Паровой котел – определение, принцип работы, типы, преимущества, области применения

Давайте рассмотрим основы котла или паровой котельной. Что вы подразумеваете под паровым котлом? Как следует из названия, ясно, что это оборудование, которое используется для кипячения воды с образованием пара.

Обычно вырабатывается пар, поэтому его называют паровым котлом!

Например, чтобы понять основы, возьмите закрытую емкость с небольшим количеством воды. Что произойдет, если вы его вскипятите?

  • Вода будет нагреваться
  • Образуется пар
  • Постепенное увеличение давления
  • Предохранительный клапан будет открыт

Следовательно, понятно, что если мы вскипятим воду, то получится пар высокого давления. В настоящее время этот пар используется на многих промышленных предприятиях, таких как тепловые электростанции, атомные электростанции и т.д. Для производства электроэнергии. Следовательно, паровой котел является неотъемлемой частью многих отраслей промышленности. Подробнее об устройстве и области применения паровых котлов читайте на странице https://elektroportal.ru/news/139329 специализированного сайта.

Определение парового котла

Паровой котел — это устройство для выработки электроэнергии, которое вырабатывает пар путем подачи тепловой энергии в воду. Он имеет форму закрытого резервуара из стали, в котором происходит сгорание топлива с получением тепловой энергии. Его также называют парогенератором.

Паровой котел является важной частью тепловой энергетической установки, поэтому для нас важно иметь знания о паровом котле.

История паровых котлов

Изобретение парового котла началось в конце 1700-х годов с простого котла чайникового типа.

  • Он использовался для производства пара, отличного от любых промышленных применений.
  • Для производства тепла имелась топочная камера, а на коробке хранился один чайник для воды.
  • За счет тепла от топки нагревалась вода и вырабатывался пар.
  • Он был очень маленьким и разжигался только вручную.
  • Небольшая тепловая мощность, а также небольшой выход пара.

В 1967 году котел получил дальнейшее развитие для промышленности. В основном Г. Бэбкок и С. Уилкокс были основателями промышленных котлов, вырабатывающих пар.

В 1679 году Дени Папен усовершенствовал паровой котел с предохранительным клапаном и начал использовать его во многих отраслях промышленности.

В 1891 году Stirling Boiler Company начала производить котлы и стимулировать различные отрасли промышленности с применением паровых котлов.

В 1907 году компании Stirling Boiler Company и Babcock & Wilcox Company объединились и начали производить котлы наилучшего качества, изготовленные по индивидуальному заказу, различной мощности.

Основные части парового котла

Паровой котел представляет собой сложную комбинацию,

  • Оболочка,
  • Топка,
  • Крепления котла,
  • Аксессуары,
  • Обогрев помещения,
  • Решетка,
  • Водное пространство и
  • Паровое пространство.

Давайте попробуем разобраться в каждой из частей котла, чтобы составить общее представление.

Оболочка

Корпус котла представляет собой полый цилиндрический корпус, изготовленный из стали. Теплопередача и парообразование будут происходить в этой части. Концы корпуса закрыты торцевыми пластинами.

Топка

Здесь происходит сгорание топлива для получения тепловой энергии. Горелка создает горение в этой камере путем сжигания различных видов топлива. Он расположен над колосниковой решеткой и под кожухом.

Крепления котла

Это фитинги и устройства для надлежащего функционирования и безопасности котла (манометр, предохранительный клапан, запорный клапан и т.д.)

Аксессуары

Это встроенные устройства, устанавливаемые на котле для повышения его эффективности (пароперегреватель, воздухоподогреватель, экономайзер и т.д.)

Решетка

Это помещение, в котором сжигается топливо. Он построен из нескольких чугунных стержней, которые используются для поддержания размещенного на нем топлива.

Обогрев помещения

Это пространство подвергается воздействию горячих газов с одной стороны и воды с другой.

Водяное пространство и паровое пространство

Эти две области являются частью корпуса. Водное пространство — это объем, занимаемый водой в корпусе, а паровое пространство — это область, где пар собирается внутри корпуса котла.

Как работает паровой котел?

Это очень распространенный вопрос о том, как работает паровой котел? Давайте попробуем разобраться самым простым способом,

Основы принципа работы

Вода легкодоступна, и это самая дешевая жидкость, с которой легко обращаться. Когда мы говорим о тепловой энергии, вода становится первым выбором.

Обычно мы не понимаем, какая энергия содержится в воде, но если вы преобразуете воду в пар, он может легко получить представление!

Возьмите,

  • Объем воды = V
  • Теперь, если вы приготовите его на пару, его объем достигнет приблизительно 1600 x V

Это означает, что из воды можно вырабатывать огромную энергию.

Процесс работы парового котла

Давайте рассмотрим рабочий процесс парового котла шаг за шагом,

  • Подача воды в корпус котла под рабочим давлением.
  • Топливо сжигается в печи и образуются горячие газы.
  • Эти горячие газы вступают в контакт с водяным пространством.
  • Теплопередача происходит от горячих газов к воде в кожухе.
  • Вода нагревается и превращается в пар.
  • Пар собирается в паровом отделении для дальнейшего использования.
  • Этот пар может использоваться для производства электроэнергии, кондиционирования воздуха и для выполнения любого промышленного процесса.

Типы паровых котлов

Мы можем классифицировать паровые котлы на различные типы в зависимости от их использования.

Факторы, по которым котел может быть классифицирован, следующие;

  • В зависимости от содержимого трубы
  • Способ циркуляции
  • Количество стволов
  • Источник тепла
  • Давление
  • Ось корпуса
  • Расположение топки
  • Мобильность

В зависимости от содержимого трубы

Труба котла будет содержать либо воду, либо дымовые газы. Таким образом, существует два типа котлов в зависимости от содержания труб.

  • Водотрубный котел
  • Жаротрубный котел

Водотрубный котел

Как следует из названия, труба состоит из воды, в основном, водотрубный котел означает, что вода содержится внутри труб.

  • Трубы окружены пламенем и дымовыми газами снаружи.
  • Передача тепла происходит от дымовых газов к трубам, заполненным водой, через стенки труб.
  • Они полезны в мощных энергетических установках, где требуется большое количество пара и высокое давление.
  • Пар может легко вырабатываться за счет увеличения площади поверхности через большое количество трубок.
  • Они очень распространены и используются при больших потребностях в электроэнергии.
  • Этот тип котлов имеет высокую скорость теплопередачи, что приводит к более высокому КПД.
  • Вначале их называют невзрывоопасными котлами, поскольку они решают проблему взрыва котла в то время.
  • Котлы этого типа работают в диапазоне давления от 12 до 100 бар и паропроизводительностью от 0,63 до 63 кг/с.
  • Водотрубный котел обладает преимуществом безопасности, быстрой передачи тепла и быстрой реакции для удовлетворения потребности в паре.
  • С другой стороны, он имеет более высокую первоначальную стоимость, большие габариты и более сложный в эксплуатации по сравнению с жаротрубным котлом.
  • Примерами водотрубных котлов являются котлы Бэбкока и Уилкокса, Бенсона, Стирлинга и др.

Жаротрубный котел

Жаротрубный котел, как следует из названия, труба состоит из огня. В основном, в жаротрубных котлах огонь содержится внутри труб.

Их также называют дымоходными котлами.

  • Трубы погружены в воду внутри корпуса.
  • Тепло передается от горячих труб к окружающей воде через стенки труб.
  • Они полезны в небольших энергетических установках, где потребляемое количество пара и давление невелики.
  • Они используются при небольших потребностях в электроэнергии.
  • Этот тип котлов имеет более низкий КПД.
  • У них есть проблема с взрывами, поскольку трубы содержат горячие газы при высоких температурах и давлении.
  • Котлы этого типа работают при максимальном давлении 17,5 бар и паропроизводительности до 10 кг/сек.
  • Преимуществом жаротрубного котла является более низкая первоначальная стоимость, компактная конструкция и простота эксплуатации.
  • С другой стороны, они сопряжены с риском взрыва, большим объемом воды, приводящим к плохой циркуляции, а также требуется больше времени, чтобы пар достиг желаемого давления.
  • Примерами жаротрубных котлов являются котлы Scotch marine, Cochran, Lancashire и locomotive и др.

В зависимости от способа циркуляции

Мы имеем дело с двумя типами паровых котлов, основанных на циркуляции воды. Это;

  • Природный котел
  • Котел с принудительным охлаждением

Природный котел:

В сосуде присутствует вода, если мы нагреваем ее, плотность нижней части уменьшается по сравнению с плотностью верхней части.

  • Менее плотная вода снизу будет подниматься наверх, это будет продолжаться до тех пор, пока температура всей воды не станет одинаковой.
  • Этот метод циркуляции воды представляет собой свободную циркуляцию, и он применяется в естественном котле.

В естественном котле можно предотвратить неравномерное расширение частей котла, поскольку у нас везде одинаковая температура в котле. Также можно свести к минимуму перегрев пластин котла.

Примеры;

  • Котел Бэбкока и Уилкокса
  • Ланкаширский котел

Котел с принудительным охлаждением

В котлах этого типа насосы используются для поддержания непрерывного потока воды. Центробежный насос создает давление для циркуляции воды. Принудительные котлы — это котлы высокого давления и большой мощности.

  • Он обладает более высокой скоростью теплопередачи; простое управление колебательной нагрузкой и быстрое парообразование.
  • Мы можем уменьшить размер и вес котла, используя принудительную циркуляцию воды.

В зависимости от количества используемых труб

В зависимости от количества труб у нас есть два типа котлов;

Однотрубный котел

Как следует из названия, однотрубный котел содержит только одну жаротрубу или водяную трубу. Котел Cornish — это однотрубный котел.

Многотрубный котел

Этот котел имеет несколько труб для отвода дымовых газов или воды. Примером многотрубного котла является котел Cochran.

В зависимости от используемого источника тепла

У нас есть следующие типы котлов в зависимости от используемого топлива;

  • Работающий на твердом топливе (котел Бэбкока и Уилкокса)
  • Котел Volex, работающий на жидком топливе)
  • Котел, работающий на газовом топливе (котел Бэбкока и Уилкокса)
  • Работающий на ядерной энергии (используется на атомных электростанциях)
  • Электрический котел (использование электродов внутри корпуса котла)

В зависимости от давления

Существует три типа котлов в зависимости от давления.

Котел низкого давления

Работает при давлении в диапазоне 15-20 бар. Используется для технологического отопления.

Котел среднего давления

Работает в диапазоне давлений от 20 до 80 бар. Используется для выработки электроэнергии и технологического отопления.

Котел высокого давления

Работает при давлении выше 80 бар. Котел Loeffler — это котел высокого давления.

В зависимости от оси корпуса

Исходя из этого, существуют два типа паровых котлов;

Горизонтальный котел

Ось корпуса здесь горизонтальна; примером может служить котел Lancashire.

Вертикальный котел

Ось корпуса здесь вертикальная; примером может служить котел Cochran.

В зависимости от расположения топки

В соответствии с этим фактором, типы котлов являются;

Котел внутреннего сгорания:

  • Топка находится внутри корпуса котла.
  • Многие жаротрубные котлы являются котлами внутреннего сгорания.
  • Примерами могут служить котлы Стирлинга, Бэбкока и Уилкокса.

Котел с внешним нагревом:

  • Топка расположена снаружи корпуса котла.
  • В этом котле топка размещена под кирпичной кладкой.
  • Водотрубные котлы всегда являются котлами с внешним нагревом.
  • Примерами могут служить котлы Cochran, Lancashire.

В зависимости от мобильности

Исходя из мобильности, котлы бывают следующих типов;

  • Стационарный котел
  • Портативный котел

Стационарный котел

Этот тип котла стационарный, используется в отраслях промышленности (сахарной, химической, текстильной и т.д.) для технологического процесса и выработки тепловой энергии. Примеры;

  • Котел Бэбкока и Уилкокса
  • Ланкашир

Портативный котел

Этот котел можно перемещать с одного на другой. Примерами являются локомотивные и судовые котлы.

Преимущества парового котла

  • Пар вырабатывается для использования в различных полезных целях.
  • Мы можем запускать турбину или двигатель в сочетании с паровым котлом.
  • Гибкость в проектировании и эксплуатации котла в соответствии с нашими потребностями.
  • Может использоваться любой тип дымохода.
  • Затраты на строительство могут быть легко сведены к минимуму.