Принцип работы и устройство парового котла

Принцип работы и устройство парового котла

Паровой котел — это такое устройство, в котором размещена топка. В ней происходит сгорание твердого или подвижного топлива с последующим выделением тепла. Благодаря этому теплу вода в котле нагревается и из нее генерируется пар (насыщенный или перегретый). Выходящий пар имеет давление выше атмосферного и используется в промышленных нуждах.

Паровой котел

Для того чтобы паровой котел эффективно выполнял свою основную функцию, необходимо подобрать его по размеру площади обогрева жилых помещений.

В общем виде устройство котла выглядит следующим образом. Находящийся в верхней части котла барабан соединяется с коллекторами, расположенными в его нижней части, при помощи опускных труб (они сами не обогреваются). С помощью подъемных труб коллекторы замыкаются на барабане. Подъемные трубы расположены в зоне сгорания топлива. По трубам вверх поднимается смесь пара и воды, в сепараторе происходит разделение этой смеси на составляющие. Пар поступает в паропровод, а вода возвращается в барабан и снова участвует в процессе выработки пара.
Составные части и устройство парового котла

Пример организации парового отопления

Пример организации парового отопления.

Устройство парового котла предполагает наличие различных труб и сосудов. Трубы и сосуды различного диаметра соединяются между собой методом вальцовки либо сварки. В котлах есть специальные люки, которые обеспечивают возможность очистки и осмотра коллекторов и барабана. Внутри котла есть два пространства: водное и паровое. Водное заполнено водой, а паровое — паром. В паровом пространстве котла располагается сепаратор, который отделяет пар от влаги. Устройство разделяет эти два пространства зеркалом испарения.

Главной составляющей парового котла является топка. В ней происходит процесс горения. Это клетка из вертикальных труб, которые присоединены выходными отверстиями ко включенным в циркуляцию котла барабанам коллектора. Снаружи топка обшита огнеупорными и теплоизолирующими материалами. Между трубами и их обшивкой располагаются специальные кирпичи. Эти кирпичи открывают передние поверхности труб, но закрывают задние, в результате чего на стенах топки не задерживаются шлак и зола.

При использовании твердого топлива оно располагается на колосниковой решетке. Через воздушные отверстия в само измельченное топливо проникает воздух. При коксовании угля его надо периодически перемешивать, чтобы подача воздуха не прекращалась.

При использовании подвижного топлива (угольной пыли, мазута, топливного газа) оно вводится с помощью горелки в топку. В этой горелке сильно закрученные потоки воздуха перемешиваются с поступающей струей топлива.

Средства управления обеспечивают автоматическое включение и выключение парогенераторов по заложенной программе, запоминание первоначальной причины аварии, регулировку уровня воды в барабане и давления пара. Эта система автоматически оповещает о возникновении аварийной ситуации. Так, к примеру, при перенасыщении котла водой либо при сильном повышении давления пара, при пропуске котлом воды и других аварийных ситуациях система автоматически включит сигнализацию.

Разновидности и устройство паровых котлов, их КПД
Для того чтобы понять устройство котла, надо знать принципы, по которым их разделяют между собой:

  1. По способу движения пароводяной смеси. Выделяют по этому принципу два вида котлов: с естественной и принудительной циркуляцией.
  2. По способу возврата конденсата котлов два типа: замкнутые и разомкнутые.
  3. По принципу движения среды, принимающей участие в теплообмене (пар, вода, дымовые газы) бывают водотрубные и жаротрубные котлы.
Схема устройства парового котла.

Схема устройства парового котла.

Котлы бывают двух типов: водотрубные и газотрубные. У них разное устройство и КПД. Газотрубными называются такие котлы, в которых газы перемещаются внутри дымогарных и жаровых труб, нагревая воду. Они опираются на стенки топки сбоку. В водотрубных котлах вода движется по трубам, а газы омывают их с наружной стороны. Крепятся водотрубные котлы к каркасу здания или котла.

Сейчас в основном выпускают паровые котлы серии ДЕ, КЕ, МЕ. Они имеют не только разное устройство, ни и работают на разном топливе. Котлы серии ДЕ имеют высокий КПД, работают на газовом топливе и мазуте, серии КЕ — на твердом топливе.

Принцип действия и устройство парового котла
Полученное в топке тепло, выделяемое топочными газами, поступает к поверхностям нагрева (паронагреватель и кипятильные трубы). Поверхности нагрева бывают двух видов: радиационные и конвективные. Конвективные поверхности нагрева включают следующие элементы: контактные теплообменники, водяные экономайзеры, воздухоподогреватели. Они предназначаются для увеличения КПД установки, уменьшения потерь тепла с выходящими газами, уменьшения топливного расхода.

Принцип действия парового котла

Принцип действия парового котла.

Огромное значение в работе паровых котлов имеет качество воды. В них может использоваться только чистая вода без примесей. Поэтому перед подачей в котел вода должна проходить химическую очистку и деаэрацию (из воды удаляются газы). Только после этого вода становится питательной.

После этого питательная вода закачивается питательным насосом в водяной экономайзер. Там она нагревается топочными газами и поступает в верхнюю часть барабана, там же происходит перемешивание питательной воды и котловой.

Часть воды котла из верхнего барабана опускается в нижний по трубам, которые называются кипятильными. В верхней части барабана у топочных газов температуры низкие, а в нижней части — высокие. Таким образом вода нагревается и вместе с пароводяной смесью поднимается в верхний барабан по подъемным трубам.

Вторая часть воды котла из верхнего барабана проходит по опускным трубам, которые находятся снаружи топки, затем отправляется на перераспределение по коллекторам. После этого котловая вода в экранных трубах нагревается, в результате чего образуется пароводяная смесь и пузырьки пара, которые отправляются в верхний барабан.

Путь перемещения теплоносителя имеет название циркуляционного контура.

Схема двухтрубной разводки системы отопления

Схема двухтрубной разводки системы отопления.

В верхнем барабане парового котла полученный в испарительных поверхностях нагрева пар проходит через сепаратор, где происходит выделение капелек воды из него. Так получается сухой насыщенный пар и увеличивается КПД. Этот пар поступает по паропроводу к потребителю. Этот пар может и отправиться по тому же паропроводу в пароперегреватель, где нагревается до более высокой температуры при сохранении давления.

Во время работы паровых котлов в верхнем барабане постоянно происходит колебание уровня воды между высшим и нижним положениями. Это предусмотрено для увеличения КПД паровых котлов. Тот объем воды, который находится между этими двумя уровнями, является резервным для бесперебойной работы котла во время отсутствия поступления в него воды. Чтобы увеличить КПД парового котла, устанавливают воздухопрогреватели.

Определение положения максимального или так называемого высшего допускаемого уровня воды в барабане парового котла осуществляется с тем расчетом, чтобы предупредить попадание воды в пароперегреватель.

Медный трубопровод для парового отопления

Медные трубы — прочные, надежные, практичные. Такой трубопровод способен выдержать высокие температуры теплоносителя.

Определение положения минимального или низшего допускаемого уровня воды в барабане парового котла осуществляется с тем расчетом, чтобы исключить перегревание металлической поверхности кипятильного пучка и верхнего барабана, а также для того, чтобы обеспечить стабильное поступление воды в опускные трубы.

Устройство паровых котлов предусматривает циркуляцию воды. Она может быть естественная и принудительная. Естественная циркуляция в паровых котлах, которую предусматривает их устройство, обеспечивается за счет различной плотности пара и воды. Плотность пароводяной смеси в подъемных трубах ниже плотности воды в опускных трубах. Но при этом температура и давление одинаковые на протяжении всей трубы. К тому же пар — это газ, который всегда стремится вверх.

Принудительная циркуляция в паровых котлах осуществляется с помощью специальных насосов.

http://youtu.be/pT8_7BYPnf0

Нарушение циркуляции может происходить:

Условия безопасной работы паровых котлов
Главным условием для безопасной работы парового котла и увеличения его КПД является поддержание температуры металлических поверхностей нагрева на заданном уровне. Это достигается благодаря непрерывной работе теплоносителя внутри нагреваемых труб, которую обеспечивает его устройство (происходит интенсивное охлаждение этих поверхностей нагрева). Это необходимо, поскольку топочные газы на выходе имеют очень высокие температуры. Теплоноситель должен постоянно отводить тепло от стенок труб, которые нагреваются от тепла дымовых топочных печей. В случае недостаточного отвода тепла от труб металл перегревается, теряет свою прочность, снижается КПД. Могут появляться свищи и отдулины. Самый худший вариант — это разрыв труб и аварийная остановка котла.

http://youtu.be/P_edPhyi0hY

Недопустимо халатное отношение персонала к работе котельного оборудования. В результате может произойти не только снижение коэффициента полезного действия, но выпуск воды из барабана. В опускные трубы попадет пар, образуется кавитация, перегреются верхний барабан и трубы. В конечном счете произойдет авария.