Принцип работы парового котла

Способы очистки экономайзера

Внешняя очистка агрегата осуществляется обдувочным аппаратом, а для внутренней очистки был изобретён специальный способ – «продувка водой»:

1. В барабан котла подаётся горячая питательная вода, вырабатывается пар.
2. Продувочная вода по трубопроводу подаётся в обмывочный аппарат.
3. Аппарат в свою очередь направляет воду на внутреннюю поверхность нагрева.
4. Под давлением поверхность очищается от слипшихся топливных отложений.

В заключении стоит отметить, что экономайзер водогрейного котла – это, конечно, сравнительно новое в бытовом плане устройство, но, как показывает опыт промышленного использования, именно концепция его развития является наиболее перспективой для повышения прямой теплоотдачи даже небольших котлов.

Особенности конструкции

В основе конструкции рассматриваемого котла лежит своего рода барабан. В этот элемент оборудования посредством системы насосов и труб подается предварительно подготовленная вода. В нижнем отсеке котла размещены опускные трубы. Эти элементы имеют разный диаметр и не нагреваются в процессе работы котла. По системе труб жидкость из барабана переходит в коллекторы. Последние чаще всего размещаются внизу котла.

Паровой котел

Коллектор сопрягается с барабаном при помощи подъемного трубопровода. За счет трубопровода в месте сгорания загруженного топлива создаются поверхности нагревания.

К парогенератору подключается система трубопроводов, работающая по механизму сообщающихся сосудов. В горячих трубах циркулирует смесь жидкой воды и водяного пара. Данная смесь имеет довольно низкую плотность, что позволяет ей беспрепятственно поступать в сепараторное отделение, где происходит разделение пара и воды. Жидкая составляющая направляется в барабан парового котла.

Пар переходит в паропровод, а затем – в специальные нагреватели, где происходит повышение давления, а также температуры пара до нужных параметров. В завершении пар направляется в соответствующую паровую турбину.

Делаем паровой котел

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.

Параметры пара (давление, температура)

Пар — это высокая температура, большое давление, высокая теплота парообразования/конденсации, высокая проникающая способность. Из-за этих параметров пар получил большое распространение в промышленности. В большинстве технологических процессов промышленного производства применяют насыщенный водяной пар, для которого характерна прямая зависимость давления от температуры.

Пример модельного ряда паровых котлов, классифицируемых по давлению пара (температуры):

• пар до 1,7 кгс/см² абс. (115°С);
• пар до 10 кгс/см² (180°С);
• пар до 16 кгс/см² (201°С);
• пар до 24 кгс/см² (222 °С);
• перегретый пар.

Газо- и водотрубные котлы: отличия

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

Схема газотрубного котла: 1- подвод топлива и воды, 2 — топочная камера, 3 и 4 — дымогарные трубы с горячим газом, который выходит дальше через дымоход (позиции 13 и 14 — дымоход), 5 — решётка между трубами, 6 — вход воды, выход обозначен цифрой 11 — её выход, кроме того на выходе есть устройство для измерения количества воды (обозначено цифрой 12), 7 — выход пара, зона его образования обозначено цифрой 10, 8 — сепаратор пара, 9 — наружная поверхность ёмкости, в которой циркулирует вода.

Есть другие конструкции, в которых газ двигается по трубе внутри ёмкости с водой. В таких устройствах водные ёмкости называют барабанами, а сами устройства — водотрубными паровыми котлами. В зависимости от расположения барабанов с водой, водотрубные котлы классифицируют на горизонтальные, вертикальные, радиальные, а также комбинации различных направлений труб. Схема движения воды по водотрубному котлу приведена на рисунке.

Схема водотрубного котла: 1- подвод топлива, 2 — топка, 3 — трубы для движения воды; направление её движения обозначено цифрами 5,6 и 7, место входа воды — 13, место выхода воды — 11 и место слива — 12, 4 — зона, где вода начинает превращаться в пар, 19 — зона, где есть и пар, и вода, 18 — зона пара, 8 — перегородки, которые направляют движение воды, 9 — дымоход и 10 — дымовая труба, 14 — выход пара через сепаратор 15, 16 — наружная поверхность ёмкости для воды (барабан).

Газо- и водотрубные котлы: сравнение

Для сравнения газо- и водотрубных котлов приведём некоторые 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. Это связано с большим размером труб. В них может образовываться значительное количество пара и высокое давление. Увеличение давления и количества образуемой теплоты требует значительного утолщения стенок. Цена такого котла с толстыми стенками будет неоправданно высока, экономически не выгодна.
3. Мощность водотрубного котла — выше, чем газотрубного. Здесь используются трубы небольшого диаметра. Поэтому давление и температура пара могут быть больше, чем в газотрубных агрегатах.

Основное и вспомогательное оборудование паровых котлов

Паровой котлоагрегат имеет в своем составе основные элементы и устройства:

1. Топочная камера;
2. Обечайка (корпус) котла;
3. Горелка – для газовых и жидкотопливных котлов;
4. Поверхности нагрева – трубы, экраны;
5. ТЭНы или электроды – для электрических котлов;
6. Теплоизоляция корпуса;
7. Наружная декоративная обшивка;
8. Система управления, безопасности и автоматики;
9. Питательный насос.

Топочная камера твердотопливных котлов разделяется на две части колосниковой решеткой. Корпусы котлов выполняются из жаропрочных видов стали.

Горелочные устройства чаще всего оборудуются системами наддува воздуха. Нагнетание воздуха для интенсификации горения производится вентилятором.

В электрических парогенераторах вода нагревается до кипения ТЭНами или электродами. Особая разновидность паровых котлов – индукционные электрические котлы. Здесь нагрев достигается за счет индукционного поля.

Теплоизоляция корпуса предохраняет аппарат от потери теплоты, обеспечивает отсутствие раскаленных поверхностей. Материалами для изоляции служат современные изоляционные материалы с повышенной жаростойкостью, используются и традиционные – огнеупорный кирпич, шамотная глина, асбестсодержащие волокна.

 Система автоматики обеспечивает контроль за работой устройства, безопасность режима и параметров, блокирует (прерывает) горение при достижении критических значений. 

Питательный насос производит дозированную подачу питательной воды по сигналам датчиков уровня. Устройство работает в циклическом режиме.

Обязательными элементами в конструкции котла являются предохранительные клапана, показывающие приборы – манометры и термометры, визуальные показатели уровня воды. Устройством для визуального контроля служит уровнемерная колонка с уровнемерными стеклами (не менее двух). В колонку встроены датчики уровня.

 Эксплуатация котла разрешается только при исправности обоих уровнемерных стекол. 

Вспомогательным оборудованием парового котла являются:

1. Система водоподготовки;
2. Водяной экономайзер;
3. Воздухоподогреватель;
4. Пароперегреватель;
5. Деаэратор;
6. Сепаратор;
7. Дымосос.

Система водоподготовки обеспечивает доведения качества подпиточной воды до требуемых параметров. Основной вид водоподготовки – натрий-катионитовые фильтры. Вода проходит через слой наполнителя в колонне фильтра, при этом происходит замещение ионов солей жесткости (Ca+, Mg+) на ионы поваренной соли.

Очистка исходной воды от солей жесткости – обязательное условие нормальной работы оборудования. При повышенном содержании соли выпадают в твердый осадок на поверхностях нагрева. Это значительно снижает эффективность теплопередачи, в итоге приводит к прогоранию металлических поверхностей.

Кроме этой функции, водоподготовка может дозировать в подпиточную линию различные спецкомпоненты. Эти добавки связывают кислород, снижая скорость коррозии, поддерживают необходимый уровень водородного показателя. Применение дополнительных функций благотворно влияет на качество работы устройства, увеличивает срок его службы.

Водяной экономайзер служит для нагрева питательной воды, воздухоподогреватель – для нагрева воздуха, подаваемого на горение. Оба устройства используют теплоту отходящего дыма. Использование этих теплообменных аппаратов повышает общий коэффициент полезного действия котлоагрегата.

По этому же принципу (утилизация тепла дымовых газов) действует пароперегреватель. Он обеспечивает нагрев пара до более высоких значений температуры.

Нужно отметить, что установка теплообменных устройств на дымовой тракт требует проведения тщательных расчетов. Устройства обладают высоким аэродинамическим сопротивлением – это может препятствовать удалению дыма, нарушать процесс горения. При значительной суммарной величине сопротивления устанавливают дымосос.

 Деаэратор служит для удаления воздуха из питательной воды. Сепарационные устройства предназначены для удаления водяной составляющей из пара на выходе из котла. Это делает пар более сухим, снижает скорость коррозионных процессов в зоне потребления, предотвращает гидравлические удары. Отделение достигается за счет изменения направления движения потока и диаметра трубопровода.

Паровые котлы обладают высокой производительностью, работают при высоких температурах и избыточном давлении. Эти условия усложняют общее устройство котлоагрегата, требуется дополнительное оборудование. Принцип работы, условия эксплуатации требуют обязательного присутствия обслуживающего персонала.

(Просмотров 1 969 , 1 сегодня)

Конструкция пароперегревателя

Устройство располагается в газоходе или топке котла. Конструкция пароперегревателя парового котла представляет собой большое количество металлических змеевиков, изготовленных из труб маленького диаметра.
Концы змеевиков соединены между собой коллекторами. Пар попадает в змеевики, выходит из них через соединяющие коллекторы.

Перегреватель имеет различные конструкции, в зависимости от задач. Источник фото: kazenergomash.kz

Устройство устанавливается в газоходе таким образом, чтобы продукты горения омывали его наружные поверхности.
Коллекторы представляют собой изделия с круглым или прямоугольным сечением, изготовленные из углеродистой стали.

Они могут быть двух типов:

1. Сваренные.
2. Цельнометаллические.

Работа пароперегревателя требует герметичности соединений змеевиков с коллекторами. Это исключит утечку пара в газоход. Для получения герметичного соединения концы змеевиков развальцовывают внутри коллектора. Для этого на его противоположной стенке выполняют специализированные люки.
В зависимости от мощности котла конструкция перегревателя может представлять собой набор стальных змеевиков, расположенных в несколько рядов.

Это требует изготовления большого количества отверстий в для крепления труб в коллекторе, что негативно влияет на его прочностные характеристики. В таких случаях могут быть установлены дополнительные коллекторы.
При использовании котельного оборудования, работающего на топливе, образующем небольшое количество золы, змеевики могут располагаться в горизонтальной плоскости.

Схематичный внешний вид.

В других случаях трубы для прохождения пара устанавливаются вертикально. Горизонтальное расположение змеевика пароперегревателя облегчает процедуру слива воды при остановке котла.
В зависимости от типа устройства коридоры между трубами могут подвергаться засорению шлаками. Чистка проемов, предназначенных для движения отработанных газов, затруднительна. В связи с этим конструкции, образующие узкие проходы, располагают на большем расстоянии друг от друга.Монтаж устройства осуществляется с помощью специализированных подвесок. Их крепление осуществляется таким образом, чтобы обеспечить свободное перемещение труб для движения пара при их температурном расширении. Для изготовления подвесок используется металл, устойчивый к воздействию высокой температуры.

Конструкционные особенности парового варочного котла

К конструкционным особенностям устройства можно отнести:

• Оборудование представляет собой конструкцию цилиндрической формы, которая имеет три стенки.
• Приготовление продуктов осуществляется под давлением, что положительно влияет на скорость создания блюд.
• Устройство устанавливается вертикально, для этого предусмотрены специальные встроенные ножки, выполненные из надежного
  металла, способного выдерживать значительный вес конструкции.
• Внутри большинства моделей устройств устанавливается специальное приспособление для перемешивания содержимого емкости.
  Таким образом удается избежать пригорания и приставания продуктов к стенкам сосуда.
• Конструкция изготавливается преимущественно из нержавеющей стали. Таким образом удается избежать возникновения неприятного
  привкуса блюд.
• Устройство может быть опрокидывающимся или стационарным . В верхней части устанавливается крышка, что позволяет беспрепятственно
  засыпать ингредиенты и извлекать готовое блюдо. Крышка плотно прижимается к корпусу в процессе приготовления. По окончании
  термической обработки ее можно закрепить под любым удобным углом.
• В нижней части приспособления находится пароводяная рубашка. За счет образующегося внутри пара нагревается жидкость в емкости.

Принцип работы устройства основан на нагреве содержимого сосуда за счет теплоносителя, который поступает из внешнего источника.
Таким образом обеспечивается равномерный прогрев емкости и высокое качество приготовления блюд без пригара и непрогретых
участков.

Варочный котел, который работает от энергии пара, это фактически емкость в емкости. Нагрев воды до состояния пара осуществляется
при помощи встроенных ТЭНов. В результате скопления на стенках емкости капель они постепенно опускаются в нижнюю часть
устройства, где снова осуществляется их нагрев. Таким образом достигается цикличность процесса нагрева и, как следствие,
приготовления.

В результате тщательно продуманной конструкции удается добиться экономии энергии при работе устройства. Даже после выключения
оборудования внутри происходит доваривание продуктов. Это обусловлено достаточной температурой, которая остается внутри
емкости. Благодаря этому блюдо длительное время остается горячим и не теряет своих вкусовых характеристик.

Такие приспособления быстро разогреваются, что позволяет их использовать для нагрева готовых продуктов.

Особенности агрегата

У парогенераторов может быть разная конструкция и предназначение. Однако принцип работы парового котла всегда одинаков.

Как работает устройство

Схема работы твердотопливного агрегата.

Тепловым источником для разогрева жидкости в парогенераторе может служить любой тип энергии:

• электрическая;
• геотермальная;
• солнечная;
• прогорание твердого горючего либо газообразного.

Схема устройства парогенератора.

Устройство парового котла:

1. Влага фильтруется и накачивается в емкость электрическим насосом. Резервуар обычно размещается на верхнем уровне агрегата.
2. Из емкости по трубкам жидкость течет в коллектор, расположенный внизу прибора.
3. Из него влага опять поступает наверх через нагревательный отсек (топка котла).
4. В трубе появляется пар. Он, из-за разницы давлений меж жидким и газообразным веществом, поднимается наверх.
5. Там смесь воды и пара проходит сквозь сепаратор. В нем вещества разделяются. Остаточная вода втечет обратно в емкость. Нагретое газообразное вещество подается в паропровод.

Конструкция парового генератора

Конструктивные элементы парогенератора.

Парогенератор — емкость, в которой разогретая влага вода испаряется и преобразуется в пар. В большинстве случаев резервуар представляет собой трубу разных габаритов.

Помимо нее в агрегате есть топка, в которой прогорает горючее. Конструкция данного элемента зависит от типа применяемого топлива:

1. Когда им является твердое горючее (дрова или уголь), снизу топки размещается колосник. На его решетке топливо и размещается. Сквозь ее отверстия снизу в топку поступает воздух. Для улучшения тяги наверху камеры сгорания прямоточные котлы оснащаются дымоходом.

На фото — агрегат, работающий на газе.

2. Когда носителем энергии является газообразное либо жидкое вещество (пропан, бутан, мазут, дизель), устройство котла дополняется горелкой в топливной камере. Для подачи кислорода и отведения продуктов горения агрегат также оснащается колосником и дымоходом.

Раскаленные газы (продукты прогорания топлива) поднимаются к водяному резервуару. Нагрев жидкость, они улетучиваются в атмосферу через дымоход. Кипящая влага начинает испаряться, переходя в агрегатное состояние пара. Он поднимается наверх и перетекает в трубы.

Дополнительные узлы прибора

В конструкцию парогенератора могут включаться не только топка и емкости (барабаны, трубы) для циркуляции жидкой и газообразной воды. Дополнительно применяются узлы, повышающие эффективность устройства.

Изображение	Узел в парогенераторе
	Пароперегреватель. Увеличивает температуру пароводяной смеси. При этом повышаются КПД и экономичность агрегата. Пар может перегреваться до температуры +500 °C. Такой мощностью обладают, например, паровые котельные на атомных электростанциях. У пароперегревателя может быть отдельная топка либо он располагается в общем корпусе. Водяной газ дополнительно разогревается в трубках, куда он подается после испарения. Пароперегреватель может быть конвекционным либо радиационным. Последняя разновидность разогревает газ в 2,5–3 раза сильнее.
	Сепаратор пара. Данное устройство сушит газообразное вещество, удаляя из него воду. Тем самым оно повышает эффективность КПД агрегата.
	Аккумулятор. Регулирует подачу пара. Если его много, аккумулятор удаляет лишний газ, когда мало — добавляет.
	Узел водоподготовки. Инструкция производителя отмечает, что он уменьшает объем присутствующего в жидкости кислорода, этим пресекая коррозию металла. Также устройство удаляет из воды частички минеральных веществ. Благодаря этому трубки агрегата не засоряются отложениями, понижающими теплоотдачу и увеличивающими риск прогорания металла.

Помимо этих узлов паровая котельная установка оснащается:

• клапанами, сливающими конденсат;
• подогревателями воздуха;
• управляющими и контролирующими системами, в них включаются стартер и отключатель горения, автоматы, регулирующие затраты горючего и воды.

Контролирующая и управляющая автоматика облегчает эксплуатацию парогенератора.

Принцип работы

Работает котел на твердом топливе, как правило, на дровах, торфе, отходах пиломатериалов, специальных древесных брикетах, угле и пеллетах (гранулах, изготовленных из измельченной древесины, смолы, хвои и т.п.). Особой популярностью пользуются приборы универсального типа, способные потреблять практически все виды твердого топлива.

По способу теплопередачи котлы бывают:

• Воздушными.
• Паровыми.
• Водяными (встречаются чаще всего).

По принципу сжигания топлива:

• Традиционные. Работают на дровах и угле. Принцип действия такой же, как у обычной дровяной печи.
• Длительного горения. Инновационная разработка в области оборудования для отопления. Твердотопливные котлы длительного горения имеют вид удлиненной топочной камеры, окруженной со всех сторон водяной рубашкой. При горении пламя распространяется не снизу вверх, а сверху вниз, напоминая в этом отношении процесс горения свечи. Принцип работы котла длительного горения позволяет достигать полного сгорания топлива. При этом увеличивается промежуток горения одной закладки топлива (до 7 суток). Работает котел длительного горения, как правило, при стабильно высокой температуре теплоносителя, что на порядок повышает его КПД. Бесперебойное и безопасное функционирование таких моделей достигается за счет включения в конструкцию вентиляторов для экстренного тушения, предохранительного клапана и циркуляционной помпы.

• Пеллетные. В качестве топлива здесь используются специальные пеллеты. Такие котлы дополнительно оснащаются автоматической системой подачи пеллет и бункером для хранения топлива. Благодаря электронным датчикам осуществляется контроль наличия топлива внутри топки. Для работы такой системы необходимо стабильное электрическое питание.
• Пиролизные. Уникальное оборудование, где наряду с энергией от горения твердого топлива используется также тепловыделение газов. Это дает возможность небольшой объем топлива обратить в значительную порцию тепловой энергии. В результате достигается повышение КПД котла и снижение вредных выхлопов.

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.