Водотрубный котел: устройство, принцип работы в промышленной энергетике

Водотрубный котел: устройство, принцип работы в промышленной энергетике

Котельное водогрейное оборудование широко распространено в промышленности, где ценится высокая производительность генераторных установок. Такие агрегаты в основном применяют для технологических операций – например, для выработки пара за счет испарения воды. Но не исключается и возможность бытовой эксплуатации, если нужно организовать ГВС на несколько крупных потребителей. В числе наиболее оптимизированных парогенераторных конструкций можно отметить водотрубную. Котел такого типа не уступает многим аналогам по объемам выпуска за единицу времени, но его устройство обуславливает множество ограничений по эксплуатации в тесных условиях.

Устройство агрегата

Водотрубный котел

Наиболее распространена конструкция с двумя барабанами (коллекторами) в основе. Это металлические резервуары, которые соединяются между собой трубами разных диаметров. Также обязательным компонентом является камера сгорания или топка, генерирующая тепловую энергию. К остальным элементам конструкции относятся:

  • Патрубок для подвода топлива (как правило, жидкостного).
  • Циркуляционные коммуникации для воды.
  • Входы и выходы для воды.
  • Выпускной канал для слива воды.
  • Перегородки (если речь идет о замкнутой системе котла в защитном корпусе).
  • Дымоход.
  • Паровой сепаратор.

Большинство элементов конструкции водотрубного котла изготавливается из жаростойкого стального сплава. Встречаются и чугунные модели, но их можно использовать, если условия эксплуатации допускают установку тяжеловесных агрегатов. Трубчатые и фурнитурные элементы частично могут выполняться и на основе огнестойкой керамики, которая практичнее металла. Окно топки и ряд других зон возможного наблюдения изготавливают из жаростойкого стекла, прошедшего закалку.

Вспомогательные элементы конструкции

Регулирующая арматура водотрубного котла

Опционально в состав котла могут входить и дополнительные устройства, расширяющие возможности и удобство применения оборудования. В их числе можно отметить следующие приспособления:

  • Пароперегреватель. Предназначен для наращивания температуры пара до 100 °C и выше. Сама по себе конструкция водотрубных агрегатов не ставит целью доведение температурного режима пара до определенных величин. Как правило, целевой точкой работы является именно эффект испарения. В свою очередь, конвекционные пароперегреватели в зависимости от модели способны доводить температуру выходной смеси до 500 °C, что может потребоваться в некоторых технологических операциях на производствах.
  • Влагоотделитель. Тоже средство для подготовки пара, которое делает его сухим, выводя излишнюю влагу.
  • Паровой аккумулятор. Если водотрубный котел не справляется с нагрузками или, напротив, в минимальных объемах заполняет паровую камеру, сбалансировать рабочий режим поможет данное устройство. Аккумулятор отбирает или нагнетает паровые потоки в систему, когда это необходимо.
  • Устройство для водоподготовки. Вода, как источник генерации, тоже нуждается в соответствующей обработке. Например, специальная система фильтров понижает объем растворенного кислорода, удаляет соли и нежелательные химические реагенты.
  • Сегодня все реже обходится без автоматических средств управления, но они же поставляются в базовой комплектации с оборудованием. Можно лишь приобрести расширенный комплект контрольно-измерительных приборов, которые позволят комплексно отслеживать параметры давления, температуры, влажности и т. д.

Принцип действия

В исходном положении два барабана заполняются водой – один полностью (водяной), а второй (паровой) наполовину. Во втором коллекторе внутри предусматривается разделительная мембрана, отделяющая воду от пара. Данная граница называется зеркалом испарения. Рабочий процесс начинается с момента разгорания топки, которая сопряжена с теплообменником в виде трубчатой системы с циркулирующей водой. Горячая вода поступает в первый барабан, поддерживая в нем достаточный объем.

Параллельно начинается процесс испарения жидкости в паровом коллекторе водотрубного котла. Принцип работы агрегата основывается на конвективном теплообмене, который может выполняться в естественном безостановочном режиме. Холодная вода из системы центрального водоснабжения проходит базовый уровень фильтрации, затем поступает в теплообменную систему и направляется в барабан нагрева. Далее в зависимости от темпов испарения жидкость постепенно восполняет уровень наполнения парового коллектора. Пар, в свою очередь, или выпускается через дымоход, или же поступает в технологическую зону дальнейшего применения.

Отличия от жаротрубного котла

Теплообменник водотрубного котла

Разница между этими агрегатами заключается в конфигурации размещения камеры сгорания или в принципе источника тепловой энергии относительно теплообменника и емкости с водой. Во-первых, совсем не обязательна генерация пара. Жаротрубный котел в основном работает на обогрев водой, обеспечивая функцию системы ГВС. Во-вторых, у таких котлов топка размещается в центре конструкции, а емкости с контурами циркуляции воды носят прикладной характер. Они соприкасаются с теплообменником на внешней поверхности конструкции.

Но не только этим отличаются жаротрубные и водотрубные котлы. Разница проходит и по средствам регуляции теплообменного процесса. В конструкции водотрубного агрегата предусматривается экономайзер, благодаря которому изначально холодная вода подвергается предварительному нагреву. Соответственно, дальнейшие реакции теплообмена проходят интенсивнее и с меньшим объемом энергозатрат. С другой стороны, к преимуществам жаротрубного оборудования относят конструкционную простоту и минимальный объем обслуживающих мероприятий при эксплуатации.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:  Мука травяная и сенная. Корма для сельскохозяйственных животных

Отличия от газотрубного оборудования

В водотрубных агрегатах непосредственным транслятором тепловой энергии выступает горячая вода, наполняющая циркуляционные трубы теплообменника. Получается эффективный и безопасный генератор, который способствует выработке пара. Что касается газотрубных котлов, то техническое исполнение даже внешне может отчасти соответствовать водотрубным конструкциям. Разница заключается лишь в том, что носителем тепловой энергии будут выступать отработавшие в камере сгорания газы. Как это влияет на эксплуатационный процесс? Если принцип работы водотрубного котла допускает полный расход продуктов выработки без остатков до момента испарения и дальнейшего использования пара, то газотрубный котел уже в системе теплообменника должен будет выпускать рабочую газовую среду. Причем для этого предусматриваются толстые патрубки для обеспечения безопасности процесса.

Разновидности водотрубного котла

Вертикальные водотрубные котлы

Основным классификационным признаком является расположение коллекторов. Традиционно конструкции оснащаются горизонтальными барабанами, которые удобно подключать к циркулирующим водоснабжающим контурам. Два коллектора устанавливаются на платформе параллельно, а между ними может размещаться топка с отводными каналами. Если же в техническом помещении недостаточно места, то используются вертикальные водотрубные котлы на специальной коммуникационной подложке. Барабаны цилиндрической формы устремляются вверх, а снизу подводится рабочая жидкость с разными показателями температур. Технологический пар выводится в верхней части.