Устройство и характеристики котлов

Котлом называется устройство, имеющее топку, обогреваемое продуктами сжигаемого в ней топлива и предназначенное для получения пара или горячей воды с давлением выше атмосферного, используемых вне самого устройства.

По виду теплоносителя котлы подразделяются на паровые и водогрейные.

Паровые котлы вырабатывают насыщенный или перегретый пар. При давлении пара до МПа (до 10 кгс/см²) котлы относятся к котлам низкого давления. В котлах среднего давления давление пара не превышает 10 МПа (100 кгс/см²). Температура перегретого пара составляет 250 и 440 ⁰С.

Паровой котел, вырабатывающий перегретый пар при сжигании жидкого или газообразного топлива, показан на рис. 23. Для сгорания топлива. используется топка 1. В ней образуются горячие газы с температурой в факеле 1400 – 1600 ⁰С. Для защиты обмуровки топки от теплового разрушения вдоль ее стен установлены вертикальные экраны 2, состоящие из труб, присоединенных к нижним и верхним коллекторам. Нижние коллекторы получают воду из нижнего барабанов. В трубах снизу вверх движется вода, которая частично превращается в насыщенный пар. Пароводяная смесь из экранных труб поступает в верхние коллекторы, а из них – в верхний барабан котла.

Из топки газы выходят с температурой 1000–800 ⁰С и продолжают охлаждаться в конвективном пучке и пароперегревателе 3. Трубы пучка установлены вертикально и присоединены к верхнему и нижнему барабанам.

Верхний барабан служит для приема питательной воды и насыщенного пара, образовавшегося в экранах и конвективном пучке. Поэтому данные поверхности нагрева называются испарительными.

Нижний барабан полностью залит водой и используется для циркуляции воды в трубах по схеме: верхний барабан – нижний барабан – верхний барабан.

В трубах пучка вода также частично превращается в пар. Пароводяная смесь вводится в верхний барабан, где разделяется на пар и воду.

Так как вода движется за счет разности плотностей воды и пара, то такая циркуляция называется естественной. Естественная циркуляция является многократной. Каждый килограмм воды прежде, чем превратиться в пар, проходит через экранные трубы 50 – 70 раз, а через трубы пучка – 100 – 200 раз.

Насыщенный пар из верхнего барабана поступает на перегрев в пароперегреватель, а из него – в сборный паропровод котельной.

Дальнейшее охлаждение газов с 350 – 300 ⁰С до 180 – 140 ⁰С производится питательной водой в чугунном или стальном водяном экономайзере 4.

В чугунном экономайзере температура нагретой воды должна быть ниже температуры кипения не менее чем на 20 ⁰С, чтобы исключить кипение воды в экономайзере.

Для сжигания твердого топлива топка котла оборудуется колосниковой решеткой и забрасывателями кускового топлива. При сжигании сильно влажного топлива (бурые угли, торф, древесные отходы) котлы могут оборудоваться воздухоподогревателями 5. Горячий воздух интенсифицирует процесс горения, а дальнейшее снижение температуры газов за котлом повышает его к.п.д.

Обмуровка котлов выполняется из двух слоев: внутренний слой или футеровка, и наружный теплоизоляционный слой. Футеровка изготавливается из огнеупорного шамотного кирпича (плит), а теплоизоляционный слой – из красного кирпича или плит различных теплоизоляционных материалов. Обмуровка из шамота и красного кирпича называется тяжелой, а из шамота и теплоизоляционных плит – облегченной.

Рис. 23. Схема устройства и работы парового котла:

1 – топка; 2 – испарительная система (экраны и пучок); 3 – пароперегреватель; 4 – водяной экономайзер; 5 – воздухоподогреватель

Водогрейный котел состоит из топки 4 и газохода с конвективной поверхностью нагрева 5.

Экраны топки 4 образованы вертикальными трубами 3, концы которых приварены к нижнему 1 и верхнему коллекторам. Каждая стенка топки имеет свой экран (рис.24).

Рис. 24. Схема устройства водогрейного котла:

1 –коллекторы экранов; 3 – трубы экранов топки; 4 – топка; 5 – конвективная поверхность нагрева

Конвективная поверхность 5 выполнена из параллельно соединенных многопетлевых змеевиков, нижнего и верхнего коллекторов. Газоход, в котором расположена конвективная поверхность, отделен от топки вертикальной перегородкой с окном вверху (внизу) для прохода газов.

За счет соединения коллекторов вода последовательно проходит через экраны топки и горячей выходит из конвективной поверхности.

Водогрейные котлы предназначены для получения горячей воды с температурой от 95 до 150 ⁰С. По тепловой мощности котлы подразделяются на котлы малой мощности (до 10 Гкал/ч), средней (20 – 30 Гкал/ч) и большой (более 50 Гкал/ч).