Пристрій та характеристики котлів

Котлом називається пристрій, що має топку, що обігрівається продуктами палива, що спалюється в ній, і призначений для отримання пари або гарячої водиз тиском вище атмосферного, що використовуються поза самим пристроєм.

По виду теплоносія котли поділяються на парові та водогрійні.

Парові котливиробляють насичену або перегріту пару. При тиску пари до МПа (до 10 кгс/см 2 ) котли належать до котлів низького тиску. У котлах середнього тиску тиск пари не перевищує 10 МПа (100 кгс/см2). Температура перегрітої пари становить 250 та 440 0 С.

Паровий котел, що виробляє перегріту пару при спалюванні рідкого або газоподібного палива, показано на рис. 23. Для згоряння палива. використовується топка 1. У ній утворюються гарячі гази з температурою у факелі 1400 - 1600 0 С. Для захисту обмуровування топки від теплового руйнування вздовж стін встановлені вертикальні екрани 2, що складаються з труб, приєднаних до нижніх і верхніх колекторів. Нижні колектори одержують воду з нижнього барабанів. У трубах знизу вгору рухається вода, яка частково перетворюється на насичену пару. Пароводяна суміш із екранних труб надходить у верхні колектори, а з них – у верхній барабан котла.

З топки гази виходять з температурою 1000-800 0 С і продовжують охолоджуватися в конвективному пучку та пароперегрівачі 3. Труби пучка встановлені вертикально і приєднані до верхнього та нижнього барабанів.

Верхній барабан служить для прийому поживної води та насиченої пари, що утворився в екранах та конвективному пучку. Тому дані поверхні нагрівання називаються випарними.

Нижній барабан повністю залитий водою та використовується для циркуляції води у трубах за схемою: верхній барабан – нижній барабан – верхній барабан.

У трубах пучка вода також частково перетворюється на пару. Пароводяна суміш вводиться у верхній барабан, де поділяється на пару та воду.

Так як вода рухається за рахунок різниці густин води та пари, то така циркуляція називається природною. Природна циркуляція є багаторазовою. Кожен кілограм води, перш ніж перетворитися на пару, проходить через екранні труби 50 – 70 разів, а через труби пучка – 100 – 200 разів.

Насичена пара з верхнього барабана надходить на перегрів у пароперегрівач, а з нього – у збірний паропровід котельні.

Подальше охолодження газів з 350 – 300 0 С до 180 – 140 0 З виробляється поживною водою в чавунному чи сталевому водяному економайзері 4.

У чавунному економайзері температура нагрітої води повинна бути нижчою за температуру кипіння не менше ніж на 20 0 С, щоб виключити кипіння води в економайзері.

Для спалювання твердого паливатопка котла обладнується колосниковими гратами та закидувачами шматкового палива. При спалюванні сильно вологого палива (буре вугілля, торф, деревні відходи) котли можуть обладнатися повітропідігрівачами 5. Гаряче повітря інтенсифікує процес горіння, а подальше зниження температури газів за котлом підвищує його к.п.д.

Обмуровка котлів виконується з двох шарів: внутрішній шар або футерування, і зовнішній теплоізоляційний шар. Футерівка виготовляється з вогнетривкої шамотної цегли (плит), а теплоізоляційний шар – з червоної цегли або плит різних теплоізоляційних матеріалів. Обмуровка з шамоту та червоної цегли називається важкою, а з шамоту та теплоізоляційних плит – полегшеною.

Мал. 23.Схема влаштування та роботи парового котла:

1 – топка; 2 – випарна система (екрани та пучок); 3 – пароперегрівач; 4 – водяний економайзер; 5 – повітропідігрівач

Водогрійний котелскладається з топки 4 та газоходу з конвективною поверхнею нагрівання 5.

Екрани топки 4 утворені вертикальними трубами 3 кінці яких приварені до нижнього 1 і верхнього колекторів. Кожна стінка топки має власний екран (рис.24).

Мал. 24.Схема влаштування водогрійного котла:

1-колектори екранів; 3 – труби екранів топки; 4 – топка; 5 – конвективна поверхня нагріву

Конвективна поверхня 5 виконана з паралельно з'єднаних багатопетлевих змійовиків, нижнього та верхнього колекторів. Газохід, у якому розташована конвективна поверхня, відокремлений від топки вертикальною перегородкою з вікном вгорі (внизу) для проходу газів.

За рахунок з'єднання колекторів вода послідовно проходить через екрани топки та гарячою виходить із конвективної поверхні.

Водогрійні котли призначені для отримання гарячої води з температурою від 95 до 150 0 С. По тепловій потужності котли поділяються на котли малої потужності (до 10 Гкал/год), середньої (20 – 30 Гкал/год) та великої (більше 50 Гкал/год ).

Котел для парового опалення

Пристроєм для виробництва водяної пари високої температуриє паровий казан. При цьому тиск води, що знаходиться всередині котла в газоподібному стані, значно перевищує атмосферний. Нагрівання води відбувається внаслідок виділення теплової енергії за рахунок спалювання будь-якого палива. Незважаючи на те, що наразі парові котли мають різну конструкціюі можуть застосовуватися як у промислових, так і в побутових цілях, вони мають один і той же принцип роботи.

Новий двоходовий котел з реверсивною топкою

Принцип роботи парового казана

Усі парові котли працюють за однаковим принципом свого пристрою:

• верхня частина котла містить резервуар барабанного типу, який примусово подається вода за рахунок застосування електронасоса;
• з даного резервуара вода спеціальними відвідних труб стікає в колектор, розташований в нижній частині пристрою;
• від колектора до верхнього резервуару йдуть ще одні труби, що проходять у зоні горіння палива (топки казана).

Таким чином, даний пристрій для отримання пари можна порівняти із системою сполучених судин, в якій нагріта суміш води та пари має меншу щільність, ніж холодна вода. В результаті цієї різниці вода постійно виштовхує пароводяну суміш у верхню частину пристрою, де за допомогою сепаратора пар відокремлюється від води.

Після цього вода знову потрапляє до резервуару, а пара – до паропроводу, який також знаходиться у зоні згоряння палива. В результаті вода, що знаходиться в газоподібному стані, розігрівається ще більше, що призводить до значного збільшення тиску пари. Тепер параметри пари досягли необхідних властивостей. Далі він може використовуватися або для опалення приміщень, або для обертання турбін різних агрегатів, у тому числі для отримання електричної енергії.

Промисловий газовий котел

Типи парових казанів

Усі парові котли можна класифікувати за кількома параметрами. Наприклад, за видом палива, що використовується для їхньої роботи, розрізняють котли:

А залежно від того, яке ці пристрої мають призначення, їх поділяють на:

• енергетичні (такі казани виробляють пару для забезпечення роботи турбін енергетичних установок, що виробляють електричну енергію);
• промислові (забезпечують функціональність різних систем на промислових підприємствах);
• утилізаційні (що працюють на вторинних ресурсах, наприклад, що спалюють сміття на спеціальних заводах);
• побутові (призначені до роботи в системі індивідуального опалення).

За своїм конструктивним особливостямнайбільш поширені такі типи парових котлів:

1. Газотрубні.
2. Водотрубні.
3. Прямоточні.
4. Чавунні секційовані.
5. Блочно-транспортувані.

Розглянемо їх докладніше.

Газотрубні котли

Хоча котли такого типу ще експлуатуються на різних підприємствах, вони вже давно вважаються морально застарілими, оскільки розраховані для умов експлуатації, що обмежуються робочим тиском 1 МПа та потужністю не більше 360 кВт. А цього недостатньо для забезпечення нормальної роботи сучасних підприємств.

Якщо спробувати збільшити потужність такого котла, то необхідно на етапі його проектування закласти таку товщину стінки, яка буде неймовірно великою, що економічно невигідно.

Якщо ж цього не зробити, то при підвищенні потужності газотрубного котла він може вибухнути, а величезна кількість розжареної пари, що вивільнилася внаслідок порушення герметичності стін, призведе до катастрофічних наслідків для людей.

Водотрубні котли

Дана конструкція парових котлів є більш сучасною, а отже, більш потужною та безпечною. Однак такі парові котли мають більше складну конструкцію, ніж їхні газотрубні аналоги Але цей недолік перекривається цілою низкою переваг такої конструкції:

• котли такого типу мають невеликий час розігріву до робочої температури;
• вони абсолютно вибухобезпечні навіть у ситуації з навантаженням котла;
• такі пристрої легко можуть бути переналаштовані для роботи з різним навантаженням;
• їх легко можна транспортувати до місця встановлення.

Оскільки складне влаштування водотрубних котлів передбачає спеціальну систему топкових перегородок і пучків труб, то теплова енергія, що виділяється при спалюванні палива, багаторазово обтікає одні й ті самі труби з водою, що збільшує тепловіддачу, а отже, ККД котла.

Водотрубні котли, у свою чергу, поділяються на:

• Горизонтальні (при цьому резервуар барабанного типу має або поздовжнє розташування або поперечне).
• Вертикальні (при цьому пристрій котла може містити не лише 1, а й кілька парових барабанів).
• Радіаційні, що мають у своєму складі, як горизонтально, так і вертикально розташовані парові барабани, або їх комбінацію. Іноді для більш ефективної роботи парових котлів може бути застосована і примусова циркуляція.

Крім того, для підвищення ефективності роботи водотрубного котла дуже часто застосовуються спеціальні топкові екрани, що дозволяють значно збільшити виділення теплової енергії в зоні горіння палива (в такий спосіб сильно зростає ККД парового котла) при одночасному зниженні вимог до теплоізоляційних характеристик стінок.

Пристрій топкового екрану є рядом близьких один до одного труб, по яких тече вода. Після нагрівання пар із цих труб подається в загальну парову систему котла.

Прямоточні котли

Паровий котел даного типу здатний працювати як у режимі, що не перевищує максимально допустиме навантаження, так і режимі, коли тиск пари в котлі значно перевищує його максимально допустиме значення. У котлах такого типу застосовується примусове прокачування води трубами, яка в результаті одного проходу через топку перетворюється на пару з надлишковим тиском, необхідним для роботи турбін енергетичних установок, що виробляють електричну енергію. Таким чином, прямоточні котли, що працюють на рідкому, твердому або газоподібному паливі, що видобувається з надр Землі, переважно експлуатуються на дуже великих електростанціях.

Розріз прямоточного парового казана

Основними перевагами котлів такого типу є:

• дуже широкий діапазон робочих умов (від недовантаження до навантаження);
• безпеку експлуатації;
• невеликий час від запуску казана до досягнення ним робочих умов;
• простота перенастроювання котла з одного режиму роботи до іншого.

Чавунні секційні котли

Дані котли отримали в даний час дуже широке використання для роботи в системах опалення. Свою назву пристрій отримав від схожості з радіатором опалення, оскільки збирається з окремих секцій, виготовлених з чавуну. Таким чином, дана конструкція дозволяє не тільки швидко зібрати котел за місцем його встановлення, а й за необхідності виконати за короткий час його демонтаж.

Блокова система секційного казана дозволяє збільшувати його потужність до необхідного значення шляхом приєднання нових чавунних секцій. Недоліком такої конструкції є те, що при необхідності заміни однієї з внутрішніх секцій, що вийшла з ладу, наприклад, через утворення в ній тріщини доведеться повністю розбирати всю конструкцію котла.

Переваги таких котлів:

• невеликий час розігріву котла від пуску до робочої температури пари;
• високий ККД;
• можливість нарощування потужності казана.

Однак у секційованих котлів їсть і недоліки:

• Складність ремонту.
• Секції не гарантують безпечну експлуатацію пристрою при високих значенняхтиску (максимальні значення робочих умов: тиск – не більше 100 кПа, потужність – не більше 200 кВт, продуктивність – не більше 4,3 тонни пари на годину). За таких умов необхідно спалювати в топці близько 300 кг високоякісного вугілля за 1 годину.

Блоково-транспортні котли

Вперше такі парові котли були застосовані в період Другої світової війни, коли війська гостро потребували пристрої, що мають не тільки невеликі габарити, але й не потребують складного технічного обслуговування.

Блоково-модульний дизельний котел

В даний час котли такого типу виглядають як мобільні блоки. невеликих розмірів, які у своєму складі мають не тільки робочий агрегат, але контрольно-вимірювальну апаратуру, необхідну для запуску та підтримки робочих умов котла.

Дані пристрої можуть бути дуже швидко запущені в роботу, як тільки будуть виконані всі необхідні підключення комунікацій (вода, електроенергія або підведення палива, димохід). Потужність сучасних модулів досягає кількох тисяч кіловат, а максимальний робочий тиск пари – 9 МПа.

Незважаючи на те, що конструкції котлів відрізняються одна від одної системами нагрівання води, всі вони (крім електричних) використовують спеціальну камеру згоряння палива – топку.

Топка парового казана

Паровий котел не може функціонувати без теплової енергії, що виділяється при спалюванні палива у топці.

Конструктивно цей агрегатний вузол складається з:

• Клітини, утвореної вертикальними трубами, кінці яких приєднані до барабанів колекторного типу, що мають невеликий діаметр. Ці барабани є частиною усієї циркуляційної системи парового котла.
• Теплоізолюючої вогнетривкої обшивки, закріпленої на зовнішній стороні клітини.
• Цегла спеціального формування, що закриває задні поверхні труб клітини. Така конструкція топки не затримує на собі золу та шлак.

Однак у Останнім часомвсе більше споживачів, які використовують парові котли в індивідуальних системах опалення, віддають перевагу електричним котлам.

Електричні котли

Паровий котел такого типу характеризується:

• простотою експлуатації;
• економічністю;
• екологічністю;
• безшумною роботою.

Крім того, такий пристрій котлів набагато простіше, ніж аналогічне у пристроїв, що використовують тверде або рідке паливо. Електричні котли не потрібно постійно очищати золи або шлаку, та й саме паливо не вимагає спеціальної додаткової заготовки. Таким чином, ви заощадите гроші, які були б витрачені на доставку палива до вас додому і які були б витрачені на обладнання сховища для палива.

За своєю конструкцією електричні котлиподіляються на:

1. Прилади прямої дії.У них вода використовується як провідник електричного струму, що нагрівається згідно із законом Джоуля-Ленца.
2. Прилади непрямої дії.Вони як нагрівальних елементів використовуються, наприклад, ТЕНы.

Однак, якщо говорити про ціну парових котлів будь-якого типу, вона досить висока. Саме цей факт викликає бажання деяких споживачів (особливо у сільській місцевості) створити такий прилад власними руками. Розгляньмо, чи можливо це здійснити в принципі?

Виготовлення парового котла своїми руками

Паровий котел – пристрій підвищеної небезпеки у будинку. Адже в ньому є надлишковий тиск пари, який може призвести до вибуху котла, а також висока температура і відкритий вогонь, які можуть призвести до виникнення пожежі.

Саме тому для кустарного виготовлення котла в домашніх умовах знадобляться:

• точні розрахунки;
• високотехнологічні жароміцні матеріали;
• різні інструменти та обладнання.

Не варто забувати і про різних системахконтролю, якими має оснащуватися котел з метою забезпечення безпечної експлуатації.

Припустимо, чисто теоретично, що все, що потрібно для самостійного виготовленняпарового казана у вас є. Тоді порядок робіт буде наступним:

1. Визначтеся з габаритами майбутнього котла та його функціональним навантаженням.
2. Знайдіть готові креслення такого пристрою, що повністю відповідає вашим вихідним даним.
3. Ретельно вивчіть всю документацію та розберіться у нюансах створення котла.
4. Придбайте необхідні витратні матеріали: сталевий лист завтовшки 1 мм; труби з нержавіючої сталі, діаметр яких лежить у межах від 100 мм до 120 мм; трубки із нержавіючої сталі діаметром від 10 мм до 30 мм.
5. З сталевої трубидіаметром 100 мм необхідно нарізати дванадцять штук шматків труби, які будуть використані як димогарні. Зі 120 мм труби необхідно виготовити жарову трубу. Довжина всіх трубок залежить від габаритів котла. Сталевий лист стане вам у нагоді для виготовлення стін і перебірок.
6. Димогарні та жарові труби вставляються у спеціальні отвори відповідного діаметра, які виконуються на стінках котла.
7. Після цього кінці димогарних трубок необхідно розвальцювати та приварити до основи котла, скориставшись аргоновим зварюванням.
8. Зварюванням фіксуєте на корпусі котла колектор для забору пари і запобіжний клапан для автоматичного скидання надлишкового тиску в котлі. Ваш котел може працювати з максимальним тиском від 4 до 6 кг/см2!
9. Утепліть готовий котел для збільшення ККД за допомогою азбесту листового типу.
10. Готову установку з виробництва пари закріпіть за допомогою різноманітних хомутів.
11. Підставою парового котла може бути невеликий шматок сталевої труби діаметром 120 мм. Однак товщина стінок такої труби має бути не менше 2,5 мм.

Виходячи з цього, я не думаю, що у вас щось вийде. Тому не витрачайте дарма свій час і кошти, а просто відвідайте спеціалізований магазин і придбайте готовий опалювальний прилад, який вас влаштує за ціною, видом палива, що використовується, і функціональному призначенню.

У останній частині хотілося б приділити трохи уваги особливостям експлуатації казанів.

Котел своїми руками, принцип влаштування та розрахунок обладнання

Особливості експлуатації

Експлуатація парових котлів потребує ретельної водопідготовки, регулярного очищення топки та керування роботою пристрою.

1. Підготовка води, яка використовується в роботі котлів. У кожній воді більшою чи меншою мірою є мінеральні солі, які в результаті нагрівання утворюють накип на поверхнях котла. В результаті не тільки погіршується тепловіддача палива, що згоряє воді (різко знижується ККД котла), але і може відбутися розгерметизація труб в результаті їх прогорання. Тому перед подачею води в казан її очищають від солей, додаючи спеціальні реагентинаприклад, натрієвий цеоліт. Необхідно видаляти і кисень, розчинений у воді, оскільки він сприяє корозії труб.
2. Видалення золи на зовнішніх стінках топки має виконуватися періодично (у міру накопичення).
3. В даний час управління роботою парових котлів займаються автоматичні системи, побудовані на напівпровідникових електронних схемах. У домашніх умовах керування роботою котла (його пуск, вимикання та регулювання витрати палива) здійснюються вручну.

Таким чином, парові котли здатні забезпечувати теплом, гарячою водою та електрикою (йдеться про ТЕЦ) цілі квартали житлових будинків, а можуть працювати і в індивідуальних господарствах. В останньому випадку ви зможете самостійно, оскільки не залежите від системи централізованого опалення та подачі гарячої води, встановлювати час роботи котла та температурний режим.

Це дозволить вам суттєво знизити витрати на обігрів та гарячу воду.При цьому дані пристрої є простими в експлуатації і вимагають мінімального втручання з боку людини. А ще котли є дуже безпечними пристроями, оскільки оснащуються спеціальними системами, що запобігають аварійним ситуаціям!

Принцип роботи та влаштування парового котла

Паровий котел — це пристрій, у якому розміщена топка. У ній відбувається згоряння твердого чи рухомого палива з подальшим виділенням тепла. Завдяки цьому теплу вода в котлі нагрівається і з неї генерується пара (насичена або перегріта). Пара, що виходить, має тиск вище атмосферного і використовується в промислових потребах.

Щоб паровий котел ефективно виконував свою основну функцію, необхідно підібрати його за розміром площі обігріву житлових приміщень.

У загальному вигляді пристрій котла має такий вигляд. барабан, що знаходиться у верхній частині котла, з'єднується з колекторами, розташованими в його нижній частині, за допомогою опускних труб (вони самі не обігріваються). За допомогою підйомних труб колектори замикаються на барабані. Підйомні труби розташовані у зоні згоряння палива. По трубах вгору піднімається суміш пари та води, у сепараторі відбувається поділ цієї суміші на складові. Пара надходить у паропровід, а вода повертається в барабан і знову бере участь у процесі вироблення пари.
Складові частини та пристрій парового котла

• нагрівальні прилади (труби, радіатори, батареї, регістри);
• магістральні трубопроводи;
• регулююча та запірна арматура;
• насоси;
• засоби управління;
• автоматика.

Приклад організації парового опалення.

Пристрій парового котла передбачає наявність різних труб та судин. Труби та судини різного діаметра з'єднуються між собою шляхом вальцювання або зварювання. У котлах є спеціальні люки, які забезпечують можливість очищення та огляду колекторів та барабана. Усередині котла є два простори: водяний та паровий. Водне заповнене водою, а парове - пором. У паровому просторі котла розташовується сепаратор, який відокремлює пару від вологи. Пристрій поділяє ці два простори дзеркалом випаровування.

Головною складовою парового казана є топка. У ньому відбувається процес горіння. Це клітина з вертикальних труб, які приєднані вихідними отворами до включених на циркуляцію котла барабанам колектора. Зовні топка обшита вогнетривкими та теплоізолюючими матеріалами. Між трубами та їх обшивкою розташовуються спеціальні цеглини. Ці цеглини відкривають передні поверхні труб, але закривають задні, в результаті чого на стінах топки не затримуються шлак і зола.

При використанні твердого палива воно розташовується на колосникових грат. Через повітряні отвори в подрібнене паливо проникає повітря. При коксуванні вугілля його треба періодично перемішувати, щоб повітря не припинялося.

При використанні рухомого палива (вугільного пилу, мазуту, паливного газу) воно вводиться за допомогою пальника в топку. У цьому пальнику сильно закручені потоки повітря перемішуються з струменем палива, що надходить.

Засоби управління забезпечують автоматичне включення та вимкнення парогенераторів за закладеною програмою, запам'ятовування початкової причини аварії, регулювання рівня води в барабані та тиску пари. Ця система автоматично повідомляє про виникнення аварійної ситуації. Приміром, при перенасиченні котла водою чи сильному підвищенні тиску пари, при пропуску котлом води та інших аварійних ситуаціях система автоматично включить сигналізацію.

Різновиди та влаштування парових котлів, їх ККД
Для того щоб зрозуміти пристрій котла, треба знати принципи, за якими їх поділяють між собою:

1. За способом руху пароводяної суміші. Виділяють за цим принципом два види котлів: з природною та примусовою циркуляцією.
2. За способом повернення конденсату котлів два типи: замкнуті та розімкнені.
3. За принципом руху середовища, що бере участь у теплообміні (пар, вода, димові гази) бувають водотрубні та жаротрубні котли.

Схема влаштування парового котла.

Котли бувають двох типів: водотрубні та газотрубні. У них різний пристрій та ККД. Газотрубними називаються такі котли, в яких гази переміщуються усередині димогарних та жарових труб, нагріваючи воду. Вони спираються на стінки топки збоку. У водотрубних котлах вода рухається трубами, а гази омивають їх із зовнішнього боку. Кріплять водотрубні котли до каркасу будівлі або котла.

Зараз переважно випускають парові котли серії ДЕ, КЕ, МЕ. Вони мають не лише різний пристрій, а й працюють на різному паливі. Котли серії ДЕ мають високий ККД, працюють на газовому паливі та мазуті, серії КЕ – на твердому паливі.

Принцип дії та влаштування парового котла
Отримане в топці тепло, що виділяється топковими газами, надходить до поверхонь нагріву (паронагрівач та кип'ятільні труби). Поверхні нагріву бувають двох видів: радіаційні та конвективні. Конвективні поверхні нагріву включають такі елементи: контактні теплообмінники, водяні економайзери, підігрівачі повітря. Вони призначаються збільшення ККД установки, зменшення втрат тепла з газами, зменшення паливного витрати.

Принцип дії парового казана.

Величезне значення у роботі парових котлів має якість води. У них може використовуватись тільки чиста водабез домішок. Тому перед подачею в котел вода має проходити хімічне очищеннята деаерацію (з води видаляються гази). Тільки після цього вода стає поживною.

Після цього поживна вода закачується живильним насосом у водяний економайзер. Там вона нагрівається топковими газами і надходить у верхню частину барабана, там же відбувається перемішування живильної води та котлової.

Частина води котла з верхнього барабана опускається в нижній трубах, які називаються кип'ятільними. У верхній частині барабана у газових газів температури низькі, а в нижній частині - високі. Таким чином, вода нагрівається і разом з пароводяною сумішшю піднімається у верхній барабан по підйомних трубах.

Друга частина води котла з верхнього барабана проходить опускними трубами, які знаходяться зовні топки, потім відправляється на перерозподіл по колекторах. Після цього котлова вода в екранних трубах нагрівається, в результаті чого утворюється пароводяна суміш і бульбашки пари, які вирушають у верхній барабан.

Шлях переміщення теплоносія має назву циркуляційного контуру.

Схема двотрубного розведення системи опалення.

У верхньому барабані парового котла, отриманий у випарних поверхнях нагрівання, пар проходить через сепаратор, де відбувається виділення крапельок води з нього. Так виходить суха насичена пара і збільшується ККД. Ця пара надходить паропроводом до споживача. Ця пара може і відправитися тим же паропроводом в пароперегрівач, де нагрівається до вищої температури при збереженні тиску.

Під час роботи парових котлів у верхньому барабані постійно відбувається коливання рівня води між вищим та нижнім положеннями. Це для збільшення ККД парових котлів. Той об'єм води, що знаходиться між цими двома рівнями, є резервним для безперебійної роботи котла під час відсутності надходження води. Щоб збільшити ККД парового котла, встановлюють повітропрогрівачі.

Визначення положення максимального або так званого вищого рівня води, що допускається, в барабані парового котла здійснюється з тим розрахунком, щоб попередити попадання води в пароперегрівач.

Мідні труби – міцні, надійні, практичні. Такий трубопровід здатний витримати високі температури теплоносія.

Визначення положення мінімального або нижчого рівня води, що допускається, в барабані парового котла здійснюється з тим розрахунком, щоб виключити перегрівання металевої поверхні кип'ятільного пучка і верхнього барабана, а також для того, щоб забезпечити стабільне надходження води в опускні труби.

Влаштування парових котлів передбачає циркуляцію води. Вона може бути природна та примусова. Природна циркуляція в парових казанах, яку передбачає їх пристрій, забезпечується за рахунок різної щільності пари та води. Щільність пароводяної суміші в підйомних трубах нижче за щільність води в опускних трубах. Але при цьому температура та тиск однакові протягом усієї труби. До того ж, пар — це газ, який завжди прагне вгору.

Примусова циркуляція у парових казанах здійснюється за допомогою спеціальних насосів.

Порушення циркуляції може відбуватися:

• внаслідок нерівномірного прогріву поверхні випаровування в результаті зашлаковування труб;
• в результаті нерівномірного розподілу води по колекторних та екранних трубах через забруднення їх шламом і т.д.

Умови безпечної роботипарових котлів
Головною умовою для безпечної роботи парового котла та збільшення його ККД є підтримання температури металевих поверхоньнагріву на заданому рівні. Це досягається завдяки безперервній роботі теплоносія всередині труб, що нагріваються, яку забезпечує його пристрій (відбувається інтенсивне охолодження цих поверхонь нагріву). Це необхідно, оскільки гази на виході мають дуже високі температури. Теплоносій повинен постійно відводити тепло від стін труб, які нагріваються від тепла димових печей. У разі недостатнього відведення тепла від труб метал перегрівається, втрачає свою міцність, знижується ККД. Можуть з'являтися нориці та отдулини. Самий найгірший варіант- це розрив труб та аварійна зупинка котла.

Неприпустиме недбале ставлення персоналу до роботи котельного обладнання. В результаті може статися не тільки зниження коефіцієнта корисної дії, але випуск води з барабана. До опускних труб потрапить пара, утворюється кавітація, перегріються верхній барабан і труби. Зрештою, станеться аварія.

Пристрій та принцип роботи парових котлів

Котельні установки, що генерують пару з води, заслуговують на особливу увагу. Вони рідко застосовуються для обігріву будівель, зазвичай опалення – їхня вторинна функція. Головним завданнямподібних агрегатів є виробництво пари для різних технологічних процесів. Залежно від потрібних параметрів пари на виході підбирається пристрій парового казана, який забезпечує ці параметри.

Принцип дії та види парових котлів

Якщо метою опалювальних установок є нагрівання води для обігріву будинку при недопущенні закипання в котловому баку, то робота парового котла вирішує протилежне завдання. Вона полягає в тому, щоб направити всю теплову енергію спалювання палива на кип'ятіння води та її випаровування. Деякі технологічні процесивимагають підвищеної температури пари, тому третьою стадією роботи агрегату стає його підігрів до цієї температури (перегрів). Головними робочими показниками парогенераторів є тиск та продуктивність, що виражається в тоннах за 1 годину.

Конструкції цього виду теплосилового обладнання бувають різні, але принцип роботи парового котла залишається незмінним: спалюючи рідке паливо або природний газ у топці, передати всю теплоту згоряння воді, що проходить через теплообмінник з метою випарувати її та направити споживачам. За способом передачі тепла в парогенераторах використовуються теплообмінники:

• жаротрубні (димогарні);
• водотрубні.

У них є одна загальна особливість: це труби, що виготовляються в різних установкахрізного перерізу та форми. Усередині труб переміщається одне із середовищ – учасниць процесу передачі тепла, а зовні вони омиваються другим середовищем. У жаротрубних теплообмінниках усередині проходять розпечені продукти горіння, що нагрівають воду в котловому баку до стану пароутворення. Все відбувається навпаки у водотрубному агрегаті, де по змійовиках циркулює вода, а прогрівається вона зовні полум'ям пальника та димовими газами.

Жаротрубні установки

На малюнку представлена ​​конструкція парового котла із жаротрубним триходовим теплообмінником. Триходовий – це означає, що димові гази перед викидом назовні зроблять три ходи трубками, що омиваються водою. Перший хід – це сама камера згоряння, у ній температура найвища. У її кінці гази змінюють напрямок руху, потрапляючи в труби другого, а потім і третього ходу. До такого руху продукти горіння спонукає вентилятор плюс природна тяга димової труби.

Рівень води в котловому баку цієї конструкції нестабільний, оскільки в процесі нагрівання її частина закипає і у вигляді пари надходить в апарат, що відокремлює дрібні краплі - сепаратор. Відділення рідини треба робити обов'язково, інакше в паропроводах, що ведуть до споживачів, виникатимуть гідроудари, результатом стане їхнє руйнування. Недолік води в сорочці необхідно постійно поповнювати, для цього задіяний живильний насос парового котла.

Важливо!Особливість будь-яких парогенераторів полягає в тому, що в них не можна подавати. холодну воду, мінімальну її температуру кожен виробник вказує індивідуально свого виробу.

Підігрів поживної води здійснюється двома способами:

1. За допомогою додаткового пластинчастого теплообмінника, що відбирає для підігріву енергію у пари, що виробляється.

2. За допомогою економайзера, встановленого на виході відпрацьованих газів з агрегату. Економайзер ще більше знижує температуру продуктів горіння, за рахунок цього підігріваючи поживну воду. Метод підвищує загальну ефективність генератора на 3-6%.

Водотрубні агрегати

Інша схема парового котла – з водотрубним спіралеподібним теплообмінником. Тут димові гази теж роблять кілька ходів, перш ніж залишити агрегат. Пальниковий пристрій розміщений по центру, всередині змійовика з водою. За такої організації нагрівання пароутворення в змійовику відбувається досить швидко і продуктивність установки в цілому вища. Але тут криється і недолік: найменша затримка з підживленням змійовика викличе прогорання труб та аварійну ситуацію. Жаротрубні схеми позбавлені цього недоліку, але вони більш інерційні і мають великі габарити.

Окремо слід зазначити вимоги до якості підживлювальної води. Технологія процесу та влаштування парових котлів такі, що вона повинна пройти кілька етапів підготовки:

• Очищення та доведення до питної якості.
• Знесолювання хімічним способом.
• Видалення бульбашок повітря тепловим або хімічним методом (деаерація).

Примітка:при виборі деаерації термічним способомодночасно вирішується питання з підігрівом поживної води, оскільки в деаераторі вона нагрівається до 70-80 ºС

Незважаючи на заходи з водопідготовки, паровий котел вимагає періодичного очищення від накипу, який все одно з'являється на поверхнях обміну. Операція носить назву «продування», проводиться у різний спосібі полягає у промиванні труб теплообмінника під тиском.

Висновок

Парогенератори – це досить складні та енергоємні пристрої, що застосовуються у промисловому виробництві. Щоб уникнути аварійних ситуацій, їх монтаж, пусконалагоджувальні роботи та експлуатація повинні проводитися добре навченим висококваліфікованим персоналом.

Чи варто робити парове опалення в приватному будинку Огляд котлів великої потужності Як зробити парову турбіну

У чому полягає принцип роботи парових котлів

Парові котли є спеціалізованим обладнанням для виробництва пари з рідин, в основному з води. Пар застосовується в різних сферах виробництва, енергетиці та в опалювальних системах, наприклад, для опалення промислових будівель, установ, що знаходяться у важких кліматичних умовах. Використання пари виправдане при дезінфекційних заходах у медичних закладах. Залежно від поставлених завдань, існують промислові парогенераторні установки та котли, призначені для побутових завдань. Ці агрегати можуть працювати різних джерелах теплової енергії. Існують пристрої, які генерують пару за допомогою утилізації надлишків тепла, одержаного від великих промислових установок. Вибір необхідного парогенераторного обладнання має відбуватися з урахуванням знань принципів роботи даних пристроїв та його класифікації.

Паровий котел, навіщо він потрібний?

Парові котли, залежно від призначення, застосовуються у певних областях, де використання пари необхідне для дотримання технологічного циклу виробництва або в деяких проектах опалювальних систем.

Обладнання, що генерує пар поділяється на такі види:

• парові котли енергетичного призначення (використовуються на електростанціях, для приводу турбін, що генерують електроенергію);
• парові котли промислового типу (вироблення пари для здійснення технологічних операцій у виробництві);
• парове котельне обладнання, призначене для опалення, пралень, експлуатації дезінфекційних установок;
• утилізаційні котли, що виробляють пар за допомогою відбору тепла у перегрітих димових газів, що утворюються внаслідок виробництва у металургії та хімічній промисловості.

Паровий котел промислового типу

В енергетиці використовуються потужні пристрої, що виробляють до 5000 т пари на годину при тиску близько 280 кгс/см2. Пар отримують перегрітим до температури 500 С. після чого він надходить у турбінні агрегати, де відбувається перетворення теплової енергії на механічну.

Парові котли для опалювальних систем виробляють пар низького тиску, найчастіше у насиченому стані. Опалення такого типу доцільно використовувати в дуже холодних кліматичних зонах, щоб запобігти замерзанню теплосистеми, зокрема, її оборотного циклу.

У деяких установах вигідно експлуатувати паровий котел, який забезпечує опалення будівлі та служить для подачі пари в пральні. Іноді парові генератори встановлюють там, де можлива утилізація високотемпературних газів, дане рішеннядозволяє заощаджувати суттєві суми в опалювальний період.

Парові котли та принцип роботи мають значні відмінності від водогрійних систем. Робота пароутворюючих агрегатів заснована на нагріванні води та подальшого її перетворення на пару.Нагрів ведеться за допомогою виділення тепла від спалювання горючих матеріалів, найчастіше використовують природний газ або вугілля. Видача пари котлом завжди відбувається під надлишковим тиском і в залежності від призначення.чення його величина коливається в широких межах і може змінюватися від 1 кгс/см2 до кількох сотень кгс/см2.

Схема роботи парового казана

Експлуатація подібних пристроїв пов'язана з деякою небезпекою, так як пара є середовищем, що стискається, і в котлах певного типу він знаходиться у великих обсягах у стислому стані, у зв'язку з цим надійність обладнання регламентується спеціальними ГОСТами. Головний фактор надійності обумовлений відсутністю розгерметизації та вивільненням великої маси розігрітої пари у навколишній простір.

Дізнайся, як можна виготовити піролізний котел своїми руками.

Як розібратися, яка краще чавунна піч камін тривалого горіння? Все можна тут.

Сучасне обладнання безпечніше, через застосування таких схем конструкції котла, при яких утворення пари відбувається в малих обсягах, але з високою швидкістю, тобто не відбувається акумуляція значних мас пароподібного стану води.Тим не менш, безпека парових установок залежить від контролю параметрів тиску та температури та від рівня автоматики, що здійснює скидання надлишків пари та відключення нагріву у разі аварійної ситуації.

Відмінності та види парового обладнання

Незважаючи на те, що принцип дії всіх котлів заснований на передачі теплоти згоряння горючих речовин воді для переходу в пароподібний стан, конструктивний підхід в парогенеруючих агрегатах різний.

Основні види обладнання:

• з газотрубним методом одержання пари;
• з водотрубним способом.

Газотрубні котли передбачають отримання пари наступним способом. У циліндричний корпус котла вбудовані труби, в яких відбувається горіння або розігріті димові гази. Від цих труб відбувається передача тепла воді, яка потім перетворюється на пару. Ці агрегати поділяються на котли із жаровими чи димогарними трубами. Жаровий тип передбачає процес згоряння палива безпосередньо в самій трубі, для цього на вході в неї встановлюється пальник з наддувом, який дозволяє рівномірно згоряти паливу по всій довжині труби. У димарних трубах горіння не відбувається, а теплота воді передається за рахунок подачі в них розігрітого газу (продуктів згоряння).Тобто, теоретично відбувається процес утилізації надлишкового тепла продуктів згоряння. Процес випаровування відбувається у верхній частині циліндра і накопичена пара поступово скидається в магістраль через перепускний клапан, розрахований під необхідний тиск.

Котел із газотрубним методом отримання пари

Утилізаційні схеми котлів з димогарним способом передачі тепла проектуються таким чином, щоб температура газів на виході була не менше 150 С, для забезпечення подальшої тяги в димових трубах.

У газотрубних котлах відбувається утворення пари безпосередньо в самому корпусі пристрою, тому ємність котла є накопичувачем великої маси пари під надлишковим тиском.Цей факт обмежує потужнісні характеристики агрегатів, тому що у разі генерації пари під високим тиском можливий розрив судини агрегату та миттєве вивільнення великої маси пароподібної речовини. Потужність газотрубних котлів обмежена і становить приблизно 400 кВт, робочий тиск не вище 10 кгс/см2.

Водотрубні парогенератори мають протилежний принцип роботи. У них теплота згоряння палива передається трубам, до яких знаходиться вода, внаслідок чого відбувається закипання та перехід її в пароподібний стан.Розташування окропу і спосіб циркуляції води по них залежить від конструктивних особливостей.

Найбільш поширені схеми водотрубних генераторів пари:

Барабанна схема

Барабанні пристроїбувають горизонтальними чи вертикальними. складаються з топки, зверху якої розташовані обв'язки з труб, що виходять в барабан, що накопичує готову пару. Т еплота згоряння палива передається трубам, в них утворюється насичена пара, в барабані відбувається відділення води, що не випарувалася, яка повертається назад в труби.Прогін рідини ними може відбуватися до 30 разів і від типу агрегатів. Казани з природною циркуляцією води працюють за принципом підняття розігрітих водних шарів і вважаються менш продуктивними. У циркуляційних водотрубних генераторах кількість прогонів скорочується та підвищується вихід готової пари, при цьому потрібна більша кількість палива для забезпечення швидкості пароутворення.Виконання котлів може бути горизонтальним або вертикальним. У горизонтальних конструкціях використовується один барабан прийому пари, а вертикальних рішеннях допускається кілька барабанів.

Барабанний котел з водотрубним методом отримання пари

Сучасні конструкції передбачають встановлення радіаційних екранів у топці, що дозволяють відбирати променистий тип енергії при згорянні та додатково виробляти пару. Геометричне розташування труб у кожусі котла впливає на швидкість нагрівання і пароутворення, при цьому відбувається економія палива.

Так само як і в газотрубних котлах температура газів не повинна бути менше 150 С, щоб уникнути погіршення тяги. У великих промислових установках застосовуються димовідсмоктувачі для видалення продуктів згоряння.

Для того щоб виробляти перегріту пару з потрібною температурою, встановлюється пароперегрівач.Його конструкція нагадує пучкове з'єднання труб, тільки в них подається насичена пара, а на виході вона виходить у перегрітому стані. Нагрів ведеться також димовими газами.

Прямоточна схема

Прямоточні агрегати влаштовані таким чином, що вода, що подається в труби, проходить без циркуляції і за цей час встигає перейти в пароподібний стан. Такий тип котлів є найпродуктивнішим.

Комплексна парогенеруюча установка містить спеціальний сепаратор, завдання якого полягає у видаленні рідкої складової пароподібної суміші. Це критично для споживачів, які потребують подачі сухої пари. Вміст рідкої фази води погіршує тепловіддачу і може призвести до конденсаційних ефектів у вузлах магістралі, внаслідок чого виникає ризик гідроудару в системі.

Схема прямоточного котла з водотрубним методом отримання пари

Водотрубні котли, на відміну від газотрубних, потребують ретельної водопідготовки, так як при пароутворенні може відбуватися відкладення солей на внутрішньої поверхнітруб.Це призводить до зниження продуктивності або аварійних ситуацій через прогар. Водопідготовка включає видалення розчиненого кисню та пом'якшення води спеціальними хімічними речовинами. Під час експлуатації котла в замкнутому контурі, наприклад, у опалювальній системі, водопідготовка проводиться один раз.Якщо передбачається постійний забір готової пари, підживлення ведеться тільки підготовленою водою.

Паливом для парових котлів може бути:

• природний газ;
• вугілля;
• дизельне паливо;
• електроенергія;
• мазут;
• атомна енергія.

Парові котли з низькою продуктивністю, які застосовуються для опалення різних площ, найчастіше використовують природний газ, вугілля або дизельне паливо.

Для яких приміщень підходить парове опалення?

Парове опалення застосовується в певних випадках, переважно, коли доцільно утилізувати енергію димових газів від будь-якого виробництва. Як правило, найчастіше опалюються виробничі площі (цехи, майстерні, підсобні приміщення, гаражі).

В даний час опалення паровим способом житлових приміщень застосовується рідко, оскільки складно регулювати температурний режим і існує небезпека опіку пором при пошкодженні системи опалення.

Парові котли, що працюють на вугіллі, газі або дизельному паливі, встановлюють у тих приміщеннях, в яких потрібно встановити певну температуру за короткий період часу.Пояснюється це малою інерційністю парових систем та великою віддачею теплової енергії. Пара, крім передачі свого тепла, передає прихований тип теплової енергії під час своєї конденсації, яка була отримана у процесі випаровування. Тобто теплова енергія передається не тільки за рахунок охолодження маси пари, а й за рахунок її конденсації.

Розбираємось, як вигідно печі для гаража купити та не помилитися при виборі.

Для яких цілей, які норми та інше можна дізнатися у статті пекти буржуйка для гаража.

Схема парового опалення будинку

Переваги парового опалення:

• можна застосовувати радіатори меншої площі, за рахунок великої ∆t;
• швидке досягнення необхідної температури у приміщенні;
• малий обсяг сконденсованої води на зворотному трубопроводі дозволяє застосовувати труби невеликого діаметру;
• можливість скоротити витрати на опалення за можливості утилізації димових газів у парогенераторі.

• неможливість регулювання температури радіаторів;
• ймовірність опіку при дотику до елементів опалювальної системи (температура 120-130°С);
• високий рівень шуму роботи парових казанів;
• втрати тепла у магістралях.
• Парові котли, специфікації щодо їх експлуатації, повинні підбиратися залежно від поставлених завдань та фінансової доцільності їх використання.

Котел паровий, ціна залежить від обсягу

Парогенеруюче обладнання, специфічно і крім промислового та енергетичного застосування, може використовуватися як альтернатива водяному опаленню в нежитлових приміщеннях при проектних вимогах даної системи.

Принцип роботи парового казана (відео)

У цьому відео ви дізнаєтесь, як відбувається процес роботи парового котла.

Паровий котел- Це агрегат, призначений для безперервного виробництва пари з певними параметрами в результаті перетворення будь-якого виду енергії на теплову. Найбільш поширеним джерелом теплової енергії, що використовується на суднах, є тверде та рідке паливо. У Останніми рокамивсе ширше використовується тепло газів, що відходять від двигунів внутрішнього згоряння (в утилізаційних котлах) і мають температуру 300-450 С. Іноді для виробництва пари використовують електроенергію (в електрокотлах) та атомну енергію (в суднових реакторах).
У більшості парових котлів пара утворюється в результаті передачі тепла, що виділяється при згорянні палива в топці, робочій речовині - воді.
У паровому котлі відбуваються такі процеси, внаслідок яких здійснюється безперервне виробництво водяної пари: топковий- Горіння палива в топці котла; аеродинамічний- Подача в топку повітря та видалення з газоходів продуктів горіння палива; теплопередача- Передача тепла від газів до води через поверхню нагріву; гідродинамічний- Рух (циркуляція) води та пари всередині котла, вздовж його поверхні нагріву.
Ці процеси тісно пов'язані між собою та супроводжуються такими побічними явищами, як корозія металу, утворення відкладень, порушення міцності елементів котла та іншими, що відбивається на безаварійній та економічній роботі парових котлів.
Парові котли, встановлені на суднах, поділяються на вогнетрубні, водотрубні та комбіновані. У вогнетрубних котлахгарячі димові гази проходять усередині димогарних труб, що зовні омиваються водою. У водотрубних казанахпо водогрійних труб рухається вода і пара, а зовні вони омиваються гарячими газами. У комбінованих котлахпоєднуються елементи конструкції вогнетрубного та водотрубного котлів - в одній частині поверхні нагріву гази рухаються всередині труб, а зовні їх омиває вода, в іншій частині по трубах циркулює вода, а гази омивають їх зовні.
Сучасний котел складається з таких основних вузлів: корпуси з розвиненою поверхнею нагріву; каркасу та фундаменту; обмурівки; ізоляції та обшивки; внутрішньобарабанного пристрою; водяного економайзера; пароперегрівача та пароохолоджувача; топки з топковим пристроєм; повітропідігрівача з повітропроводами; димарів з димарем; арматури та контрольно-вимірювальних приладів.
До складу котельної установки зазвичай входять кілька парових котлів. Забезпечення їх нормальної роботи здійснюється за допомогою наступних систем: живлення, паливоподачі, подачі повітря та видалення газів, продування, водообробки, сажеобдувки, контролю, регулювання та управління. Робота кожної системи забезпечується різними механізмами та пристроями, які виконують певні функції.

На малюнку вище дана найпростіша схемапарового водотрубного котла, що працює на рідкому паливі, з повітропідігрівачем, економайзером та пароперегрівачем. Котел складається з водяного 2 та пароводяного 14 барабанів, з'єднаних між собою водогрійними трубами 3 .
Топка котла призначена для спалювання палива Ту потоці повітря У. Вона складається з топкового простору (топкової камери) / та топкового пристрою 15 . Тепло газів передається воді в топці та газоходах 5 , які призначені також для направлення потоку газів у димар, розташований за хвостовою поверхнею нагріву і закінчується димовою трубою, через яку гази Гвідводяться в атмосферу. Хвостові поверхні нагріву у вигляді економайзера і повітропідігрівача є важливими елементами сучасних суднових парових котлів, що дозволяють забезпечити високий ККД котла за рахунок більш повного використання тепла газів, що відходять, а отже, зниження їх температури. При встановленні економайзера або повітропідігрівача температура газів, що відходять, доводиться до 10-160 С, а в окремих випадках до 125-130 С, тому поверхні нагріву економайзера і повітропідігрівача працюють в умовах відносно низьких температурдимових газів.
Для підігріву повітря У, що витрачається на горіння палива, служить повітропідігрівач 7 . Підігріте повітря подається по повітропроводу 4 до топкового пристрою 15 . Під час роботи котла пара безперервно відводиться через головний стопорний клапан 10 . Для підтримки всередині котла певного (робочого) рівня води остання постійно подається через поживний клапан 12 . Падіння рівня води нижче допустимого може призвести до перегріву стінок котла, що не омиваються водою, та їх розриву. Рівень води контролюється за водовказівними приладами 13 на передній частині парового котла.
У паровому котлі є два окремих тракти - пароводяний і повітряно-газовий. Поверхня води, що розділяє паровий і водяний простір у котлі, називається дзеркалом випаровування.
У процесі експлуатації може відбутися підвищення тиску в казані понад розрахунковий (допустимий). Для запобігання аварії, яка може в цьому випадку статися, на паровому котлі встановлюється запобіжний клапан 11 . Контроль за тиском пари в котлі здійснюється за манометром 9 .
Наведені вище елементи котла є мінімально необхідними для забезпечення тривалого виробництва пари.
Для підвищення економічності роботи паросилової установки використовують перегріту пару, для отримання якої служить пароперегрівач 6 , розташований у газоході казана. З цією метою поживну воду, що надходить у котел, попередньо підігрівають в економайзері 5 , Для чого використовують тепло димових газів Економайзер також встановлюється у газоході котла. Поживна вода може попередньо підігріватися у водопідігрівачах, в яких використовується тепло пари, що відпрацювала, від суднових допоміжних механізмів. Підігріта вода з водопідігрівача трубопроводами прямує в економайзер, де відбувається подальший її підігрів. З економайзера нагріта вода надходить у казан. Паровий котел встановлюється на фундаменті 16 .

Отримувана пара може використовуватися по-різному. Наприклад, він може крутити парові турбіни. Теплоносієм у паровому казані є гази, які утворюються при спалюванні палива. Парові котли мають дуже цікавий принцип роботи, який і буде розглянуто у цій статті.

Конструктивно котли можуть досить різнитися між собою, проте вітчизняні виробники в основному випускають котли П-подібної форми, про них і йтиметься. Такий котел є дві призматичні шахти, які з'єднані вгорі газоходом. Топковою камерою є шахта більшого розміру, причому розмір залежить від потужності котла і типу палива, при цьому стіни камери топки покриті спеціальними трубами (топковими екранами), які нагріваються шляхом прямого випромінювання. Друга шахта менша в розмірах і є конвективним газоходом, в якому відбувається теплообмін.

Паливо згоряє в топці за температури до 1900 градусів Цельсія. Але до конвективної шахти гази доходять з значно меншою температурою — близько 800 градусів, решта енергії вже поглинулася топковими екранами. Після проходу через димохід температура диму опускається приблизно до 100 градусів, і продукти згоряння виводяться з котла, адже подальше використання стає економічно невигідним.

У цілому нині принцип роботи парового котла ось у чому. При згорянні палива утворюється тепло, яке з допомогою теплообмінників передається воді. При цьому вода відразу нагрівається практично до точки кипіння, потім у другій фазі відбувається пароутворення, після чого відбувається додаткове нагрівання пари. Все це відбувається в окремих пристроях нагріву усередині котла. Додаткове нагрівання пари відбувається в теплообміннику, розташованому в топці котла. Пароперегрівач - це дуже важлива частина котла, адже він постійно знаходиться в умовах дуже високої температури, а отже, він має бути дуже якісним та надійним. Це було розглянуто водотрубний варіант парового котла, у якому вода тече трубами і поглинає тепло з навколишнього простору.

Але є також і газотрубні парові котли. Тут уже принцип роботи відбувається навпаки — трубами проходять розпечені гази і віддають тепло воді, розташованій зовні труб. Але такий вид парових казанів зустрічається досить рідко, до того ж такі казани не здатні виробляти достатню потужність.

Часто спостерігається необхідність одночасно з отриманням пари ще й нагрівати воду, для цього застосовуються водогрійні котли.

Парові казани. Типи парових казанів. 5.00 /5 (100.00%) проголосувало 7

Паровим котлом називається апарат, який отримує водяну пару з тиском вище атмосферного. Паровий котел являє собою металеву посудину, всередині якої циркулюють вода та пара. Котел із зовнішнього боку обігрівається димовими газами, які є продуктами згоряння палива. Тепло, що міститься в димових газах, через металеві стінки котла передається воді, нагріває та випаровує її; пар, що утворюється, перегрівається до необхідної температури і потім застосовується в котельних установках.

Типи парових казанів.

Сучасні стаціонарні казани поділяються на казани:

• - З жаровими трубами;
• - з димарними трубами;
• - Циліндричні;
• - Горизонтально-водотрубні;
• - Вертикально-водотрубні котли.

Циліндричний паровий казан.

Циліндричні котли (рис. 1) – найбільш старий тип парових котлів з великим водяним об'ємом, зовнішньою топкою та обігрівом газами лише зовнішньої поверхні циліндра. Котел складається з циліндричної частини із прикріпленим до неї сухопарником.

Мал. 1. Загальний вигляд циліндричного казана.

До недоліків циліндричних котлів належить:

• - обмежена поверхня нагріву та погане її використання;
• - Мала продуктивність;
• - Низький тиск пари;
• - Неекономічність;
• — велика вага;
• - Експлуатаційна ненадійність і велика площазаймається котлом.

Тому такі котли зараз майже не виготовляються.

Казани з жаровими трубами.

Котли з жаровими трубами є циліндричний залізний барабан, до днищ якого приєднані одна або дві жарові труби (Рис. 2).

Мал. 2. Котел з однією жаровою трубою:

1 – корпус котла; 2 – жарова труба; 3 – сухопарник.

Жарові труби встановлюються всередині водяного простору котла між днищами. Зовні жарові труби по всій поверхні омиваються водою, а всередині труб проходять гази. Котли виготовляються з гладкими та хвилястими за формою жаровими трубами (рис. 3). У котлах з однією жаровою трубою остання майже завжди встановлюється дещо зсунутою від вертикальної та горизонтальної осі барабана котла. Таке розташування жарової труби створює кращу циркуляцію води і робить зручнішими очищення та огляд котла. Топки зазвичай розташовуються усередині труб.

Жарові труби казана.

Мал. 3. Жарові труби.

а – гладка; б – хвиляста.

Котли з однією жаровою трубою називаються корнвалійськими, а з двома - ланкаширськими. Ці котли займають великий обсяг, мають значну вагу і тому виготовляються лише малих потужностей з низьким тиском. Застосовуються вони у невеликих промислових котельнях.

Останнім часом у котлів із жаровими трубами днища робляться штамповані, опуклі, з великим радіусом закруглення до відбортування. Відбирання днища для приєднання жарових труб виконується здебільшого всередину барабана, що забезпечує охолодження водою заклепувального шва. Жарові труби рекомендується виготовляти хвилястими.. Хвилясті труби збільшують поверхню нагріву та краще сприймають коливання при зміні температури нагріву та тиску всередині барабана. Гладкі труби для жорсткості та компенсації температурних змін з'єднуються кільцями Адамсона (рис. 4).

Мал. 4. Кільце Адамсона.

До позитивних властивостей котлів із жаровими трубами відноситься великий водяний об'єм, який забезпечує стійку роботукотла при ручній топці, нерівномірному живленні водою та нерівномірному споживанні пари. Ремонт цих котлів нескладний, і догляд за ними простий.

До негативних властивостей цих котлів належать:

• - Значна площа, займана котлом;
• - велика вага;
• - Повільна і дорога розпалювання;
• - Виносна топка при використанні низьких сортів палива;
• - Низький тиск, що розвивається котлом.

Казани з димогарними трубами.

Котли найпростішого виду з димогарними трубами складаються з циліндричного барабана, двох днищ, великої кількості димогарних труб, якими проходять гарячі гази. Топка знаходиться під котлом, а димарні труби утворюють газохід.

Димогарні труби казана.

Труби завальцьовуються в два плоскі днища, які додатково зміцнюються анкерними тягами (зв'язками) та спеціальними косинками.

До недоліків таких котлів належать:

• - велика жорсткість конструкції, що викликає значне перенапруга металу, і течі в місцях розвальцювання труб від різких змін температури в казані;
• - Обмежена паропродуктивність;
• - непристосованість димогарних труб, зважаючи на великий діаметр барабана і плоскої форми днищ, підвищеним тискомпара.

Димогарні труби в трубних гратах (поряд з днищами котла) розташовують по кутах квадрата або по вершинах рівностороннього трикутника так, щоб проміжки між трубами були 25-30 мм. Розташування труб на вершинах рівностороннього трикутника дає можливість розмістити більшу кількість труб. Один кінець димогарної труби виготовляється дещо більшим діаметром, що полегшує встановлення труб і вилучення їх при ремонті. Плоскі днища котлів, що розпираються тиском пари, зміцнюються анкерними тягами, які зв'язують між собою обидва днища.

Зв'язки з круглого заліза ставляться у певних місцях днищ і проміжках між димогарними трубами. Часто замість зв'язків із круглого заліза застосовують ті ж димогарні труби з товстішими стінками, кінці яких, як у анкерних тяг, нарізані та вкручені у днища. Прості котли з димогарними трубами та нижніми топками нині майже не виготовляються.

Котел паровий комбінований.

Широке застосування отримали котли, у яких жарові труби поєднуються з димогарними, та топки розташовані під котлами. Такі казани називаються комбінованими. Одним із комбінованих типів котлів є локомобільні котли (рис. 5). Вони будуються з пароперегрівачем або без нього. Істотними недоліками таких котлів є:

• - Обмежена потужність;
• - Низький тиск пари;
• - потреба у високоякісному паливі;
• - текти в місцях ввальцювання труб при швидких та різких змінах навантаження.

Локомобільний казан.

Мал. 5. Паровий котел локомбіля:

1 – корпус котла; 2 – жарова труба; 3 – димарні труби; 4 – сухопарник.

Водотрубний паровий казан принцип роботи.

Котли водотрубні (рис. 6) складаються з одного або кількох барабанів з внутрішньою системоютруби невеликого діаметру.

Відмінною ознакою водотрубних котлів є пучки кип'ятільних труб, усередині яких циркулює вода. Зовні труби омиваються гарячими газами. Отже, поверхня нагріву у цих котлах утворюється з усіх поверхонь кип'ятільних труб.

Кип'ятільні труби з'єднуються з камерами розвальцювання стінок труб. У камерах робляться люки проти кожної труби чи один великий люк на групу труб. Стіни камери для міцності з'єднуються анкерними тягами.

В одному казані встановлюється до 400 кип'ятільних труб. Труби розташовуються рядами у горизонтальному чи вертикальному напрямках залежно від системи котла. Відстань між осями труб горизонтальної лінії 150-170 мм, а вертикальної лінії 130-150 мм. Зовнішній діаметр кип'ятільних труб коливається від 76 до 102 мм (середній 95 мм) за довжини 5 м.

Хороші умови для циркуляції води, пари та руху газу забезпечують високу паропродуктивність котла. У котлах кип'ятільні труби встановлюються з деяким нахилом, що сприяє кращому паровідділення та переходу бульбашок пари у верхній барабан.

Види водотрубних казанів.

За конструкцією водотрубні котли діляться на горизонтально-водотрубні та вертикально-водотрубні.

Горизонтальний водотрубний казан.

Горизонтально-водотрубний котел складається з пучка кип'ятільних труб, двох камер, пароперегрівача та циліндричного барабана (колектора). Камери виготовляються клепаними чи звареними.

У стінки камер ввальцьовуються кип'ятільні труби. Отвори у камерах закриваються люками. Кип'ятільні труби розташовуються в горизонтально-водотрубних котлах з нахилом до горизонту під кутом 15 °, а вертикально-водотрубних - з нахилом до горизонту мод кутом 45 ° і більше.

З горизонтально-водотрубних казанів можна виділити казани системи Шухова з одним або декількома поздовжніми барабанами, а в модернізованих конструкціях - з одним поперечним барабаном.

Конструкція казана Шухова.

Мал. 6. Горизонтальний водотрубний котел Шухова:

1 – барабан, 2 – колектор; 3 – сухопарник; 4 – грязьовик; 5 – пароперегрівач; 6 – пучки труб.

У котла Шухова (рис. 6) трубні пучки ввальцовуються в днище циліндричних колекторів (камер), які утворюють трубну батарею. По вертикалі встановлюються дві батареї; колектори верхньої та нижньої батарей попарно склепуються між собою. Колектори верхніх батарей патрубками з'єднуються з подовжніми барабанами. Для полегшення виходу пароводяної суміші з нижньої батареї передній колектор забезпечується трубою, якою пароводяна суміш надходить у барабан.

Горизонтально-водотрубні котли будуються малих та середніх потужностей з розрахунком на низький тиск.

Вертикально водотрубні казани.

Вертикально-водотрубні котли (рис. 7) складаються з пучків окропу, пароперегрівача і циліндричного барабана (колектора). У вертикально-водотрубних котлах кип'ятільні труби розташовані в круто похилому положенні. Таке розташування труб дає можливість отримати з одного квадратного метраплощі води більша кількість пари на годину. Крім того, ці котли займають порівняно з іншими трохи місця. Завдяки своїм позитивним якостямвони завоювали переважне становище у паровому господарстві. Котли будуються здебільшого з кип'ятильними трубами, вигнутими таким чином, щоб вони входили в колектор перпендикулярно до стінок барабана. Завдяки чотириразовій зміні напряму руху, гарячі гази неодноразово приходять у зіткнення з кип'ятильними трубами, внаслідок чого вони найповніше передають тепло воді. Циркуляція у цих котлах хороша. Котли мають великий топковий простір.

Рис 7. Загальний вигляд вертикального п'ятибарабанного водотрубного котла з перегрівачем.

Вертикально-водотрубні котли будуються переважно одно- та двобарабанні, низького та середнього тиску всіх потужностей.

Прямоточний паровий котел. Принцип роботи прямоточного казана.

Особливе положення за конструкцією займають прямоточні котли. високого тиску. Прямоточні котли не мають барабанів, а представляють систему змійовиків, що обігріваються, в які поживними насосами подається вода. Вода у міру руху поступово нагрівається до температури пароутворення, пара перегрівається і прямим потоком проходить до парових установок.

У парових казанах розрізняють дві частини:

• - нижня частина котла, заповнена водою, називається водяним простором;
• - Верхня частина котла, заповнена парою - паровим простором. Кордон між паровим та водяним простором називається рівнем води, або дзеркалом випаровування.

Поверхня котла, що омивається, з одного боку, гарячими газами, а з іншого боку - водою, називається поверхнею нагріву котла, а межа зіткнення гарячих газів зі стінкою котла називається вогневою лінією.

Кількість пари, що виробляється котлом за годину, називається паропродуктивністю котла або його потужністю. Котли паропродуктивністю до 10 т/год пара вважаються котлами малої потужності, від 10 до 60 т/год- котлами середньої потужності, і понад 60 т/год - котлами високої потужності. Котли, що виробляють пар тиском до 25 ат, вважаються котлами низького тиску, до 40 ат- котлами середнього тиску, та понад 40 ат- казанами високого тиску. В даний час є котли, які дають пар тиском 130-140. аті вище.