Паровий котел: що це, особливості, пристрій, принцип роботи, де використовується, класифікація, будова, обслуговування

Паровий котел - винахід старий, але в промисловості він використовується досі. Наприклад, на електростанціях, де пароутворювальна установка одна із основних елементів виробництва електроенергії. У всіх котельнях і фабриках також встановлені парові котли. У побуті вони сьогодні застосовуються рідко, тому що було проведено заміну безпечнішими та енергетично маловитратними водяними котлами.

Класифікація парових установок

Існує кілька шкал, за якими проводиться класифікація. Основні - це три шкали.

Водотрубні

Вони швидше перетворюють воду на пару, ніж газотрубні. Вони вище коефіцієнт корисної дії з допомогою конструктивних особливостей агрегату. По суті це корпус, всередині якого розташовується велика кількість труб. По трубах переміщається вода, а між трубами горить паливо.

При високій температурі вода перетворюється на пару. Оскільки труб багато, то й площа нагріву вони більше. І чим більше труб у котлі, тим інтенсивніше відбувається перехід рідини в пароподібний стан.

Водотрубні парові котли поділяються на дві підгрупи:

прямоткові;
барабанного типу.

Перші - це конструкції трубного типу, про які було сказано вище. Другі представлені на ринку двома позиціями – горизонтальні та вертикальні. Але принцип дії пристрою цього типу однаковий.

У його конструкції є барабан, який не тільки збирає в собі пару, але і відокремлює від нього конденсат. Останній відправляється в зону нагріву, тобто знижуються втрати води.

Щоб отримати високотемпературну суху пару в промисловості послідовно встановлюють кілька котлів барабанного типу. І таку пару можна стискати до максимального тиску, що необхідно в багатьох технологічних процесах.

Котли цього типу поділяються на дві позиції - енергонезалежні та циркуляційні. Вони відрізняються один від одного відсутністю або наявністю циркуляційного насоса відповідно. Присутність останнього підвищує ККД установки. Вся справа в тому, що за один обіг води в казані випаровується 10% її обсягу. Тобто, щоб випарувався весь обсяг, потрібно як мінімум 10 оборотів.

При самопливному русі це займе багато часу, через що впаде ККД. Циркуляційний насос переміщує рідину швидко, за той самий проміжок часу буде проведено більше обертів. А значить, повний об'єм води швидше перетвориться на пару.

Але в котлах барабанного типу до насоса обов'язково встановлюється регулятор рівня конденсату. Місце встановлення – пароотделитель. Його завдання - контролювати обсяг конденсату, що утворюється.

Наприклад, якщо його утворюється мало, знижуються технічні характеристики парової установки. Якщо його утворюється багато, це призводить до падіння тиску всередині агрегату. Наслідки - швидке закипання та вибух.

Пароотделитель - це труба великого перерізу, що нагадує барабан. Звідси й назва казана. У цій трубі відбувається збирання води, насиченої парою. По суті, два процеси (нагрів рідини та пароутворення) відбуваються окремо один від одного. Звідси й висока безпека експлуатації цього типу.

Водотрубна модифікація

Газотрубні

Конструктивно це котел, всередині якого навколо топки розміщуються труби великого діаметра.Вони переміщаються гарячі гази, а з-поміж них протікає вода. Тобто це протилежність до водотрубних аналогів. Газотрубні установки виробляють високотемпературну пару, яка частіше використовується в утилізаційних процесах.

У газотрубного парового котла є один істотний недолік - високий тиск кінцевого продукту. Останній знаходиться в агрегаті у великій кількості. Саме це стає причиною зниження безпеки експлуатації установки. Тому котли забезпечують дорогою та складною системою безпеки. До того ж і корпус, і труби виготовляються з товстої сталі, що збільшує вартість обладнання.

Яскравим представником газотрубного виду є паровозний котел.

Влаштування горизонтального паровозного котла

Обидві установки (водотрубні та газотрубні) можуть виробляти пару різного типу:

насичений;
перегрітий водяний.

Перший - це середовище, що утворюється за температури +100°С. Вона охолоджується швидко з утворенням конденсату, який знову надходить у зону нагрівання. Такі установки використовують для побутового опалення. Тиск у паровому казані цього типу не перевищує 100 КПа.

Другий - це середовище, що отримується при температурі +500°С. Тому в ній ніколи не утворюються водяні суспензії та краплі. При поступовому розігріві вода може утворюватися, але для цього в конструкції установки змонтований сепаратор.

Науково-технічний прогрес не стоїть на місці. Сьогодні виробники пропонують водотрубні установки, які за ККД та безпеки не відрізняються від газотрубних. По-перше, їх обшивають теплоізоляційним матеріалом. По-друге, зсередини обкладають ІЧ-матеріалом, який виконує функції відбивача теплової енергії.

А оскільки водотрубні апарати в кілька разів дешевші за барабанні, плюс експлуатація їх проста, то сьогодні їх популярність і затребуваність різко зросла.

ККД зростає і за рахунок нових сталевих сплавів, з яких виготовляють деталі апаратів. Також було впроваджено нову технологію нагріву, де використовується два факели, розташовані один проти одного. Технологія так і називається "на зустрічних смолоскипах" .

З їх допомогою температура нагрівання досягає 1800-1900°С. Зазвичай вона вбирається у 1200°С. Відповідно ККД таких установок становить не менше 90%.

Побутові котли

До цих агрегатів сьогодні великий інтерес. Але й вимоги до них неабиякі:

компактність;
невелика вага, щоб не заливати під нього фундамент;
високий коефіцієнт безпеки;
можливість обслуговування некваліфікованим персоналом;
мінімальний час запуску та нагрівання.

Сегодня виробники пропонують два види побутових установок - змійниковий, він класичний, вихровий сорочковий.

Перший - це одна труба, згорнута в спіраль. По ній і переміщається вода, перетворюючись на пару. Паропродуктивність обладнання невелика. Але в даному випадку це відіграє не найголовнішу роль, адже побутовий котел має видавати низькопотенційну пару.

Ефективність роботи теж невелика, але це виправляється шляхом частого розташування спіралей. Зате такий котел – рекордсмен за часом нагрівання – 3 хвилини після включення смолоскипа.

Другий - це унікальний пристрій парового котла. Корпус із двох обичайок, між якими пропускається вода. Усередині розташовується топка, факел при горінні закручується по спіралі, збільшуючи тепловіддачу. Жодних труб.

Інші переваги:

вертикальне розташування, звідси підвищена компактність;
ефективність, як у барабанних;
час нагрівання - 5 хвилин.

Три мінуси:

обладнання дороге;
конструкція складна;
енергозалежність повна - повітродувка, без якої агрегат не працює, вимагає подачі електрики.

Змійовиковий паровий котел

Технологічне застосування котлових парових установок

Існує кілька галузей, де парові котли застосовуються постійно:

Третя галузь - виробництво будівельних матеріалів. Наприклад, пором сушать бетонні вироби.

На багатьох виробництвах парові котли - невід'ємна частина технології. Тут і дезінфекція, і сушіння харчових продуктів, кулінарна обробка, консервація, інше.

Утилізація відходів газоподібного типу також передбачає застосування парових установок. Вони у процесі виступають у ролі охолоджувачів. Такий котел відбирає теплову енергію у газів, що виходять, наприклад, з печей з високою температурою.

Принципи роботи та пристрій

Головне їхнє призначення - зміна фізичного стану води, тобто переведення з рідкого в газоподібне з необхідними параметрами. Процес протікає в такий спосіб:

котел заповнюється водою самопливом або за допомогою насоса;
включається система нагрівання;
починається утворення пари;
рівень рідини поступово знижується, доходячи до мінімальної позначки;
датчик рівня реагує та включає насос;
вода заповнює труби.

Можна сказати, що парові котли працюють за циклічним принципом.

Будова

Парові котли складаються з основних та допоміжних вузлів та частин, плюс автоматика.

Основна вимога до сталевих виробів - бути виготовленими з жаростійких сплавів. Тільки так можна досягти максимального рівня безпечної експлуатації котельного обладнання.

Схема парового казана

Важливу роль відведено системі безпеки. Це не лише датчики температури та тиску. В систему входить механічна безпека. У складі зворотні клапани, електричні засувки, інша запірна арматура. Такий подвійний захист забезпечує максимальну безпеку, особливо у випадках, коли електроніка дає збій.У цей час всі функції бере на себе механіка.

До системи водопідготовки висувають особливі вимоги. Вода має відповідати певним нормативам. Ці норми різні для прямоточних та барабанних агрегатів. В останніх рідина має бути ідеально чистою, практично дистильованою. Адже у таких апаратах вона нікуди не зникає. Тобто заповнили котел один раз, і він працюватиме багато років.

Якщо вода буде жорсткою з домішками, всі труби через деякий час заб'ються відкладеннями, іржею. Зменшується їх діаметр, знижується теплопровідність, що призводить до зниження ККД. Пара буде не такою, яка потрібна (температура, вологість).

При всій своїй складній конструкції та низькій безпеці парові котли все ще потрібні. Особливо на судах, технології електростанцій, заводах, де потрібні високі температури теплоносія. Тому виробники роблять все, щоб збільшити безпеку експлуатації, зменшити собівартість обладнання, складність обслуговування.

Якщо є питання, ставте їх у коментарях. Сподобалася стаття - поширіть її в соцмережах, нехай інші ознайомляться з темою. Зберігайте посилання в закладках.

Також рекомендуємо подивитися підібрані відео на нашу тему.

Як працює паровий котел?