Принцип роботи парового котла
Під паровим котлом слід розуміти спеціальний пристрій, що має топку, в якій здійснюється згоряння палива. Результатом даного процесу є тепло, що виділяється, призначене для отримання пари високого тиску. Пар цей може бути використаний для самих різних цілей.
Схема пристрою парогенератора.
Серцем цього пристрою слід вважати теплообмінник. Саме тут газами і підігрівається вода, перш ніж потрапить в котельну установку.
Що являє собою парогенератор? Для яких цілей він необхідний? І який принцип роботи парового котла?
Конструктивні елементи парового котла і забезпечення безпеки роботи з паровим котлом
До конструктивних елементів парового котла відносяться циліндри і судини різних розмірів та діаметру, труби, зєднані між собою в цілісну систему за допомогою вальцювання і зварних зєднань. Абсолютно будь-паровий котел має трубопроводи, барабан і колектори. Ремонт парового котла, його огляд і чистка здійснюються через лази - спеціальні технологічні отвори.
Ємність парового котла, яка заповнюється водою і знаходиться всередині, носить назву водного простору. Під паровим простором слід розуміти простір, який заповнюється утворюється в результаті паром. Між собою парове і водне простору розділені поверхнею, яку називають дзеркалом випаровування. У паровому просторі є обладнання, призначене для сепарації пара і вологи.
Схема переведення парового котла в водонагревний режим.
Робота парового котла супроводжується постійним і інтенсивним охолодженням металевих елементів всієї конструкції, які в процесі роботи піддаються впливу високої температури. Це дозволяє проводити безпечну експлуатацію парового котла. Охолодження відбувається в результаті регулярної циркуляції теплоносія по трубах обігрівання. Тепло від газів, які утворюються в результаті згоряння палива, надходить до трубопроводу. Тим часом теплоносій, не зупиняючись, відводить тепло від трубопровідних стінок, тим самим перешкоджаючи перегріву трубопроводу. Якщо ж весь цей процес недостатньо інтенсивний, трубопровід може сильно перегрітися, в результаті втративши свої характеристики. Перегрів трубопроводу може призвести до оплавлення труб або навіть їх розриву. Такі явища можуть стати приводом для аварійної зупинки парового котла.
Як працює паровий котел
Принцип роботи парогенератора досить простий. В основі роботи лежить теплообмін пара, води і димових газів. Існує класифікація теплових котлів за способом пересування середовищ теплообміну. Тут виділяють два види котлів: водотрубні та жаротрубні агрегати. Принцип роботи жаротрубного котла полягає в наступному: нагрітий газ рухається всередині труб, а вода, яка буде нагріватися, знаходиться за межами труб. Принцип роботи водотрубних парових котлів на увазі пересування води по трубах. Нагрівається вода в результаті впливу на труби зовнішніх димових газів. За рахунок такого впливу вода і доходить до стану кипіння.
Котельне парове обладнання класифікують в залежності від руху в них води і пари. Так, існують котли з природною і примусовою циркуляцією. Примусова циркуляція має на увазі рух теплоносіїв під впливом спеціально призначених для цього насосів. Парові котли з природною циркуляцією працюють в результаті перепаду щільності пара і води.
Схема роботи парового котла.
В цілому робота парового котла завжди приблизно однакова. Полягає вона в наступному: вода готується в деаератори, після чого за допомогою насоса подається в систему економайзера води, де і відбувається нагрів води в результаті відхідних газів. Далі вода рухається в верхній барабан і змішується з водою котла. Частина нагрітої води котла надходить в нижній барабан по кіпятільной трубопроводу. Тут утворюється так звана пароводяна суміш. В результаті ця суміш по підйомному трубопроводу піднімається в верхній барабан.
Частина, що залишилася в верхньому барабані вода спускається по опускним трубопроводах, які знаходяться за межами топки, до системи колекторів екранних труб. При цьому парова суміш знову виявляється в верхньому барабані котла. Систему трубопроводів, що здійснює рух теплоносія, слід називати циркуляційним контуром.
Пар, який утворюється у випарник, далі проходить через так звані паросепаратори, які є обовязковою складовою жаротрубних парових котлів. Тут з пара і виділяються крапельки вологи. Після того як пар стає сухим, він надходить до перегрівачів по паропроводу. Тут пар і нагрівається до необхідних температур.
Контроль за роботою котла
Компанії, що випускають парові котли, обовязково оснащують обладнання спеціальними контрольно-вимірювальними пристроями і приладами, які дозволяють контролювати роботу парового котла.
Рівень води в системі можливо регулювати за допомогою водомірного скла. Водомірне скло є важливим елементом контрольної системи. Розташоване воно на передній панелі кожуха топки. Оснащене це скло спеціальними кранами: нижнім і верхнім. Нижній розташовується на верхньому рівні вогневого короба, а верхній кран встановлюється всередині парового простору котла. Між собою крани повязані спеціальною скляною трубкою і плоским склом. Це скло за допомогою нижнього крана заповнюється водою і завжди знаходиться під паровим тиском, що надходять через верхній кран. Діє даний прилад за принципом закону сполучених посудин. Це означає, що рівень води в котлі завжди буде дорівнює рівню води в скляній посудині.
Схема природної циркуляції води: H - висота котла.
Рівень води під час роботи котла завжди повинен бути між мінімальними і максимальними рівнями. Встановлюється мінімальний рівень для того, щоб виключити перегрів металевих елементів. Багато моделей мають на увазі нижній рівень води не нижче 100 мм над зоною вогню. Щоб вода не потрапила в систему паропроводу, встановлюють максимальний рівень. Якщо вода все ж потрапить в паропровід, в ньому може статися гідравлічний удар, що призведе до серйозної аварії.
Принцип роботи промислових і побутових котлів приблизно однаковий, та й конструкція у них дуже схожа. Трохи відрізняються так звані котли-утилізатори. Такі котли підігрівають воду тепловою енергією газів, які виділяються газотурбінними установками, дизель-генераторами та іншим обладнанням. Конструкція такого котла помітно відрізняється від звичайного парового. Вторинні гази в котлі-утилізатори відразу ж надходять на нагріваючу поверхню. У такому котлі відсутня воздухоподогреватель і топка. В котел надходять гази з температурою від 350 до 700 градусів Цельсія. Як правило, таке обладнання призначене для промислових цілей і встановлюється на великих енергоємних виробництвах.
прямоточні котли
Крім котлів з природною і примусовою циркуляцією існують і так звані прямоточні котли. У конструкції таких котлів відсутня барабан. Вода одноразово проходить через випарний трубопровід, поступово перетворюючись на пару. У перехідній зоні завершується процес перетворення води в пару. Пароводяна суміш з випарного трубопроводу надходить в пароперегрівач, де пар та нагрівається до необхідної температури. Деякі прямоточні котли мають проміжний підігрівач пара. Він призначений для повторного прогрівання пара, який надійшов з турбінної установки. Знову прогрівшись, пар повертається в турбіну. Прямоточний котел являє так звану разомкнутую гідросистему. Така котельня установка може працювати як на докритичних тисках, так і на надкритичних.
Прямоточні парові котли не вимагають спеціально обладнаних приміщень. Вони не вимагають регулярний контроль з експлуатації та технагляду.
Схема прямоточного котла.
Самим головними і незаперечною перевагою прямоточного парового котла слід вважати мінімальний час, необхідний для нагрівання води, і маленький термін, необхідний для приведення котла в робочий стан. За рахунок усіх цих плюсів прямоточні котли служать як би резервними установками, застосування яких необхідно при збоях і під час навантажень основного котельного обладнання.
Крім цього прямоточні котли мають і інші плюси. По-перше, вони допускають більш високу теплове навантаження. По-друге, відсутні важкі та громіздкі колекторні установки, є можливість вільної компонування нагрівальних поверхонь. Найбільш ефективно використовується нагрівальна поверхня. Прямоточні котли мають високий ККД і досить компактні, мають високу маневреність.
Мінуси прямоточних котлів
До недоліків прямоточного парового котла слід віднести занадто часте включення пальників в порівнянні з жаротрубним котлом. Тут також відсутні акумулюють парові і водяні ємності. Незважаючи на те, що дана проблема вирішувана за допомогою регульованої подачі палива, це може привести до того, що пальники будуть ще частіше включатися, а режим навантаження буде коливатися, що спричинить передчасний знос устаткування.
Крім того, в результаті постійного вимикання і включення пальників виділяється сажа, яка відкладається на нагрівальної поверхні і вимагає видалення. Паливо при цьому витрачається в набагато більшій кількості.
Вибір прямоточних котлів зараз досить великий. Відрізняються вони за своєю потужністю і моделям. Вибір парового котла повинен здійснюватися виходячи з цілей і завдань обладнання.
