Паровой котел – старинное изобретение, которое до сих пор используется в промышленности. К примеру, на электростанциях, где парообразующая установка является одним из основных элементов производства электроэнергии. На заводе или фабрике также установлены паровые котлы. В быту его применяют редко, потому что замена более безопасными и энергетически малозатратными водяными котлами уже состоялась.
Классификация паровых установок
Классификация осуществляется по несколькум шкалам. Самые распространенные – три шкалы.
Водотрубные
Их способность превращать воду в пар превосходит возможности газотрубных установок. Высший коэффициент полезного действия обусловлен конструктивными особенностями агрегата: это корпус с множеством труб, по которым движется вода, а между трубами происходит горение топлива.
При высоких температурах вода испаряется, образуя пар. Многочисленные трубы увеличивают площадь нагрева, что интенсифицирует превращение жидкости в пар в котле.
Водотрубные паровые котлы делятся на две подгруппы:
- прямоточные;
- барабанного типа.
Первые — трубы, о которых говорилось ранее. Вторые представлены горизонтальными и вертикальными моделями, но устройство обоих типов функционирует по одному принципу.
Конструкция включает барабан, который собирает пар и отделяет от него конденсат. Конденсат направляется в зону нагрева, уменьшая потери воды.
Для получения сухого пара высокой температуры в промышленных целях используют ряд барабанных котлов. Сжатый таким образом пар может достигать максимально возможного давления, что требуется во многих технологических процессах.
Котлы этого типа подразделяют на энергонезависимые и циркуляционные. Отличие состоит в наличии или отсутствии циркуляционного насоса. Последний повышает эффективность работы установки. Дело в том, что за один оборот воды в котле испаряется 10% ее объема, поэтому для испарения всего объема требуется как минимум 10 оборотов.
При естественном потоке процесс продлится долго, из-за чего снизится эффективность. Насос циркуляции перекачивает жидкость стремительно, за это время совершится больше оборотов. Вследствие этого весь объем воды преобразуется в пар быстрее.
В котлах барабанного типа для насоса предусмотрено обязательное установление регулятора уровня конденсата, размещенного в пароотделителе. Его назначение – регулирование объема образующегося конденсата.
Недостаточное образование приводит к ухудшению технических показателей паровой машины. Избыток образования вызывает снижение давления внутри агрегата, что может закончиться быстрым кипением и взрывом.
Пароотделитель – большая труба, похожая на барабан, где собирается вода, содержащая пар. Два процесса: нагрев жидкости и образование пара, проходят отдельно, что повышает безопасность работы такого оборудования.
Газотрубные
Это котел с трубами большого диаметра, расположенными вокруг топки. В них движутся горячие газы, а между ними циркулирует вода. Такая конструкция обратна водотрубным аналогам. Газотрубные установки вырабатывают высокотемпературный пар, который чаще применяют в процессах утилизации.
Газотрубный паровой котел обладает одним серьёзным минусом – высоким давлением конечного продукта.
Огромное количество последнего находится в агрегате, из-за чего снижается безопасность эксплуатации установки. В связи с этим котлы оснащают дорогостоящей и сложной системой безопасности. Кроме того, корпус и трубы изготовлены из толстой стали, что повышает стоимость оборудования.
Паровозный котел — яркий пример газотрубного типа котлов.
Обе установки, водотрубная и газотрубная, способны производить пар разных типов.
- насыщенный;
- перегретый водяной.
Первая среда образуется при температуре +100°С. Быстрое охлаждение приводит к образованию конденсата, который вновь поступает в зону нагрева. Такую установку используют для отопления жилищ. Давление в паровом котле этого типа не превышает 100 КПа.
Второй вариант — это среда при температуре плюс 500 градусов Цельсия. В такой среде никогда не образуются водяные взвеси и капли. При постепенном нагреве вода может образовываться, но для этого в конструкции установлено устройство-сепаратор.
Научно-технический прогресс непрерывен. Сегодня производители предлагают водотрубные установки, по эффективности и безопасности не уступающие газотрубным. Для этого их покрывают теплоизоляционным материалом снаружи, а изнутри обкладывают материалами с ИК-эффектом, которые отражают тепловую энергию.
Водотрубные аппараты стоят в несколько раз дешевле барабанных, а эксплуатация их проще, поэтому сейчас их популярность и востребованность сильно возросли.
Эффективность повышается за счёт новых стальных сплавов для деталей аппаратов. Внедряется также новый способ нагрева с двумя противоположенными факелами, названный «на встречных факелах».
С помощью этих устройств температура нагрева достигает 1800-1900°С, в то время как обычно не превышает 1200°С. Таким образом, КПД подобных установок составляет не менее 90%.
Бытовые котлы
В настоящее время эти агрегаты привлекают большое внимание. Но требования к ним немалые:
- компактность;
- Легкий для избежания возведения фундамента.
- высокий коэффициент безопасности;
- возможность обслуживания неквалифицированным персоналом;
- минимальное время запуска и нагрева.
В настоящее время доступны два типа бытовых установок: змеевиковые, или классические, и вихревые рубашечные.
Первый вариант – труба, свернутая спиралью. По ней течет вода, превращаясь в пар. Мощность парогенератора невелика. Однако это не принципиально, поскольку бытовой котел предназначен для выпуска низкопотенциального пара.
Работа не очень эффективна, но ее можно повысить, чаще располагая спирали. Такой котел — рекордсмен по быстроте нагрева: за 3 минуты после зажигания факела.
Второе – уникальное устройство парового котла: корпус из двух обойм, между которыми течет вода. Внутри находится топка, а факел при горении вихрем закручивается по спирали для увеличения теплоотдачи. Труб нет никаких.
Другие преимущества:
- Благодаря вертикальному размещению достигается большая плотность.
- эффективность, как у барабанных;
- время нагрева – 5 минут.
Три минуса:
- оборудование дорогое;
- конструкция сложная;
- Полная энергозависимость: работа агрегата зависит от подаваемого электричества для функционирования воздуходувки.
Применение паровых котлов в технологических процессах
Некоторые отрасли используют паровые котлы непрерывно.
- В теплоэнергетике пар используется для отопления промышленных объектов, таких как цеха автопрома. Пар нагревает воду до нужной температуры, которая затем циркулирует по теплотрассам в многоквартирных домах и других зданиях.
- Вторая отрасль – энергетика. Пар здесь используют для вращения турбины, которая производит электричество.
- Строительные материалы также производятся в третьей отрасли. Например, бетонные изделия сушат паровыми установками.
В технологических процессах многих производств паровые котлы играют ключевую роль.
Утилизация газообразных отходов также предусматривает использование паровых установок, которые в этом процессе выполняют функцию охладителей. Такой котел забирает тепловую энергию у газов, например, выходящих из печалей с высокими температурами.
Принципы работы и устройство
Главное назначение – изменение физического состояния воды, то есть перевод из жидкого в газообразное с заданными параметрами.
- В котел поступает вода естественным образом или с помощью насоса.
- включается система нагрева;
- начинается образование пара;
- Уровень жидкости уменьшается и достигает минимума.
- Датчик уровня срабатывает и запускает насос.
- вода заполняет трубы.
Циклический принцип работы характерен для паровых котлов.
Строение
Паровые котлы имеют основные и вспомогательные части, а также автоматику.
Главное условие для стальных изделий – использование жаростойких сплавов, что обеспечивает наивысший уровень безопасности при работе котельного оборудования.
Система безопасности играет важную роль. В нее входят не только датчики температуры и давления, но и механическая безопасность. К ней относятся обратные клапаны, электрические задвижки и прочие элементы запорной арматуры. Двойная защита обеспечивает максимальную безопасность, особенно при сбоях в электронике. В таких ситуациях функции берет на себя механика.
Водоподготовке ставят особые требования: вода обязана соответствовать нормативам.
Эти нормы различны для прямоточных и барабанных агрегатов. В последних жидкость должна быть максимально чистой, близкой к дистиллированной. Ведь в таких аппаратах жидкость не испаряется, а остается в котле длительное время: заfilled один раз, аппарат будет работать много лет.
При наличии жесткой воды с примесями всё… трубы Со временем образуются отложения и ржавчина. Диаметр уменьшается, падает теплопроводность, из-за чего эффективность снижается. Пара получается не соответствующей (температура, влажность).
Несмотря на сложную конструкцию и низкую безопасность паровые котлы остаются востребованными. Особенно на судах, в электростанциях, на заводах, где нужны высокие температуры теплоносителя. Производители стремятся увеличить безопасность эксплуатации, снизить себестоимость оборудования, упростить обслуживание.
Возникли вопросы? Задавайте в комментариях. Если материал понравился, поделитесь им в социальных сетях, чтобы ещё кто-то узнал о теме. Сохраните ссылку для быстрого доступа.
Предлагаем ознакомиться с видеоматериалами по данной тематике.
Как работает паровой котел?
Паровой котел: устройство и техобслуживание — подробный анализ.
Источники информации:
- https://pechiexpert.ru/parovoj-kotel
- https://clubpechnikov.ru/parovoj-kotel
- https://kotle.ru/parovye-kotly/ustrojstvo-parovyh-kotlov