Паровые котлы: устройство и классификация

Схема парового котла зависит от конкретного типа агрегата и назначения оборудования. Бытовой котёл, промышленное устройство, блочно-модульные котельные — все варианты различны по комплектации, но аналогичны по способу работы: в парообразователе под воздействием нагрева вода превращается в пар. 

Отличаются конструкции, но принцип действия одинаков: 

1. Очищение воды от примесей и газов.
2. Подача воды непосредственно в резервуар.
3. Подогрев в результате сжигания топлива.
4. Образование пара на границе сред «вода-воздух».
5. Сепарирование и возвращение жидкости в теплообменник — в большинстве моделей задействован циркуляционный насос.
6. Отработанные газы выводятся через дымоход в результате естественной тяги.

Удаление влаги через сепаратор повышает КПД агрегата. Устройство парового котла может быть дополнено и другими элементами, например экономайзером. Он используется не во всех моделях котлов. Задача этого устройства — подогрев воды, которая направляется в парообразователь. Это позволяет уменьшить количество потребляемого топлива без сокращения количества производимого пара.

Устройство парового котла

Первый в истории котёл (точнее, прообраз паровой турбины) был создан ровно 2 тысячи лет назад. В течение столетий конструкция оставалась практически неизменной. И только в XVII веке появился предохранительный клапан, а в XVIII — конденсационный насос. Как и в истории человечества, для котлов сменялись эпохи медного и железного веков. Второй вариант возник не из технических соображений, а ради экономии финансов. Впоследствии конструкции дополнились трубами — сперва появились жаровые, а затем — и дымогарные.

Классификация паровых котлов возможна по различным параметрам, и каждый из этих критериев меняет тип конструкции агрегата:

1. Сфера использования:

• энергетические — мощные устройства для работы на электростанциях;
• технологические (промышленные) — для производственных нужд предприятий самых различных отраслей;
• отопительные — и это самый востребованный вид котлов, начиная от крупнотоннажных и заканчивая бытовыми.

2. Производительность — и здесь диапазон велик. У промышленных производительность может достигать 10 тонн в час, устройства для отопления — 100 кг в час. Средняя категория — от 500 до 5000 кг в час.

3. Тип тяги:

• естественная;
• с наддувом — вентиляторы на горелках;
• комбинированный — уровень, приближенный к атмосферному давлению плюс вентиляторы и дымососы.

4. Тип топлива — первые котлы были приспособлены к твёрдому топливу, менее 100 лет назад началось промышленное производство газовых и жидкотопливных моделей, и последний вариант приобретает всё большую популярность, виды ЖТ различны, включая солярку и бюджетную по цене отработку.

5. Величина давления пара:

• сверхнизкое — и такое оборудование не требует регистрации в Ростехнадзоре;
• низкое и среднее;
• высокое, включая критическое и сверхкритическое.

6. Расположение теплообменников — жаро- и водотрубные. Первый вариант дополнительно подразделяется на двух-и трёхходовые.

7. Способ циркуляции воды:

• прямоточные — их действие основано на принудительном токе воды с помощью насосов;
• циркуляционные — естественный процесс движения жидкости, возникающий в результате разницы плотности пара и воды

Это усреднённый обзор. Более редкие модели паровых котлов могут работать с производительностью от 50 кг до 32 тонн в час. 

Основные и вспомогательные комплектующие

Паропреобразователь — основной элемент котла. Это резервуар, в котором при сжигании топлива вода превращается в пар. Другие комплектующие устройства:

• корпус, объединяющий и защищающий всю систему;
• трубная конструкция — через одни вода поступает в ёмкость, через другие выходит пар;
• топка;
• барабан — сепарирует воду от пара, но он устанавливается не во всех котлах;
• насос, задача которого — нагнетать воду в бак;
• горелка — ориентированная на жидкое топливо, на газ либо универсальная;
• дымоход — выводит продукты сгорания.

Если котёл работает на угле, то необходим зольник. Дополнительно в любой конструкции устанавливается целый комплект контрольной и измерительной автоматики — датчики, манометры. Работа каждого из них чётко регламентируется ГОСТом, как и регулярная проверка состояния измерительной техники.

Заключение

Несмотря на использование автоматики и множество вариантов топлива, принцип работы незначительно отличается от самого первого котла. Вода, помещённая в металлическую ёмкость, нагревается, кипит, начинает испаряться. Затем она скапливается вверху резервуара и отправляется — либо напрямую для работы, либо в пароперегреватель, если требуется подкорректировать её рабочие характеристики.

Последние модели эффективнее предыдущих, но они требуют и постоянный мониторинг: нужно регулярно контролировать показания датчиков. А периодически — как правило, раз в полгода проверять и работоспособность самих измерительных инструментов. Разнообразие конструкций позволяет приобрести котёл под несколько видов топлива — для этого разработаны конструкции горелок с адаптацией одновременно под ЖТ и газ.