Если вы инженер или продавец в промышленной сфере, то паровой котел на месте вам точно знаком. Но вы можете не до конца понимать, что именно делают котлы, как они работают и как выбрать правильный, безопасный и эффективный паровой котел для конкретного применения.
Не волнуйтесь, разобраться в паровых котлах несложно, вы все подробно узнаете в этом руководстве.
Что такое паровые котлы?
Один из наиболее распространенных типов котлов, паровой котел, преобразует тепловую энергию топлива, которое он использует для нагрева воды внутри котла, в пар, который затем можно использовать для различных промышленных и бытовых целей. Таким образом, мы можем просто сказать, что паровой котел — это контейнер под давлением, который использует теплопередачу для превращения воды в пар для различных целей. Существует множество видов топлива для отопления, включая газ, уголь, биомассу, мазут и т. д. Газовые паровые котлы являются наиболее популярными из-за политики защиты окружающей среды.
Какие типы паровых котлов?
Паровой котел – это отопительная система, вырабатывающая пар. Он генерирует энергию путем кипячения воды для производства пара. Это теплообменник с камерой сгорания и емкостью для воды, вырабатывающий пар для наружного использования. Паровые котлы доступны в различных размерах: от очень маленьких до огромных для более требовательных применений.
Для нагрева воды паровой котел сжигает топливо. Пар образуется при объединении тепла и воды. Для производства пара используются три типа тепла: излучение, конвекция и проводимость.
Типы паровых котлов
Паровые котлы характеризуются конструкцией, технологичностью, типом труб, видом топлива и мощностью давления. Когда котлы были впервые разработаны, они были столь же эффективны, как и нынешние котлы, но опасны из-за отсутствия систем управления. Размер котла, топливо и размеры колеблются в зависимости от работы, для которой он предназначен, и отраслей, в которых он используется. Типы топливной энергии включают природный газ, ископаемое топливо, уголь, электричество и древесные материалы. Топлива различаются по стоимости, экологичности и эффективности. Поскольку потребность в электроэнергии и производстве электроэнергии выросла, были созданы альтернативные виды топлива, такие как биомасса и мусор или мусор.
Электрические котлы
Электрические котлы используют электрические компоненты для создания тепла, это более эффективный и быстрый метод отопления. Это экологически более чистое решение, поскольку оно не требует сжигания топлива. Электрические котлы более долговечны, требуют меньше чистки и не требуют регулярного обслуживания. Единственная проблема, которую необходимо решить при использовании электрических котлов, — это скопление накипи в резервуаре для хранения воды.
Водогрейные котлы
Резервуары, передающие тепло воде, циркулирующей для отопления, представляют собой водогрейные котлы. Они состоят из нержавеющей стали, чугуна, алюминия и стали и устойчивы к высоким температурам и давлению.
Разновидности водогрейных котлов отличаются системой труб на огневой или водяной основе. Жаротрубные водогрейные котлы состоят из труб, заполненных водой; тепло проходит через трубки и нагревает окружающую их воду. Вода течет по трубам водотрубных котлов, пока трубы нагреваются.
Газовые котлы
Природный газ или пропан используются в газовых паровых котлах, которые более эффективны, чем обычные котлы. Топливо для газового котла подается из внешнего источника, напрямую связанного с котлом. Конструкция газового парового котла определяет, как распределяется тепло. Газовые паровые котлы применимы для промышленности и применения при низком давлении.
Масляные котлы
Паромасляные котлы работают аналогично газовым котлам, только в камере сгорания сжигается масло, а не газ. Теплообменник, нагревающий воду, нагревается за счет горящего масла. Паровые котлы, работающие на жидком топливе, могут достигать КПД более 90 процентов. Несмотря на то, что они дороже газовых паровых котлов, зачастую служат в два раза дольше.
Что касается масляных котлов, необходимость в масляном баке, который необходимо часто заправлять для поддержания постоянной подачи топлива, является проблемой.
Котлы низкого давления
Паровые котлы низкого давления передают тепло при давлении от 10 до 15 фунтов на квадратный дюйм и 149 градусов по Цельсию (300 градусов по Фаренгейту). Этот тип котла используется, когда резкие изменения температуры не необходимы и желательна постоянная температура. Паровые котлы низкого давления довольно популярны, поскольку они могут подавать пар значительно быстрее, чем паровые котлы высокого давления.
Котлы высокого давления
Паровые котлы высокого давления создают экстремальное давление для привода машин и оборудования. Силу и мощность парового котла высокого давления создает насос, подающий пар высокого давления в систему циркуляции. Чтобы считаться паровым котлом высокого давления, котел должен быть способен создавать давление от 15 до 800 фунтов на квадратный дюйм при температуре выше 121 ° C (250 ° F).
Давление и температура паровых котлов высокого давления регулярно проверяются для обеспечения их безопасности и эффективности. Нагрузки высокого давления паровых котлов высокого давления подразделяются на периодические или непрерывные: периодические нагрузки служат краткосрочным потребностям, а постоянные нагрузки служат долгосрочным потребностям.
Водотрубные котлы
В водотрубных котлах вода циркулирует по трубкам котла. Камера сгорания генерирует огонь, который окружает трубы и нагревает их, нагревая тем самым воду. Эта конструкция котла генерирует пар под высоким давлением за счет тангенциального давления в трубках, также известного как окружное напряжение. Это давление прикладывается к окружности трубок, аналогично давлению, оказываемому на ленты деревянной бочки при ее наполнении.
С момента изобретения первого котла использовались различные разновидности водотрубных котлов, хотя их конструкция с годами постепенно менялась.
Benson Boilers, Loeffler Boilers и La Mont Boilers
Паровые котлы производства La Mont, Benson и Loeffler создают огромное количество пара с превосходной эффективностью за счет использования принудительной циркуляции и вытяжных вентиляторов. Вода проталкивается через близко расположенные трубки малого диаметра с помощью центробежного насоса. Экономайзер, который использует дымовые или выхлопные газы из камеры сгорания для нагрева воды, — это то, что обеспечивает эффективность La Mont, Benson и Loeffler.
Жаротрубные котлы
В жаротрубном паровом котле вода течет по нагретым трубам котла. Внутри труб угольные или нагретые нефтью газы генерируют тепло, которое за счет теплопроводности передается воде для образования пара. Пар низкого давления вырабатывается жаротрубными паровыми котлами. Кокран, локомотив и Ланкашир — три основных типа паровых котлов с жаротрубными трубами.
К жаротрубному паровому котлу можно добавить экономайзер для повышения его эффективности и системы рекуперации тепла.
Корпусные котлы
Кожуховые котлы имеют кожух, который часто состоит из стали, вокруг поверхностей теплопередачи. Количество проходов тепла перед его выводом зависит от сочетания используемых трубок. Котлы с дымоходом, обычно называемые котлами с кожухом, содержат длинные резервуары для воды с жаротрубами. Эти жаровые трубы передают тепло от печи или камеры сгорания воде.
Котел Корнуолла был старейшим примером котла такого типа. Это был длинный цилиндр с одним большим дымоходом или трубой, удерживающей тепло или огонь. Его место занял паровой котел Ланкашира, имевший два дымохода.
Самый простой тип котла, который эффективно и недорого производит пар, — это кожуховый паровой котел, иногда называемый кожухотрубным котлом.
Техника обогрева котла
Тепло, выделяющееся при горении, поглощается паровым котлом. Для перемещения тепла используется излучение, конвекция или проводимость. Тип пара, топлива и передающей поверхности влияют на количество передаваемого тепла.
Радиация
Энергия, которую излучают все вещества и элементы, — это излучение. Это непрерывная передача энергии с использованием электромагнитных волн между поверхностями. При использовании парового котла пламя, создаваемое в камере сгорания, излучает тепло в трубы котла. Скорость поглощения электромагнитных волн определяет количество тепла, выделяемого при радиационном нагреве.
Конвекция
Когда жидкость или газ нагревается, возникает конвекция, то есть перенос тепла внутри нагретой жидкости или газа. Когда нагретая жидкость или газ соединяется с более холодной жидкостью или газом, она также нагревает их. При нагревании жидкости парового котла она теряет плотность и становится легче, что запускает процесс конвекции. Когда более легкая горячая жидкость или газ выходит, внутрь проникают более тяжелые и холодные жидкости или воздух. Процесс начинается заново, когда горячие жидкости заменяются холодными.
кондукция
Тепло передается от одной поверхности к другой посредством физического контакта, известного как проводимость. Когда металл нагревается, нагретый объект, которого он касается, также нагревается. В паровом котле проводимость возникает, когда тепло передается от нагретой внешней части трубки к теплой внутренней части и холодной воде внутри.
Эксплуатация паровых котлов
Паровые котлы используют горючее топливо для кипячения воды, в результате чего вырабатывается пар под давлением.
В зависимости от того, жаротрубный котел или водотрубный, вода нагревается по-разному. Их имена раскрывают основное различие между ними.
- Водотрубный котел
В водотрубном котле вода содержится в ряде трубок, а пар производится за счет передачи тепла от источника горючего топлива к внешним поверхностям трубок.
- Огнетрубный котел
В жаротрубном котле источник горючего топлива содержится внутри трубы, окруженной сосудом, наполненным водой. Поскольку вода вокруг трубки постепенно нагревается, в конечном итоге образуется пар.
Структура котельной системы
- Сосуд под давлением: Сосуд под давлением — это контейнер для газов или жидкостей, которые хранятся при высокой температуре и давлении. Резервуар котла изготовлен из очень прочного материала, чаще всего из стали.
- Горелка: Горелка сжигает топливо и кислород для обеспечения тепла котла. Примерами источников топлива являются природный газ, пропан низкого давления, нефть No2, уголь и другие виды топлива.
- Трубка: вода нагревается снаружи и содержится внутри металлических трубок внутри водотрубных котлов. Котлы с жаротрубными трубами используют горячий газ для нагрева воды вокруг труб, когда она проходит через одну или несколько из них.
- Экономайзер: теплообменное устройство, известное как экономайзер, передает тепловую энергию, которая в противном случае была бы потрачена впустую с выхлопными газами, и использует ее для нагрева воды, поступающей в котел. В результате котел более эффективен, поскольку для нагрева поступающей воды требуется меньше дополнительной энергии.
- Деаэраторный бак: Деаэраторы представляют собой обогреваемые резервуары питательной воды под давлением, которые удаляют растворенные газы, включая углекислый газ, из воды, подаваемой в котел. В противном случае котлу может быть нанесен значительный ущерб из-за растворенного кислорода и углекислого газа.
- Теплообменник: без физического взаимодействия двух материалов теплообменник передает тепло от одного к другому. В котле теплообменник передает тепло от горячего газа воде.
- Операторы могут регулировать параметры котла, включая давление и температуру, с помощью панели управления. Панели управления коммерческими и промышленными котлами оснащены углубленной аналитикой.
- Резервуар питательной воды: Котел использует воду из резервуара питательной воды для производства пара. Это резервуар для сбора. Очищенная вода собирается в резервуаре питательной воды перед подачей в котел. Резервуар питательной воды используется для впрыскивания и смешивания реагентов для котла, которые удаляют кислород и защищают металлы внутри котла. Конденсат пара, который конденсируется ниже точки котла, можно собирать в установках с линиями возврата конденсата и возвращать в систему для восстановления очищенной воды.
- Процесс горения: чтобы выработать тепло, система сгорания сначала смешивает топливо и воздух. Важной частью системы сгорания котла является обеспечение правильного соотношения воздуха и топлива.
- Система обратного осмоса:
- Обратный осмос работает путем приложения повышенного давления к стороне сырой воды обратного осмоса и пропускания воды через полупроницаемую мембрану обратного осмоса, оставляя почти все (около 95–99%) растворенных загрязнений в потоке отходов.
- Системы химического мониторинга: Тщательно регулируемое добавление химикатов может улучшить производительность котла. Системы химического мониторинга обеспечивают точный контроль уровня и непрерывный анализ.
- Виды топлива Тепло, вырабатываемое котлом, в конечном итоге получается в результате сжигания топлива. Уголь, газ и нефть часто используются в качестве топлива. Чтобы повысить эффективность, уголь перед использованием часто нагревают и измельчают. Биомасса, такая как древесная щепа или другие природные ресурсы, может использоваться реже.
- Очистка воды: Чтобы увеличить срок службы котлов, воду, которую они используют, необходимо очищать перед подачей в котел. Устраняя растворенные частицы, такие как кальций и магний, умягчители воды и системы обратного осмоса способствуют подготовке воды, снижая вероятность образования накипи внутри котла. Резервуары питательной воды также участвуют в процессе очистки воды, поскольку они используют тепло для уменьшения количества растворенных газов, которые могут вызвать окисление и коррозию котла.
Жаротрубные котлы против водотрубных котлов
Как обсуждалось ранее, жаротрубные котлы и водотрубные котлы — это два основных типа котлов, которые вы найдете сегодня на рынке. Рассмотрим работу каждого типа более подробно.
Жаротрубные котлы
В жаротрубных котлах пламя движется по закрытой трубе. Окружающий газ нагревается пламенем. Вода внутри сосуда нагревается до такой степени, что в результате прохождения тепла через стенки трубы образуется пар.
История жаротрубных котлов обширна. В конце концов, именно они привели в действие некоторые из первых паровозов в истории. Все больше промышленных предприятий переходят на водотрубные котлы для повышения безопасности и эффективности из-за огромного запасаемого давления и присущей им неэффективности.
Водотрубные котлы
Печь нагревает газ, который проходит по трубам, несущим воду в водотрубных котлах. Тепло передается через стенки трубок, нагревая воду внутри трубок с образованием пара. Обычно водотрубные котлы могут создавать гораздо большее давление, чем жаротрубные котлы.
Поскольку водотрубные котлы не содержат большого количества воды, они представляют меньшую опасность, чем жаротрубные котлы. Водотрубные котлы не только более эффективны, но и подходят для интенсивных промышленных процессов.
Схема парового котла
Паровой котел представляет собой закрытый сосуд, в котором сгорают вода и топливо с образованием пара. Пар должен подаваться надежно и в желаемом состоянии (в отношении его давления, температуры, качества и требуемой скорости).
В чем разница между водогрейным котлом и паровым котлом?
Паровой котел нагревает воду так же, как чайник, но в большем и более сложном масштабе. Несмотря на то, что не существует двух одинаковых паровых котлов, все они имеют общие следующие элементы: горелку, теплообменник, регулятор температуры пара, камеру сгорания, расширительный бак, отсечку при низком уровне воды и предохранительный клапан.
Водонагреватели более простые, чем паровые котлы. У них только одна работа — нагревать воду. Воду часто нагревают с помощью нагревательных стержней, пока она хранится в резервуаре. Вместо того, чтобы использовать накопительный бак, проточные водонагреватели быстро нагревают воду.
Конструкции и типы паровых котлов сильно различаются в зависимости от их конструкции и предполагаемого использования.
Перечислите части паровых котлов
Паровой котел состоит из следующих важных частей (креплений и аксессуаров), обеспечивающих его правильную и безопасную работу:
- горелка
Воздух и топливо впрыскиваются в зону горения через горелку. Топливо должно легко сочетаться с воздухом, например, нефть, газ или мелкоизмельченный уголь. Количество воздуха, поступающего в горелку, регулируется заслонками. Воздух равномерно распределяется вокруг горелки с помощью крыльчатки. Воспламенитель зажигает топливо, которое впрыскивается в котел с помощью трубок, известных как патрубки.
- Теплообменник
Теплообменник предотвращает смешивание жидкостей, обеспечивая при этом теплообмен. В теплообменнике нагреваемая жидкость погружается в длинную спиральную трубу. Через трубу газ или горячая жидкость нагревают воду поблизости. Идеальным материалом для теплообменников является нержавеющая сталь, поскольку она не подвержена коррозии и не ржавеет. Однако теплообменники могут быть изготовлены из ряда материалов.
- Контроль температуры пара
Термического стресса можно избежать, тщательно контролируя температуру пара. Для снижения расходов топлива необходим контроль давления и температуры. Водяные струи часто используются для регулирования температуры пара на пароперегревателях первой и второй ступени. Это достигается с помощью охладителя или пароохладителя.
Обход дымовых газов, циркуляция и угол, под которым горелки разжигают печь, — это другие способы регулирования температуры пара. Самый простой способ регулировать температуру пара — следить за температурой пара на выходе из котла и регулировать клапан распыляющей воды.
- Камера сгорания
Камера сгорания поддерживает взаимодействие топлива и воздуха и использует выделяемое тепло для производства пара. Камера сгорания должна быть соответствующим образом изолирована, чтобы предотвратить потерю тепла за счет излучения и повысить эффективность. Открытый короб с горелкой и органами управления и камерой сгорания соединены трубками, подающими пар и воду. Функционирование котла во многом зависит от эффективности сгорания. Поверхность котла в верхней части камеры сгорания поглощает тепло, выделяемое в камере сгорания.
- Расширительный бак
Предоставляя пространство для расширения воды, поглощения давления и контроля давления, расширительный бак помогает поддерживать давление в котле. Диафрагма в баке разделена на две части, одна из которых получает воду из котла, а другая управляется воздушным клапаном для сброса давления. Когда давление возвращается в норму, воздушный клапан давит на воду в противоположной части.
- Отсечка при низком уровне воды
Когда уровень воды падает ниже определенного уровня, отсечка по низкому уровню воды отключает горелку или прекращает подачу топлива в паровой котел. Котел сухого горения подвержен разрыву или серьезному выходу из строя. Отсечки парового котла при низком уровне воды являются еще одним элементом безопасности, который помогает защитить котел от опасностей и повреждений. Они часто используются в паровых котлах и гидравлических устройствах для отключения котла в случае потери воды и являются стандартным компонентом конструкции котла.
При использовании паровых котлов клапан сброса давления является наиболее важным элементом безопасности. Он гарантирует сброс накопившегося в паровом котле давления; это помогает предотвратить катастрофическую аварию. Как только давление нормализуется, предохранительный клапан закрывается. Он открывается, когда давление превышает критический уровень.
Steam Применение котлов
Паровые котлы могут использоваться в бытовых, коммерческих и промышленных целях.
Самая низкая мощность часто встречается у котлов бытового и коммерческого использования. Они подходят для использования в более компактных конструкциях и сооружениях, не требующих большой мощности пара.
Многие виды промышленной деятельности, требующие большей мощности, могут осуществляться с помощью промышленных котлов. Больницы, университетские кампусы, химические компании, пивоварни, предприятия пищевой промышленности и производственные предприятия — это лишь несколько мест, где можно найти промышленные котлы. Пар используется на предприятиях автомобилестроения для вулканизации резины для шин и других целей.
Многочисленные операции в производстве продуктов питания и пивоварении используют пар, включая непосредственное производство продуктов питания, стерилизацию оборудования и контейнеров. Для пастеризации продуктов питания и обеспечения их безопасности также используется высокотемпературный пар.
Типичные области применения
Типичная задача паровых котлов — обеспечить центральное отопление домов, офисов, предприятий, больниц и других зданий. Все котлы, независимо от того, где они используются, имеют одни и те же основные функции и механику, которые действуют как замкнутый процесс сгорания с выделением тепла.
Для создания тепла в котле и зажигания горелки используется ряд видов топлива. Насосы и теплообменники транспортируют образующееся тепло по всей системе. К паровому котлу добавляются дополнительные механизмы управления для специализации его функций.
- Аквариумы
Функционирующие аквариумы питаются от паровых котлов. Чтобы сохранить большое разнообразие представленных видов, необходимо правильно контролировать температуру и состояние воды в различных резервуарах аквариума. Паровые котлы, работающие на газе, используются вместе с теплообменниками для управления резервуарами с пресной и соленой водой, а также для создания течений и волн воды для имитации условий океана.
- лаборатории
Отработанный воздух используется в лабораториях колледжей для экспериментов и испытаний. Экспериментаторы используют наружный воздух, чтобы пополнить израсходованный воздух, который может быть холодным и требовать обогрева. Поскольку лаборатории огромны и дороги, для их обогрева требуется огромное количество тепла. Университеты и колледжи используют паровые котлы низкого давления для удовлетворения спроса.
- Напитки и еда
Продукты во время пастеризации необходимо нагревать до определенных температур, чтобы убить микробы. Вкус готового продукта может ухудшиться, если температура не будет точно регулироваться. Нагрев пара низкого давления используется пивоварами и винокурнями для создания надежных партий продукции по разумной цене. Паровые котлы используются молочными фермерами для очистки и дезинфекции своих объектов.
- Небоскребы
Ему нужна мощная система производства энергии, которая сможет выдержать постоянное использование для обогрева многоэтажных построек. Небоскребы представляют собой огромные конструкции, для эффективного и правильного обогрева которых требуется несколько котлов. Паровые котлы небоскребов могут весить до 165 тонн и использовать 3000 литров топлива каждый час, что достаточно для обогрева 2000 частных домов.
Поскольку его легко транспортировать и он всегда доступен, использование воды и пара для обогрева небоскребов является очень практичной и эффективной стратегией.
- Пивоварение
Для варки пива используются большие котлы, а нагревание и стерилизация котлов осуществляется с помощью паровых котлов. Чайники необходимо тщательно очистить и продезинфицировать после завершения цикла заваривания, чтобы гарантировать удаление всех загрязняющих веществ. Тип котла, который будет использоваться для поддержания чистоты и функциональности котлов, является первым фактором, который следует учитывать при проектировании пивоварни.
Остатки зерна от процесса пивоварения можно использовать в качестве топлива для паровых котлов. Это одновременно экономически и экологически разумная идея.
- Энергоснабжение
Способность парового котла приводить в движение турбины для выработки энергии является одним из его применений. При давлении 900 фунтов на квадратный дюйм большой мощный котел может производить до 225,000 20 фунтов пара в час. Такая котельная система способна производить XNUMX мегаватт мощности. Паровые котлы могут быть созданы с использованием технологических достижений и изобретений, позволяющих экономить энергию при ее создании.
- печи для обжига пиломатериалов
В лесной промышленности паровые котлы низкого давления используются в печах для сушки специальных пиломатериалов. Сушка в печи необходима для приготовления пищи из кедровых досок и твердых пород древесины, используемых в производстве мебели. Чтобы улучшить качество изделий из древесины, компании могут сушить свою продукцию безопасным и эффективным способом, используя паровой котел низкого давления. Нагрев пара низкого давления идеально подходит для такого рода процедуры сушки, поскольку он контролируемый и очень постоянный.
Водонагреватели, котлы и печи
Печи, водонагреватели и котлы генерируют тепло, но их конструкция и принцип работы различаются. Давайте рассмотрим варианты:
Пар производится путем кипячения воды в контейнере под давлением. Для различных коммерческих и промышленных целей многие предприятия могут устанавливать давление пара, которое напрямую коррелирует с температурой пара, которую можно изменять. Бытовые системы центрального отопления могут эффективно обогревать дом, распределяя пар по радиаторам. Сложность и конструкция котлов различаются в зависимости от того, для чего они предназначены.
Водонагреватели более простые, чем бойлеры. У них только одна работа — нагревать воду. Воду часто нагревают с помощью нагревательных стержней, пока она хранится в резервуаре. Вместо того, чтобы использовать накопительный бак, проточные водонагреватели быстро нагревают воду.
Печи нагревают воздух, проходящий через дом или строение, а не воду. Воздух нагревается перед тем, как он распределяется через ряд вентиляционных отверстий с помощью теплообменника, который нагревается за счет сгорания топлива. Для управления температурой печи используется термостат.
Заключение
Из этой статьи мы узнали, что паровой котел — это отопительная система, производящая пар, которая вырабатывает энергию за счет нагрева воды для получения пара. Паровой котел нагревает воду за счет сжигания топлива. Паровой котел определяется его конструкцией, портативностью, типом трубопроводов, типом топлива и создаваемым давлением. Паровые котлы поглощают тепло, выделяющееся при сгорании. Три режима теплопередачи — это излучение, конвекция и проводимость. Конструкция и тип паровых котлов сильно различаются в зависимости от их конструкции и использования, а также другой информации. THINKTANK — тайваньская семейная компания, специализирующаяся на производство клапанов для 10 крупнейших производителей котлов в Китае. Если вам нужны промышленные клапаны, такие как двухпозиционные клапаны, регулирующие клапаны, предохранительные клапаны и т. д., просто свяжитесь с нами для бесплатной консультации.
