Как устроены паровые котлы?

Немного истории

Мысли использовать силу пара в практических целях тысячелетия. Считается, что первый паровой котел, бывший одновременно и реактивной паровой турбиной, придумал Герон Александрийский. Есть сведения, что в XVI в. капитан испанского флота Бласко де Гарай построил и продемонстрировал королю… пароход, который плавал. Но если это и правда, то единичная случайная находка – термодинамики как науки тогда еще не было, а без нее рассчитать паровую машину и котел для нее невозможно. Эдисон, из практиков практик, сказал как-то: «Нет ничего практичнее хорошей теории».

Патент на шахтный водоподъемник, работающий от котла с паром, впервые получил англичанин Т. Севери в 1698 г. На практике его идею реализовал тоже англичанин Т. Ньюкомен тогда же, к конце XVII в. Но котел Ньюкомена в принципе не отличался от бытового чайника и вырабатывал очень слабый пар, поэтому машины Ньюкомена широкого распространения не получили и переворота в технике не произвели.

Паровой котел И. И. Ползунова

Паровой котел И. И. Ползунова

Первыми поняли, как должен действовать котел, дающий сильный пар (power steam) во второй половине XVIII в. независимо друг от друга также английский конструктор Дж. Уатт (его именем названа единица мощности Ватт) и русский механик-самоучка И. И. Ползунов. Он не смог закончить свою паровую машину – умер от болезни, но котел завершил в 1765 г. Конструкции паровых котлов Уатта и Ползунова (на рис. справа) практически идентичны, да иного технического решения в то время и быть не могло.

Тепловая эффективность и паропроизводительность (см. далее) котлов Уатта и Ползунова позволяли запустить машины, выполняющие рентабельную полезную работу, но были далеки от возможных при тогдашней технологии. Улучшили технические показатели паровых котлов и сделали их компактнее изобретатели первых паровозов Р. Тревитик и Дж. Стефенсон. В дальнейшем большой вклад в развитие котлостроения внесли английские инженеры Дж. Торникрофт и Э. Ярроу, а затем русский ученый В. Г. Шухов, тот самый, что построил телебашню на Шаболовке.

Первые паровозы Тревитика, Стефенсона и Черепановых

Первые паровозы Тревитика, Стефенсона и Черепановых

Примечание: на первом паровозе Стефенсона «Блюхер» (в центре на рис.) значится №2, но это потому, что его опытный предшественник оказался непригоден для длительной эксплуатации.

Немного теории

В этом разделе не будет формул из школьных и вузовских учебников. Предполагается, что вы их помните. А если забыли, то знаете, где искать. Здесь речь пойдет о сути происходящих в паровом котле процессов и важных для практики их деталях и выводах из них. А математика дело наживное. Без понимания сущности от выкладок толку все равно не бывает.

Главный принцип работы парового котла, о котором и догадались Уатт с Ползуновым – вода в нем не кипит. Кипение процесс со стороны плавно не управляемый: достигла вода температуры кипения и получила скрытую теплоту испарения – вскипает; нет – нет. При нормальном давлении кипение воды относительно безопасно, но работоспособность отходящего пара ничтожна; он, как говорят, низкопотенциальный. И мгновенно начинается его конденсация, отчего пар полностью лишается силы.

Пар работает своим давлением. Допустим, его превышение над атмосферным всего 1 МПа. Тогда на поршень площадью 500 кв. см пар надавит с силой ок. полутонны. Неплохо для начала.

Давление насыщенного водяного пара с повышением его температуры растет по степенному закону, т.е. очень быстро, слева на рис. Одновременно растет также температура кипения воды и выход пара с единицы площади зеркала паробразования (ЗП). Но скрытая теплота испарения остается неизменной, и часть расхода топлива, не придающая пару силы, все уменьшается и уменьшается. Итак, во всех отношениях выгодно повышать давление в котле, но от этого увеличивается его взрывоопасность (см. далее). И до определенного предела, выше которого в ход процесса начинают вмешиваться силы не термодинамические.

Зависимость параметров насыщенного водяного пара от температуры

Зависимость параметров насыщенного водяного пара от температуры

Таблица параметров перегретого насыщенного водяного пара дана справа на рис. Обратите внимание на выделенные зеленым столбцы (частично или полностью). По ним видно, что максимум работоспособности пара приходится на диапазон температур 200-260 градусов. Давление пара в нем, от которого зависит усилие, создаваемое исполнительным механизмом возрастает втрое. Полная теплоемкость (с учетом скрытой теплоты) в этом диапазоне непрерывно растет. Это выгодно для парожидкостных СО с частичной или полной конденсацией теплоносителя.

В желтых строках начинаются плохие новости: пар становится химически очень активным – разъедает паропроводы и механизмы из обычной стали, а на «химию» уходит часть его силы несмотря на повышение давления. Красные строки – новости еще хуже: в пару становится заметной термическая диссоциация воды, и котел становится чрезвычайно опасным.

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.

Классификация паровых котлов

Паровые котлы классифицируют по нескольким признакам. По виду топлива, на котором они работают:

  • газовые;
  • угольные;
  • мазутные;
  • электрические.

По предназначению:

  • бытовые;
  • промышленные;
  • энергетические;
  • утилизационные.

По конструктивным особенностям:

  • газотрубные;
  • водотрубные.

Давайте рассмотрим, чем отличается конструкция газотрубных и водотрубных машин.

Основные виды

Классифицируют паровые котлы по виду используемого топлива, назначению, конструкции топки.

По типу топлива:

  • газовый паровой котел;
  • на твердом топливе (уголь, кокс, дрова);
  • электрический паровой котел;
  • жидкотопливный.

По конструкции можно выделить газотрубные и водотрубные агрегаты.

По назначению:

  • бытовые используют в горячем водоснабжении, отопительных системах;
  • промышленный паровой котел применяется для работы производства;
  • утилизационные способны на вторичную переработку тепла — с помощью экономайзера паровой котел может повысить производительность до 95% (в этом случае предварительный нагрев воды происходит за счет отходящих из топки газов);
  • энергетические используются для генерации электроэнергии.

Некоторое парогенерирующее оборудование может иметь несколько вариантов исполнения, в зависимости от которых будет отличаться тип используемого топлива или назначение, например, паровые котлы на газе. Существуют универсальные модели. Например, паровой котел ДКВР может работать на газе, угле, растительном топливе.

Различают также два вида агрегатов, которые отличаются устройством топочной емкости: камерные для пылевидного топлива и слоевые (котлы на твердом топливе).

Газовый паровой котел
Водотрубные модели

Паровой котел называется водотрубным, если в агрегате разогретый газ поднимается по межтрубному пространству, нагревая при этом воду, перемещающуюся по экранам труб. После закипания жидкость переходит в газообразное состояние. Все водотрубные агрегаты делятся на прямоточные паровые котлы и барабанные. Последние классифицируются по направлению труб — вертикальные, горизонтальные, радиальные или комбинированные.

За счет использования менее широких труб давление в паровом котле может быть значительно выше, чем в аппаратах других типов. Следовательно, температура нагревания воды и КПД также выше. Водотрубные котлы не боятся перегрузок и намного безопаснее.

Водотрубный паровой котел

Жаротрубные агрегаты

Жаротрубные или газотрубные котлы устроены наоборот. Здесь газ заполняет трубы, а вода находится в межтрубном пространстве. Мощность установок намного меньше, в том числе из-за широких труб. Чтобы повысить эти значения, их пришлось бы значительно уплотнять, делать более толстыми, что экономически не целесообразно.

Существует два типа газотрубных котлов — с дымогарными трубами и с жаровыми. В первых вода нагревается сама посредством дымовых газов, а во втором — на входе в трубу установлена горелка с вентилятором, процесс сгорания происходит в самой трубе по всей длине топки.

В дизельных котлах температура уходящего газа не может превышать определенные значения, поэтому их мощность не может быть выше 400 кВт. По сравнению с аналогами это очень маленькие значения для больших производств.

Водотрубные котлы безопаснее, чем жаротрубные. Могут выдерживать большие перегрузки, при этом отличаются большей мощностью и производительностью.

Жаротрубный паровой котел

Чугунные секционные

Чугунные секционные агрегаты широко применяются в отопительных системах. Для их установки и эксплуатации не требуются разрешительные документы. Увеличить мощность можно добавлением новых секций. Такая конфигурация является недостатком — при выходе из строя одной секции нужно будет менять всю систему.

Работа чугунных котлов ограничена давлением в 100 кПа и малой мощностью до 200 кВт. Но при этом они хорошо проводят тепло и обладают высокой устойчивостью к коррозии. Их можно легко собрать и разобрать при необходимости.

Читайте также:  Греющий кабель для канализационных труб способы подключения

Чугунный секционный паровой котел

Прямоточные

Котел прямоточного вида отличается тем, что движение воды и пара происходит вертикально вверх. При этом жидкость может пройти лишь один цикл, за который она должна полностью перейти в парообразное состояние. Чтобы все время поддерживать уровень воды, этим устройствам необходимо иметь питательный насос, который делает их взрывоопасными.

Особенности:

  • ограниченная паропроизводительность;
  • в нижнюю часть контура поступает очищенная вода, а из верхней выходит пар;
  • нет четкого разделения между различными зонами паронагревателя;
  • теплоноситель подогревается в экономайзере, но достигает проектных значений в экранных трубах и перегревательном контуре.

Подобные установки, выработавшие срок, переводятся в водогрейный режим.

Прямоточный паровой котел

Паровые БМК

Паровая блочно-модульная котельная — это комплекс всего необходимого и готового к работе оборудования, который поставляется на место установки в полной готовности. Используется в ГВС или в отопительных системах, на предприятиях, где имеется ограничения в поставке энергоресурсов.

Работа котла полностью автоматизирована — при черезвычайной ситуации включается сигнализация и срабатывает защита. Блок может самостоятельно подключаться к системе отопления при возникновении перебоев с поставкой тепла, выполняя роль источника энергии.

Паровая БМК

Типы устройства паровых котлов

Паровые котлы производят пар двух видов:

  1. Насыщенный, с температурой 1000С, давлением до 100 кПа;
  2. Перегретый, с избыточным давлением до 280 кгс/см2 и температурой до 5000С.

Перегрев пара производится за счет дополнительного нагрева в теплообменниках пароперегревателей. Эти устройства нагревают отходящий пар, используя высокую температуру дымовых газов.

В качестве топлива котлы используют:

  • Природный газ;
  • Уголь;
  • Электрическая энергия;
  • Жидкое топливо – мазут, дизтопливо и так далее.

По устройству и принципу нагрева воды котлы имеют две основных модификации:

  1. Газотрубные;
  2. Водотрубные.

Газотрубные котлы устроены как сосуд со встроенной трубой (трубами) крупного диаметра. Сосуд заполнен водой до рабочего уровня. Пламя горелочного устройства направлено во внутренний объем трубы (труб).

Устройство газотрубного парового котла

Пламя нагревает трубы, вода вокруг трубы кипит и испаряется. Котел такого типа называется жаротрубным. Горелочные устройства оборудуются вентиляторами наддува для оптимизации пламени.

Второй тип газотрубного котла – агрегат с дымогарными трубами. В этом случае по трубам движется поток отходящих дымовых газов. По сути, такие котлы являются классическими котлами-утилизаторами.

Недостатком таких котлов является большой объем пара, содержащийся в котле под давлением. Это требует увеличения толщины стенок оборудования, налагает предел на максимальное давление – до 10 кгс/см2.

Водотрубные котлы превосходят газотрубные по величине КПД, скорости нагрева и производительности. При их работе вода движется по трубам малого диаметра, пламя горит в межтрубном пространстве. Преимущество достигается за счет более значительной и качественной поверхности нагрева воды (испарения).

Водотрубные паровые котлы подразделяются на 2 типа:

  1. Барабанные;
  2. Прямоточные.

Барабанные водотрубные котлы бывают горизонтальной и вертикальной ориентации, имеют минимум один барабан (емкость) в верхней части агрегата. Барабан служит сборником пара, на его стенках образуется конденсат недогретого пара – он вновь стекает в зону кипения и нагрева. Котел может иметь в своей конструкции несколько барабанов.

Устройство водотрубного парового котла

Прямоточные котлы отличаются высокой скоростью парообразования, вода испаряется в трубном пространстве и покидает котел.

Устройство парового котла: как менялась конструкция

Принцип работы парового котла остается неизменным с момента его изобретения: тот или иной источник тепла нагревает воду, заключенную в большом или малом металлическом сосуде до температуры кипения и испарения. Скапливаясь в верхней части сосуда продукты испарения достигают необходимых величин давления и температуры, после чего направляются через паропровод потребителям или в пароперегреватель для достижения более высоких рабочих параметров. Эффективность процесса выработки пара определяется наиболее полным использованием теплоты, выделяемой источником. Развитие инженерной мысли в этом направлении можно отследить по тому, как менялась конструкция парового котла.

Схема первого парового котла с внешней топкой

цилиндрический котел с внешней топкой

Первые парогенераторы напоминали котлы для варки пищи. Дровяная или угольная топка располагалась снаружи, нагревая бак с водой снизу. При такой схеме значительная часть тепла расходовалась на обогрев окружающей среды, что и обуславливало крайне низкий КПД первых паровых котлов.Схема первого парового котла с внутренней топкой

паровой котел с жаровыми трубами

Разумным решением стало размещение топки внутри водяного объема котла. Вкупе с теплоизоляцией внешней обшивки бака это значимо повысило КПД, позволив расходовать тепло преимущественно на нагрев воды.Схема первого жаротрубно-дымогарного котла

жаротрубно-дымогарный котел

Поскольку высокой температурой обладало не только открытое пламя в топке, но и выделяющиеся при сгорании дымовые газы, следующей задачей усовершенствования конструкции парового котла стало удержание тепла уходящих газов внутри водяного объема. Задача была решена размещением в нем дымогарных труб малого диаметра. Перед удалением через дымоход газы проходили по этим трубам, ускоряя нагрев и испарение воды.

В принципиально ином направлении развивалась конструкция паровых водотрубных котлов, чаще всего используемых в качестве силовых установок в электроэнергетике, на железнодорожном и водном транспорте. В случае водотрубного котла не источники тепла – топка и газоходы – размещались внутри водяного объема, а наоборот: водяной объем, распределенный по трубам малого диаметра, размещался в газоходах, по которым движутся продукты сгорания.

Такая конструкция с высокой эффективностью позволяет вырабатывать пар критического давления, избыточного для технологических процессов большинства отраслей. Принципиальные различия в конструкции водотрубных и жаротрубных котлов легли в основу большинства классификаций котельного оборудования.

Основное и вспомогательное оборудование паровых котлов

Паровой котлоагрегат имеет в своем составе основные элементы и устройства:

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

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

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

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

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

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

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

Питательный насос парового котла

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

Эксплуатация котла разрешается только при исправности обоих уровнемерных стекол.

Вспомогательным оборудованием парового котла являются:

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

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

Система водоподготовки парового котла

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

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

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

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

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

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

Читайте также:  Что из себя представляю термопары: устройство и принцип работы простым языком, типы

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

Элементы, которые повышают эффективность котла парового типа

Современный котёл парового типа оборудован не только трубопроводами и топкой, но также в нём используются вспомогательные узлы. Эти дополнительные элементы способствуют не только поднятию температуры пара в установке, но и могут повышать рабочее давление, а также способствуют более интенсивному парообразованию. В перечень таких полезных элементов паровой установки входят:

  1. Сепаратор, с помощью которого пар отделяется от влаги. Данное приспособление в несколько раз увеличивает коэффициент полезного действия парового котла.
  2. Пароперегреватель, с помощью которого температура пара нагревается свыше 100 градусов по Цельсию. Этот элемент также ощутимо повышает КПД парового котла, поскольку способен нагреть сухой пар до 500 градусов. Такими вспомогательными приспособлениями комплектуются паровые установки, которые применяются в АЭС.
  3. Аккумулятор пара, который способен накапливать пар, и в момент необходимости обратно отдавать его в рабочую магистраль.
  4. Подготавливающие устройство, с помощью которого из обычной воды вытесняется излишний кислород. Данное приспособление в разы увеличивает срок службы паровой установки, поскольку малая концентрация кислорода в теплоносителе препятствует возникновению коррозии и накипи.

Также в современных паровых установках используются дополнительные элементы, с помощью которых удаляется конденсат, регулируется потребление топлива и расход воды, а также осуществляется управление котлом и контроль всех его параметров.

Мощность (паропроизводительность, теплопроизводительность)

Самый важный параметр при подборе промышленного парового котла. Для определения мощности необходимо определить потребность паропотребляющего оборудования, потери тепла в паропроводе и количество тепла, возвращаемого вместе с конденсатом (если такое предусмотрено).

На больших производствах для определения мощности следует обратиться в специализированную проектную организацию, которая произведёт необходимые замеры и расчёты для определения мощности котельного оборудования.

Мощность паровых котлов выражается в кг пара в час (кг/час) или в килокалориях (ккал/час).

Пример модельного ряда паровых котлов, классифицируемых по производительности:

  • 100 кг/час (64370 ккал/час)
  • 200 кг/час (128740 ккал/час)
  • 300
  • 400
  • 500
  • 600
  • 800
  • 1000
  • 1500
  • 2000
  • 2500
  • 3000
  • 4000
  • 5000 кг/час (3,2 Гкал/час)

Сферы применения паровых котлов и назначение

Паровые котлы активно используются в следующих отраслях:

  1. Отопительные системы. Существуют промышленные и бытовые модели паровых котлов, позволяющие использовать пар в качестве теплоносителя. Пар проходит через отопительные контуры и/или поступает в теплообменники устройств горячего водоснабжения, тем самым обеспечивая перемещение тепловой энергии. Бытовой паровой отопительный котел часто комбинируется с твердотопливными отопительными устройствами. На промышленных объектах используются более мощные и надежные устройства, вырабатывающие перегретый пар, имеющий повышенную теплоотдачу.
  2. Энергетика. Паровые машины позволяют преобразовывать разогретый пар в электрическую энергию. Рабочий процесс выглядит довольно просто: пар перемещается в турбину и вращает вал, за счет чего и происходит выработка электричества. Данный принцип с успехом используется на множестве электростанций.
  3. Промышленность. Паровые устройства вполне могут обеспечивать механическое движение различных элементов систем. Принцип работы парового котла промышленного назначения выглядит так же, как и в предыдущем случае, но выработанная энергия направлена на осуществление механического воздействия на элементы, которые должны двигаться.

Знание того, для чего нужен паровой котел и где он применяется, позволяет использовать устройство с предельной эффективностью.

Принцип работы парового котла

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

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

схема парового котла

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

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

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

Вид топлива

Паровые котлы работают на следующих видах топлива:

  • газообразное ( в основном природный газ)
  • жидкое топливо ( в основном мазут)
  • твердое топливо ( в основном уголь)

От выбора топлива зависит конструктивные особенности котла, а именно его топки.

Особенности схем:

стандартная схема с паровой турбиной

стандартная схема с паровой турбиной

Паровые котлы, которые отпускают пар для паровых турбин на стандартных тепловых электростанциях.

Котлы в составе паровых котельных, отпускают пар на производство и на отопление, вентиляцию и ГВС. Ознакомиться с такой схемой можно в статье Тепловая схема котельной с паровыми котлами

схема с ПГУ

схема с ПГУ

Котлы на ГТУ-ТЭЦ. Такие котлы работают вместе с газовыми турбинами и получают тепло от уходящих газов ГТУ (иногда применяют схему с дожиганием топлива, в этом случае котел работает на теле уходящих газов и тепле сгорания дополнительного топлива) их называют котлами-утилизаторами.

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).

В настоящее время отопление паровым способом жилых помещений применяется редко, так как сложно регулировать температурный режим и существует опасность ожога паром при повреждении отопительной системы.

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.

Разбираемся, как выгодно печи для гаража купить и не ошибиться при выборе. Для каких целей, какие нормы и прочее можно узнать в статье печь буржуйка для гаража.

Отопительная печь из кирпича своими руками по ссылке:

Как устроены паровые котлы?
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.

Как устроены паровые котлы?
Котел паровой, цена зависит от объема

Как устроены паровые котлы?



Схема обвязки парового котла

Схема обвязки парового котла должна включать в себя агрегат, дополнительное оборудование, требуемое для безопасной работы.

Самая распространенная схема для системы центрального отопления в ЖКХ представлена следующим оборудованием:

  • парогенератор;
  • насос подачи воды в котел;
  • деаэратор;
  • насос подачи воды из деаэратора в ресивер;
  • ресивер;
  • умягчитель по схеме химической очистки;
  • дозатор;
  • бак реагентов;
  • регуляторы давления.

Кроме перечисленных узлов, конструкция агрегата может включать дополнительное оборудование:

  1. Пароперегреватель используется для повышения температуры газообразного вещества до 100 °С и выше. Дополнительное нагревание пара происходит в трубах, куда он поступает. Парогенераторы могут быть конвекционными и радиационными (мощность в 2-3 раза выше, чем у конвекционных). Перегретый пар используют в промышленности, например, в атомной энергетике.
  2. Сепаратор пара для удаления из него лишней воды. Это существенно повышает КПД работы прибора.
  3. Аккумулятор водяного пара — специальное оборудование, отбирающее пар из системы при избытке, а при недостатке — добавляющее.

Обвязка парового котла

Альтернативные варианты для самостоятельного изготовления

Помимо твердотопливных и электрических котлов для самостоятельного изготовления подходит целый ряд альтернативных отопительных агрегатов:

  1. Индукционные котлы
Читайте также:  Как можно закрыть батареи отопления - экран на батарею своими руками

Представляют собой трансформаторы, состоящие из первичной и вторичной обмотки. В таком котле электроэнергия на внешней обмотке преобразовывается в вихревой ток, а созданное магнитное поле передаётся на внутреннюю, которая отдаёт энергию теплоносителю.

  1. Конденсационные котлы

Сохраняют тепловую энергию конденсата, поэтому считаются более эффективными, чем газовые и даже твердотопливные. Конденсация пара происходит в теплообменнике со специальной конструкцией – именно она обеспечивает таким котлам 15-20% преимущество по КПД перед традиционным газовым оборудованием.

  1. Жидкотопливные котлы

Такие агрегаты испаряют отработку, после чего сжигают её пары. Получаемая таким образом энергия передаётся на теплообменник, который нагревает тепловой агент отопительной системы. Оборудование этого типа имеет два существенных недостатка – низкий КПД и большое количество выделений в атмосферу.

  1. Комбинированные котлы

Это оборудование является универсальным в применении, однако для его самостоятельного изготовления понадобиться недюжинная сноровка и отличные знания принципов работы различных видов отопительной техники. Отдельные компоненты таких агрегатов могут стоить достаточно дорого, но в целом комбинированные котлы способны окупиться за не более чем 5-6 сезонов.

Схема индукционного котла отопления Отопительный котёл конденсационного типа Схема дизельного котла отопления Комбинированный отопительный котёл

При изготовлении котла любого типа необходимо руководствоваться требованиями правил безопасности и действующих в отношении выбранной вами категории отопительного оборудования стандартов.

Как выбрать газовый котел

  • Смотрите на производительность.
  • Выберите место для установки.
  • Обращайте внимание на материал теплообменника, контуры.

Если вы желаете, чтобы вода поступала не только в ванную, но и на кухню или нужна горячая вода отдельно для раковины, то стоит подобрать вариант с двумя контурами.

Современные котлы имеют симпатичный внешний вид

, оборудованы датчиками и функционируют в разных режимах.

Выбирать материал теплообменника важно правильно.

Внутри него находится вода, а снаружи влияет мощная тепловая энергия.
Его материал призван быть очень прочным, быстро проводить тепло
и не изменять внешний вид при перепаде температур.

Виды теплообменников по материалу изготовления

  • Чугун.
  • Сталь.
  • Медь.

Чугунный теплообменник будет максимально износостоек.

Читайте также:  Воздуховоды для вытяжки: классификация и правила монтажа

Может много весить и имеет риск поломки за счет смешивания разных температур.
Стальной теплообменник популярен, дешевле чугунного и медного, пластичен, но подвержен коррозии.
Медный однозначно рекомендуем к покупке, так как хорошо передает тепло и не ржавеет. Единственный недостаток – высокая стоимость.

Газовые котлы имеют напольную установку, а также вешаются на стену или располагаются на каких-либо поверхностя

х. Напольные котлы очень габаритны, но мощны и производительны. Предназначены для отапливания внушительных частных домов. Для стандартной квартиры стоит подобрать настенную модель покомпактнее.

Мы рассмотрим настенные и напольные модели, потому что и те, и другие варианты очень востребованы

, подходят под разные запросы и потребности потребителей. В рейтинге представлены:

1. Vaillant turboTECpro VUW 242/5-3 24 кВт с двумя контурами

2. Bosch Gaz 6000 W WBN 6000-12 C 12 кВт с двумя контурами

3. Bosch Gaz 6000 W WBN 6000-24 С 24 кВт с двумя контурами

4. Bosch Gaz 2500 F 47 42 кВт с одним контуром

5. Protherm Медведь 40 KLOM 35 кВт с одним контуром

6. BAXI ECO Four 1.24 F 24 кВт с одним контуром

7. Viessmann Vitopend 100WA1HB003 34 кВт с одним контуром

8. Buderus Logamax U072-12K 12 кВт с двумя контурами

9. Siberia 11 11.6 кВт с одним контуром

10. Buderus Logamax U072-24K 24 кВт с двумя контурами

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.

Преимущества и недостатки паровых котлов. Их особенности

Паровые котлы уже давно используются для различных частных и промышленных целей, в домах и на производствах. Объясняется это рядом преимуществ, которыми владеют агрегаты подобного рода:

  • Первое и самое главное преимущество заключается в быстром нагревании помещения, если агрегат используется для отопления. Системы их строения сконструированы таким образом, что они обладают высокой теплоотдачей. Это позволяет экономить топливо лучше, чем другие подобные аппараты.
  • Вода в состоянии пара становится очень легкой и способна подниматься на достаточно длинные расстояния, способствуя обогреву одним котлом нескольких этажей здания.
  • После остывания пар конденсируется и падает обратно в котел, что позволяет не использовать дополнительных систем подачи тепла.

Преимущества

Особенностью паровых котлов является то, что они совершенно безопасны для человека. Большинство современных установок работают полностью автоматизированно и не требуют вмешательства человека в процесс естественной генерации пара. Это означает, что для постоянной  работы с ними не нужен человек. Установки, производимые по современным технологиям, подходят для работы в различных условиях. Они подходят для отопления небольших зданий и для подачи тепла большим помещениям. Следовательно, паровые котлы довольно практичны и могут применяться во многих местах, а стоят сравнительно дешево.

Обратите внимание! Еще одной особенностью парового котла является то, что для его установки не нужна покупка и установка дополнительных насосов и прочих перемещающих элементов, ведь пар двигается под воздействием собственного давления. Именно поэтому многие частные лица и предприниматели устанавливают в своих помещениях паровые котлы.

Недостатки

Преимущества не исключают недостатки, которые тоже имеются. Заключаются они в основном в очень высокой температуре отопительных приборов, что влечет за собой нужду в постоянной и своевременной замене труб и прочих конструкций. Более того, воздух в помещении, отапливаемом таким котлом, становится сухим и начинает активно циркулировать, доставляя дискомфорт и повышая шанс развития аллергии на пыль. Система пароотопления достаточно шумная из-за циркуляции пара. Если в промышленных помещениях это может не сыграть роли, но в частном доме доставит немало неудобств. Еще один недостаток тоже исходит от высокой температуры нагревательных элементов: не все строительные материалы переносят такой нагрев, а точнее, почти никакие.

Как устроены паровые котлы?

Важно! Выбор отделки около генератора часто ограничивается цементной штукатуркой с последующей покраской термостойкими красящими материалами. Другие материалы плавятся, портятся и начинают испускать газы, дышать которыми небезопасно.

Источники:

  • https://clubpechnikov.ru/parovoj-kotel/
  • http://OPechi.com/kotly/parovoj-kotyol-princip-raboty-i-konstruktivnye-osobennosti.html
  • https://stroy-angary.ru/parovoj-kotel/
  • https://greypey.ru/ustrojstvo-i-printsip-raboty-parovyh-kotlov/
  • https://www.ici-rus.ru/info/2-podbor-i-klassifikatsii/2-parovye-kotly-ustrojstvo-i-klassifikatsii.html
  • https://eurosantehnik.ru/ustrojstvo-i-princip-raboty-kotlov-parovogo-tipa.html
  • https://banya10.ru/kotly/klassifikaciya-parovyh-kotlov.html
  • https://teplospec.com/alternativnoe-otoplenie/printsip-raboty-i-ustroystvo-parovogo-kotla-razlichiya-preimushchestva.html
  • https://ccpowerplant.ru/parovye-kotly-vidy-i-klassifikaciya/
  • https://masterfibre03.ru/kotel/parovoj.html
  • https://indclimat.ru/ustrojstvo-parovyh-kotlov-printsip-raboty-i-shemy/
  • https://rkc-parus.ru/dymohod/princip-raboty-kotelnoj-ustanovki.html
  • https://www.tproekt.com/kak-rabotaet-parovoy-kotel-naznachenie-i-tipy/
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Котлы и отопление