Паровой котел в отоплении. Устройство. Принцип работы

В чем заключается принцип работы паровых котлов

Паровые котлы являются специализированным оборудование для производства пара из жидкостей, в основном из воды. Пар применяется в различных сферах производства, энергетике и в отопительных системах, например для отопления промышленных зданий, учреждений, находящихся в тяжелых климатических условиях. Использование пара оправдано при дезинфекционных мероприятиях в медицинских учреждениях. В зависимости от поставленных задач, существуют промышленные парогенераторные установки, и котлы, предназначенные для бытовых задач. Эти агрегаты могут работать на различных источниках тепловой энергии. Существуют устройства, которые генерируют пар при помощи утилизации излишков тепла, полученного от крупных промышленных установок. Выбор необходимого парогенераторного оборудования должен происходить на основе знаний принципов работы данных устройств и их классификации.

Содержание

Паровой котел, для чего он нужен?

Паровые котлы, в зависимости от назначения применяются в определенных областях, где использование пара необходимо для соблюдения технологического цикла производства или в некоторых проектах отопительных систем.

Устройство парового котла

Оборудование, генерирующее пар подразделяется на следующие виды:

• паровые котлы энергетического назначения (используются на электростанциях, для привода турбин, генерирующих электроэнергию);
• паровые котлы промышленного типа (выработка пара для осуществления технологических операций в производстве);
• паровое котельное оборудование, предназначенное для отопления, прачечных, эксплуатации дезинфекционных установок;
• утилизационные котлы, производящие пар при помощи отбора тепла у перегретых дымовых газов, образующихся в результате производства в металлургии и химической промышленности.

Паровой котел промышленного типа

В энергетике используются самые мощные устройства, вырабатывающие до 5000 т пара в час при давлении около 280 кгс/см2. Пар получают перегретым до температуры 500 С , после чего он поступает в турбинные агрегаты, где происходит превращение тепловой энергии в механическую.

В некоторых учреждениях выгодно эксплуатировать паровой котел, который обеспечивает отопление здания и служит для подачи пара в прачечные. Иногда паровые генераторы устанавливают там, где возможна утилизация высокотемпературных газов, данное решение позволяет экономить существенные суммы в отопительный период.

Паровые котлы и принцип работы имеют значительные отличия от водогрейных систем. Работа парообразующих агрегатов основана на нагреве воды и последующего ее превращения в пар. Нагрев ведется при помощи выделения тепла от сжигания горючих материалов, чаще всего используется природный газ или уголь. Выдача пара котлом всегда происходит под избыточным давлением и в зависимости от назначения его величина колеблется в широких пределах и может меняться от1 кгс/см2 до нескольких сотен кгс/см2.

Схема работы парового котла

Как разобраться, какая лучше чугунная печь камин длительного горения? Все можно тут.

Современное оборудование более безопасно, по причине применения таких схем конструкции котла, при которых образование пара происходит в малых объемах, но с высокой скоростью, то есть не происходит аккумуляция значительных масс парообразного состояния воды. Тем не менее, безопасность паровых установок зависит от контроля параметров давления и температуры и от уровня автоматики, осуществляющей сброс излишков пара и отключения нагрева в случае аварийной ситуации.

Различия и виды парового оборудования

Несмотря на то, что принцип действия всех котлов основан на передаче теплоты сгорания горючих веществ воде для ее перехода в парообразное состояние, конструктивный подход в парогенерирующих агрегатах разный.

Основные виды оборудования:

• с газотрубным методом получения пара;
• с водотрубным методом.

Газотрубные котлы предусматривают получение пара следующим способом. В цилиндрический корпус котла встроены трубы, в которых происходит горение или проходят разогретые дымовые газы. От этих труб происходит передача тепла воде, которая затем превращается в пар. Эти агрегаты подразделяются на котлы с жаровыми или дымогарными трубами. Жаровой тип предполагает процесс сгорания топлива непосредственно в самой трубе, для этого на входе в нее устанавливается горелка с наддувом, которая позволяет равномерно сгорать топливу по всей длине трубы. В дымогарных трубах, горения не происходит, а теплота воде передается за счет подачи в них разогретого газа (продуктов сгорания). То есть теоретически происходит процесс утилизации избыточного тепла продуктов сгорания. Процесс испарения происходит в верхней части цилиндра и накопленный пар постепенно сбрасывается в магистраль через перепускной клапан, рассчитанный под требуемое давление.

Котел с газотрубным методом получения пара

В газотрубных котлах происходит образование пара непосредственно в самом корпусе устройства, из-за этого емкость котла является накопителем большой массы пара под избыточным давлением. Этот факт ограничивает мощностные характеристики агрегатов, так как в случае генерации пара под высоким давлением возможен разрыв сосуда агрегата и мгновенное высвобождение большой массы парообразного вещества. Мощность газотрубных котлов ограничена и составляет приблизительно 400 кВт, рабочее давление не выше 10 кгс/см2.

Водотрубные парогенераторы имеют противоположный принцип работы. В них теплота сгорания топлива передается трубам, к которых находится вода, вследствие чего происходит закипание и переход ее в парообразное состояние. Расположение кипятильных труб и способ циркуляции воды по ним зависит от конструктивных особенностей.

Наиболее распространенные схемы водотрубных генераторов пара:

Барабанная схема

Барабанные устройства бывают горизонтальными или вертикальными, состоят из топки, сверху которой расположены обвязки из труб, выходящие в барабан, накапливающий готовый пар. Теплота сгорания топлива передается трубам, в них образуется насыщенный пар, в барабане происходит отделение неиспарившейся воды, которая возвращается обратно в трубы. Прогон жидкости по ним может происходить до 30 раз и зависит от типа агрегатов. Котлы с естественной циркуляцией воды работают по принципу поднятия разогретых водных слоев и считаются менее производительными. В циркуляционных водотрубных генераторах количество прогонов сокращается и повышается выход готового пара, при этом требуется большее количество топлива для обеспечения скорости парообразования. Исполнение котлов может быть горизонтальное или вертикальное. В горизонтальных конструкциях используется один барабан для приема пара, а в вертикальных решениях допускается несколько барабанов.

Барабанный котел с водотрубным методом получения пара

Современные конструкции предусматривают установку радиационных экранов в топке, позволяющих отбирать лучистый тип энергии при сгорании и дополнительно производить пар. Геометрическое расположение труб в кожухе котла напрямую влияет на скорость нагрева и парообразования, при этом происходит экономия топлива.

Для того чтобы производить перегретый пар с нужной температурой, устанавливается пароперегреватель. Его конструкция напоминает пучковое соединение труб, только в них подается насыщенный пар, а на выходе он выходит в перегретом состоянии. Нагрев ведется также дымовыми газами.

Прямоточная схема

Комплексная парогенерирующая установка содержит специальный сепаратор, задача которого состоит в удалении жидкой составляющей парообразной смеси. Это критично для потребителей, требующих подачу сухого пара. Содержание жидкой фазы воды ухудшает теплоотдачу и может привести к конденсационным эффектам в узлах магистрали, в результате возникает риск гидроудара в системе.

Схема прямоточного котла с водотрубным методом получения пара

Водотрубные котлы, в отличие от газотрубных нуждаются в тщательной водоподготовке, так как при парообразовании может происходить отложение солей на внутренней поверхности труб. Это приводит к снижению производительности или к аварийным ситуациям из-за прогара. Водоподготовка включает удаление растворенного кислорода и смягчение воды специальными химическими веществами. При эксплуатации котла в замкнутом контуре, например в отопительной системе, водоподготовка проводится один раз. Если предусматривается постоянный забор готового пара, то подпитка ведется только подготовленной водой.

Топливом для паровых котлов может служить:

• природный газ;
• уголь;
• дизельное топливо;
• электроэнергия;
• мазут;
• атомная энергия.

Паровые котлы с низкой производительностью, применяемые для отопления различных площадей, чаще всего используют природный газ, уголь или дизельное топливо.

Для каких помещений подходит паровое отопление?

Паровое отопление применяется в определенных случаях, в основном, когда целесообразно утилизировать энергию дымовых газов от какого-либо производства. Как правило, чаще всего отапливаются производственные площади (цеха, мастерские, подсобные помещения, гаражи).

Паровые котлы, работающие на угле, газе или дизельном топливе устанавливают в тех помещениях, в которых нужно установить определенную температуру за короткий период времени. Объясняется это малой инерционностью паровых систем и большой отдачей тепловой энергии. Пар, кроме передачи своего тепла, передает скрытый тип тепловой энергии во время своей конденсации, которая была получена в процессе испарения. То есть тепловая энергия передается не только за счет охлаждения массы пара, но и за счет его конденсации.

Для каких целей, какие нормы и прочее можно узнать в статье печь буржуйка для гаража.

Схема парового отопления дома

Достоинства парового отопления:

• можно применять радиаторы меньшей площади, за счет большой ∆t;
• быстрое достижение требуемой температуры в помещении;
• малый объем сконденсированной воды на возвратном трубопроводе, позволяет применять трубы небольшого диаметра;
• возможность сократить расходы на отопление при возможности утилизации дымовых газов в парогенераторе.

Недостатки:

• невозможность регулировки температуры радиаторов;
• вероятность ожога при прикосновении к элементам отопительной системы (температура 120-130 С);
• высокий уровень шума работы паровых котлов;
• потери тепла в магистралях.
• Паровые котлы, спецификации по их эксплуатации, должны подбираться в зависимости от поставленных задач и финансовой целесообразности их использования.

Котел паровой, цена зависит от объема

Парогенерирующее оборудование, специфично и кроме промышленного и энергетического применения может использоваться в качестве альтернативы водяному отоплению в нежилых помещениях при проектных требованиях данной системы.

Принцип работы парового котла (видео)

В данном видео вы узнаете как происходит процесс работы парового котла

Котел для парового отопления

Устройством для производства водяного пара высокой температуры является паровой котел. При этом давление воды, находящейся внутри котла в газообразном состоянии, значительно превышает атмосферное. Нагревание воды происходит в результате выделения тепловой энергии за счет сжигания какого-либо топлива. Несмотря на то, что в настоящее время паровые котлы имеют различную конструкцию и могут применяться, как в промышленных, так и в бытовых целях, они имеют один и тот же принцип работы.

Новейший двухходовой котел с реверсивной топкой

Принцип работы парового котла

Все паровые котлы работают по одинаковому принципу своего устройства:

• верхняя часть котла содержит резервуар барабанного типа, в который принудительно подается вода за счет применения электронасоса;
• из данного резервуара вода по специальным отводным трубам стекает в коллектор, расположенный в нижней части устройства;
• от коллектора к верхнему резервуару идут еще одни трубы, которые проходят в зоне горения топлива (топке котла).

Таким образом, данное устройство для получения пара можно сравнить с системой сообщающихся сосудов, в которой нагретая смесь воды и пара имеет меньшую плотность, чем холодная вода. В результате этой разницы вода постоянно выталкивает пароводяную смесь в верхнюю часть устройства, где с помощью сепаратора пар отделяется от воды.

После этого вода снова попадает в резервуар, а пар – в паропровод, который также находится в зоне сгорания топлива. В результате вода, находящаяся в газообразном состоянии, разогревается еще больше, что приводит к значительному увеличению давления пара. Теперь характеристики пара достигли нужных параметров. Далее он может использоваться либо для отопления помещений, либо для вращения турбин различных агрегатов, в том числе и для получения электрической энергии.

Промышленный газовый котел

Типы паровых котлов

Все паровые котлы можно классифицировать по нескольким параметрам. Например, по виду топлива, используемого для их работы, различают котлы:

• жидкотопливные;
• газовые;
• угольные;
• электрические;
• газомазутные.

А в зависимости от того, какое эти устройства имеют предназначение, их подразделяют на:

• энергетические (такие котлы вырабатывают пар для обеспечения работы турбин энергетических установок, вырабатывающих электрическую энергию);
• промышленные (обеспечивают функциональность различных систем на промышленных предприятиях);
• утилизационные (работающие на вторичных ресурсах, например, сжигающие мусор на специальных заводах);
• бытовые (предназначены для работы в системе индивидуального отопления).

По своим конструктивным особенностям наиболее распространены такие типы паровых котлов:

1. Газотрубные.
2. Водотрубные.
3. Прямоточные.
4. Чугунные секционированные.
5. Блочно-транспортируемые.

Рассмотрим их более подробно.

Газотрубные котлы

Хотя котлы такого типа еще эксплуатируются на различных предприятиях, они уже давно считаются морально устаревшими, поскольку рассчитаны для условий эксплуатации, ограничивающихся рабочим давлением в 1 МПа и мощностью не более 360 кВт. А этого уже недостаточно для обеспечения нормальной работы современных предприятий.

Если же попытаться увеличить мощность такого котла, то необходимо на этапе его проектирования заложить такую толщину стенки, которая будет неимоверно большой, что экономически невыгодно.

Если же этого не сделать, то при повышении мощности газотрубного котла он может взорваться, а огромное количество раскаленного пара, высвободившееся в результате нарушения герметичности стенок, приведет к катастрофическим последствиям для людей.

Водотрубные котлы

Данная конструкция паровых котлов является более современной, а значит, более мощной и безопасной. Однако такие паровые котлы имеют более сложную конструкцию, чем их газотрубные аналоги. Но этот недостаток перекрывается целым рядом достоинств такой конструкции:

• котлы такого типа имеют небольшое время разогревания до рабочей температуры;
• они абсолютно взрывобезопасны даже в ситуации с перегрузкой котла;
• такие устройства легко могут быть перенастроены для работы с различной нагрузкой;
• их легко можно транспортировать к месту установки.

Поскольку сложное устройство водотрубных котлов предусматривает специальную систему топочных перегородок и пучков труб, то тепловая энергия, выделяющаяся при сжигании топлива, многократно обтекает одни и те же трубы с водой, что увеличивает теплоотдачу, а значит, КПД котла.

Водотрубные котлы, в свою очередь, подразделяются на:

• Горизонтальные (при этом резервуар барабанного типа имеет либо продольное расположение, либо поперечное).
• Вертикальные (при этом устройство котла может содержать не только 1, но и несколько паровых барабанов).
• Радиационные, имеющие в своем составе, как горизонтально, так и вертикально расположенные паровые барабаны, либо их комбинацию. Иногда для более эффективной работы таких паровых котлов может быть применена и принудительная циркуляция.

Кроме того, для повышения эффективности работы водотрубного котла очень часто применяются специальные топочные экраны, позволяющие значительно увеличить выделение тепловой энергии в зоне горения топлива (таким образом, сильно возрастает КПД парового котла) при одновременном снижении требований к теплоизоляционным характеристикам стенок.

Устройство топочного экрана представляет собой ряд близкорасположенных друг к другу труб, по которым течет вода. После нагревания пар из этих труба подается в общую паровую систему котла.

Прямоточные котлы

Паровой котел данного типа способен работать как в режиме, не превышающем максимально допустимую нагрузку, так и режиме, когда давление пара в котле значительно превышает его максимально допустимое значение. В котлах такого типа применяется принудительная прокачка воды по трубам, которая в результате одного прохода через топку превращается в пар с избыточным давлением, необходимым для работы турбин энергетических установок, вырабатывающих электрическую энергию. Таким образом, прямоточные котлы, работающие на жидком, твердом или газообразном топливе, добываемом из недр Земли, главным образом, эксплуатируются на очень крупных электростанциях.

Разрез прямоточного парового котла

Основными достоинствами котлов такого типа являются:

• очень широкий диапазон рабочих условий (от недогрузки до перегрузки);
• безопасность эксплуатации;
• небольшое время от запуска котла до достижения им рабочих условий;
• простота перенастраивания котла из одного режима работы в другой.

Чугунные секционированные котлы

Данные котлы получили в настоящее время очень широкое применение для работы в системах отопления. Свое название устройство получило от схожести с радиатором отопления, поскольку собирается так же из отдельных секций, изготовленных из чугуна. Таким образом, данная конструкция позволяет не только быстро собрать котел по месту его установки, но и при необходимости выполнить за короткое время его демонтаж.

Блочная система секционного котла позволяет увеличивать его мощность до необходимого значение путем присоединения новых чугунных секций. Недостатком такой конструкции является то, что при необходимости замены одной из внутренних секций, вышедшей из строя, например, из-за образования в ней трещины, придется полностью разбирать всю конструкцию котла.

Достоинства таких котлов:

• небольшое время разогрева котла от пуска до рабочей температуры пара;
• высокий КПД;
• возможность наращивания мощности котла.

Однако у секционированных котлов ест и недостатки:

• Сложность ремонта.
• Секции не гарантируют безопасную эксплуатацию устройства при высоких значениях давления (максимальные значения рабочих условий: давление – не более 100 кПа, мощность – не более 200 квт, производительность – не более 4,3 тонны пара в час). При таких условиях необходимо будет сжигать в топке порядка 300 кг высококачественного угля за 1 час.

Блочно-транспортируемые котлы

Впервые такие паровые котлы были применены в период Второй мировой войны, когда войска остро нуждались в устройствах, имеющих не только небольшие габариты, но и не требующих сложного технического обслуживания.

Блочно-модульный дизельный котел

В настоящее время котлы такого типа выглядят, как мобильные блоки небольших размеров, которые в своем составе имеют не только рабочий агрегат, но контрольно-измерительную аппаратуру, необходимую для запуска и поддержания рабочих условий в котле.

Данные устройства могут быть очень быстро запущены в работу, как только будут выполнены все необходимые коммуникационные подключения (вода, электроэнергия или подвод топлива, дымоход). Мощность современных модулей достигает несколько тысяч киловатт, а максимальное рабочее давление пара – 9 МПа.

Несмотря на то, что конструкции котлов отличаются друг от друга системами нагрева воды, все они (кроме электрических) используют специальную камеру сгорания топлива – топку.

Топка парового котла

Паровой котел не может функционировать без тепловой энергии, которая выделяется при сжигании топлива в топке.

Конструктивно этот агрегатный узел состоит из:

• Клетки, образованной вертикальными трубами, концы которых присоединены к барабанам коллекторного типа, имеющим небольшой диаметр. Эти барабаны являются частью всей циркуляционной системы парового котла.
• Теплоизолирующей огнеупорной обшивки, закрепленной на наружной стороне клетки.
• Кирпичей специальной формовки, закрывающих задние поверхности труб клетки. Такая конструкция топки не задерживает на себе золу и шлак.

Однако в последнее время все больше потребителей, использующих паровые котлы в индивидуальных системах отопления, отдают предпочтение электрическим котлам.

Электрические котлы

Паровой котел такого типа характеризуется:

• простотой эксплуатации;
• экономичностью;
• экологичностью;
• бесшумной работой.

Кроме того, такое устройство котлов гораздо проще, чем аналогичное у устройств, использующих твердое или жидкое топливо. Электрические котлы не нужно постоянно очищать о золы или шлака, да и само топливо не требует специальной дополнительной заготовки. Таким образом, вы сэкономите деньги, которые были бы затрачены на доставку топлива к вам домой и которые были бы затрачены на оборудование хранилища для топлива.

По своей конструкции электрические котлы подразделяются на:

1. Приборы прямого действия. В них вода используется в качестве проводника электрического тока, которая нагревается согласно закону Джоуля-Ленца.
2. Приборы косвенного действия. В них в качестве нагревательных элементов используются, например, ТЭНы.

Однако, если говорить о цене паровых котлов любого типа, то она достаточно высокая. Именно этот факт вызывает желание некоторых потребителей (особенно в сельской местности), создать такой прибор собственными руками. Давайте рассмотрим, возможно ли это осуществить в принципе?

Изготовление парового котла своими руками

Паровой котел – устройство повышенной опасности в доме. Ведь в нем присутствует избыточное давление пара, которое может привести к взрыву котла, а также высокая температура и открытый огонь, которые могут привести к возникновению пожара.

Именно поэтому для кустарного изготовления котла в домашних условиях понадобятся:

• точные расчеты;
• высокотехнологичные жаропрочные материалы;
• различные инструменты и оборудование.

Не стоит забывать и о различных системах контроля, которыми должен оснащаться котел в целях обеспечения его безопасной эксплуатации.

Предположим, чисто теоретически, что все, что нужно для самостоятельного изготовления парового котла у вас есть. Тогда порядок работ будет следующий:

1. Определитесь с габаритами будущего котла и его функциональной нагрузкой.
2. Найдите готовые чертежи такого устройства, которое полностью соответствует вашим исходным данным.
3. Тщательно изучите всю документацию и разберитесь в нюансах создания котла.
4. Приобретите необходимые расходные материалы: стальной лист толщиной 1 мм; трубы из нержавеющей стали, диаметр которых лежит в пределах от 100 мм до 120 мм; трубки из нержавеющей стали диаметром от 10 мм до 30 мм.
5. Из стальной трубы диаметром 100 мм необходимо нарезать двенадцать штук кусков трубы, которые будут использованы, как дымогарные. Из 120 мм трубы необходимо изготовить жаровую трубу. Длина всех трубок напрямую зависит от габаритов котла. Стальной лист вам пригодится для изготовления стенок и переборок.
6. Дымогарные и жаровые трубы вставляются в специальные отверстия соответствующего диаметра, которые выполняются на стенках котла.
7. После этого концы дымогарных трубок необходимо развальцевать и приварить к основанию котла, воспользовавшись аргоновой сваркой.
8. Сваркой же фиксируете на корпусе котла коллектор для забора пара и предохранительный клапан для автоматического сброса избыточного давления в котле. Ваш котел может работать с максимальным давлением от 4 до 6 кг/см2!
9. Утеплите готовый котел для увеличения его КПД с помощью асбеста листового типа.
10. Готовую установку по производству пара закрепите с помощью разнообразных хомутов.
11. Основанием парового котла может быть небольшой кусок стальной трубы диаметром 120 мм. Однако толщина стенок такой трубы должна быть не менее 2,5 мм.

Исходя из этого, я не думаю, что у вас что-нибудь получится. Поэтому не тратьте зря свое время и средства, а просто посетите специализированный магазин и приобретите готовый отопительный прибор, который вас устроит по цене, виду используемого топлива и функциональному назначению.

В заключительной части хотелось бы уделить немного внимания особенностям эксплуатации котлов.

Котел своими руками, принцип устройства и расчет оборудования

Особенности эксплуатации

Эксплуатация паровых котлов требует тщательной водоподготовки, регулярной очистки топки и управления работой устройства.

1. Подготовка воды, используемой в работе котлов. В каждой воде в большей или меньшей степени присутствуют минеральные соли, которые в результате нагревания образуют накипь на поверхностях котла. В результате не только ухудшается теплоотдача сгорающего топлива воде (резко снижается КПД котла), но и может произойти разгерметизация труб в результате их прогорания. Поэтому перед подачей воды в котел ее очищают от солей, добавляя специальные реагенты, например, натриевый цеолит. Необходимо удалять и кислород, растворенный в воде, поскольку он способствует коррозии труб.
2. Удаление золы на наружных стенках топки должно выполняться периодически (по мере накопления).
3. В настоящее время управление работой паровых котлов занимаются автоматические системы, построенные на полупроводниковых электронных схемах. В домашних условиях управление работой котла (его пуск, выключение и регулировка расхода топлива) осуществляются вручную.

Таким образом, паровые котлы способны обеспечивать теплом, горячей водой и электричеством (речь идет о ТЭЦ) целые кварталы жилых домов, а могут работать и в индивидуальных хозяйствах. В последнем случае вы сможете самостоятельно, поскольку не зависите от системы централизованного отопления и подачи горячей воды, устанавливать время работы котла и температурный режим.

Это позволит вам существенно снизить затраты на обогрев и горячую воду. При этом данные устройства просты в эксплуатации и требуют минимального вмешательства со стороны человека. А еще котлы являются очень безопасными устройствами, поскольку оснащаются специальными системами, предотвращающими аварийные ситуации!

Паровой котёл — принцип работы и конструктивные особенности

Паровой котёл — устройство, которое используется в быту и промышленности. Оно предназначено для превращения воды в пар. Полученный пар в дальнейшем применяют для обогрева жилья или вращения турбомашин. Какие бывают паровые машины и где они наиболее востребованы?

Что такое паровой котёл?

Паровой котёл — агрегат для производства пара. При этом устройство может давать 2 вида пара: насыщенный и перегретый. Насыщенный пар имеет температуру 100ºC и давление 100 кПа. Перегретый пар отличается повышенной температурой (до 500ºC) и высоким давлением (больше 26 МПа).

Примечание: Насыщенный пар используют в отоплении частных домов, перегретый — в промышленности и энергетике. Он лучше переносит тепло, поэтому использование перегретого пара повышает КПД работы установки.

Где используются паровые котлы:

1. В отопительной системе — пар является энергоносителем.
2. В энергетике — используются промышленные паровые машины (парогенераторы) для получения электроэнергии.
3. В промышленности — перегретый пар может быть использован для преобразования в механическое движение и перемещения транспортных средств.

Паровые котлы: сфера применения

Бытовые паровые устройства используются в качестве источника тепла для отопления дома. Они подогревают ёмкость с водой и гонят образовавшийся пар в трубы отопления. Часто такую систему обустраивают вместе с угольной стационарной печью или котлом. Как правило, бытовые приборы для отопления паром создают только насыщенный, неперегретый пар.

Для промышленного применения пар перегревают. Его продолжают греть после испарения, чтобы ещё больше поднять температуру. Такие установки требуют качественного исполнения, чтобы предупредить взрыв паровой ёмкости.

Паровой котел

Перегретый пар из котла может расходоваться на образование электричества или механическое движение. Как это происходит? После испарения пар попадает в паровую турбину. Здесь поток пара вращает вал. Это вращение в дальнейшем перерабатывается в электричество. Так получают электрическую энергию в турбинах электростанций — при вращении вала турбомашин образуется электрический ток.

Кроме образования электрического тока, вращение вала может передаваться непосредственно на двигатель и на колёса. В результате чего паровой транспорт приходит в движение. Известный пример паровой машины — паровоз. В нём при сжигании угля нагревалась вода, образовывался насыщенный пар, который вращал вал двигателя и колёса.

Принцип работы парового котла

Источником тепла для нагрева воды в паровом котле может быть любой вид энергии: солнечная, геотермальная, электрическая, тепло от сгорания твёрдого топлива или газа. Образующийся пар является теплоносителем, он переносит тепло сгорания топлива к месту его применения.

Устройство и принцип работы паровых котлов

Паровые котлы (ПК) – комплекс технологического взаимосвязанного оборудования установленного для выработки пара из питательной воды используемого в различных отраслях: энергетика, жилищно-коммунальное хозяйство, металлургия, нефте-химия, медицина и строительство.

По сферам применения они подразделяются на промышленные парогенераторы большой мощности и бытовые, которые могут работать на разных видах топлива, в том числе, как утилизационные установки для выработки вторичных энергоресурсов от выбросов тепла промышленными предприятиями.

Паровой котел способен вырабатывать пар 2-х видов: насыщенный и перегретый. Существующие агрегаты различают по давлению пара в МПа: низкого до 1.0, среднего в диапазоне от 1.0 до 10.0, высокого свыше 14.0, сверхвысокого от 18 до 20 и сверхкритического более 22.5.

Насыщенный широко применяется в устройствах жилищно-коммунального хозяйства, а перегретый из-за своих опасных свойств и высоких требований к применению – исключительно на объектах промышленного масштаба.

Для каких целей нужен пар

Знание того, где используется паровой котел и с какими режимами, позволяет эффективно выбрать оборудование.

ПК применяются в таких отраслях:

1. ЖКХ в центральном отоплении устанавливают модификации ПК низкого или среднего давления для парового отопления. Теплоноситель поступает либо непосредственно в сеть, либо через теплообменные аппараты подготавливает воду для центрального отопления и ГВС.
2. Промышленность применяет более мощные парогенераторы, вырабатывающие перегретый пар с повышенной теплоотдачей.
3. Энергетика, паровые котлы высокого давления участвуют в схемах генерации электроэнергии, передавая пар турбине.
4. Промышленность, ПК обеспечивают механическое движение производственных аппаратов.
5. Железнодорожный транспорт, ПК установлены на тепловозах.

Принцип работы парового котла

Для функционирования паровых котлов высокого давления используют химически обработанную воду, нагреваемую через пакеты экранных труб, под воздействием горячих уходящих газов, образующихся, как продукт от горения природного топлива.

С ростом температуры вода преобразуется в пар, поступающий на участок применения для передачи тепловой энергии или кинетической энергии струи.

1. Природная вода поступает на водоподготовку, где проходит очистку от взвешенных веществ и умягчается. Затем она подается в баках химочищенной воды и подаётся в агрегат с помощью питательных насосов для паровых устройств.
2. Прежде чем попасть в барабан питательная среда поступает через экономайзер – чугунное теплонагревающее устройство расположенное в хвостовой части агрегата для снижения температуры уходящих газов и повышения кпд парового котла.
3. Из верхнего барабана вода по необогреваемым трубам попадает в нижний барабан, а поднимается из него по подъемным конвективным трубам в виде пароводяной смеси.
4. В верхнем барабане проходит процесс его сепарации от влаги.
5. Сухой пар через паропроводы направляется к потребителям.
6. Если это парогенератор, то пар повторно проходит нагрев в пароперегревателе.

Устройство парового котла

Конструкцию ПК упрощенно можно представит, в виде емкости, где вода преобразовывается в пар. Она изготовлена из труб разного диаметра. Кроме трубной системы ПК имеет топочное пространство, в которой сжигают природное топливо.

Устройство парового котла и его конструктивные особенности, определяются видом топлива. Например, угольные топки оборудованы колосниками, на которых размещен горящий топливный слой, через них в топку поступает кислород.

Вверху топки установлен дымоход, создающий тягу в парогазовом тракте агрегата, чем поддерживается нормальный режим. Паровые котлы на газе имеют газовую или мазутную горелки.

Горячие уходящие газы, получаемые в процессе горения топлива, нагреваю воду до кипения, после этого с зеркала испарения начинает выделяться пар, поступающий потребителю, а дымовые газы через трубу уходят в атмосферу.

Главные конструкционные элементы паровых котельных связываются в одну целостную котловую систему с помощью гарнитуры, арматуры, циркуляционных насосов, КИПиА дымососов и вентиляторов.

Схема парового котлоагрегата

ПК устанавливаются в котельном зале, который может располагаться в отдельно стоящих, примыкающих и встроенных зданий нежилого назначения.

Обозначения по схеме:

1. Система топливоподачи газового парового котла, No1.
2. Устройство для горения – топка, No2.
3. Циркуляционные трубы,No3.
4. Зона пароводяной смеси, зеркало испарения,No4.
5. Направление движения питательной воды, NoNo5,6 и 7.
6. Перегородки, No8.
7. Газоход, No9.
8. Дымовая труба, No10.
9. Выход циркуляционной воды, из емкости парового котла, No11.
10. Слив продувочной воды, No12.
11. Подпитка котла водой, No13.
12. Паровой коллектор, No14.
13. Сепарация пара в барабане, NoNo15,16.
14. Водоуказательные стекла, No17.
15. Зона насыщенного пара, No18.
16. Зона пароводяной смеси, No19.

Типы паровых котлов

ПК классифицируются по нескольким параметрам и их надо знать, потому что от этого зависит, как работает паровой котел.

По видам сжигаемого топлива:

• газообразное топливо;
• паровые котлы на твердом топливе;
• жидкотопливные: мазут, солярка;
• электрическая энергия.

1. Котел утилизатор — участвует в схемах экономии топлива и переработки вторичного тепла, выбрасываемого в процессе производства или от уходящих газов на ТЭЦ.
2. Энергетические – паровые котельные участвуют в схеме генерации электроэнергии, как источник пара для турбин, работают с высокими расходом и параметрами пара.
3. Отопительные для центрального теплоснабжения и ГВС, на которые распространяются правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.
4. Промышленные – участвуют в производственных процессах предприятия.

Классификация паровых котлов по конструкции топки:

1. Камерные – используют пылевидное топливо.
2. Слоевые твердотопливные – сжигающие твердое топливо.

Водотрубные

Работа водотрубных котлов (ВК) характерна тем, что основной теплоноситель – питательная вода проходит по экранам, а топочные газы по межтрубному пространству. Достигая точки кипения, вода переходит в пар.

Эффективность парообразования зависят от схемы устройства экранных труб и типа циркуляции питательной воды, эти показатели учитывают, перед тем как рассчитать мощность. Самые применяемые схемы ВК — барабанные и прямоточные. Конструкция парового котла первого типа выполняется горизонтально или вертикально.

Типовая схема барабанного котла — топка ограниченная трубными экранами , пакеты которых внизу соединены коллекторами, а верх закреплен в верхнем барабане. Второй пучок котловых труб соединяет оба барабана ВК в один контур, работающий в зоне более низких температур.

Тепло от сгорания топлива через трубную систему передается конвекцией и радиацией воде, пароводяная смесь поступает в верхний барабан, где происходит сепарация пара от влаги.

Освобожденная вода в нижний барабан и топочные коллекторы. Скорость циркуляции внутреннего контура ВК зависит от его типа. Самые популярны на российском рынке котлы с естественной циркуляцией.

Производство паровых котлов выполняют на Бийском котельном заводе: ДКВР-2,5; 4; 6,5; 10; 20.

Жаротрубные

Газотрубные или жаротрубные котлы – это ВК «наоборот», то есть вода движется по межтрубному пространству, а уходящие газы в одной или нескольких трубах. Эти паровые котлы малой мощности остались в эксплуатации от довоенного периода 19 века.

Процесс получения пара:

1. Топка размещена непосредственно в трубной части котла, где протекает горение топливной смеси и образование дымовых газов.
2. Эти устройства ы изготавливаются с жаровыми или дымогарными трубами.
3. В первом процесс горения протекает прямо в трубе, для чего на входе устанавливают газомазутная горелка с вентилятором, способствующему равномерному сжиганию по длине топки.
4. В дымогарных трубах, топливо непосредственно не сжигают, а вода нагревается за счет нагретых дымовых газов.

Для этих котлов с давлением пара ниже 0.7 Мпа не распространяется правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. Котловая вода, движется по межтрубному пространству и нагреваясь превращается в пар, процесс завершается в верхней части котла и с помощью перепускного клапана пар переходит в магистраль.

Дизельные котлы имеют ограничение по температуре уходящих газов на выходе до 150 С. Это требование вызвано необходимостью технологического обеспечения тяги в дымовых трубах. Этот факт снижает мощность котлов — порядка 400 кВт, с давлением пара до 10 кгс/см2.

Чугунные секционированные

Котлы с чугунными пакетами или секциями широко распространены в сетях отопления и ГВС. Конструкция таких агрегатов имеет преимущества из-за возможности быстрой сборки или демонтажа, а также простого увеличения мощность котла путем добавления секций.

Эксплуатация паровых котлов при удачной конструкции, имеет существенный недостаток, в случае поломки одного пакета, придется демонтировать все секции агрегата.

Для владельцев котлов не требуется разрешительных документов, поскольку на них не распространяются правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.

Эти котлы эффективные, и быстро разогреваются, поскольку топочная камера образуются непосредственно внутренними поверхностями секций.

Блоки хорошо противостоят коррозионным процессам в агрессивной среде дымовых газов и обладают повышенной теплопроводностью, но не способны работать при высоких параметрах пара, максимальные показатели по давлению менее 100 кПа, по мощности не более 200 кВт, паропроизводительность – до 4,3 т/час, расход твердого топлива – 300 кг/ час.

Прямоточные

Прямоточные паровые агрегаты относятся к вертикальным паровым котлам и сконструированы так, чтобы вода в экранных трубах принудительно выполнила только один цикл и при этом полностью перешла в парообразное состояние, поэтому в этих типах парогенераторах кратность циркуляции равняется 1.

Такие котлы конструктивно намного проще и не требуют сложной автоматики процесса горения. Они энергонезависимы и не могут обходиться без питательного насоса, поэтому намного взрывоопаснее циркуляционных котлов, при том, что их тепловая эффективность и производства пара невысоки.

В прямоточном агрегате движение воды происходит благодаря гравитационной конвекции, поскольку вода тяжелее пара. В последнее время, для устройств, наработавших нормативный ресурс, для снижения нагрузки выполняют перевод паровых котлов в водогрейный режим.

Особенности работы одновиткового ПК:

1. Топка выполнена из труб, которые обогреваются дымовыми газами.
2. В нижнюю часть водяного контура нагрева поступает котловая вода, а из противоположной верхней отбирается сухой пар.
3. В экономайзере поступающий теплоноситель подогревается до температуры насыщения, а в экранных трубах и перегревательном контуре – происходит дальнейший рост параметров пара до проектных значений.
4. Эти поверхности не имеют четкого разделения между собой, а геометрия их зависит от проектной нагрузки агрегата. С уменьшением температуры уходящих газов и увеличения скорости котловой воды границы экономайзера и испарителя смещаются, а длина соответственно растет и наоборот.
5. Паропроизводительность ограничена ростом гидравлических сопротивлений и не может быть более 10 т/ч. Для более мощных котлов, требуется многовитковые конструкции агрегата.

Паровые БМК

Блочно-модульная котельная (БМК) изготовленная в виде компактного модуля с полным набором вспомогательного оборудования.

Она предназначена для отопления и ГВС, а также выработки пара на технологические нужды предприятий, расположенных в районах с энергодефицитом. БМК не требует постоянного участия оперативного персона, а в случае аварийной ситуации срабатывает защита с сигнализацией.

Работа агрегата полностью автоматизирована: датчики следят за внутренней температурой помещения, данные передаются на пульт управления, где происходит корректировка работы БМК.

Блок может оперативно подключаться к действующей системе отопления в качестве независимого аварийного источника тепловой энергии.

Транспортировка к месту монтажа БМК выполняется в полной заводской готовности и с дымовой трубой, на месте ее только подключают к действующим инженерным сетям. Такая заводская сборка сводит к минимуму монтажно-наладочные работы и повышает КПД установки до 93%.

Схема обвязки парового котла

Типовая схема обвязки ПК зависит от типа парогенератора и его рабочих параметров.

Для систем центрального теплоснабжения системы жилищно-коммунального хозяйства типовая схема состоит:

1. Парогенератор.
2. Деаэратор.
3. Умягчитель по схеме химической очистки.
4. Дозатор и бак реагентов.
5. Ресивер.
6. Регулируляторы давления.
7. Насос подачи питательной воды в котел.
8. Насос подачи воды из деаэратора в ресивер.

В конструкцию котла также могут входить:

• пароперегреватель — для повышения температуры насыщенного пара;
• сепаратор пара и внутрибарабанные устройства — для удаления влаги из пара.

Как правильно эксплуатировать

Паровые котлы относятся к объектам повышенной опасности, поэтому многими нормативными документами котлонадзора, проектом установки, технической документацией завода-изготовителя и правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов закреплены требования по безопасной эксплуатации таких сосудов, которые обязаны выполнять ответственные должностные лица и обслуживающий персонал.

Безопасная эксплуатация начинается с химической водоподготовки воды, которая имеет важное значение для технического обслуживания современных парогенераторов и котлов. Минеральные соли, содержащиеся в природной воде, при температуре выше 70 оС, образуют накипь на внутренних поверхностях труб.

Это приводит к ухудшению теплопередачи от дымовых газов к питательной воде, она перестает охлаждать трубы, которые перегреваются, перегорают в следствии чего, образуется разрыв стен, резкое падение давления во внутреннем контуре агрегата, мгновенное парообразование перегретой воды и взрыв котла.

Уровень очистки сырой воды зависит от источника водоснабжения и устанавливается специалистами в проекте водоподготовки котлоагрегата, где описаны не только режимы, но и схема подключения с необходимым оборудованием.

Управление котлов бывает ручным и автоматизированным. Современные ПК без автоматики и защиты безопасности к эксплуатации не допускаются. Ручное управление с защитой безопасности допускаются только в маломощных угольных котлах низкого давления.

Структура управления котла:

1. Устройства розжига и отключения горения топлива.
2. Регулирования расходов: топливо, воздух и вода.
3. Сбор и анализ данных работы ПК.
4. Система аварийной остановки котла.

Обслуживание

Ремонт и обслуживание паровых котельных выполняется в соответствии с законодательными нормами и рекомендациями заводов-изготовителей промышленных паровых котлов, строго по отраслевым и производственным инструкцияма, а также согласно правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.

Техобслуживание ПК в общем случае включает следующие виды работ:

1. Плановые осмотры работоспособности котельного оборудования, по графику.
2. Определение нарушений работы котла: перегревы, возгорания, засорения.
3. Устранение нарушений правил пожарной безопасностм и условий препятствующих безопасной эксплуатации.
4. Проверка целостности парогазовых систем с последующим устранением неисправностей в арматуре.
5. Проверка питательной системы котлоагрегата.
6. Проверка плотности газовоздушного тракта и отсутствие несистемных шумов в топке.
7. Профосмотр и проверка вспомогательного оборудования.
8. Проверка работы КИП и А, дифманометров, систем безопасности и аварийной сигнализации.
9. Контроль за работой насосов, дымососов, вентиляторов и проверка их блоков управления.
10. Проверка работы электрооборудования и автоматики защиты.
11. Проверка работы гарнитуры котла.
12. Проверка работы водоподготовительных устройств и деаэратора паровой котельной.

Российский рынок имеет достаточно предложений, как от отечественных, так и от зарубежных производителей современных паровых котлов, выбор определяется техническим заданием на проектирование, чтобы специалисты смогли подобрать оптимальные варианты оборудования.

Принцип работы парового котла для отопления дома

При строительстве дома одной из важных задач для владельцев является организация эффективного отопления. Одним из самых оптимальных решений считается паровая отопительная система. Принцип ее работы имеет определенные особенности по сравнению с привычными водяными системами.

Принцип работы парового котла

Работа паровых котлов основана на подогреве воды до достижения точки кипения. После этого происходит ее переход в состояние пара. Весь процесс осуществляется за счет контроля уровня воды в котле и образования испарения.

Контроль объема воды производится с помощью датчиков. При запуске котла начинает работу питательный насос. Он закачивает жидкость в зону подогрева. Как только включается горелка, вода начинает нагреваться, происходит испарение.

После испарения объема воды питательный насос снова начинает работу. Он функционирует до тех пор, пока уровень не достигнет рабочей отметки. Весь принцип работы основан на цикличности. Помимо рабочих уровней есть еще аварийные. Они срабатывают, как только повышается давление.

Особенности парового отопления

Под воздействием постоянного давления вода закипает, ее температура всегда остается постоянной. В результате кипения образуется пар, который выделяет большое количество тепловой энергии. Когда происходит конденсация, тепловая энергия высвобождается в окружающую среду.

По этому принципу функционирует паровая отопительная система. Вода в котле закипает, пар начинает передвигаться по радиатору и трубам. Там происходит отдача тепла, за счет которого происходит нагрев воздуха в помещении.

В результате конденсации образуется вода, которая продолжает передвигаться по трубам. Она возвращается в накопитель, затем с помощью насоса поступает к нагревателю.

Разновидности паровых котлов

Паровые котлы классифицируются в зависимости от вида используемого топлива.

Твердотопливные

В зависимости от вида материала, который используется для работы котла, в устройствах оборудованы разные камеры сгорания. Паровые котельные чаще всего используют в качестве топлива уголь, торф, древесные отходы. По такому принципу работают промышленные котлы. Их основной недостаток заключается в загрязнении окружающей среды и повышенном классе пожароопасности.

Промышленные паровые котлы, работающие на твердом топливе, отличаются большой мощностью и крупными габаритами. Они используются для отраслей пищевой, текстильной и перерабатывающей промышленности.

Электрические

Паровой котел, работающий на электричестве, нашел широкое применение в быту. Конструкция оборудована парогенератором, насосом, шкафом для преобразования энергии.

Газовые

Пароводяной котел – это самый бюджетный вариант. Его главное преимущество заключается в высокой степени КПД. Конструкции, работающие по принципу конденсации, могут использоваться для организации отопления и для бытовых нужд.

Схема парового отопления

Существуют различные варианты схем отопления. Они классифицируются по следующим параметрам:

• схеме подсоединения труб;
• давлению в системе;
• способу передачи тепла в атмосферу;
• возврату конденсата.

Для частных домов используются бытовые котлы низкого давления. Выделяются закрытые и открытые системы парового отопления. При открытой связь с атмосферой разомкнута. Во втором виде она полностью изолирована от воздействия давления из атмосферы.

Паровой котел подразделяется на одно- и двухтрубный. Назначение первого вида заключается в организации отопления в одно-и двухэтажных домах. Двухтрубная система подходит для многоэтажек и больших помещений.

Характеристики парового котла

У владельцев частных домов большой популярностью пользуются паровые котлы благодаря простоте функционирования, высокому уровню КПД.

Простота эксплуатации

Главное преимущество паровых конструкций заключается в легкой эксплуатации. Агрегаты полностью безопасны для людей. Основная часть приборов автоматизирована, для работы не требуется вмешательства человека. Достаточно изучить описание и правильно организовать подключение. Современные устройства подходят для отопления помещений любого типа. У владельцев есть возможность использовать разные виды топлива.

Экономичность

Привлекает потребителей и низкая стоимость котлов. При этом у них сохраняется высокая степень производительности, низкая инерционность. Для установки парового котла не нужно приобретать дополнительно оборудование.

Экологичность

Для работы конструкции могут использоваться различные виды топлива, благодаря этому владельцы подбирают для себя оптимальные варианты, не наносящие вреда.

Бесшумная работа

Во время эксплуатации конструкция не издает никакого шума, но его уровень возрастает, как только агрегат полностью наполняется паром.

Особенности эксплуатации

Особое внимание необходимо уделить безопасности функционирования парового агрегата. Чтобы обеспечить правильную работу, рекомендуется соблюдать следующие правила:

1. Должно быть обеспечено свободное расширение для температуры. Это обеспечит равномерное нагревание.
2. Необходимо соблюдение уровня жидкости. В отношении к водотрубным конструкциям эта норма определяется специальными учреждениями. В норме минимальный уровень должен быть ниже поверхности подогрева на 10 см.
3. Производители устройств оснащают их специальными предохранительными системами для снижения взрывоопасности.
4. Важно следить за состоянием сварных швов. Нельзя допускать их пересечение. Если будут обнаружены дефекты, потребуется проведение дефектоскопии.
5. Во время эксплуатации устройства возможно образование конденсата в трубах. Необходимо продувать их. Также для устранения конденсата применяются специальные дренажи.
6. Давление пара в системе должно быть всегда под контролем. Параметр измеряется манометром, на котором должно быть специальное клеймо, свидетельствующее о проведении тестирования. Нельзя использовать приборы, у которых проверка просрочена.
7. Необходимо контролировать не только давление, но и температуру паров воды. Для этого на все паровые трубы должны быть установлены термометры.

Паровые котлы характеризуются высокой степенью надежности, долговечностью и повышенной мощностью. Использование таких устройств эффективно обеспечит отоплением дом любой площади.