ПАРОВО́Й КОТЁЛ

ПАРОВО́Й КОТЁЛ ста­цио­нар­ный, уст­рой­ст­во для пре­об­ра­зо­ва­ния не­пре­рыв­но по­сту­паю­щей во­ды (пи­та­тель­ной во­ды) в на­сы­щен­ный или пе­ре­гре­тый пар с дав­ле­ни­ем вы­ше ат­мо­сфер­но­го за счёт те­п­ло­ты, вы­де­ляю­щей­ся при го­ре­нии ор­га­нич. то­п­ли­ва, а так­же те­п­ло­ты от­хо­дя­щих га­зов вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ных пе­чей или га­зо­тур­бин­ных ус­та­но­вок.

Историческая справка

Пром. при­ме­не­ние П. к. на­ча­лось на ру­бе­же 17–18 вв. в свя­зи с бур­ным раз­ви­ти­ем гор­но­за­вод­ской и уг­ле­до­бы­ваю­щей пром-сти, вне­дре­нием в про­из-во пря­диль­ных, ткац­ких ма­шин и др. Од­ним из пер­вых счи­та­ют П. к. Д. Па­пе­на, пред­ло­жен­ный им в 1680. Про­стей­ший П. к., про­из­во­дя­щий на­сы­щен­ный пар низ­ко­го дав­ле­ния, – ци­лин­д­ри­че­ский го­ри­зон­таль­ный ко­тёл (ба­ра­бан), имею­щий топ­ку с ре­шёт­кой, на ко­то­рой сжи­гал­ся сор­ти­ро­ван­ный кус­ко­вой уголь, а воз­дух для го­ре­ния по­сту­пал сни­зу че­рез ре­шёт­ку. Но­вым ви­дом П. к. ста­ли во­до­труб­ные кот­лы, в ко­то­рых те­п­ло­вос­при­ни­маю­щая по­верх­ность вы­пол­не­на в ви­де боль­шого ко­ли­че­ст­ва труб ма­ло­го диа­мет­ра (60–80 мм), на­хо­дя­щих­ся не­по­сред­ст­вен­но в по­то­ке го­ря­чих га­зов (эк­ран­ные тру­бы). В ре­зуль­та­те зна­чи­тель­но воз­рос­ли па­ро­про­из­во­ди­тель­ность кот­ла и дав­ле­ние на­сы­щен­но­го па­ра, боль­шая до­ля те­п­ла га­зов ис­поль­зо­ва­лась по­лез­но на на­грев и ис­па­ре­ние во­ды. Даль­ней­шим раз­ви­ти­ем ти­пов П. к. ста­ло соз­да­ние пря­мо­точ­ных кот­лов. Та­кой П. к. не име­ет ба­ра­ба­на, в нём во­да, па­ро­во­дя­ная смесь и пар (на­зы­вае­мые вме­сте ра­бо­чей сре­дой) по­сле­до­ва­тель­но про­хо­дят все по­верх­но­сти на­гре­ва кот­ла. В от­ли­чие от П. к. ба­ра­бан­но­го ти­па, пря­мо­точ­ные кот­лы мо­гут ра­бо­тать и при сверх­кри­тич. дав­ле­нии ра­бо­чей сре­ды, при ко­то­ром нет про­цес­са ис­па­ре­ния и ис­клю­ча­ют­ся яв­ле­ния се­па­ра­ции па­ра от во­ды, т. е. нет не­об­хо­ди­мо­сти в ба­ра­ба­не-се­па­ра­то­ре. В це­лях не­пре­рыв­но­го от­во­да те­п­ла и обес­пе­че­ния нор­маль­но­го тем­пе­ра­тур­но­го ре­жи­ма по­верх­но­стей на­гре­ва ра­бо­чая сре­да внут­ри труб дви­жет­ся не­пре­рыв­но.

Классификация паровых котлов

По прин­ци­пу ор­га­ни­за­ции дви­же­ния ра­бо­чей сре­ды раз­ли­ча­ют П. к. ба­ра­бан­ные, с ес­те­ст­вен­ной или мно­го­крат­но-при­ну­дит. цир­ку­ля­ци­ей, и пря­мо­точ­ные, с при­ну­дит. дви­же­ни­ем по все­му трак­ту (табл.). По па­ра­мет­рам те­п­ло­но­си­те­ля («вы­ход­но­му про­дук­ту») раз­де­ля­ют па­ро­вые (пред­на­зна­че­ны для про­из-ва па­ра) и во­до­грей­ные (для на­гре­ва во­ды под дав­ле­ни­ем в осн. для те­п­ло­снаб­же­ния гор. и рай­он­ных ко­тель­ных и ТЭЦ) кот­лы. По на­зна­че­нию – энер­ге­ти­че­ские (вы­ра­ба­ты­ва­ют пе­ре­гре­тый пар, ис­поль­зуе­мый в па­ро­вых тур­би­нах для вы­ра­бот­ки элек­трич. энер­гии); про­мыш­лен­ные (вы­ра­ба­ты­ва­ют на­сы­щен­ный пар для тех­но­ло­гич. нужд; напр., в хи­мич., де­ре­во­об­ра­ба­ты­ваю­щей пром-сти, в с. х-ве); ото­пи­тель­ные (про­из­во­дят пар или го­ря­чую во­ду), кот­лы-ути­ли­за­то­ры. По дав­ле­нию па­ра – док­ри­тич., кри­тич., сверх­кри­ти­че­ские. По ти­пу при­ме­няе­мо­го топ­ли­ва – га­зо­вые, жид­ко­то­п­лив­ные (ди­зель­ные), двух­то­п­лив­ные (га­зо­ма­зут­ные), на твёр­дом то­п­ли­ве (для пром. кот­лов, в осн. уголь). По спо­со­бу сжи­га­ния то­п­ли­ва – слое­вое, фа­кель­ное, в ки­пя­щем слое. По фа­зо­во­му со­стоя­нию вы­хо­дяще­го из топ­ки шла­ка – с твёр­дым и жид­ким шла­ко­уда­ле­ни­ем. По ви­ду га­зо­воз­душ­но­го трак­та – с ес­теств. тя­гой, с над­ду­вом.

Конструкция паровых котлов

Осн. кон­ст­рук­тив­ные эле­мен­ты П. к.: то­поч­ная ка­ме­ра (топ­ка), где сжи­га­ет­ся то­п­ли­во и об­ра­зу­ют­ся ды­мо­вые га­зы (про­дук­ты сго­ра­ния), а так­же час­тич­ное их ох­ла­ж­де­ние за счёт на­гре­ва эк­ран­ных труб; га­зо­хо­ды с вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ны­ми га­за­ми; по­верх­но­сти на­гре­ва из труб (то­поч­ные на­стен­ные эк­ра­ны, па­ро­пе­регре­ва­тель­, во­дя­ной эко­но­май­зер, воз­ду­хо­по­дог­ре­ва­тель); об­му­ров­ка, от­де­ляю­щая по­то­ки вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ных га­зов от ок­ру­жаю­щей сре­ды и сни­жаю­щая те­п­ло­вые по­те­ри от на­руж­но­го ох­ла­ж­де­ния; ме­тал­лич. кар­кас, вос­при­ни­маю­щий на­груз­ку от всех эле­мен­тов П. к. Вы­со­та П. к. дос­ти­га­ет 100 м.

Рис. 1. Схема котельной установки с барабанным паровым котлом: 1 – топочная камера с факельным горением; 2 – барабан-сепаратор; 3 – пароперегреватель; 4 – экономайзер; 5 &ndash...

П. к. вме­сте с со­во­куп­но­стью обо­ру­до­ва­ния, обес­пе­чи­ваю­ще­го его ра­бо­ту, на­зы­ва­ет­ся ко­тель­ной ус­та­нов­кой. В её со­став, кро­ме са­мо­го П. к., вхо­дят: обо­ру­до­ва­ние то­п­ли­во­при­го­тов­ле­ния; тя­го­дуть­е­вая ус­та­нов­ка; уст­рой­ст­ва уда­ле­ния шла­ка из П. к. и зо­ло­улав­ли­ва­ния в га­зо­вом трак­те; пи­тат. на­со­сы, ре­гу­ли­рую­щие уст­рой­ст­ва во­до­па­ро­во­го трак­та, сис­те­мы управ­ле­ния и за­щи­ты П. к.; изо­ля­ция кол­лек­то­ров, труб и др. эле­мен­тов ко­тель­ной ус­та­нов­ки (за пре­де­ла­ми стен кот­ла) с вы­со­кой темп-рой. Пи­тат. во­да про­хо­дит хи­мич. и тер­мич. очи­ст­ку в сис­те­ме во­до­под­го­тов­ки, где уда­ля­ет­ся осн. мас­са при­ме­сей. Ос­тав­шее­ся ко­ли­че­ст­во при­ме­си (10^–6 г/дм³ во­ды) и про­дук­ты кор­ро­зии ме­тал­ла по­сту­па­ют в П. к., где об­ра­зу­ют твёр­дые от­ло­же­ния внут­ри эк­ран­ных труб, что мо­жет при­вес­ти к ава­рии П. к. (напр., к рез­ко­му рос­ту темп-ры стен­ки тру­бы вплоть до её раз­ры­ва). Часть при­ме­си уно­сит­ся па­ром даль­ше по трак­ту (напр., в па­ро­вую тур­би­ну).

В ба­ра­бан­ном П. к. (рис. 1) об­ра­зо­ва­ние на­сы­щен­но­го па­ра про­ис­хо­дит в кон­ту­ре ес­теств. или при­ну­дит. цир­ку­ля­ции (ба­ра­бан – опу­ск­ные тру­бы – обог­ре­вае­мые подъ­ём­ные тру­бы – ба­ра­бан). По­лу­чен­ный на­сы­щен­ный пар от­де­ля­ет­ся от во­ды в верх­нем ба­ра­ба­не-се­па­ра­то­ре и на­прав­ля­ет­ся в па­ро­пе­ре­гре­ва­тель, в ко­то­ром об­ра­зу­ет­ся пе­ре­гре­тый пар. Пи­тат. во­да в ба­ра­бан по­сту­па­ет из эко­но­май­зе­ра, по­дог­ре­тая до темп-ры, близ­кой к темп-ре ки­пе­ния. Воз­ду­хо­по­до­гре­ва­тель обес­пе­чи­ва­ет на­грев воз­ду­ха до 250–350 °C пе­ред по­сту­п­ле­ни­ем его в зо­ну го­ре­ния. В кон­ту­ре цир­ку­ля­ции за счёт не­пре­рыв­но­го ис­па­ре­ния во­ды про­ис­хо­дит по­вы­ше­ние кон­цен­тра­ции при­ме­сей, что спо­соб­ст­ву­ет об­ра­зо­ва­нию внут­ри­труб­ных от­ло­же­ний. Со­ле­вой ба­ланс кот­ла обес­пе­чи­ва­ет­ся пу­тём вы­во­да не­боль­шой час­ти кот­ло­вой во­ды с вы­со­кой кон­цен­тра­ци­ей при­ме­сей из ба­ра­ба­на (про­дув­ка кот­ла).

Рис. 2. Схема прямоточного парового котла на сверхкритическое давление: 1 – горелки; 2 – топочные экраны; 3 – топочная камера; 4, 5 – первичный и вторичный пароперегреватели; 6...

В пря­мо­точ­ном П. к. на­грев и ис­па­ре­ние во­ды осу­ще­ст­в­ля­ют­ся в то­поч­ных эк­ра­нах за один про­ход ра­бо­чей сре­ды по трак­ту. Дви­же­ние сре­ды в труб­ных па­не­лях обес­пе­чи­ва­ет­ся дав­ле­ни­ем пи­тат. на­со­са (с бо­лее вы­со­ки­ми ско­ро­стя­ми, чем при ес­теств. цир­ку­ля­ции). В свя­зи с этим на­стен­ные труб­ные па­не­ли рас­по­ла­га­ют разл. об­ра­зом (вер­ти­каль­но, го­ри­зон­таль­но, на­клон­но) с по­зи­ции удоб­ст­ва кон­ст­рук­тив­но­го вы­пол­не­ния, обес­пе­че­ния на­дёж­но­го тем­пе­ра­тур­но­го ре­жи­ма труб и умень­ше­ния гид­рав­лич. со­про­тив­ле­ния. При­ме­си, со­дер­жа­щие­ся в по­сту­паю­щей в П. к. во­де, не мо­гут быть вы­ве­де­ны про­дув­кой, по­это­му пи­тат. во­да та­ко­го П. к. про­хо­дит глу­бо­кое обес­со­ли­ва­ние.

Пер­вые отеч. пря­мо­точ­ные кот­лы со­зда­ны Л. К. Рам­зи­ным в 1933. С 1960-х гг. пря­мо­точ­ные П. к. для энер­го­бло­ков мощ­но­стью 300, 500, 800 МВт и боль­ше про­из­во­дят­ся на сверх­кри­тич. дав­ле­нии пара (25 МПа) и обес­пе­чи­вают зна­чит. часть вы­ра­бот­ки элек­тро­энер­гии на ТЭС. Для по­вы­ше­ния эко­но­мич­но­сти па­ро­си­ло­вой ус­та­нов­ки в П. к. при­ме­ня­ют вто­рич­ный (про­ме­жу­точ­ный) пе­ре­грев па­ра. Под­дер­жа­ние за­дан­ной темп-ры па­ра ос­нов­но­го и вто­рич­но­го пе­ре­гре­ва обес­пе­чи­ва­ют ре­гу­ли­рую­щие уст­рой­ст­ва – по­верх­но­ст­ные и впры­ски­ваю­щие па­ро­ох­ла­ди­те­ли.

Сжи­га­ние то­п­ли­ва в то­поч­ной ка­ме­ре бы­ва­ет слое­вое (на спец. ко­лос­ни­ко­вой ре­шёт­ке), фа­кель­ное во взве­шен­ном со­стоя­нии в объ­ё­ме топ­ки или в ки­пя­щем слое. Слое­вое сжи­га­ние ис­поль­зу­ет­ся в ма­лых по про­из­во­ди­тель­но­сти кот­лах пром. и тех­но­ло­гич. при­ме­не­ния. Со 2-й пол. 20 в. раз­ра­бо­тан и при­ме­ня­ется спо­соб сжи­га­ния в ки­пя­щем слое для низ­ко­ка­че­ст­вен­ных твёр­дых то­п­лив (уголь, торф и др.) и от­хо­дов про­из-ва (опил­ки, ще­па и др.). В топ­ках с ки­пя­щим сло­ем умень­ша­ет­ся вы­брос ок­си­дов се­ры (в 8–10 раз) и ок­си­дов азо­та (в 2–3 раза). Кот­лы с цир­ку­ли­рую­щим ки­пя­щим сло­ем про­из­во­дят­ся в раз­ных стра­нах в ши­ро­ком диа­па­зо­не па­ро­про­из­во­ди­тель­но­сти – до 1000 т/ч. По­дав­ляю­щее чис­ло ра­бо­таю­щих П. к. ис­поль­зу­ют фа­кель­ное сжи­га­ние то­п­лив, при ко­то­ром то­п­ли­во и воз­дух для го­ре­ния вво­дят­ся в объ­ём то­поч­ной ка­ме­ры че­рез го­рел­ки. С его вво­дом уве­ли­чи­лась те­п­ло­вая мощ­ность П. к.; мощ­ные энер­го­бло­ки (500–1420 МВт) име­ют фа­кель­ное сжи­га­ние то­п­лив. На рис. 2 по­ка­зан пря­мо­точ­ный П. к. с фа­кель­ным сжи­га­ни­ем при­род­но­го га­за и ма­зу­та на сверх­кри­тич. дав­ле­ние, па­ро­про­из­во­ди­тель­но­стью 3950 т/ч для энер­го­бло­ка 1200 МВт. С кон. 20 в. раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся и стро­ят­ся П. к. на сверх­кри­тич. дав­ле­ние па­ра (28–35 МПа, темп-ра 600–650 °C).