Назначение и классификация судовых паровых котлов

Где применяются

Паровые котлы всё еще широко применяются для обогрева жилищ и промышленных помещений. Эти устройства вырабатывают пар путем нагрева воды, и затем этот пар циркулирует в системе отопления. Бытовые паровые котлы вырабатывают насыщенный водой пар, и используются эти котлы зачастую в частных домостроениях.

В промышленности применяются специальные паровые установки, которые по ступенчато нагревают насыщенный пар, доводя его до температуры 500 градусов. Промышленные паровые котлы сделаны более добротно, поскольку работают с большим давлением и температурами. Промышленные паровые котлы также отличаются и размерами. Габариты промышленного котла зависят от объёма задач, которые выполняет данное устройство. В большинстве случаев промышленные парогенераторы применяются для генерации электричества. Существуют несколько видов промышленных паровых установок, которые объединены в один агрегат с электрогенератором. Такими устройствами оборудуются небольшие электростанции.

Паровые котлы такой электростанции работают по принципу нагрева воды до состояния кипения, а затем в специальном аппарате образовавшийся пар доводится до перегретого состояния и под большим давлением подается в паровую турбину. Вал паровой турбины связан с ротором электрогенератора, который вращаясь от паровой турбины – вырабатывает ток.

Также промышленные паровые котлы довольно широко применялись на транспорте – паровозах, тракторах, автомобилях. Сегодня транспортные средства на паровой тяге можно встретить только на железной дороге, где они используются для грузоперевозок, а также для маневровых работ. Паровые котлы промышленного типа ещё хороши тем, что они могут работать практически на любом виде топлива. Есть некоторые виды паровых котлов промышленного типа, которые предназначены для определенного вида топлива. Также и паровые котлы для бытового использования могут быть, как многотопливные, так и ориентированные на определённый вид топлива.

Конструкция паровых котлов английского типа

Принцип работы корнуэльского парового котла.

В Великобритании были созданы паровые котлы с особой конструкцией, в которых увеличение нагреваемой площади произвели за счет трансформации топочных камер в так называемые жаровые, или пламенные, трубы. Эти трубы оснащены решеткой из колосников, на которой происходит сгорание топлива. Английский паровой агрегат, оснащенный одной жаровой трубой, называется корнуэльским паровым котлом, с парой труб – ланкаширским. Самой небезопасной частью английских паровых конструкций считаются гладкие пламенные трубы, поскольку они с легкостью деформируются под действием высокого внешнего парового давления, поэтому их требуется скреплять особым образом. Намного надежнее волнистый тип труб, поскольку они характеризуются намного большим сопротивлением, нежели гладкие, и их не нужно скреплять как-то особенно.

Ланкаширский паровой котел – это котел с двумя трубами.

Днище английской конструкции паровых котлов выпускается выпуклой формы с наружными и внутренними флянцами, предназначенными для соединения с топочными трубами и собственно котлом. В этих устройствах, по аналогии с другими, огонь сгораемого топлива идет сперва над кирпичным порогом, который служит в качестве ограждения топливного слоя и для более благоприятного смешивания поступающего воздуха с дымом. Перемещаясь по топливным трубам, огонь нагревает ее поверхность и окружающую воду, затем нагревают боковую и нижнюю поверхность парового котла, передвигаясь по второй дымоходной трубе к третьей.

Первоначальный пар, вырабатываемый котлом, в составе имеет большое количество влаги и именуется влажным. Чтобы осушать влажный пар, на паровой установке монтируется специальный паровой колпак, который через латеральные патрубки и паропроводящие трубочки отводит пар к месту его транспортирования. Осмотр начинки парового агрегата, а также удаление с его деталей и стенок накипи и пыли выполняется через особые отверстия, оснащенные крышками, которые именуются горловинами либо лазами.

Английские котлы производятся до 230 см в диаметре при длине в 8-10 м. Топочные трубы составляют не менее 70 см в диаметре, но лучше всего функционируют трубы диаметром 0,9 м.

Морской (пароходный) тип парового агрегата снабжен парой топочных труб (в некоторых случаях и больше) в нижней части конструкции и большим количеством дымогарных трубочек в верхней части. Такие котлы выпускаются в диаметре от 400 см и более, толщина их стенок может достигать 3 см. Дымогарные трубки по своей функции никак не соответствуют своему названию, так как они необходимо только для увеличения нагреваемой площади и никак для горения дыма. Скорее даже напротив, они стимулируют выработку дыма, поскольку охлаждают находящийся в середине их горячий газ. Эти трубки, материалом для которых служит железо или латунь, устанавливаются в тех ограниченных местах, в которых требуется добиться максимальной нагреваемой площади. Их часто можно встретить в конструкции промышленных паровых котлов и в паровозном котле.

Если заменить 1 большую топливную трубу на 100 маленьких трубочек с диаметром, в 10 раз меньше от диаметра обычной трубы, то суммарная площадь поперечного разреза маленьких трубочек будет аналогичной большой пламенной трубе, но суммарная нагревающаяся поверхность всех трубочек составит величину в 10 раз больше по сравнению с площадью большой жаровой трубы.

Конструкционные особенности парового варочного котла

К конструкционным особенностям устройства можно отнести:

• Оборудование представляет собой конструкцию цилиндрической формы, которая имеет три стенки.
• Приготовление продуктов осуществляется под давлением, что положительно влияет на скорость создания блюд.
• Устройство устанавливается вертикально, для этого предусмотрены специальные встроенные ножки, выполненные из надежного
  металла, способного выдерживать значительный вес конструкции.
• Внутри большинства моделей устройств устанавливается специальное приспособление для перемешивания содержимого емкости.
  Таким образом удается избежать пригорания и приставания продуктов к стенкам сосуда.
• Конструкция изготавливается преимущественно из нержавеющей стали. Таким образом удается избежать возникновения неприятного
  привкуса блюд.
• Устройство может быть опрокидывающимся или стационарным . В верхней части устанавливается крышка, что позволяет беспрепятственно
  засыпать ингредиенты и извлекать готовое блюдо. Крышка плотно прижимается к корпусу в процессе приготовления. По окончании
  термической обработки ее можно закрепить под любым удобным углом.
• В нижней части приспособления находится пароводяная рубашка. За счет образующегося внутри пара нагревается жидкость в емкости.

Принцип работы устройства основан на нагреве содержимого сосуда за счет теплоносителя, который поступает из внешнего источника.
Таким образом обеспечивается равномерный прогрев емкости и высокое качество приготовления блюд без пригара и непрогретых
участков.

Варочный котел, который работает от энергии пара, это фактически емкость в емкости. Нагрев воды до состояния пара осуществляется
при помощи встроенных ТЭНов. В результате скопления на стенках емкости капель они постепенно опускаются в нижнюю часть
устройства, где снова осуществляется их нагрев. Таким образом достигается цикличность процесса нагрева и, как следствие,
приготовления.

В результате тщательно продуманной конструкции удается добиться экономии энергии при работе устройства. Даже после выключения
оборудования внутри происходит доваривание продуктов. Это обусловлено достаточной температурой, которая остается внутри
емкости. Благодаря этому блюдо длительное время остается горячим и не теряет своих вкусовых характеристик.

Такие приспособления быстро разогреваются, что позволяет их использовать для нагрева готовых продуктов.

Водотрубные агрегаты

Другая схема парового котла – с водотрубным спиралевидным теплообменником. Здесь дымовые газы тоже делают несколько ходов, перед тем как покинуть агрегат. Горелочное устройство помещено по центру, внутри змеевика с водой. При такой организации нагрева парообразование в змеевике происходит достаточно быстро и производительность установки в целом выше. Но тут кроется и недостаток: малейшая задержка с подпиткой змеевика вызовет прогорание труб и аварийную ситуацию. Жаротрубные схемы лишены этого недостатка, но они более инерционны и обладают большими габаритами.

Отдельно следует отметить требования к качеству подпиточной воды. Технология процесса и устройство паровых котлов таковы, что она должна пройти несколько этапов подготовки:

• Очистка и доведение до питьевого качества.
• Обессоливание химическим способом.
• Удаление пузырьков воздуха термическим либо химическим способом (деаэрация).

Невзирая на мероприятия по водоподготовке, паровой котел требует периодической очистки от накипи, которая все равно появляется на поверхностях обмена. Операция носит название «продувка», производится различными способами и заключается в промывке труб теплообменника под давлением.

Принцип работы парового котла

Паровой котел является универсальным устройством, поскольку может работать даже на солнечной или геотермальной энергии. Современные паровые котлы в качестве топлива используют природный газ, но также существуют и твердотопливные котлы. Все паровые котлы работают примерно по одной и той же схеме, где обычная вода превращается в насыщенный или перегретый пар. Эта схема работы состоит из нескольких этапов:

1. Очистка воды при помощи фильтрующих элементов.
2. Подача очищенной воды в рабочую ёмкость. Подача может осуществляться, как самотёком, так и при помощи насоса. Сегодня в основном применяются электрические насосы.
3. Подача воды из рабочей емкости в коллектор. Подача осуществляется самотёком.
4. Подъём воды из коллектора в зону нагрева.
5. Подача образовавшегося пара в сепаратор, где происходит влагоотделение. Остатки воды по специальному трубопроводу стекают в резервуар.
6. Подача пара в паропровод.

В промышленном паровом котле данная схема дополнена ещё двумя пунктами:

1. Подача пара в зону повторного нагрева;
2. Подача пара в рабочую магистраль.

3 Устройство агрегата

Чтобы понять, как устроен газовый котел, необходимо ознакомиться с инструкцией, посмотреть чертеж, где представлена фронтальная проекция разреза аппарата, дающая наглядное представление о конструкции оборудования.

Агрегат состоит из следующих узлов:

• горелка;
• теплообменник;
• расширительный бачок;
• система автоматики.

Теплоноситель расположен над горелкой. В качестве него может использоваться антифриз или вода. Если котел одноконтурный, то теплоноситель разносится по батареям и обогревает помещение. Холодная вода опять поступает в котел, нагревается, и цикл повторяется.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

(Просмотров 1 969 , 1 сегодня)

2 Принцип работы оборудования

Котлы функционируют в автоматическом режиме. Порядок работы следующий:

1. 1. При низкой температуре термостат дает команду на включение оборудования.
2. 2. Включается насос.
3. 3. Нагретый теплоноситель поступает в систему.
4. 4. Котел остается включенным до достижения заданной температуры.
5. 5. Затем отключается и находится в ожидании.
6. 6. Как только температура понизится ниже определенного уровня, снова происходит включение.

трехходовой клапан

Движение воды идет по замкнутому контуру. В прочистке система нуждается редко, потому что на внутренней гладкой поверхности осадок не формируется.

Конструкция и принцип работы газового котла отопления

Основу стандартного котла на газу составляют следующие элементы:

• прямоугольная газовая горелка. Эта конструкция включает в себя форсунки, которые и служат местом проведения газа внутрь камеры сгорания. Благодаря этим элементам пламя распределяется равномерно, что делает сгорание теплоносителя внутри системы наиболее эффективным;
• теплообменник. Это устройство представляет собой короб из металла, оборудованный встроенной батареей. Внутри этого короба проходят трубы, по которым циркулирует теплоноситель. Нагрев воды происходит из-за того, что теплообменник, нагреваясь от сгорающего внутри камеры газа, передает ей тепло. Если в котле одноконтурного типа теплообменник может быть только один, то в двухконтурных аппаратах их может быть и два (первичный и вторичный);
• циркуляционный насос. С помощью этого устройства регулируется давление, возникающее в системе с циркуляцией, работающей по принудительному принципу. Далеко не все котлы оснащены подобной деталью;
• расширительный бак. Основное назначение данного элемента – временный отвод теплоносителя, что необходимо в случае нагрева и расширения воды. Такой бачок оснащен специальной емкостью, которая сможет подойти для любого котла на газу. Если планируется использовать отопительное оборудование на больших участках, то можно смонтировать еще один расширительный бак;
• прибор, отвечающий за отвод продуктов сгорания топлива. В котлах атмосферного типа этот элемент присоединяется к отдельной дымовой трубе, имеющей естественную циркуляцию, а в турбированных механизмах в наличии уже есть двойная труба отвода коаксиального типа, вывод продуктов горения в которой осуществляется посредством вмонтированного вентилятора;
• автоматическая система, которая служит центром управления котлом. Основным его элементом является электронная схема, позволяющая установить желаемый режим работы котла исходя из данных, отображаемых на установленных датчиках.

Какой газовый котел самый надежный

Что это за устройство?

Котёл парового типа может производить пар двух видов:

• пар, который насыщен водой;
• сухой пар, который еще называют «перегретый».

Первый вид водяного пара предназначен для работы в системах с рабочим давлением не более 100 кило Паскалей. Насыщенный пар нагревается до температуры не выше 100 градусов по Цельсию.

Второй вид пара в паровом котле предназначен для работы в системах с повышенным давлением – более 26 мега Паскалей. Сухой пар имеет более высокую температуру, и эта температура порой превышает 500 градусов Цельсия.

В основном, в системах отопления используется насыщенный пар, где трубопроводы не предназначены для высокого давления. Сухой пар используется в энергоустановках. При помощи перегретого пара работают мощные установки, которые вращают электрогенераторы. В некоторых видах транспортных средств перегретый пар является основной тяговой силой.

Дополнительные элементы котлов

Принцип работы парового котла довольно прост, тем не менее его конструкция состоит из довольно большого количества элементов. Кроме топочной камеры и труб для циркуляции воды/пара, котлы оснащаются устройствами для повышения их эффективности (увеличение температуры пара, его давления и количества). К таким устройствам относят:

1. Пароперегреватель. Служит для повышения температуры пара выше 100 градусов. Перегревание пара повышает экономичность аппарата и его коэффициент полезного действия. Перегретый пар может достигать температуры в 500 градусов по Цельсию. Столь высокие температуры имеют место в паровых установках атомных станций. Суть перегрева состоит в том, что после испарения идущий по трубе пар подвергается повторному нагреву. Для этого аппарат может оснащаться дополнительной топочной камерой или простым трубопроводом, который, прежде чем вывести пар на целевое использование, несколько раз проходит через основную топку. Пароперегреватели бывают радиационными и конвекционными. Первые работают в 2-3 раза эффективнее.
2. Сепаратор. Служит для «осушения» пара – отделения его от воды. Это позволяет увеличить КПД установки.
3. Паровой аккумулятор. Данное устройство создано для поддержания постоянного уровня выхода пара из установки. Когда пара не хватает, оно добавляет его в систему и, наоборот, отбирает в случае переизбытка.
4. Подготовительное устройство для воды. Чтобы аппарат работал дольше, вода, попадающая в него, должна отвечать специфическим требованиям. Данное устройство снижает количество кислорода и минералов в воде. Эти несложные меры позволяют предотвратить коррозию труб и образование на их стенках накипи. Ржавчина и накипь не только снижают эффективность аппарата, но и быстро приводят его в негодность, особенно в случае активного использования.

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin