Устройство и принцип работы парового котла

Устройство и принцип работы парового котла

Котельные установки, генерирующие пар из воды, заслуживают особого внимания. Они редко применяются для обогрева зданий, обычно отопление – их вторичная функция. Главной задачей подобных агрегатов является производство пара для различных технологических процессов. В зависимости от требуемых параметров пара на выходе подбирается устройство парового котла, обеспечивающее эти параметры.

Принцип действия и виды паровых котлов

Если целью отопительных установок есть нагрев воды для обогрева дома при недопущении ее закипания в котловом баке, то работа парового котла решает противоположную задачу. Она состоит в том, чтобы направить всю тепловую энергию сжигания топлива на кипячение воды и ее испарение. Некоторые технологические процессы требуют повышенной температуры пара, поэтому третьей стадией работы агрегата становится его подогревание до этой температуры (перегрев). Главными рабочими показателями парогенераторов являются давление и производительность, которая выражается в тоннах за 1 час.

Конструкции данного вида теплосилового оборудования бывают разные, но принцип работы парового котла остается неизменным: сжигая жидкое топливо или природный газ в топке, передать всю теплоту сгорания воде, проходящей через теплообменник с целью испарить ее и направить потребителям. По способу передачи тепла в парогенераторах используются теплообменники:

  • жаротрубные (дымогарные);
  • водотрубные.

У них есть одна общая особенность: это трубы, изготавливаемые в различных установках разного сечения и формы. Внутри труб перемещается одна из сред – участниц процесса передачи тепла, а снаружи они омываются второй средой. В жаротрубных теплообменниках внутри проходят раскаленные продукты горения, нагревающие воду в котловом баке до состояния парообразования. Все происходит наоборот в водотрубном агрегате, где по змеевикам циркулирует вода, а прогревается она снаружи пламенем горелки и дымовыми газами.

Жаротрубные установки

На рисунке представлена конструкция парового котла с жаротрубным трехходовым теплообменником. Трехходовой – это значит, что дымовые газы перед выбросом наружу совершат три хода по трубкам, омываемым водой. Первый ход – это сама камера сгорания, в ней температура наиболее высокая. В ее конце газы меняют направление движения, попадая в трубы второго, а затем и третьего хода. К такому движению продукты горения побуждает работа вентилятора плюс естественная тяга дымовой трубы.

Уровень воды в котловом баке этой конструкции нестабилен, поскольку в процессе нагрева ее часть закипает и в виде пара поступает в аппарат, отделяющий мелкие капли, — сепаратор. Отделение жидкости надо делать обязательно, иначе в паропроводах, ведущих к потребителям, будут возникать гидроудары, результатом станет их разрушение. Недостаток воды в рубашке необходимо постоянно пополнять, для этого задействован питательный насос для парового котла.

Важно! Особенность любых парогенераторов заключается в том, что в них нельзя подавать холодную воду, минимальную ее температуру каждый производитель указывает индивидуально для своего изделия.

Подогрев питательной воды осуществляется двумя способами:

1. С помощью дополнительного пластинчатого теплообменника, отнимающего для подогрева энергию у производимого пара.

2. Посредством экономайзера, установленного на выходе дымовых газов из агрегата. Экономайзер еще больше понижает температуру продуктов горения, за счет этого подогревая питательную воду. Метод повышает общую эффективность работы генератора на 3—6%.

Водотрубные агрегаты

Другая схема парового котла – с водотрубным спиралевидным теплообменником. Здесь дымовые газы тоже делают несколько ходов, перед тем как покинуть агрегат. Горелочное устройство помещено по центру, внутри змеевика с водой. При такой организации нагрева парообразование в змеевике происходит достаточно быстро и производительность установки в целом выше. Но тут кроется и недостаток: малейшая задержка с подпиткой змеевика вызовет прогорание труб и аварийную ситуацию. Жаротрубные схемы лишены этого недостатка, но они более инерционны и обладают большими габаритами.

Отдельно следует отметить требования к качеству подпиточной воды. Технология процесса и устройство паровых котлов таковы, что она должна пройти несколько этапов подготовки:

  • Очистка и доведение до питьевого качества.
  • Обессоливание химическим способом.
  • Удаление пузырьков воздуха термическим либо химическим способом (деаэрация).

Примечание: при выборе деаэрации термическим способом одновременно решается вопрос с подогревом питательной воды, поскольку в деаэраторе она нагревается до 70—80 ºС

Невзирая на мероприятия по водоподготовке, паровой котел требует периодической очистки от накипи, которая все равно появляется на поверхностях обмена. Операция носит название «продувка», производится различными способами и заключается в промывке труб теплообменника под давлением.

Заключение

Парогенераторы – это достаточно сложные и энергоемкие устройства, применяющиеся в промышленном производстве. Во избежание аварийных ситуаций их монтаж, пусконаладочные работы и эксплуатация должны проводиться хорошо обученным высококвалифицированным персоналом.

Паровые котлы – особая разновидность котельного водяного оборудования. Устройство агрегатов во многом сходно с водогрейными котлами, отличается принцип работы. Основная область применения паровых котлов – промышленность и энергетика. Паровое отопление запрещено в многоквартирных жилых домах, изредка встречается в частном секторе. Теплогенераторы этого типа обладают как рядом достоинств, так и некоторыми недостатками.

Применение паровых котлов

Паровые котлы классифицируются по давлению выпускаемого пара и делятся на три основных категории:

  1. Низкого давления – до 1,0 МПа;
  2. Среднего давления – от 1,0 до 10 МПа;
  3. Высокого давления – до 14 МПа.

Кроме этого, отдельной группой идут котлы сверхвысокого (до 20 МПа) и сверхкритического (до 24 МПа) давления. По производительности (тонн пара в час) паровые котлы бывают малой, средней и высокой производительности.

Основные направления применения паровых котлов:

  1. Энергетика – производство электрической энергии;
  2. Промышленность – производство пара требуемых параметров для технологических нужд;
  3. Отопление, в основном больших объемов помещений;
  4. Утилизация высокотемпературных компонентов производственной деятельности.

В электроэнергетике паровые агрегаты служат приводом для паровых электрических турбин генераторов – пар, выходящий из котла, приводит в движение турбину. В теплоэнергетике пар используется для нагрева воды для систем отопления и горячего водоснабжения больших объемов.

В промышленных технологических цепях котлы парового типа используются для предварительной обработки различного сырья – растительного и животного происхождения, пропарки емкостей и оборудования, дезинфекции, нагрева воды и так далее.

В качестве теплоисточника систем отопления паровые котлы применяются чаще всего для обогрева крупных объектов – цехов, ангаров, складов, гаражей, депо. Это обусловлено высокой тепловой эффективностью парового отопления, не требующей больших поверхностей нагревательных приборов.

Последнее значимое направление использования оборудования – утилизация (сбор теплоты) высокотемпературных отходов. Чаще всего это дымовые газы промышленных печей различного назначения – металлургических, стекловаренных, химико-технологических и других. Также отбирается тепло при охлаждении атомных реакторов.

Читайте также:  Кованная дверь для дома

Принцип работы паровых котлов

Алгоритм работы паровых котлов организован на нагреве воды до точки кипения, преобразования ее в паровую фазу с различными параметрами. Процесс реализуется за счет организации контролируемого уровня воды в котле и образовании зеркала испарения.

Уровень воды в котле контролируется датчиками уровня. При пуске котла питательный насос закачивает в зону нагрева (испарения) воду до точки верхнего рабочего уровня. При включении горелки или организации горения твердого топлива вода нагревается, начинается процесс испарения.

При достижении нижнего рабочего уровня (после испарения объема воды) вновь включается питательный насос, уровень поднимается до верхнего рабочего. Работа продолжается в циклическом режиме. Кроме рабочих уровней существуют уровни безопасности – верхний и нижний аварийные.

Автоматика котла поддерживает контроль за значениями уровня воды, давлением пара – при превышении заданных параметров оборудование отключается по блокировке. При сбое автоматики срабатывают механические устройства – предохранительные сбросные клапан, выводящие избыток пара за пределы рабочей зоны.

В замкнутой системе пар отдает теплоту, конденсируется и возвращается в зону котла, чаще всего с помощью насоса из конденсатосборника. Конденсат не требует химической подготовки и может вновь использоваться для питания котла.

В открытых системах, без возврата конденсата (или частичным возвратом), запас воды пополняется из водопровода. При этом вода должна проходить подготовку – очищаться от солей жесткости, кислорода, посторонних примесей. Возможно применение антикоррозионных добавок, контроля за уровнем pH (водородного показателя), нейтрализация щелочности воды.

Типы устройства паровых котлов

Паровые котлы производят пар двух видов:

  1. Насыщенный, с температурой 100 0 С, давлением до 100 кПа;
  2. Перегретый, с избыточным давлением до 280 кгс/см 2 и температурой до 500 0 С.

Перегрев пара производится за счет дополнительного нагрева в теплообменниках пароперегревателей. Эти устройства нагревают отходящий пар, используя высокую температуру дымовых газов.

В качестве топлива котлы используют:

  • Природный газ;
  • Уголь;
  • Электрическая энергия;
  • Жидкое топливо – мазут, дизтопливо и так далее.

По устройству и принципу нагрева воды котлы имеют две основных модификации:

Газотрубные котлы устроены как сосуд со встроенной трубой (трубами) крупного диаметра. Сосуд заполнен водой до рабочего уровня. Пламя горелочного устройства направлено во внутренний объем трубы (труб).

Пламя нагревает трубы, вода вокруг трубы кипит и испаряется. Котел такого типа называется жаротрубным. Горелочные устройства оборудуются вентиляторами наддува для оптимизации пламени.

Второй тип газотрубного котла – агрегат с дымогарными трубами. В этом случае по трубам движется поток отходящих дымовых газов. По сути, такие котлы являются классическими котлами-утилизаторами.

Водотрубные котлы превосходят газотрубные по величине КПД, скорости нагрева и производительности. При их работе вода движется по трубам малого диаметра, пламя горит в межтрубном пространстве. Преимущество достигается за счет более значительной и качественной поверхности нагрева воды (испарения).

Водотрубные паровые котлы подразделяются на 2 типа:

Барабанные водотрубные котлы бывают горизонтальной и вертикальной ориентации, имеют минимум один барабан (емкость) в верхней части агрегата. Барабан служит сборником пара, на его стенках образуется конденсат недогретого пара – он вновь стекает в зону кипения и нагрева. Котел может иметь в своей конструкции несколько барабанов.

Прямоточные котлы отличаются высокой скоростью парообразования, вода испаряется в трубном пространстве и покидает котел.

Основное и вспомогательное оборудование паровых котлов

Паровой котлоагрегат имеет в своем составе основные элементы и устройства:

  1. Топочная камера;
  2. Обечайка (корпус) котла;
  3. Горелка – для газовых и жидкотопливных котлов;
  4. Поверхности нагрева – трубы, экраны;
  5. ТЭНы или электроды – для электрических котлов;
  6. Теплоизоляция корпуса;
  7. Наружная декоративная обшивка;
  8. Система управления, безопасности и автоматики;
  9. Питательный насос.

Топочная камера твердотопливных котлов разделяется на две части колосниковой решеткой. Корпусы котлов выполняются из жаропрочных видов стали.

Горелочные устройства чаще всего оборудуются системами наддува воздуха. Нагнетание воздуха для интенсификации горения производится вентилятором.

В электрических парогенераторах вода нагревается до кипения ТЭНами или электродами. Особая разновидность паровых котлов – индукционные электрические котлы. Здесь нагрев достигается за счет индукционного поля.

Теплоизоляция корпуса предохраняет аппарат от потери теплоты, обеспечивает отсутствие раскаленных поверхностей. Материалами для изоляции служат современные изоляционные материалы с повышенной жаростойкостью, используются и традиционные – огнеупорный кирпич, шамотная глина, асбестсодержащие волокна.

Система автоматики обеспечивает контроль за работой устройства, безопасность режима и параметров, блокирует (прерывает) горение при достижении критических значений.

Питательный насос производит дозированную подачу питательной воды по сигналам датчиков уровня. Устройство работает в циклическом режиме.

Обязательными элементами в конструкции котла являются предохранительные клапана, показывающие приборы – манометры и термометры, визуальные показатели уровня воды. Устройством для визуального контроля служит уровнемерная колонка с уровнемерными стеклами (не менее двух). В колонку встроены датчики уровня.

Эксплуатация котла разрешается только при исправности обоих уровнемерных стекол.

Вспомогательным оборудованием парового котла являются:

Система водоподготовки обеспечивает доведения качества подпиточной воды до требуемых параметров. Основной вид водоподготовки – натрий-катионитовые фильтры. Вода проходит через слой наполнителя в колонне фильтра, при этом происходит замещение ионов солей жесткости (Ca+, Mg+) на ионы поваренной соли.

Очистка исходной воды от солей жесткости – обязательное условие нормальной работы оборудования. При повышенном содержании соли выпадают в твердый осадок на поверхностях нагрева. Это значительно снижает эффективность теплопередачи, в итоге приводит к прогоранию металлических поверхностей.

Кроме этой функции, водоподготовка может дозировать в подпиточную линию различные спецкомпоненты. Эти добавки связывают кислород, снижая скорость коррозии, поддерживают необходимый уровень водородного показателя. Применение дополнительных функций благотворно влияет на качество работы устройства, увеличивает срок его службы.

Водяной экономайзер служит для нагрева питательной воды, воздухоподогреватель – для нагрева воздуха, подаваемого на горение. Оба устройства используют теплоту отходящего дыма. Использование этих теплообменных аппаратов повышает общий коэффициент полезного действия котлоагрегата.

По этому же принципу (утилизация тепла дымовых газов) действует пароперегреватель. Он обеспечивает нагрев пара до более высоких значений температуры.

Деаэратор служит для удаления воздуха из питательной воды. Сепарационные устройства предназначены для удаления водяной составляющей из пара на выходе из котла. Это делает пар более сухим, снижает скорость коррозионных процессов в зоне потребления, предотвращает гидравлические удары. Отделение достигается за счет изменения направления движения потока и диаметра трубопровода.

Паровые котлы обладают высокой производительностью, работают при высоких температурах и избыточном давлении. Эти условия усложняют общее устройство котлоагрегата, требуется дополнительное оборудование. Принцип работы, условия эксплуатации требуют обязательного присутствия обслуживающего персонала.

Читайте также:  Капремонт в частном доме

Несмотря на ряд технологических ограничений пар в качестве энергоносителя широко используется в разнообразных промышленных и бытовых применениях. Соответственно этому развиваются и совершенствуются конструкции паровых котлов, как работающих в составе тепловых электростанций или теплосиловых цехов производственных предприятий (см. рис. 1), так и сравнительно небольшой производительности, которые устанавливаются в котельных.

Рисунок 1 – Схематическое изображение парового котла промышленного типа

Рисунок 2 – Блок-схема размещения парового котла в котельной

Всё многообразие паровых котлов может быть сведено в двум основным разновидностям – водотрубным и противопожарным. В пожаротушительном котле (см. рис. 3) имеется большое число трубок, через которые проходят разогретые газы. Вода окружает эти трубки, способствуя охлаждению проходящих газов, чем снижается опасность вторичного возгорания на объектах.

Рисунок 3 – Схематическое изображение газотрубного парового котла

Принцип циркуляции теплоносителя в водотрубных паровых котлах (см. рис. 4) совершенно противоположный: в таком котле нагревается вода, которая прокачивается по трубам, а разогретые газы окружают эти трубки, способствуя повышению температуры воды и постепенному её превращению в пар. При этом циркуляционный режим может быть одно-, двух- и даже трёхходовым (в последнем варианте гарантируется максимально высокий КПД котла).

Рисунок 4 – Схематическое изображение парового котла с водогрейными трубами

Устройство и разновидности пожаротушительных котлов

Несмотря на то, что рассматриваемые далее котлы, строго говоря, не относятся к энергогенерирующему оборудованию, они конструктивно имеют много общего с водогрейными паровыми котлами, а потому также рассматриваются в данной статье.

Последовательность действия пожаротушительного котла (см. рис. 5) заключается в том, что образующиеся при задымлении или возгорании газообразные продукты сгорания поступают в многочисленные трубы, которые полностью погружаются в воду. Конструктивно этот приёмный блок оформлен в виде герметичного сосуда, теплообмен которого с окружающей средой практически отсутствует. В процессе прохождения горячих газов через газоотводные трубы происходит нагрев воды внутри сосуда. В результате образуется пар, который, в силу специфики назначения такого котла, остаётся внутри агрегата. Такой пар можно использовать для выработки энергии, однако эффективность данного процесса не будет значительной, поскольку возможность подъёма давления пара в котлах данного типа отсутствует.

Доказано, что теплогенерирующие возможности пожаротушительных котлов ограничиваются давлением пара не более 1700…1800 кПа, при производительности не более 9…10 тонн пара в час. Паровые котлы таких типов устраиваются на металлургических производствах, где производится достаточное количество горячих газов. Помимо своей основной обязанности, котлы этого типа ещё и существенно снижают риск возгорания на объектах, которые используют открытое пламя (почему, собственно и называются пожаротушительными).

Рисунок 5 – Последовательность работы дымотрубного пожаротушительного котла: 1 – Фасадная заслонка; 2 – Топочное устройство; 3 – Дымогарные трубопроводы; 4 – Трубные доски; 5 – Лицевая часть котла; 6 – Смотровой люк; 7 – Блок топливосжигающих устройств

Типы пожаротушительных котлов

Они могут быть с внешним и внутренним расположением, и трёх разных типов:

  • Длиннотрубчатыми с обратным противотоком (см. рис. 6);
  • С короткой огневой трубой (см. рис.7);
  • Компактными.

Рисунок 6 – Конструктивная схема автоматизированного длиннотрубчатого котла вертикальной компоновки: 1 – Трубопроводы экранов; 2 – Топочное пространство; 3 – Воздухопровод для нагретого воздуха; 4 – Питатель; 5 – Регистр для воздуха; 6 – Топливосжигающее устройство; 7,12 – Верхний и нижний коллекторы; 8 – Решётчатый парораспределитель; 9 – Обшивка корпуса; 10 — Вентфильтр; 11 – Трубы конвектора; 13 – Вентиль спуска; 14 – Решётка уровнемера; 15 — Водоуказатель; 16 – Измеритель давления; 17 – Магистральный вентиль; 18 – Предохранительный клапан; 19 – Обзорный лючок; 20 – Насосная установка; 21 – Вентилятор подачи внешнего воздуха

Рисунок 7 – Компоновочное решение котла с огневыми трубами малой длины: 1 – Топливосжигающее устройство; 2 – Основной трубный блок; 3 – Взрывной клапан; 4 – Узел питания; 5 – Газовый короб; 6 – Экономайзер; 7 – Портальная рама; 8 – Площадка для обслуживания; 9 – Опора; 10 – Привод; 11 – Питающий трубопровод

Паровые котлы первого типа могут иметь вертикальное или горизонтальное расположение газоотводящих труб. В котельных или на тепловых электростанциях малой мощности используются преимущественно котлы с трубами, расположенными горизонтально. Они состоят из следующих узлов:

  1. Горизонтального блока.
  2. Нескольких трубопроводов, обычно располагаемых под некоторым углом (это улучшает условия тока дымовых газов).
  3. Нижнего перепускного клапана.
  4. Верхнего перепускного клапана.
  5. Дымовой камеры.
  6. Рёбер, разделяющих отдельные трубки трубопроводов.
  7. Конденсатоотводчика.
  8. Газоприёмника.
  9. Корпуса.

Котлы такого типа обычно используют в качестве топлива то, которое применяется в основном металлургическом агрегате (например, на металлургических производствах — это кокс, в котельных — уголь). Топливо горит ниже этого горизонтального блока, и образующиеся горючие газы при помощи конвекции перемещаются противотоком в противоположную часть корпуса котла. Там они входят в трубопроводы, и направляются с противоположным направлением в дымовую камеру. В процессе такого перемещения газов по трубам, они отдают накопленное ими тепло через стенки окружающей воде. В ней появляются вначале отдельные пузырьки пара, а далее начинается интенсивное парообразование, в результате чего давление во внутренней ёмкости парового котла увеличивается. Для контроля за этим процессом паровые котлы оборудуются приборами и устройствами автоматики, основными из которых являются нижний и верхний предохранительные клапаны. Нижний клапан служит за регулированием процесса горения твёрдого топлива, а верхний – для ограничения давления образующегося пара.

Остаток пара (как правило – со сниженной против обычного температурой) сбрасывается в конденсатоотводчик, и периодически удаляется из котла.

Пожаротушительные котлы остальных типов конструктивно имеют много общего с вышерассмотренным, но отличаются длиной трубопроводов и их расположением. Однако при вертикальном варианте блока ухудшаются условия для парообразования, и снижается КПД парового котла, поэтому компактные установки проектируют лишь при недостатке места в котельной.

Пожаротушительные котлы универсальны, просты в производстве и эксплуатации, а также легко встраиваются в существующую систему теплоснабжения предприятия или даже небольшого городского района. Они могут эффективно использоваться для локализации возможных пожаров. Однако рассмотренные агрегаты имеют и существенные ограничения, которые заключаются в следующем:

  • Объём воды, который находится внутри корпуса такого котла, довольно велик, поэтому потребуется продолжительное время для нагрева большой массы воды. С повышением давления пара это время ещё более возрастает.
  • Внутри корпуса вода и пар находятся в одном объёме, поэтому из соображений безопасности повышать давление сверх целесообразного уровня недопустимо.
  • Получаемый пар отличается повышенной влажностью, что негативно сказывается на его свойствах как энергоносителя.
Читайте также:  На что приклеить гкл к стене

Водотрубные/водогрейные котлы

Как уже было отмечено, котлы с водяными трубами (см. рис. 8,9) предполагают обратный принцип относительного расположения рабочих сред, когда вода циркулирует по трубопроводам, а горячие газы омывают их. Поэтому их внутреннее устройство весьма подобно агрегатам первого типа.

Рисунок 8 – Компоновочное решение котла с вертикально расположенными трубопроводами: 1 – Искрогаситель; 2 – Сажеобдувочное устройство; 3 – Экономайзер; 4 – Коллектор для образования пара; 5 – Входная камера приёма газа

Рисунок 9 – Компоновочное решение котла с гозонтально размещёнными трубопроводами: 1 – Внешняя обшивка; 2 –Днище корпуса; 3,5 – Крепления; 4 – Скобы; 6 – Камера формирования пламени; 7 – Огнеупорные соединительные элементы; 8 – Рабочая камера; 9 – Труба удаления дымовых газов; 10 – Воздухонаправитель; 11 – Топливосжигающее устройство; 12 – Коробка; 13 – Устройство для перегрева пара; 14 – Подогреватель воздуха; 15 – Дымоход; 16 – Переднее днище; 17 – Выходной фланец; 18 – Паросборник; 19 – Фланец получения насыщенного пара; 20 – Смотровой тоннель

Конструктивные разновидности паровых котлов, оснащённых водогрейными трубами, более разнообразны. Различают:

  • Водогрейные котлы с горизонтально расположенными трубопроводами.
  • Водогрейные котлы с вертикально расположенными трубопроводами.
  • Котлы с полной изоляцией.
  • Циклонные бойлеры.

По схеме циркуляции воды водотрубные паровые котлы могут быть прямоточными, противоточными и с крестообразным током. В первом случае направления перемещения дымовых газов и воды в трубопроводах совпадают, во втором – противоположны, но происходят в одной плоскости, в третьем – не только противоположны, но и происходят в разных плоскостях.

Конструктивно проще, но одновременно и наименее эффективной считается первая схема, соответственно наиболее эффективной но сложной по своему исполнению – третья. Поэтому паровые котлы с крестообразными потоками теплоносителей используют при высокой культуре производства и обслуживания, а котлы прямоточного типа – лишь в небольших котельных. Практически наиболее распространены водотрубные паровые котлы с противотоком.

Исполнения трубопроводов нагреваемой воды могут быть реализованы по двум схемам – барабанной (см. рис. 10), и с изогнутыми трубами (см. рис. 11). В первом случае трубопроводы расположены концентрично в одном, барабанного типа, корпусе, который свободно вращается вокруг центральной оси (это вращение обеспечивается энергией циркуляции дымоотводных газов). При некотором увеличении габаритных размеров такое решение положительно выделяется удобствами обслуживания и ремонта, когда при профилактической очистке трубопроводов от образовавшейся накипи достаточно заменить одну или несколько водогрейных труб. Во втором случае придётся разбирать также соединительную арматуру, а сам процесс очистки оказывается более трудоёмким. Кроме того, трубопроводы с изогнутыми трубами теряют значительное количество энергии на гидропотери, возрастающие при росте давления энергоносителя.

Рисунок 10 – Котёл с трубопроводами барабанного исполнения: 1 – Топочное пространство; 2,13 – Верхний и нижний барабаны соответственно; 3 – Измеритель давдения; 4 – Предохранительное устройство; 5 – Питатель; 6 – Сепаратор; 7 – Защитнаяая пробка; 8 – Промежуточная камера; 9 – Доска; 10 – Узел кипятильных труб; 11,14 – Продувочные трубопроводы; 12 – Устройство для обдува котла; 15 – Защитная внешняя стенка; 16 – Горизонтальный коллектор

Рисунок 11 – Котёл с трубопроводами изогнутого типа: 1 – Топочное пространство; 2 – Газоход; 3 – Вертикальная шахта; 4 – Боковой защитный экран; 5 – Верхний защитный экран; 6 – Трубопроводы спуска; 7 – Барабан; 8 – Узел пароперегревателя; 9 – Конвектор; 12 – Вентилятор; 13 – Объединённый конвекторный узел; 14 – Ёмкость для сбора шлака; 15 – Зона пониженных температур; 16 – Топливосжигающие устройства

В настоящее время принято использовать котлы барабанного типа для создания максимально возможных значений давления пара, а паровые котлы с изогнутыми трубами – для систем среднего и низкого давления.

Преимущества водотрубных котлов:

  • Повышение общей поверхности нагрева может быть обеспечено простым увеличением количества водогрейных труб, для чего паровые котлы такого типа всегда заказываются с увеличенным внутренним объёмом.
  • Из-за особенностей конвекционного потока и разницы в теплофизических характеристиках дымовых газов и воды движение энергоносителя здесь происходит гораздо быстрее, чем в пожаротушительных котлах.
  • Благодаря разнообразию схем направления водного потока можно обеспечивать более высокую скорость теплопередачи, что особенно существенно для котлов большой тепловой мощности.
  • Возможно обеспечивать значительно более высокие давления пара (до 13…15 МПа), причём рост давления происходит плавно и равномерно.

Паровые котлы водотрубного типа имеют и свои ограничения. Они касаются конструкции, менее компактной, в сравнении с пожаротушительными котлами. Это, в свою очередь, повышает сложность транспортировки и установки. Водогрейные котлы требуют более частого и тщательного мониторинга своего функционирования, поскольку проницаемость газов сквозь уплотнения всегда выше, чем воды.

Оценка эффективности применения паровых котлов

Эффективность парового котла определяется процентом от общего объёма тепловой энергии, выделяемой паром в общем объеме теплоты, вырабатываемой топливом.

Эффективность является комплексным показателем работы паровых котлов, который включает тепловую эффективность, эффективность от сгорания топлива и эффективности принципа выработки пара.

Эффективность парового котла зависит, прежде всего, от его размера и для наилучших типоразмеров достигает 85…88 %. Более высокого КПД добиться невозможно, поскольку всегда имеет место неполное сгорание топлива, потери на теплоизлучение внешними стенками парового котла, пониженной теплотворной способностью топлива и т.д. Наибольшими удельными энергозатратами отличаются циклонные бойлеры. Одновременно они обеспечивают самую оперативную выработку пара, и поэтому применяются в небольших, преимущественно бытовых котельных.

Выбор типоразмера и конструкции паровых котлов зависит от условий их функционирования. Пожаротушительные котлы имеют наименьшую стоимость и менее сложны в управлении, при этом в наибольшей степени загрязняют атмосферу выбросами дымовых газов, которые приходится утилизировать при помощи фильтров. Такие котлы целесообразно устанавливать на каменном основании. КПД указанного оборудования не превышает 70 %.

При необходимости использовать паровой котёл для привода различных производственных установок, в частности тяговых двигателей, использовать следует только водотрубные котлы, выходные характеристики которых относительно просто регулируются. Кроме того, такие котлы допускают возможность увеличения своей мощности, что часто используется при перспективном проектировании бытовых котельных. Важным технологическим преимуществом водотрубных котлов считается меньшая влажность вырабатываемого ими пара. Сухой пар, применяемый, в частности, для привода паровоздушных молотов существенно снижает затраты на обслуживание и эксплуатацию паропроводов, облегчает обнаружение утечек, улучшает условия работы обслуживающего персонала. Поэтому паровые котлы данного типа используют на заводах.

При необходимости максимально снизить выбросы в окружающую среду применяют паровые котлы-бойлеры, нагрев теплоносителя в которых производится электричеством.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector