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.

Устройством для производства водяного пара высокой температуры является паровой котел. При этом давление воды, находящейся внутри котла в газообразном состоянии, значительно превышает атмосферное. Нагревание воды происходит в результате выделения тепловой энергии за счет сжигания какого-либо топлива. Несмотря на то, что в настоящее время паровые котлы имеют различную конструкцию и могут применяться, как в промышленных, так и в бытовых целях, они имеют один и тот же принцип работы.

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.

Типы паровых котлов

Все паровые котлы можно классифицировать по нескольким параметрам. Например, по виду топлива, используемого для их работы, различают котлы:

• жидкотопливные;
• газовые;
• угольные;
• электрические;
• газомазутные.

А в зависимости от того, какое эти устройства имеют предназначение, их подразделяют на:

• энергетические (такие котлы вырабатывают пар для обеспечения работы турбин энергетических установок, вырабатывающих электрическую энергию);
• промышленные (обеспечивают функциональность различных систем на промышленных предприятиях);
• утилизационные (работающие на вторичных ресурсах, например, сжигающие мусор на специальных заводах);
• бытовые (предназначены для работы в системе индивидуального отопления).

По своим конструктивным особенностям наиболее распространены такие типы паровых котлов:

1. Газотрубные.
2. Водотрубные.
3. Прямоточные.
4. Чугунные секционированные.
5. Блочно-транспортируемые.

Рассмотрим их более подробно.

Газотрубные котлы

Хотя котлы такого типа еще эксплуатируются на различных предприятиях, они уже давно считаются морально устаревшими, поскольку рассчитаны для условий эксплуатации, ограничивающихся рабочим давлением в 1 МПа и мощностью не более 360 кВт. А этого уже недостаточно для обеспечения нормальной работы современных предприятий.

Если же попытаться увеличить мощность такого котла, то необходимо на этапе его проектирования заложить такую толщину стенки, которая будет неимоверно большой, что экономически невыгодно.

Если же этого не сделать, то при повышении мощности газотрубного котла он может взорваться, а огромное количество раскаленного пара, высвободившееся в результате нарушения герметичности стенок, приведет к катастрофическим последствиям для людей.

Водотрубные котлы

Данная конструкция паровых котлов является более современной, а значит, более мощной и безопасной. Однако такие паровые котлы имеют более сложную конструкцию, чем их газотрубные аналоги. Но этот недостаток перекрывается целым рядом достоинств такой конструкции:

• котлы такого типа имеют небольшое время разогревания до рабочей температуры;
• они абсолютно взрывобезопасны даже в ситуации с перегрузкой котла;
• такие устройства легко могут быть перенастроены для работы с различной нагрузкой;
• их легко можно транспортировать к месту установки.

Поскольку сложное устройство водотрубных котлов предусматривает специальную систему топочных перегородок и пучков труб, то тепловая энергия, выделяющаяся при сжигании топлива, многократно обтекает одни и те же трубы с водой, что увеличивает теплоотдачу, а значит, КПД котла.

Водотрубные котлы, в свою очередь, подразделяются на:

• Горизонтальные (при этом резервуар барабанного типа имеет либо продольное расположение, либо поперечное).
• Вертикальные (при этом устройство котла может содержать не только 1, но и несколько паровых барабанов).
• Радиационные, имеющие в своем составе, как горизонтально, так и вертикально расположенные паровые барабаны, либо их комбинацию. Иногда для более эффективной работы таких паровых котлов может быть применена и принудительная циркуляция.

Кроме того, для повышения эффективности работы водотрубного котла очень часто применяются специальные топочные экраны, позволяющие значительно увеличить выделение тепловой энергии в зоне горения топлива (таким образом, сильно возрастает КПД парового котла) при одновременном снижении требований к теплоизоляционным характеристикам стенок.

Устройство топочного экрана представляет собой ряд близкорасположенных друг к другу труб, по которым течет вода. После нагревания пар из этих труба подается в общую паровую систему котла.

Прямоточные котлы

Паровой котел данного типа способен работать как в режиме, не превышающем максимально допустимую нагрузку, так и режиме, когда давление пара в котле значительно превышает его максимально допустимое значение. В котлах такого типа применяется принудительная прокачка воды по трубам, которая в результате одного прохода через топку превращается в пар с избыточным давлением, необходимым для работы турбин энергетических установок, вырабатывающих электрическую энергию. Таким образом, прямоточные котлы, работающие на жидком, твердом или газообразном топливе, добываемом из недр Земли, главным образом, эксплуатируются на очень крупных электростанциях.

Основными достоинствами котлов такого типа являются:

• очень широкий диапазон рабочих условий (от недогрузки до перегрузки);
• безопасность эксплуатации;
• небольшое время от запуска котла до достижения им рабочих условий;
• простота перенастраивания котла из одного режима работы в другой.

Чугунные секционированные котлы

Данные котлы получили в настоящее время очень широкое применение для работы в системах отопления. Свое название устройство получило от схожести с радиатором отопления, поскольку собирается так же из отдельных секций, изготовленных из чугуна. Таким образом, данная конструкция позволяет не только быстро собрать котел по месту его установки, но и при необходимости выполнить за короткое время его демонтаж.

Блочная система секционного котла позволяет увеличивать его мощность до необходимого значение путем присоединения новых чугунных секций. Недостатком такой конструкции является то, что при необходимости замены одной из внутренних секций, вышедшей из строя, например, из-за образования в ней трещины, придется полностью разбирать всю конструкцию котла.

Достоинства таких котлов:

• небольшое время разогрева котла от пуска до рабочей температуры пара;
• высокий КПД;
• возможность наращивания мощности котла.

Однако у секционированных котлов ест и недостатки:

• Сложность ремонта.
• Секции не гарантируют безопасную эксплуатацию устройства при высоких значениях давления (максимальные значения рабочих условий: давление – не более 100 кПа, мощность – не более 200 квт, производительность – не более 4,3 тонны пара в час). При таких условиях необходимо будет сжигать в топке порядка 300 кг высококачественного угля за 1 час.

Блочно-транспортируемые котлы

Впервые такие паровые котлы были применены в период Второй мировой войны, когда войска остро нуждались в устройствах, имеющих не только небольшие габариты, но и не требующих сложного технического обслуживания.

В настоящее время котлы такого типа выглядят, как мобильные блоки небольших размеров, которые в своем составе имеют не только рабочий агрегат, но контрольно-измерительную аппаратуру, необходимую для запуска и поддержания рабочих условий в котле.

Данные устройства могут быть очень быстро запущены в работу, как только будут выполнены все необходимые коммуникационные подключения (вода, электроэнергия или подвод топлива, дымоход). Мощность современных модулей достигает несколько тысяч киловатт, а максимальное рабочее давление пара – 9 МПа.

Несмотря на то, что конструкции котлов отличаются друг от друга системами нагрева воды, все они (кроме электрических) используют специальную камеру сгорания топлива – топку.

Топка парового котла

Паровой котел не может функционировать без тепловой энергии, которая выделяется при сжигании топлива в топке.

Конструктивно этот агрегатный узел состоит из:

• Клетки, образованной вертикальными трубами, концы которых присоединены к барабанам коллекторного типа, имеющим небольшой диаметр. Эти барабаны являются частью всей циркуляционной системы парового котла.
• Теплоизолирующей огнеупорной обшивки, закрепленной на наружной стороне клетки.
• Кирпичей специальной формовки, закрывающих задние поверхности труб клетки. Такая конструкция топки не задерживает на себе золу и шлак.

Однако в последнее время все больше потребителей, использующих паровые котлы в индивидуальных системах отопления, отдают предпочтение электрическим котлам.

Электрические котлы

Паровой котел такого типа характеризуется:

• простотой эксплуатации;
• экономичностью;
• экологичностью;
• бесшумной работой.

Кроме того, такое устройство котлов гораздо проще, чем аналогичное у устройств, использующих твердое или жидкое топливо. Электрические котлы не нужно постоянно очищать о золы или шлака, да и само топливо не требует специальной дополнительной заготовки. Таким образом, вы сэкономите деньги, которые были бы затрачены на доставку топлива к вам домой и которые были бы затрачены на оборудование хранилища для топлива.

По своей конструкции электрические котлы подразделяются на:

1. Приборы прямого действия. В них вода используется в качестве проводника электрического тока, которая нагревается согласно закону Джоуля-Ленца.
2. Приборы косвенного действия. В них в качестве нагревательных элементов используются, например, ТЭНы.

Однако, если говорить о цене паровых котлов любого типа, то она достаточно высокая. Именно этот факт вызывает желание некоторых потребителей (особенно в сельской местности), создать такой прибор собственными руками. Давайте рассмотрим, возможно ли это осуществить в принципе?

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.

Не стоит забывать и о различных системах контроля, которыми должен оснащаться котел в целях обеспечения его безопасной эксплуатации.

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.

Исходя из этого, я не думаю, что у вас что-нибудь получится. Поэтому не тратьте зря свое время и средства, а просто посетите специализированный магазин и приобретите готовый отопительный прибор, который вас устроит по цене, виду используемого топлива и функциональному назначению.

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

Особенности эксплуатации

Эксплуатация паровых котлов требует тщательной водоподготовки, регулярной очистки топки и управления работой устройства.

1. Подготовка воды, используемой в работе котлов. В каждой воде в большей или меньшей степени присутствуют минеральные соли, которые в результате нагревания образуют накипь на поверхностях котла. В результате не только ухудшается теплоотдача сгорающего топлива воде (резко снижается КПД котла), но и может произойти разгерметизация труб в результате их прогорания. Поэтому перед подачей воды в котел ее очищают от солей, добавляя специальные реагенты, например, натриевый цеолит. Необходимо удалять и кислород, растворенный в воде, поскольку он способствует коррозии труб.
2. Удаление золы на наружных стенках топки должно выполняться периодически (по мере накопления).
3. В настоящее время управление работой паровых котлов занимаются автоматические системы, построенные на полупроводниковых электронных схемах. В домашних условиях управление работой котла (его пуск, выключение и регулировка расхода топлива) осуществляются вручную.

Таким образом, паровые котлы способны обеспечивать теплом, горячей водой и электричеством (речь идет о ТЭЦ) целые кварталы жилых домов, а могут работать и в индивидуальных хозяйствах. В последнем случае вы сможете самостоятельно, поскольку не зависите от системы централизованного отопления и подачи горячей воды, устанавливать время работы котла и температурный режим.

Это позволит вам существенно снизить затраты на обогрев и горячую воду. При этом данные устройства просты в эксплуатации и требуют минимального вмешательства со стороны человека. А еще котлы являются очень безопасными устройствами, поскольку оснащаются специальными системами, предотвращающими аварийные ситуации!

Паровым котлом называют устройство для превращения воды в пар, используемое как в быту, так и в промышленности. Пар применяется для обогрева помещений, аппаратов и трубопроводов, а также для вращения турбомашин. Давайте подробнее узнаем, что собой представляют паровые котлы. Принцип работы, устройство, классификация, сфера применения и многое другое - все это будет рассмотрено ниже.

Определение

Как вы уже поняли, паровой котел является агрегатом, производящим пар. При этом котлы такого типа могут давать пар двух видов: насыщенный и перегретый. В первом случае температура его составляет порядка 100 градусов, а давление - около 100 кПа. Температура перегретого пара поднимается до 500 градусов, а давление - до 26 МПа. Насыщенный пар используют в бытовых целях, в основном для обогрева частных домов. Перегретый пар нашел применение в промышленности и энергетике. Он хорошо переносит тепло, поэтому его использование в значительной степени повышает КПД установки.

Сфера применения

Выделяют три основные области применения паровых котлов:

1. Отопительные системы. Пар выступает в роли энергоносителя.
2. Энергетика. Промышленные паровые машины, или, как их еще называют, парогенераторы, используются для получения электрической энергии.
3. 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:

1. Очищение воды на фильтрах и ее подача в резервуар для нагрева с помощью насоса. Резервуар, как правило, располагается в верхней части установки.
2. Из резервуара, по трубам вода попадает в коллектор, расположенный, соответственно, ниже.
3. Вода вновь поднимается вверх, только теперь не через трубы, а через зону нагрева.
4. В зоне нагрева образуется пар. Под действие разности давлений между жидким и газообразным веществом, он поднимется вверх.
5. Вверху нагретый пар пропускается через сепаратор, где он окончательно отделяется от воды. Остатки жидкости возвращаются в резервуар, а пар следует в паропровод.
6. Если это не обычный котел, а парогенератор, то его трубопроводы дополнительно нагреваются. О способах их нагрева будет сказано ниже.

Устройство

Паровые котлы представляют собой емкость, в которой вода нагревается и образует пар. Обычно они выполняются в виде труб, различных размеров. Кроме трубы с водой, котел всегда имеет камеру для сгорания топлива (топку). Ее конструкция может варьироваться в зависимости от типа применяемого топлива. Если это дрова, или твердый уголь, то в нижней части топки устанавливается колосниковая решетка, на которую укладывают топливо. С нижней части колосников, в топочную камеру поступает воздух. А вверху топки обустраивают дымоход, который необходим для эффективной тяги - циркуляции воздуха и горения топлива.

Принцип работы паровых котлов на твердом топливе несколько отличается от устройств, в которых в качестве теплоносителя использован жидкий или газообразный материал. Во втором случае, топочная камера предполагает горелку, которая работает подобно горелкам бытовой газовой печи. Для циркуляции воздуха также используют колосниковую решетку и дымоход, ведь в независимости от вида топлива, воздух является важнейшим условием горения.

Полученный от сгорания топлива, поднимается к емкости с водой. Он отдает воде свое тепло и выходит через дымоход в атмосферу. Когда вода нагревается до температуры кипения, она начинает испаряться. Стоит отметить, что вода испаряется и ранее, но не в таких количествах и не с такой температурой пара. Испарившийся пар самостоятельно поступает в трубы. Таким образом, циркуляция пара и смена агрегатных состояний воды происходит естественным образом. Принцип работы парового котла с естественной циркуляцией предполагает минимальное вмешательство человека. Все, что нужно сделать оператору, это обеспечить стабильный нагрев воды и проконтролировать процесс с помощью специальных устройств.

В случае с подогрев воды происходит проще. Она нагревается с помощью нагревательных элементов типа ТЭНов или выступает в роли проводника и нагревается по закону Джоуля-Ленца.

Классификация

Паровые котлы, принцип работы которых мы сегодня рассматриваем, могут классифицироваться по нескольким параметрам.

По виду топлива:

1. Угольные.
2. Газовые.
3. Мазутные.
4. Электрические.

По назначению:

1. Бытовые.
2. Энергетические.
3. Промышленные.
4. Утилизационные.

По конструкции:

1. Газотрубные.
2. Водотрубные.

Чем отличаются газо- и водотрубные паровые котлы

Принцип работы котлов основан на подогреве емкости с водой. Емкость, в которой вода переходит в парообразное состояние, как правило, представляет собой трубу или несколько труб. Приборы, в которых горючее обогревает трубы, поднимаясь вверх, называются газотрубными котлами.

Но есть и другой вариант - когда перемещается по трубе, расположенной внутри емкости с водой. В таком случае водные емкости называются барабанами, а сам котел - водотрубным. В обиходе его также называют огнетрубным котлом. В зависимости от расположения водных барабанов, котлы такого типа подразделяют на: горизонтальные, вертикальны и радиальные. Также встречаются модели, в которых реализованы разные направления труб.

Устройство и принцип работы огнетрубного парового котла несколько отличается от газотрубного. Во-первых, это касается размера труб с водой и паром. У водотрубных котлов трубы менее габаритны, чем у газотрубных. Во-вторых, имеют место различия по мощности. Газотрубный котел дает давление не более 1 МПа и имеет теплообразующую способность до 360 кВт. Причиной тому являются крупные трубы. Чтобы в трубах образовывалось достаточно пара и давления, их стенки должны быть толстыми. Как результат - цена таких котлов завышена. мощнее. Благодаря тонким стенкам труб, пар нагревается лучше. И в-третьих, водотрубные котлы безопаснее. Они производят высокую температуру и не боятся значительных перегрузок.

Дополнительные элементы котлов

Принцип работы парового котла довольно прост, тем не менее его конструкция состоит из довольно большого количества элементов. Кроме топочной камеры и труб для циркуляции воды/пара, котлы оснащаются устройствами для повышения их эффективности (увеличение температуры пара, его давления и количества). К таким устройствам относят:

1. Пароперегреватель. Служит для повышения температуры пара выше 100 градусов. Перегревание пара повышает экономичность аппарата и его коэффициент полезного действия. Перегретый пар может достигать температуры в 500 градусов по Цельсию. Столь высокие температуры имеют место в паровых установках атомных станций. Суть перегрева состоит в том, что после испарения идущий по трубе пар подвергается повторному нагреву. Для этого аппарат может оснащаться дополнительной топочной камерой или простым трубопроводом, который, прежде чем вывести пар на целевое использование, несколько раз проходит через основную топку. Пароперегреватели бывают радиационными и конвекционными. Первые работают в 2-3 раза эффективнее.
2. Сепаратор. Служит для «осушения» пара - отделения его от воды. Это позволяет увеличить КПД установки.
3. Паровой аккумулятор. Данное устройство создано для поддержания постоянного уровня выхода пара из установки. Когда пара не хватает, оно добавляет его в систему и, наоборот, отбирает в случае переизбытка.
4. Подготовительное устройство для воды. Чтобы аппарат работал дольше, вода, попадающая в него, должна отвечать специфическим требованиям. Данное устройство снижает количество кислорода и минералов в воде. Эти несложные меры позволяют предотвратить коррозию труб и образование на их стенках накипи. Ржавчина и накипь не только снижают эффективность аппарата, но и быстро приводят его в негодность, особенно в случае активного использования.

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.

Парогенераторы

Мы уже рассмотрели принцип работы парового котла, теперь кратко познакомимся с особенностями парогенераторов - наиболее мощных котлов, оборудованных дополнительными устройствами. Как вы уже поняли, главное отличие парогенератора от котла состоит в том, что его конструкция включает один или несколько промежуточных пароперегревателей, что позволяет достичь высочайших температур пара. На атомных электростанциях, благодаря очень горячему пару, преобразуют энергию распада атома в электрическую энергию.

Существует два основных способа нагрева воды и переведения ее в газообразное состояние в реакторе:

1. Вода омывает корпус реактора. При этом реактор охлаждается, а вода нагревается. Таким образом, пар образуется в отдельном контуре. В таком случае парогенератор выполняет функции теплообменника.
2. Трубы с водой проходят внутри реактора. В этом варианте, реактор является топочной камерой, с которой пар подается непосредственно на электрогенератор. Эта конструкция называется кипящим реактором. Здесь все работает без парогенератора.

Заключение

Сегодня мы с вами познакомились с таким полезным прибором, как паровой котел. Устройство и принцип работы этого аппарат довольно просты и основаны на банальных физических свойствах воды. Тем не менее паровые котлы в значительной степени облегчают жизнь человека. Они согревают здания и помогают вырабатывать электричество.

Паровые котлы делятся на два типа: газотрубные и водотрубные.

Газотрубными называются котлы, в которых газообразные продукты горения выходят по дымогарным, а также жаровым трубам, размещенным внутри емкостей с нагревающейся водой.

Они бывают дымогарными, жаротрубными и дымогарожаротрубными. В водотрубных устройствах трубы с нагреваемой водой находятся внутри газопровода.

Котлы паровые газовые или же газотрубные – это агрегаты высокого давления. Их использование в теплоэнергетике допустимо при необходимой мощности в 360 кВт с рабочим давлением в 1 мегапаскаль.

При превышении давления в паровом котле может случиться взрыв с выбросом пара в большом количестве, приводящий к чрезвычайной ситуации. Сегодня такие системы считаются устаревшими и применяются довольно редко. Современные водонагревательные системы рассчитаны на большую .

Потребность в разработке водотрубных котлов появилась вследствие роста производства и необходимости получения пара в большом количестве.

Наличие множества узлов и составляющих в системе считается одним из недостатков данных устройств. Ремонт такого оборудования возможен только в отключенном состоянии.

Промышленные паровые устройства высокого давления или же парогенераторы – это сложнейшая система, состоящая из механических и электрических компонентов. Парогенератор состоит из нескольких частей:

• каркас, куда крепятся все остальные элементы;
• электрическое оснащение – , индикации, релейные переключатели, сигнальные лампы и другая аппаратура;
• датчики давления – выполняют контроль давления в системе;
• котел парогенератора – емкость для воды с установленными датчиками контроля уровня жидкости;
• электронасос – используется для непосредственного закачивания воды в котел.

Для нагрева воды в электропаровых котлах используют 3 метода:
1) Применение ТЭНов разной мощности.
2) Электропроводность воды – при пропускании через воду электрического тока выделяется тепло.
3) Нагрев воды с поддержкой частотного излучения или же индукционного нагрева.

Котлы высокого давления имеют давление пара более 20 атмосфер. Разработка и внедрение аналогичных установок вызваны непосредственным ростом мощности силовых агрегатов. Работа оборудования направлена на получение большого объема пара и горячей воды. Все клапаны и задвижки должны быть выполнены с учетом работы в условиях высокого внутреннего давления.

Использование оборудования низкого давления

На современном рынке представлены Они отличаются по функциональности, дизайну и качеству сборки. Выбор необходимой модели должен происходить с учетом требуемой мощности и производительности.

Паровые котлы низкого давления предназначены для выработки насыщенного пара, давление которого не выше 0,07 МПа, а его температура составляет 115 °С. Данное оборудование способно производить 140-3000 кг пара в час. Эти агрегаты применяются для технологических процессов в сельскохозяйственных организациях, на предприятиях пищевой, деревообрабатывающей индустрии и для обогрева помещений различной площади.

Паровое оборудование низкого давления устроено так, что вода в процессе сгорания топлива забирает все тепло. Газы, в процессе выхода из топливной части, попадают прямо в трубный пучок, который объединяет две части водяной базы.

Эти продукты нагревают воду, в результате чего она начинает испаряться. Пар сервируется через паропровод и используется в технологических процессах. Благодаря большому количеству воды, формируется устойчивое давление в паровом котле, которое сохраняется даже при неравномерной подаче пара. Впрочем, не стоит игнорировать ситуации, когда давление быстро падает и может спровоцировать взрыв.

Котел низкого давления – это система, которая состоит из двух и более цилиндров разных размеров, вставленных один в другой. В жаровой трубе расположена топка, в ее заднем отсеке имеется конвективный пучок труб. Угольное паровое оборудование оснащается плитой, которая крепится к фронтальной стороне. На плите размещаются крепления для вентилятора. Благодаря этому, процесс горения улучшается, а значит, улучшается и производительность оборудования.

Газовые и жидкотопливные установки оснащаются особыми горелками. Насыщенный пар, вырабатываемый устройством, осушается, благодаря особому внутрикотловому сепарационному устройству. При этом, отходы горения удаляются через дымопровод.

Паровые котлы делятся на устройства высокого и низкого давления. В зависимости от необходимой мощности используется тот или иной тип оборудования. Данные устройства характеризуется надежностью, высокой производительностью и безопасностью применения.

Котлы или паровики - закрытые приборы, для изготовления пара, давления выше атмосферного, из воды или иной жидкости, действием горящего топлива. Паровые котлы должны изготовляться из материала плотного, не пропускающего пар, и прочного, способного безопасно выдерживать давление пара. Лучшими материалами для изготовления котлов служат листовое железо, мягкая сталь и красная медь.

Чугун, из которого вначале изготовлялись все котлы, ныне применяется редко, как материал для котлов весьма ненадежный. При расходовании пара из котла убыль пара должна возмещаться вновь образующимся в котле паром; в противном случае давление пара в котле станет весьма быстро понижаться. Поэтому размеры котла и топки для сжигания топлива должны быть хорошо согласованы с количеством пара, требуемого от котла.

О силе или паропроизводительности котла принято в практической жизни судить по силе паровой машины, питаемой паром из котла; поэтому паропроизводительность котла, т. е. весовое количество доставляемого котлом пара в час, определяют числом производимых им П. лошадей (см. П. машины), предполагая, что на каждую П. лошадь требуется 15 кг (36 2/3 русск. фн.) пара в час.

Согласно сказанному, котел в 60 сил должен быть способен доставлять 60 х 15 = 900 кг пара в час. Жар от горения топлива проникает в воду через стенки котла; чем больше поверхность нагрева, т. е. та площадь стенок котла, которая изнутри покрыта водой, а снаружи обогревается огнем или горячими газами от сжигания топлива, тем большая часть теплоты горючего материала передается воде для обращения ее в пар и тем меньшая часть улетает даром в дымовую трубу; но с увеличением поверхности нагрева возрастает также вес и стоимость котла; поэтому наиболее выгоден в экономическом отношении тот котел, для которого стоимость расходуемого в год топлива, сложенная с процентами на погашение капитала, затраченного на котел со всей совокупностью устройства (печью, дымовой трубой и пр.), будет наименьшая.

В котлах фабричных или заводских, от которых требуется большая паропроизводительность, обыкновенно на первый план выступает экономия в топливе, вследствие чего в таких котлах стремятся по возможности увеличивать поверхность нагрева, не обращая особого внимания на стоимость котлов.

И водогрейных котлов

При несоблюдении установленных сроков освидетельствования и правил технической эксплуатации возможны взрывы и аварии.
Правила эксплуатации котлов устанавливает Госгортехнадзор России. С 1 июня 1986 г. действует ОСТ 46.3.2.199 - 85. В соответствии с этими правилами и водогрейные котлы положено устанавливать в отдельном несгораемом здании или в помещениях, прилегающих к производственным зданиям, но отделенных от них капитальной огнестойкой стеной. Внутри производственных помещений допускается установка прямоточных котлов при условии:

(t - 100)V < 100

где t - температура насыщенного пара при рабочем давлении,°С; V - объем воды в котле, м3.
В производственных зданиях, примыкающих к жилым помещениям, но отделенных от них капитальной стеной, разрешается установка котлов, у которых:

(t - 100)V < 5

При этом помещения, в которых установлены паровые и водогрейные котлы, должны отвечать требованиям противопожарного и строительного проектирования промышленных предприятий и населенных мест (СанПиН 11-2-80), Санитарным нормам проектирования промышленных предприятий (СН-245 - 71) и Правилам устройства и безопасности эксплуатации паровых и водогрейных котлов.
Установленные в помещении котлы должны отстоять от стены на расстоянии 3 м при работе на твердом топливе и на 2 м при работе на жидком топливе или газе. Ширина прохода между котлами допускается не менее 1 м.
Пол в котельной должен быть бетонным. В помещении котельной площадью 200 м2 должна быть одна входная дверь, а площадью более 200 м2 - две двери. Двери должны открываться наружу и не иметь запоров изнутри. Помещение котельной должно вентилироваться, контрольные приборы должны иметь индивидуальное освещение.
Администрация хозяйства обязана принять меры к подготовке квалифицированных кочегаров (обучение на специальных курсах)J Через каждые 12 мес, а также при переходе кочегара с одного предприятия на другое или при переводе на обслуживание котлов других типов следует проводить проверку его знаний.
Кочегар должен внимательно следить за показанием манометра и немедленно принимать меры в случае повышения давления в котле. При обслуживании водогрейных котлов он обязан наблюдать за показанием термометра и не допускать повышения температуры воды сверх 95 °С путем регулирования процесса горения в топке. В целях проверки водоуказательного устройства кочегар за смену должен 2...3 раза продуть водяные трубки, открывая верхний и нижний краники, а также принудительным подъемом предохранительных клапанов и убедиться в их исправности. Особо внимательно нужно следить за уровнем воды в котле.
При возникновении аварийного состояния следует немедленно оповестить администрацию и принять меры к приостановке работы котла.
В последнее время все больше применяют котлы, работающие на жидком топливе или газе. В устройстве для подачи жидкого топлива возможно его подтекание из форсунки, в результате чего топливо скапливается в топке, частично испаряется и при разжигании топки котла может взорваться.
Требуется строго соблюдать правила техники безопасности при газовом питании котлов. В таких установках надо внимательно следить за исправностью вентилей и кранов. При неисправности запорного устройства газ может накопиться в топке и дымоходе и, соединившись с кислородом воздуха, образовать взрывчатую смесь.
При разжигании топки котла сначала следует проверить топку, а затем поднести к горелке факел (запальную горелку) и тогда только открыть запорное устройство в газопроводе. Невыполнение этих правил неизбежно приведет к взрыву.
На каждом паровом котле установлен манометр, сообщающийся с паровым пространством котла, а для контроля воды - один водоуказательный прибор и два пароводопробных крана: один в паровом, другой в водяном пространстве котла. На паровых котлах марки KB установлены два грузовых предохранительных клапана, один из которых контрольный. Предохранительные клапаны отрегулированы таким образом, чтобы выпускать лишний пар при превышении рабочего давления более чем на 9,8 кПа для котлов низкого давления; на 19,6 кПа (контрольный клапан) и на 30 кПа (рабочий клапан) для котлов с рабочим давлением до 1,3 МПа.
Котел-парообразователь низкого давления Д-721А оборудован паровым манометром, водоуказательным стеклом, двумя водопробными кранами, двумя предохранительными клапанами и выбросными трубами, запорной, продувочной и прочей арматурой. Уровень воды в котле изменяют автоматически с помощью регулятора уровня, включающего и выключающего питательный насос. Котел оснащен также автоматом защиты по уровню, который отключает подачу топлива к форсунке при аварийном понижении уровня воды. При внезапном срыве пламени форсунки подача топлива в топку немедленно прекращается автоматом защиты по горению.
Для питания паровых котлов следует устанавливать не менее двух питательных насосов с подачей каждого не менее 120 % номинальной потребности всех одновременно действующих котлов.
В котельной на видном месте должна быть вывешена инструкция по технике безопасности при эксплуатации котлов.
На каждом водогрейном котле или трубопроводе горячей воды между котлом и запорным устройством устанавливается манометр, а на трубопроводах для входа и выхода воды - термометры.
На животноводческих фермах наибольшее распространение получили автоматические электронагреватели ВЭТ-200 и ВЭП-600. Причинами травматизма при эксплуатации этих водонагревателей являются неумелая их эксплуатация, неправильный монтаж, несоблюдение правил техники безопасности, бездействие приборов.
Безопасность работы с электрическими водонагревателями обеспечивается исправностью теплового реле с ртутным переключателем, предохранительного и обратного клапанов и термометра; целостностью многоканальных изоляторов из талькошамота; надежностью запорного вентиля и спускного крана; заземлением корпуса водонагревателя и кожуха пусковых устройств; заключением кабеля (или провода), соединяющего пускатель с нагревающими элементами внутри помещения, в металлическую трубу диаметром 1"; использованием рубильников и предохранителей только закрытого типа.
Для предотвращения выноса электрического потенциала из водонагревателя необходимо между водопроводной трубой и входным патрубком, а также между выходным патрубком водонагревателя и потребителем монтировать резиновую трубку длиной не менее 1 м.
Эксплуатация самодельных водонагревателей категорически запрещается.
Предыдущая Вперед

Какой паровой котел выбрать?

Паровой котел высокого давления Viessmann Vitomax 200-HS с экономайзером

Паровой котел Viessmann Vitomax 200-HS в комплекте с экономайзером (теплообменник отходящих газов/воды) – эффективное решение задачи по обеспечению объектов паром высокого давления.

Использование экономайзера позволяет увеличить КПД до 95%. Подобрать необходимую модель теплообменника возможно только после получения детальных данных о проектируемой инженерной системе. После этого можно будет определить эксплуатационные и конструктивные параметры экономайзера.

Остановимся немного подробнее на принципе работы теплообменника, установленного в парогенератор.

Главная задача экономайзера в паровом котле – повышение температуры питательной воды по, так называемой, «сухой технологии» (без конденсации паров). Для этого охлаждение отходящих газов производится при температурах превышающих точку росы. При этом процессе необходим постоянный контроль температуры уходящих газов, чтобы, в случае необходимости, отправить их в дымовую трубу минуя экономайзер.

Обязательным условием работы парового котла с теплообменником уходящих газов является плавное регулирование уровня воды.

При соблюдении всех правил эксплуатации прирост КПД составляет 4,5-5%. Это значительно сократить время окупаемости отопительного оборудования и снизит затраты на топливо.

В комплект поставки парогенератора с экономайзером входит трубопровод питательной воды с теплоизоляцией и газоотводный колпак для монтажа на месте эксплуатации.
Дополнительная информация о парогенераторе Vitomax 200-HS

Производительность 0,5 – 25т/ч;
Использует жидкое и газообразное топливо;
Котел с большим водяным наполнением;
Потери тепла минимизированы за счет установки круговой теплоизоляции.

Паровые котлы Vitomax 200-HS поставляются со смонтированной проходной площадкой. Это значительно упрощает монтаж и дальнейшее техническое обслуживание парового котла. По желанию заказчика, могут быть установлены площадка котла и лестница.

Правильная эксплуатация и уход за паровым котлом

Цель ухода за котлом состоит в своевременном, безопасном и выгодном (в смысле сбережения топлива и сохранения котла для более продолжительной службы) изготовления пара. Для безопасности от взрыва и предохранения котла от преждевременной порчи необходимо не только не допускать чрезмерного повышения давления пара в котле и поддерживать уровень воды на надлежащей высоте, но и постоянно следить за исправным состоянием стенок котла, так как стенки эти, а также заклепочные швы и головки заклепок, находясь под действием огня и вредных примесей, содержащихся в воде и топливе, подвержены различного рода разъеданиям, как внутри котла, так и снаружи; кроме того не следует допускать слишком сильных или слишком быстро происходящих нагреваний и охлаждений котла; в особенности местных, сильно вредящих его прочности.

Для выгодного изготовления пара необходимо постоянно заботиться о возможно полном и совершенном сжигании топлива, доставлением в топку потребного для горения количества воздуха и надлежащим перемешиванием его с топливом; для сего требуется пропускать воздух снизу, сквозь слой топлива, а не над ним; кроме того следует довольно часто прочищать колосниковую решетку, сквозь которую протекает воздух, от засоряющих ее шлаков и золы, своевременно и умело забрасывать в топку топливо, заботясь о равномерном распределении горючего по всей площади решетки; при заброске топлива и шуровке (прочистке решетки) должно по возможности быстро закрывать топочные дверцы, для устранения излишнего притока холодного воздуха над слоем топлива, так как при этом сильно охлаждаются стенки котла; далее, должно устранять препятствия движению газов в дымоходах, очищая последние от скоплений золы и налетов сажи на стенках, и умело управлять тягой в дымовой трубе, посредством надлежащего подъема или опускания заслонки (задвижки) в боров; необходимо также очищать стенки котла от плотно пристающей к ним накипи или котельного камня, отлагающегося вследствие выпаривания из воды различных растворенных в ней солей, в особенности солей кальция и магния.

Накипь - очень дурной проводник тепла и потому весьма сильно препятствует протеканию теплоты в воду сквозь стенки котла; накипь не только понижает полезное действие котла, но нередко является причиной раскаления его стенок, отчего происходят выпучивания (отдушины) и даже трещины в них (подробнее см. Накипь). Влияние кочегара на полезное действие котла достаточно подтверждается результатами конкурсов или состязаний кочегаров, производившихся за границей и в СПб.

Основываясь на результатах конкурсов, Бельгийское общество владельцев котлов ввело систему обучения кочегаров на месте, посредством посылаемого по заводам опытного странствующего кочегара (chauffeur-instructeur, Lehrheizer); сравнение его работы с работой кочегаров до обучения - нередко обнаруживало сбережение до 25 % в расходе горючего. На состязаниях кочегаров, на которые являются обыкновенно люди опытные в своем деле, выяснилось также, что их ошибки "оказывают тем меньшее влияние на результаты работы, чем лучше система котла, т. е. чем больший он дает коэффициент полезного действия" (Депп, "Результаты состязаний кочегаров").

VI. Взрывы паровых котлов. Под взрывом разумеют обыкновенно внезапное и довольно значительное разрушение всего котла или некоторых его частей; впрочем, точное знание этого термина до сих пор еще не установлено. Взрывы нередко сопровождаются гибелью людей и разрушением котельного помещения, иногда вместе с соседними постройками. Особенной разрушительностью взрывов отличаются котлы с большим содержанием воды.

Хотя появление значительной трещины и производит в них понижение давления пара, но вместе с тем вызывает почти внезапное выделение весьма значительного количества паров из воды вследствие того избытка теплоты в ней, который соответствует разности температур кипения для прежнего и нового, пониженного, давления пара. Каждый кубический метр воды, при понижении давления на одну атмосферу, доставляет показанное в прилагаемой таблице число кубических метров пара (таблица вычислена по данным Цейнера ; искомый объем z = (qo - q)/r ∙ (u + σ)/σ, где σ = 0,001; вычисление по адиабате: z = (τo - τ)T/r ∙ (u + σ)/σ, дает те же результаты).

В котлах цилиндрических, простых и с внутренними (жаровыми) трубами, на каждый погонный метр длины котла приходится примерно от 0,5 до 2 куб. м воды; а длина достигает 7 - 10 и более м. Отсюда видно, как велик может быть объем выделяющегося из воды пара при понижении давления на одну атмосферу; для котла, содержащего 10 куб. м воды, объем выделяющегося пара будет 52 куб. м (около 5 1/3 куб. саж.) при 5 атмосферах и 228 куб. м (около 23,5 куб. саж.) при двух атмосферах давления в котле по манометру. Большое содержание воды является, однако, и по той же причине, огромным достоинством во время исправной службы котла. Большой запас воды служит прекрасным регулятором теплоты, не допуская сколько-нибудь быстрых и значительных колебаний давления пара и неравномерности в его изготовлении, даже при весьма переменном расходовании пара.

При внезапном увеличении расхода недостающий пар тотчас же выделяется из воды, а при уменьшении или прекращении расхода большая часть теплоты огня идет на нагревание воды, не повышая значительно и быстро давления пара в котле. Но когда прежде всего от котла требуется возможно быстрое разведение паров, как например от котлов пожарных насосов (помп), то следует обращаться к типам котлов с очень малым содержанием в них воды. Причины взрывов могут быть весьма разнообразны. На них в настоящее время пролит яркий свет трудами правительственных инженеров и многочисленных заграничных обществ надзора за котлами, из которых первое возникло в Англии в 1855 г., по почину Ферберна (Fairbairn), под наименованием: "Манчестерское общество потребителей пара" (Manchester Steam Users Association).

Постоянно производимые правительствами и упомянутыми обществами исследования над причинами взрывов обнаружили с полной несомненностью, что огромное большинство взрывов происходит от одной или нескольких из следующих причин: дурного устройства котла, чрезмерной его изношенности и плохого ухода за котлом.

Дурное устройство заключается: в непрочности котельных листов, по недостаточности толщины или вследствие плохого материала; в дурной склепке котла и вообще неумелой котельной работе при изготовлении котла; в отсутствии надлежащих скреплений; в ошибочном расположении частей; в недостаточности приспособлений для питания котла водой и проч. Чрезмерная изношенность может происходить или от слишком продолжительной службы котла, или от отсутствия своевременного ремонта (починки) котла, в случаях напр. порчи его стенок от разъедания и других причин.

Плохой уход состоит в допущении: чрезмерного повышения давления пара, чрезмерного понижения уровня воды, значительного образования накипи; в недостаточном надзоре за исправным состоянием стенок котла и дымоходов и проч.

Весьма сомнительны и мало вероятны предположения о возможности взрывов вследствие образования гремучей смеси внутри котла от диссоциации воды, т. е. ее разложения на составные части: водород и кислород, или от случайно происшедшего сфероидального ее состояния, или наконец по причине перегрева воды. Образование гремучей смеси в дымоходах иногда бывало причиной взрыва, равно как и пожар в котельном помещении.

котел паровой высокого давления