Принцип работы паровой котельной на газе
Ardenergy.ru

Канализация и водоснабжение

Принцип работы паровой котельной на газе

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.

Обеспечат теплом огромные площади! Промышленные газовые котлы для обогрева, их принципы работы

Высокий спрос на бытовые и промышленные газовые котлы обусловлен их высокой эффективностью, экономичностью и безопасностью.

Современный котел на газу способен отапливать помещение, нагревать теплоноситель и вырабатывать пар для производственных нужд.

Сложное устройство топки позволяет получать высокий КПД при низком расходе газа, а толстые стенки и легированная сталь делают прибор долговечным.

Устройство и принцип действия промышленных газовых котлов

Принцип действия отопительного устройства основан на сжигании газа в топке с сопутствующим нагревом теплоносителя. По этому признаку котлы делятся на две группы:

  • с циркуляцией горячего воздуха (жаротрубные);
  • с нагревом жидкости почти до температуры кипения (водотрубные).

Паровые котлы устанавливаются на предприятиях, использующих пар в промышленном производстве.

Справка. Стоимость природного газа и его теплотворная способность не имеет конкурентов среди других природных горючих материалов. Поэтому использование природного газа дает значительную экономическую выгоду.

Газовая горелка

Главной частью любого котла является горелка. По типу подачи газа они делятся:

  • на инжекторные, засасывающие газ вместе с воздушной струей;
  • на наддувные, применяющие принудительное нагнетание воздуха мощным вентилятором;
  • на диффузные, подающие газ к месту горения через специальные диффузионные каналы.

Фото 1. Промышленный котел на газу марки Энтророс. В устройстве установлена наддувная газовая горелка.

Распространенная конструкция горелки — набор из нескольких параллельных стержневых устройств, которые расположены равномерно по всему объему топки. Они снабжены отверстиями для выхода смеси газа с воздухом и обеспечивают равномерный нагрев. Для повышения эффективности между стержнями помещают трубопровод с теплоносителем. Такие установки способны достичь КПД в 98—99%.

Читать еще:  Отдельностоящая котельная для загородного дома

Еще один популярный вариант горелки промышленного котла мощностью от 100 кВт и выше имеет факельное устройство. На одной из стенок агрегата устраивается специальное сопло, в которое нагнетается газовоздушная смесь. Факельное горение хорошо показало себя в двух и трехходовых котлах, используется для получения теплоносителя с температурой 115—120 градусов или пара.

Топочная камера

Для топки мощного котла важно длительное время выдерживать высокую температуру. Жаропрочность обеспечивает использование специальных сталей с добавлением марганца, хрома и других легирующих компонентов. Стенки укрепляют гофрированием и окружают теплоизоляционной оболочкой.

В водогрейных котлах в топке размещают один или два теплообменных контура, по которым циркулирует теплоноситель.

В паровых или котлах высокого давления применяются топочные экраны и теплообменник для получения тепла, а пар образуется в дымоходе, где температура дымовых газов снижается до 600—800 °C.

В топочной камере парового котла размещают сепаратор и пароперегреватель.

Безопасность эксплуатации обеспечивает взрывной клапан, который обязательно устанавливают на одной (чаще задней) стенке котла. Механизм срабатывает в случае превышения давления в топке.

Автоматика и система управления

Сложность управления промышленным котлом связана с постоянно изменяющимися температурой и давлением воды, мгновенным расходом газа, забором воздуха для горелки и другими факторами.

Чтобы исключить человеческий фактор, все управление осуществляется с помощью специальных контроллеров.

Данные для их работы поступают с датчиков температуры, давления, расхода воздуха и газа. Для большей надежности в современных котлах автоматику разделяют на две части:

  • Автоматика подачи топлива, которая отвечает за работу модуляционной горелки и поддержание стабильной работы всей системы.
  • Автоматика безопасности учитывает критические условия работы котла, наличие пламени в топке, подачу газа, нагрев теплоносителя. В случае неисправности происходит отключение котла и прекращение подачи топлива. Некоторые модели котлов снабжены системами самодиагностики.

Внимание! Обычно используется природный газ: метан. Он легче воздуха и является оптимальным топливом. В отдельных случаях допускается сжигание пропан-бутановой смеси. Этот газ тяжелее воздуха и требует соответствующей настройки оборудования.

Типы промышленных котлов на газу

Промышленные газовые котлы подразделяются на несколько типов.

Водогрейные

Такие котлы отличаются симметричным расположением теплообменников и работают по многоходовому принципу движения продуктов сгорания. Применяются для нагрева теплоносителя и отопления помещения. Максимальное давление воды в циркуляционном контуре — 16 бар. Мощность серийных котлов варьируется от 0,7 до 35 МВт. Этого достаточно для обогрева крупных цехов и промышленных зданий. Для ГВС к котлу подключают бойлер с подогревом от дымохода.

Фото 2. Промышленный газовый котёл водогрейного типа. Подобные устройства применяют для обогрева помещений.

Паровые

Паровой котел рассчитан на работу с высокой температурой теплоносителя. Получение пара происходит в два этапа. Первый — нагрев воды до 100 градусов и образование первичного пара, который пропускают через сепаратор для осушения. Второй этап заключается в повторном подогреве уже сухого пара до требуемой температуры. После этого пар готов к использованию.

Парогенераторы выполняют сразу две задачи: нагревают теплоноситель для отопления зданий и производят пар. Чтобы увеличить эффективность такой установки, применяют дополнительные дымообороты, которые подогревают циркулирующую в трубах воду.

Справка. Мощная котельная установка производит до 1 т сухого пара в час.

Теплогенераторы средней и большой мощности

Средняя мощность газовых котлов доходит до 2 МВт. Этого достаточно для отопления небольшого производства или поселка.

Отоплением и водоснабжением отдельных городских микрорайонов и крупных промышленных предприятий заняты водогрейные котлы большой мощности (от 2 до 30 МВт). Такие установки имеют несколько отопительных контуров и рассчитаны на максимально эффективное использование тепловой энергии, получаемой от сгорания газа.

Когенерационные

Установки данного типа способны последовательно высвобождать тепловую энергию для отопления и водоснабжения, а затем и электрическую для обеспечения производства или микрорайона электроэнергией.

Фото 3. Два когенерационных газовых котла. Оборудование применяется для отопления и горячего водоснабжения.

Преимущество когенерации (производства разной энергии из одного топлива) состоит в высоком КПД, который достигает 90%.

Для получения электроэнергии используется газовый поршневой двигатель, излишки тепла от которого применяются для подогрева теплоносителя. Основной нагрев воды происходит в водогрейных котлах. Такая технология применяется в мини-ТЭЦ для работы в удаленных районах.

Безопасность эксплуатации котельного оборудования на сжиженном или природном газе

Угрозу представляет взрывоопасность газа, поэтому помещение котельной имеет соответствующий класс опасности. Ввод прибора в эксплуатацию и контроль за ней осуществляют органы Госнадзора. Для промышленных котлов разработаны обязательные требования по эксплуатации:

  • Обслуживание 2 раза в год.
  • Обязательна водоподготовка, фильтрация и умягчение.
  • Оборудование помещения котельной датчиками газа, пожарной сигнализацией и первичными средствами пожаротушения.
  • Все допущенные к управлению котлом лица проходят специальную подготовку.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором демонстрируется процесс чистки промышленных котлов на газу водогрейного типа.

Заключение

Выбирают котельное оборудование такого класса в соответствии с конкретными задачами и условиями эксплуатации. Правильный выбор типа котла и мощности поможет сэкономить на его обслуживании.

Паровые котельные

Паровые котельные применяются для получения насыщенного или перегретого пара, который выступает в качестве теплоносителя для нагрева воды (в системе горячего водоснабжения) и получения тепла (в системе отопления). Теплопроизводительность паровых котельных позволяет обслуживать как малые объекты потребления, так и крупные промышленные здания и сооружения.

Специалисты Завода ГазСинтез Ⓡ предлагают производство паровых котельных как низкого, так и высокого давления по индивидуальному заказу (до 12 МПа).

В качестве топлива паровые котельные могут использовать газ, дизельное топливо, мазут, уголь или другое твердое топливо. Для бесперебойной работы целесообразно применять котельные, которые могут эксплуатироваться в несколькими видами топлива в качестве резервного или аварийного.

Устройство и принцип работы паровых котельных

Работа паровых котельных основывается на применении паровых котлов. Их (котлы) вода заполняет лишь наполовину через подводящие трубопроводы. Подогреваясь до высокой температуры, вода испаряется, превращается в пар и поступает сначала в паровое пространство и далее к потребителю. Восполнение испарившейся воды производится системой подпитки.

Пар в котле может циркулировать двумя способами – естественным или принудительным. Принудительная циркуляция пара осуществляется за счет применения циркуляционных насосов.

Упрощенная тепломеханическая схема паровой котельной

Блочно-модульные паровые котельные

Завод ГазСинтез Ⓡ проектирует и производит блочно-модульные паровые котельные. Особенностью таких котельных является их здание, которое представляет собой один или несколько блок-модулей каркасного типа. Каркас отдельного блока представляет собой металлическую раму, обшитую сэндвич-панелями и утепленную. Количество блоков-модулей рассчитывается исходя из требуемой производительности паровой котельной, то есть от количества и мощности паровых котлов и состава оборудования.

Блочные паровые котельные обладают рядом преимуществ по сравнению с другими конструкциями паровых котельных:

  • полная заводская готовность блочных паровых котельных
  • мобильность модульных паровых котельных
  • простота транспортировки и монтажа блочных паровых котельных
  • возможность демонтажа паровой котельной и повторной ее установки на новом месте эксплуатации

Технические характеристики блочно-модульных паровых котельных производства Завода ГазСинтез Ⓡ

Наименование Значение
1 Тип размещения котельной стационарный, пристроенный
2 Внешняя обшивка модулей сэндвич-панели с возможностью утепления дополнительным слоем минеральной ваты
3 Тип используемого топлива газ, жидкое топливо, твердое топливо
4 Номинальная паропроизводительность от 100 кг пара/час
5 Тип горелок однотопливные, комбинированные
6 Степень автоматизации автоматический режим управления с выводом параметров работы на выносной диспетчерский пульт
7 Срок службы котельной 15 лет

Оборудование паровой котельной

Комплектность паровой котельной рассчитывается индивидуально, исходя из требований Заказчика к ее производительности.

Паровые котельные изготавливаются с автоматизированным управлением с выводом пульта управления на диспетчерский пульт, что не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала в здании котельной.

Основным оборудованием, обеспечивающим стабильную и надежную работу паровой котельной, является:

  • парогенератор или паровой котел
  • горелка (газовая, дизельная, твердотопливная – в зависимости от вида используемого топлива)
  • насосы (циркуляционные, сетевые, подпиточные и др.)
  • система водоснабжения
  • система водоподготовки
  • трубопроводы подачи воды
  • трубопроводы для подачи топлива
  • трубопроводы, раздающие пар
  • система сбора конденсата
  • электрооборудование
  • автоматизированная система КИПиА для контроля, регулирования и управления работой паровой котельной

Для жидкотопливных или твердотопливных паровых котельных должны быть предусмотрены резервуары или склады для хранения топлива, а также дымовая труба для выведения дымовых газов или сажи.

Габаритные чертежи паровой блочно-модульной котельной на примере ГазСинтез-П-2000

Расчет паровой котельной в Вашем городе

Для расчета паровой котельной, подбора необходимого оборудования и доставки до места эксплуатации, Вы можете:

  • связаться со специалистами Завода по телефону 8-800-555-4784
  • скачать Опросный лист на паровую котельную, заполнить его и прислать на электронную почту .

Специалисты Завода выполняют весь комплекс услуг для сдачи паровой котельной в эксплуатацию:

  • расчет паровой котельной и подбор оборудования
  • разработка проекта паровой котельной (проектирование паровой котельной)
  • изготовление паровой котельной в соответствии с требованиями государственных стандартов
  • доставка паровой котельной до места эксплуатации
  • строительно-монтажные работы (устройство фундамента и сетей)
  • пуско-наладка паровой котельной на строительной площадке

Все работы по проектированию и производству паровых котельных, выполняемые Заводом, сертифицированы и имеют соответствующие разрешительные документы.

Как работает паровой котел — назначение и типы

Пароводяной котел был изобретен в 19-м веке вместе с изобретением Томасом Ньюкоменом первого парового двигателя. Однако считается, что первым создателем и теоретиком получения полезного тепла из пара считается французский физик Дени Папен. Эти приборы сразу же начали активно использоваться во многих сферах промышленности и как один из самых эффективных способов отопления помещений дровами и движения паровозов.

Что такое паровой котел

Паровой котел – это устройство для производства насыщенного и перегретого водяного пара, находящегося в термодинамическом равновесии с водой. Температура пара, находящегося в первом состоянии – 100 градусов, а давление — 100 кПа. Параметры перегретого пара же достигают 500 градусов по Цельсию и до 25 Мпа. Давление воды в таких котлах, как, собственно, и давление пара, выше атмосферного. Объясняется это теплотой, выделяющейся при сгорании топлива, а также теплотой отходящих газов.

Котлы могут использовать энергию сжигаемого топлива, электроэнергию или принимать теплоту от других установок, утилизируя ее.

Преимущества и недостатки паровых котлов. Их особенности

Паровые котлы уже давно используются для различных частных и промышленных целей, в домах и на производствах. Объясняется это рядом преимуществ, которыми владеют агрегаты подобного рода:

  • Первое и самое главное преимущество заключается в быстром нагревании помещения, если агрегат используется для отопления. Системы их строения сконструированы таким образом, что они обладают высокой теплоотдачей. Это позволяет экономить топливо лучше, чем другие подобные аппараты.
  • Вода в состоянии пара становится очень легкой и способна подниматься на достаточно длинные расстояния, способствуя обогреву одним котлом нескольких этажей здания.
  • После остывания пар конденсируется и падает обратно в котел, что позволяет не использовать дополнительных систем подачи тепла.
Читать еще:  Газовая котельная в коттедже характеристика

Преимущества

Особенностью паровых котлов является то, что они совершенно безопасны для человека. Большинство современных установок работают полностью автоматизированно и не требуют вмешательства человека в процесс естественной генерации пара. Это означает, что для постоянной работы с ними не нужен человек. Установки, производимые по современным технологиям, подходят для работы в различных условиях. Они подходят для отопления небольших зданий и для подачи тепла большим помещениям. Следовательно, паровые котлы довольно практичны и могут применяться во многих местах, а стоят сравнительно дешево.

Обратите внимание! Еще одной особенностью парового котла является то, что для его установки не нужна покупка и установка дополнительных насосов и прочих перемещающих элементов, ведь пар двигается под воздействием собственного давления. Именно поэтому многие частные лица и предприниматели устанавливают в своих помещениях паровые котлы.

Недостатки

Преимущества не исключают недостатки, которые тоже имеются. Заключаются они в основном в очень высокой температуре отопительных приборов, что влечет за собой нужду в постоянной и своевременной замене труб и прочих конструкций. Более того, воздух в помещении, отапливаемом таким котлом, становится сухим и начинает активно циркулировать, доставляя дискомфорт и повышая шанс развития аллергии на пыль. Система пароотопления достаточно шумная из-за циркуляции пара. Если в промышленных помещениях это может не сыграть роли, но в частном доме доставит немало неудобств. Еще один недостаток тоже исходит от высокой температуры нагревательных элементов: не все строительные материалы переносят такой нагрев, а точнее, почти никакие.

Важно! Выбор отделки около генератора часто ограничивается цементной штукатуркой с последующей покраской термостойкими красящими материалами. Другие материалы плавятся, портятся и начинают испускать газы, дышать которыми небезопасно.

Назначение и сфера применения паровых котлов

Для определения назначения котла в первую очередь следует выделить помещение, в котором он используется: дом, паровая котельная, промышленность. В домашних целях и в котельных он чаще всего применяется для отопления помещения и подачи горячей воды. Установка в промышленных помещениях, цехах и заводах, помимо отопления, предполагает следующие цели:

  • очистка и стерилизация молока и прочих продуктов на фермах и заводах от нежелательных загрязнений, бактерий и микробов;
  • пропаривание кормов для скота и птицы, а также пропаривание круп;
  • обработка различных инструментов и деталей;
  • запуск и прогрев более мощных промышленных агрегатов.

Большинство сфер применения в производственных целях основано на особом действии пара.

Важно! Пар – особое средство очистки и стерилизации, и может использоваться для многих целей. Более того, вода в газообразном состоянии легко проходит по трубам, доставляя тепло в нужное место. Вследствие этого отпадает необходимость тратиться на дополнительные приборы.

Паровые котлы высокого давления применяются во многих отраслях промышленности, среди которых:

  • пищевая;
  • медицинская;
  • деревообработка;
  • целлюлозно-бумажная;

  • табачная;
  • теплоснабжающая;
  • производство строительных материалов и легкая промышленность.

Принцип работы парового котла и его устройство

В общем случае принципы работы паровых котельных и их устройство выглядят следующим образом. В верхней части самого котла расположен барабан, который соединяется с коллекторами, прикрепленными к нижней его части с помощью опускных труб, по которым поступает вода. Замыкание происходит с помощью подъемных труб. Они расположены как раз в зоне сгорания топлива, в отличие от опускных, необогреваемых напрямую. Вверх по трубам поступает смесь пара и воды. Когда она доходит до сепаратора, то разделяется на отдельные составляющие. Пар проходит дальше и попадает в паропровод, а вода опускается обратно в барабан и снова участвует в выработке и циркуляции пара под действием теплового эффекта.

Котлы подобного рода состоят из следующих элементов:

  • проводящего (магистрального) трубопровода, через который проходит пар;
  • нагревательного трубопровода, в котором происходит создание и нагревание пара;
  • запорного и регулирующего трубопровода для регулировки и перекрытия потока среды – в данном случае пара;
  • насосов для регулировки подачи парового потока;
  • устройства управления аппаратом;
  • электроники и автоматики для автоматизации работы аппарата.

Обратите внимание! В общем случае устройство котла предполагает наличие различного типа трубопроводов и сосудов для пара, жидкости и топлива.

Все элементы связаны между собой по принципу сварки или вальцовки. Современные аппараты содержат люки, позволяющие производить очистку барабанов и сосудов. Общее пространство внутри генератора делится на паровое и водяное. Заполнены они соответствующе.

Главной частью любого котла является топка, в которой происходит сжигание топлива. Чаще всего она представляет собой решетку из труб для твердого топлива, присоединенную к барабанам для циркуляции пара. Извне печь обшита огнеупорными материалами, которые изолируют тепло. Между самими трубами и обшивкой располагаются кирпичи, препятствующие появлению и задержке шлаков и золы на стенках топки.

Основные виды паровых котлов

Паровые котлы можно классифицировать по многим критериям, среди которых – вид топлива, предназначение, конструктивные особенности.

По виду топлива агрегаты делятся на:

  • твердотопливные;
  • жидкотопливные;
  • газовые;
  • газомазутные;
  • электрические.

В зависимости от применения агрегатов, их разделяют на:

  • бытовые, применяемые для отапливания помещений;
  • промышленные, применяемые для функционирования различных промышленных систем;
  • утилизационные, применяемые для утилизации вторичных ресурсов и мусора;
  • энергетические, применяемые для обеспечение работы турбин.

Наиболее часто паровые котлы разделяют по типу и конструктивным особенностям схемы. Согласно им агрегаты делятся на:

  • газотурбинные;
  • прямоточные;
  • водотрубные;
  • чугунные секционированные;
  • блочно-транспортируемые.

Газотурбинные аппараты считаются морально и физически старыми, хотя и используются на многих предприятиях. Их рабочее давление ограничивается 1 МПа, а выдаваемая ими мощность не превышает 350 Квт. Повышать эффективность такого котла невыгодно, так как придется потратить много денег.

Важно! При «разгоне» газотурбинного генератора следует, как уже было сказано, заниматься утолщением его стенок. В противном случае это может привести к взрыву. Котел будет уничтожен, а высвобождение пара такой температуры может привести к необратимым последствиям для людей. В любом случае следует читать инструкции и повышать мощность правильно.

Особенности

Особенностью прямоточного генератора парового газа является то, что он может работать как на пределе своей мощности, так и выше заявленного предела.

Конструкция такого парогенератора заставляет воду двигаться по трубам и проходить через топку, генерируя насыщенный пар.

Водотрубные котлы

Это самые современные из всех, применяющихся на производствах. Следовательно, они самые безопасные и мощные. Они имеют более сложные конструкции, которые обладают рядом очень важных преимуществ. Они заключаются в маленьком времени разогрева, минимальной взрывоопасности, легкой перестройке на другие режимы работы, легкой транспортировке.

Чугунные секционированные агрегаты

Они получили широкое применение в системах отопления помещений. Их название происходит из-за схожести с чугунными радиаторами отопления в квартирах. Такая конструкция позволяет легко собирать котел и демонтировать его. Мощность такого устройства увеличивается добавлением новых чугунных секций. Достоинствами такого рода устройств стали:

  • высокий КПД;
  • простое наращивание мощности;
  • быстрый разогрев.

Блочно-транспортируемые котлы

Применяются еще со времен Второй мировой войны. Сейчас они выглядят как мобильные парогенерационные центры небольших размеров. В своем составе имеют не только сам агрегат, но и специальную технику для измерения основных параметров и поддержания рабочих условий. Главным их преимуществом остается мобильность, так как они зачастую находятся в кабине специализированного транспортного средства.

Важно! Такого рода котлы очень легко запускаются в работу, но только после подключения всех основных параметров: воды, топлива и прочего. Мощность таких устройств может достигать нескольких тысяч кВт и давления пара в 9 Мпа.

Отзывы пользователей о паровых котлах

Валерий, 43 года (Казань):

«Несколько лет назад делал капитальный ремонт в своей загородном доме и решил заменить старую отопительную систему в виде печки на паровой котел. К сожалению, газоснабжение в поселке не предусмотрено, и люди используют газ в баллонах. Для отопления это было нецелесообразно и, рассмотрев доступные альтернативы, я остановился на выборе водотрубного парового котла. Критерием его выбора стала безопасность и относительная долговечность.

Все последующее время после установки котел работает без перебоев. Приятным преимуществом для его установки стала и возможность использования различных видов топлива для генерации пара. Недостаток тоже есть – сравнительно большой размер».

Василий, 35 лет (Нижний Новгород):

«После постройки нового дома встал острый вопрос о его отоплении, так как приближалась зима. Дом получился большой и была необходимость в мощной модели. Выбор пал на жаротрубный вариант парового котла, который обладает высокой производительностью. Установка прошла легко, так как нет необходимости вывода дымохода и вентилятора.

Обратите внимание! Недостатки проявились со временем: котел требует высокое качество воды или установки специального фильтра для ее очистки. К тому же котел достаточно сложен в работе. Прошел не один месяц до того, как я разобрался в особенностях его работы».

Все паровые машины так или иначе прошли испытание временем и в высшей степени проявили себя с наилучшей стороны. Несмотря на имеющиеся недостатки, это проверенный временем механизм, который находит свое применение в век атомной энергетики и полетов к другим планетам.

Паровые котлы: принцип работы и устройство

Паровым котлом называют устройство для превращения воды в пар, используемое как в быту, так и в промышленности. Пар применяется для обогрева помещений, аппаратов и трубопроводов, а также для вращения турбомашин. Давайте подробнее узнаем, что собой представляют паровые котлы. Принцип работы, устройство, классификация, сфера применения и многое другое – все это будет рассмотрено ниже.

Определение

Как вы уже поняли, паровой котел является агрегатом, производящим пар. При этом котлы такого типа могут давать пар двух видов: насыщенный и перегретый. В первом случае температура его составляет порядка 100 градусов, а давление – около 100 кПа. Температура перегретого пара поднимается до 500 градусов, а давление – до 26 МПа. Насыщенный пар используют в бытовых целях, в основном для обогрева частных домов. Перегретый пар нашел применение в промышленности и энергетике. Он хорошо переносит тепло, поэтому его использование в значительной степени повышает КПД установки.

Сфера применения

Выделяют три основные области применения паровых котлов:

  1. Отопительные системы. Пар выступает в роли энергоносителя.
  2. Энергетика. Промышленные паровые машины, или, как их еще называют, парогенераторы, используются для получения электрической энергии.
  3. Промышленность. Пар в промышленности используют не только для обогрева «рубашек» аппаратов и трубопроводов, но и для преобразования тепловой энергии в механическую и перемещения транспортных средств.
Читать еще:  Мини котельная в частном доме

Бытовые паровые котлы используются для отопления жилых помещений. Простыми словами, их задача состоит в подогреве воды и передвижении пара по трубопроводу. Такую систему часто обустраивают вместе со стационарной печью или котлом. Обычно бытовые приборы вырабатывают насыщенный не перегретый пар, которого вполне достаточно для решения возложенных на них задач.

В промышленности пар перегревают – продолжают греть после испарения с целью еще больше повысить температуру. К таким установкам предъявляют особые требования по качеству, так как при перегреве пара емкость рискует взорваться. Перегретый пар, полученный из котла, может идти на образование электричества или механическое движение.

Электрический ток с помощью пара образуется следующим образом. Испаряясь, пар попадает в турбину, где он, благодаря плотному потоку вращает вал. Таким образом, тепловая энергия переходит в механическую, а та, в свою очередь, преобразовывается в электрическую. Так работают турбины электростанций.

Вращение вала, которое возникает при испарении больших количеств перегретого пара, может передаваться непосредственно на мотор и колеса. Так в движение приводится паровой транспорт. В качестве популярных примеров работы парового двигателя можно привести парогенератор паровоза или же судовой паровой котел. Принцип работы последних довольно прост: при сжигании угля образуется тепло, которое нагревает воду и образует пар. Ну а пар, в свою очередь, вращает колеса, или в случае с судном, винты.

Паровые котлы: принцип работы

Рассмотрим более детально, как работаю такие котлы. Источником тепла, необходимого для подогрева воды, может выступать любой вид энергии: электрическая, солнечная, геотермальная, тепло от сгорания газа или твердого топлива. Пар, образующийся в процессе нагрева воды, представляет собой теплоноситель, то есть переносит тепловую энергию с места нагрева в место использования.

Несмотря на многообразие конструкций, принципиальное устройство и принцип работы паровых котлов не отличаются. Общая схема нагрева воды с ее последующим преобразованием в пар выглядит таким образом:

  1. Очищение воды на фильтрах и ее подача в резервуар для нагрева с помощью насоса. Резервуар, как правило, располагается в верхней части установки.
  2. Из резервуара, по трубам вода попадает в коллектор, расположенный, соответственно, ниже.
  3. Вода вновь поднимается вверх, только теперь не через трубы, а через зону нагрева.
  4. В зоне нагрева образуется пар. Под действие разности давлений между жидким и газообразным веществом, он поднимется вверх.
  5. Вверху нагретый пар пропускается через сепаратор, где он окончательно отделяется от воды. Остатки жидкости возвращаются в резервуар, а пар следует в паропровод.
  6. Если это не обычный котел, а парогенератор, то его трубопроводы дополнительно нагреваются. О способах их нагрева будет сказано ниже.

Устройство

Паровые котлы представляют собой емкость, в которой вода нагревается и образует пар. Обычно они выполняются в виде труб, различных размеров. Кроме трубы с водой, котел всегда имеет камеру для сгорания топлива (топку). Ее конструкция может варьироваться в зависимости от типа применяемого топлива. Если это дрова, или твердый уголь, то в нижней части топки устанавливается колосниковая решетка, на которую укладывают топливо. С нижней части колосников, в топочную камеру поступает воздух. А вверху топки обустраивают дымоход, который необходим для эффективной тяги – циркуляции воздуха и горения топлива.

Принцип работы паровых котлов на твердом топливе несколько отличается от устройств, в которых в качестве теплоносителя использован жидкий или газообразный материал. Во втором случае, топочная камера предполагает горелку, которая работает подобно горелкам бытовой газовой печи. Для циркуляции воздуха также используют колосниковую решетку и дымоход, ведь в независимости от вида топлива, воздух является важнейшим условием горения.

Горючий газ, полученный от сгорания топлива, поднимается к емкости с водой. Он отдает воде свое тепло и выходит через дымоход в атмосферу. Когда вода нагревается до температуры кипения, она начинает испаряться. Стоит отметить, что вода испаряется и ранее, но не в таких количествах и не с такой температурой пара. Испарившийся пар самостоятельно поступает в трубы. Таким образом, циркуляция пара и смена агрегатных состояний воды происходит естественным образом. Принцип работы парового котла с естественной циркуляцией предполагает минимальное вмешательство человека. Все, что нужно сделать оператору, это обеспечить стабильный нагрев воды и проконтролировать процесс с помощью специальных устройств.

В случае с электрическими котлами подогрев воды происходит проще. Она нагревается с помощью нагревательных элементов типа ТЭНов или выступает в роли проводника и нагревается по закону Джоуля-Ленца.

Классификация

Паровые котлы, принцип работы которых мы сегодня рассматриваем, могут классифицироваться по нескольким параметрам.

По виду топлива:

  1. Бытовые.
  2. Энергетические.
  3. Промышленные.
  4. Утилизационные.

Чем отличаются газо- и водотрубные паровые котлы

Принцип работы котлов основан на подогреве емкости с водой. Емкость, в которой вода переходит в парообразное состояние, как правило, представляет собой трубу или несколько труб. Приборы, в которых горючее обогревает трубы, поднимаясь вверх, называются газотрубными котлами.

Но есть и другой вариант – когда горючий газ перемещается по трубе, расположенной внутри емкости с водой. В таком случае водные емкости называются барабанами, а сам котел – водотрубным. В обиходе его также называют огнетрубным котлом. В зависимости от расположения водных барабанов, котлы такого типа подразделяют на: горизонтальные, вертикальны и радиальные. Также встречаются модели, в которых реализованы разные направления труб.

Устройство и принцип работы огнетрубного парового котла несколько отличается от газотрубного. Во-первых, это касается размера труб с водой и паром. У водотрубных котлов трубы менее габаритны, чем у газотрубных. Во-вторых, имеют место различия по мощности. Газотрубный котел дает давление не более 1 МПа и имеет теплообразующую способность до 360 кВт. Причиной тому являются крупные трубы. Чтобы в трубах образовывалось достаточно пара и давления, их стенки должны быть толстыми. Как результат – цена таких котлов завышена. Водотрубный котел мощнее. Благодаря тонким стенкам труб, пар нагревается лучше. И в-третьих, водотрубные котлы безопаснее. Они производят высокую температуру и не боятся значительных перегрузок.

Дополнительные элементы котлов

Принцип работы парового котла довольно прост, тем не менее его конструкция состоит из довольно большого количества элементов. Кроме топочной камеры и труб для циркуляции воды/пара, котлы оснащаются устройствами для повышения их эффективности (увеличение температуры пара, его давления и количества). К таким устройствам относят:

  1. Пароперегреватель. Служит для повышения температуры пара выше 100 градусов. Перегревание пара повышает экономичность аппарата и его коэффициент полезного действия. Перегретый пар может достигать температуры в 500 градусов по Цельсию. Столь высокие температуры имеют место в паровых установках атомных станций. Суть перегрева состоит в том, что после испарения идущий по трубе пар подвергается повторному нагреву. Для этого аппарат может оснащаться дополнительной топочной камерой или простым трубопроводом, который, прежде чем вывести пар на целевое использование, несколько раз проходит через основную топку. Пароперегреватели бывают радиационными и конвекционными. Первые работают в 2-3 раза эффективнее.
  2. Сепаратор. Служит для «осушения» пара – отделения его от воды. Это позволяет увеличить КПД установки.
  3. Паровой аккумулятор. Данное устройство создано для поддержания постоянного уровня выхода пара из установки. Когда пара не хватает, оно добавляет его в систему и, наоборот, отбирает в случае переизбытка.
  4. Подготовительное устройство для воды. Чтобы аппарат работал дольше, вода, попадающая в него, должна отвечать специфическим требованиям. Данное устройство снижает количество кислорода и минералов в воде. Эти несложные меры позволяют предотвратить коррозию труб и образование на их стенках накипи. Ржавчина и накипь не только снижают эффективность аппарата, но и быстро приводят его в негодность, особенно в случае активного использования.

Контрольные устройства

Кроме того, котел оснащается вспомогательными устройствами для контроля и управления. К примеру, сигнализатор предельных уровней воды следит за поддержанием постоянного уровня жидкости в барабане. Принцип работы сигнализатора предельных уровней парового котла основывается на изменении массы специальных грузов во время их перехода из жидкой фазы в парообразную, и наоборот. В случае отклонения от нормы он подает звуковой сигнал для оповещения сотрудников предприятия.

Для позиционного регулирования уровня воды также используется уровнемерная колонка парового котла. Принцип работы устройства основан на электропроводности воды. Колонка представляет собой трубку, оснащенную четырьмя электродами, контролирующими уровень воды. Если водяной столб достигает нижней отметки, подключается питательный насос, а если верхней – питание котла водой останавливается.

Еще одним простейшим устройством для измерения уровня воды в паровом котле служит водомерное стекло, встроенное в корпус аппарата. Принцип работы водомерного стекла парового котла прост – оно предназначено для визуального контроля уровня воды.

Кроме уровня жидкости, в системе с помощью термометров и манометров замеряют температуру и давление соответственно. Все это необходимо для нормального функционирования котла и предотвращения возможности возникновения аварийных ситуаций.

Парогенераторы

Мы уже рассмотрели принцип работы парового котла, теперь кратко познакомимся с особенностями парогенераторов – наиболее мощных котлов, оборудованных дополнительными устройствами. Как вы уже поняли, главное отличие парогенератора от котла состоит в том, что его конструкция включает один или несколько промежуточных пароперегревателей, что позволяет достичь высочайших температур пара. На атомных электростанциях, благодаря очень горячему пару, преобразуют энергию распада атома в электрическую энергию.

Существует два основных способа нагрева воды и переведения ее в газообразное состояние в реакторе:

  1. Вода омывает корпус реактора. При этом реактор охлаждается, а вода нагревается. Таким образом, пар образуется в отдельном контуре. В таком случае парогенератор выполняет функции теплообменника.
  2. Трубы с водой проходят внутри реактора. В этом варианте, реактор является топочной камерой, с которой пар подается непосредственно на электрогенератор. Эта конструкция называется кипящим реактором. Здесь все работает без парогенератора.

Заключение

Сегодня мы с вами познакомились с таким полезным прибором, как паровой котел. Устройство и принцип работы этого аппарат довольно просты и основаны на банальных физических свойствах воды. Тем не менее паровые котлы в значительной степени облегчают жизнь человека. Они согревают здания и помогают вырабатывать электричество.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector