Parni kotlovi: načelo rada i uređaja

Parni kotao je uređaj za pretvaranje vode u paru, koji se koristi u svakodnevnom životu iu industriji. Para se koristi za grijanje prostorija, aparata i cjevovoda, kao i za rotiranje turbostrojeva. Učimo detaljnije o tome što su parni kotlovi. Načelo rada, uređaj, klasifikacija, opseg i još mnogo toga - sve će to biti razmatrano u nastavku.

definicija

Kao što ste već shvatili, parni kotao je parna agregatna proizvodnja. U ovom slučaju, kotlovi ove vrste mogu proizvesti parove dviju vrsta: zasićenih i zagrijanih. U prvom slučaju, temperatura joj je 100 stupnjeva, a tlak je oko 100 kPa. Temperatura pregrijanog parka raste do 500 stupnjeva i tlak do 26 MPa. Zasićena para se koristi u domaće svrhe, uglavnom za grijanje privatnih kuća. Pretrpana para je pronašla primjenu u industriji i energiji. Dobro podnosi toplinu, stoga njegova upotreba uvelike povećava učinkovitost instalacije.

Opseg primjene

Postoje tri glavna područja primjene parnih kotlova:

1. Sustavi grijanja. Parna djeluje kao nositelj energije.
2. Strojarstvo. Industrijski parni strojevi, ili, kako se zovu i generatori pare, koriste se za generiranje električne energije.
3. Industrija. Parenje u industriji koristi se ne samo za grijanje "košulja" aparata i cjevovoda, već i za pretvaranje toplinske energije u mehaničku energiju i pokretna vozila.

Parni kotlovi za kućanstvo koriste se za grijanje stambenih prostorija. Jednostavnim riječima, njihova je zadaća zagrijati vodu i pomaknuti vodu kroz cjevovod. Takav sustav često je opremljen stacionarnom peći ili kotlom. Uobičajeno kućanski aparati proizvode zasićenu ne-pregrijanu paru koja je dovoljna za rješavanje zadataka koji su im dodijeljeni.

U industriji, para se pregrije - nastavlja zagrijavati nakon isparavanja kako bi se dodatno povećala temperatura. U takvim se postrojenjima nameću posebni zahtjevi na kakvoću, kao kad se pregrijava pare, kapacitet rizika eksplodira. Zagrijana para iz kotao može se koristiti za generiranje struje ili mehaničkog kretanja.

Električna struja s parom oblikuje se na sljedeći način. Isparavanjem pare dolazi u turbinu, gdje se zahvaljujući gustom protoku okreće osovina. Tako, toplinska energija prelazi u mehaničku energiju, koja se, pak, pretvara u električnu energiju. Tako turbine elektrana rade.

Rotirajuća osovina, koja se događa kada velike količine pregrijane pare isparavaju, mogu se prenijeti izravno na motor i kotače. Tako je u pokretu parni transport. Kao popularni primjeri rada parnog stroja može se donijeti generator pare lokomotiva ili brodskog parnog kotla. Princip ovog potonjeg je prilično jednostavan: kada se gori ugljen, stvara se toplina koja zagrijava vodu i formira vodenu paru. Pa, parena, zauzvrat, okreće kotače ili, u slučaju broda, vijke.

Parni kotlovi: načelo rada

Razmotrimo detaljnije kako radim s takvim kotlovima. Izvor toplote potrebne za grijanje vode može biti bilo koja vrsta energije: električna, solarna, geotermalna, topline iz izgaranja plina ili krutog goriva. Parna stvorena tijekom zagrijavanja vode je nositelj topline, to jest, prenosi toplinu iz mjesta grijanja na mjesto korištenja.

Unatoč raznolikosti dizajna, osnovni nacrt i način rada parnih kotlova ne razlikuju se. Opća shema vodenog grijanja s naknadnim pretvorbom u paru izgleda ovako:

1. Pročišćavanje vode na filterima i njegovo napajanje u spremnik za grijanje s pumpom. Rezervoar se obično nalazi na vrhu jedinice.
2. Iz spremnika, kroz cijevi, voda ulazi u rezervoar, smještenu odnosno niže.
3. Voda se ponovo diže, tek sada kroz cijevi, ali kroz zonu grijanja.
4. Parne oblike u zoni grijanja. Pod djelovanjem razlike tlaka između tekućine i plinovite tvari, ona će se povećati.
5. Na vrhu se grijana para kroz separator, gdje se konačno odvoji od vode. Preostala tekućina vraća se u spremnik i parna struja ulazi u vodenu paru.
6. Ako ovo nije obični kotao, već generator pare, onda su njegove cjevovode dodatno zagrijane. Načini grijanja bit će razmotreni u nastavku.

uređaj

Parni kotlovi su spremnik u kojem se grije voda i tvori paru. Obično se izrađuju u obliku cijevi različitih veličina. Uz cijev s vodom, kotao uvijek ima komoru za izgaranje (peć). Njegov dizajn može varirati ovisno o vrsti goriva. Ako je to drvo ili tvrdi ugljen, onda je u dnu peći na kojoj je ugrađena goriva. Od dna rešetke, zrak ulazi u komoru za izgaranje. I na vrhu vatrogasnog postrojenja grade dimnjak, koji je neophodan za učinkovitu vuču - cirkulaciju zraka i izgaranje goriva.

Načelo rada parnih kotlova na krutim gorivima nešto se razlikuje od uređaja u kojima se kao rashladno sredstvo koristi tekući ili plinoviti materijal. U drugom slučaju, komora za sagorijevanje podrazumijeva plamenik, koji radi poput plamenika plinske peći za kućanstvo. Za cirkulaciju zraka koriste se i rešetka i dimnjak, jer, bez obzira na vrstu goriva, zrak je najvažniji uvjet za sagorijevanje.

Zapaljivi plin dobiven iz izgaranja goriva diže se u spremnik vode. On daje toplinu vodu i izlazi kroz dimnjak u atmosferu. Kada se voda zagrije do vrele, počinje isparavati. Valja istaknuti da voda prije isparava, ali ne u takvim količinama, a ne s takvom temperaturom pare. Isparena para ulazi u cijevi sama po sebi. Dakle, cirkulacija pare i promjena agregatnih stanja vode javljaju se prirodno. Načelo rada parnog kotla s prirodnom cirkulacijom zahtijeva minimalnu ljudsku intervenciju. Sve što operator treba učiniti je osigurati stabilno zagrijavanje vode i kontrolirati proces pomoću posebnih uređaja.

U slučaju električnih kotlova, zagrijavanje vode je lakše. Zagrijava se pomoću grijaćih elemenata poput TEN-a ili djeluje kao vodič i zagrijava se prema Joule-Lenzovom zakonu.

klasifikacija

Parni kotlovi, načelo koje danas razmatramo, mogu se klasificirati prema nekoliko parametara.

Prema vrsti goriva:

1. Ugljen.
2. Plin.
3. Gorivo.
4. Električno.

Po dogovoru:

1. Kućanstva.
2. Energetska.
3. Industrijska.
4. Recikliranje.

Po dizajnu:

1. Plinska cijev.
2. Vodena cijev.

Ono što razlikuje plinske i kotlovske vodovodne cijevi

Načelo rada kotlova temelji se na grijanju spremnika s vodom. Spremnik u kojem voda prolazi u stanje pare je obično cijev ili nekoliko cijevi. Uređaji, u kojima gorivo zagrijava cijevi, dižu se prema gore, nazivaju se kotlovnicama s plinskim cijevima.

No postoji i druga opcija - kada se zapaljivi plin kreće kroz cijev koja se nalazi unutar spremnika s vodom. U ovom slučaju, spremnici za vodu nazivaju se bubnjevi, a sam kotao se naziva vodovodna cijev. U svakodnevnom životu također se zove vatrogasna cijevna kotlovnica. Ovisno o lokaciji bubnjevi kotlova tog tipa je podijeljena na: horizontalna, vertikalna i radijalne. Također postoje modeli u kojima se ostvaruju različiti smjerovi cijevi.

Uređaj i načelo rada parnog kotla vatrogasne cijevi nešto se razlikuje od kotla s plinskom cijevi. Prvo, odnosi se na veličinu cijevi vodom i parom. Kod vodovodnih cijevi kotlovi su manji od cijevi plinskih cijevi. Drugo, postoje razlike u moći. Kotao plinske cijevi proizvodi tlak ne većeg od 1 MPa i ima kapacitet generiranja topline do 360 kW. Razlog tome su velike cijevi. Da bi se u cijevima stvorilo dovoljno pare i pritiska, njihove stijenke moraju biti debele. Kao rezultat toga, cijena takvih kotlova je previsoka. Vatrootlačni kotao je snažniji. Zahvaljujući tankim zidovima cijevi, parna se zagrijava bolje. I treće, vodocijevni kotlovi su sigurniji. Oni proizvode toplinu i ne boje se značajnih preopterećenja.

Pribor za kotlove

Načelo rada parnog kotla je vrlo jednostavna, međutim njegov dizajn sastoji se od prilično velikog broja elemenata. Pored komore za izgaranje i cijevi za cirkulaciju vode i pare, kotlovi su opremljeni uređajima za povećanje njihove učinkovitosti (povećanje temperature pare, tlaka i količine pare). Ovi uređaji uključuju:

1. Parno grijalo. Služi za povećanje temperature pare iznad 100 stupnjeva. Pregrijavanje pare povećava učinkovitost uređaja i njegovu učinkovitost. Zagrijana para može doseći temperaturu od 500 stupnjeva Celzijusa. Takve visoke temperature odvijaju se u parnim instalacijama nuklearnih elektrana. Suština pregrijavanja je da se nakon uparavanja para koja prolazi kroz cijev podvrgava ponovnom zagrijavanju. U tu svrhu uređaj može biti opremljen dodatnom komorom sagorijevanja ili jednostavnim cjevovodom koji nekoliko puta prolazi kroz glavnu peć prije nego što se parica izvadi u namjeravanu uporabu. Parne grijalice su zračenje i konvekcija. Prvi rad 2-3 puta učinkovitije.
2. Separator. Služi za "isušivanje" pare - odvajanje od vode. To vam omogućuje povećanje učinkovitosti instalacije.
3. Punjiva baterija. Ovaj je uređaj dizajniran da održava konstantnu razinu izlaza pare iz jedinice. Kada par nije dovoljan, dodaje ga u sustav i, naprotiv, odabire u slučaju pretjeranosti.
4. Pripremni uređaj za vodu. Kako bi uređaj radio dulje, voda koja ulazi u njega mora zadovoljavati posebne zahtjeve. Ovaj uređaj smanjuje količinu kisika i minerala u vodi. Ove jednostavne mjere sprječavaju koroziju cijevi i formiranje ljestvice na njihovim zidovima. Rust i šljunak ne samo da smanjuju učinkovitost uređaja, već i brzo ga čine neupotrebljivima, posebno u slučaju aktivne uporabe.

Upravljački uređaji

Osim toga, kotao je opremljen pomoćnim uređajima za nadzor i upravljanje. Na primjer, vodena granična sklopka nadgleda održavanje konstantne razine tekućine u bubnju. Načelo rada detektora granične razine za parni kotao temelji se na promjeni mase posebnih opterećenja tijekom prijelaza iz tekuće faze u fazu pare, i obratno. U slučaju odstupanja od norme, zvučni signal obavještava zaposlenike poduzeća.

Za kontrolu razine vode na položajima, također se koristi kolonu stupnjeva parnog kotla. Načelo uređaja temelji se na električnoj vodljivosti vode. Kolona je cijev opremljena s četiri elektrode koje kontroliraju razinu vode. Ako vodeni stup dosegne donju oznaku, priključena je crpka za napajanje, a ako je gornja - zaustavlja se opskrba vodom.

Drugi jednostavan uređaj za mjerenje razine vode u parnom kotlu je vodeno staklo, ugrađeno u tijelo aparata. Načelo rada vodenog stakla parnog kotla je jednostavno - osmišljeno je za vizualno praćenje razine vode.

Pored razine tekućine, sustav mjeri termometre i mjerače tlaka s temperaturom i tlakom. Sve je to neophodno za normalan rad kotla i spriječiti pojavu hitnih slučajeva.

Generatori pare

Već smo razmotrili načelo rada parnog kotla, sada ćemo se ukratko upoznati sa značajkama parnih generatora - najsnažnijim kotlovima opremljenim dodatnim uređajima. Kao što ste već shvatili, glavna razlika između generatora pare i kotla je u tome što njezin dizajn uključuje jedan ili više međuprostora koji dopušta postizanje najviših temperatura pare. U nuklearnim elektranama, zahvaljujući vrlo vrućem paru, pretvoriti energiju propadanja atoma u električnu energiju.

Postoje dva glavna načina grijanja vode i pretvaranja u plinoviti status u reaktoru:

1. Voda pere posudu za reaktor. Reaktor se ohladi i voda se zagrije. Dakle, para se formira u odvojenom krugu. U ovom slučaju, generator pare djeluje kao izmjenjivač topline.
2. Cijevi s vodom prolaze kroz reaktor. U ovoj izvedbi, reaktor je komora za izgaranje s kojom se para izravno dovodi do generatora napajanja. Ovaj se dizajn naziva kipućim reaktorom. Ovdje sve radi bez generatora pare.

zaključak

Danas smo se upoznali s takvim korisnim uređajem kao parni kotao. Uređaj i načelo rada ovog uređaja su vrlo jednostavni i temelje se na banalnim fizikalnim svojstvima vode. Ipak, parni kotlovi uvelike olakšavaju ljudski život. Zagrijavaju zgradu i pomažu u generiranju struje.