Паровой котёл — устройство, которое используется в быту и промышленности. Оно предназначено для превращения воды в пар. Полученный пар в дальнейшем применяют для обогрева жилья или вращения турбомашин. Какие бывают паровые машины и где они наиболее востребованы?

Паровой котёл — агрегат для производства пара. При этом устройство может давать 2 вида пара: насыщенный и перегретый. Насыщенный пар имеет температуру 100ºC и давление 100 кПа. Перегретый пар отличается повышенной температурой (до 500ºC) и высоким давлением (больше 26 МПа).

Примечание: Насыщенный пар используют в отоплении частных домов, перегретый — в промышленности и энергетике. Он лучше переносит тепло, поэтому использование перегретого пара повышает КПД работы установки.

Где используются паровые котлы:

1. В отопительной системе — пар является энергоносителем.
2. В энергетике — используются промышленные паровые машины (парогенераторы) для получения электроэнергии.
3. В промышленности — перегретый пар может быть использован для преобразования в механическое движение и перемещения транспортных средств.

Паровые котлы: сфера применения

Бытовые паровые устройства используются в качестве источника тепла для отопления дома. Они подогревают ёмкость с водой и гонят образовавшийся пар в трубы отопления. Часто такую систему обустраивают вместе с угольной стационарной печью или котлом. Как правило, бытовые приборы для отопления паром создают только насыщенный, неперегретый пар.

Для промышленного применения пар перегревают. Его продолжают греть после испарения, чтобы ещё больше поднять температуру. Такие установки требуют качественного исполнения, чтобы предупредить взрыв паровой ёмкости.

Перегретый пар из котла может расходоваться на образование электричества или механическое движение. Как это происходит? После испарения пар попадает в паровую турбину. Здесь поток пара вращает вал. Это вращение в дальнейшем перерабатывается в электричество. Так получают электрическую энергию в турбинах электростанций — при вращении вала турбомашин образуется электрический ток.

Кроме образования электрического тока, вращение вала может передаваться непосредственно на двигатель и на колёса. В результате чего паровой транспорт приходит в движение. Известный пример паровой машины — паровоз. В нём при сжигании угля нагревалась вода, образовывался насыщенный пар, который вращал вал двигателя и колёса.

Принцип работы парового котла

Источником тепла для нагрева воды в паровом котле может быть любой вид энергии: солнечная, геотермальная, электрическая, тепло от сгорания твёрдого топлива или газа. Образующийся пар является теплоносителем, он переносит тепло сгорания топлива к месту его применения.

В различных конструкциях паровых котлов используется общая схема подогрева воды и её превращения в пар:

• Вода очищается и подаётся в резервуар с помощью электронасоса. Как правило, резервуар расположен в верхней части котла.
• Из резервуара по трубам вода стекает вниз в коллектор.
• Из коллектора вода поднимается снова вверх через зону нагрева (горения топлива).
• Внутри водной трубы образуется пар, который под действием разницы давлений между жидкостью и газом поднимается вверх.
• Вверху пар проходит через сепаратор. Здесь он отделяется от воды, остатки которой возвращаются в резервуар. Дальше пар поступает в паропровод.
• Если это не простой паровой котёл, а парогенератор, то его трубы вторично проходят через зону горения и нагрева.

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 .

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.

Классификация паровых котлов

Паровые котлы классифицируют по нескольким признакам. По виду топлива, на котором они работают:

• газовые;
• угольные;
• мазутные;
• электрические.

По предназначению:

• бытовые;
• промышленные;
• энергетические;
• утилизационные.

По конструктивным особенностям:

• газотрубные;
• водотрубные.

Давайте рассмотрим, чем отличается конструкция газотрубных и водотрубных машин.

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:

1. Размер труб для воды и пара: у газотрубных котлов трубы — больше, у водотрубных — меньше.
2. 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.
3. Мощность водотрубного котла — выше, чем газотрубного. Здесь используются трубы небольшого диаметра. Поэтому давление и температура пара могут быть больше, чем в газотрубных агрегатах.

Примечание: Водотрубные котлы безопаснее, мощнее, производят высокую температуру и допускают значительные перегрузки. Это даёт им преимущество перед газотрубными агрегатами.

Дополнительные элементы агрегата

В конструкцию парового котла могут входить не только топочная камера и трубы (барабаны) для циркуляции воды и пара. Дополнительно используются устройства, которые увеличивают эффективность работы системы (поднимают температуру пара, его давление, количество):

1. Пароперегреватель — повышает температуру пара выше +100ºC. Это в свою очередь повышает экономичность и КПД работы машины. Температура перегретого пара может достигать 500 ºC (так работают паровые котлы в атомных станциях). Пар дополнительно нагревается в трубах, в которые он поступает после испарения. При этом он может иметь собственную топочную камеру или быть встроен в общий паровой котёл. Конструктивно различают конвекционные и радиационные пароперегреватели. Радиационные конструкции нагревают пар в 2-3 раза сильнее, чем конвекционные.
2. Сепаратор пара — удаляет из пара влагу и делает его сухим. Этим увеличивается эффективность работы устройства, его КПД.
3. Паровой аккумулятор — устройство, которое отбирает из системы пар, когда его много, и добавляет его в систему, когда его недостаточно, мало.
4. Устройство для подготовки воды — снижает количество растворённого в воде кислорода (что предупреждает коррозию), убирает растворённые в воде минералы (химическими реагентами). Эти меры предупреждают засорение труб накипью, которая ухудшает теплоотдачу и формирует условия для прогорания труб.

Кроме того, есть клапаны для слива конденсата, воздухоподогреватели, и обязательно — система контроля и управления. В неё входят включатель и выключатель горения, автоматические регуляторы расхода воды, топлива.

Парогенератор: мощная паровая машина

Парогенератор — это паровой котёл, который снабжён несколькими дополнительными устройствами. В его конструкцию входят один или несколько промежуточных пароперегревателей, которые увеличивают мощность его работы в десятки раз. Где используются мощные паровые машины?

Главное применение парогенераторы нашли в атомных электростанциях. Здесь с помощью пара энергия распада атома преобразуется в электричество. Опишем два способа подогрева воды и образования пара в реакторе:

1. Вода омывает корпус реактора снаружи, при этом она нагревается сама и охлаждает реактор. Таким образом, образование пара происходит в отдельном контуре (вода нагревается о стенки реактора и передаёт тепло в испарительный контур). В такой конструкции используется парогенератор — он выполняет роль теплообменника.
2. Трубы для нагрева воды проходят внутри реактора. При подаче труб в реактор он становится топочной камерой, а пар передаётся непосредственно в электрогенератор. Такая конструкция получила название кипящего реактора. Здесь парогенератор не нужен.

Промышленные паровые агрегаты — мощные машины, которые обеспечивают людей электричеством. Бытовые агрегаты — также работают на службе человека. Паровые котлы позволяют обогревать дом и выполнять различную работу, а также дают львиную долю электрической энергии для металлургических заводов. Паровые котлы — основа промышленности.

На современном рынке представлены самые разнообразные модели отопительных котлов. Принципиальная разница между различными моделями — энергоноситель, который обеспечивает их работу. Это может быть газ, электричество, твердое топливо, жидкое топливо или их комбинации.

Однако устройство различных моделей очень сходно, отличаются только некоторые специфические нюансы.

Котел отопления — это ключевой элемент отопительной системы. Он может использоваться и для обеспечения горячего водоснабжения в доме. В зависимости от функциональности, он может быть одноконтурным или двух контурным. Первые предназначены исключительно для отопления, вторые — для отопления и подогрева воды.

Одноконтурные и двухконтурные отопительные приборы

В устройство одноконтурного прибора включен только контур с теплоносителем, который обеспечивает прогрев радиаторов в системе отопления. В качестве теплоносителя может выступать вода или антифриз. Чтобы обеспечить горячее водоснабжение, необходимо подключить к одноконтурному прибору специальный бойлер.

Если у вас установлен двухконтурный котел, то монтаж и подключение дополнительного бойлера вам не потребуются. Один из них обеспечит нагрев теплоносителя системы отопления, а второй — воды, которая будет подаваться в трубопровод горячего водоснабжения.

В большинстве случаев в качестве энергоносителя для отопительного котла используется газ. Популярность этого вида топлива связана с его относительной доступностью и невысокой стоимостью. Некоторые модели оборудования, работающего на газе, оснащены закрытой камерой сгорания. В таком случае для горения газа не будет использоваться воздух помещения. Такое устройство позволяет устанавливать оборудование в любом помещении дома, оборудование специальной отдельной котельной для этого вам не потребуется.

Вернуться к оглавлению

Основные и вспомогательные элементы конструкции котла

Распределение топлива может выполняться через специальный коллектор, а в целях безопасности прибор оснащается системой контроля пламени. Это позволяет предотвратить возникновение пожара или взрыва газа. Конструкция котла отопления включает в себя горелку со специальными стержнями для теплоотвода. Если речь идет не о газовом оборудовании, то на месте горелки располагается топка или нагревательный элемент, в зависимости от используемого энергоносителя. Корпус оснащен эффективным теплоизоляционным слоем, который позволяет использовать тепло с максимальной пользой.

Обязательно включает в себя такие элементы:

• система регулировки работы, включающая в себя индикатор давления и распределительные краны, позволяющие равномерно распределить подачу согретого теплоносителя как к приближенным к котлу радиаторам, так и к самым отдаленным;
• топка, горелка или пьезозажигалка;
• спираль, по которой движется теплоноситель;
• трансформатор розжига;
• главный выключатель.

Помимо приборов регулирования и нагревательных элементов, устройство отопительного оборудования включает в себя расширительный бак и циркуляционный насос. Первый предназначен для принятия теплоносителя, который увеличится в объеме после нагревания. Второй обеспечивает движение теплоносителя по системе.

Интересная конструкция у комбинированных приборов. Например, если котел может работать на газе и на дизеле, то для смены рабочего топлива достаточно выполнить замену головки. Комбинированные котлы уместны в том случае, если вы планируете в будущем переоборудовать отопительную систему и сменить основной вид используемого топлива. В таком случае вам не придется выполнять замену оборудования.

Современные отопительные приборы оснащены приборной панелью, которая позволяет без труда следить за исправностью работы прибора. Даже котлы для твердого топлива могут иметь такие панели, включающие индикаторы температуры, давления и прочее.

Таким образом, устройство современных отопительных котлов постоянно совершенствуется и становится все более функциональным. Благодаря этому эксплуатация любой модели котла значительно упрощается.

Устройство паровых котлов

К атегория:

Общие сведения о кранах и котлах

Устройство паровых котлов

На краны устанавливают паровые котлы исключительно вертикального типа с дымогарными или кипятильными трубами. По производительности эти котлы могут быть отнесены к группе котлов малой мощности. На рис. 6 изображен паровой вертикальный с дымогарными трубами котел, устанавливаемый на кране ПК-ЦУМЗ-15.

Рис. 6. Котел с дымогарными трубами крана ПК-ЦУМЗ-15:
А -топка; В -водяное пространство; В -паровое пространство; Г-расширенные проходы между трубами; Д -шуровочнос отверстие; Е - дымовая коробка; 1 - лист топки; г -огневая решетка; 3 -грязевое кольцо; 4 -наружная обечайка; 5 -дымовая решетка; 6 - дымогарные трубы; 7 - шуровочная дверца; S - отражательный лист; 9 - колосники; 10 - промывочный люк; 11 - люк-лаз; 12 - обмуровка котла; 13 - зольник; 14 - искроуловительная сетка; 15 - обечайка шуровочного отверстия; 16 - дутьевое устройство; 17 - контрольная пробка; 18 - рычаг управления колосниками; 19 - лапа котла

-

Аналогичного типа котлы, имеющие лишь другие данные и размеры, установлены на кранах ПК-6.

Основными частями этого котла являются: топка, в которой происходит сгорание топлива; цилиндрическая часть котла, образующая водяное и паровое пространства, где испаряется вода, превращаясь в пар; дымовая камера, куда направляются газы из дымогарных труб и из которой через дымовую трубу они выходят в атмосферу.

Топка котла образуется из топочного листа, свальцованного в цилиндрический барабан, и огневой решетки. Топочный лист и огневая решетка сделаны из листовой топочной стали марки 15К.

Огневая решетка изготовлена штамповкой и представляет собой диск с отогнутыми вниз краями, соединенными с топочным листом.

Цилиндрическую часть котла образует свальцованный в барабан котельный лист из стали марки 20К. Кромки цилиндрических барабанов, решеток и элементов котла соединены между собой в стык при сварном соединении.

Рис. 7. Промывочный люк

Барабан цилиндрической части котла имеет несколько больший диаметр, чем топка, благодаря чему топка, входя в барабан, образует нижнюю часть водяного пространства.

Внизу, между цилиндрическим барабаном котла и топкой, расположено грязевое кольцо, изготовленное из стали марки Ст. 3 прямоугольного сечения; концы кольца свариваются в стык. Посредством этого кольца цилиндрическая часть котла соединена стопкой; котел установлен на поворотной раме крана и укреплен лапами.

Топливо забрасывается в топку на колосниковую решетку через отверстие в наружном листе нижней части котла и в листе самой топки. Кромки этих отверстий отгибаются и в месте стыка свариваются, образуя шуровочное отверстие. Снаружи оно закрыто массивной чугунной литой дверкой.

Отражательный лист, прикрепленный на стойках к внутренней стороне шуровочной дверки, служит для предохранения ее от чрезмерного нагревания.
Для промывки и очистки котла в наружном листе образованы два ряда промывочных люков, устройство которых показано на рис. 7.

Первый ряд люков расположен над грязевым кольцом и служит для очистки водяного пространства от грязи и шлама, оседающих на кольцо, второй ряд размещен на уровне огневой решетки и служит для промывки и очистки ее поверхности.

Чтобы облегчить очистку котла, ремонт и осмотр его внутренней части с противоположной шуровочному отверстию стороны топки несколько выше уровня огневой решетки расположен люк-лаз (рис. 8) размером 300 X 400 мм.

Рис. 8. Люк-лаз:
1 -наружный лист котла; 2 - усиливающее кольцо окна лаза; 3 - прокладка; 4 - крышка лаза; 5-шпилька; 6 - скоба люка

В отверстиях огневой и дымовой решеток закрепляются концы дымогарных труб (рис. 9); в одну из труб ставится контрольная пробка, сплав которой при снижении уровня воды ниже допустимого выплавляется. Дымогарные трубы увеличивают поверхность нагрева. Чем больше труб, тем больше общая поверхность нагрева и тем больше пара будет давать котел. В рассматриваемом котле крана ПК-ЦУМЗ-15 имеются 122 дымогарные трубы.

Для облегчения доступа к дымогарным трубам, расположенным в центральной части котла, их размещают в виде четырех пучков, отделенных между собой двумя взаимно-перпендикулярными расширенными проходами.

Расстояние между центрами двух соседних труб называется шагом расположения труб, а тело решетки между двумя отверстиями под трубы - перемычкой, или мостиком.

Мостики, в особенности в огневой решетке, вследствие больших температурных воздействий являются наиболее уязвимым местом, в котором чаще всего появляются трещины. Поэтому за состоянием мостиков необходимо внимательно следить при эксплуатации котла, а при ремонтах не уменьшать их величину.
Верхний конец труб развальцовывается на больший диаметр, а нижний, наоборот, подкатывается на меньший диаметр, благодаря чему при смене или ремонте они достаточно легко вынимаются кверху даже в том случае, если на их поверхности имеется небольшой слой накипи. Уменьшенного диаметра нижние концы труб, кроме того, можно закрепить в огневой решетке при помощи прокладных колец из мягкой отожженной [красной меди. Такие кольца не только уплотняют соединения, но и предохраняют кромки отверстии решетки от повреждений.

Нижний конец дымогарных труб ставят в отверстие огневой решетки с таким расчетом, чтобы он выступал в сторону огня на 8 мм; после постановки трубы выступающий конец ее отбуртовывают и в обязательном порядке обваривают.

Верхние концы дымогарных труб также выступают за пределы решетки на величину 10-15 мм; их уплотняют развальцовкой изнутри. В верхней части котла установлена дымовая коробка, выполненная из листовой стали толщиной 4-5 мм. Чтобы облегчить доступ к решетке и дымогарным трубам (для очистки), цилиндрическая часть дымовой коробки имеет лючки или отъемный верх.

В нижней части топки установлена колосниковая решетка, на которой лежит слой горящего топлива.

Рис. 9. Дымогарная труба: 1 - труба; 2 - медное прокладное кольцо; 3 - контрольная пробка

Колосниковая решетка состоит из отдельных колосниковых плит, в теле которых сделаны щели для прохода воздуха. Она устанавливается так, чтобы слой горящего топлива располагался несколько выше уровня грязевого кольца. Это позволяет избежать чрезмерного перегрева листа топки в случае скопления на грязевом кольце слоя шлама. От величины живого сечения (сумма всех щелей в колосниках) колосниковой решетки зависит скорость потока воздуха и интенсивность сгорания топлива. Обычно в колосниковых решетках крановых котлов жи-полной площади решетки.

Отдельные плиты колосниковой решетки выполнены подвижными, они поворачиваются на горизонтальных цапфах. Это облегчает очистку решетки от шлака. При помощи рычагов такие плиты занимают наклонное положение, в результате слой шлака разрыхляется, взламывается и сбрасывается в зольник.

Чтобы усилить тягу в дымовой коробке котла, установлен сифон - кольцеобразная трубка с отверстиями, в которые при необходимости подается пар. Кроме того, применяется дутьевое устройство, имеющее вид фасонного рожка с тремя соплами, направленными кверху. Отработавший в паровой машине пар направляется в это устройство и, выходя через сопла, образует вдоль дымовой трубы веерообразный поток, создавая в ней дополнительное разрежение, в результате чего приток воздуха, проходящего через колосниковую решетку, усиливается.

Для уменьшения тепловых потерь цилиндрическая поверхность котла снаружи покрыта (обмурована) слоем (в 30-40 мм) асбестогли-няной массы.

Обмуровочная масса на поверхность котла может быть нанесена горячим способом следующим образом. В котле поднимают давление пара до 3-4 кГ/см2, а затем на поверхность котла наносят слой жидкого асбеста и по мере высыхания - слой асбестоглиняной массы. Обмуровка котла может быть выполнена и холодным способом, в этом случае котел после обмуровки немедленно обшивают кровельным железом и выдерживают его неподвижно в течение не менее суток.

Равномерная толщина слоя обмуровки и укрепление обшивки достигаются тем, что на котел ставится несколько так называемых маячных колец, отстоящих от цилиндрической части котла на величину толщины обмуровочного слоя. К этим маячным кольцам специальными поясами прижимается наружная обшивка котла.

На ряде кранов, в том числе на кранах грузоподъемностью 7,5 т завода им. Январского восстания, установлены котлы с кипятильными трубами.

Котел с кипятильными трубами (рис. 10) состоит из наружного вертикального барабана, закрытого сверху штампованной крышкой. Внутри барабана расположена жаровая труба, верхняя часть которой постепенно суживается и переходит в дымогарную трубу. Для предохранения барабана от быстрого прогорания с внутренней стороны вставлена предохранительная труба, образующая кольцевое газовое пространство. Внутри предохранительной трубы помещен пароперегреватель в виде трубчатого двухрядного змеевика.

Для увеличения поверхности нагрева в жаровую трубу вварены две пары кипятильных труб, расположенных параллельно друг другу. В нижней части жаровая труба соединена с наружным барабаном грязевым кольцом.

Вваренная в наружный барабан и жаровую трубу круглая обечайка образует шуровочное отверстие, закрываемое чугунной литой дверцей с отражательным листом.

Котел посредством опорного грязевого кольца устанавливается и крепится к раме крана, в которой смонтирован литой противовес, являющийся одновременно зольником котла; на этот противовес уложены колосники, образующие колосниковую решетку.

Для устранения перегревов стенок в зоне грязевого кольца на колосники уложена футеровка, выполненная из шамота.

Для осмотра и ремонта котла сделан специальный лаз, а против каждой из кипятильных труб установлены смотровые люки. Около грязевого кольца имеются три малых промывочных люка для очистки и удаления шлама из нижней части котла.

Нижняя часть жаровой трубы и колосниковая решетка образуют топку котла.

Пространство между жаровой трубой и наружным барабаном, а также внутренняя часть кипятильных труб составляют водяной объем, а пространство между наружным барабаном и дымогарной трубой - паровой.

Рис. 10. Вертикальный паровой котел с кипятильными трубами:
1 -наружный барабан; 2 -жаровая труба; 3 -грязевое кольцо; 4 - кипятильная труба; 5 -змеевик пароперегревателя; 6 - пароотборная труба; 7 - дымогарная труба; 8 -дымовая труба; 9 - предохранительная труба; 10 -туровочная дверца; 11 - футеровка; 12- колосники; 13 - прогивовес-зольник; 14 - опорное кольцо

В горловине жаровой трубы установлены две контрольные пробки, подающие сигнал в случае понижения уровня воды ниже допустимого предела.
Внутри парового пространства помещена труба, по которой пар поступает в верхнюю часть змеевика пароперегревателя и, пройдя по нему, выходит в пароподающую магистраль.

Здравствуйте! В зависимости от конструктивных особенностей парообразующих поверхностей нагрева различают газотрубные и водотрубные котельные агрегаты.

Газотрубный котлоагрегат представляет собой цилиндрический барабан, внутри которого параллельно оси размещаются 1-2 трубы диаметром d = 0,6-1 м (жаротрубные котлы) или большое количество труб малого диаметра d = 50-60 мм (котлы с дымогарными трубками). Дымовые газы из топки поступают внутрь труб, которые снаружи омываются кипящей водой. Образующийся водяной пар из верхней части барабана направляется в пароперегреватель или непосредственно потребителю. Эти котлоагрегаты имеют ряд существенных недостатков (большой удельный расход металла, ограниченная производительность, низкие параметры пара), поэтому применяются относительно редко.

Водотрубные котлы представляют собой водотрубные теплообменники с естественной или принудительной циркуляцией. Процесс парообразования в них происходит внутри труб, которые снаружи обогреваются дымовыми газами. Котлы с естественной циркуляцией выполняются главным образом в виде вертикально — водотрубных конструкций.

Особенностью этих установок является наличие одного или нескольких барабанов, к которым присоединяют вертикальные изогнутые трубы, образующие испарительные поверхности нагрева. Эти котлы имеют небольшой расход металла на единицу паропроизводительности и высокие параметры пара. На рис. 1. показан двухбарабанный вертикально — водотрубный котел ДКВР-2,5-13 с камерной топкой для сжигания природного газа.

Паропроизводительность котла 2,5 т/ч, давление пара 1,3 МПа, температура перегретого пара 350 °С.

Котлы этого типа имеют производительность от 2,5 до 35 т/ч, их устанавливают в котельных промышленных предприятий. Котел имеет верхний барабан 1 и нижний барабан 3, которые соединены вертикальными кипятильными трубами 2. В топочной камере 5 расположены два боковых экрана, которые образованы кипятильными трубами 6, соединяющими верхний барабан с нижними боковыми коллекторами 4.

Котельный агрегат высокого давления ПК-19 (паропроизводительность 120 т/ч, давление пара 10 МПа, температура пара 510 °С) предназначен для работы на антрацитовом штыбе и каменных углях (рис. 2.).

Особенность этого типа котлов состоит в том, что они имеют лишь один барабан с выносными циклонами для разделения воды и пара. Стены топки полностью покрыты экранными трубами.

Вода из барабана 1 и из выносных циклонов 2 опускается по трубам, расположенным снаружи обмуровки, в нижние коллекторы экранов. В конвективной шахте котельного агрегата, кроме двух ступеней водяного экономайзера 6, помещаются также две ступени воздухоподогревателя 7. Подаваемый вентилятором воздух проходит между трубами воздухоподогревателя последовательно через первую и вторую ступени, а газы - сверху вниз внутри труб. Подогретый воздух подается к горелкам, расположенным на боковых стенках топочной камеры. Сюда же вместе с первичным воздухом подается пыль из системы пылеприготовления.

Пароперегреватель котельного агрегата помещается в горизонтальном газоходе, соединяющем топку с конвективной шахтой. Пар из барабана котельного агрегата по трубам, идущим под потолочным перекрытием, направляется в пароохладитель 4 пароперегревателя 5, в котором за счет частичной конденсации пара питательной водой осуществляется регулирование температуры перегретого пара. Из пароохладителя пар поступает в змеевиковые трубы перегревателя и затем в выходной коллектор 3.

На рис. 3. представлена схема прямоточного двухкорпусного парогенератора сверхкритического давления марки ТПП-110 для блоков 300 тыс. кВт производительностью 950 т/ч с давлением пара 25 МПа, температурой перегретого пара 585 °С и промежуточным перегревом пара до 570 °С.

Котельный агрегат имеет П-образную компоновку и состоит из двух рядом стоящих корпусов, идентичных по размерам и конфигурации. Они отличаются один от другого только тем, что в одном корпусе размещена большая часть первичного пароперегревателя, а в другом- меньшая его часть и весь вторичный пароперегреватель.

Общая высота котлоагрегата составляет 50 м. Топка этого агрегата состоит из камеры горения 1 с жидким шлакоудалением и с футерованными экранами и из камеры догорания 2 с открытыми вертикальными экранами 3. Выйдя из топки, дымовые газы проходят через пароперегреватель, состоящий из радиационной части 4 и конвективной части 6, и далее через конвективные поверхности нагрева котла (переходную зону 7, водяной экономайзер 8 и воздухоподогреватель 9).

Пар, подлежащий вторичному перегреву, из турбины поступает в радиационную часть 4 вторичного пароперегревателя, расположенного во втором корпусе котлоагрегата, затем направляется в обогреваемый первичным паром теплообменник 5, предназначенный для регулирования температуры пара, далее в конвективную часть пароперегревателя 6 и в турбину. Дополнительное регулирование температуры перегретого пара осуществляется впрыскивающими пароохладителями, а также изменением распределения количества сжигаемого топлива по топкам обоих корпусов.

Крупным парогенератором является котельный агрегат типа ТПП-200 (таганрогский, прямоточный, пылеугольный, модель 200) паропроизводительностью 700 кг/с (2500 т/ч), спроектированный для сжигания пыли АШ или природного газа. Парогенератор предназначен для обеспечения паром турбоагрегата мощностью 800 МВт.

Основные данные технической характеристики котельного агрегата ТПП-200 (рис. 4.) следующие: давление пара 25 МПа, температура первичного перегрева пара 565 °С, вторичного - 570 °С, температура питательной воды 271 °С, расход топлива 75,5 кг/с.

Котлоагрегат выполнен из двух симметричных корпусов. Топочная камера каждого корпуса имеет призматическую форму и разделена по высоте пережимом, образованным трубами фронтового и заднего экранов, на две части: предтопок 1 и камеру охлаждения 3.

В нижней части - предтопке сжигается топливо, в верхней охлаждаются дымовые газы. На фронтовой и задней стенах предтопка в два ряда установлены 24 пылегазовые горелки 2. Объемное тепловое напряжение предтопка 460 кВт/м3, а всей топки - 160 кВт/м3. Все стены пред-топка и камеры охлаждения экранированы. В верхней части камеры охлаждения расположен ширмовой пароперегреватель высокого давления 5.

В каждом корпусе имеются четыре пароводяных потока. По ходу воды включены водяной экономайзер 4, разделительная стенка, подвесная система конвективной шахты и топочные экраны. Последние в свою очередь состоят из последовательно включенных поверхностей: подовых панелей, панелей нижней радиационной части, двухсветных топочных экранов и панелей верхней радиационной части.

Особенность данного парогенератора состоит в газовом регулировании температуры промежуточного перегрева пара с помощью байпасного газохода и последовательно-параллельном включении воздухоподогревателей. Конвективная шахта каждого корпуса в плане разделена на три параллельных газохода. В центральном газоходе (байпасном) расположены два пакета водяного экономайзера, а в боковых газоходах - последовательно по ходу газов конвективный пакет пароперегревателя высокого давления 6 и два пакета пароперегревателя низкого давления (промежуточного перегрева) 7.

В котлоагрегате предусмотрено жидкое шлакоудаление. Предварительная очистка газов от летучей золы производится в батарейных прямоточных циклонах, а окончательная - в электрофильтрах. Каркас котлоагрегата металлический. Обмуровка стен топочной камеры и конвективной шахты облегченная, многослойная.

Конструкция котельного агрегата разработана в блочном исполнении. Это означает, что на монтажную площадку поставляются заводские блоки, количество которых только для поверхностей нагрева составляет 856 штук при максимальной массе одного блока 24,7 т. Исп. литература: 1) Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Парогенераторы промышленных предприятий. –М.: Энергия, 1978. 2) Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976.

21.01.2017

Создание отопительного котла самостоятельно – это хороший метод сэкономить средства. Есть множество модификаций котлов, которые вполне можно изготовить самому. Однако самым простым из них, пожалуй, считается именно котел Холмова. Этот прибор, по крайней мере, поначалу, едва ли кажется достаточно эффективным, а потому многие отдают предпочтение другим конструкциям. Отчасти эти люди правы, ведь КПД у отопительного прибора Холмова не такой уж высокий, зато схема его предельно проста, благодаря чему заметно упрощается процесс изготовления.

Устройство и конструктивные особенности котла Холмова

Под котлом Холмова подразумевается конструкция шахтного типа. Это значит, что топочное отделение, а также отдел с обменником тепла, располагаются в данном случае вертикально. Функционируют такого рода котлы на твердом топливе, в качестве которого могут выступать и дрова. Мощность промышленных моделей, которые можно приобрести в специализированных торговых точках, составляет 10, 12 и 25 киловатт. Если топливное отделение будет полностью загружено, это может обеспечить продолжительный обогрев помещения средних размеров в пределах 12-16 часов.

Все котлы Холмова могут быть двух разновидностей:

• энергозависимыми;
• энергонезависимыми.

А теперь более детально рассмотрим внутреннее устройство описываемого отопительного прибора. Итак, он включает в себя такие конструктивные элементы:

• корпус;
• терморегулятор;
• топливная шахта;
• вход/выход, необходимые для поступления, вывода и сливания, монтажа группы безопасности либо же клапанов-предохранителей;
• камера, в которой располагается теплообменник;
• патрубок для подсоединения дымоотводной трубы;
• колосниковые решетки;
• компенсаторы термального расширения;
• дверки;
• зольник.

Элементов, как видим, не очень много. Что же касается веса, то, к примеру, котел, мощность которого составляет 12 киловатт, весит порядка 255 килограммов. Стандартные габариты следующие (ВхШхД): 124х48,5х66 сантиметра. По этой причине у вас не возникнет никаких трудностей с тем, чтобы занести такой котел, скажем, в дверной проем. Модели, мощность которых составляет 10 киловатт, мало чем отличаются от описанных выше (как по параметрам, так и по внешнему виду), главное же отличие состоит во внутренней конструкции.

Верхние дверки прибора двойные, а внутри располагается термоизоляционный материал (собственно, из-за этого они и не прогреваются выше 80-ти градусов). По краям дверки оклеены асбестовым уплотнителем, а для покраски используется особая термостойкая краска. Для закрывания задней крышки имеются 4 быстросъемные винта, все же остальное закрывается посредством специальных запоров. Кроме того, нижняя дверка зольного отделения закрывается термоизоляционным материалом только на 40 процентов, однако ее температура, как правило, не превышает отметки в 90 градусов, поскольку элемент охлаждается перманентными воздушными потоками.

Важная информация! Днище камеры не является самой нижней частью отопительного прибора. В качестве последней выступает особая пластинка с парой длинных ножек и расположенным внутри термоизолятором.

Благодаря всему этому котел Холмова получил не только достаточно высокий КПД, но и достаточную степень пожаробезопасности. Как следствие – устройство вполне может устанавливаться даже на пол, выполненный из древесины.

Если же рассматривать конкретно энергонезависимые модели отопительного прибора Холмова, то они дополнительно оборудуются вентилятором либо дымососом, а еще специальным контроллером, предназначающимся для контроля процесса. Однако наибольшей популярностью пользуются все-таки энергонезависимые приборы. Рабочий процесс в них регулируется посредством специального терморегулятора, который располагается на фронтальной стенке. Этот терморегулятор соединяется посредством цепочки с небольшой поддувальной дверкой.

Сама дверка предназначается для подачи воздуха внутрь котла, что требуется для поддержания процесса сжигания топлива. Располагается на большой дверке зольного отделения. Целиком никогда не закрывается, поскольку должен иметься особый зазор, требуемый для минимального прохождения воздушных масс.

Сверху задней части находится патрубок, а к нему, в свою очередь, подсоединен дымоход. Данный элемент, к слову, и предназначается для создания природной тяги. В результате воздух подается в прибор через поддувальную дверку. За парой колосниковых решеток из чугуна (которые, кстати, являются вынимаемыми) находится вспомогательный сварной колосник, который также называют горбиков, ведь он располагается выше пары других.

Под колосниковой решеткой располагается зольный ящик (в нем собирается зола). Если дверка открыта, данный ящик можно с легкостью вытащить для последующей его очистки. Рабочая жидкость сливается посредством специального полудюймового патрубка, который находится в нижней части котла. Аналогичный элемент имеется для патрубка-предохранителя либо группы безопасности. Изделия для поступления и «обратки» имеют больший размер, обратный патрубок располагается снизу, а выходной – сверху.

Важная информация! Во избежание расширения отопительного прибора до критических габаритов и расхождения швов в приборе наличествуют компенсаторы расширения.

Последние имеются по периметру котла. Кроме того, они есть в корпусе – выполнены в форме перегородок/стержней. Дистанция между разделительными стенками составляет 24 сантиметра. Что же касается теплообменника, то для него такие компенсаторы конструкцией не предусматриваются, поскольку габариты данного элемента позволяют ему сберегать собственную форму.

Видео – Как устроен котел Холмова мощностью в 25 киловатт

Особенности действия шахтных котлов

Воздух попадает под колосник и непосредственно в котел посредством поддувальной дверки, поэтому топливо и сжигается. Когда это происходит, образуются дымовые газы – они выводятся сквозь газовую щель. Котел Холмова имеет такую конструкцию, что объема воздуха, который подается посредством поддувальной дверки, изначально уже недостаточно для полноценного сжигания. Как следствие – при работе прибора наблюдается определенный химнедожог.

В нашем случае химический недожог свидетельствует о том, что в ходе окисления образуется не чистый углекислый газ, а он же, но уже в сочетании с угарным. Воздух, который проходит под вспомогательным колосником, затягивается в отверстия на нем. Число данный отверстий таково, что количества вторичного воздуха уже слишком много. Теплонапряженность в этом месте достаточно высокая и может достигать 700-800 градусов, вследствие чего остатки угарного газа и окисляются.

Важная информация! Если заглянуть в глазок, который находится в задней верхней дверке, то будет видно, что огонь вырывается из отверстий на вспомогательном колоснике (желтый или голубоватый, как при сгорании газа).

После окисления газ перемещается в радиационный отсек топочной камеры. Там он перемешивается, поднимается и делится благодаря обменнику на пару потоков. Далее посредством выходного патрубка газ попадает прямо в дымоход. Конвективная тепловая энергия забирается обменником и стенками, располагающимися рядом с ним. Рабочая жидкость после прохождения входного патрубка, соответственно, ударяется о стенку, после чего растекается и движется через весь прибор между обменником тепла и камерами. Уже прогретый теплоноситель подается в отопительную систему посредством выходного патрубка в верхней части устройства.

Чертеж котла

Инструкция по изготовлению котла Холмова своими руками

Ниже приведена пошаговая инструкция по созданию котла Холмова своими силами. Мощность прибора, который будет рассматриваться, составляет 8-10 киловатт.

В соответствии с чертежами, которые приведены в видеоролике ниже, габариты изделия будут выглядеть примерно следующим образом:

1. 0,8 метра в высоту;
2. 0,47 метра в ширину;
3. 0,576 метра в глубину (если добавить дверку с горловиной, то получится 0,63 метра).

Видео – Шахтный котел на твердом топливе

Этап первый. Подготавливаем все необходимое

Для изготовления котла Холмова в обязательном порядке обзаведитесь:

• листовой сталью толщиной 0,3-0,4 сантиметра;
• железным прутом диаметром 1 сантиметр и длиной 47 сантиметров;
• шнуром из асбеста (рекомендуемые габариты – 1,5х1,5 сантиметра);
• трубами – диаметр должен составлять 1,5, 2, 4 и 11,5 сантиметра.

Что же касается количества расходных материалов, то оно должно подбираться на основе выбранного чертежа. Безусловно, не стоит забывать и о небольшом запасе.

Этап второй. Сооружаем внутреннюю часть

Эта часть являются, по сути, конструкцией, состоящей из четырех стенок и имеющей водяную перегородку. Процесс изготовления должен начинаться как раз из сооружения этой водяной перегородки. Габариты элемента должны выглядеть следующим образом:

1. 48,5 сантиметра в высоту;
2. 40,3 сантиметра в ширину;
3. 6 сантиметров в глубину.

Что же касается перегородки, то это, по сути, пара вертикальных стенок, к которым приварены низ и верх. По центру необходимо приварить компенсатор, представляющий собой П-образный металлический элемент. Данный компенсатор приваривается еще в самом начале к одной из стенок. Если говорить о торцевых перегородках, то они в данном случае не требуются.

Затем для того, чтобы сделать котел Холмова, нужно придерживаться следующего алгоритма действий.

Шаг 1. Вырежьте из листового металла внутренние боковые стенки отопительного прибора. Если ознакомиться с видеороликами и чертежами, можно прийти к выводу, что высота данных стенок колеблется в пределах 77 сантиметров, а ширина составляет 54,6 сантиметра. Однако это не обыкновенные прямоугольники, ведь перед нижним углом должен располагаться прямоугольник вертикального типа с размерами 20,8х8 сантиметров, а на той же стороне, но сверху, горизонтальный с габаритами 38,7х3 сантиметра. Помимо того, вы должны вырезать на этих сторонах дырки под водяную перегородку. Они должны располагаться в 2-х сантиметрах от верхней стороны и в 10,2 сантиметрах от задней.

Шаг 3. Сварите все описанные выше элементы в одну конструкцию. Используйте при этом точечную сварку. Так детали будут объединены в одно целое, но при необходимости у вас будет иметься возможность корректировать их расположение.

Шаг 4. Далее необходимо приварить пару металлических арок. Первая из них должна быть П-образной, а вторая – цельной. Первую фиксируйте в нижней части сварной конструкции, а вторую – в верхней. При этом важно, чтобы угол между данными элементами и стенками составлял 90 градусов. Что касается рамки, то ее можете вырезать из того же листового металла, хотя, как вариант, можете сварить, используя металлические полосы шириной по 3 сантиметра каждая.

Шаг 5. После этого хорошенько проварите каждый из швов.

Шаг 6. Сделайте еще одну рамку в виде буквы «П». Ее габариты при этом должны быть такими, чтобы она с легкостью вместилась внутри агрегата. Установите эту рамку над водяной перегородкой (дистанция между ними должна составлять 9 сантиметров).

Шаг 7. К верхним частям прямоугольников, выступающих в передней части, приварите горизонтально железную полосу длиной 40,3 сантиметра и шириной 8 сантиметров.

Шаг 8. В верхней части задней стороны вырежьте круглое отверстие диаметром 11,5 сантиметра.

Этап третий. Сооружаем внешнюю часть

Теперь приступайте к изготовлению дверок и наружных стенок водяной рубашки. Последовательность действий в этом случае должна быть следующей.

Шаг 1. Вырежьте из листового металла наружные стенки в виде обычных прямоугольников. Габариты передней стороны должны составлять 46,3х56,2 сантиметра, боковых – 57,6х77 сантиметра, а задней – 46,3х77 сантиметра.

Шаг 2. Во фронтальной стенке вырежьте пару круглых отверстий для компенсации (как вариант, данные отверстия могут быть и ромбовидными) диаметром по 1 сантиметру. Сделайте так, чтобы отверстия располагались на единой вертикальной линии. А в верхнем правом углу проделайте еще одно отверстие, в этом раз диаметром 1,5 сантиметра. Это отверстие потребуется для термометра.

Шаг 3. В тыльной стенке также проделайте отверстия. Это должна быть пара компенсационных и еще 3 вспомогательные (для дымоходной трубы, подачи рабочей жидкости диаметром 4 сантиметра и под сливной клапан диаметром 1,5 сантиметра).

Шаг 4. Продолжаем сооружать котел Холмова. Теперь в боковых стенках требуется проделать 4 отверстия для компенсации. Первая пара на стенках при этом должна располагаться вровень с компенсатором рубашки, сюда же впоследствии придется вставлять и приваривать железный пруток. В левой стенке просверлите пару отверстий – диаметром 4 сантиметра (для вывода рабочей жидкости) и 2 сантиметра (под терморегулятор).

Шаг 5. Изготовьте компенсаторы в виде буквы «П» в количестве десяти экземпляров. Габариты должны составлять 3х4х4 сантиметра (высота, ширина и длина соответственно).

Шаг 6. Приварите эти компенсаторы к соответствующим отверстиям во внешних стенках.

Шаг 7. Приварите к внутренней части все внешние стенки.

Шаг 8. Приварите дымоходную трубу и патрубки.

Шаг 9. Приварите четыре болта в верхней части конструкции. Они должны располагаться по периметру камеры для теплообмена.

Шаг 10. Проверьте конструкцию на предмет герметичности. Возьмите для этого заглушки и поставьте на каждый из патрубков, после чего залейте в прибор жидкость. Поднимите показатель давления примерно до 2,2 бар. Стандартное рабочее давление у описываемого устройства будет составлять 1,5 бар. Если обнаружите места протечек, в обязательном порядке их заварите.

Шаг 11. В конце приварите днище.

Этап четвертый. Изготавливаем порожек, дверки и колосник

Что касается порожка, то это крышка прямоугольной формы с рядом отверстий и бортиками. Габариты данного элемента должны составлять 5,5х16х40 сантиметра, а алгоритм действий по его изготовлению приведен ниже.

Шаг 1. Вначале возьмите листовой металл.

Шаг 3. Загните вверх стороны.

Шаг 4. Стыки тщательным образом проварите.

Шаг 5. Проделайте вдоль одной из 40-сантиметровых сторон отверстия по 1,2 сантиметра в количестве 14-ти штук.

Видео – Самостоятельное изготовления шахтного котла

Обратите внимание! Переверните порожек «вверх ногами», поместите в корпус таким образом, чтобы он расположился под водяной перегородкой на днище. Зазор при этом должен составлять примерно 3,5 сантиметра.

Размеры колосника, в соответствии с чертежами в Интернете, должны составлять 20х40 сантиметров, хотя отверстия на дне в данном случае должны быть уже продольными. Основную часть дверцы изготовьте таким же образом, как и порожек, затем в верхней части вырежьте отверстие 8х19 сантиметров. Важно, чтобы отверстие закрывалось крышкой-заслонкой с завесами, которые приварены над образовавшимся проемом.

Дверку по периметру оклейте асбестовым шнуром, пользуясь при этом термостойким герметиком. Приварите с одной стороны ушки под петли, а с другой – железную полоску с прорезью по центру. Специальная ручка будет входить как раз в эту прорезь.

В конце остается только сделать крыши топочной/теплообменной камер по той же технологии, что и основную часть дверок. На этом все, как видите, котел Холмова имеет достаточно простую конструкцию, поэтому с изготовлением вполне можно справиться своими силами. Удачи в работе!