Принцип роботи та влаштування парового котла – відмінності, переваги

Зміст:

Сфери застосування парових котлів та призначення
Принцип роботи парового котла
Влаштування парового котла
Види парових котлів
Відмінності газо- і водотрубних котлів за схемою роботи
Додаткові елементи котлів
Парогенератор

Парові котли – це обладнання, яке може використовуватися як на промислових об'єктах, так і для побутових цілей. Головною функцією таких пристроїв є перетворення води в пару, яка надалі може використовуватися для обігріву приміщень або забезпечення руху різних механізмів. У статті буде розглянуто влаштування парового котла, його особливості та застосування.

Сфери застосування парових котлів та призначення

Парові котли активно використовуються в таких галузях:

1. Опалювальні системи. Існують промислові та побутові моделі парових котлів, що дозволяють використовувати пару як теплоносій. Пара проходить через опалювальні контури і/або надходить в теплообмінники пристроїв гарячого водопостачання, тим самим забезпечуючи переміщення тепловою енергією. Побутовий паровий опалювальний котел часто комбінується з твердопаливними опалювальними пристроями. На промислових об'єктах використовуються більш потужні та надійні пристрої, що виробляють перегріту пару, яка має підвищену тепловіддачу.
2. Енергетика. Парові машини дозволяють перетворювати розігрітий пар в електричну енергію. Робочий процес виглядає досить просто: пар переміщається в турбіну і обертає вал, внаслідок чого і відбувається вироблення електрики. Даний принцип з успіхом використовується на більшості електростанцій.
3. Промисловість. Парові пристрої можуть забезпечувати механічний рух різних елементів систем. Принцип роботи парового котла промислового призначення як і в попередньому випадку, але вироблена енергія спрямована на здійснення механічного впливу на елементи, які повинні рухатися.

Знання того, для чого потрібен паровий котел і де він застосовується, дозволяє використовувати влаштування з граничною ефективністю.

Принцип роботи парового котла

У першу чергу потрібно зрозуміти, що називається паровим котлом. Паровий котел – це влаштування, що генерує пару. Існує два види вироблюваної пари – насичена і перегріта. Температура насиченої становить 100 градусів, а тиск – 100 кПа. Перегріта пара розігрівається аж до 500 градусів, а величина тиску при цьому може перевищувати 26 МПа. Насичена пара використовується в агрегатах побутового призначення, а перегріта в силу своїх особливостей застосовна тільки на об'єктах промислового масштабу.

Сировиною для створення пари є вода, яка переробляється в котлі, що працює на будь-якому виді палива. Створена пара в процесі роботи перетворюється в теплоносій, який доставляє теплову енергію на ділянку його застосування.

Незалежно від особливостей конструкції конкретного пристрою, загальний принцип роботи парового котла завжди залишається незмінним:

• Насамперед вода проходить етап очищення і подається в резервуар (зазвичай знаходиться у верхній частині пристрою) за допомогою електричного насоса.
• Накопичена в резервуарі вода надходить у труби, що ведуть до розташованого нижче колектору.
• З колектора вода прямує вгору, вступаючи в зону нагріву.
• У трубі вода перетворюється в пару, що виходить вгору внаслідок різниці тисків рідини та газу.
• У верхній частині конструкції розташовується сепаратор, що дозволяє відокремити пару від води та відвести надлишки останньої в резервуар.
• Пара направляється в трубопровід і прямує до споживачів.
• В парогенераторах етап нагріву здійснюється ще раз для досягнення пором необхідного стану.

Щоб добре зрозуміти, як працює паровий котел, потрібно також розглянути особливості його конструкції, про що мова піде далі.

Влаштування парового котла

Порада: Використовуйте наші будівельні калькулятори онлайн, і ви виконаєте розрахунки будівельних матеріалів або конструкцій швидко та точно.

Конструктивно паровий котел – це ємність, в якій відбувається процес перетворення води в пару. Ємність зазвичай виконується з труби, діаметр якої може варіюватися в досить широких межах. Крім заповненої труби, схема парового котла містить топкову камеру, призначену для спалювання палива.

Топка може мати певні особливості, які безпосередньо залежать від використовуваного виду палива. Наприклад, твердопаливні топкові камери в нижній частині обладнуються колосниковими ґратами, крізь які в камеру надходить кисень. У верхній частині конструкції встановлюється традиційний димохід, що створює тягу і забезпечує нормальне горіння. У разі використання рідких енергоносіїв або газу топкова камера забезпечується пальником.

У будь-якому випадку, газ, що виділяється при згорянні палива, підступає до заповненої водою ємності, віддає їй своє тепло і виводиться в атмосферу димоходом. Вода в певний момент починає кипіти та перетворюватися в пару, яка направляється у верхню частину ємності, а потім – в труби.

Види парових котлів

Перший параметр, за яким класифікуються парові котли – вид використовуваного палива, в залежності від чого виділяють такі види котлів:

• Газові;
• Вугільні;
• Мазутні;
• Електричні.

В залежності від їх призначення виділяють наступні види парових котлів:

• Побутові;
• Промислові;
• Енергетичні;
• Утилізаційні.

Останній параметр – конструкція, що дозволяє виділити два види котлів:

• Газотрубні;
• Водотрубні.

Конструкція парового котла досить важлива, тому варто розібратися, в чому полягають відмінності цих видів пристроїв.

Відмінності газо- і водотрубних котлів за схемою роботи

Ємність, що дозволяє створювати пар, зазвичай виконується з однієї або декількох труб. Вода в ній прогрівається коштом розігрітих газів, що виділяються в процесі горіння палива. Така конструкція передбачає, що газ сам підіймається до заповнених водою трубах, і пристрої, що працюють за таким принципом, називаються газотрубними котлами.

В іншому типі котлів газ переміщується по трубі в самій ємності з водою. Ємність в такому випадку називається барабаном, а сам котел належить до категорії водотрубних. Заповнені водою барабани можуть розташовуватися горизонтально, вертикально, радіально або ж комбіновано, залежно від чого виокремлюють відповідні види водотрубних котлів.

Порівняння особливостей розглянутих видів котлів дозволяє зробити наступні висновки:

1. Перша відмінність – різні розміри використовуваних труб. Газотрубні пристрої оснащуються досить великими трубами порівняно з виробами, які використовуються у водотрубних котлах.
2. Наступна відмінність полягає в різниці потужностей. Граничне значення потужності газотрубних котлів становить 360 кВт, а максимальний тиск не може перевищувати 1 МПа. Високий тиск і об'єм пари вимагають збільшення товщини стінок пристрої, що негативно позначається на підсумковій вартості котла. Водотрубні котли такого недоліку позбавлені – для них цілком можуть використовуватися тонкі труби, які дозволяють досягти більшої температури та тиску порівняно з газотрубних аналогами.
3. Водотрубні котли відрізняються не тільки потужністю і вищою температурою. До їхніх переваг відноситься ще і можливість витримувати серйозні перевантаження, що говорить про більший ступінь безпеки подібних пристроїв.

Додаткові елементи котлів

Влаштування парового котла не обмежується основними елементами, які вже були описані вище. Іноді паровий котел може комплектуватися додатковими пристроями, що дозволяють підвищити ефективність або функціональність системи.

Мова йде про наступні елементи:

1. Пароперегрівач. Цей елемент дозволяє розігріти пару до температури понад 100 градусів, що дає змогу досягти більшої економічності внаслідок збільшення ККД агрегату. Пара при використанні пароперегрівача може досягати температури до 500 градусів, причому її нагрівання здійснюється вже в трубах, тобто після етапу випаровування води. Пароперегрівач може бути як вбудованим, так і виконуватися у форматі окремого пристрою. Існують конвекційні та радіаційні пристрої (другий тип має у 2-3 рази більшу потужність).
2. Сепаратор пари. Цей елемент парового котла дозволяє усунути всю зайву вологу з пари та максимально її висушити. При використанні сепаратора ККД котла істотно підвищується.
3. Паровий акумулятор. Даний пристрій дозволяє стабілізувати роботу системи. Акумулятор вбирає в себе надлишки виробленої пари та повертає їх в систему, якщо його стає надто мало.
4. Влаштування для очищення води. Дане пристосування дозволяє знизити насиченість води киснем і різними хімічними речовинами. Своєчасна підготовка води дає можливість зменшити вплив корозії на внутрішні елементи котла та звести до мінімуму кількість відкладень в системі.

Також влаштування парового котла містить клапан для спуску конденсату, підігрівачі повітря і блок керування агрегатом, в який входить вимикач горіння і регулятори витрати сировини та енергоресурсів. Розуміння того, з чого складається паровий котел, дозволяє підігнати його конфігурацію під рішення конкретних завдань.

Парогенератор

Парогенератори – це різновиди парових котлів, забезпечені додатковими елементами. Зокрема, конструкція такого пристрою може містити кілька проміжних пароперегрівачів, що дозволяють багаторазово підвищити потужність обладнання.

Найчастіше парогенератори використовуються в атомних електростанціях. Використання пари дозволяє перетворити енергію, що виробляється при розпаді атомів, в електрику.

Пара в атомних реакторах може працювати наступним чином:

1. Вода оточує зовнішню частину корпусу реактора, приймаючи його теплову енергію. Пара утворюється у власному контурі, що знаходиться зовні реактора. Парогенератор в подібній конструкції виконує функцію теплообмінника.
2. Друга схема передбачає знаходження труб для нагріву води в самому реакторі. У результаті виходить, що реактор перетворюється у своєрідну топкову камеру, а вироблена пара відправляється відразу в електрогенератор. Дана конструкція називається киплячим реактором і не вимагає встановлення парогенератора.

Висновок

Парові котли – це досить потужні та ефективні пристрої, що являються незамінними в ряді ситуацій. Побутові парові котли дають можливість прогрівати будинок або виконувати якусь роботу, а промислові агрегати дозволяють виробляти електричну енергію у величезних кількостях. У будь-якому випадку, для ефективного вирішення поставлених завдань призначення і влаштування котла повинні відповідати один одному.