Parní kotle: princip provozu a zařízení

Parní kotel je zařízení pro přeměnu vody na páru, které se používá jak v každodenním životě, tak v průmyslu. Pára se používá pro vytápění místností, přístrojů a potrubí, jakož i pro otáčení turbomachin. Podrobněji se dozvíme, co jsou parní kotle. Princip provozu, zařízení, klasifikace, rozsah a mnohem více - to vše bude popsáno níže.

Definice

Jak jste již pochopili, parní kotel je agregát produkující páru. V tomto případě mohou kotle tohoto typu vyrábět dvojice druhů: nasycené a přehřáté. V prvním případě je jeho teplota řádově 100 stupňů a tlak je přibližně 100 kPa. Teplota přehřáté páry se zvýší na 500 stupňů a tlak na 26 MPa. Nasycená pára se používá pro domácí účely, zejména pro vytápění rodinných domů. Přehřátá pára našla uplatnění v průmyslu a energii. To dobře snáší teplo, proto jeho použití značně zvyšuje účinnost instalace.

Rozsah aplikace

Existují tři hlavní oblasti použití parních kotlů:

1. Topné systémy. Para působí jako nosič energie.
2. Energetika. Průmyslové parní stroje nebo, jak se také nazývají, parní generátory, se používají k výrobě elektřiny.
3. Průmysl. Pára v průmyslu se používá nejen k ohřevu "košů" přístrojů a potrubí, ale také k přeměně tepelné energie na mechanickou energii a pohybující se vozidla.

Domovní parní kotle se používají k vytápění obytných prostor. Jednoduše řečeno, jejich úkolem je ohřát vodu a pohybovat párou potrubím. Takový systém je často vybaven pevnou pecí nebo kotlem. Obvykle domácí spotřebiče vyrábějí nasycenou přehřátou páru, což stačí k vyřešení úkolů, které jim byly přiděleny.

V průmyslovém odvětví se pára přehřívá - pokračuje v zahřátí po odpaření, aby se dále zvýšila teplota. K takovýmto zařízením jsou kladeny zvláštní požadavky na jakost, jako když je pára přehřátá, kapající rizika explodují. Přehřátá pára z kotle může být použita k generování elektřiny nebo mechanického pohybu.

Elektrický proud s párou je tvořen následujícím způsobem. Odpařování se pára dostává do turbíny, kde díky hustému toku otáčí hřídel. Tepelná energie tedy přechází do mechanické energie, která se zase transformuje na elektrickou energii. Tak fungují turbíny elektráren.

Otáčení hřídele, k němuž dochází při odpařování velkých množství přehřáté páry, může být přenášeno přímo na motor a kola. Takže v pohybu je parní transport. Jako oblíbené příklady provozu parního stroje lze přinést parní generátor lokomotivy nebo lodního parního kotle. Princip tohoto druhu je poměrně jednoduchý: při spalování uhlí se vytváří teplo, které ohřívá vodu a tvoří páru. No, pára otáčí kola, nebo v případě lodi šrouby.

Parní kotle: princip činnosti

Podívejme se podrobněji na to, jak pracuji s takovými kotli. Zdroj tepla potřebný pro ohřev vody může být jakýkoli druh energie: elektrický, solární, geotermální, teplo ze spalování plynu nebo tuhého paliva. Pára vyrobená během ohřevu vody je nosič tepla, tj. Přenáší tepelnou energii z místa ohřevu na místo použití.

Navzdory rozmanitosti konstrukcí se základní konstrukční a provozní princip parních kotlů neliší. Obecná schéma ohřevu vody s následnou přeměnou na páru vypadá takto:

1. Čištění vody na filtrech a její přívod do nádrže k ohřevu čerpadlem. Zásobník se obvykle nachází v horní části jednotky.
2. Ze zásobníku přes potrubí voda vstupuje do zásobníku umístěného resp. Dolů.
3. Voda opět stoupá, teprve teď přes potrubí, ale přes zónu ohřevu.
4. Parní formy v topné zóně. Při působení tlakového rozdílu mezi kapalnou a plynnou hmotou se zvýší.
5. V horní části je ohřívaná pára procházena separátorem, kde je nakonec oddělena od vody. Zbývající kapalina se vrací do nádrže a pára proudí do parní linky.
6. Pokud se nejedná o běžný kotel, ale o parní generátor, pak jeho potrubí je navíc ohříváno. Způsoby jejich ohřevu budou popsány níže.

Zařízení

Parní kotle jsou nádoba, ve které je voda ohřívána a vytváří páru. Obvykle jsou vyráběny ve formě trubek různých velikostí. Vedle potrubí s vodou má kotel vždy spalovací komoru (pec). Jeho konstrukce se může lišit v závislosti na typu použitého paliva. Je-li to dřevo nebo černé uhlí, pak na dně pece je rošt, na kterém je položeno palivo. Ze spodní části roštu vstupuje vzduch do spalovací komory. A v horní části ohniště stavějí komín, který je nezbytný pro efektivní trakci - cirkulaci vzduchu a spalování paliva.

Princip činnosti parních kotlů na tuhá paliva se poněkud liší od zařízení, ve kterých se jako chladicí kapalina používá kapalný nebo plynný materiál. Ve druhém případě spalovací komora převezme hořák, který funguje jako hořáky plynové pece pro domácnost. Pro cirkulaci vzduchu se také používá rošt a komín, protože bez ohledu na druh paliva je nejdůležitější podmínkou spalování vzduch.

Hořlavý plyn získaný ze spalování paliva stoupá do nádoby s vodou. Dává své teplo do vody a vystupuje komínem do atmosféry. Když se voda zahřeje na teplotu varu, začne se vypařovat. Za zmínku stojí, že se voda předtím vypařila, avšak ne v takových množstvích, a nikoliv s takovou teplotou výparů. Odpařená pára vstupuje do trubek sama. Tím dochází přirozeně k cirkulaci páry a ke změně stavu agregátů vody. Princip fungování parního kotle s přirozenou cirkulací vyžaduje minimální zásah člověka. Vše, co provozovatel potřebuje, je zajistit stabilní ohřev vody a řídit proces pomocí speciálních zařízení.

V případě elektrických kotlů je ohřev vody snadnější. Ohřívá se pomocí topných prvků, jako jsou sítě TEN nebo působí jako vodič a vyhřívá se podle zákona Joule-Lenze.

Klasifikace

Parní kotle, jejichž principu dnes uvažujeme, lze klasifikovat podle několika parametrů.

Podle druhu paliva:

1. Uhlí.
2. Plyn.
3. Palivový olej.
4. Elektrické.

Podle jmenování:

1. Domácnost.
2. Energie.
3. Průmyslové.
4. Využití.

Podle návrhu:

1. Plynová trubka.
2. Vodní trubice.

Co rozlišuje plynové a vodní trubkové kotle

Princip provozu kotlů je založen na vytápění kontejneru vodou. Kontejner, ve kterém voda prochází do stavu par, je obvykle potrubí nebo několik trubek. Zařízení, ve kterých palivo ohřívá potrubí a stoupají vzhůru, se nazývají plynové kotle.

Existuje však ještě jedna možnost - když se hořlavý plyn pohybuje potrubím umístěným uvnitř kontejneru s vodou. V takovém případě jsou vodní nádrže nazývány bubny a samotný kotel se nazývá vodní potrubí. V každodenním životě se také nazývá ohniště. V závislosti na umístění vodních bubnů jsou kotle tohoto typu rozděleny na: horizontální, vertikální a radiální. Také existují modely, ve kterých jsou realizovány různé směry potrubí.

Zařízení a princip činnosti ohřívače parního kotle se poněkud liší od plynového kotle. Za prvé se týká velikosti trubek s vodou a párou. U kotlů s vodovodní trubkou jsou trubky menší než trubky plynové trubky. Za druhé, existují rozdíly v síle. Kotel s plynovou trubkou vytváří tlak nejvýše 1 MPa a má teplo generující kapacitu až do 360 kW. Důvodem jsou velké potrubí. Aby se vytvořily dostatečné množství páry a tlaku v potrubí, jejich stěny musí být silné. V důsledku toho je cena takovýchto kotlů příliš vysoká. Vodní kotel je výkonnější. Díky tenkým stěnám potrubí se pára vylepšuje. A za třetí, vodní trubky jsou bezpečnější. Vytváří teplo a nebojí se výrazného přetížení.

Příslušenství kotle

Princip fungování parního kotle je poměrně jednoduchý, jeho konstrukce se však skládá z poměrně velkého počtu prvků. Vedle spalovací komory a potrubí pro cirkulaci vody / páry jsou kotle vybaveny zařízeními pro zvýšení jejich účinnosti (zvýšení teploty páry, tlaku a množství). Mezi tato zařízení patří:

1. Parní přehřívač. Slouží ke zvýšení teploty páry nad 100 stupňů. Přehřátí páry zvyšuje účinnost zařízení a jeho účinnost. Přehřátá pára může dosáhnout teploty 500 stupňů Celsia. Takové vysoké teploty se dějí v parních instalacích jaderných elektráren. Podstata přehřátí spočívá v tom, že po odpařování je pára procházející potrubím podrobena opětnému ohřevu. K tomuto účelu může být zařízení vybaveno doplňkovým spalováním nebo jediného potrubí, které před výstupními párech na zamýšlené použití, prochází několikrát přes hlavní pece. Parní přehřívače jsou záření a konvekce. První práce 2-3krát účinněji.
2. Oddělovač. Slouží k "vypuštění" páry - odděluje ji od vody. To vám umožní zvýšit efektivitu instalace.
3. Nabíjecí baterie. Toto zařízení je navrženo tak, aby udržovalo konstantní úroveň výstupu páry z jednotky. Když dvojice nestačí, přidá je do systému a naopak vybírá v případě nadbytku.
4. Přípravné zařízení pro vodu. Aby jednotka mohla pracovat déle, voda, která vstupuje do ní, musí splňovat zvláštní požadavky. Toto zařízení snižuje množství kyslíku a minerálů ve vodě. Tato jednoduchá opatření zabraňují korozi potrubí a vytváření stupnice na stěnách. Koroze a spánek nejenže snižují účinnost zařízení, ale také jej rychle znemožňují, zejména v případě aktivního použití.

Řídicí zařízení

Kromě toho je kotel vybaven pomocnými zařízeními pro monitorování a řízení. Například vodní koncový spínač monitoruje udržování konstantní hladiny kapaliny v bubnu. Princip fungování detektoru mezní úrovně parního kotle je založen na změně hmotnosti speciálních zátěží během jejich přechodu z kapalné fáze na parní fázi a naopak. V případě odchylky od normy, pípne upozornit zaměstnance podniku.

Pro regulaci hladiny vody podle polohy se používá také kolona pro měření hladiny v parním kotli. Princip přístroje je založen na elektrické vodivosti vody. Kolona je trubice vybavená čtyřmi elektrodami, které řídí hladinu vody. Pokud vodní sloupec dosáhne spodní značky, je připojeno napájecí čerpadlo a pokud je horní - přívod vody z kotle se zastaví.

Dalším jednoduchým zařízením pro měření hladiny vody v parním kotli je vodní sklo zabudované do těla přístroje. Princip fungování vodního skla parního kotle je jednoduchý - je určen pro vizuální sledování hladiny vody.

Kromě hladiny kapaliny systém měří teploměry a tlakoměry s teplotou a tlakem. To vše je nezbytné pro normální provoz kotle a zabránit vzniku nouzových situací.

Parní generátory

Již jsme se zabývali provozním principem parního kotle, nyní se krátce seznámíme s vlastnostmi parních generátorů - nejmocnějších kotlů vybavených dalšími zařízeními. Jak jste již pochopili, hlavní rozdíl mezi parním generátorem a kotlem spočívá v tom, že jeho konstrukce zahrnuje jeden nebo více přehřívačů, které umožňují dosažení nejvyšší teploty páry. V jaderných elektrárnách díky velmi horkému páru přemění energii rozpadu atomu na elektrickou energii.

Existují dva hlavní způsoby ohřevu vody a její přeměna na plynný stav v reaktoru:

1. Voda splachuje reaktorovou nádobu. Reaktor se ochladí a voda se zahřeje. Tudíž pára je vytvořena v samostatném okruhu. V tomto případě funguje generátor páry jako výměník tepla.
2. Potrubí s vodou prochází uvnitř reaktoru. V tomto provedení je reaktor spalovací komorou, se kterou je pára dodávána přímo do generátoru. Tento návrh se nazývá varný reaktor. Zde vše funguje bez parního generátoru.

Závěr

Dnes jsme se seznámili s takovým užitečným zařízením jako parní kotel. Zařízení a princip fungování tohoto zařízení jsou poměrně jednoduché a založené na banálních fyzikálních vlastnostech vody. Parní kotle však velmi usnadňují lidský život. Ohřívají budovu a pomáhají vyrábět elektřinu.