Что входит в паровой котёл?

Паровой котел – это давно существующее изобретение, которое все еще широко применяется в промышленности. Например, на электростанциях, где он является важной частью процесса производства электроэнергии. Паровые котлы также устанавливаются во всех котельных заводах и фабриках. Однако в бытовых условиях их применение стало редкостью, так как они были заменены более безопасными и энергоэффективными водяными котлами.

Классификация паровых установок

Существует несколько категорий, по которым происходит классификация. Основными являются три категории.

Водотрубные

Они обладают более высокой скоростью превращения воды в пар по сравнению с газотрубными системами. У них также повышенный коэффициент эффективности благодаря особенностям конструкции устройства. Фактически, это корпус, внутри которого находится большое количество труб. Вода перемещается по трубам, а между ними сгорает топливо.

При высокой температуре вода превращается в пар. А так как труб много, то соответственно и площадь нагрева у них больше. И чем больше труб в котле, тем интенсивнее происходит переход жидкости в парообразное состояние.

Водотрубные паровые котлы делятся на две подгруппы:

прямоточные;
барабанного типа.

Первые – это конструкции трубного типа, о которых было сказано выше. Вторые представлены на рынке двумя позициями – горизонтальные и вертикальные. Но принцип действия устройства этого типа одинаков.

В его конструкции присутствует барабан, который не только собирает в себе пар, но и отделяет от него конденсат. Последний отправляется в зону нагрева, то есть снижаются потери воды.

Чтобы получить высокотемпературный сухой пар в промышленности последовательно устанавливают несколько котлов барабанного типа. И такой пар можно сжимать до максимального давления, что необходимо во многих технологических процессах.

Котлы этого типа делятся на две позиции – энергонезависимые и циркуляционные. Отличаются они друг от друга отсутствием или наличием циркуляционного насоса соответственно. Присутствие последнего увеличивает КПД установки. Все дело в том, что за один оборот воды в котле испаряется 10% ее объема. То есть, чтобы испарился весь объем, потребуется как минимум 10 оборотов.

При самотечном движении это займет много времени, отчего упадет КПД. Циркуляционный насос перемещает жидкость быстро, за тот же промежуток времени будет проведено больше оборотов. А значит, полный объем воды быстрее превратится в пар.

Но в котлах барабанного типа к насосу обязательно устанавливается регулятор уровня конденсата. Место установки – пароотделитель. Его задача – контролировать объем образующегося конденсата.

К примеру, если его образуется мало, снижаются технические характеристики паровой установки. Если его образуется много, то это приводит к падению давления внутри агрегата. Последствия – быстрое вскипание и взрыв.

Пароотделитель – это труба большого сечения, напоминающая барабан. Отсюда и название котла. В этой трубе происходит сбор воды, насыщенной паром. По сути, два процесса (нагрев жидкости и парообразование) происходят раздельно друг от друга. Отсюда и высокая безопасность эксплуатации оборудования этого типа.

Газотрубные

Конструктивно это котел, внутри которого вокруг топки располагаются трубы большого диаметра. В них перемещаются горячие газы, а между ними протекает вода. То есть это противоположность водотрубным аналогам. Газотрубные установки производят высокотемпературный пар, который чаще используется в утилизационных процессах.

У газотрубного парового котла есть один существенный недостаток – высокое давление конечного продукта. Последний находится в агрегате в большом количестве. Именно это становится причиной снижения безопасности эксплуатации установки. Поэтому котлы снабжают дорогой и сложной системой безопасности. К тому же и корпус, и трубы изготавливаются из толстой стали, что увеличивает стоимость оборудования.

Ярким представителем газотрубного вида является паровозный котел.

Устройство горизонтального паровозного котла

Обе установки (водотрубные и газотрубные) могут вырабатывать пар разного типа:

насыщенный;
перегретый водяной.

Первый – это среда, которая образуется при температуре +100°С. Она охлаждается быстро с образованием конденсата, который заново поступает в зону нагрева. Такие установки используют для бытового обеспечения отопления. Давление в паровом котле этого типа не превышает 100 КПа.

Второй – это среда, получаемая при температуре +500°С. Поэтому в ней никогда не образуются водяные взвеси и капли. При постепенном разогреве вода образовываться может, но для этого в конструкции установки смонтирован сепаратор.

Научно-технический прогресс не стоит на месте. Сегодня производители предлагают водотрубные установки, которые по КПД и безопасности не отличаются от газотрубных. Во-первых, их обшивают теплоизоляционным материалом. Во-вторых, изнутри обкладывают ИК-материалом, который выполняет функции отражателя тепловой энергии.

А так как водотрубные аппараты в несколько раз дешевле барабанных, плюс эксплуатация их проста, то сегодня их популярность и востребованность резко выросла.

КПД вырастает и за счет новейших стальных сплавов, из которых изготавливают детали аппаратов. Также была внедрена новая технология нагрева, где используется два факела, расположенных друг против друга. Технология так и называется “на встречных факелах”.

С их помощью температура нагрева достигает 1800-1900°С. Обычно она не превышает 1200°С. Соответственно КПД таких установок составляет не менее 90%.

Бытовые котлы

К этим агрегатам сегодня большой интерес. Но и требования к ним немалые:

компактность;
небольшой вес, чтобы не заливать под него фундамент;
высокий коэффициент безопасности;
возможность обслуживания неквалифицированным персоналом;
минимальное время запуска и нагрева.

Сегодня производители предлагают два вида бытовых установок – змеевиковый, он же классический, вихревой рубашечный.

Первый – это одна труба, свернутая в спираль. По ней и перемещается вода, превращаясь в пар. Паропроизводительность оборудования небольшая. Но в данном случае это играет не самую главную роль, ведь бытовой котел должен выдавать низкопотенциальный пар.

Эффективность работы тоже невелика, но это исправляется путем частого расположения спиралей. Зато такой котел – рекордсмен по времени нагрева – 3 минуты после включения факела.

Второй – это совершенно уникальное устройство парового котла. Корпус из двух обечаек, между которыми пропускается вода. Внутри располагается топка, факел же при горении закручивается по спирали, увеличивая теплоотдачу. Никаких труб.

вертикальное расположение, отсюда повышенная компактность;
эффективность, как у барабанных;
время нагрева – 5 минут.

оборудование дорогое;
конструкция сложная;
энергозависимость полная – воздуходувка, без которой агрегат не работает, требует подачи электричества.

Технологическое применение котловых паровых установок

Существует несколько отраслей, где паровые котлы применяются постоянно:

На многих производствах паровые котлы – неотъемлемая часть технологии. Здесь и дезинфекция, и сушка пищевых продуктов, кулинарная обработка, консервация, прочее.

Утилизация отходов газообразного типа тоже предполагает применение паровых установок. Они в этом процессе выступают в роли охладителей. Такой котел отбирает тепловую энергию у газов, выходящих, к примеру, из печей с высокой температурой.

Принципы работы и устройство

Главное их назначение – изменение физического состояния воды, то есть перевод из жидкого в газообразное с требуемыми параметрами. Процесс протекает таким образом:

котел заполняется водой самотеком или при помощи насоса;
включается система нагрева;
начинается образование пара;
уровень жидкости постепенно снижается, доходя до минимальной отметки;
датчик уровня реагирует и включает насос;
вода заполняет трубы.

Можно сказать, что паровые котлы работают по цикличному принципу.

Основное требование к стальным изделиям – быть изготовленными из жаростойких сплавов. Только так можно достичь максимального уровня безопасной эксплуатации котельного оборудования.

Схема парового котла

Важная роль отведена системе безопасности. Это не только датчики температуры и давления. В систему входит механическая безопасность. В ее составе обратные клапаны, электрические задвижки, прочая запорная арматура. Такая двойная защита обеспечивает максимальную безопасность, особенно в тех случаях, когда электроника дает сбой. В это время все функции на себя берет механика.

К системе водоподготовки предъявляют особые требования. Вода должна соответствовать определенным нормативам. Эти нормы разные для прямоточных и барабанных агрегатов. В последних жидкость должна быть идеально чистой, практически дистиллированной. Ведь в таких аппаратах она никуда не исчезает. То есть заполнили котел один раз, и он будет работать много лет.

Если вода будет жесткой с примесями, то все трубы через некоторое время забьются отложениями, ржавчиной. Уменьшается их диаметр, снижается теплопроводность, что приводит к снижению КПД. Пар будет не таким, который нужен (температура, влажность).

При всей своей сложной конструкции и низкой безопасности паровые котлы все еще востребованы. Особенно на судах, в технологии электростанций, заводах, где требуются высокие температуры теплоносителя. Поэтому производители делают все, чтобы увеличить безопасность эксплуатации, снизить себестоимость оборудования, сложность обслуживания.

Рассмотрим устройство парового котла с естественной циркуляцией (рис.22). Основными рабочими элементами парового котла являются поверхности нагрева, которые представляют собой металлические трубчатые поверхности, омываемые с одной стороны горячими дымовыми газами, а с другой стороны ? водой, пароводяной смесью, паром, воздухом.

Экономайзер (11, 12) ? это трубчатая поверхность нагрева, которая служит для подогрева горячими дымовыми газами питательной воды, подаваемой в котёл питательным насосом. Фактически экономайзер является теплообменным аппаратом.

Питательная вода по трубопроводу (13) подаётся из экономайзера в барабан котла (1), из которого котловая вода, перемешанная с питательной, направляется по опускным трубам (9) на питание испарительных поверхностей нагрева, которые называются топочными настенными экранами (7).

В экранных трубах происходит частичное испарение воды, а в барабане пароводяная смесь разделяется на воду и пар. Таким образом, в барабане имеется водяное (2) и паровое (3) пространства.

Рис.22 Схема устройства парового котла с естественной циркуляцией.

В экранных трубах происходит частичное испарение воды, а в барабане пароводяная смесь разделяется на воду и пар. Таким образом, в барабане имеется водяное (2) и паровое (3) пространства.

Условная поверхность, отделяющая паровое пространство от водяного, называется зеркалом испарения.

Уровень воды в барабане котла измеряется системой водоуказательных приборов, который поддерживается постоянным при данной нагрузке. Различают два крайних по высоте уровня воды в барабане: низший и высший. Низший уровень воды определяется опасением оставить опускные трубы и их экраны без воды, а высший уровень устанавливается так, чтобы влажность пара не превышала допустимых значений, то есть пар не содержал большого количества капель воды.

Объём воды между предельными уровнями называется запасом питания.

Вода в барабане, замыкая цикл, снова поступает в опускные трубы (9) и нижние коллекторы (10). В барабане пар является насыщенным. Насыщенный пар проходит внутрибарабанные сепарационные устройства, оставляя в барабане часть влаги с примесями, и направляется по паропроводу (14) на перегрев в пароперегреватель.

Барабан котла является самым сложным, металлоёмким и дорогим узлом. В барабане осуществляются сбор и раздача рабочей среды, обеспечение запаса воды в котле, разделение пароводяной смеси на воду и пар, а также поддержание концентрации примесей в котловой воде, а, следовательно, качество пара.

Испарительная поверхность парогенератора ? это трубчатая поверхность нагрева, в которой осуществляется испарение воды за счёт теплоты дымовых газов. Дымовые газы передают теплоту поверхностям нагрева за счёт лучеиспускания газов (в этом случае поверхности нагрева называются радиационными) и конвекцией, то есть непосредственного контакта с газами (в этом случае поверхности нагрева называются конвективными).

Все энергетические парогенераторы оборудуются экранами, то есть поверхностями нагрева, которые располагаются на стенах топочной камеры (4), конвективных газоходов (24). Топочные экраны ограждают стены парогенератора от воздействия высоких температур в топке.

Пароперегреватель ? это трубчатая поверхность нагрева, которая служит для подогрева пара выше температуры насыщения за счёт теплоты, переданной конвекцией или комбинированно: радиацией в топке и конвекцией в газоходах в зависимости от их места размещения в котле. Пар в перегревателе проходит последовательно потолочный перегреватель (29), ширмы (30), затем первый контур конвективного перегревателя (15) и второй контур конвективного перегревателя (17). Между ними расположен пароохладитель (16), впрыскивающий питательную воду для поддержания необходимой постоянной температуры перегрева пара. После пароохладителя перегретый пар поступает по паропроводам в турбину.

Ширмы представляют собой плоские трубчатые полурадиационные поверхности, а почему полурадиационные, так они же расположены в верхней части топки, где теплопередача идёт лучеиспусканием и одновременно конвекцией. А правая часть котла называется конвективной шахтой, где тепло передаётся только за счёт конвекции.

Конвекцией называется распространение теплоты в среде с неоднородным распределением температуры, осуществляемое макроскопическими элементами жидкости при её перемещении. Такое распространение теплоты может происходить только в жидкостях и газах, частицы которых легко перемещаются в пространстве. Распространение теплоты конвекцией всегда сопровождается теплопроводностью, то есть молекулярным переносом теплоты.

Теплообмен, обусловленный совместным действием конвективного и молекулярного переноса теплоты, называется конвективным теплообменом. Конвективный теплообмен между движущейся жидкостью и поверхностью её раздела с другой жидкостью называется теплоотдачей.

В данной схеме парогенератора имеется вторичный промежуточный перегрев пара, осуществляющийся во вторичном промежуточном пароперегревателе (31), который служит для повышения температуры пара, отработавшего в корпусе высокого давления турбины. Перед пароперегревателем установлен фестон (8), который является испарительной поверхностью, образованный из разрежённого в верхней части топки котла заднего экрана.

Фестон предназначен для организации свободного выхода из топки (4) топочных газов в поворотный горизонтальный газоход (23).

Топочная камера парогенератора предназначена для сжигания органического топлива, частичного охлаждения продуктов сгорания за счёт передачи теплоты топочным экранам и выделения из продуктов сгорания золы. Топочная камера (4) имеет на фронтовой стене ряд круглых пылеугольных горелок (5), к которым из системы пылеприготовления подведено топливо с первичным воздухом (6) и вторичным горячим воздухом (20).

Первичный и вторичный воздух нагреваются в воздухоподогревателе (18, 19), и по воздуховоду (21) часть воздуха , который называется первичным, направляется на сушку и транспорт пыли.

Дутьевой вентилятор (28) забирает тёплый воздух из-под крыши котельной (27) и подаёт его на подогрев в воздухоподогреватель.

В нижней части топки предусмотрена система твёрдого золошлакоудаления, которая состоит из холодной воронки (32), шлаковой шахты (25) и канала гидрозолошлакоудаления (26).

Дымовые газы после воздухоподогревателя направляются в золоуловитель, а от него к дымососу, затем через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу при температуре уходящих газов 120?160 0 С.

Данный парогенератор имеет со стороны дымовых газов систему под разрежением (или ещё её называют системой с уравновешенной тягой), которую создают совместным действием дымосос и дутьевой вентилятор. При этом дутьевой вентилятор (28) создаёт разрежение (0,001?0,003 МПа) в воздушном подогревателе, в воздуховодах (20) и горелках (5).

Так как частички золы, содержащихся в уходящих газах обладают абразивным свойством, то дымосос из соображения уменьшения эрозии лопаток устанавливается после золоуловителей и создаёт разрежение, начиная с топки и кончая самим дымососом (до 0,004 МПа). Однако имеется и более простая система под наддувом 0,002?0,006 МПа, создаваемый работой только дутьевой установки от всаса (27) и вплоть до дымовой трубы.

Дутьевой вентилятор, дымососов, питательный насос, устройства пылеприготовления, золоулавливания, шлакозолоудаления и золоочистки являются вспомогательным оборудованием, обеспечивающим работу парогенератора.

Котёл с внешней стороны имеет наружное ограждение, которое называется обмуровкой (22) и включает в себя обшивку из стального листа толщиной 3?4 мм со стороны помещения котельной, вспомогательный каркас, огнеупорную обмуровку, тепловую изоляцию толщиной 50?200 мм. Основное назначение обмуровки и обшивки заключается в уменьшении тепловых потерь в окружающую среду и обеспечения газовой плотности.

Каждый парогенератор снабжается гарнитурой и арматурой. К гарнитуре относятся все приспособления и устройства ? лючки, лазы, гляделки, шиберы, обдувочные устройства и т.д. К арматуре ? все приборы и устройства, связанные с измерением и регулированием воды и пара (манометры, термопары, водоуказатели, задвижки, вентили, предохранительные и обратные клапаны и т. д. Конструкция котла опирается на стальной несущий каркас, основными элементами которого являются стальные балки и колонны.

Парово?й котёл стационарный, устройство для преобразования непрерывно поступающей воды (питательной воды) в насыщенный или перегретый пар с давлением выше атмосферного за счёт теплоты , выделяющейся при горении органического топлива , а также теплоты отходящих газов высокотемпературных печей или газотурбинных установок .

Историческая справка

Промышленное применение паровых котлов началось на рубеже 17–18 вв. в связи с бурным развитием горнозаводской и угледобывающей промышленности, внедрением в производство прядильных , ткацких машин и других. Одним из первых считают паровой котёл Д. Папена, предложенный им в 1680 г. Простейший паровой котёл, производящий насыщенный пар низкого давления, – цилиндрический горизонтальный котёл (барабан), имеющий топку с решёткой, на которой сжигался сортированный кусковой уголь, а воздух для горения поступал снизу через решётку. Новым видом парового котла стали водотрубные котлы, в которых тепловоспринимающая поверхность выполнена в виде большого количества труб малого диаметра (60–80 мм), находящихся непосредственно в потоке горячих газов (экранные трубы). В результате значительно возросли паропроизводительность котла и давление насыщенного пара: бо?льшая доля тепла газов использовалась полезно на нагрев и испарение воды. Дальнейшим развитием типов паровых котлов стало создание прямоточных котлов. Такой паровой котёл не имеет барабана, в нём вода, пароводяная смесь и пар (называемые вместе рабочей средой) последовательно проходят все поверхности нагрева котла. В отличие от парового котла барабанного типа, прямоточные котлы могут работать и при сверхкритическом давлении рабочей среды, при котором нет процесса испарения и исключаются явления сепарации пара от воды, т. е. нет необходимости в барабане-сепараторе. В целях непрерывного отвода тепла и обеспечения нормального температурного режима поверхностей нагрева рабочая среда внутри труб движется непрерывно.

Классификация паровых котлов

По принципу организации движения рабочей среды различают паровые котлы барабанные – с естественной или многократно-принудительной циркуляцией и прямоточные – с принудительным движением по всему тракту (таблица). По параметрам теплоносителя («выходному продукту») разделяют паровые (предназначены для производства пара) и водогрейные (для нагрева воды под давлением в основном для теплоснабжения городской и районных котельных и ТЭЦ ) котлы. По назначению – энергетические (вырабатывают перегретый пар, используемый в паровых турбинах для выработки электрической энергии); промышленные (вырабатывают насыщенный пар для технологических нужд; например, в химической, деревообрабатывающей промышленности, в сельском хозяйстве ); отопительные (производят пар или горячую воду), котлы-утилизаторы . По давлению пара – докритические, критические, сверхкритические. По типу применяемого топлива – газовые, жидкотопливные (дизельные), двухтопливные (газомазутные), на твёрдом топливе (для промышленных котлов, в основном уголь). Котлы различаются также по способу сжигания топлива (слоевое сжигание, факельное, в кипящем слое). По фазовому состоянию выходящего из топки шлака – с твёрдым и жидким шлакоудалением. По виду газовоздушного тракта – с естестественной тягой, с наддувом.

Классификация паровых стационарных котлов

Давление пара, МПа

Температура перегретого пара, °С

Температура вторичного перегрева пара, °С

Барабанный котёл с естественной циркуляцией промышленного назначения

Барабанный котёл с естественной циркуляцией для электростанций

Барабанный котёл с промежуточным перегревом пара

Прямоточные котлы на сверхкритическое давление пара

Конструкция паровых котлов

Основные конструктивные элементы парового котла: топочная камера (топка), где сжигается топливо и образуются дымовые газы (продукты сгорания), а также частичное их охлаждение за счёт нагрева экранных труб; газоходы с высокотемпературными газами; поверхности нагрева из труб (топочные настенные экраны, пароперегреватель , водяной экономайзер, воздухоподогреватель ); обмуровка, отделяющая потоки высокотемпературных газов от окружающей среды и снижающая тепловые потери от наружного охлаждения; металлический каркас, воспринимающий нагрузку от всех элементов парового котла. Высота парового котла достигает 100 м.

Паровой котёл вместе с совокупностью оборудования, обеспечивающего его работу, называется котельной установкой. В её состав, кроме самого парового котла, входят: оборудование топливоприготовления; тягодутьевая установка; устройства удаления шлака из парового котла и золоулавливания в газовом тракте; питательные насосы , регулирующие устройства водопарового тракта, системы управления и защиты парового котла; изоляция коллекторов , труб и других элементов котельной установки (за пределами стен котла) с высокой температурой. Питательная вода проходит химическую и термическую очистку в системе водоподготовки, где удаляется основная масса примесей. Оставшееся количество примеси (10–6 г/дм3 воды) и продукты коррозии металла поступают в паровой котёл, где образуют твёрдые отложения внутри экранных труб, что может привести к аварии парового котла (например, к резкому росту температуры стенки трубы вплоть до её разрыва). Часть примеси уносится паром дальше по тракту (например, в паровую турбину).

Рис. 1. Схема котельной установки с барабанным паровым котлом. Рис. 1. Схема котельной установки с барабанным паровым котлом. В барабанном паровом котле образование насыщенного пара происходит в контуре естественной или принудительной циркуляции (барабан – опускные трубы – обогреваемые подъёмные трубы – барабан). Полученный насыщенный пар отделяется от воды в верхнем барабане-сепараторе и направляется в пароперегреватель, в котором образуется перегретый пар. Питательная вода в барабан поступает из экономайзера , подогретая до температуры, близкой к температуре кипения. Воздухоподогреватель обеспечивает нагрев воздуха до 250–350 °C перед поступлением его в зону горения. В контуре циркуляции за счёт непрерывного испарения воды происходит повышение концентрации примесей, что способствует образованию внутритрубных отложений. Солевой баланс котла обеспечивается путём вывода небольшой части котловой воды с высокой концентрацией примесей из барабана (продувка котла).

В прямоточном паровом котле нагрев и испарение воды осуществляются в топочных экранах за один проход рабочей среды по тракту. Движение среды в трубных панелях обеспечивается давлением питательного насоса (с более высокими скоростями, чем при естественной циркуляции). В связи с этим настенные трубные панели располагают различным образом (вертикально, горизонтально, наклонно) с позиции удобства конструктивного выполнения, обеспечения надёжного температурного режима труб и уменьшения гидравлического сопротивления. Примеси, содержащиеся в поступающей в паровой котёл воде, не могут быть выведены продувкой, поэтому питательная вода такого парового котла проходит глубокое обессоливание.

Первые отечественные прямоточные котлы созданы Л. К. Рамзиным в 1933 г. С 1960-х гг. прямоточные паровые котлы для энергоблоков мощностью 300, 500, 800 МВт и больше производятся с расчётом на сверхкритическое давление пара (25 МПа) и обеспечивают значительную часть выработки электроэнергии на ТЭС. Для повышения экономичности паросиловой установки в паровом котле применяют вторичный (промежуточный) перегрев пара. Поддержание заданной температуры пара основного и вторичного перегрева обеспечивают регулирующие устройства – поверхностные и впрыскивающие пароохладители.

Сжигание топлива в топочной камере бывает слоевое (на специальной колосниковой решётке), факельное во взвешенном состоянии в объёме топки или в кипящем слое. Слоевое сжигание используется в малых по производительности котлах промышленного и технологического применения. Со 2-й половины 20 в. разработан и применяется способ сжигания в кипящем слое для низкокачественных твёрдых топлив (уголь, торф и др.) и отходов производства (опилки, щепа и др.). В топках с кипящим слоем уменьшается выброс оксидов серы (в 8–10 раз) и оксидов азота (в 2–3 раза). Котлы с циркулирующим кипящим слоем производятся в разных странах в широком диапазоне паропроизводительности – до 1 тыс. т/ч. Подавляющее число работающих паровых котлов используют факельное сжигание топлив, при котором топливо и воздух для горения вводятся в объём топочной камеры через горелки. Схема прямоточного парового котла на сверхкритическое давление. Схема прямоточного парового котла на сверхкритическое давление. С его применением увеличилась тепловая мощность паровых котлов – мощные энергоблоки (500–1420 МВт) имеют факельное сжигание топлив. С конца 20 в. разрабатываются и строятся паровые котлы на сверхкритическое давление пара (28–35 МПа, температура 600–650 °C).

На рисунке показан прямоточный паровой котёл с факельным сжиганием природного газа и мазута, на сверхкритическое давление, паропроизводительностью 3950 т/ч для энергоблока 1200 МВт.

Ю. М. Липов, Ю. М. Третьяков

Опубликовано 22 сентября 2023 г. в 10:36 (GMT+3). Последнее обновление 22 сентября 2023 г. в 10:36 (GMT+3). Обратная связь

Паровой котел – изобретение старое, но в промышленности он используется до сих пор. К примеру, на электростанциях, где парообразующая установка является одним из основных элементов производства электроэнергии. Во всех котельных заводов и фабрик также установлены паровые котлы. В быту они сегодня применяются редко, потому что была проведена замена более безопасными и энергетически малозатратными водяными котлами.

Классификация паровых установок

Существует несколько шкал, по которым проводится классификация. Основные – это три шкалы.

Водотрубные

Они быстрее преобразуют воду в пар, чем газотрубные. У них выше коэффициент полезного действия за счет конструктивных особенностей агрегата. По сути, это корпус, внутри которого располагается большое количество труб. По трубам перемещается вода, а между трубами горит топливо.

Водотрубные паровые котлы делятся на две подгруппы:

прямоточные;
барабанного типа.

Газотрубные

Ярким представителем газотрубного вида является паровозный котел.

Обе установки (водотрубные и газотрубные) могут вырабатывать пар разного типа:

насыщенный;
перегретый водяной.

Бытовые котлы

К этим агрегатам сегодня большой интерес. Но и требования к ним немалые:

компактность;
небольшой вес, чтобы не заливать под него фундамент;
высокий коэффициент безопасности;
возможность обслуживания неквалифицированным персоналом;
минимальное время запуска и нагрева.

вертикальное расположение, отсюда повышенная компактность;
эффективность, как у барабанных;
время нагрева – 5 минут.

оборудование дорогое;
конструкция сложная;
энергозависимость полная – воздуходувка, без которой агрегат не работает, требует подачи электричества.

Технологическое применение котловых паровых установок

Существует несколько отраслей, где паровые котлы применяются постоянно:

Первая отрасль – теплоэнергетика. Паром отапливают большие цеха, к примеру в автомобильной промышленности. Паром нагревают до требуемой температуры воду, которую затем насосами гонят по теплотрассам к многоэтажным домам и другим объектам.
Вторая отрасль – энергетика. Здесь пар используется для вращения турбины, которая вырабатывает электрический ток.
Третья отрасль – производство строительных материалов. К примеру, паром сушат бетонные изделия.

Принципы работы и устройство

котел заполняется водой самотеком или при помощи насоса;
включается система нагрева;
начинается образование пара;
уровень жидкости постепенно снижается, доходя до минимальной отметки;
датчик уровня реагирует и включает насос;
вода заполняет трубы.

Можно сказать, что паровые котлы работают по цикличному принципу.

Строение

Паровые котлы состоят из основных и вспомогательных узлов и частей, плюс автоматика.

Если есть вопросы, задавайте их в комментариях. Понравилась статья – распространите ее в соцсетях, пусть и другие ознакомятся с темой. Сохраняйте ссылку в закладках.

С паровыми котлами (ПК) в быту сталкиваться приходится не так часто, как с водогрейными агрегатами. Но это не означает, что они не столь востребованы. Статья поможет разобраться с особенностями установок, поможет понять, как устроен паровой котел, принцип его функционирования, сферы использования.

Что это такое?

Так называется агрегат, вырабатывающий теплоноситель в виде пара путем преобразования воды в газообразную консистенцию способом испарения с нагревом или прямого подогрева до высоких температур. Методика парообразования зависит от тепловой схемы установки. Паровые котлы – категория разнообразных промышленных (большой мощности) и бытовых установок.

Идентифицировать паровые котлы и парогенераторы неправильно. Устройства во многом схожи, но есть и ряд отличий. К примеру, в паровом котле производится нагрев воды для получения пара, а в парогенераторе такое не предусмотрено. К примеру, к ним относится оборудование, дающее «холодный» пар. Подробнее об этом можно прочитать здесь – dzen.ru.

Сфера применения ПК:

Энергетическая отрасль. Паровые котлы активно используются в ТЭЦ. Вырабатываемый пар под давлением подается на турбину, обеспечивая вращение ее подвижных элементов.
Системы обогрева. Пар используется в контурах отопления, для обеспечения ГВС в сфере ЖКУ, на производстве, в административных зданиях, подсобных строениях (отопление складских ангаров, гаражей, мастерских).
Промышленность (химическая, пищевая и др.). Пар необходим для ряда технологических операций. Одновременно паровой котел большой мощности служит и для отопления, обеспечения цехов, производственных циклов горячей водой.

Классификация паровых котлов

Паровые котлы классифицируют по нескольким признакам:

Вид тяги:

естественная;
принудительная (с использованием дымососа).

Давление:

от высокого до сверхкритического (от 3,9 до 22,5 МПа);
среднее, низкое и сверхнизкое (до 3,9 МПа).

Производительность:

малая (не свыше 25т/час);
средняя (30–160);
большая (160–250).

Вид топлива:

жидкое (мазут или дизельное);
твердое (как правило, уголь или торф);
газообразное (магистральный газ);
электричество.

Выбор топлива определяют особенности горелки парового котла. Агрегаты с камерной универсальной топкой способны работать с разными видами горелок (для газа, жидкого топлива).

Паровая схема

Рассмотрим информацию о том, какой может быть схема парового отопления и какие их разновидности встречаются:

Водотрубная

Факел находится между труб, по которым перемещается вода. Устройство и работа таких паровых котлов эффективнее. Чем больше площадь нагрева (количество труб), тем быстрее жидкость переходит в газообразное состояние. Агрегаты этого типа подразделяются на подгруппы:

Прямоточные паровые котлы

Сконструированы на основе системы труб. Вода преобразуется в газообразную субстанцию постепенно. В «зоне перехода» процесс заканчивается. Далее получившаяся «смесь» поступает в пароперегреватель. Его функция – повысить температуру до нужного значения. В зависимости от разновидности парового котла этого типа (низкого, среднего или высокого давления) агрегат может быть оснащен дополнительным (промежуточным) пароперегревателем. К примеру, для повышения температуры охлажденного теплоносителя, поступающего от турбины.

Паровые котлы барабанные

Агрегаты бывают вертикального или горизонтального типа. В барабане аккумулируется пар. Кроме того, отделяется конденсат, который подается в область нагрева. Такое решение повышает КПД, дает экономию воды, позволяет решать ряд технологических задач за счет максимально возможного повышения давления пара. Наличие водяной помпы приводит к дополнительному росту КПД.

Жаротрубная

Паровые котлы этой группы одни из самых востребованных агрегатов. Отличаются широкими возможностями переоснащения, надежностью, малыми габаритами, простотой конструкции, высоким КПД. Устройство показано на схеме.

Для ускорения нагрева воды при изготовлении теплообменников используются трубы малого сечения.

Принцип работы

Условия парообразования: t=115 град, давление – 0.06864655087 МПа (0,7 кгс/кв. см). Дымовые газы от сгорающего топлива нагревает проходящую по теплообменнику воду. Пар поступает в специальный аккумулятор, откуда подается потребителю. Продукты горения удаляются из парового котла через дымогарные трубы.

Такие агрегаты бывают двухходовыми или трехходовыми. Разница – в количестве проходов для дымовых газов. 2-х ходовые котлы проще в изготовлении, но их КПД ниже примерно на 3%.

Дымогарная

Этот класс паровых котлов – агрегаты бойлерной конструкции.

Дымогарные котлы отличаются от жаротрубных незначительно. Разница – в системе нагрева. У жаротрубных в качестве теплообменника используется трубная система, позволяющая пар перегревать. В дымогарных агрегатах парообразование происходит естественно, без перегрева.

Принцип работы

При сгорании топлива дымовые газы нагревают трубную решетку, и образующийся пар накапливается в области 5 (на схеме накопительный сосуд). В отличие от жаротрубного агрегата, число труб увеличено, но их диаметр меньше, как и толщина стенок. Увеличением размеров решетки можно повысить теплотехнические характеристики агрегата. Но при этом растут и габариты парового котла, что и накладывает ряд ограничений.

Схема котельной с ПК

Паровые котлы постепенно заменяются на водогрейные агрегаты. Там, где планируется использование ПК, предполагается установка оборудования низкого давления. Но паровые котлы этой категории способны дать потребителям пар и горячую воду в относительно небольших количествах.

Чтобы определить требуемые тип и характеристики монтируемых в котельной котлов, нужны технико-экономические расчеты. Как правило, котельные оснащаются одновременно и паровыми, и водогрейными устройствами. Причина в том, что тепловая нагрузка для приготовления горячей воды больше паровой. Если теплопроизводительность котельной свыше 50 Гкал/ч, одними паровыми котлами не обойтись.

Разница между паровым и водогрейным агрегатами

Некоторые из основных различий между водогрейными и паровыми котлами включают:

Агрегаты этих классов принципиально отличаются вырабатываемым «продуктом». Для парового котла таковым является пар, для водогрейного – горячая вода.
Котлы отличаются и принципом функционирования. В ПК получение пара достигается испарением, в водогрейных агрегатах реализован метод теплообмена.
В плане эффективности паровые котлы опережают водогрейные. Причина в отсутствии гидравлического сопротивления теплоносителю.
Имеются различия и в оснащении. К примеру, насосы устанавливаются на всех водогрейных котлах циркуляционного типа. В паровых агрегатах они отсутствуют. Но в них есть водомеры, а модели водогрейные такими приборами не комплектуются.
Требования по технике безопасности для паровых агрегатов намного жестче.
Конструкция ПК сложнее, что обуславливает необходимость более частого обслуживания.
Паровые котлы стоят дороже.
С точки зрения безопасности ПК проигрывают водогрейным котлам.

Можно ли переоборудовать паровой котел в водогрейный?

Это вполне возможно для агрегатов практически любого типа.

Порядок работы:

Связаться с заводом-изготовителем парового котла. Согласовать с проектировщиками детали, запросить техническую документацию (комплект чертежей и др.). Без этого модернизация парового котла с указанным заводским номером считается незаконной.
Заказать проект по переводу в водогрейный режим.
Получить экспертное заключение подразделения промышленной безопасности.
Непосредственно технологическими операциями по переводу парового котла должна заниматься профильная (специализированная) организация, имеющая соответствующие разрешительные документы государственного образца. По согласованию с заводом могут привлекаться его мастера.
Техническое освидетельствование агрегата после переоборудования. По результатам экспертизы в журнале выполненных работ делается соответствующая запись.
Подача заявки в отдел котлонадзора с предоставлением пакета документов о снятии агрегата с учета.

Плюсы перевода:

Увеличение эксплуатационного срока.
Повышение КПД (до 12%).
Снижения себестоимости тепловой энергии (до 20%).
Для паровых котлов барабанного типа упрощается обслуживание, ремонт.

Минусы перевода:

Высокое гидравлическое сопротивление.
Снижение стабильности работы. Нужное для работы давление 1–2 ати вызывает повышенное образование накипи, негативно отражается на циркуляции. При нарушении правил эксплуатации может вызвать пережог труб.
Довольно значительные затраты, вызванные необходимостью дополнительной очистки воды. Достигается установкой фильтров или дорогостоящей очистной системы. Если паровой котел прямоточный, придется изменять расположение поверхностей нагрева – секциями.

Техника безопасности при эксплуатации паровых котлов

При написании инструкций для обслуживающего персонала можно руководствоваться этими источниками.

Нормативные документы:

Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 МПа (0,7 кгс/см2), водогрейных котлов и водоподогревателей с температурой нагрева воды не выше 388 К (115 °С)

«Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок (утв. приказом Минэнерго РФ от 24 марта 2003 г. N 115)».

Сноски на инструкции по ТБ и полезные статьи:

Вывод

Паровой котел эффективен, если устройство, характеристики агрегата соответствуют его предназначению для решения конкретных задач. Остались вопросы? Пишите в комментариях.

Паровой котёл — это устройство для создания водяного пара высокой температуры.

Такое устройство является отличным источником тепла, производимый пар используется для обогрева помещений или работы турбомашин.

Промышленные парогенераторы применяются в паровом отоплении. Как правило, чаще всего отапливаются производственные площади (цеха, мастерские, подсобные помещения, гаражи).

Купить промышленный паровой котел можно в интернет-магазине «Энергомир» прямо сейчас по доступной стоимости.

Подобрать паровой котел

Принцип работы и устройство парового котла

Паровой котёл производит энергию на основе водяного пара. Конструкция промышленных паровых котлов и бытовых может отличаться, но все они используют одинаковый способ работы.

Работает паровой котел следующим образом:

В резервуар в верхней части котла с помощью электронасоса подается подготовленная вода. Затем вода по специальным отводным трубам стекает в коллектор, расположенный в нижней части устройства; от коллектора к верхнему резервуару идут еще одни трубы, которые проходят в зоне горения топлива (топке котла).

Таким образом, данное устройство для получения пара можно сравнить с системой сообщающихся сосудов, в которой нагретая смесь воды и пара имеет меньшую плотность, чем холодная вода. В результате этой разницы вода постоянно выталкивает пароводяную смесь в верхнюю часть устройства, где с помощью сепаратора пар отделяется от воды.

После этого вода снова попадает в резервуар, а пар – в паропровод, который также находится в зоне сгорания топлива. В результате вода, находящаяся в газообразном состоянии, разогревается еще больше, что приводит к значительному увеличению давления пара. Теперь характеристики пара достигли нужных параметров. Далее он может использоваться либо для отопления помещений, либо для других технических и технологических нужд, вращения турбин различных агрегатов, в том числе и для получения электрической энергии.

Таким образом, в паровом котле под давлением нагревается вода до кипения, образуется пар, который поступает в радиаторы отопления. Отдавая тепло, он охлаждается и превращается в воду, после чего возвращается обратно. Таким образом обеспечивается непрерывная циркуляция и выработка тепла. При этом радиаторы могут нагреваться до 100 С и выше.

Устройство парового котла изображено на схеме ниже:

Панель управления
Термостат для защиты от недостатка воды на стороне пара
Наддувная горелка
Пароотборный коллектор
Теплообменник
Термостат для защиты от недостатка воды на стороне дымовых газов
Изоляция

Применение промышленных парогенераторов и паровых котлов

В нашем интернет-магазине вы можете купить парогенератор для крупного промышленного предприятия, на сайте представлены высокопроизводительные модели с выработкой пара до 20 000 кг/час. Такое оборудование используется для:

для сушильных камер (например, для сушки пиломатериалов)

создания влажности (при производстве табачных изделий)

пропарки (тротуарной плитки на заводах)

стерилизации (медицинских инструментов)

чистки и стирки (в прачечных и химчистках)

Как выбрать паровой котел?

П ри выборе промышленного парогенератора в первую очередь следует учитывать следующие характеристики:

Если Вам нужно выбрать котел для производства пара, обратите внимание на мощность котла и размеры устройства, а также определится, на каком топливе Вы хотите купить паровой промышленный котел. Парогенератор может использовать в качестве топлива:

Газ
Твердое топливо
Жидкое топливо
Электричество

У каждого вида есть свои плюсы и свои минусы. Например, газовые котлы для производства пара отличаются экологичностью, но пожароопасны, поэтому при их применении необходима мощная вытяжка. Парогенераторы на твердом топливе – уголь или торфе – загрязняют окружающую среду, однако ресурсы для подобного устройства найти достаточно просто. Жидкотопливные паровые котлы используются тогда, когда отсутствует возможность использования электроэнергии. Электрические котлы для производства пара весьма распространены как в промышленности, так и в быту, так как гарантируют максимальную отдачу при минимальных затратах.

Если Вы решили приобрести парогенератор, мы предлагаем заказать промышленные паровые котлы ICI Cаldaie и Miura, которые могут работать на всех видах топлива – газе, газовом конденсате, дизеле, мазуте, печном топливе, сжиженном газе, сырой нефти.

Типы паровых котлов: какие бывают парогенераторы?

По конструкции:

Газотрубные (или жаротрубные) паровые котлы — в них газообразные продукты сгорания выходят по дымогарным и жаровым трубам, расположенным внутри емкостей с нагреваемой водой. Это котлы высокого давления, и их применение в современной теплоэнергетике допустимо до достижения тепловой мощности парового котла 360 кВт с рабочим давлением до 30 МПа.
Водотрубные паровые котлы — трубы с нагреваемой водой проходят внутри дымохода. Необходимость разработки водотрубных котлов возникла из-за необходимости увеличения производства и давления пара. Характеристики паровых котлов этого типа и конструкция водотрубных котлов отличается повышенной сложностью по сравнению с газотрубными, но они могут использоваться для получения мощности до 100 МВт и давления до 80 бар и легко транспортируются. Водотрубные в свою очередь бывают двух видов:

Прямоточные паровые котлы — в их конструкции обычно применяется змеевик, заполняемый теплоносителем с помощью питательного насоса. В таких котлах проходящий внутри испарительных труб теплоноситель продвигается один раз, после чего на определенном этапе переходит в газообразное состояние, а после этого направляется в пароперегреватель. Таким образом, движение теплоносителя является безвозвратным на промежутке между точками входа и выхода системы такого вида котла.
Барабанные паровые котлы — в основе их конструкции барабан, внутри которого вода и пар отделяются друг от друга, позволяют теплоносителю совершать многократное передвижение по своей системе. При работе такого вида котла, пар после отделения от пароводяной смеси направляется в пароперегреватель, а вода тем временем снова движется в трубы, после чего в обогреваемом участке подъемных труб превращается в пар.

По паропроизводительности:

Наиболее важный критерий при выборе парового котла – это его производительность, то есть количество пара, генерируемого в установленный промежуток времени. В зависимости от этого показателя это оборудование делится на 3 группы:

Маломощные: производительность пара составляет до 2 000 кг/час.

Среднемощные: до 16 000 кг/час.

Высокопроизводительные: начиная от 16 000 кг/час.

По давлению пара:

Паровые котлы низкого давления — давлением до 1 МПа (до 10 бар)
Паровые котлы среднего давления — давлением от 1 до 10 МПа (от 10 до 100 бар)
Паровые котлы высокого давления — давлением от 10 до 14 МПа (от 100 бар до 140 бар).
Котлы с давлением выше относят к сверхвысоким или критическим.

Если Вы не знаете, какой котел Вас выбрать, Вы можете позвонить или написать нашим специалистам. Они бесплатно помогут подобрать нужное оборудование и ответят на Ваши вопросы.

Если вы не нашли ответа на свой вопрос, пожалуйста, оставьте его в комментариях под статьей — и мы обязательно ответим вам.

Паровые котлы используется для получения водяного пара большого давления в производственных процессах, где применяется насыщенный пар.

Ключевая особенность паровых котлов – достаточно высокая производительность, малые теплопотери и экономичность.

Именно за счет таких свойств, паровые котлы приобрели популярность в различных производственных сферах и сфере сельского хозяйства.

Типы паровых котлов

Паровые котлы бывают 2 типов:

газотрубные;
водотрубные.

Газотрубные – все котлы, в которых высокотемпературные газы проходят внутри жаровых и дымогарных труб, отдавая при этом тепло воде, которая окружает трубы. К ним относятся жаротрубные, дымогарные, дымогарно-жаротрубные.

Целью испытаний водогрейных котлов является определение фактических эксплуатационных, теплотехнических и экологических показателей.
Схему водогрейной котельной смотрите тут.

В водотрубных котлах нагреваемая вода протекает по системе труб, при этом топочные газы омывают трубы снаружи. Газотрубные котлы опираются на боковые стенки топки, а водотрубные крепятся к каркасу котла или здания.

Конструкция

Паровой котёл – устройство, которое предназначено для выработки насыщенного пара. Такой котел может использовать в процессе своей работы энергию топлива, сжигаемого в топке котла, электроэнергию (в электрических котлах) или утилизировать теплоту, которая вырабатывается в специальных установках (котлы-утилизаторы).

Основные составляющие парового котла с инверсией пламени – цилиндрическая топка с омываемым днищем, в которой непосредственно происходит процесс горения и дальнейшая инверсия продуктов горения.

Дымовые газы поступают в трубный пучок фронтальной трубной доски, затем через заднюю трубную доску поступают в дымоход. Такая конструкция гарантирует незначительные термические и поверхностные нагрузки в камере сгорания.

Рассмотрим подробнее конструкцию паровых котлов.

Корпус котла состоит из цилиндрической обшивки, топки, днища котла, плоских трубных досок из качественной стали с расчетными объемами с учетом расчетного кода и действующими техническими условиями.

Все применяемые материалы имеют аттестационные сертификаты производителей с данными химических и механических анализов, результаты контрольных испытаний в производственных условиях.

Сварные соединения выполняются при помощи электрической дуговой сварки квалифицированным и аттестованным персоналом. Сварные швы дополнительно подвергаются обязательному контролю.

Дымогарные трубы, элементы трубного пучка изготовлены из качественной стали и приварены к трубным доскам. Это позволяет получить высококачественное соединения труб с фронтальной трубной доской и предупредить возможное развитие известковых отложений. После изготовления, корпус любого котла подвергается соответствующим гидравлическим испытаниям.

В топке котла происходит сжигание топлива. Далее, продукты горения охлаждаются в системе до необходимой минимальной температуры и выходят через дымоход. Полученное тепло поглощает вода, которая, нагреваясь до определенной температуры, испаряется.

На днище аппарата в обязательном порядке устанавливается специальный предохранительный клапан парового котла. Его назначение – выпуск пара в случае избыточного повышения уровня рабочего давления. Обычно, котельное оборудование оснащается двумя такими клапанами.

Водогрейные котлы-утилизаторы предназначены для приготовления горячей воды промышленного и хозяйственного назначения с максимальной расчетной температурой до 115°С.
О том, какие бывают электрические водогрейные котлы читайте здесь.

Характеристики барабана

Барабан парового котла – это один из основных элементов котла, который предназначен для сбора и раздачи рабочего тела.

разделение пароводяной смеси на пар и воду и сбор пара;
прием воды из водяного экономайзера или из магистрали;
термическое и химическое умягчение воды;
осушка пара;
непрерывная продувка;
промывка пара;
защита от превышения давления пара.

К барабану присоединены кипятильные и опускные трубы, питательные трубы, предохранительные устройства и предусмотренная контрольно-измерительная аппаратура. Внутри барабана находятся специальные сепарационные устройства.

Барабаны изготавливают из листовой стали с толщиной 13 – 40 мм и диаметром до 1000 мм со штампованными днищами и специальным лазом. Необходимая толщина выбирается в зависимости от давления пара.

Жидкотопливные котлы – это вид отопительных устройств, характеризующийся высокой эффективностью и производительностью.
О правильной эксплуатации водогрейных котлов читайте здесь.

Пар, который образуется в кипятильных трубах собирается в паровом объеме. Уровень воды, который находится в водяном объеме, постоянно меняется – повышается или понижается в установленных пределах. Это позволяет регулировать мощность котла.

Уровень нагрева – это поверхность, омываемая с внутренней и наружной стороны водой и паром, соответственно. Поверхность измеряется в квадратных метрах.

Затвор парового котла

Предохранительный клапан – обязательная составляющая парового котла. Это специальное автоматическое устройство для сброса давления. Перед первым пуском котла в обязательном порядке выполняется проверка клапана.

Существует несколько обязательных требований к клапану:

Надежность.
Обеспечение расчетной пропускной способности.
Плотность. Клапан в закрытом состоянии не должен стравливать пар.
Клапан должен устанавливаться за пределами помещения.

Группа безопасности котла

Группа (блок) безопасности котла состоит из предохранительного клапана, манометра и воздухоотводчика. Манометр предназначен для контроля за давлением, а воздухоотводчик – для отведения воздуха из системы.

В случае нарушения правил эксплуатации или сбоя в работе оборудования отопительной системы может возникнуть резкое увеличение давления. Это может вывести из строя систему или даже привести к взрывоопасной ситуации. Как раз для таких случаев и предусмотрено наличие группы безопасности котла и предохранительного клапана.

Каждая отопительная система обязана включать группу безопасности. В случае повышенного давления, клапан включается в работу и сбрасывает лишнее давление. Клапан устанавливается в соответствии с требованиями к данным конструкциям.

Паровые котлы – довольно сложные технические системы, в которых каждый элемент должен находиться в работоспособном состоянии, выполнять свои функции, обеспечивая бесперебойную работу отопительной системы.

Твердотопливные котлы предназначены для получения горячей воды, используемой в системах отопления.
Что такое газовые водогрейные котлы и места их применения, вы можете узнать тут.

Затраты на топливо и эксплуатацию паровых котлов достаточно низкие, что достигается благодаря комплексной работе всех устройств котла, простоте эксплуатации и обслуживания. К недостаткам можно отнести достаточно большие размеры оборудования.