Промышленное котельное оборудование и горелочные устройства
Главная   /    Промышленные котлы   /    Котлы   /    Паровые котлы

Паровые котлы: применения и принцип действия паровых котлов

Вода может существовать в разных агрегатных состояниях, одно из которых – газообразное. В пар вода превращается при нагревании, а точнее при ее доведении в состояние кипения. В домашних условиях можно получить только насыщенный пар – например, в парогенераторе домашнего утюга или чайника. Существует еще и перегретый пар, который образуется под большим давлением в специальных установках. Получить определенный вид пара в необходимых объемах позволяет паровой котел, такое оборудование приобрело повсеместное распространение, поэтому стоит изучить его в деталях.

Где используется паровой котел?

Сегодня сложно найти такую сферу, где бы не использовались такие установки.

Энергетика

Благодаря паровым котлам на ТЭЦ происходит преобразование тепловой энергии в электрическую. В этом случае используются установки, позволяющие получить пар высокого давления и температуры. Паровые котлы, используемые для генерации электричества, отличаются еще и высокой производительностью: они производят тонны пара в час. Большое количество пара на ТЭЦ и АЭС необходимо для вращения турбин, за счет чего и происходит выработка электричества.

ЖКХ

Пар выполняет функцию теплоносителя, благодаря ему в помещениях становится тепло даже в самую холодную зиму. Для теплоснабжения могут использоваться бытовые или промышленные паровые котлы. Установки первого типа применяют для отопления частных домовладений. Промышленные установки, которые генерируют перегретый пар, обеспечивают тепловой энергией многоквартирные дома, общественные здания и производственные объекты.

Промышленность

Паровые котлы используются в самых разных отраслях промышленности: например, при помощи пара на птицефабриках происходит отделение пера и пуха от тушки забитой птицы, на деревообрабатывающих предприятиях пар используется для сушки древесины. На строительных площадках при помощи пара разогревают битум. Также пар используется и в тяжелой промышленности, при помощи него на металлургических предприятиях приводятся в движение машины и механизмы.

Составные элементы паровых котлов

В конструкцию установок входят следующие элементы:

  • емкость для преобразования воды в пар – в качестве нее выступают трубы разного диаметра;
  • топочная камера – обеспечивает выработку тепла из энергоносителя;
  • дымоходная труба – служит для удаления продуктов сгорания из топочной камеры, поддерживает циркуляцию воздуха в паровом котле.

Набор основных элементов конструкции будет зависеть от мощности установки и типа используемого топлива. Например, если в качестве энергоносителя используется уголь или другие виды твердого топлива, то в нижней части топочной камеры предусмотрена колосниковая решетка, она отвечает за подачу кислорода в камеру сгорания. Если в качестве энергоносителя выступает жидкое топливо, то топочная камера оборудуется горелками. Для увеличения производительности и функциональности паровой котел может комплектоваться и дополнительными элементами, а именно:

  • сепаратор пара – удаляет из пара всю лишнюю влагу, обеспечивает увеличение КПД установки;
  • пароперегреватель – обеспечивает нагрев пара выше температуры 100 градусов;
  • паровой аккумулятор – собирает излишки выработанного пара и возвращает его в систему;
  • водоочиститель – удаляет из воды излишки кислорода и химических веществ.

В конструкцию парового котла входит еще и воздухонагреватель, блок управления установкой и клапан спуска конденсата. Вышеперечисленные элементы дают понимание того, что это сложные с инженерной точки зрения установки.

Принцип действия

Чтобы получить необходимое количество пара, сначала производится водоподготовка: на этом этапе вода смягчается, из нее удаляется взвесь. Подготовленная вода поступает в емкость, которая находится в нижней части установки, прокачка воды в резервуар осуществляется при помощи электронасоса. Для увеличения КПД установки питательная среда (очищенная вода) проходит через экономайзер – выполненный из чугуна нагревательный элемент. Только после него вода попадает сначала в верхний барабан, а потом – в нижний. Из нижнего барабана вода поднимается по конвективным трубам в виде пароводяной смеси. Для отделения влаги смесь поступает в верхний барабан, где происходит процесс сепарации. После этого сухой пар направляется потребителям. Если речь идет о парогенераторе, то в таких устройствах весь цикл повторяется, чтобы обеспечить необходимую влажность, температуру и давление пара. 

Разновидности паровых котлов

При генерации пара необходимо обеспечить производительность и себестоимость процесса, для этого потребуется правильно выбрать установку. Сделать это не так просто, поскольку паровые котлы отличаются по нескольким признакам.

Тип топлива

Установки могут работать на разном топливе:

  • жидком;
  • твердом;
  • газообразном;
  • электрическом.

В качестве жидкого топлива обычно используются мазут или солярка. Твердотопливные котлы работают на угле, а газообразный энергоноситель – это природный газ. Некоторые виды котлов могут работать с различными видами топлива, такой возможностью обладают установки с газомазутной горелкой. От типа используемого топлива зависит не только себестоимость выработки пара, но и производительность установки. Более высоким КПД обладают паровые установки, работающие на газе, по этому параметру они превосходят аналоги, использующие в качестве топлива мазут.

Назначение

По назначению установки можно разделить на следующие типы:

  • утилизационные – используются для вторичной переработки тепла на объектах энергетики;
  • энергетические – используются для выработки электроэнергии;
  • бытовые – обеспечивают теплоснабжение и горячее водоснабжение различных объектов;
  • промышленные – такие установки являются одним из элементов производственной цепочки.

В зависимости от назначения варьируются мощность, производительность и функциональность установок.

Конструкция топки

Паровые котлы могут иметь камерную и слоевую топку. Модели первого типа предназначены для сжигания пылевого топлива, а второго – для твердого. Если установка оснащена камерной топкой, то крайне важно учитывать размер переполотых частиц энергоносителя. Например, при использовании антрацита этот размер должен составлять 90 мкм.

Тип парового котла

По данному параметру изделия можно классифицировать на газо- и водотрубные. Газотрубные установки отличаются тем, что вода, которая впоследствии превращается в пар, находится в трубах. Тепло к трубам поднимается в результате сжигания топлива в камере сгорания. Водотрубные установки устроены иначе. В них по трубам циркулирует разогретый воздух, а сами трубы находятся в воде, которая нагревается и превращается в пар. Емкость с водой и помещенными в нее трубами называют барабаном.

Газотрубные и водотрубные модели отличаются не только способом передачи тепла воде, но и техническими характеристиками. Например, в газотрубных паровых котлах используются трубы большего диаметра, чем в водотрубных аналогах, поэтому они имеют большие габариты. Газотрубные установки имеют ограничения по мощности и давлению пара. Мощность таких устройств не может превышать 360 кВт, а давление – 1 МПа. Водотрубные установки не имеют таких ограничений: благодаря более тонким трубам они способны обеспечить гораздо большие значения мощности давления и температуры. К числу преимуществ водотрубных паровых котлов можно отнести и возможность справляться со значительными перегрузками, такая особенность обеспечивает более высокую отказоустойчивость техники.

По типу установки можно классифицировать на стальные монолитные и чугунные секционные. Паровые котлы второго типа могут разбираться, эта особенность существенно упрощает установку, ремонт и обслуживание техники. Возможность добавления секций к чугунному котлу позволяет по мере необходимости наращивать мощность установки. Секционные котлы быстрее разогреваются, поскольку топочная камера сформирована внутренними поверхностями самих секций. К числу преимуществ можно отнести еще и высокую коррозионную устойчивость блоков.

Помимо секционных моделей, существуют прямоточные паровые котлы. Отличительной особенностью данных установок является то, что вода по трубам экрана проходит только 1 цикл, за который она полностью принимает газообразное состояние. Очевидно, что такие модели работают по более простой схеме, поэтому они не нуждаются в сложной автоматике. Вместе с тем невозможность обходиться без питающего насоса делает прямоточные котлы более взрывоопасными. К числу недостатков прямоточных моделей можно отнести еще и низкую тепловую эффективность. По этим показателям прямоточные паровые котлы превосходят парогенераторы. По сути, это такие же паровые котлы, только оснащенные дополнительными элементами. В частности, в таких установках может использоваться несколько промежуточных паронагревателей, благодаря чему парогенераторы имеют более высокую мощность. Такая мощность необходима при выработке электроэнергии на АЭС.

Правила эксплуатации и обслуживания

Паровые котлы считаются особо опасными установками, поэтому эксплуатация должен выполнять требования безопасности. В частности, необходимо следить за качеством воды, контролировать работу установки (управление может осуществляться в ручном и в автоматическом режиме). Для обеспечения безопасности использования нужно производить плановые осмотры оборудования по установленному графику. В рамках планового обслуживания производится проверка работы электрооборудования, водоподготовительных устройств, гарнитуры и других элементов парогенерирующей установки.

 

Подняться наверх