Войти
Передвижной (мобильный) котел. (сохранился, Исторический серебряный рудник в Тарновских Горах Польша ).
Стационарный котел. (США ).A котел - это закрытый сосуд, в котором жидкость (обычно вода) нагревается. не обязательно кипеть. Нагретая или испаренная жидкость выходит из котла для использования в различных процессах или системах отопления, включая водяное отопление, центральное отопление, производство энергии на основе котлов, приготовление пищи и санитария.
На электростанции на ископаемом топливе с использованием парового цикла при производстве электроэнергии основным источником тепла будет сжигание угля, нефти или природного газа. В некоторых случаях побочный продукт топлива, такой как отходящие газы коксовой батареи, богатые монооксидом углерода, можно сжигать для нагрева котла; можно также использовать биотопливо, такое как жмых, если оно экономически доступно. На атомной электростанции котлы, называемые парогенераторами, нагреваются за счет тепла, выделяемого при ядерном делении. Если в результате какого-либо процесса доступен большой объем горячего газа, парогенератор-утилизатор или котел-утилизатор может использовать тепло для производства пара с минимальным потреблением дополнительного топлива или без него; такая конфигурация является обычной для электростанции с комбинированным циклом , где используются газовая турбина и паровой котел. Во всех случаях отходящие газы продуктов сгорания отделены от рабочей жидкости парового цикла, что делает эти системы примерами двигателей внешнего сгорания.
сосуда высокого давления котел обычно делают из стали (или легированной стали ), или исторически из кованого железа. Нержавеющая сталь, особенно аустенитного типа, не используется в смачиваемых частях котлов из-за коррозии и коррозионного растрескивания под напряжением. Однако ферритная нержавеющая сталь часто используется в секциях пароперегревателей, которые не будут подвергаться воздействию кипящей воды, а кожухотрубные котлы из нержавеющей стали с электрическим обогревом разрешены в соответствии с европейской «Директивой по оборудованию, работающему под давлением» для производства пара для стерилизаторов. и дезинфекторы.
В горячем паре в моделях часто используется медь или латунь, поскольку их легче изготовить в котлах меньшего размера. Исторически медь часто использовалась для топок (особенно для паровозов ) из-за ее лучшей формуемости и более высокой теплопроводности; однако в последнее время высокая цена на медь часто делает ее неэкономичным выбором, и вместо нее используются более дешевые заменители (например, сталь).
На протяжении большей части викторианской «эпохи пара» единственным материалом, используемым для изготовления котлов, было самое высокое качество кованого железа, с сборкой клепкой. Этот чугун часто приобретался на специализированных металлургических заводах, например, в районе Cleator Moor (Великобритания), известных своим прокатом пластина, которая особенно подходит для использования в ответственных устройствах, таких как котлы высокого давления. В 20-м веке практика проектирования перешла на использование стали со сварной конструкцией , которая является более прочной и дешевой, которая может быть изготовлена быстрее и с меньшими трудозатратами. Котлы из кованого железа подвержены коррозии гораздо медленнее, чем их современные стальные аналоги, и менее подвержены локальным точечным коррозиям и коррозии под напряжением. Таким образом, срок службы старых котлов из кованого железа намного превосходит срок службы сварных стальных котлов.
Чугун может использоваться для обогрева резервуаров бытовых водонагревателей. Хотя в некоторых странах такие нагреватели обычно называют «бойлерами», их цель обычно состоит в производстве горячей воды, а не пара, поэтому они работают при низком давлении и стараются избегать кипения. Хрупкость чугуна делает его непрактичным для паровых котлов высокого давления.
Источником тепла для котла является сжигание любого из нескольких видов топлива, например дрова, уголь, нефть или природный газ. В электрических паровых котлах используются нагревательные элементы сопротивления- или погружного типа. Ядерное деление также используется в качестве источника тепла для производства пара либо напрямую (BWR), либо, в большинстве случаев, в специализированных теплообменниках, называемых «парогенераторами. "(PWR). Парогенераторы-утилизаторы (HRSG) используют тепло, отводимое от других процессов, таких как газовая турбина.
Существует два метода измерения КПД котла в соответствии с характеристиками ASME. код испытания (PTC) для котлов ASME PTC 4 и HRSG ASME PTC 4.4 и EN 12952-15 для водотрубных котлов:
Прямой метод проверки эффективности котла более применим или более распространен.
КПД котла = выходная мощность / входная мощность = (Q * (Hg - Hf)) / (q * GCV) * 100%
Q = расход пара в кг / ч. Hg = энтальпия насыщенного пара в ккал / кг. Hf = энтальпия питательной воды в ккал / кг. q = расход топлива в кг / ч. GCV = брутто теплотворная способность в ккал / кг (например, нефтяной кокс 8200 ккал / кг)
Для измерения КПД котла косвенным методом необходимы следующие параметры:
Котлы можно разделить на следующие конфигурации:
Схема жаротрубного котла Жаротрубный котел : Здесь вода частично заполняет корпус котла с небольшим объемом, оставшимся наверху для размещения пара (паровое пространство). Этот тип котла используется почти во всех паровозах. Источник тепла находится внутри печи или топки, которая должна постоянно находиться в окружении воды, чтобы поддерживать температуру поверхности нагрева ниже точки кипения. Печь может быть расположена на одном конце дымовой трубы, которая удлиняет путь горячих газов, тем самым увеличивая поверхность нагрева, которая может быть дополнительно увеличена за счет изменения направления газов через вторую параллельную трубу или пучок из нескольких труб ( двухходовой или дымоходный котел); в качестве альтернативы газы можно отводить по сторонам, а затем под котел через дымоходы (3-ходовой котел). В случае котла локомотивного типа ствол котла выходит из топки, и горячие газы проходят через пучок дымовых труб внутри ствола, что значительно увеличивает поверхность нагрева по сравнению с одиночной трубой и дополнительно улучшает теплопередачу. Жаротрубные котлы обычно имеют сравнительно низкую производительность пара, но большую емкость для хранения пара. Жаротрубные котлы в основном работают на твердом топливе, но их легко адаптировать к жидкостным или газовым. Жаротрубные котлы могут также упоминаться как котлы типа «scotch-marine» или «судовые».
Схема водотрубного котла. Водотрубный котел : В этом типе трубы заполнены с водой расположены внутри печи в нескольких возможных конфигурациях. Часто водяные трубы соединяют большие бочки, нижние с водой, а верхние с паром и водой; в других случаях, например, в однотрубном бойлере, вода циркулирует с помощью насоса через последовательность змеевиков. Этот тип обычно обеспечивает высокую производительность пара, но меньшую емкость хранения, чем описанный выше. Водотрубные котлы могут быть спроектированы для использования любого источника тепла и, как правило, предпочтительны для приложений с высоким давлением, поскольку вода / пар высокого давления содержится в трубах небольшого диаметра, которые могут выдерживать давление с более тонкими стенками. Эти котлы обычно устанавливаются на месте, имеют примерно квадратную форму и могут быть многоэтажными. 
дизайн 1950-х годов паровозный котел, от Victorian Railways J class Для безопасного определения и защиты котлов некоторые профессиональные специализированные организации, такие как Американское общество инженеров-механиков (ASME) разрабатывать стандарты и нормативные кодексы. Например, ASME Кодекс для котлов и сосудов высокого давления - это стандарт, содержащий широкий спектр правил и директив для обеспечения соответствия котлов и других сосудов высокого давления стандартам безопасности, защиты и проектирования..
Исторически котлы были источником множества серьезных травм и разрушения имущества из-за плохо изученных инженерных принципов. Тонкие и хрупкие металлические оболочки могут лопнуть, а плохо сваренные или заклепанные швы могут открыться, что приведет к сильному выбросу сжатого пара. Когда вода превращается в пар, она расширяется более чем в 1000 раз по сравнению с первоначальным объемом и движется по паровым трубам со скоростью более 100 километров в час (62 миль в час). Из-за этого пар является отличным способом перемещения энергии и тепла по территории от центральной котельной туда, где это необходимо, но без правильной обработки питательной воды для котла паропроизводящая установка будет страдать от образования накипи и коррозии. В лучшем случае это увеличивает затраты на энергию и может привести к низкому качеству пара, снижению эффективности, сокращению срока службы установки и ненадежной работе. В худшем случае это может привести к катастрофическому отказу и гибели людей. Разрушенные или смещенные трубы котла также могут распылять горячий пар и дым из воздухозаборника и горловины, травмируя пожарных, загружающих уголь в топку. Чрезвычайно большие котлы, обеспечивающие сотни лошадиных сил для работы заводов, могут потенциально разрушить целые здания.
Котел, в котором не хватает питательной воды и которому разрешено кипеть всухую, может быть чрезвычайно опасно. Если затем в пустой котел направить питательную воду, небольшой каскад поступающей воды мгновенно закипит при контакте с перегретой металлической оболочкой и приведет к сильному взрыву, который невозможно контролировать даже с помощью предохранительных паровых клапанов. Слив воды из котла может также произойти, если в паропроводах возникнет утечка, которая больше, чем может заменить подача подпиточной воды. Петля Хартфорда была изобретена в 1919 году Хартфордской инспекционной и страховой компанией паровых котлов как метод, который помог предотвратить возникновение этого состояния и тем самым снизить страховые требования.
Перегретый котел на паровозе. При кипячении воды получается насыщенный пар, также называемый «влажным паром». Насыщенный пар, в основном состоящий из водяного пара, переносит некоторое количество неиспарившейся воды в виде капель. Насыщенный пар полезен для многих целей, таких как приготовление пищи, нагрев и санитария, но он нежелателен, когда ожидается, что пар передает энергию оборудованию, например судовая двигательная установка или "движение" паровоза. Это связано с тем, что неизбежная потеря температуры и / или давления, возникающая при прохождении пара от котла к оборудованию, вызовет некоторую конденсацию, в результате чего жидкая вода попадет в оборудование. Вода, захваченная паром, может повредить лопатки турбины или, в случае поршневого парового двигателя, может вызвать серьезные механические повреждения из-за гидростатической блокировки.
перегретый пар котлы испаряют воду а затем дополнительно нагревают пар в пароперегревателе, в результате чего температура выпускаемого пара существенно превышает температуру кипения при рабочем давлении котла. Поскольку полученный «сухой пар » намного горячее, чем необходимо для пребывания в парообразном состоянии, он не будет содержать сколько-нибудь значительного количества неиспарившейся воды. Кроме того, возможно более высокое давление пара, чем при использовании насыщенного пара, что позволяет пару переносить больше энергии. Хотя перегрев добавляет к пару больше энергии в виде тепла, он не влияет на давление, которое определяется скоростью, с которой пар поступает из котла, и настройками давления предохранительных клапанов. Расход топлива, необходимый для производства перегретого пара, больше, чем расход топлива, необходимый для производства эквивалентного объема насыщенного пара. Однако общая энергоэффективность паровой установки (комбинация котла, пароперегревателя, трубопроводов и оборудования) в целом будет повышена в достаточной степени, чтобы более чем компенсировать повышенный расход топлива.
Работа перегревателя аналогична работе змеевиков блока кондиционирования воздуха, но для другой цели. Трубопровод пара проходит через дымовой газ в топке котла, где температура обычно составляет от 1300 до 1600 градусов по Цельсию (от 2372 до 2912 градусов по Фаренгейту). Некоторые перегреватели относятся к излучающему типу, что, как следует из названия, поглощает тепло за счет излучения. Другие - конвекционного типа, поглощающие тепло от жидкости. Некоторые из них представляют собой комбинацию двух типов. При использовании любого из этих методов чрезмерное тепло в тракте дымовых газов также нагревает паровой трубопровод перегревателя и пар внутри.
Конструкция любой установки перегретого пара представляет собой ряд технических проблем из-за высоких рабочих температур и давлений. Одним из соображений является введение в котел питательной воды. Насос , используемый для заправки котла, должен выдерживать рабочее давление котла, иначе вода не будет течь. Поскольку перегретый котел обычно работает при высоком давлении, соответствующее давление питательной воды должно быть еще выше, что требует более прочной конструкции насоса.
Еще одно соображение - безопасность. Непреднамеренный выход перегретого пара под высоким давлением может быть чрезвычайно опасным. Чтобы дать читателю некоторое представление о паровых установках, используемых во многих США. ВМФ эсминцы, построенные во время Второй мировой войны, работали при давлении 600 psi (4100 кПа ; 41 бар ) давления и перегрева в 850 градусов по Фаренгейту (454 градуса по Цельсию). В случае серьезного разрыва системы, постоянно присутствующей опасности на военном корабле во время боя, огромное количество энергии, выделяющейся при утечке перегретого пара, увеличивается более чем в 1600 раз. замкнутый объем был бы эквивалентен катастрофическому взрыву, последствия которого усугубляются выбросом пара, происходящим в замкнутом пространстве, таком как машинное отделение корабля. Кроме того, небольшие утечки, которые не видны в точке утечки, могут быть смертельными, если кто-то ступит на путь выходящего пара. Поэтому проектировщики стараются придать компонентам системы, работающим с паром, как можно больше прочности, чтобы сохранить целостность. Для предотвращения утечек используются специальные методы соединения паропроводов вместе с системами очень высокого давления, в которых используются сварные соединения, чтобы избежать проблем с утечками с резьбовыми или разборными соединениями.
Котел для электростанции. Генераторы сверхкритического пара часто используются для производства электроэнергии. Они работают при сверхкритическом давлении. В отличие от «докритического котла», сверхкритический парогенератор работает при таком высоком давлении (более 3200 фунтов на квадратный дюйм или 22 МПа), что физическая турбулентность, характеризующая кипение, перестает возникать; жидкость не является ни жидкостью, ни газом, а является сверхкритической жидкостью. В воде не происходит образования пузырьков пара, поскольку давление выше точки критического давления, при которой могут образовываться пузырьки пара. По мере того, как жидкость расширяется через ступени турбины, ее термодинамическое состояние опускается ниже критической точки, поскольку она работает, вращая турбину, которая вращает электрический генератор, из которого в конечном итоге отбирается мощность. Текучая среда в этот момент может быть смесью пара и капель жидкости, когда она проходит в конденсатор . Это приводит к несколько меньшему расходу топлива и, следовательно, меньшему производству парниковых газов. Термин «бойлер» не следует использовать для парогенератора сверхкритического давления, поскольку в этом устройстве не происходит «кипения».
A топливный котел с подогревом должен обеспечивать воздух для окисления топлива. Ранние котлы обеспечивали этот поток воздуха или тягу за счет естественного действия конвекции в дымоходе, соединенном с выхлопом камеры сгорания. Поскольку нагретый дымовой газ имеет меньшую плотность, чем окружающий котел воздух, дымовой газ поднимается в дымоходе, втягивая более плотный свежий воздух в камеру сгорания.
Большинство современных котлов зависят от механической тяги, а не естественной тяги. Это связано с тем, что естественная тяга зависит от условий наружного воздуха и температуры дымовых газов, выходящих из топки, а также от высоты дымохода. Все эти факторы затрудняют получение надлежащей тяги и, следовательно, делают механическое тяговое оборудование более надежным и экономичным.
Типы тяги также можно разделить на вытяжную, когда выхлопные газы выводятся из котла; приточная тяга, при которой в котел подается свежий воздух; и сбалансированная тяга, где задействованы оба эффекта. Естественная тяга через дымоход - это разновидность искусственной тяги; механическая тяга может быть индуцированной, принудительной или сбалансированной.
Существует два типа механической тяги. Первый - за счет использования паровой струи. Струя пара, ориентированная в направлении потока дымовых газов, вводит дымовые газы в дымовую трубу и обеспечивает большую скорость дымовых газов, увеличивая общую тягу в печи. Этот метод был распространен на паровозах, у которых не могло быть высоких дымоходов. Второй метод заключается в простом использовании вытяжного вентилятора (ID-вентилятора), который удаляет дымовые газы из печи и выталкивает отработанный газ вверх по дымовой трубе. Почти все печи с вытяжкой работают с небольшим отрицательным давлением.
Механическая принудительная тяга обеспечивается с помощью вентилятора, нагнетающего воздух в камеру сгорания. Воздух часто пропускают через воздухонагреватель; который, как следует из названия, нагревает воздух, поступающий в топку, чтобы повысить общую эффективность котла. Заслонки используются для контроля количества воздуха, поступающего в топку. Печи с принудительной тягой обычно имеют положительное давление.
Сбалансированная тяга достигается за счет использования как принудительной, так и принудительной тяги. Это чаще встречается в больших котлах, где дымовые газы должны проходить большое расстояние через множество проходов котла. Вытяжной вентилятор работает вместе с вытяжным вентилятором, позволяя поддерживать давление в печи немного ниже атмосферного.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Котлы. |
