Паровой котел - это оборудование, вырабатывающее насыщенный или перегретый пар, который используется для решения различных технологических задач. В зависимости от назначения паровые котлы высокого давления делятся на две группы - энергетические и промышленные.

Энергетические котлы. Агрегаты данного типа нашли широкое применение на ТЭЦ и ТЭС, где работают в связке с турбогенератором. Энергетические котлы вырабатывают перегретый пар, температура которого превышает температуру кипения воды при заданном давлении. Вырабатываемый котлом пар поступает в турбину и используется для увеличения коэффициента полезного действия тепловой машины при производстве электроэнергии.

Промышленные котлы. Оборудование этого типа предназначено для производства технического пара и используется почти во всех отраслях промышленности, в том числе на пищевых, химических, нефтедобывающих, деревообрабатывающих производствах, в сельском хозяйстве, медицине и т.д. Важно отметить, что в отличие от агрегатов предыдущего вида промышленные котлы вырабатывают насыщенный пар, температура которого равна температуре кипения воды.

Что касается других особенностей котлов, то наиболее значимым является тип используемого топлива. Чаще всего на предприятиях используют промышленные паровые котлы на газе (природном и сжиженном), но это не единственный вариант энергоносителя. При подключении специальных горелок оборудование может работать на дизельном топливе, мазуте, нефти и т.д.

Преимущества паровых котлов ICI Caldaie

Итальянская компания ICI Caldaie специализируется на производстве промышленных котлов с середины прошлого века. Сегодня данная марка по праву признана одной из лучших в отрасли, а ее продукция пользуется устойчивым спросом у потребителей.

Планируя купить паровой котел, рассмотрите возможность приобретения оборудования, выпущенного итальянским производителем. Оно обладает множеством преимуществ, в том числе:

• КПД до 92%. Более доступные по цене отечественные агрегаты заметно проигрывают по коэффициенту полезного действия, как правило, их КПД не превышает 60%. А это значит, что, установив на предприятии , вы будете экономить до трети топлива;
• широкий выбор техники. В ассортименте производителя присутствует все, что необходимо для оборудования котельной «под ключ», включая паровые котлы, а также компактные модели, которые оптимальны для использования в условиях дефицита пространства или там, где нет необходимости в высокопроизводительном агрегате;
• отличная производительность. Номенклатурный ряд производителя включает в себя как небольшие котлы, так и мощные промышленные агрегаты, способные производить до 25 000 кг пара в час, при рабочем давлении до 25 бар.

Приобрести промышленные парогенераторы ICI Caldaie в России можно в компании «Альба». Мы являемся официальным дилером производителя, поэтому предлагаем выгодные цены на все оборудование и осуществляем поставки техники в кратчайшие сроки.

Паровые котлы делятся на два типа: газотрубные и водотрубные.

Газотрубными называются котлы, в которых газообразные продукты горения выходят по дымогарным, а также жаровым трубам, размещенным внутри емкостей с нагревающейся водой.

Они бывают дымогарными, жаротрубными и дымогарожаротрубными. В водотрубных устройствах трубы с нагреваемой водой находятся внутри газопровода.

Котлы паровые газовые или же газотрубные – это агрегаты высокого давления. Их использование в теплоэнергетике допустимо при необходимой мощности в 360 кВт с рабочим давлением в 1 мегапаскаль.

При превышении давления в паровом котле может случиться взрыв с выбросом пара в большом количестве, приводящий к чрезвычайной ситуации. Сегодня такие системы считаются устаревшими и применяются довольно редко. Современные водонагревательные системы рассчитаны на большую .

Потребность в разработке водотрубных котлов появилась вследствие роста производства и необходимости получения пара в большом количестве.

Наличие множества узлов и составляющих в системе считается одним из недостатков данных устройств. Ремонт такого оборудования возможен только в отключенном состоянии.

Промышленные паровые устройства высокого давления или же парогенераторы – это сложнейшая система, состоящая из механических и электрических компонентов. Парогенератор состоит из нескольких частей:

• каркас, куда крепятся все остальные элементы;
• электрическое оснащение – , индикации, релейные переключатели, сигнальные лампы и другая аппаратура;
• датчики давления – выполняют контроль давления в системе;
• котел парогенератора – емкость для воды с установленными датчиками контроля уровня жидкости;
• электронасос – используется для непосредственного закачивания воды в котел.

Для нагрева воды в электропаровых котлах используют 3 метода:
1) Применение ТЭНов разной мощности.
2) Электропроводность воды – при пропускании через воду электрического тока выделяется тепло.
3) Нагрев воды с поддержкой частотного излучения или же индукционного нагрева.

Котлы высокого давления имеют давление пара более 20 атмосфер. Разработка и внедрение аналогичных установок вызваны непосредственным ростом мощности силовых агрегатов. Работа оборудования направлена на получение большого объема пара и горячей воды. Все клапаны и задвижки должны быть выполнены с учетом работы в условиях высокого внутреннего давления.

Использование оборудования низкого давления

На современном рынке представлены Они отличаются по функциональности, дизайну и качеству сборки. Выбор необходимой модели должен происходить с учетом требуемой мощности и производительности.

Паровые котлы низкого давления предназначены для выработки насыщенного пара, давление которого не выше 0,07 МПа, а его температура составляет 115 °С. Данное оборудование способно производить 140-3000 кг пара в час. Эти агрегаты применяются для технологических процессов в сельскохозяйственных организациях, на предприятиях пищевой, деревообрабатывающей индустрии и для обогрева помещений различной площади.

Паровое оборудование низкого давления устроено так, что вода в процессе сгорания топлива забирает все тепло. Газы, в процессе выхода из топливной части, попадают прямо в трубный пучок, который объединяет две части водяной базы.

Эти продукты нагревают воду, в результате чего она начинает испаряться. Пар сервируется через паропровод и используется в технологических процессах. Благодаря большому количеству воды, формируется устойчивое давление в паровом котле, которое сохраняется даже при неравномерной подаче пара. Впрочем, не стоит игнорировать ситуации, когда давление быстро падает и может спровоцировать взрыв.

Котел низкого давления – это система, которая состоит из двух и более цилиндров разных размеров, вставленных один в другой. В жаровой трубе расположена топка, в ее заднем отсеке имеется конвективный пучок труб. Угольное паровое оборудование оснащается плитой, которая крепится к фронтальной стороне. На плите размещаются крепления для вентилятора. Благодаря этому, процесс горения улучшается, а значит, улучшается и производительность оборудования.

Газовые и жидкотопливные установки оснащаются особыми горелками. Насыщенный пар, вырабатываемый устройством, осушается, благодаря особому внутрикотловому сепарационному устройству. При этом, отходы горения удаляются через дымопровод.

Паровые котлы делятся на устройства высокого и низкого давления. В зависимости от необходимой мощности используется тот или иной тип оборудования. Данные устройства характеризуется надежностью, высокой производительностью и безопасностью применения.

Для предупреждения аварий паровых котлов из-за пре­вышения давления Правилами по котлам предусматри­вается установка предохранительных клапанов.

: Назначение предохранительных клапанов состоит в пре­дупреждении увеличения давления в паровых котлах и тру­бопроводах выше установленных пределов.

Превышение рабочего давления в котле может привести к разрыву кипятильных экранных и экономайзерных труб и стенок барабана.

Причинами повышенного давления в котле являются внезапное уменьшение или прекращение расхода пара (от­ключение потребителей) и чрезмерная форсировка топки,

Таблица 2.3. Неисправности водоуказательных приборов, их причины и способы устранения Характер неисправности Причины неисправности Способ устранения Стекло полностью за­полнено водой Засор парового крана. Вследствие конденсации пара, находящегося над уровнем воды, в верхней части стекла образуется разрежение и вода под­нимается, заполняя все стекло Продуть стекло Перекрытие верхнего кон­ца трубки (верхнего штуцера колонки пло­ского водоуказательного стекла) набивкой сальни­ка. Резиновое кольцо сальника выдавилось че­рез кромку стекла и за­крыло его просвет Уровень воды несколь­ко выше нормального Уменьшение прохода па­рового крана в результа­те засорения или образо­вания в нем накипи. Давление пара, проходя­щего через суженное от­верстие, снижается. Вследствие того что дав­ление воды в этом слу­чае станет несколько больше, чем давление. па­ра, уровень воды будет повышаться Продуть стекло Спокойный уровень Засор водяного крана. Нижний конец стеклян­ной трубки (нижний штуцер колонки плоско­го водоуказательного стекла) перекрылся на­бивкой сальника Продуть паровой штуцер Уровень воды в стекле постепенно повышается вследствие конденсации находящегося над водой пара Поставить стекло большей длины

Продолжение табл. 2.3 Характер неисправности Причины неисправности Способ устранения Незначительное коле­бание уровня воды Частичный засор водяно­го крана или частичное перекрытие нижнего кон­ца стеклянной трубки на­бивкой сальника Продуть стекло, про­чистить нижний конец трубки Отверстие в пробке кра­на находится не против отверстия в корпусе в ре­зультате неправильной притирки. При движении через смещенные отвер­стия вода встречает гид­равлическое сопротивле­ние При большом несов­падении отверстий следует заменить пробку Пропуск пара или во­ды в сальнике водо­указательного стекла и как результат - не­верное показание Неплотность сальников, плохая притирка кранов, износ пробок Сменить сальниковую набивку, притереть краны, сменить проб­ки кранов Разрывы водоуказа­тельных стекол Перекос стекол, наличие трещин, поступление го­рячей воды в непрогре - гое стекло Устранить перекос. Установить стекла, не имеющие трещин, прогреть стекло перед его включением

Особенно при работе на мазуте или газообразном топливе.

Поэтому чтобы давление в котле не могло подняться вы­ше допустимого, эксплуатация котлов с неисправными или неотрегулированными клапанами категорически запреща­ется.

Мерами предупреждения повышения давления в паро­вом котле являются: регулярная проверка исправности предохранительных клапанов и манометров, устройство сиг­нализации от потребителей пара для получения информа­ции о предстоящих расходах пара, обученность персонала и хорошее знание и исполнение ими производственных ин­струкций и противоаварийных циркуляров. -

Для проверки исправности действия предохранительных клапанов котла, пароперегревателя и экономайзера произ­водят их продувку, принудительно открывая вручную:

При рабочем давлении в котле до 2,4 МПа включитель­но- каждый клапан не реже 1 раза в сутки;

При рабочем давлении от 2,4 до 3,9 МПа включительно- поочередно по одному клапану каждого котла, пароперегре­вателя и экономайзера не реже одного раза в сутки, а так­же при каждом пуске котла, а при давлении выше 3,9 МПа- в сроки, установленные инструкцией.

В практике эксплуатации котлов все еще бывают ава­рии, связанные с превышением давления в котле выше до­пустимого. Основной причиной этих аварий является рабо­та котлов с неисправными или неотрегулированными пре­дохранительными клапанами и неисправными манометрами. В отдельных случаях аварии происходят из-за того, что котлы вводят в эксплуатацию с предохранительными кла­панами, отключенными с помощью заглушек или заклинен­ными, либо допускают произвольное изменение регулиров­ки клапанов, накладывая дополнительный груз на рычаги клапанов при неисправности или отсутствии средств авто­матики и безопасности.

В котельной произошла авария парового котла Е-1/9-1Т из-за пре­вышения давления, в результате чего частично разрушено помещение котельной. Котел Е-1/9-IT изготовлен Таганрогским домостроительным заводом для работы на твердом топливе. По согласованию с заводом - изготовителем котел был переоборудован на жидкое топливо, при этом установлено горелочное устройство АР-90 и смонтированы авто­матические устройства для отключения подачи топлива в котел в двух случаях - при понижении уровня воды ниже допустимого и повыше­нии давления выше установленного. Перед вводом в эксплуатацию котла оказавшийся неисправным питательный насос НД-1600/10 с по­дачей 1,6 м3/ч и давлением на нагнетании 0,98 МПа был заменен цен - тробежно-вихревым насосом с подачей 14,4 м3/ч и давлением на нагне­тании 0,82 МПа. Большая мощность двигателя этого насоса не позво­лила включить его в электрическую схему автоматического регулиро­вания питания котла водой, поэтому оно осуществлялось вручную. Автоматика защиты от снижения уровня воды была отключена, а автоматика защиты от превышения давления не работала из-за не­исправности датчика. Оператор, обнаружив упуск воды, включил пи­тательный насос. Сразу же была вырвана крышка люка верхнего ба­рабана и разрушен нижний левый коллектор в месте приварки к нему колосниковой балки. Авария произошла из-за резкого повышения дав­ления в котле из-за глубокого упуска воды и последующей подпитки его. Расчеты показали, что давление в котле в этом случае могло по­выситься до 2,94 МПа.

Толщина крышки люка в ряде мест была менее 8 мм, и крышка была деформирована.

В связи с этой аварией Госгортехнадзор СССР предло­жил владельцам, эксплуатирующим паровые котлы : не до­пускать эксплуатацию котлов при отсутствии или неисправ­ности средств автоматики безопасности и контрольно-изме­рительных приборов; обеспечить обслуживание, наладку и ремонт средств автоматики безопасности квалифициро­ванными специалистами.

В соответствии с письмом Госгортехнадзора СССР № 06-1-40/98 от 14.05.87 «Об обеспечении надежной экс­плуатации паровых котлов Е-1,0-9» владельцы котлов ука­занного типа обязаны снизить разрешенное в эксплуатации давление для котлов, которые имеют толщину крышки лю­ка 8 мм с креплением крышки люка шпильками до 0,6 МПа, так как заводами Минэнергомаша барабаны котлов Е-1,0-9 паропроизводительностью 1 т/ч выпускались с крышка­ми люка толщиной 8 мм и толщина крышки люка была уве­личена до 10 мм.

В котельной произошла авария с котлом Е-1/9Т йз-за превыше­ния давления.

В результате отрыва днища нижнего барабана котел был отброшен с места установки в сторону другого котла и, ударившись, сорвал об­шивку," разрушил обмуровку, деформировал 9 труб бокового экрана. Предохранительные клапаны при ударе были вырваны из своих гнезд. При испытании на стенде на давление 1,1 МПа клапаны не сработа­ли. При разборке клапанов установлено, что его подвижные части кла­пана прикипели.

Расследованием установлено, что днище котла 0 600X8 мм было изготовлено кустарным способом из стали, не имеющей сертификата.

После" приварки днища работниками котельной было проведено гидравлическое испытание давлением 0,6 МПа, при этом днище де­формировалось. Через несколько1 дней работы котла в сварном шве появились трещины, которые были заварены.

Из-за изменения конструкции крышки люка нижнего барабана (без согласования завода-изготовителя), неудовлетворительного проведения ремонта, стала возможной авария с тяжелыми последствиями.

Неисправности предохранительных клапанов

Для предупреждения аварий паровых и водогрейных котлов из-за превышения давления в них Правилами Гос-

Таблица 2.4. Неисправности предохранительных клапанов, их причины и способ устранения Характер неисправности Причина неисправности Способ устранения Предохранитель­ный клапан не от­крывается Прикреплен слишком большой груз Тарелка клапана прики­пела к седлу Снять лишний груз Продуть клапан, а если он не открывается, по­вернуть его ключом Наличие клиньев в вил­ках Удалить клинья из вилок клапана Предохранитель­ный клапан откры­вается слишком поздно Груз расположен очень близко к краю рычага Сдвинуть груз ближе к клапану Лишний груз, у пружин­ных клапанов слишком затянута пружина Снять лишний груз, у пружинных предохрани­тельных клапанов осла­бить - пружину Рычаг заржавел в шар­нире Удалить ржавчину в шар­нире и смазать его Тарелка клапана начала прикипать к седлу Продуть клапан Заедание рычага в пере­кошенной направляющей вилке Устранить перекос на­правляющей вилки Предохранитель­ный клапан от­крывается слиш­ком рано (до пе­рехода стрелкой красной черты ма­нометра) Груз находится очень близко к клапану, у пру­жинного клапана слабо затянута пружина Сдвинуть груз к краю рычага, у пружинного клапана затянуть пружи­ну Уменьшен груз на рыча­ге Износ тарелки клапана или седла Добавить груз Заменить тарелку или седло (или то и другое) Наличие раковин в сед­ле или тарелке Попадание песка, накипи между тарелкой и "сед­лом клапана Перекос тарелки в сед­ле клапана Проточить седло или та­релку и притереть Продуть клапан Устранить перекос Перекос рычага или шпинделя Устранить перекос рыча­га или шпинделя

Гортехнадзора СССР предусматривается установка не ме­нее двух предохранительных клапанов на каждый котел па­ропроизводительностью более 100 кг/ч.

На паровых котлах с давлением выше 3,9 МПа уста­навливаются только импульсно-предохранительные кла­паны.

Из-за неправильной эксплуатации предохранительных клапанов или дефектов их имели место аварии в котельных промышленных предприятий и на электростанциях. Так, на одной электростанции при резком сбросе нагрузки из-за не­исправности предохранительных клапанов давление пара в котле повысилось с 11,0 до 16,0 МПа. Это нарушило цир­куляцию, и произошел разрыв экранной трубы.

На другой электростанции в тех же условиях эксплуа­тации давление повысилось с 11,0 до 14,0 МПа, в резуль­тате чего произошел разрыв двух экранных труб.

Расследованием установлено, что некоторые предохра­нительные клапаны не работали, так как импульсные ли­нии были перекрыты клапанами, а остальные клапаны не обеспечили необходимого сброса пара из-за применения у импульсных предохранительных клапанов некалиброван - ных пружин и вследствие этого поломка части их.

Разрушение пружин наблюдалось у импульсных клапа­нов после каждого их открытия. Это происходило в резуль­тате больших динамических усилий от струи выходящего пара в момент открытия клапана, имеющего диаметр про­ходного сечения седла 70 мм.

Основные неисправности в работе рычажно-грузовых и пружинных предохранительных клапанов приведены в табл. 2.4.

Предохранительные клапаны должны защищать котлы и пароперегреватели от превышения в них давления более чем на 10% расчетного. Превышение давления при пол­ном открытии предохранительных клапанов выше чем на 10 % расчетного может быть допущено лишь в том случае, если при расчете на прочность котла и пароперегревателя учтено это возможное повышение давления.

Это разновидность агрегата для передачи тепловой энергии, давление пара в котором превышает уровень в 22 атмосферы. Создание и применение подобных устройств связано с эксплуатацией на заводах силовых агрегатов значительной мощности, имеющих повышенные требования, а также с необходимостью оптимизации расхода топлива.

Высокий уровень давления позволяет получать больший полезный объем пара, нежели в стандартных моделях промышленных котлов.

Наращивание удельной мощности пара стало возможным в 20-х годах ХХ столетия. Новые технологии, развитие машиностроения и металлургии позволили реализовать весь потенциал паровых систем в сфере повышения мощности, производительности и рационализации расхода топлива.

Сферы применения:

• металлургические заводы;
• предприятия горнодобывающей промышленности;
• производство разнообразных железобетонных изделий и прочих стройматериалов;
• заводы, занимающиеся переработкой нефтепродуктов (прогрев нефтепродуктов, обеспечение трубопроводной транспортировки и т. д.);
• деревообработка (сушка древесины);
• изготовление комбикормов и кормовых добавок.

Преимущества использования пара высокого давления

Использование водяного пара под значительным давлением связано с некоторыми особенностями:

• чем выше температура жидкости, тем выше давление пара;
• уровень давления пара обратно пропорционален температуре испарения;
• прямая зависимость давления насыщенного сухого пара и его температуры работает вплоть до 40 атмосфер, после чего температура начинает снижаться;
• температура перегретого пара постоянно растет при повышении давления.

Все это в совокупности означает, что при показателях давления до 40 атмосфер и при использовании насыщенного сухого пара можно снизить потребление топлива (в расчете на единицу пара). При работе с перегретым паром непрерывное повышение давления позволяет непрерывно же снижать расход топлива, однако уровень экономии незначителен.

Наибольшую продуктивность пар высокого давления показывает при эксплуатации паровых турбин и машин на различных заводах.

Промежуточный (вторичный) перегрев пара высокого давления

По совокупности параметров именно отработанный (перегретый) пар является наилучшим выбором для задач отопления и нагревания. При давлении в 80 атмосфер коэффициент полезного использования производимого тепла может достигать показателя в 70 %. Именно поэтому отработанный пар находит самое широкое применение в агрегатах повышенного давления.

Вторичный перегрев дает возможность нивелировать значительную влажность пара, проявляющуюся на последних этапах процесса отработки. Таким образом, можно достичь практически полного применения всего затраченного тепла.

Средняя экономия топлива при задействовании промежуточного перегрева составляет 1-3 %. Если осуществить дополнительную настройку регенеративных процессов, ответственных за подогрев подпитывающей воды при помощи пара, можно достичь 8-процентной экономии.

Конструкции и схемы промышленных паровых котлов высокого давления

Паровые котлы, использующие пар под значительным давлением, представлены двумя основными категориями:

1. Сравнительно старые модели промышленных котлов (секционные, вертикально-водотрубные), переконструированные с учетом эксплуатационных требований к системам со значительным давлением; как правило, используются при отсутствии более современной альтернативы, не отличаются большой эффективностью.
2. Варианты котлов высокого давления, изначально сконструированные для функционирования в таких условиях.

Наиболее распространенные системы, относящиеся ко второй категории:

• Атмос - несколько труб (роторов), расположенных горизонтально в топочном пространстве и вращающихся со скоростью около 300 оборотов в минуту; паропроизводительность зависит от числа оборотов роторов. Верхняя граница паропроизводительности систем Атмос - 300--350 кг/м 2 . Основные преимущества - простая схема циркуляции воды, отсутствие дорогостоящих деталей (барабанов); недостатки - высокая сложность устройства вращения роторов, необходимость постоянного ухода за установкой.
• Лефлера - такой котел позволяет получать пар под давлением за счет впуска перегретого пара в испаритель (барабан) одновременно с кипящей водой. Основные преимущества - значительный объем жидкости в испарители, нет необходимости в умягчении воды, отсутствие кипятильных труб. Недостатки - сложность насоса, ответственного за вывод пара, риск пережога труб при внезапной остановке насоса, а также неэкономичность всей установки при давлении меньше 100 атмосфер.
• Бенсона - агрегат использует оригинальную схему, при которой вода переходит в пар без дополнительных затрат тепла. Преимущества такого парового котла высокого давления - малый водяной объем, высокая безопасность и относительная дешевизна конструкции.
• Шмидта-Гартмана - котел, использующий барабан с интегрированной системой змеевиков. Преимущества - безопасность, хороший коэффициент теплоотдачи, горячие газы не оказывают прямое воздействие на барабан. Недостатки - сравнительно высокая цена, некоторые конструктивные особенности (необходимость обеспечивать для змеевиков больший уровень давления, нежели для рабочего пара).

Общие черты любых конструкций, рассчитанных на пар высокого давления, - повышенная прочность узлов, в особенности задвижек и клапанов, а также использование в качестве основных конструкционных материалов легированной стали, мартеновского литья, электростали.

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

Определение

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

Сфера применения

Выделяют три основные области применения паровых котлов:

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

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

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

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

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

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

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

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

Устройство

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

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

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

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

Классификация

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

По виду топлива:

1. Угольные.
2. Газовые.
3. Мазутные.
4. Электрические.

По назначению:

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

По конструкции:

1. Газотрубные.
2. Водотрубные.

Чем отличаются газо- и водотрубные паровые котлы

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

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

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

Дополнительные элементы котлов

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

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

Контрольные устройства

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

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

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

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

Парогенераторы

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

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

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

Заключение

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