Предназначение парового котла — классификация с описанием видов

Устройство парового котла

Конструктивно паровой котел – это емкость, в которой происходит процесс преобразования воды в пар. Емкость обычно выполняется из трубы, диаметр которой может варьироваться в достаточно широких пределах. Помимо заполненной трубы, схема парового котла включает в себя топочную камеру, предназначенную для сжигания топлива.

Топка может иметь определенные особенности, которые напрямую зависят от используемого вида топлива. Например, твердотопливные топочные камеры в нижней части оборудуются колосниковой решеткой, сквозь которую в камеру поступает кислород. В верхней части конструкции устанавливается традиционный дымоход, создающий тягу и обеспечивающий нормальное горение. В случае использования жидких энергоносителей или газа топочная камера снабжается горелкой.

В любом случае, выделяемый при сгорании топлива газ подступает к заполненной водой емкости, отдает ей свое тепло и выводится в атмосферу дымоходом. Вода в определенный момент начинает кипеть и превращаться в пар, который направляется в верхнюю часть емкости, а потом – в трубы.

Газо- и водотрубные котлы: отличия

Емкость для образования пара часто собой представляет трубу или несколько труб. Воду в трубах обогревают горячие газы, образовывающиеся при горении топлива. Устройства, в которых газы поднимаются к водяным трубам, называют газотрубными котлами. Схема газотрубного агрегата приведена на рисунке.

Схема газотрубного котла: 1- подвод топлива и воды, 2 — топка, 3 и 4 — жаровые трубы с горячим газом, который выходит дальше через дымотвод (позиции 13 и 14 — дымотвод), 5 — решётка между трубами, 6 — вход воды, выход отмечен цифрой 11 — её выход, стоит еще сказать что на выходе есть устройство чтобы провести измерения количества воды (обозначено цифрой 12), 7 — выход пара, территория его образования обозначено цифрой 10, 8 — паровой сепаратор, 9 — внешняя поверхность ёмкости, в которой течет вода.

Есть прочие конструкции, в которых газ двигается по трубе изнутри ёмкости с водой. В данных устройствах водные ёмкости называют барабанами, а сами устройства — водотрубными паровыми котлами. В зависимости от размещения барабанов с водой, водотрубные котлы делят на горизонтальные, вертикальные, радиальные, и также конфигурации разных направленностей труб. Схема движения воды по водотрубному котлу приведена на рисунке.

Схема водотрубного котла: 1- подвод топлива, 2 — топочная камера, 3 — трубы для движения воды; направление её движения обозначено числами 5,6 и 7, место входа воды — 13, место выхода воды — 11 и место слива — 12, 4 — территория, где вода начинает трансформироваться в пар, 19 — территория, в которых есть и пар, и вода, 18 — территория пара, 8 — перегородки, которые направляют движение воды, 9 — дымотвод и 10 — труба для дыма, 14 — выход пара через сепаратор 15, 16 — внешняя поверхность ёмкости для воды (барабан).

Газо- и водотрубные котлы: сопоставление

Чтобы сравнить газо- и водотрубных котлов приведём конкретные факты:

1. Размер труб для воды и пара: у газотрубных котлов трубы — больше, у водотрубных — меньше.
2. Мощность газотрубного котла ограничена давлением 1 МПа, и теплообразующей способностью — до 360 кВт. Связано это с приличным размером труб. В них может возникать большое количество пара и большое давление. Увеличение давления и количества образуемой теплоты просит существенного утолщения стенок. Цена подобного котла с толстыми стенками будет необоснованно высока, экономически не выгодна.
3. Мощность водотрубного котла — больше, чем газотрубного. Тут применяются трубы малого диаметра. Благодаря этому давление и температура пара могут быть более, чем в газотрубных агрегатах.

Примечание: Водотрубные котлы безопаснее, мощнее, делают большую температуру и допускают существенные перегрузки. Это даёт им преимущество перед газотрубными агрегатами.

Составные части конструкции парового котла

Паровой котел это сложный агрегат, в его состав входит основное и вспомогательное оборудование. К числу основного оборудования относится:

• Топка;
• Корпус (обечайка) парового котла;
• Горелка для установок, работающих на газу (устройства нагрева для котлов с топкой – трубы или экраны, электрические тэны;
• Теплоизоляция;
• Обшивка;
• Блок системы управления;
• Блок системы безопасности;
• Механические устройства безопасности;
• Нагнетающие насосы.

Высокие требования безопасности и специфика самого агрегата требует применения в конструкции оборудование самого высокого качества. Так для труб и переходников применяются изделия из жаропрочных сортов стали, а соединение их выполняется специальными электродами, образующими высокопрочный шов.

Теплоизоляция котла состоит из нескольких слоев шамотного кирпича, базальтовой ваты, асбестового полотна. Для соединения частей теплоизоляции используются специальные высокотемпературные составы на основе шамотной глины и синтетических добавок.

Система безопасности парового котла обеспечивается приборами контроля. При проведении наладочных работ каждый датчик, манометр, уровнемерная трубка со стеклом многократно проверяются и калибруются, доводя до максимальной точности показатели приборов.

К числу вспомогательного оборудования парового котла относится:

• Установка умягчения воды и водоподготовки;
• Экономайзер;
• Нагреватель воздуха;
• Пароперегреватель;
• Сепаратор – проводит отделение тяжелых водяных капель от мелкодисперсного пара;
• Деаэратор;
• Дымосос удаляет продукты горения из корпуса топки.

Вспомогательное оборудование парового котла обеспечивает подготовку воды, очистку воздуха от примесей и пыли, удаление дыма и вредных газов, вторичный нагрев пара перед подачей его в магистраль. Эти устройства позволяют повысить эффективность оборудования и обеспечить максимальную производительность парового котла.

Изготовление парового котла отопления

Делать паровой котел своими руками стоит только тем людям, которые прекрасно владеют навыками сварщика. Только в таком случае можно будет изготовить герметичную жаротрубную или водотрубную емкость для отопления дома, которая сможет выдержать большое давление и поддержать определенный баланс воды.

Паровой жаротрубный котел для отопления дома изготовливают так:

1. Рассчитывают уровень мощности, осуществляют выбор наиболее подходящего в плане размеров и мощности чертежа.
2. Берут трубу с диаметром 80-100 см и длиной 100-110 см. Толщина стенок – 2,5 мм.
3. Разрезают листовую сталь толщиной 1-2 мм на прямоугольники. Они будут стенками варочной топки.
4. Сваривают варочную топку и делают в ней 13 отверстий.
5. Разрезают 10-см в диаметре трубу на 12 отрезков.
6. Отрезают от трубы с диаметром 12 см небольшой отрезок.
7. Вставляют 13 отрезков в отверстия, сделанные на верхней стороне варочной топки.
8. Нижние концы труб развальцовывают и приваривают к поверхности варочной топки.
9. Топку с трубами вставляют в главный корпус и приваривают.
10. Приваривают сверху коллектор для забора перегретого пара и клапан, который может сбрасывать уровень давления и выравнивать баланс.
11. Прорезают отверстие для закладки топлива и фиксируют дверку.

Вокруг топки устанавливают асбестовые листы. Это делает производительность и КПД выше.

Устройство парового котла

Паровой котёл любого типа собой представляет некую ёмкость, и эта ёмкость заполнена водой. Вода в паровом котле нагревается до газообразного состояния, испаряясь – переходит из жидкого состояния в газообразное. Рабочая емкость парового котла, зачастую, сделана из трубы большого диаметра. Все паровые котлы оборудованы специальной камерой, где сжигается разного рода топливо. Строение топочной камеры напрямую зависит от вида топлива, что будет использоваться в котле. В твердотопливных паровых установках должна быть установлена специальная решетка, сквозь которую зола будет осыпаться в зольник. Колосниковая решётка служит для подачи воздуха в топку котла. Продукты сгорания отводятся через дымоход. Дымоход должен быть смонтирован в самой верхней точке топочной камеры.

Если в паровой установке в качестве топлива используется разного рода природный газ, то в топку котла устанавливается специальная форсунка. Форсунка также используется тогда, когда в качестве топлива применяется мазут. При использовании форсунки также необходима подача воздуха сквозь колосниковую решетку, что обеспечит достаточную тягу в топке. В топке достаточно большая рабочая температура, но для розжига котла и для набора давления требуется какое-то время. Вырабатываемое в топочной камере тепло доводит до кипения воду в рабочей емкости, и затем образовавшийся пар поступает в трубопроводы паровой установки.

Горелка

Подобрать паровой котёл — это одно дело, но его правильная и эффективная работа будет зависеть и от дополнительного оборудования в сочетании с которым ему надо будет работать. Горелка — такой же важный элемент парогенератора, от которого зависит эффективность системы.

Ступенчатая горелка Включает-отключает определённую мощность горения ступенчато, в зависимости от давления пара в котле на данный момент. В зависимости от производительности парового котла может быть одноступенчатой (0–100%), двухступенчатой (0-50%-100%), трёхступенчатой (0-50%-80%-100%) и т. д.

Модулируемая горелка Плавное регулирование мощности горения в пределах 15% …100% в течение всего времени работы котла, в зависимости от давления пара в котле. При использовании модулируемой горелки парогенератор быстрее реагирует на изменение паропотребления в системе и его работа становится более плавной и эффективной.

Дополнительные элементы котлов

Устройство парового котла не ограничивается основными элементами, которые уже были описаны выше. Иногда паровой котел может комплектоваться дополнительными устройствами, позволяющими повысить эффективность или функциональность системы.

Речь идет о следующих элементах:

1. Пароперегреватель. Данный элемент позволяет разогреть пар до температуры свыше 100 градусов, что позволяет добиться большей экономичности за счет увеличения КПД агрегата. Пар при использовании перегревателя может достигать температуры в 500 градусов, причем его нагрев осуществляется уже в трубах, то есть после этапа испарения воды. Пароперегреватель может быть как встроенным, так и выполняться в формате отдельного устройства. Существуют конвекционные и радиационные устройства (второй тип имеет в 2-3 раза большую мощность).
2. Сепаратор пара. Этот элемент парового котла позволяет устранить всю лишнюю влагу из пара и максимально его высушить. При использовании сепаратора КПД всего котла существенно повышается.
3. Паровой аккумулятор. Данное устройство позволяет стабилизировать работу системы. Аккумулятор вбирает в себя излишки выработанного пара и возвращает их в систему, если его становится слишком мало.
4. Устройство для очистки воды. Данное приспособление позволяет снизить насыщенность воды кислородом и различными химическими веществами. Своевременная подготовка воды дает возможность уменьшить воздействие коррозии на внутренние элементы котла и свести к минимуму количество отложений в системе.

Также устройство парового котла включает в себя клапан для спуска конденсата, подогреватели воздуха и блок управления агрегатом, в который входит выключатель горения и регуляторы расхода сырья и энергоресурсов. Понимание того, из чего состоит паровой котел, позволяет подогнать его конфигурацию под решение конкретных задач.

Конструкция паровых котлов английского типа

Принцип работы корнуэльского парового котла.

В Великобритании были созданы паровые котлы с особой конструкцией, в которых увеличение нагреваемой площади произвели за счет трансформации топочных камер в так называемые жаровые, или пламенные, трубы. Эти трубы оснащены решеткой из колосников, на которой происходит сгорание топлива. Английский паровой агрегат, оснащенный одной жаровой трубой, называется корнуэльским паровым котлом, с парой труб — ланкаширским. Самой небезопасной частью английских паровых конструкций считаются гладкие пламенные трубы, поскольку они с легкостью деформируются под действием высокого внешнего парового давления, поэтому их требуется скреплять особым образом. Намного надежнее волнистый тип труб, поскольку они характеризуются намного большим сопротивлением, нежели гладкие, и их не нужно скреплять как-то особенно.

Ланкаширский паровой котел — это котел с двумя трубами.

Днище английской конструкции паровых котлов выпускается выпуклой формы с наружными и внутренними флянцами, предназначенными для соединения с топочными трубами и собственно котлом. В этих устройствах, по аналогии с другими, огонь сгораемого топлива идет сперва над кирпичным порогом, который служит в качестве ограждения топливного слоя и для более благоприятного смешивания поступающего воздуха с дымом. Перемещаясь по топливным трубам, огонь нагревает ее поверхность и окружающую воду, затем нагревают боковую и нижнюю поверхность парового котла, передвигаясь по второй дымоходной трубе к третьей.

Первоначальный пар, вырабатываемый котлом, в составе имеет большое количество влаги и именуется влажным. Чтобы осушать влажный пар, на паровой установке монтируется специальный паровой колпак, который через латеральные патрубки и паропроводящие трубочки отводит пар к месту его транспортирования. Осмотр начинки парового агрегата, а также удаление с его деталей и стенок накипи и пыли выполняется через особые отверстия, оснащенные крышками, которые именуются горловинами либо лазами.

Английские котлы производятся до 230 см в диаметре при длине в 8-10 м. Топочные трубы составляют не менее 70 см в диаметре, но лучше всего функционируют трубы диаметром 0,9 м.

Морской (пароходный) тип парового агрегата снабжен парой топочных труб (в некоторых случаях и больше) в нижней части конструкции и большим количеством дымогарных трубочек в верхней части. Такие котлы выпускаются в диаметре от 400 см и более, толщина их стенок может достигать 3 см. Дымогарные трубки по своей функции никак не соответствуют своему названию, так как они необходимо только для увеличения нагреваемой площади и никак для горения дыма. Скорее даже напротив, они стимулируют выработку дыма, поскольку охлаждают находящийся в середине их горячий газ. Эти трубки, материалом для которых служит железо или латунь, устанавливаются в тех ограниченных местах, в которых требуется добиться максимальной нагреваемой площади. Их часто можно встретить в конструкции промышленных паровых котлов и в паровозном котле.

Если заменить 1 большую топливную трубу на 100 маленьких трубочек с диаметром, в 10 раз меньше от диаметра обычной трубы, то суммарная площадь поперечного разреза маленьких трубочек будет аналогичной большой пламенной трубе, но суммарная нагревающаяся поверхность всех трубочек составит величину в 10 раз больше по сравнению с площадью большой жаровой трубы.

Конструктивные особенности, классификация по температуре и способу выполнения

Водогрейные котлы, встречающиеся сегодня на прилавках, имеют относительно одинаковое устройство. Существенные различия заключаются в конкретных изготовителях (они бывают как иностранными, так и российскими), а также в максимальной мощности оборудования.

Если же говорить конкретно о конструктивных особенностях, то с этой точки зрения котлы могут быть газотрубными (или, как их еще называют, жаротрубными) и водотрубными. Ознакомимся детальнее с каждой из категорий.

1. Жаротрубные модели. Их отличительной чертой можно считать наличие специальных трубок, посредством которых движутся нагретые продукты сжигания энергоносителя. Что касается принципа действия такого оборудования, то он основывается на применении автоматизированных горелок, оснащенных дутьевыми вентиляторами. Благодаря дымогарным трубкам вода, находящаяся снаружи них, нагревается. Стоит заметить, что в быту такие модели практически никогда не применяются.
2. Водотрубные модели. Им свойственны особые кипятильные трубки, посредством которых перемещается теплоноситель. А для нагрева этих трубок используются продукты сжигания топлива. Прогреваются котлы водотрубного типа достаточно быстро, вы с легкостью сможете регулировать их, если будут изменяться нагрузки. Помимо этого, эксплуатация данного оборудования предусматривает также возможность серьезных перегрузок. Что же касается взрывоопасности этих котлов, то она на достаточно низком уровне.

Заметим, что низкотемпературный режим функционирования предусматривает достаточно экономный расход топлива, но при этом на поверхности прибора появляется конденсат, способный отрицательно повлиять на материалы, контактирующие с продуктами сжигания энергоресурсов. По этой причине к материалам, которые используются в производстве котлов, выдвигаются крайне суровые требования.

Агрегаты, которые генерируют перегретую воду, характеризуются большим сроком службы и высокой надежностью. При работе они практически не шумят, да и выброс отходов при этом минимален. Еще эти агрегаты оборудуются удобными и простыми системами контроля. Устанавливаются быстро, в трудоемком техобслуживании не нуждаются.

Отличия газо- и водотрубных котлов по схеме работы

Емкость, позволяющая создавать пар, обычно выполняется из одной или нескольких труб. Находящая в них вода прогревается за счет разогретых газов, выделяемых в процессе горения топлива. Такая конструкция подразумевает, что газ сам поднимается к заполненным водой трубам, и устройства, работающие по такому принципу, называются газотрубными котлами.

В другом типе котлов газ перемещается по трубе в самой емкости с водой. Емкость в данном случае называется барабаном, а сам котел относится к категории водотрубных. Заполненные водой барабаны могут располагаться горизонтально, вертикально, радиально или же комбинировано, в зависимости от чего выделяют соответствующие виды водотрубных котлов.

Сравнение особенностей рассматриваемых видов котлов позволяет сделать следующие выводы:

1. Первое отличие – разные размеры используемых труб. Газотрубные устройства оснащаются достаточно большими трубами по сравнению с изделиями, которые используются в водотрубных котлах.
2. Следующее отличие заключается в разнице мощностей. Предельное значение мощности газотрубных котлов составляет 360 кВт, а максимальное давление не может превышать 1 МПа. Высокое давление и объем пара требуют увеличения толщины стенок устройства, что негативно сказывается на итоговой стоимости котла. Водотрубные котлы такого недостатка лишены – для них вполне могут использоваться тонкие трубы, позволяющие добиться большей температуры и давления по сравнению с газотрубными аналогами.
3. Водотрубные котлы отличаются не только мощностью и более высокой температурой. К их преимуществам относится еще и возможность выдерживать серьезные перегрузки, что говорит о большей степени безопасности подобных устройств.

Топливо

Топливо — это основной ресурс, от которого во многом зависит стоимость эксплуатации котла

При выборе топлива необходимо принять во внимание доступность того или иного ресурса, его стоимость и стоимость обслуживания при долговременной эксплуатации

Электричество. Самый доступный ресурс, но самый дорогой. При выборе электрического парового кола необходимо понимать, что его стоимость самая низкая на рынке, но потребляемая энергия будет стоить раз в 4…7 дороже, чем природный газ, и в 2…4 раза дороже, чем дизельное топливо

Также необходимо принять во внимание, что получение пара — это очень энергозатратный процесс, и необходимо просчитать и понять, можете ли вы на производстве позволить себе это.

Твёрдое топливо (уголь, торф, пеллеты). Дешёвое топливо, но угольное хозяйство очень затратное в содержании и требует больших складских площадей

Автоматизированные котлы — также удовольствие не из дешёвых.

Мазут. Топливо достаточно дешёвое, но стоимость котельного оборудования и впоследствии содержание мазутного хозяйства перечёркивает все достоинства.

Сжиженный газ (пропан-бутан). Дорогое оборудование, стоимость Гкал сравнима с ДТ, но высок показатель и взрывоопасности. Единственный плюс — экологичность.

Дизельное топливо. Очень распространено по всей территории России. По стоимости топлива и стоимости обслуживания стоит на втором месте после природного газ, но при этом стоимость 1 Гкал выше примерно в 3…4 раза.

Природный газ. Самое дешёвое топливо на сегодняшний день, но не везде проведён магистральный газ. Хочется обратить внимание, что котлы дорогие, но преимущество этого вида оборудования в том, что дешёвое топливо достаточно быстро окупает затраты на покупку и обустройство новой котельной.

Устройство водотрубного типа котлов

Схема водотрубного котла вертикального типа.

Непрерывно растущее использование все более высокого парового давления привело к обращению к нового типа водотрубным котлам, имеющих различие от трубных в том, что в их состав входят трубочки с малым диаметром, которые заполняются водой и размещаются непосредственно над пламенем, а не в середине большого парового котла. Котлы водотрубного типа могут работать с высоким давлением пара (10-15 атм. и более) благодаря трубкам с малым диаметром и не толстыми стенками. Паровой котел водотрубного типа имеет меньший диаметр по сравнению с трубчатыми и английскими котлами, он не подвержен прямому воздействию пламени.

Примером водотрубного типа котлов является паровой агрегат Дюрра. Его конструкция заключается в размещенных под наклоном относительно горизонта трубочек, запаенных с одной стороны и установленных другой стороной в наводненную плоскостенную камеру (коллектор), образующиеся пары в которой направляется в верхний паровой колпак. В каждой водяной трубке находится еще меньшая трубочка. Между трубочками происходит нагрев воды и она в виде пара направляется в коллектор, стимулируя при этом возврат воды из него обратно во внутреннюю трубочку. В такой способ вода усиленно циркулирует, не позволяя грязи скапливаться на внутренней поверхности трубок. На территории Российской Федерации водотрубные паровые котлы Дюрра не стали популярными.

Схема принципа работы водотрубных котлов.

Образец водотрубного котла Рута характеризуется тем, что в его конструкции трубки соединяются посредством специальных соединительных ящиков, выполненных из чугуна. Эта модель парового агрегата вырабатывает пар с большим процентом влаги из-за небольших размеров парового объема в верхней трубе, которая является паросборником.

Очень популярны на территории России водотрубные установки американского производства Бабкок и Вилькокс. В их конструкции трубочки размещены в шахматном порядке.

Дополнительные элементы котлов

Устройство парового котла не ограничивается основными элементами, которые уже были описаны выше. Иногда паровой котел может комплектоваться дополнительными устройствами, позволяющими повысить эффективность или функциональность системы.

Речь идет о следующих элементах:

1. Пароперегреватель. Данный элемент позволяет разогреть пар до температуры свыше 100 градусов, что позволяет добиться большей экономичности за счет увеличения КПД агрегата. Пар при использовании перегревателя может достигать температуры в 500 градусов, причем его нагрев осуществляется уже в трубах, то есть после этапа испарения воды. Пароперегреватель может быть как встроенным, так и выполняться в формате отдельного устройства. Существуют конвекционные и радиационные устройства (второй тип имеет в 2-3 раза большую мощность).
2. Сепаратор пара. Этот элемент парового котла позволяет устранить всю лишнюю влагу из пара и максимально его высушить. При использовании сепаратора КПД всего котла существенно повышается.
3. Паровой аккумулятор. Данное устройство позволяет стабилизировать работу системы. Аккумулятор вбирает в себя излишки выработанного пара и возвращает их в систему, если его становится слишком мало.
4. Устройство для очистки воды. Данное приспособление позволяет снизить насыщенность воды кислородом и различными химическими веществами. Своевременная подготовка воды дает возможность уменьшить воздействие коррозии на внутренние элементы котла и свести к минимуму количество отложений в системе.

Также устройство парового котла включает в себя клапан для спуска конденсата, подогреватели воздуха и блок управления агрегатом, в который входит выключатель горения и регуляторы расхода сырья и энергоресурсов. Понимание того, из чего состоит паровой котел, позволяет подогнать его конфигурацию под решение конкретных задач.

Где применяются парогенераторы

Генераторы дают такие виды ресурса:

1. Насыщенный пар. Его температура — +100 °C, давление пара равняется 100 килопаскалей. Он применяется для отопления собственных домов.
2. Перегретый пар. Его температура может достигать +500 °C, рабочее давление составляет до 26 мегапаскалей. Применяется такой пар в энергетике и промышленности. Он эффективней переносит тепло, благодаря этому увеличивает КПД агрегата.

Энергетические агрегаты помогают получать электроэнергию.

Паровые котлы применяются:

1. В системах отопления. В них разогретое газообразное вещество выполняет функцию носителя энергии.
2. В энергетике. При этом парогенераторы применяются для выработки электрической энергии.
3. В промышленности. В этой сфере пар преобразуется в механическое движение и перемещает транспорт.

Устройство парового котла

Первые конструкции парового котла имели шаровидную форму или предназначались для приготовления пищи, поэтому изготавливались на основе меди или чугуна.

Конструктивные изменения современного агрегата произошли во второй половине девятнадцатого века, и предполагали повышение:

• газового потока в газотрубных агрегатах;
• водных и паровых потоков в водотрубном оборудовании.

Паровые котлы газотрубного типа имели относительно малые размеры и высокие показатели КПД, но уровень производительности пара, ограничивался габаритами.

В соответствии с конструктивными особенностями, паровые котлы бывают газотрубными и водотрубными.

Конструкция разных типов парового котла представлена:

• Цилиндрические модели — барабанным устройством и решеткой колосников.
• Жаротрубные агрегаты — барабанным устройством, жаровой трубой, газоходом и решеткой колосников.
• Жаротрубно-дымогарные системы — барабанным устройством, дымогарной и жаровой трубами;
• Камерного типа горизонтально-водотрубное оборудование — барабанным устройством, сборной камерой, решеткой колосников и паровым перегревателем.
• Двухсекционного типа горизонтальные водотрубные системы — барабанным устройством, сборного вида камерой и паровым перегревателем.
• Вертикальные водотрубные системы, имеющие гнутые трубы — барабанным устройством и паровым перегревателем.
• Вертикальный водотрубный паровой агрегат, имеющий П-образную компоновку — барабанным устройством, водяным экономайзером, паровым перегревателем и воздушным подогревателем.
• Вертикальные водотрубные паровые котлы, имеющие Т-образную компоновку — барабанным устройством, водяным экономайзером, паровым перегревателем и воздушным подогревателем.
• Прямоточная конструкция Рамзина — водяным экономайзером, паровым перегревателем и воздушным подогревателем.

Обобщенная схема устройства парового котла

По типу топлива, паровые котлы могут быть газовыми, угольными, мазутными и электрическими, а по предназначению такой агрегат бывает бытовым, промышленным, энергетическим или утилизационным. Современные паровые котлы представлены ёмкостями, внутри которых осуществляется нагрев и испарение воды с образованием достаточного количества пара.

Дополнительное оборудование, положительно сказывающееся на показателях эффективности функционирования системы, включает в себя паровые перегреватель, аккумулятор и сепаратор, а также устройство водоподготовки.

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.

Принцип работы парового котла

В первую очередь нужно понять, что называется паровым котлом. Паровой котел – это устройство, генерирующее пар. Существует два вида вырабатываемого пара – насыщенный и перегретый. Температура насыщенного составляет 100 градусов, а давление – 100 кПа. Перегретый пар разогревается вплоть до 500 градусов, а величина давления при этом может превышать 26 МПа. Насыщенный пар используется в агрегатах бытового назначения, а перегретый ввиду своих особенностей применим только на объектах промышленного масштаба.

Сырьем для создания пара является вода, которая перерабатывается в котле, работающем на любом виде топлива. Созданный пар в процессе работы преобразуется в теплоноситель, доставляющий тепловую энергию на участок его применения.

Независимо от особенностей конструкции конкретного устройства, общий принцип работы парового котла всегда остается неизменным:

• Первым делом воду проходит этап очистки и направляется в резервуар (обычно находящийся в верхней части устройства) при помощи электрического насоса;
• Накопленная в резервуаре вода поступает в трубы, ведущие к расположенному ниже коллектору;
• Из коллектора вода направляется вверх, поступая в зону нагрева;
• В трубе вода преобразуется в пар, выходящий вверх за счет разницы давлений жидкости и газа;
• В верхней части конструкции располагается сепаратор, позволяющий отделить пар от воды и отвести излишки последней в резервуар;
• Пар направляется в трубопровод и отправляется к потребителям;
• В парогенераторах этап нагрева осуществляется еще раз для достижения паром необходимого состояния.

Чтобы хорошо понять, как работает паровой котел, нужно также рассмотреть особенности его конструкции, о чем речь пойдет дальше.