - 1930 Турбогенераторы
Р-50-130 - 2 шт.
Т-100-130 - 5 шт.

Котлы (марка)
ПТВМ-100 - 2 шт.
ПТВМ-180 - 5 шт.
ТГМ-96А - 1 шт.
ТГМ-96Б - 6 шт.

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 с горелкой и шкафом управления

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.

Содержание Показать

Для каких целей нужен пар

Знание того, где используется паровой котел и с какими режимами, позволяет эффективно выбрать оборудование.

ПК применяются в таких отраслях:

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.
Промышленность применяет более мощные парогенераторы, вырабатывающие перегретый пар с повышенной теплоотдачей.
Энергетика, паровые котлы высокого давления участвуют в схемах генерации электроэнергии, передавая пар турбине.
Промышленность, ПК обеспечивают механическое движение производственных аппаратов.
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.

Схематичное исполнение котла по выработке пара

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.
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.
Из верхнего барабана вода по необогреваемым трубам попадает в нижний барабан, а поднимается из него по подъемным конвективным трубам в виде пароводяной смеси.
В верхнем барабане проходит процесс его сепарации от влаги.
Сухой пар через паропроводы направляется к потребителям.
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

Схема движения теплоносителя

ПК устанавливаются в котельном зале, который может располагаться в отдельно стоящих, примыкающих и встроенных зданий нежилого назначения.

Обозначения по схеме:

Система топливоподачи газового парового котла, No1.
Устройство для горения - топка, No2.
Циркуляционные трубы,No3.
Зона пароводяной смеси, зеркало испарения,No4.
Направление движения питательной воды, NoNo5,6 и 7.
Перегородки, No8.
Газоход, No9.
Дымовая труба, No10.
Выход циркуляционной воды, из емкости парового котла, No11.
Слив продувочной воды, No12. водой, No13.
Паровой коллектор, No14.
Сепарация пара в барабане, NoNo15,16.
Водоуказательные стекла, No17.
Зона насыщенного пара, No18.
Зона пароводяной смеси, No19.

Типы паровых котлов

ПК классифицируются по нескольким параметрам и их надо знать, потому что от этого зависит, как работает паровой котел.

По видам сжигаемого топлива:

газообразное топливо;
паровые котлы на твердом топливе;
жидкотопливные: мазут, солярка;
электрическая энергия.

Энергетические – паровые котельные участвуют в схеме генерации электроэнергии, как источник пара для турбин, работают с высокими расходом и параметрами пара.
Отопительные для центрального теплоснабжения и ГВС, на которые распространяются правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.
Промышленные – участвуют в производственных процессах предприятия.

Классификация паровых котлов по конструкции топки:

Камерные – используют пылевидное топливо.
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:

Топка размещена непосредственно в трубной части котла, где протекает горение топливной смеси и образование дымовых газов.
Эти устройства ы изготавливаются с жаровыми или дымогарными трубами.
В первом процесс горения протекает прямо в трубе, для чего на входе устанавливают газомазутная горелка с вентилятором, способствующему равномерному сжиганию по длине топки.
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.

Прямоточная установка

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:

Топка выполнена из труб, которые обогреваются дымовыми газами.
В нижнюю часть водяного контура нагрева поступает котловая вода, а из противоположной верхней отбирается сухой пар.
В экономайзере поступающий теплоноситель подогревается до температуры насыщения, а в экранных трубах и перегревательном контуре – происходит дальнейший рост параметров пара до проектных значений.
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.
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:

Парогенератор. .
Умягчитель по схеме химической очистки.
Дозатор и бак реагентов.
Ресивер.
Регулируляторы давления.
Насос подачи питательной воды в котел.
Насос подачи воды из деаэратора в ресивер.

В конструкцию котла также могут входить:

пароперегреватель — для повышения температуры насыщенного 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:

Устройства розжига и отключения горения топлива.
Регулирования расходов: топливо, воздух и вода.
Сбор и анализ данных работы ПК.
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:

Плановые осмотры работоспособности котельного оборудования, по графику.
Определение нарушений работы котла: перегревы, возгорания, засорения.
Устранение нарушений правил пожарной безопасностм и условий препятствующих безопасной эксплуатации.
Проверка целостности парогазовых систем с последующим устранением неисправностей в арматуре.
Проверка питательной системы котлоагрегата.
Проверка плотности газовоздушного тракта и отсутствие несистемных шумов в топке.
Профосмотр и проверка вспомогательного оборудования.
Проверка работы КИП и А, дифманометров, систем безопасности и аварийной сигнализации.
Контроль за работой насосов, дымососов, вентиляторов и проверка их блоков управления.
Проверка работы электрооборудования и автоматики защиты.
Проверка работы гарнитуры котла.
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.

Котлы энергетические высокого давления

Бог проявил щедрость,
когда подарил миру такого человека.

Светлане Плачковой посвящается

Издание посвящается жене, другу и соратнику, автору идеи, инициатору и организатору написания этих книг Светлане Григорьевне Плачковой, что явилось её последним вкладом в свою любимую отрасль – энергетику.

Книга 3. Развитие теплоэнергетики и гидроэнергетики

2.4. Паровые энергетические котлы

Паровые энергетические котлы средней мощности объединяют в одно семейство большое число различных типов водотрубных котлов паропроизводительностью от 100 до 640 т/ч. Энергетические котлы средней мощности выпускаются на среднее и высокое давление перегретого пара, при этом они конструктивно выполняются как барабанными, с естественной и принудительной циркуляцией, так и прямоточными. В паровых котлах средней производительности наиболее часто используются камерные пылеугольные и газомазутные топки. В последние годы в этих котлах применяются также топочные устройства, позволяющие сжигать низкокалорийное топливо в циркулирующем кипящем слое, а также вихревые топки различных конструкций.

Паровые энергетические котлы средней мощности работают как на уравновешенной тяге, так и под наддувом. В них может сжигаться твердое топливо, а также природный газ и мазут.

Производство энергетических котлов средней мощности начало бурно развиваться в СССР в конце 40-х годов прошлого века, когда для восстановления после войны народного хозяйства и дальнейшего его роста требовалось интенсивное наращивание энергетических мощностей. Для повышения термического коэффициента полезного действия паросиловой установки необходим был переход на более высокие параметры пара (давление и температуру перегрева).

В 1947 году был создан первый образец двухбарабанных котлов высокого давления паропроизводительностью 230 и 170 т/ч, которые серийно выпускались до 1958 года различной модификации: пылеугольные, газомазутные, для сжигания отходов углеобогащения, с камерными топками и горизонтальными циклонными предтопками. Особенностью этих котлов является наличие двух барабанов, соединенных между собой большим количеством перепускных труб. Наличие двух барабанов обуславливалось стремлением произвести максимальную осушку пара до поступления его в пароперегреватель. Такое усложнение конструкции связано было с тем, что при проектировании этих котлов не были еще известны надёжно работающие при высоком давлении сепарационные устройства.

Появление новых конструкций паросепарационных устройств позволило отказаться от двухбарабанной конструкции котлов высокого давления и перейти к однобарабанной конструкции котла высокого давления (10 МПа) – ТП-13 паропроизводительностью 220 т/ч, но с более высоким давлением и температурой перегрева 540°С.

До 1962 года котлы этой серии, предназначенные для сжигания угольной пыли, оборудовались угловыми щелевыми горелками, установленными по две на каждой боковой стене. При совместном сжигании угольной пыли и доменного газа турбулентные пылеугольные горелки устанавливались на боковых стенах навстречу друг другу, а газовые горелки – на фронтальной стене.

В аналогичном по паропроизводительности и параметрам пара газомазутном котле ТГМ-151 практически отказались от горизонтального переходного газохода между топочной камерой и опускной конвективной шахтой, а трубчатый воздухоподогреватель был заменен регенеративным вращающимся.

Дальнейшее повышение параметров пара привело к разработке котлов с давлением пара 14 МПа и температурой перегрева 570°С. У всех котлов этой группы, работающих на различных топливах, топочная камера разделена на две части двухсветным экраном, что позволило удержать рост размеров котла при увеличении примерно вдвое его паропроизводительности (с 220 до 420 т/ч).

Рис. 2.9. Продольный разрез котла ТП-80 паропроизводительностью 420 т/ч для сжигания антрацита и тощих углей: 1 – барабан; 2 – топочная камера; 3 – пылеугольные горелки; 4 – под с леткой; 5 – ширма; 6 – конвективная часть пароперегревателя; 7 – экономайзер; 8 – трубчатый воздухоподогреватель; 9 – выносной сепарационный циклон

На рис. 2.9 представлен разрез такого котла для сжигания низкореакционного топлива – антрацита и тощих углей. Топочная камера котла ТП-80 рассчитана на жидкое шлакоудаление и оборудована высоким зажигательным поясом. Горелочные устройства расположены навстречу друг другу на фронтовой и задней стенах топки.

Для эффективного сжигания низкореакционного топлива применен высокий подогрев воздуха (до 400°С), что обусловило двухступенчатую компоновку воздухоподогревателя, то есть расположение выходной его части в области повышенных температур газового потока.

В целях дальнейшего повышения экономичности паротурбинного цикла на котлах производительностью 420 т/ч введен вторичный перегрев пара. Из этой группы котлов представляет интерес котел марки ТП-92 паропроизводительностью 420 т/ч, на 14 МПа, 570/580°С (рис. 2.10). В этом котле используется каменный уголь низкой влажности при умеренной температуре горячего воздуха. Удаление шлака – твердое. Топочная камера, как и в других котлах паропроизводительностью 420 т/ч, разделена на две части двухсветным экраном. Одноступенчатый воздухоподогреватель расположен не под экономайзером, а в отдельной, самостоятельной шахте.

Рис. 2.11. Паровой котел ТПЕ-430 в разрезе

Рис. 2.10. Котел ТП-92 паропроизводительностью 420 т/ч для сжигания маловлажных каменных углей: 1 – барабан котла; 2 – топочная камера; 3 – горелочные устройства; 4 – устройство для механического шлакоудаления; 5 – ширмы; 6 – конвективный пароперегреватель; 7 – водяной экономайзер; 8 – трубчатый воздухоподогреватель

В газомазутных котлах этой серии несколько увеличена радиационная часть пароперегревателя. Вместо трубчатого используются регенеративные вращающиеся воздухоподогреватели, устанавливаемые не под экономайзером, а позади него. В освободившейся части опускного газохода располагается конвективная часть пароперегревателя. Благодаря этому длина горизонтального газохода сведена к минимуму, то есть опускная конвективная шахта располагается почти вплотную к топочной камере.

В настоящее время более современные (по сравнению с описанными) паровые энергетические котлы средней производительности выпускаются ведущими фирмами–производителями энергетического оборудования России.

В настоящее время барабанные паровые котлы с естественной циркуляцией в интервале производительности от 100 до 500 т/ч выпускаются в Таганроге и Подольске. ПО «Красный котельщик» (г. Таганрог) выпускает паровые котлы производительностью от 160 т/ч (на среднее давление) до 630 т/ч (на сверхкритическое давление). В Украине производство энергетических котлов отсутствует.

Типичным представителем семейства барабанных котлов средней производительности является котел ТПЕ-430 (рис. 2.11). Он имеет производительность 500 т/ч при давлении перегретого пара 13,8 МПа и температуре перегрева 560°С и предназначен для сжигания углей марки СС. Коэффициент полезного действия котла 90,5%.

Паровой котел однобарабанный, с естественной циркуляцией, имеет П-образную компоновку поверхностей нагрева. Котел выполнен газоплотным и предназначен для работы на уравновешенной тяге.

Стены топочной камеры, горизонтального и опускного конвективного газоходов образованы газоплотными панелями из труб, между которыми вварена полоса. Пароперегреватель котла состоит из радиационного и ширмового пароперегревателей, расположенных в верхней части топки, и двух конвективных ступеней в горизонтальном газоходе. Мембранный экономайзер состоит из двух ступеней и находится в опускном газоходе. Котел оборудован 8 плоскофакельными горелками.

Для подогрева воздуха котел ТПЕ-430 снабжен трубчатым и регенеративным воздухоподогревателями.

Регулирование температуры перегрева пара осуществляется впрыском собственного конденсата. В котле применено твердое шлакоудаление.

Процессы подпитки воды, горения и регулирования температуры перегрева пара полностью автоматизированы.

Параллельно с барабанными котлами до настоящего времени развивались конструкции прямоточных котлов средней производительности. В начале 50-х годов XX столетия прямоточные котлы высокого давления стал изготавливать Подольский машиностроительный завод. Одним из первых был создан котел марки СП-67 производительностью 230 т/ч, давлением 9,8 МПа и температурой 510°С.

В последующем производство прямоточных энергетических паровых котлов средней мощности, генерирующих пар высокого давления, было сосредоточено на ПО «Красный котельщик».

Топочная камера – открытая, призматическая, прямоугольного сечения. При реконструкции котла в газомазутный сохранена «холодная» воронка. Над «холодной» воронкой на боковых стенах установлено 6 газомазутных горелок треугольником вниз (по 3 горелки на стене). Для снижения генерации оксидов азота топка котла оснащена схемой ступенчатого сжигания, для чего над горелками установлены сопла критического дутья.

Первый промышленный энергетический прямоточный котел (паропроизводительность 200 т/ч, давление 13,8 МПа, температура перегретого пара 500°С) в СССР был разработан профессором Л.К. Рамзиным и установлен в 1933–1934 гг. на одной из московских ТЭЦ (ТЭЦ ВТИ).

Леонид Константинович Рамзин (1887–1948)– один из крупнейших теплотехников ХХ века, изобретатель прямоточного котла. Блестяще окончив в 1914 году Московское высшее техническое училище, был оставлен в МВТУ для занятий научной и педагогической деятельностью. Исключительные способности, энергия и трудолюбие в течение 5 лет сделали Рамзина одной из самых ярких фигур энергетического сообщества России. Десять лет он руководил кафедрами «Топливо, топки и котельные установки» и «Тепловые станции» МВТУ. Он являлся одним из организаторов Всероссийского теплотехнического института (ВТИ), а с 1921 года по 1930 год был директором, затем с 1944 по 1948 год научным руководителем этого института. На рубеже 1920–1930-х годов ученый вел успешные изыскания главного своего детища – прямоточного парового котла, предназначенного для использования дешевого топлива. В 1943 году Рамзиным была организована кафедра котлостроения в Московском энергетическом институте для подготовки инженеров-конструкторов по котлостроению, которой он руководил до 1948 года. Основные труды Л.К. Рамзина посвящены проблемам котлостроения, расчетам котельных установок, теории излучения в топках, исследованию топлив, теплофикации и проектированию теплосиловых станций.

Топка и поворотный газоход экранированы трубами нижней, средней и верхней радиационной части и имеют навивку Рамзина. Котел обшит металлом по каркасу.

На выходе из топки в поворотном газоходе установлен ширмовый пароперегреватель, в опускном газоходе – конвективный пароперегреватель высокого давления, две ступени конвективного пароперегревателя низкого давления, водяной экономайзер, газовый подогреватель воды высокого и низкого давления.

Регулирование температуры пара низкого давления осуществляется байпасированием первой ступени конвективного пароперегревателя низкого давления, а дополнительно – рециркуляцией дымовых газов, отбираемых после водяного экономайзера.

Котел снабжен необходимой арматурой, контрольно-измерительными приборами, средствами защиты, а также автоматизированной системой управления технологическим процессом.

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

Первые парогенераторы напоминали котлы для варки пищи. Дровяная или угольная топка располагалась снаружи, нагревая бак с водой снизу. При такой схеме значительная часть тепла расходовалась на обогрев окружающей среды, что и обуславливало крайне низкий КПД первых паровых котлов.

паровой котел с жаровыми трубами

Разумным решением стало размещение топки внутри водяного объема котла. Вкупе с теплоизоляцией внешней обшивки бака это значимо повысило КПД, позволив расходовать тепло преимущественно на нагрев воды.

Поскольку высокой температурой обладало не только открытое пламя в топке, но и выделяющиеся при сгорании дымовые газы, следующей задачей усовершенствования конструкции парового котла стало удержание тепла уходящих газов внутри водяного объема. Задача была решена размещением в нем дымогарных труб малого диаметра. Перед удалением через дымоход газы проходили по этим трубам, ускоряя нагрев и испарение воды.

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: