Принцип работы и устройство парового котла – различия, преимущества

Альтернатива

Паровые котлы – это оборудование, которое можно использовать как в промышленных установках, так и в бытовых целях. Основная функция таких устройств – преобразование воды в пар, который затем можно использовать для обогрева помещений или обеспечения движения различных механизмов. В данной статье будет рассмотрено устройство парового котла, его особенности и применение.

Принцип работы и устройство парового котла: отличия, преимущества

Сферы применения паровых котлов и назначение

Паровые котлы активно используются в следующих отраслях:

  1. Системы отопления. Существуют промышленные и бытовые модели паровых котлов, позволяющие использовать пар в качестве теплоносителя. Пар проходит по контурам отопления и/или поступает в теплообменники водогрейных приборов, обеспечивая тем самым движение тепловой энергии. Бытовой паровой котел отопления часто комбинируют с твердотопливными отопительными приборами. На промышленных объектах используются более мощные и надежные устройства, вырабатывающие перегретый пар с повышенной теплоотдачей.
  2. Энергия. Паровые двигатели преобразуют нагретый пар в электрическую энергию. Рабочий процесс кажется довольно простым: пар движется к турбине и вращает вал, за счет чего вырабатывается электричество. Этот принцип успешно используется на многих электростанциях.
  3. Промышленность. Паровые устройства могут обеспечивать механическое перемещение различных элементов систем. Принцип действия парового котла промышленного назначения такой же, как и в предыдущем случае, но вырабатываемая энергия направляется на приложение механического воздействия на элементы, которые должны двигаться.

Знание того, для чего нужен паровой котел и где он используется, позволяет использовать устройство с максимальной эффективностью.

Принцип работы парового котла

В первую очередь нужно разобраться, что называется паровым котлом. Паровой котел – это устройство, которое вырабатывает пар. Получают два вида пара: насыщенный и перегретый. Температура насыщения 100 градусов, давление 100 кПа. Перегретый пар нагревается до 500 градусов, а величина давления при этом может превышать 26 МПа. Насыщенный пар используется в бытовых установках, а перегретый пар в силу своих характеристик применим только в установках промышленного масштаба.

Сырьем для производства пара является вода, которая обрабатывается в котле, работающем на любом виде топлива. Создаваемый в процессе эксплуатации пар преобразуется в теплоноситель, доставляющий тепловую энергию к месту ее применения.

Принцип работы и устройство парового котла: отличия, преимущества

Вне зависимости от конструктивных особенностей того или иного устройства, общий принцип работы парового котла всегда одинаков:

  • Сначала вода проходит стадию очистки и направляется в бак (обычно расположенный в верхней части устройства) с помощью электрического насоса;
  • Накопившаяся в баке вода поступает в трубы, ведущие к коллектору, расположенному внизу;
  • Из коллектора вода идет вверх, попадая в зону нагрева;
  • В трубе вода превращается в пар, который поднимается вверх из-за разницы давлений между жидкостью и газом;
  • В верхней части конструкции имеется сепаратор, позволяющий отделить пар от воды и отвести излишки последней в бак;
  • Пар направляется в трубопровод и направляется потребителям;
  • В парогенераторах стадия нагрева повторяется до достижения необходимого состояния пара.

Чтобы полностью понять, как работает паровой котел, следует также рассмотреть особенности его конструкции, о которых речь пойдет далее.

Устройство парового котла

Конструктивно паровой котел представляет собой сосуд, в котором происходит процесс превращения воды в пар. Емкость обычно изготавливается из трубки, диаметр которой может варьироваться в достаточно широких пределах. Помимо полной трубы, схема парового котла включает в себя камеру сгорания, предназначенную для сжигания топлива.

Печь может иметь определенные характеристики, напрямую зависящие от вида используемого топлива. Например, твердотопливные камеры сгорания внизу снабжены сеткой, через которую в камеру поступает кислород. В верхней части конструкции установлен традиционный дымоход, создающий тягу и обеспечивающий нормальное горение. В случае использования жидких или газовых энергоносителей камера сгорания оснащается горелкой.

Принцип работы и устройство парового котла: отличия, преимущества

В любом случае газ, выделяющийся при сгорании топлива, подходит к емкости, наполненной водой, отдает ей свое тепло и через дымовую трубу выбрасывается в атмосферу. Вода в определенный момент закипает и превращается в пар, который направляется в верхнюю часть бака, а затем в трубы.

Виды паровых котлов

Первым параметром, по которому классифицируют паровые котлы, является вид используемого топлива, в зависимости от которого различают следующие типы котлов:

  • Газ;
  • Каменный уголь;
  • Нефть;
  • Электрический.

По своему назначению различают следующие виды паровых котлов:

  • Семья;
  • Промышленный;
  • Энергия;
  • Использование.

Принцип работы и устройство парового котла: отличия, преимущества

Последний параметр – это конструкция, позволяющая выделить два типа котлов:

  • Газовая труба;
  • Водопроводные трубы.

Конструкция парового котла довольно важна, поэтому стоит разобраться, в чем же отличия этих типов устройств.

Отличия газо- и водотрубных котлов по схеме работы

Емкость, позволяющая создавать пар, обычно делается из одной или нескольких труб. Вода в них нагревается горячими газами, выделяющимися при сгорании топлива. Такая конструкция подразумевает, что газ сам поднимается в заполненные водой трубы, и устройства, работающие по такому принципу, называются газотрубными котлами.

В другом типе котлов газ движется по трубе в сам резервуар для воды. Емкость в этом случае называется барабаном, а сам котел относится к разряду водопроводных труб. Водоналивные барабаны могут располагаться горизонтально, вертикально, радиально или комбинированно, в зависимости от соответствующих типов водотрубных котлов.

Принцип работы и устройство парового котла: отличия, преимущества

Сравнение характеристик рассматриваемых типов котлов позволяет сделать следующие выводы:

  1. Первое отличие заключается в разных размерах используемых труб. Газотрубные устройства оснащены достаточно большими трубами по сравнению с изделиями, которые используются в водотрубных котлах.
  2. Следующим отличием является разница в мощности. Предельная мощность газотрубных котлов составляет 360 кВт, а максимальное давление не может превышать 1 МПа. Высокое давление и объем пара требуют увеличения толщины стенки устройства, что негативно сказывается на конечной стоимости котла. Водотрубные котлы лишены такого недостатка: для них можно использовать тонкие трубы, что позволяет достигать более высоких температур и давлений по сравнению с газотрубными аналогами.
  3. Водотрубные котлы отличаются не только мощностью и более высокой температурой. К его достоинствам также можно отнести способность выдерживать серьезные перегрузки, что говорит о более высокой степени безопасности таких устройств.

Дополнительные элементы котлов

Устройство парового котла не ограничивается основными элементами, которые уже были описаны выше. Иногда паровой котел может быть оснащен дополнительными устройствами для повышения эффективности или функциональности системы.

Это следующие предметы:

  1. Перегреватель. Этот элемент позволяет нагревать пар до температуры более 100 градусов, что позволяет добиться большей эффективности за счет увеличения КПД агрегата. При использовании пароперегревателя пар может достигать температуры 500 градусов, а его нагрев осуществляется уже в трубах, то есть после стадии испарения воды. Пароперегреватель может быть встроенным или отдельным устройством. Различают конвекционные и радиационные устройства (у второго типа мощность в 2-3 раза больше).
  2. Сепаратор пара. Этот элемент парового котла позволяет удалить из пара всю лишнюю влагу и максимально его осушить. При использовании сепаратора КПД всего котла значительно возрастает.
  3. Аккумулятор пара. Это устройство позволяет стабилизировать систему. Аккумулятор поглощает избыточный пар и возвращает его в систему, если он становится слишком низким.
  4. Устройство для очистки воды. Это устройство позволяет снизить насыщение воды кислородом и различными химическими веществами. Своевременная подготовка воды позволяет уменьшить влияние коррозии на внутренние элементы котла и свести к минимуму количество отложений в системе.

Также в устройство парового котла входят клапан для слива конденсата, воздухонагреватели и блок управления агрегатом, в состав которого входят выключатель горения и регуляторы расхода сырья и энергоресурсов. Понимание того, из чего состоит паровой котел, позволяет настроить его конфигурацию для решения конкретных задач.

Принцип работы и устройство парового котла: отличия, преимущества

Парогенератор

Парогенераторы – это виды паровых котлов, оснащенные дополнительными элементами. В частности, в конструкцию указанного устройства может быть включено несколько промежуточных пароперегревателей, что позволяет увеличить мощность оборудования в несколько раз.

Чаще всего парогенераторы используются на атомных электростанциях. Использование пара позволяет преобразовать энергию, полученную при распаде атомов, в электричество.

Пар в ядерных реакторах может работать следующим образом:

  1. Вода окружает снаружи корпус реактора, получая его тепловую энергию. Пар генерируется в собственном контуре вне реактора. Парогенератор в этой конструкции выполняет функцию теплообменника.
  2. Вторая схема предполагает нахождение труб для нагрева воды в самом реакторе. В результате получается, что реактор становится своеобразной камерой сгорания, а образующийся пар направляется прямо в электрогенератор. Такая конструкция называется кипящим реактором и не требует установки парогенератора.

Заключение

Паровые котлы – достаточно мощные и экономичные устройства, незаменимые в ряде ситуаций. Бытовые паровые котлы позволяют отапливать дом или выполнять какую-либо работу, а промышленные агрегаты дают возможность вырабатывать электрическую энергию в больших количествах. В любом случае для эффективного решения поставленных задач назначение и конструкция котла должны соответствовать друг другу.

Оцените статью
Добавить комментарий