Устройство парового котла: схема, принцип работы, назначение, виды, как работает, из чего состоит, для чего нужен

Дом еще только строится, все хлопоты касаются конструкции здания и других не менее важных проблем. Однако рано или поздно каждый владелец как частного дома, так и квартиры задумывается о системе отопления. Как и любая другая инженерная сеть, отопительная система требует повышенного внимания к деталям. Сердце системы отопления – это котел. Котлы очень важно выбирать правильно, чтобы в дальнейшем не возникло никаких проблем.

Существует огромное количество различных видов котлов

Сначала отметим преимущества создания автономной отопительной системы перед центральной:

Возможность включения и отключения отопления по необходимости/желанию – графика здесь нет.
Возможность регулировать температуру внутри помещений, которые отапливаются.
Если вы поставите двухконтурный котел, то можно оборудовать еще и горячее водоснабжение.

Сферы применения паровых котлов и назначение

Паровые котлы активно используются в следующих отраслях:

Отопительные системы. Существуют промышленные и бытовые модели паровых котлов, позволяющие использовать пар в качестве теплоносителя. Пар проходит через отопительные контуры и/или поступает в теплообменники устройств горячего водоснабжения, тем самым обеспечивая перемещение тепловой энергии. Бытовой паровой отопительный котел часто комбинируется с твердотопливными отопительными устройствами. На промышленных объектах используются более мощные и надежные устройства, вырабатывающие перегретый пар, имеющий повышенную теплоотдачу.
Энергетика. Паровые машины позволяют преобразовывать разогретый пар в электрическую энергию. Рабочий процесс выглядит довольно просто: пар перемещается в турбину и вращает вал, за счет чего и происходит выработка электричества. Данный принцип с успехом используется на множестве электростанций.
Промышленность. Паровые устройства вполне могут обеспечивать механическое движение различных элементов систем. Принцип работы парового котла промышленного назначения выглядит так же, как и в предыдущем случае, но выработанная энергия направлена на осуществление механического воздействия на элементы, которые должны двигаться.

Знание того, для чего нужен паровой котел и где он применяется, позволяет использовать устройство с предельной эффективностью.

Этимология

Слово котел впервые встречается в Средний английский в качестве каудрун

(13 век). Это было заимствовано из Норман
каудрон
[1] (Пикард
каудрон
, Французский: Chaudron). Он представляет собой фонетическую эволюцию Вульгарная латынь
* калдарио
за Классическая латынь
кальдарий
«горячая ванна», происходящая от
cal (i) dus
«горячей».[1]

Нормано-французское слово заменяет древнеанглийское ċetel

(Немецкий
(Кох) Кессель
«котел», голландский
(чудак) кетель
«cauldron»), среднеанглийский
Chetel
. Слово «чайник» заимствовано из Древнескандинавский вариант
Ketill
«котел».[2]

Принцип работы парового котла

В первую очередь нужно понять, что называется паровым котлом. Паровой котел – это устройство, генерирующее пар. Существует два вида вырабатываемого пара – насыщенный и перегретый. Температура насыщенного составляет 100 градусов, а давление – 100 кПа. Перегретый пар разогревается вплоть до 500 градусов, а величина давления при этом может превышать 26 МПа. Насыщенный пар используется в агрегатах бытового назначения, а перегретый ввиду своих особенностей применим только на объектах промышленного масштаба.

Сырьем для создания пара является вода, которая перерабатывается в котле, работающем на любом виде топлива. Созданный пар в процессе работы преобразуется в теплоноситель, доставляющий тепловую энергию на участок его применения.

Независимо от особенностей конструкции конкретного устройства, общий принцип работы парового котла всегда остается неизменным:

Первым делом воду проходит этап очистки и направляется в резервуар (обычно находящийся в верхней части устройства) при помощи электрического насоса;
Накопленная в резервуаре вода поступает в трубы, ведущие к расположенному ниже коллектору;
Из коллектора вода направляется вверх, поступая в зону нагрева;
В трубе вода преобразуется в пар, выходящий вверх за счет разницы давлений жидкости и газа;
В верхней части конструкции располагается сепаратор, позволяющий отделить пар от воды и отвести излишки последней в резервуар;
Пар направляется в трубопровод и отправляется к потребителям;
В парогенераторах этап нагрева осуществляется еще раз для достижения паром необходимого состояния.

Чтобы хорошо понять, как работает паровой котел, нужно также рассмотреть особенности его конструкции, о чем речь пойдет дальше.

В словаре Ожегова

КОТЁЛ, -тла, м. 1. Большой металлический круглый сосуд для нагревания воды, варки пищи. Чугунный к. 2. Закрытая емкость, устройство для превращения жидкости в пар. Паровой к. 3. перен. Полное окружение воинской группировки. Попасть в к. * Общий котел — питание, довольствие из общей кухни. В артели — общий котел. Вариться в котле каком (неодобр.) — постоянно находиться в какой-н. активно Действующей среде, окружении. || уменьш. котелок, -лка, м. (к. 1 знач.). || прил. котельный, -ая, -ое (к 1 и 2 знач.) и котловой, -ая, -ое (к 1 и 2 знач.). Котельная установка. Котловое довольствие (из общего котла; офиц.).

Устройство парового котла

Конструктивно паровой котел – это емкость, в которой происходит процесс преобразования воды в пар. Емкость обычно выполняется из трубы, диаметр которой может варьироваться в достаточно широких пределах. Помимо заполненной трубы, схема парового котла включает в себя топочную камеру, предназначенную для сжигания топлива.

Топка может иметь определенные особенности, которые напрямую зависят от используемого вида топлива. Например, твердотопливные топочные камеры в нижней части оборудуются колосниковой решеткой, сквозь которую в камеру поступает кислород. В верхней части конструкции устанавливается традиционный дымоход, создающий тягу и обеспечивающий нормальное горение. В случае использования жидких энергоносителей или газа топочная камера снабжается горелкой.

В любом случае, выделяемый при сгорании топлива газ подступает к заполненной водой емкости, отдает ей свое тепло и выводится в атмосферу дымоходом. Вода в определенный момент начинает кипеть и превращаться в пар, который направляется в верхнюю часть емкости, а потом – в трубы.

В словаре Фасмера Макса

род. п. -тла́, укр. коте́л, род. п. кiтла́, др.-русск., ст.-слав. котьлъ χαλκίον, болг. коте́л, сербохорв. ко̀тао, род. п. ко̀тла, словен. kótǝl, чеш. kotel, род. п. kotla, слвц. kotol, польск. kосiоɫ, род. kоtɫа, в.-луж. kоtоɫ, н.-луж. kóśeɫ. Заимств. в праслав. эпоху из гот. *katils или *katilus (засвидетельствована форма род. мн. katilē), которое происходит из лат. catīnus или catīllus «блюдо, миска»; см. Бернекер 1, 591; Уленбек, AfslPh 15, 488; Шварц, AfslPh 41, 125; Брюх, Kretschmer-Festschr. 10 и сл.; Френкель, ZfslPh 8, 419. Едва ли непосредственно из лат., вопреки Мейе (Ét. 186), Соболевскому (ЖМНП, 1911, май, стр. 163; AflsPh 33, 478); см. Кипарский 203 и сл. Старое балт.-слав. происхождение заимствования, вопреки Траутману (ВSW 121), доказать нельзя, поскольку лит. kãtilas, др.-прусск. katils, лтш. katls могли быть получены через слав. посредство; см. Бернекер, там же; М.–Э. 2, 171; Буга, «Švietimo darbas», 1921, No 5–6, стр. 20. От коте́льник произошло местн. н. Коте́льнич, бывш. Вятск. губ.; стар. название Кокшаров (согласно Наумову, Пам. кн. Вятской губ., 1904 г., стр. 209 и сл.; по цитате в FUF 9, 122). Кокшаров – производное от ковша́р «мастер, делающий ковши, котлы», из ковш (см.).

Виды паровых котлов

Первый параметр, по которому классифицируются паровые котлы – вид используемого топлива, в зависимости от чего выделяют следующие виды котлов:

Газовые;
Угольные;
Мазутные;
Электрические.

В зависимости от их предназначения выделяют следующие виды паровых котлов:

Бытовые;
Промышленные;
Энергетические;
Утилизационные.

Последний параметр – конструкция, позволяющая выделить два вида котлов:

Газотрубные;
Водотрубные.

Конструкция парового котла довольно важна, поэтому стоит разобраться, в чем заключаются отличия этих видов устройств.

Отличия газо- и водотрубных котлов по схеме работы

Емкость, позволяющая создавать пар, обычно выполняется из одной или нескольких труб. Находящая в них вода прогревается за счет разогретых газов, выделяемых в процессе горения топлива. Такая конструкция подразумевает, что газ сам поднимается к заполненным водой трубам, и устройства, работающие по такому принципу, называются газотрубными котлами.

В другом типе котлов газ перемещается по трубе в самой емкости с водой. Емкость в данном случае называется барабаном, а сам котел относится к категории водотрубных. Заполненные водой барабаны могут располагаться горизонтально, вертикально, радиально или же комбинировано, в зависимости от чего выделяют соответствующие виды водотрубных котлов.

Сравнение особенностей рассматриваемых видов котлов позволяет сделать следующие выводы:

Первое отличие – разные размеры используемых труб. Газотрубные устройства оснащаются достаточно большими трубами по сравнению с изделиями, которые используются в водотрубных котлах.
Следующее отличие заключается в разнице мощностей. Предельное значение мощности газотрубных котлов составляет 360 кВт, а максимальное давление не может превышать 1 МПа. Высокое давление и объем пара требуют увеличения толщины стенок устройства, что негативно сказывается на итоговой стоимости котла. Водотрубные котлы такого недостатка лишены – для них вполне могут использоваться тонкие трубы, позволяющие добиться большей температуры и давления по сравнению с газотрубными аналогами.
Водотрубные котлы отличаются не только мощностью и более высокой температурой. К их преимуществам относится еще и возможность выдерживать серьезные перегрузки, что говорит о большей степени безопасности подобных устройств.

Галерея

Сот
, корейский котел, в котором готовили рис
Стол из котелка ведьм
Трехногий утюг горшки, используемые для обслуживания школа-ливы партия в Ботсвана. Повседневная кулинария осуществляется на школьных кухнях.
Сад земных наслаждений
, монстр с птичьей головой или «Князь ада» (голова крупным планом), название происходит от котла, который он носит на голове.
Мушов котел. Римский бронзовый котел, найденный в 1988 году в могиле германских вождей в Мушове, Чешская Республика, датируемый II веком нашей эры.
афроамериканец женщина и ребенок на улице, стоя у котла с кипящей водой, c. 1901 г.
Казнь казни в Девентер (Нидерланды)

Дополнительные элементы котлов

Устройство парового котла не ограничивается основными элементами, которые уже были описаны выше. Иногда паровой котел может комплектоваться дополнительными устройствами, позволяющими повысить эффективность или функциональность системы.

Речь идет о следующих элементах:

Пароперегреватель. Данный элемент позволяет разогреть пар до температуры свыше 100 градусов, что позволяет добиться большей экономичности за счет увеличения КПД агрегата. Пар при использовании перегревателя может достигать температуры в 500 градусов, причем его нагрев осуществляется уже в трубах, то есть после этапа испарения воды. Пароперегреватель может быть как встроенным, так и выполняться в формате отдельного устройства. Существуют конвекционные и радиационные устройства (второй тип имеет в 2-3 раза большую мощность).
Сепаратор пара. Этот элемент парового котла позволяет устранить всю лишнюю влагу из пара и максимально его высушить. При использовании сепаратора КПД всего котла существенно повышается.
Паровой аккумулятор. Данное устройство позволяет стабилизировать работу системы. Аккумулятор вбирает в себя излишки выработанного пара и возвращает их в систему, если его становится слишком мало.
Устройство для очистки воды. Данное приспособление позволяет снизить насыщенность воды кислородом и различными химическими веществами. Своевременная подготовка воды дает возможность уменьшить воздействие коррозии на внутренние элементы котла и свести к минимуму количество отложений в системе.

Также устройство парового котла включает в себя клапан для спуска конденсата, подогреватели воздуха и блок управления агрегатом, в который входит выключатель горения и регуляторы расхода сырья и энергоресурсов. Понимание того, из чего состоит паровой котел, позволяет подогнать его конфигурацию под решение конкретных задач.

В словаре Даля

м. чугунный или листовой сосуд для варки, обычно с округлым дном, небольшим раструбом кверху, с ушами или с перевяслом; чугун, казан. Большие котлы бывают клепаные, из листов котельного железа; паровые или паровики делаются в виде наглухо закрытых цилиндров. Дорожный, солдатский котелок подвешивается к треноге. Медный котлик. Прогорелый котлишка. Пивоварный котлища. Котел мортиры, пустота, в которую, сверх заряда в камере, кладется бомба. | Есть крестьянская игра котел; | котлом же называют и котловину, всякое углубленье, яму, провал с крутыми стенами. Солеварный котел, сковорода, чрен, црен. | Котлы стар. литавры. Горшок котлу не товарищ. Мужика семь лет в котле варит. Голова с пивной котел, а ума (мозгу) ни ложки. Женское сердце что котел кипит. Две бараньи головы в один котел не лезут, что-нибудь да торчит. Шел я мимо, видел диво: висит котел в девяносто ведер? месяц. Котелка, тул. обыкнов. крендель, варимый в котле. (Шейн). Котелки, -лочка, котельчика ми. растен. Аnemone pulatillа, ветреннца, анемон. | Водяное растен. Тrapa natans, рогатка, болотные, водяные орехи, рогульки, рогульник, чертовы орехи, чилим, батлачик; | растен. Сатраnula persicifoliа, синелька, пичужница, колокольчики. Котелочка, растен. Сатраnula patula, колокольчики, балаболки, цветок пирожки. Котельный, к котлу прнадлежщ., относящ. Котельное дно, -уши, -пиво, не корчажное, заводское. — железо, толстое листовое, для склепки эаводских котлов. -свод, круглый, шапкою. Котельная, мастерская, где работают котлы. Котловый, котляный, к котлу относящ. Котельный кирпич, лучший, огнестойкий, для закладки котлов; есть, для этого, и гнутый. Котельник, котельный мастер, работающий клепан (см. также катать). Котельников, ему прнадлежщ.; котельничий, к нему или к мастерству его относящ. Котельничать, промышлять котельничеством, клепальным и котельным мастерством. Котельчатый, котлистый, котловидный, -образный, котлу подобный, на котел похожий, т. е. глубокий, крутой, с округлым дном и небольшим развалом. Котляр и. тул. котельник или медник; котляры делают и самовары. Вот гуляют наи котлярки, котлярши, дочери, жены их. Котлярный, котельничий. Котлярство ср. ремесло, мастерство котляра; котлярить и котлярничать, заниматься им, котельничать. Котлина ж. глубокая впадина, ямина, котловина; | самое глубокое место в озере, пруде; | залежка кабанов, где на день залегает стадо кабанов; | просторная пещерка в лисьей норе, в самой глубине. Котловина, округлая глубокая яма, впадина, провал; такое ж углубленье земли обширного объема, кругловатый лог, дол, земляной бассейн. Котловина моря, весь объем его; котловина огневой горы, глубина жерлища или жерловины. Котловинный, к котловине относящ. Котловинник м. провалья, пешерник, все место занятое множеством провалов, обычно в гипсе. Котлубань ж. вост. малое, глубокое озерцо, ямою. Котлубанина ж. котловинка, залитая водою, колдобина, колдобоина. Котлован, заключенное в шпунтовой (пазовой) свайной бойке место в воде, для загатки и кладки в нем мостового быка, устоя и пр. Котляна ж. артель, хлебающие из одного котла; в арх. артель морских промышленников. Плотная котляна, если паевщики идут от себя, не от хозяина; главный в котляне называется корщик, за ним полукорщиик, третий полууженщик (ужна, пай), остальные покрутчики, покрученики. На хозяина идет две трети ужнов всего промысла; корщик, из трети, получает 5-6 ужнов, полукорщик половину этого и пр. Котляный, к котляне относящ.