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.
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.
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 паровые 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.
Другие преимущества:
- вертикальное расположение, отсюда повышенная компактность;
- эффективность, как у барабанных;
- время нагрева – 5 минут.
Три минуса:
- 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.
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 паровых котлов
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.
Строение парового котла
Паровые котлы состоят из основных и вспомогательных узлов и частей, плюс автоматика.
Основное требование к стальным изделиям – быть изготовленными из жаростойких сплавов. Только так можно достичь максимального уровня безопасной эксплуатации котельного оборудования.
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.
Если есть вопросы, задавайте их в комментариях. Понравилась статья – распространите ее в соцсетях, пусть и другие ознакомятся с темой. Сохраняйте ссылку в закладках.
Также рекомендуем посмотреть подобранные видео по нашей теме.
Как работает паровой котел?
Паровой котел – устройство и техническое обслуживание, детальный обзор.
Источники информации:
- https://pechiexpert.ru/parovoj-kotel
- https://clubpechnikov.ru/parovoj-kotel
- https://kotle.ru/parovye-kotly/ustrojstvo-parovyh-kotlov