Паровой котел: типы, принцип работы и особенности эксплуатации

Схема подключения парового отопления

Предположим, что вы определились с выбором котла и труб, теперь важно сделать следующий шаг — подготовить схему подключения системы отопления в целом. Для облегчения сборки системы важно определить, где в ней будут размещены радиаторы, посчитать длину труб, продумать места расположения переходников, коллекторных распределителей и ответвлений

Словом, схему желательно в малейших деталях прорисовать на бумаге, указав все ее подробности. Эта мера убережет вас от ошибок при монтаже и лишних трат в будущем

Для облегчения сборки системы важно определить, где в ней будут размещены радиаторы, посчитать длину труб, продумать места расположения переходников, коллекторных распределителей и ответвлений. Словом, схему желательно в малейших деталях прорисовать на бумаге, указав все ее подробности

Эта мера убережет вас от ошибок при монтаже и лишних трат в будущем.

Обычно начинающие мастера, которые решают впервые собрать систему отопления для дома самостоятельно, забывают о некоторых мелочах. Это может быть малозначительный на первый взгляд тройник или муфта. Подобных упущений поможет избежать вышеупомянутая подробная схема.

Несколько слов о принципе работы системы парового отопления. В любой схеме котел служит источником тепла, а конвекторы, трубы, радиаторы являются отопительными приборами. Как это работает? Пар вырабатывается в редукционно-охладительной установке или паровой турбине, затем он трансформируется в конденсат, который возвращается в источник тепла самотеком либо при помощи насоса. Первый вариант — это замкнутая система отопления, второй — разомкнутая.

https://youtube.com/watch?v=T8E2vT5XY3A

Знающие люди говорят: «Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать». Когда речь идет о подключении системы парового отопления на 150 кв. м и больше, мы рекомендуем ознакомиться с видеороликами, которые подготовили опытные мастера. Благо, качественного контента на эту тему в интернете можно найти очень много.

Если говорить в двух словах, то, прежде чем монтировать систему парового отопления, важно тщательно подготовить поверхность в местах установки самого котла и радиаторов. Следующий шаг — это непосредственно монтаж всех «звеньев» отопительной сети с соблюдением норм безопасности, относящихся к энергоносителям и воде

Добавочные детали агрегата

В конструкцию парового котла входят не только топка и трубы (барабаны) для движения воды по замкнутому контуру и пара. Дополнительно применяются устройства, которые делают больше рабочую эффективность системы (поднимают температуру пара, его давление, кол-во):

1. Пароперегреватель — увеличивает температуру пара выше +100?C. Это со своей стороны увеличивает экономность и КПД работы машины. Температура перегретого пара достигает 500 ?C (так работают паровые котлы в атомных станциях). Пар дополнительно нагревается в трубах, в которые он поступает после испарения. Он при этом как правило имеет свою топочную камеру или быть вмонтирован в единый паровой котёл. Конструктивно отличают конвекционные и радиационные пароперегреватели. Радиационные конструкции греют пар в несколько раз крепче, чем конвекционные.
2. Паровой сепаратор — убирает из пара влажность и выполняет его сухим. Этим становится больше рабочую эффективность устройства, его КПД.
3. Паровой аккумулятор — устройство, которое забирает из системы пар, когда его много, и прибавляет его в систему, когда его недостаточно, мало.
4. Устройство для подготовки воды — уменьшает кол-во растворённого в водной массе кислорода (что предупреждает коррозию), убирает растворённые в водной массе минералы (химическими реагентами). Данные меры предупреждают загрязнение труб накипью, которая ухудшает отдачу тепла и образовывает условия для прогорания труб.

Плюс к этому, есть клапаны для слива конденсата, воздухоподогреватели, и в первую очередь — система проверки и управления. В неё входят включатель и выключатель горения, автоматизированные регуляторы водорасхода, топлива.

Изготовление парового котла своими руками

Паровой котел – устройство повышенной опасности в доме. Ведь в нем присутствует избыточное давление пара, которое может привести к взрыву котла, а также высокая температура и открытый огонь, которые могут привести к возникновению пожара.

Именно поэтому для кустарного изготовления котла в домашних условиях понадобятся:

• точные расчеты;
• высокотехнологичные жаропрочные материалы;
• различные инструменты и оборудование.

Предположим, чисто теоретически, что все, что нужно для самостоятельного изготовления парового котла у вас есть. Тогда порядок работ будет следующий:

1. Определитесь с габаритами будущего котла и его функциональной нагрузкой.
2. Найдите готовые чертежи такого устройства, которое полностью соответствует вашим исходным данным.
3. Тщательно изучите всю документацию и разберитесь в нюансах создания котла.
4. Приобретите необходимые расходные материалы: стальной лист толщиной 1 мм; трубы из нержавеющей стали, диаметр которых лежит в пределах от 100 мм до 120 мм; трубки из нержавеющей стали диаметром от 10 мм до 30 мм.
5. Из стальной трубы диаметром 100 мм необходимо нарезать двенадцать штук кусков трубы, которые будут использованы, как дымогарные. Из 120 мм трубы необходимо изготовить жаровую трубу. Длина всех трубок напрямую зависит от габаритов котла. Стальной лист вам пригодится для изготовления стенок и переборок.
6. Дымогарные и жаровые трубы вставляются в специальные отверстия соответствующего диаметра, которые выполняются на стенках котла.
7. После этого концы дымогарных трубок необходимо развальцевать и приварить к основанию котла, воспользовавшись аргоновой сваркой.
8. Сваркой же фиксируете на корпусе котла коллектор для забора пара и предохранительный клапан для автоматического сброса избыточного давления в котле. Ваш котел может работать с максимальным давлением от 4 до 6 кг/см2!
9. Утеплите готовый котел для увеличения его КПД с помощью асбеста листового типа.
10. Готовую установку по производству пара закрепите с помощью разнообразных хомутов.
11. Основанием парового котла может быть небольшой кусок стальной трубы диаметром 120 мм. Однако толщина стенок такой трубы должна быть не менее 2,5 мм.

В заключительной части хотелось бы уделить немного внимания особенностям эксплуатации котлов.

Котел своими руками, принцип устройства и расчет оборудования

Классификация паровых котлов

По прин­ци­пу ор­га­ни­за­ции дви­же­ния ра­бо­чей сре­ды раз­ли­ча­ют П. к. ба­ра­бан­ные, с ес­те­ст­вен­ной или мно­го­крат­но-при­ну­дит. цир­ку­ля­ци­ей, и пря­мо­точ­ные, с при­ну­дит. дви­же­ни­ем по все­му трак­ту (табл.). По па­ра­мет­рам те­п­ло­но­си­те­ля («вы­ход­но­му про­дук­ту») раз­де­ля­ют па­ро­вые (пред­на­зна­че­ны для про­из-ва па­ра) и во­до­грей­ные (для на­гре­ва во­ды под дав­ле­ни­ем в осн. для те­п­ло­снаб­же­ния гор. и рай­он­ных ко­тель­ных и ТЭЦ) кот­лы. По на­зна­че­нию – энер­ге­ти­че­ские (вы­ра­ба­ты­ва­ют пе­ре­гре­тый пар, ис­поль­зуе­мый в па­ро­вых тур­би­нах для вы­ра­бот­ки элек­трич. энер­гии); про­мыш­лен­ные (вы­ра­ба­ты­ва­ют на­сы­щен­ный пар для тех­но­ло­гич. нужд; напр., в хи­мич., де­ре­во­об­ра­ба­ты­ваю­щей пром-сти, в с. х-ве); ото­пи­тель­ные (про­из­во­дят пар или го­ря­чую во­ду), кот­лы-ути­ли­за­то­ры. По дав­ле­нию па­ра – док­ри­тич., кри­тич., сверх­кри­ти­че­ские. По ти­пу при­ме­няе­мо­го топ­ли­ва – га­зо­вые, жид­ко­то­п­лив­ные (ди­зель­ные), двух­то­п­лив­ные (га­зо­ма­зут­ные), на твёр­дом то­п­ли­ве (для пром. кот­лов, в осн. уголь). По спо­со­бу сжи­га­ния то­п­ли­ва – слое­вое, фа­кель­ное, в ки­пя­щем слое. По фа­зо­во­му со­стоя­нию вы­хо­дяще­го из топ­ки шла­ка – с твёр­дым и жид­ким шла­ко­уда­ле­ни­ем. По ви­ду га­зо­воз­душ­но­го трак­та – с ес­теств. тя­гой, с над­ду­вом.

Классификация паровых стационарных котлов
Тип котла	Давление пара, МПа	Температура перегретого пара, °С	Температура вторичного перегрева пара, °С	Номинальная паропроизводительность, т/ч
Барабанный котёл с естественной циркуляцией: промышленного назначения;	до 4	до 440	ДО 160
для электростанций	9,8-13,8	540-560	160-500
Барабанный котёл с промежуточным перегревом пара	13,8	545	545	670
Прямоточные котлы на сверхкритическое давление пара	25 и выше	545-650	545-580	950-3950

Как работает типичный паровой отопительный котел

В топочной камере образуется тепло. В дальнейшем оно поступает на поверхности подогрева. Существует 2 разновидности поверхностей обогрева: конвективные и радиационные.

В состав конвективных поверхностей входят следующие элементы:

• воздухоподогрева тели;
• экономайзеры;
• теплообменные устройства.

Перечисленное дополнительное оборудование нужно для увеличения эффективности котла, рационализации расхода горючего и снижения уровня тепловых потерь.

Важно, чтобы вода, используемая для работы котла, была исключительно чистой – примеси недопустимы. Поэтому перед подачей в котел жидкость обязательно очищается от газов и разного рода примесей, становясь в итоге питательной. Очищенная жидкость направляется в экономайзер

В этом ей помогает специальный насос. В экономайзере осуществляется подогрев жидкого теплоносителя под воздействием газов. Далее жидкость переходит в верхнее отделение барабанного отсека. Здесь котловая вода перемешивается с питательной жидкостью

Очищенная жидкость направляется в экономайзер. В этом ей помогает специальный насос. В экономайзере осуществляется подогрев жидкого теплоносителя под воздействием газов. Далее жидкость переходит в верхнее отделение барабанного отсека. Здесь котловая вода перемешивается с питательной жидкостью.

Некоторый объем воды переходит из верхнего отделения барабанного отсека в его нижнее отделение. Движение воды происходит по кипятильным трубкам.

Вверху парового котла газы имеют меньшую температуру, которая постепенно увеличивается по мере приближения к нижнему отсеку агрегата.

Вода подогревается и в совокупности со смесью пара с водой направляется в верхнюю камеру барабана.

Вторая же часть жидкости из верхнего барабанного отсека уходит на перераспределени е. Осуществляется нагрев котловой воды. Создающиеся пузырьки пара идут в верхнее отделение барабанного отсека.

В верхней камере барабана за счет сепаратора происходит практически полное разделение смеси жидкости и пара. В результате создается насыщенный пар, что способствует дополнительному увеличению полезного действия котла. Именно этот насыщенный пар и используется конечным потребителем.

С целью увеличения эффективности котлов их работа организована так, что в верхней камере барабанного отсека уровень «низшей» и «высшей» воды колеблется. Между упомянутыми уровнями жидкости имеется резервный запас воды, предназначенный для поддержания работы отопительного агрегата в случае прекращения поступления жидкости в систему.

Допустимый «высший» уровень жидкости в барабанном отсеке определяется с расчетом на то, чтобы вода не попадала в пароперегревател ь.

Максимально допустимый «низший» уровень жидкости в барабане рассчитывают так, чтобы не допустить перегревания верхнего отделения барабана, а также кипятильного пучка

Важно, чтобы вода заходила в опускные трубки в стабильном объеме

Для дополнительного увеличения эффективности конструкция оснащается воздухоподогрева телем.

Жидкость в системе может циркулировать принудительно и естественно. В основе естественного движения лежит разность плотности жидкости и создающегося пара. Смесь воды с паром в подъемных трубках имеет меньшую плотность, чем аналогичный состав в опускных трубках. Однако показатель давления и значение температуры остаются одинаковыми по всей трубке. В итоге пар, по своей природе являющийся газом, устремляется кверху.

Принудительная же циркуляция обеспечивается специальным насосным оборудованием.

Обслуживание

Ремонт и обслуживание паровых котельных выполняется в соответствии с законодательными нормами и рекомендациями заводов-изготовителей промышленных паровых котлов, строго по отраслевым и производственным инструкцияма, а также согласно правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.

Техобслуживание ПК в общем случае включает следующие виды работ:

1. Плановые осмотры работоспособности котельного оборудования, по графику.
2. Определение нарушений работы котла: перегревы, возгорания, засорения.
3. Устранение нарушений правил пожарной безопасностм и условий препятствующих безопасной эксплуатации.
4. Проверка целостности парогазовых систем с последующим устранением неисправностей в арматуре.
5. Проверка питательной системы котлоагрегата.
6. Проверка плотности газовоздушного тракта и отсутствие несистемных шумов в топке.
7. Профосмотр и проверка вспомогательного оборудования.
8. Проверка работы КИП и А, дифманометров, систем безопасности и аварийной сигнализации.
9. Контроль за работой насосов, дымососов, вентиляторов и проверка их блоков управления.
10. Проверка работы электрооборудования и автоматики защиты.
11. Проверка работы гарнитуры котла.
12. Проверка работы водоподготовительных устройств и деаэратора паровой котельной.

Российский рынок имеет достаточно предложений, как от отечественных, так и от зарубежных производителей современных паровых котлов, выбор определяется техническим заданием на проектирование, чтобы специалисты смогли подобрать оптимальные варианты оборудования.

Автоматизация процессов код

Котлоагрегат представляет технически сложное устройство. Как многомерный объект он содержит в себе множество систем регулирования. Множество технологических параметров необходимо поддерживать для надежной и экономичной работы котла. Такими основными параметрами являются:

• Система тепловой нагрузки котлоагрегата:
  • процесс горения в топке;
  • подачу воздуха в топку котла;
  • разрежение в топке;
• Система регулирования температуры перегретого пара;
• Система регулирования питания котлоагрегата.

Система регулирования питания котлоагрегата | код

Регулирование питания паровых котлов осуществляется следующими образом. Принято, что максимально допустимые отклонения уровня воды барабане ±100 мм от среднего значения. Снижение уровня может привести к нарушениям питания и охлаждения водоподъемных труб. Повышения уровня может привести к снижению эффективности внутрибарабанных устройств. Перепитка барабана и заброс частиц воды в турбину может явиться причиной тяжелых механических повреждений ее ротора и лопаток.

Трёхимпульсная САР питания водой барабанного парогенератора

Схемы регулирования. Исходя из требований к регулированию уровня воды в барабане, автоматический регулятор должен обеспечить постоянство среднего уровня независимо от нагрузки котла и других возмущающих воздействий.В переходных режимах изменение уровня может происходить довольно быстро, поэтому регулятор питания для обеспечения малых отклонений уровня должен поддержать постоянство соотношения расходов питательной воды и пара. Эту задачу выполняет трёхимпульсный регулятор.

Регулятор перемещает клапан при появлении сигнала дисбаланса между расходами питательной воды Дпв и пара Дпп. Кроме того, он воздействует на положение питательного клапана при отклонениях уровня от заданного значения. Такая САР питания, совмещающая принципы регулирования по отклонению и возмущению, получила наибольшее распространение на мощных барабанных котлах.

Регулирование водного режима котлоагрегата | код

Регулирование водного режима барабанного парового котла

Химический состав воды, циркулирующей в барабанных котлах, оказывает существенное влияние на длительность их безостановочной и безремонтной компаний. К основным показателям качества котловой воды относятся общее солесодержание и избыток концентрации фосфатов. Поддержание общего солесодержания котловой воды в пределах нормы осуществляется с помощью непрерывной и периодической продувок из барабана в специальные расширители. Потери котловой воды с продувкой выполняются питательной водой в количестве, определяемом уровнем воды в барабане. Регулирование непрерывной продувки осуществляется путем воздействия регулятора на регулирующий клапан на линии продувки. Помимо корректирующего сигнала по солесодержанию, на вход ПИ- регулятор 2 поступает сигнал по расходу продувочной воды Дпр и сигнал по расходу пара Дпп. Сигнал по расходу пара поступает на расходомер 3, электромеханический интегратор которого используется в качестве импульсатора, воздействующего через пусковое устройство 4 на включение и отключение плунжерного фосфатного насоса 6.

Виды отопительных систем

Системы парового отопления по своим особенностям делятся на закрытые и открытые, однотрубные и двухтрубные.

Открытая и закрытая

Открытая система парового отопления отличается от закрытой принципом действия.

В открытой системе циркуляция воды происходит за счет естественных термодинамических процессов: нагретая в отопительном котле вода создает «давление», которое направляет горячую воду по системе.

Фото 2. Схема открытой системы парового отопления. Здесь жидкость и пар движутся за счёт естественных процессов.

Дойдя до самой верхней точки, вода попадает в открытый расширительный бак, который обычно устанавливают на чердаке, остывает и по обратной линии возвращается в отопительный котел.

В закрытой системе происходит принудительная циркуляция воды. Нагретая в герметично закрытом отопительном баке вода при помощи циркуляционного насоса под заданным давлением движется по системе, попадая в итоге в расширительный бак, состоящий из 2 завальцованных между собой половинок: в одну половинку попадает вода, а в другой находится, закачанный производителем, азот, предназначенный для охлаждения поступающей в расширительный бак воды.

Отличия по принципу действия нашли своё отражение в схемах открытой и закрытой отопительных систем:

В открытой системе отопительный котел устанавливается в самой нижней точке системы, затем вода по толстым трубам с минимальным количеством поворотов и соединений «доставляется» к радиаторам в отапливаемых помещениях и к расширительному баку, после чего возвращается к котлу по трубам обратного хода. Учитывая естественный процесс испарения воды из открытой ёмкости котла, место установки котла привязывается к источнику возможного пополнения испарившейся воды.

В закрытой системе помимо отопительного котла, труб подачи воды к радиаторам, расширительного бака, трубы обратного слива, есть еще и циркуляционный насос, который и создает давление воды в системе. Но в отличие от открытой системы место размещения отопительного котла и расширительного бака принципиального значения не имеет.

Главное — это последовательность цикличного хода движения воды.

С учётом того, что вода подаётся под постоянным давлением, используются трубы относительно небольшого диаметра с любым количеством изгибов и соединений.

Каждый делает выбор системы самостоятельно, но специалисты рекомендуют устанавливать открытую систему только в небольших одноэтажных помещениях (в основном на дачах). А вот в просторных и многоэтажных домах лучше присмотреться к варианту установки отопительной системы закрытого типа.

Принцип действия

В однотрубной системе пар из отопительного котла поднимается на самую верхнюю точку отопительной системы по магистральной трубе, а затем по нисходящей проходит последовательно через все элементы (радиаторы) системы.

В двухтрубном варианте теплоноситель циркулирует по двум магистралям:

• по одной трубе пар из котла подается в радиаторы;
• по другой трубе конденсат возвращается в котел.

Схемы разводки

При вертикальной схеме магистральный (ые) стояк (и) установлен (ы) вертикально, а при горизонтальной — горизонтально.

При двухтрубной разводке появляется возможность подключать на одном уровне одного магистрального стояка сразу несколько «полуавтономных» подсетей.

Различия и виды парового оборудования

Агрегаты, предназначенные для генерирования пара, представлены следующими основными разновидностями:

• паровое котловое оборудование для энергетического использования в условиях электрических станций и турбин;
• промышленное котловое оборудование, предназначенное для производственной выработки пара;
• паровые котлы, используемые для отопления, работы прачечных, а также применяемые в эксплуатации установок для дезинфекции;
• утилизационное котловое оборудование, производящее пар посредством теплового отбора от дымовых газов, которые образуются в металлургической и химической промышленности.

Паровой котел промышленного типа

Котловые агрегаты парового типа значительно отличаются от водогрейного оборудования, что обусловлено нагревом воды с доведением её до парообразного состояния.

Предпочтение следует отдавать безопасному в эксплуатации современному оборудованию, конструкция которых характеризуется максимально быстрым парообразованием в малых объемах, без аккумуляции пара — внутри системы.

Барабанная схема

Барабанный котел характеризуется перемещением воды посредством экономайзера, с последующей подачей жидкости в барабанное устройство, расположенное в верхней части агрегата. Сила тяжести в устройствах с естественной циркуляцией позволяет воде попадать в не обогретую трубную систему, после чего жидкость перемещается внутрь обогреваемых труб, где образуется пар. Низкая плотность пароводяной смеси способствует её забросу через экранные трубы в барабанное устройство, где происходит разделение на воду и пар.

Схема барабанного котла

Жидкость естественным образом поступает в опускной трубопровод, а насыщенный пар переходит в паровой перегреватель. Котлы, имеющие естественную циркуляцию, отличаются кратностью водяной циркуляции в пределах 5-30 раз. Котловое оборудование с циркуляцией принудительного типа оснащается насосным устройством, создающим напор. Показатели кратности такого циркуляционного контура составляет 3-10 раз.

Котел барабанного типа функционирует при давлении, показатели которого ниже критического уровня, поэтому такое оборудование относится к категории агрегатов, обладающие высоким коэффициентом полезного действия.

Прямоточная схема

В таком типе оборудования присутствует принудительное и однократное движение по замкнутому контуру, в процессе чего, вода становится перегретой паром.

Процесс парового образования останавливается в зоне перехода.

Пароводяная смесь, находящаяся внутри испарительного трубопровода, доставляется в паровой перегреватель.

Прямоточные котлы оснащаются паровым прогревателем промежуточного типа, нужным для вторичного нагревания пара, который поступает из турбины и туда же возвращается. Также особенностью любой разомкнутой гидросистемы, является сохранение работоспособности на докритическом давлении и сверхкритических показателях.

Преимущества представлены отсутствием необходимости монтировать тяжелые коллекторные установки, произвольной компоновкой нагревательных поверхностей, повышенными допустимыми тепловыми нагрузками и высоким КПД, а также максимально эффективной эксплуатацией при незначительном уровне теплоаккумулирующих возможностей.

Конструкционные особенности прямоточного котельного оборудования требуют максимально точного соответствия таких показателей, как выработка пара и топливная подача.

Влияние сажи и накипи в процессе эксплуатации

Если на поверхности отопительного оборудования образуется слой сажи, ее низкая теплопроводность значительно затруднит передачу теплоты от производимых газов к стенкам отопительного устройства.

Это автоматически приведет к перерасходу топливной массы, к значительному снижению выработки пара, а также горячей воды.

Наличие накипи на стенках при относительно небольшой теплопроводности в значительной степени может уменьшить передачу теплоты от стенки устройства к воде.

Что такое паровой котёл КП, вы можете узнать тут.

Как результат, его стенки достаточно сильно могут перегреться, в некоторых случаях они разрываются, тем самым вызывая аварии котельных устройств.

На основании этого можно сделать вывод, что максимально эффективная работа котла может быть произведена исключительно при регулярной чистке подобного оборудования.

Образования накипи можно избежать только посредством установки специального грязевого фильтра, а также достаточно частых продувок основных элементов оборудования через воздушные штуцера.

Данный метод будет малодейственным в том случае, если работа оборудования будет осуществляться с использованием жесткой воды. Это говорит о том, что на качестве используемой воды экономить не стоит.

Процесс предварительной водоподготовки поможет увеличить общий срок службы устройства, а также всей тепловой системы.

При этом, в процессе всего срока эксплуатации у водогрейного котла сохранятся достаточно высокие показатели коэффициента полезного действия. Кроме того, это идеальная возможность сэкономить количество расходуемого топлива.

Об устройстве котла на отработанном масле, читайте здесь.

Приобретение водогрейного котла от проверенного производителя гарантирует, что установленные в конструкции насосы обеспечат идеальные скоростные режимы теплоносителя. Также полностью исключается возможность образования накипи, сильного перегрева поверхности, соответственно, предотвращается выход системы из строя.