Конструктивные особенности и принцип действия различных типов паровых котлов

Принцип работы и устройство паровых котлов

Базовый принцип работы паровых котлов различных типов неизменен и прост – в котле в замкнутом объёме происходит нагрев воды с превращением её в водяной пар, который последствии и используется для совершения полезной работы. В качестве источника энергии для нагрева может служить энергия солнца, земли, или более традиционные газ, твёрдое топливо или электричество.

В зависимости от назначения котлов производимый пар подразделяется на два вида: насыщенный и перегретый. Насыщенный пар характеризуется температурой порядка 100°С и давлением в пределах одной атмосферы. Он генерируется бытовыми котлами и применяется в основном в системах отопления частных домов.

Перегретый пар – высокопотенциальный источник энергии с температурой до 500°С, может находиться под давлением до 260 атмосфер. Сфера применения перегретого пара: промышленные установки и энергетика — вращения турбин в тепловых и атомных электростанциях. Установки, производящие перегретый пар характеризуются более высоким КПД.

Устройство паровых котлов различных типов идентично и отличается лишь незначительными деталями. На первом этапе происходит обязательный этап очищения воды от солей металлов и лишнего кислорода. Это необходимо для предотвращения образование накипи и коррозии элементов котла. Ржавчина и накипь значительно снижают эффективность устройства, а в некоторых случаях способны полностью привести его в негодность.

Очищенная вода подаётся в специальный бак, из него по трубопроводу попадает в коллектор в нижней части котла, где и располагается зона нагрева. Здесь вода нагревается до 100°С и происходит образование водяного пара, который самостоятельно поднимается по трубам.

Полученный пар содержит большое количество влаги и непригоден для использования, поэтому следующим этапом является осушение рабочего тела. Осушенный пар поступает в паропровод для использования по назначению.

В промышленных котлах для получения перегретого пара, на последнем этапе в паропроводе дополнительно подогревают насыщенный пар для повышения его температуры и давления до заданных пределов.

По описанному выше принципу работают все паровые котлы, отличие в устройстве состоит лишь в размерах котла, типе и расположении коллектора, наличии предохранительных устройств, сложности автоматики, а также виде топлива, используемого для работы.

Типы устройства паровых котлов

Паровые котлы производят пар двух видов:

Насыщенный, с температурой 100С, давлением до 100 кПа;
Перегретый, с избыточным давлением до 280 кгс/см2 и температурой до 500С.

Перегрев пара производится за счет дополнительного нагрева в теплообменниках пароперегревателей. Эти устройства нагревают отходящий пар, используя высокую температуру дымовых газов.

В качестве топлива котлы используют:

Природный газ;
Уголь;
Электрическая энергия;
Жидкое топливо – мазут, дизтопливо и так далее.

По устройству и принципу нагрева воды котлы имеют две основных модификации:

Газотрубные;
Водотрубные.

Газотрубные котлы устроены как сосуд со встроенной трубой (трубами) крупного диаметра. Сосуд заполнен водой до рабочего уровня. Пламя горелочного устройства направлено во внутренний объем трубы (труб).

Пламя нагревает трубы, вода вокруг трубы кипит и испаряется. Котел такого типа называется жаротрубным. Горелочные устройства оборудуются вентиляторами наддува для оптимизации пламени.

Второй тип газотрубного котла – агрегат с дымогарными трубами. В этом случае по трубам движется поток отходящих дымовых газов. По сути, такие котлы являются классическими котлами-утилизаторами.

Недостатком таких котлов является большой объем пара, содержащийся в котле под давлением. Это требует увеличения толщины стенок оборудования, налагает предел на максимальное давление – до 10 кгс/см2.

Водотрубные котлы превосходят газотрубные по величине КПД, скорости нагрева и производительности. При их работе вода движется по трубам малого диаметра, пламя горит в межтрубном пространстве. Преимущество достигается за счет более значительной и качественной поверхности нагрева воды (испарения).

Водотрубные паровые котлы подразделяются на 2 типа:

Барабанные;
Прямоточные.

Барабанные водотрубные котлы бывают горизонтальной и вертикальной ориентации, имеют минимум один барабан (емкость) в верхней части агрегата. Барабан служит сборником пара, на его стенках образуется конденсат недогретого пара – он вновь стекает в зону кипения и нагрева. Котел может иметь в своей конструкции несколько барабанов.

Прямоточные котлы отличаются высокой скоростью парообразования, вода испаряется в трубном пространстве и покидает котел.

Контрольные устройства

Кроме того, котел оснащается вспомогательными устройствами для контроля и управления. К примеру, сигнализатор предельных уровней воды следит за поддержанием постоянного уровня жидкости в барабане. Принцип работы сигнализатора предельных уровней парового котла основывается на изменении массы специальных грузов во время их перехода из жидкой фазы в парообразную, и наоборот. В случае отклонения от нормы он подает звуковой сигнал для оповещения сотрудников предприятия.

Для позиционного регулирования уровня воды также используется уровнемерная колонка парового котла. Принцип работы устройства основан на электропроводности воды. Колонка представляет собой трубку, оснащенную четырьмя электродами, контролирующими уровень воды. Если водяной столб достигает нижней отметки, подключается питательный насос, а если верхней — питание котла водой останавливается.

Еще одним простейшим устройством для измерения уровня воды в паровом котле служит водомерное стекло, встроенное в корпус аппарата. Принцип работы водомерного стекла парового котла прост — оно предназначено для визуального контроля уровня воды.

Кроме уровня жидкости, в системе с помощью термометров и манометров замеряют температуру и давление соответственно. Все это необходимо для нормального функционирования котла и предотвращения возможности возникновения аварийных ситуаций.

Конструктивные элементы парового котла и обеспечение безопасности работы с паровым котлом

К конструктивным элементам парового котла относятся цилиндры и сосуды различных размеров и диаметра, трубы, соединенные между собой в целостную систему посредством вальцовки и сварочных соединений. Абсолютно любой паровой котел имеет трубопроводы, барабан и коллекторы. Ремонт парового котла, его осмотр и чистка осуществляются через лазы – специальные технологические отверстия.

Емкость парового котла, которая заполняется водой и находится внутри, носит название водного пространства. Под паровым пространством следует понимать пространство, которое заполняется образующимся в результате паром. Между собой паровое и водное пространства разделены поверхностью, которую называют зеркалом испарения. В паровом пространстве имеется оборудование, предназначенное для сепарации пара и влаги.

Работа парового котла сопровождается постоянным и интенсивным охлаждением металлических элементов всей конструкции, которые в процессе работы подвергаются воздействию высокой температуры. Это позволяет проводить безопасную эксплуатацию парового котла. Охлаждение происходит в результате регулярной циркуляции теплоносителя по трубам обогревания.

Тепло от газов, которые образуются в результате сгорания топлива, поступает к трубопроводу. Тем временем теплоноситель, не останавливаясь, отводит тепло от трубопроводных стенок, тем самым препятствуя перегреву трубопровода. Если же весь этот процесс недостаточно интенсивен, трубопровод может сильно перегреться, в результате потеряв свои прочностные характеристики. Перегрев трубопровода может привести к оплавлению труб или даже их разрыву. Такие явления могут стать поводом для аварийной остановки парового котла.

Принцип работы парового котла

Все паровые котлы работают по одинаковому принципу своего устройства:

верхняя часть котла содержит резервуар барабанного типа, в который принудительно подается вода за счет применения электронасоса;
из данного резервуара вода по специальным отводным трубам стекает в коллектор, расположенный в нижней части устройства;
от коллектора к верхнему резервуару идут еще одни трубы, которые проходят в зоне горения топлива (топке котла).

Таким образом, данное устройство для получения пара можно сравнить с системой сообщающихся сосудов, в которой нагретая смесь воды и пара имеет меньшую плотность, чем холодная вода. В результате этой разницы вода постоянно выталкивает пароводяную смесь в верхнюю часть устройства, где с помощью сепаратора пар отделяется от воды.

После этого вода снова попадает в резервуар, а пар – в паропровод, который также находится в зоне сгорания топлива. В результате вода, находящаяся в газообразном состоянии, разогревается еще больше, что приводит к значительному увеличению давления пара. Теперь характеристики пара достигли нужных параметров. Далее он может использоваться либо для отопления помещений, либо для вращения турбин различных агрегатов, в том числе и для получения электрической энергии.

Промышленный газовый котел

Классификация [ править | править код ]

Энергетические паровые котлы — предназначены для производства пара, использующегося в паровых турбинах.
Промышленные паровые котлы — вырабатывают пар для технологических нужд, так называемые «промышленные парогенераторы».
Паровые котлы-утилизаторы — используют для получения пара вторичные энергетические ресурсы теплоту горячих газов, образующихся в технологическом цикле. Энергетические котлы-утилизаторы в составе ПГУ используют теплоту уходящих газов ГТУ.

По относительному движению теплообменивающихся сред (дымовых газов, воды и пара) паровые котлы могут быть подразделены на две группы:

Водотрубные котлы по принципу движения воды и пароводяной смеси подразделяются на:

барабанные (с естественнойru en и принудительной циркуляцией: за один проход по испарительным поверхностям испаряется лишь часть воды, остальная возвращается в барабан и проходит поверхности многократно)
прямоточные (среда между входом и выходом котла движется последовательно, не возвращаясь)

В водотрубных парогенераторах внутри труб движется вода и пароводяная смесь, а дымовые газы омывают трубы снаружи. В России в XX веке преимущественно использовались водотрубные котлы Шухова. В газотрубных, наоборот, внутри труб движутся дымовые газы, а теплоноситель омывает трубы снаружи.

Обозначения

Согласно ГОСТ 3619-89, стационарные паровые котлы имеют следующую структуру обозначения:

Параметры котла по возможности подбираются по стандартному ряду. После обозначения по ГОСТ может писаться в скобках заводская марка, например, Е-75-3,9-440БТ (БКЗ-75-39ФБ).

Принцип работы парового котла

Для функционирования паровых котлов высокого давления используют химически обработанную воду, нагреваемую через пакеты экранных труб, под воздействием горячих уходящих газов, образующихся, как продукт от горения природного топлива.

Схематичное исполнение котла по выработке пара

Принцип работы:

Природная вода поступает на водоподготовку, где проходит очистку от взвешенных веществ и умягчается. Затем она подается в баках химочищенной воды и подаётся в агрегат с помощью питательных насосов для паровых устройств.
Прежде чем попасть в барабан питательная среда поступает через экономайзер – чугунное теплонагревающее устройство расположенное в хвостовой части агрегата для снижения температуры уходящих газов и повышения кпд парового котла.
Из верхнего барабана вода по необогреваемым трубам попадает в нижний барабан, а поднимается из него по подъемным конвективным трубам в виде пароводяной смеси.
В верхнем барабане проходит процесс его сепарации от влаги.
Сухой пар через паропроводы направляется к потребителям.
Если это парогенератор, то пар повторно проходит нагрев в пароперегревателе.

Устройство парового котла

Паровой котёл представляет собой ёмкость, внутри которой нагретая вода испаряется и образует пар. Как правило — это труба различного размера.

Кроме трубы с водой, в котлах имеется топочная камера (в ней сгорает топливо). Конструкция топки определяется видом топлива, для которого сконструирован котёл. Если это твёрдый уголь, дрова, то внизу топочной камеры есть колосниковая решётка. На ней располагают уголь и дрова. Снизу через колосники в топочную камеру проходит воздух. Для эффективной тяги (движения воздуха и горения топлива) вверху топки устраивают дымоход.

Устройство парового котла Ici Caldaie

Если энергоноситель — жидкий или газообразный (мазут, газ), то в топочную камеру вводят горелку. Для движения воздуха также делают вход и выход (колосниковую решётку и дымоход).

Горячий газ от сгорания топлива поднимается к ёмкости с водой. Он нагревает воду и выходит через дымоход. Нагретая до температуры кипения вода начинает испаряться. Пар поднимается вверх и поступает в трубы. Так происходит естественная циркуляция пара в системе.

Особенности эксплуатации

Особое внимание необходимо уделить безопасности функционирования парового агрегата. Чтобы обеспечить правильную работу, рекомендуется соблюдать следующие правила:

Должно быть обеспечено свободное расширение для температуры. Это обеспечит равномерное нагревание.
Необходимо соблюдение уровня жидкости. В отношении к водотрубным конструкциям эта норма определяется специальными учреждениями

В норме минимальный уровень должен быть ниже поверхности подогрева на 10 см.
Производители устройств оснащают их специальными предохранительными системами для снижения взрывоопасности.
Важно следить за состоянием сварных швов. Нельзя допускать их пересечение

Если будут обнаружены дефекты, потребуется проведение дефектоскопии.
Во время эксплуатации устройства возможно образование конденсата в трубах. Необходимо продувать их. Также для устранения конденсата применяются специальные дренажи.
Давление пара в системе должно быть всегда под контролем. Параметр измеряется манометром, на котором должно быть специальное клеймо, свидетельствующее о проведении тестирования. Нельзя использовать приборы, у которых проверка просрочена.
Необходимо контролировать не только давление, но и температуру паров воды. Для этого на все паровые трубы должны быть установлены термометры.

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 используются для отопления жилых помещений. Простыми словами, их задача состоит в подогреве воды и передвижении пара по трубопроводу. Такую систему часто обустраивают вместе со стационарной печью или котлом. Обычно бытовые приборы вырабатывают насыщенный не 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 по качеству, 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 потоку вращает вал. Таким образом, тепловая энергия переходит в механическую, а та, в свою очередь, преобразовывается в электрическую. Так работают турбины электростанций.

Вращение вала, которое возникает при испарении больших количеств перегретого пара, может передаваться непосредственно на мотор и колеса. Так в движение приводится паровой транспорт. В качестве популярных примеров работы парового двигателя можно привести парогенератор паровоза или же судовой паровой котел. Принцип работы последних довольно 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.

Рассмотрим более детально, 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 с места нагрева в 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:

Очищение 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 вновь поднимается вверх, только теперь не через трубы, а через зону нагрева.
В зоне нагрева образуется пар. Под действие разности давлений между жидким и газообразным 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.

Обзор некоторых популярных моделей

Для наглядности рассмотрим ключевые характеристики и примерные цены некоторых популярных моделей водогрейных котлов. Сразу оговоримся, что производителей, а уж тем более самих моделей – достаточно много, поэтому ниже описаны лишь некоторые. Для удобства посетителей сайта информация приведена в виде небольшой таблицы.

Наименование, фото	Краткое описание	Среднерыночная стоимость, в рублях
FORTE BT-S 12 kWt	Твердотопливный энергонезависимый прибор весом 115 килограммов и мощностью 12 киловатт. КПД составляет 78 процентов, габариты – 89,5х47х68 сантиметров (ВхШхГ), площадь обогрева – от 60 до 110 метров квадратных.	Около 27000
Tehni-x ЭВН 50 VR	Электрический водонагреватель, который отличается наличием «мокрого» ТЭНа и объемом в 50 литров. Вес изделия составляет 15 килограммов. Бак стальной, с полиуретановой изоляцией.	Около 5 500 – 6000
Kospel ekco L1z 21	Электрический котел, предназначающийся для использования в отопительных системах в тандеме с водонагревателем косвенного нагрева. Весят такие водогрейные котлы 16 килограммов, габариты составляют 66х38х17,5 сантиметра (ВхШхГ). Температура воды на выходе находится в пределах от 40 до 85 градусов, что же касается напряжения, то оно должно составлять 380В.	16000
КВр-0.35 ДВО	Твердотопливный котел, оборудованный ручной топкой. Показатель мощности (в данном случае – тепловой) составляет 350 киловатт, модель способна эффективно обогревать помещения площадью до 9,45 кубического метра. Работает не угле и древесных отходах.	210000
ViraTM	Изделия этой торговой марки отличаются, прежде всего, своей универсальностью. Они являются не только отопительными и водогрейными, но еще и варочными, к тому же работают как на твердом топливе (дровах), так и на электричестве.	От 23890
RS-200H	Водогрейные котельные приборы, работающие на газу, с напольным способом установки. В комплект входят также дымовые трубы. Расход составляет всего 21 кубический метр газа в час, в то время как показатель тепловой мощности достигает 200 киловатт.	От 150 000 до 185000

Паровой котел — принцип работы

Принцип работы парогенератора достаточно прост. В основе работы лежит теплообмен пара, воды и дымовых газов. Существует классификация тепловых котлов по способу передвижения сред теплообмена. Здесь выделяют два вида котлов: водотрубные и жаротрубные агрегаты. Принцип работы жаротрубного котла заключается в следующем: нагретый газ движется внутри труб, а вода, которая будет нагреваться, находится за пределами труб.

Принцип работы водотрубных паровых котлов подразумевает передвижение воды по трубам. Нагревается вода в результате воздействия на трубы внешних дымовых газов. За счет такого воздействия вода и доходит до состояния кипения.

Котельное паровое оборудование классифицируют в зависимости от движения в них воды и пара. Так, существуют котлы с естественной и принудительной циркуляцией. Принудительная циркуляция подразумевает движение теплоносителей под воздействием специально предназначенных для этого насосов. Паровые котлы с естественной циркуляцией работают в результате перепада плотностей пара и воды.

В целом работа парового котла всегда примерно одинакова. Заключается она в следующем: вода подготавливается в деаэраторе, после чего при помощи насоса подается в систему экономайзера воды, где и происходит нагрев воды в результате уходящих газов. Далее вода движется в верхний барабан и смешивается с водой котла. Часть нагретой воды котла поступает в нижний барабан по кипятильному трубопроводу. Здесь образуется так называемая пароводяная смесь. В результате эта смесь по подъемному трубопроводу поднимается в верхний барабан.

Оставшаяся в верхнем барабане вода спускается по опускным трубопроводам, которые находятся за пределами топки, к коллекторной системе экранных труб. При этом паровая смесь снова оказывается в верхнем барабане котла. Систему трубопроводов, осуществляющую движение теплоносителя, следует называть циркуляционным контуром.

Пар, который образуется в испарителях, далее проходит через так называемые паросепараторы, которые являются обязательной составляющей жаротрубных паровых котлов. Здесь из пара и выделяются капельки влаги. После того как пар становится сухим, он поступает к перегревателю по паропроводу. Здесь пар и нагревается до необходимых температур.

Подготовка котельной к работе

Удостовериться в наличии необходимого количества воды и проверить топку на отсутствие мазута. Также нужна вентиляция топки, чтобы избежать воспламенения накопившихся газов. При подаче топлива в топку розжиг его осуществляется электрическим запалом или от горящего источника.

Пар распределять следует медленно для равномерного прогревания частей котла. Перед подъёмом пара нужно убедиться, что воздушный клапан открыт. Во время подогрева воды и подъёма пара проверяется герметичность люков, лазов и крышек. Включают подпиточные насосы, запускают автоматические котельные установки с включением топливного насоса, вентилятора и подачей тока к зажигающим электродам. По достижению давления пара 1 кг/кв.см. закрывают воздушные краны и продувают водоуказательные приборы. После достижения паром давления 3 кг/кв.см. обследуют фланцы и лазы, обжимая их гайки. При давлении 5 кг/кв.см. включается подпитка водой и продувка.

Характеристики парового котла

У владельцев частных домов большой популярностью пользуются паровые котлы благодаря простоте функционирования, высокому уровню КПД.

Простота эксплуатации

Главное преимущество паровых конструкций заключается в легкой эксплуатации. Агрегаты полностью безопасны для людей. Основная часть приборов автоматизирована, для работы не требуется вмешательства человека. Достаточно изучить описание и правильно организовать подключение. Современные устройства подходят для отопления помещений любого типа. У владельцев есть возможность использовать разные виды топлива.

Экономичность

Привлекает потребителей и низкая стоимость котлов. При этом у них сохраняется высокая степень производительности, низкая инерционность. Для установки парового котла не нужно приобретать дополнительно оборудование.

Экологичность

Для работы конструкции могут использоваться различные виды топлива, благодаря этому владельцы подбирают для себя оптимальные варианты, не наносящие вреда.

Бесшумная работа

Во время эксплуатации конструкция не издает никакого шума, но его уровень возрастает, как только агрегат полностью наполняется паром.

Разновидности паровых котлов

Плюсом котла цилиндрической формы является простота использования, а минусом — громоздкость.

Самой простой моделью парового агрегата является цилиндрическая конструкция, похожая на трубу из железа, в диаметре 90-150 см и длиной 20 м и более. Цилиндр имеет на концах изогнутые или плоские крышки, которые именуются днищем парового котла. Материалов для производства устройства являются листы железа от 7 мм толщиной, которые тщательно крепятся друг к другу. Днища котла делаются также из листов железа той же толщины. Такая форма устройства является очень выгодной с точки зрения прочности.

Положительными сторонами цилиндрической формы парового котла считаются ее простота и удобство в обслуживании; минусы заключаются в небольшой нагреваемой площади или чрезмерной громоздкости. Чтобы сделать большей площадь нагрева, не увеличивая при этом длину самого котла, его требуется дополнительно оснащать одним или парой вспомогательных цилиндрических паровых котлов меньших размеров. Эти вспомогательные агрегаты можно подразделить на 2 типа: так называемые кипятильники (пламя направлено непосредственно на котел) и подогреватели (подвергаются воздействию огня после основного прибора). Такое вспомогательное оборудование соединяется с основным агрегатом посредством одного или нескольких патрубков.

Под котлом на решетке из колосников (брусьев из железа или чугуна) горит топливо. Пламя и горячий газ в первую очередь затрагивают нижнюю часть парового котла, переходя по первой дымоходной трубе во второй конец устройства. После, опускаясь ниже и возвращаясь по второй дымовой трубе, огонь воздействует на верхнюю часть дополнительного котла и, в конечном итоге, проходит по третьей трубе, воздействуя на нижнюю часть вспомогательного агрегата.

Схема парового котла.

Парообразование в установке с дополнительными котлами проходит в основном приборе, а в подогревателях осуществляется нагрев воды до температуры, близкой к температуре кипения. Подогреватель в диаметре составляет приблизительно 50 см. Зачастую в одной печи проводят установку более 3-х горизонтальных паровых агрегатов, каждый из которых имеет некоторое количество вспомогательных приборов более малого диаметра. Такую котловую систему именуют батарейным котлом.

Устройство водотрубного типа котлов

Схема водотрубного котла вертикального типа.

Непрерывно растущее использование все более высокого парового давления привело к обращению к нового типа водотрубным котлам, имеющих различие от трубных в том, что в их состав входят трубочки с малым диаметром, которые заполняются водой и размещаются непосредственно над пламенем, а не в середине большого парового котла. Котлы водотрубного типа могут работать с высоким давлением пара (10-15 атм. и более) благодаря трубкам с малым диаметром и не толстыми стенками. Паровой котел водотрубного типа имеет меньший диаметр по сравнению с трубчатыми и английскими котлами, он не подвержен прямому воздействию пламени.

Примером водотрубного типа котлов является паровой агрегат Дюрра. Его конструкция заключается в размещенных под наклоном относительно горизонта трубочек, запаенных с одной стороны и установленных другой стороной в наводненную плоскостенную камеру (коллектор), образующиеся пары в которой направляется в верхний паровой колпак. В каждой водяной трубке находится еще меньшая трубочка. Между трубочками происходит нагрев воды и она в виде пара направляется в коллектор, стимулируя при этом возврат воды из него обратно во внутреннюю трубочку. В такой способ вода усиленно циркулирует, не позволяя грязи скапливаться на внутренней поверхности трубок. На территории Российской Федерации водотрубные паровые котлы Дюрра не стали популярными.

Схема принципа работы водотрубных котлов.

Образец водотрубного котла Рута характеризуется тем, что в его конструкции трубки соединяются посредством специальных соединительных ящиков, выполненных из чугуна. Эта модель парового агрегата вырабатывает пар с большим процентом влаги из-за небольших размеров парового объема в верхней трубе, которая является паросборником.

Очень популярны на территории России водотрубные установки американского производства Бабкок и Вилькокс. В их конструкции трубочки размещены в шахматном порядке.

Газо- и водотрубные котлы: отличия

Емкость для образования пара часто представляет собой трубу или несколько труб. Воду в трубах обогревают горячие газы, образующиеся при сгорании топлива. Устройства, в которых газы поднимаются к трубам с водой, называют газотрубными котлами. Схема газотрубного агрегата приведена на рисунке.

Схема газотрубного котла: 1- подвод топлива и воды, 2 — топочная камера, 3 и 4 — дымогарные трубы с горячим газом, который выходит дальше через дымоход (позиции 13 и 14 — дымоход), 5 — решётка между трубами, 6 — вход воды, выход обозначен цифрой 11 — её выход, кроме того на выходе есть устройство для измерения количества воды (обозначено цифрой 12), 7 — выход пара, зона его образования обозначено цифрой 10, 8 — сепаратор пара, 9 — наружная поверхность ёмкости, в которой циркулирует вода.

Есть другие конструкции, в которых газ двигается по трубе внутри ёмкости с водой. В таких устройствах водные ёмкости называют барабанами, а сами устройства — водотрубными паровыми котлами. В зависимости от расположения барабанов с водой, водотрубные котлы классифицируют на горизонтальные, вертикальные, радиальные, а также комбинации различных направлений труб. Схема движения воды по водотрубному котлу приведена на рисунке.

Схема водотрубного котла: 1- подвод топлива, 2 — топка, 3 — трубы для движения воды; направление её движения обозначено цифрами 5,6 и 7, место входа воды — 13, место выхода воды — 11 и место слива — 12, 4 — зона, где вода начинает превращаться в пар, 19 — зона, где есть и пар, и вода, 18 — зона пара, 8 — перегородки, которые направляют движение воды, 9 — дымоход и 10 — дымовая труба, 14 — выход пара через сепаратор 15, 16 — наружная поверхность ёмкости для воды (барабан).

Газо- и водотрубные котлы: сравнение

Для сравнения газо- и водотрубных котлов приведём некоторые факты:

Размер труб для воды и пара: у газотрубных котлов трубы — больше, у водотрубных — меньше.
Мощность газотрубного котла ограничена давлением 1 МПа, и теплообразующей способностью — до 360 кВт. Это связано с большим размером труб. В них может образовываться значительное количество пара и высокое давление. Увеличение давления и количества образуемой теплоты требует значительного утолщения стенок. Цена такого котла с толстыми стенками будет неоправданно высока, экономически не выгодна.
Мощность водотрубного котла — выше, чем газотрубного. Здесь используются трубы небольшого диаметра. Поэтому давление и температура пара могут быть больше, чем в газотрубных агрегатах.

Топливо

Топливо — это основной ресурс, от которого во многом зависит стоимость эксплуатации котла

При выборе топлива необходимо принять во внимание доступность того или иного ресурса, его стоимость и стоимость обслуживания при долговременной эксплуатации

Электричество. Самый доступный ресурс, но самый дорогой. При выборе электрического парового кола необходимо понимать, что его стоимость самая низкая на рынке, но потребляемая энергия будет стоить раз в 4…7 дороже, чем природный газ, и в 2…4 раза дороже, чем дизельное топливо

Также необходимо принять во внимание, что получение пара — это очень энергозатратный процесс, и необходимо просчитать и понять, можете ли вы на производстве позволить себе это.

Твёрдое топливо (уголь, торф, пеллеты). Дешёвое топливо, но угольное хозяйство очень затратное в содержании и требует больших складских площадей

Автоматизированные котлы — также удовольствие не из дешёвых.

Мазут. Топливо достаточно дешёвое, но стоимость котельного оборудования и впоследствии содержание мазутного хозяйства перечёркивает все достоинства.

Сжиженный газ (пропан-бутан). Дорогое оборудование, стоимость Гкал сравнима с ДТ, но высок показатель и взрывоопасности. Единственный плюс — экологичность.

Дизельное топливо. Очень распространено по всей территории России. По стоимости топлива и стоимости обслуживания стоит на втором месте после природного газ, но при этом стоимость 1 Гкал выше примерно в 3…4 раза.

Природный газ. Самое дешёвое топливо на сегодняшний день, но не везде проведён магистральный газ. Хочется обратить внимание, что котлы дорогие, но преимущество этого вида оборудования в том, что дешёвое топливо достаточно быстро окупает затраты на покупку и обустройство новой котельной.