Паровым котлом называется устройство для преобразования воды в пар, который используется как в быту, так и в промышленности. Пара применяется для обогрева помещений, аппаратов и трубопроводов, а также для вращения турбомашин. Давайте подробнее узнаем, что собой представляют паровые котлы. Принцип работы, строение, классификация, сфера применения и многое другое — все это будет рассмотрено ниже.
Определение
Как вы уже поняли, паровой котел http://japan-reporter.ru/press-release/universalnyh-parovyh-kotlov/ является агрегатом, вырабатывающим пар. При этом котлы такого типа могут давать пар двух видов: насыщенный и перегретый. В первом случае температура его составляет около 100 градусов, а давление – около 100 кПа. Температура перегретого пара поднимается до 500 градусов, а давление — до 26 МПа. Насыщенный пар используют в бытовых целях, в основном для обогрева частных домов. Перегретый пар нашел применение в промышленности и энергетике. Он хорошо переносит тепло, поэтому его использование в значительной степени повышает КПД установки.
Сфера применения
Выделяют три основные области применения паровых котлов:
- Отопительные системы. Пар выступает в роли энергоносителя.
- Энергетика. Промышленные паровые машины, или, как их еще называют, парогенераторы, используются для получения электрической энергии.
- Промышленность. Пар в промышленности используют не только для обогрева «рубашек» аппаратов и трубопроводов, но и для преобразования тепловой энергии в механическую и перемещения транспортных средств.
Бытовые паровые котлы используют для отопления жилых помещений. Простыми словами, их задача состоит в подогреве воды и передвижении пара по трубопроводу. Такую систему часто обустраивают вместе с печью или стационарной котлом. Обычно бытовые приборы производят не насыщенный перегретый пар, которого вполне достаточно для решения возложенных на них задач.
В промышленности пар перегревают – продолжают греть после испарения с целью еще больше повысить температуру. К таким установкам предъявляют особые требования в отношении качества, так как при перегреве пара емкость рискует взорваться. Перегретый пар, полученный из котла, может идти на образование электричества или механическое движение.
Электрический ток с помощью пара образуется следующим образом. Испаряясь, пар попадает в турбину, где он, благодаря плотному потока вращает вал. Таким образом, тепловая энергия переходит в механическую, а та, в свою очередь, преобразуется в электрическую. Так работают турбины электростанций. Вращение вала, которое возникает при испарении больших количеств перегретого пара, может передаваться непосредственно на двигатель и колеса. Так в движение приводится паровой транспорт. В качестве популярных примеров работы парового двигателя можно привести парогенератор паровоза или судовой паровой котел. Принцип работы последних достаточно прост: при сжигании угля образуется тепло, которое нагревает воду и образует пар. Ну а пар, в свою очередь, вращает колеса, или в случае с судном, винты.
Паровые котлы: принцип работы
Рассмотрим более подробно, как работаю такие котлы. Источником тепла, необходимого для подогрева воды, может выступать любой вид энергии: электрическая, солнечная, геотермальная, тепло от сгорания газа или твердого топлива. Пар, образующийся в процессе нагрева воды, представляет собой теплоноситель, то есть переносит тепловую энергию из места нагрева место использования.
Несмотря на многообразие конструкций, принципиальное устройство и принцип работы паровых котлов не отличаются. Общая схема нагрева воды с ее последующим преобразованием в пар выглядит таким образом:
- Очистка воды на фильтрах и ее подача в резервуар для нагрева с помощью насоса. Резервуар, как правило, располагается в верхней части установки.
- Из резервуара по трубам вода попадает в коллектор, расположенный, соответственно, ниже.
- Вода снова поднимается вверх, только теперь не через трубы, а через зону нагрева.
- В зоне нагрева образуется пар. Под действием разницы давлений между жидкой и газообразной веществом, он поднимется вверх.
- Вверху нагретый пар пропускается через сепаратор, где он окончательно отделяется от воды. Остатки жидкости возвращаются в резервуар, а пар следует в паропровод.
- Если это не обычный котел, а парогенератор, то его трубопроводы дополнительно нагреваются. О способах их нагрева будет сказано ниже.
Устройство
Паровые котлы представляют собой емкость, в которой вода нагревается и образует пар. Обычно они выполняются в виде труб, разных размеров. Кроме трубы с водой, котел всегда имеет камеру для сгорания топлива (топку). Ее конструкция может изменяться в зависимости от типа применяемого топлива. Если это дрова, или твердый уголь, то в нижней части топки устанавливается колосниковая решетка, на которую укладывают топливо. Из нижней части колосников, в топочную камеру поступает воздух. А вверху топки обустраивают дымоход, который необходим для эффективной тяги – циркуляции воздуха и горения топлива. Принцип работы паровых котлов на твердом топливе несколько отличается от устройств, в которых в качестве теплоносителя использован жидкий или газообразный материал. Во втором случае, топочная камера предусматривает горелка, работающая подобно горелок бытовой газовой печи. Для циркуляции воздуха также используют колосниковую решетку и дымоход, ведь в независимости от вида топлива, воздуха является важнейшим условием горения.
Горючий газ, полученный от сгорания топлива, поднимается к емкости с водой. Он отдает свое тепло воде и выходит через дымоход в атмосферу. Когда вода нагревается до температуры кипения, она начинает испаряться. Стоит отметить, что вода испаряется и раньше, но не в таких количествах и не с такой температурой пара. Испарился пар самостоятельно поступает в трубы. Таким образом, циркуляция пара и смена агрегатных состояний воды происходит естественным образом. Принцип работы парового котла с естественной циркуляцией предусматривает минимальное вмешательство человека. Все, что нужно сделать оператору, это обеспечить стабильный нагрев воды и проконтролировать процесс с помощью специальных устройств. В случае с электрическими котлами подогрев воды происходит проще. Она нагревается с помощью нагревательных элементов типа Тэнов или выступает в роли проводника и нагревается по закону Джоуля-Ленца.
Классификация
Паровые котлы, принцип работы которых мы сегодня рассматриваем, могут классифицироваться по нескольким параметрам. По виду топлива:
- Угольные.
- Газовые.
- Мазутные.
- Электрические.
По назначению:
- Бытовые.
- Энергетические.
- Промышленные.
- Утилизационные.
По конструкции:
- Газотрубние.
- Водотрубные.
Чем отличаются газо — и водотрубные паровые котлы
Принцип работы котлов основан на подогреве емкости с водой. Емкость, в которой вода переходит в парообразное состояние, как правило, представляет собой трубу или несколько труб. Приборы, в которых топливо обогревает трубы, поднимаясь вверх, называются газотрубных котлов. Но есть и другой вариант — когда горючий газ перемещается по трубе, расположенной внутри емкости с водой. В таком случае водные емкости называются барабанами, а сам котел – водотрубним. В быту его называют также огнетрубним котлом. В зависимости от расположения водных барабанов, котлы такого типа делятся на: горизонтальные, вертикальные и радиальные. Также встречаются модели, в которых реализованы различные направления труб. Устройство и принцип работы огнетрубного парового котла несколько отличается от газотрубного. Во-первых, это касается размера труб с водой и паром. В водотрубных котлов трубы менее габаритные, чем у газотрубных. Во-вторых, имеют место различия по мощности. Газотрубный котел дает давление не более 1 МПа и имеет теплообразующую способность до 360 кВт. Причиной тому являются большие трубы. Чтобы в трубах образовалось достаточно пары и давления, их стенки должны быть толстыми. Как результат – цена таких котлов завышена. Водотрубный котел мощнее. Благодаря тонким стенкам труб, пара нагревается лучше. И в-третьих, водотрубные котлы безопаснее. Они производят высокую температуру и не боятся значительных перегрузок.