Устройство парового котла: схема, принцип работы, назначение, виды, как работает, из чего состоит, для чего нужен

Для каких целей нужен паровой котел: схема и эксплуатация

Паровой котел – изобретение старое, но в промышленности он используется до сих пор. К примеру, на электростанциях, где парообразующая установка является одним из основных элементов производства электроэнергии. Во всех котельных заводов и фабрик также установлены паровые котлы. В быту они сегодня применяются редко, потому что была проведена замена более безопасными и энергетически малозатратными водяными котлами.

Классификация паровых установок

Существует несколько шкал, по которым проводится классификация. Основные – это три шкалы.

Водотрубные

Они быстрее преобразуют воду в пар, чем газотрубные. У них выше коэффициент полезного действия за счет конструктивных особенностей агрегата. По сути, это корпус, внутри которого располагается большое количество труб. По трубам перемещается вода, а между трубами горит топливо.

При высокой температуре вода превращается в пар. А так как труб много, то соответственно и площадь нагрева у них больше. И чем больше труб в котле, тем интенсивнее происходит переход жидкости в парообразное состояние.

Водотрубные паровые котлы делятся на две подгруппы:

• прямоточные;
• барабанного типа.

Первые – это конструкции трубного типа, о которых было сказано выше. Вторые представлены на рынке двумя позициями – горизонтальные и вертикальные. Но принцип действия устройства этого типа одинаков.

В его конструкции присутствует барабан, который не только собирает в себе пар, но и отделяет от него конденсат. Последний отправляется в зону нагрева, то есть снижаются потери воды.

Чтобы получить высокотемпературный сухой пар в промышленности последовательно устанавливают несколько котлов барабанного типа. И такой пар можно сжимать до максимального давления, что необходимо во многих технологических процессах.

Котлы этого типа делятся на две позиции – энергонезависимые и циркуляционные. Отличаются они друг от друга отсутствием или наличием циркуляционного насоса соответственно. Присутствие последнего увеличивает КПД установки. Все дело в том, что за один оборот воды в котле испаряется 10% ее объема. То есть, чтобы испарился весь объем, потребуется как минимум 10 оборотов.

При самотечном движении это займет много времени, отчего упадет КПД. Циркуляционный насос перемещает жидкость быстро, за тот же промежуток времени будет проведено больше оборотов. А значит, полный объем воды быстрее превратится в пар.

Но в котлах барабанного типа к насосу обязательно устанавливается регулятор уровня конденсата. Место установки – пароотделитель. Его задача – контролировать объем образующегося конденсата.

К примеру, если его образуется мало, снижаются технические характеристики паровой установки. Если его образуется много, то это приводит к падению давления внутри агрегата. Последствия – быстрое вскипание и взрыв.

Пароотделитель – это труба большого сечения, напоминающая барабан. Отсюда и название котла. В этой трубе происходит сбор воды, насыщенной паром. По сути, два процесса (нагрев жидкости и парообразование) происходят раздельно друг от друга. Отсюда и высокая безопасность эксплуатации оборудования этого типа.

Газотрубные

Конструктивно это котел, внутри которого вокруг топки располагаются трубы большого диаметра. В них перемещаются горячие газы, а между ними протекает вода. То есть это противоположность водотрубным аналогам. Газотрубные установки производят высокотемпературный пар, который чаще используется в утилизационных процессах.

У газотрубного парового котла есть один существенный недостаток – высокое давление конечного продукта. Последний находится в агрегате в большом количестве. Именно это становится причиной снижения безопасности эксплуатации установки. Поэтому котлы снабжают дорогой и сложной системой безопасности. К тому же и корпус, и трубы изготавливаются из толстой стали, что увеличивает стоимость оборудования.

Ярким представителем газотрубного вида является паровозный котел.

Обе установки (водотрубные и газотрубные) могут вырабатывать пар разного типа:

• насыщенный;
• перегретый водяной.

Первый – это среда, которая образуется при температуре +100°С. Она охлаждается быстро с образованием конденсата, который заново поступает в зону нагрева. Такие установки используют для бытового обеспечения отопления. Давление в паровом котле этого типа не превышает 100 КПа.

Второй – это среда, получаемая при температуре +500°С. Поэтому в ней никогда не образуются водяные взвеси и капли. При постепенном разогреве вода образовываться может, но для этого в конструкции установки смонтирован сепаратор.

Научно-технический прогресс не стоит на месте. Сегодня производители предлагают водотрубные установки, которые по КПД и безопасности не отличаются от газотрубных. Во-первых, их обшивают теплоизоляционным материалом. Во-вторых, изнутри обкладывают ИК-материалом, который выполняет функции отражателя тепловой энергии.

А так как водотрубные аппараты в несколько раз дешевле барабанных, плюс эксплуатация их проста, то сегодня их популярность и востребованность резко выросла.

КПД вырастает и за счет новейших стальных сплавов, из которых изготавливают детали аппаратов. Также была внедрена новая технология нагрева, где используется два факела, расположенных друг против друга. Технология так и называется “на встречных факелах”.

С их помощью температура нагрева достигает 1800-1900°С. Обычно она не превышает 1200°С. Соответственно КПД таких установок составляет не менее 90%.

Бытовые паровые котлы

К этим агрегатам сегодня большой интерес. Но и требования к ним немалые:

• компактность;
• небольшой вес, чтобы не заливать под него фундамент;
• высокий коэффициент безопасности;
• возможность обслуживания неквалифицированным персоналом;
• минимальное время запуска и нагрева.

Сегодня производители предлагают два вида бытовых установок – змеевиковый, он же классический, вихревой рубашечный.

Первый – это одна труба, свернутая в спираль. По ней и перемещается вода, превращаясь в пар. Паропроизводительность оборудования небольшая. Но в данном случае это играет не самую главную роль, ведь бытовой котел должен выдавать низкопотенциальный пар.

Эффективность работы тоже невелика, но это исправляется путем частого расположения спиралей. Зато такой котел – рекордсмен по времени нагрева – 3 минуты после включения факела.

Второй – это совершенно уникальное устройство парового котла. Корпус из двух обечаек, между которыми пропускается вода. Внутри располагается топка, факел же при горении закручивается по спирали, увеличивая теплоотдачу. Никаких труб.

• вертикальное расположение, отсюда повышенная компактность;
• эффективность, как у барабанных;
• время нагрева – 5 минут.

• оборудование дорогое;
• конструкция сложная;
• энергозависимость полная – воздуходувка, без которой агрегат не работает, требует подачи электричества.

Технологическое применение котловых паровых установок

Существует несколько отраслей, где паровые котлы применяются постоянно:

1. Первая отрасль – теплоэнергетика. Паром отапливают большие цеха, к примеру в автомобильной промышленности. Паром нагревают до требуемой температуры воду, которую затем насосами гонят по теплотрассам к многоэтажным домам и другим объектам.
2. Вторая отрасль – энергетика. Здесь пар используется для вращения турбины, которая вырабатывает электрический ток.
3. Третья отрасль – производство строительных материалов. К примеру, паром сушат бетонные изделия.

На многих производствах паровые котлы – неотъемлемая часть технологии. Здесь и дезинфекция, и сушка пищевых продуктов, кулинарная обработка, консервация, прочее.

Утилизация отходов газообразного типа тоже предполагает применение паровых установок. Они в этом процессе выступают в роли охладителей. Такой котел отбирает тепловую энергию у газов, выходящих, к примеру, из печей с высокой температурой.

Принципы работы и устройство паровых котлов

Главное их назначение – изменение физического состояния воды, то есть перевод из жидкого в газообразное с требуемыми параметрами. Процесс протекает таким образом:

• котел заполняется водой самотеком или при помощи насоса;
• включается система нагрева;
• начинается образование пара;
• уровень жидкости постепенно снижается, доходя до минимальной отметки;
• датчик уровня реагирует и включает насос;
• вода заполняет трубы.

Можно сказать, что паровые котлы работают по цикличному принципу.

Строение парового котла

Паровые котлы состоят из основных и вспомогательных узлов и частей, плюс автоматика.

Основное требование к стальным изделиям – быть изготовленными из жаростойких сплавов. Только так можно достичь максимального уровня безопасной эксплуатации котельного оборудования.

Важная роль отведена системе безопасности. Это не только датчики температуры и давления. В систему входит механическая безопасность. В ее составе обратные клапаны, электрические задвижки, прочая запорная арматура. Такая двойная защита обеспечивает максимальную безопасность, особенно в тех случаях, когда электроника дает сбой. В это время все функции на себя берет механика.

К системе водоподготовки предъявляют особые требования. Вода должна соответствовать определенным нормативам. Эти нормы разные для прямоточных и барабанных агрегатов. В последних жидкость должна быть идеально чистой, практически дистиллированной. Ведь в таких аппаратах она никуда не исчезает. То есть заполнили котел один раз, и он будет работать много лет.

Если вода будет жесткой с примесями, то все трубы через некоторое время забьются отложениями, ржавчиной. Уменьшается их диаметр, снижается теплопроводность, что приводит к снижению КПД. Пар будет не таким, который нужен (температура, влажность).

При всей своей сложной конструкции и низкой безопасности паровые котлы все еще востребованы. Особенно на судах, в технологии электростанций, заводах, где требуются высокие температуры теплоносителя. Поэтому производители делают все, чтобы увеличить безопасность эксплуатации, снизить себестоимость оборудования, сложность обслуживания.

Если есть вопросы, задавайте их в комментариях. Понравилась статья – распространите ее в соцсетях, пусть и другие ознакомятся с темой. Сохраняйте ссылку в закладках.

Также рекомендуем посмотреть подобранные видео по нашей теме.

Как работает паровой котел?

Паровой котел – устройство и техническое обслуживание, детальный обзор.

Предназначение парового котла — классификация с описанием видов

Пар используется во многих сферах – энергетике, промышленности, отоплении домов и предприятий, медицине. Основа работы всех конструкций для его генерации – дровяной котел, его газовый, жидкотопливный или электрический вариант. Именно он превращает воду в пар, физические свойства которого – высокая температура и давление, используются во многих целях. Паровой котел устанавливают на производствах, в многоквартирных и частных домах.

Классификация паровых установок

Есть четыре характеристики, опираясь на которые классифицируют паровые котлы.

По производительности

Производительность может быть малая, средняя, большая. От нее зависит сфера применения отопительного оборудования на пару. Если для отопления дома достаточно получать небольшое давление в паровом котле, то для приведения в движение механизмов или обогрева площади целого предприятия, количество выработки должно быть выше.

По способу распределению тепла внутри котла

Способ распределения может быть прямоточным, естественным или принудительным. Самый простой – первый. Превращение жидкости в пар происходит за один ее проход по экономайзеру и испарителю. Для естественного и принудительного распределения коэффициент переработки (а значит и давление) – выше. Здесь в основном используются барабанные котлы, которые обеспечивают выработку пара двойным или более нагревом, с последующим сепарированием его от жидкости в «барабане».

Минус прямоточных котлов в их низкой аккумулирующей тепло способности, сложной автоматической системе регуляции, повышенных требованиях к качеству воды.

По давлению

Давление внутри отопительного оборудования может быть низким, средним, высоким, сверхвысоким, сверхкритическим и предельным. Работа парового котла чувствительна к настоящему критерию. Чем выше давление – тем больше возможностей использования пара. Но и увеличивается опасность выхода из строя оборудования за счет критичных значений характеристики. С повышением давления требуется усилить прочность элементов конструкции котла, транспортирующих труб, заглушек и вентилей.

Котлы по высокому и сверхбольшому давлению (от 9,8 до 25 МПа) характерны для крупных тепловых систем, линий входящих в состав энергетических блоков ТЭС. Наглядно взаимосвязь можно представить таблицей ниже.

По назначению

Паровые котлы могут быть промышленные, энергетические, утилизаторы, энерготехнологические. Характеристика описывает не только сферу применения (производство или генерация энергии), но и изначальное топливо для работы отопительного оборудования. Горение некоторых веществ в топке происходит при более высоких температурах, что дает возможность увеличить итоговое давление пара, вместе со скоростью его образования.

Для промышленных котлов подойдет:

• твердое топливо (уголь, дрова, торф);
• газообразное (метан, пропан);
• жидкое (мазут, бензин, соляр).

Аналогична ситуация в области генерации электроэнергии. Здесь для увеличения температур и результирующего итогового давления парового котла используют принудительную поддувку пламени (повышение количества кислорода) с изменением состояния топливного элемента. К примеру, уголь подается не кусками в камеру сгорания, а в виде пыли, а мазут поступает газосмесью.

Работа утилизационного и электротехнического парового котла строиться на основе использования тепла отходящих газов или нагретых частей сторонних агрегатов. Разница между первым видом генератора фазового состояния жидкости и вторым в том, что последний работает симбиотическим образом с остальным оборудованием.

Технологическое применение котловых паровых установок

Перечислить все ниши использования паровых установок сложно. Условно их можно разделить на несколько направлений:

1. Сушка паром. Сюда относятся ниши производства мясных и мучных изделий, молока, консервации, табака, химических веществ, строительных материалов, дерева.
2. Передача тепла. Здесь речь идет не только о системах парового отопления зданий или частных домов. Существуют преобразующие охладители – утилизационные и энерготехнологические котлы.
3. Производственная механизация. Пар под большим давлением воздействует на поршни или подвижные части механизмов, приводя их в движение.
4. Энергетика. Мощный поток пара вращает турбины генераторов, вырабатывая ток. На атомных электростанциях используется для конечного охлаждения реакторов, унося излишки тепла из их активной зоны.
5. Медицина. Температура пара и легкость его доставки к конечному месту потребления позволяет стерилизовать мебель, помещения или инструменты.
6. Сельское хозяйство. Пар используется для пост-обработки зерновых и растительных культур, для приведения их в товарный вид (к примеру, лущение риса или гречи). Применяется он и в деле увеличения срока хранения итогового продукта. Нужен при обработке туш птицы и скотины.

Принципы работы и устройство паровых котлов

Основа функционирования парового котла – приведение жидкости в процессе нагрева в третье фазовое состояние – пар. Принцип действия и конструкция агрегата зависит от его вида. На текущий момент наиболее распространены прямоточные и барабанные паровые котлы. Последние выпускаются с естественным движением теплоносителя, принудительным.

Изначальным очагом, обеспечивающим нагрев, может выступать любое топливо – дрова, торф, газ, солярка, уголь, бензин, мазут, энергия деления атома, солнце или даже горячие элементы иного оборудования.

Функционирование парового котла можно представить движением воды через два набора тонких труб. Первый находится в очаге максимальной температуры, второй выше, в потоке нагретого воздуха.

В прямоточных котлах пар сразу идет далее. У барабанных после первого экрана поступает в специальную емкость, где отделяется от остатков жидкости. Последний вид генераторов пара позволяет вернуть его обратно в цикл нагрева – для повышения конечной температуры, давления.

Составные части конструкции парового котла

Устройство современного парового котла подразумевает наличие нескольких обязательных элементов, вне зависимости от типа конструкции. В любом из вариантов есть насос, испарительные подъемные трубы, пароперегреватель, экономайзер. Барабанные котлы содержат дополнительно спускные трубы, второй испарительный экран и емкость – сепаратор. У генераторов пара принудительной циркуляции предусмотрено наличие еще одного насоса.

Пар используется для работы многих технологических цепочек. Он применяется в областях генерации энергии, сушки, отвода тепла, медицине, сельском хозяйстве. С его помощью отапливают жилые здания, производственные цеха. Основа получения пара – специальный котел, преобразующий нагревом жидкость в третье фазовое состояние.

Возможно у вас дома стоит паровой котел? Поделитесь своим отзывом о его работе в комментариях. Сохраните статью в закладках, сделайте репост в соц. сети.

Смотрите в видео: паровой котел — устройство и обслуживание.

Евгений Афанасьев главный редактор

Автор публикации 09.06.2021

Понравилась статья?
Сохраните, чтобы не потерять!

Устройство и принцип работы котлов парового типа

Сегодня паровые котлы применяются повсеместно в отопления. Эти устройства широко применяются, как в промышленности, так и в быту. Главной функцией парового котла является преобразование воды в пар. Горячий пар используется для отапливания разного рода помещений, а также пар приводит в движение паровые машины.

Что это за устройство?

Котёл парового типа может производить пар двух видов:

• пар, который насыщен водой;
• сухой пар, который еще называют «перегретый».

Первый вид водяного пара предназначен для работы в системах с рабочим давлением не более 100 кило Паскалей. Насыщенный пар нагревается до температуры не выше 100 градусов по Цельсию.

Второй вид пара в паровом котле предназначен для работы в системах с повышенным давлением – более 26 мега Паскалей. Сухой пар имеет более высокую температуру, и эта температура порой превышает 500 градусов Цельсия.

В основном, в системах отопления используется насыщенный пар, где трубопроводы не предназначены для высокого давления. Сухой пар используется в энергоустановках. При помощи перегретого пара работают мощные установки, которые вращают электрогенераторы. В некоторых видах транспортных средств перегретый пар является основной тяговой силой.

Где применяются

Паровые котлы всё еще широко применяются для обогрева жилищ и промышленных помещений. Эти устройства вырабатывают пар путем нагрева воды, и затем этот пар циркулирует в системе отопления. Бытовые паровые котлы вырабатывают насыщенный водой пар, и используются эти котлы зачастую в частных домостроениях.

В промышленности применяются специальные паровые установки, которые по ступенчато нагревают насыщенный пар, доводя его до температуры 500 градусов. Промышленные паровые котлы сделаны более добротно, поскольку работают с большим давлением и температурами. Промышленные паровые котлы также отличаются и размерами. Габариты промышленного котла зависят от объёма задач, которые выполняет данное устройство. В большинстве случаев промышленные парогенераторы применяются для генерации электричества. Существуют несколько видов промышленных паровых установок, которые объединены в один агрегат с электрогенератором. Такими устройствами оборудуются небольшие электростанции.

Паровые котлы такой электростанции работают по принципу нагрева воды до состояния кипения, а затем в специальном аппарате образовавшийся пар доводится до перегретого состояния и под большим давлением подается в паровую турбину. Вал паровой турбины связан с ротором электрогенератора, который вращаясь от паровой турбины – вырабатывает ток.

Также промышленные паровые котлы довольно широко применялись на транспорте – паровозах, тракторах, автомобилях. Сегодня транспортные средства на паровой тяге можно встретить только на железной дороге, где они используются для грузоперевозок, а также для маневровых работ. Паровые котлы промышленного типа ещё хороши тем, что они могут работать практически на любом виде топлива. Есть некоторые виды паровых котлов промышленного типа, которые предназначены для определенного вида топлива. Также и паровые котлы для бытового использования могут быть, как многотопливные, так и ориентированные на определённый вид топлива.

Принцип работы парового котла

Паровой котел является универсальным устройством, поскольку может работать даже на солнечной или геотермальной энергии. Современные паровые котлы в качестве топлива используют природный газ, но также существуют и твердотопливные котлы. Все паровые котлы работают примерно по одной и той же схеме, где обычная вода превращается в насыщенный или перегретый пар. Эта схема работы состоит из нескольких этапов:

1. Очистка воды при помощи фильтрующих элементов.
2. Подача очищенной воды в рабочую ёмкость. Подача может осуществляться, как самотёком, так и при помощи насоса. Сегодня в основном применяются электрические насосы.
3. Подача воды из рабочей емкости в коллектор. Подача осуществляется самотёком.
4. Подъём воды из коллектора в зону нагрева.
5. Подача образовавшегося пара в сепаратор, где происходит влагоотделение. Остатки воды по специальному трубопроводу стекают в резервуар.
6. Подача пара в паропровод.

В промышленном паровом котле данная схема дополнена ещё двумя пунктами:

1. Подача пара в зону повторного нагрева;
2. Подача пара в рабочую магистраль.

Устройство парового котла

Паровой котёл любого типа собой представляет некую ёмкость, и эта ёмкость заполнена водой. Вода в паровом котле нагревается до газообразного состояния, испаряясь – переходит из жидкого состояния в газообразное. Рабочая емкость парового котла, зачастую, сделана из трубы большого диаметра. Все паровые котлы оборудованы специальной камерой, где сжигается разного рода топливо. Строение топочной камеры напрямую зависит от вида топлива, что будет использоваться в котле. В твердотопливных паровых установках должна быть установлена специальная решетка, сквозь которую зола будет осыпаться в зольник. Колосниковая решётка служит для подачи воздуха в топку котла. Продукты сгорания отводятся через дымоход. Дымоход должен быть смонтирован в самой верхней точке топочной камеры.

Если в паровой установке в качестве топлива используется разного рода природный газ, то в топку котла устанавливается специальная форсунка. Форсунка также используется тогда, когда в качестве топлива применяется мазут. При использовании форсунки также необходима подача воздуха сквозь колосниковую решетку, что обеспечит достаточную тягу в топке. В топке достаточно большая рабочая температура, но для розжига котла и для набора давления требуется какое-то время. Вырабатываемое в топочной камере тепло доводит до кипения воду в рабочей емкости, и затем образовавшийся пар поступает в трубопроводы паровой установки.

Разновидности паровых установок

Паровые установки бывают, как многотопливные, так и однотопливные. По видам топлива паровые котлы классифицируются как:

• паровые установки, работающие на угле;
• паровые установки, работающие на мазуте;
• паровые установки, работающие на газе;
• паровые установки, работающие на электроэнергии.

Также паровые котлы можно разделить на области их применения. В этот перечень входят:

• промышленные паровые установки;
• паровые установки, которые ориентированы на выработку электроэнергии;
• паровые установки, которые применяются в быту.

Также существует утилизационные паровые установки.

Паровые установки имеют также конструктивные отличия, и их можно разделить на два вида:

• водотрубные паровые установки;
• газотрубные паровые установки.

В газотрубных котлах вода нагревается при помощи горячих газов, что образуются в момент сгорания любого вида топлива. Эти газы нагревают трубы, внутри которых находятся вода. Вода в эти трубы поступает из резервуара.

Водотрубная паровая установка работает по несколько иному принципу. В этих котлах –наоборот, нагретый газ движется внутри специального трубопровода, который помещен в ёмкость с водой. Водотрубные паровые котлы разделяются на несколько видов:

• вертикальные водотрубные котлы;
• горизонтальные водотрубные котлы;
• радиальные водотрубные котлы.

Все виды водотрубных котлов отличаются лишь внутренним расположением трубопроводов.

Какой паровой котёл лучше

Газотрубные паровые котлы имеют больший диаметр труб, что позволяет работать с давлением не более 1 мПа. Также котлы данного типа способны вырабатывать не более 360 кВт тепловой энергии. Слабым местом данного устройства является – большой размер трубопроводов, что может привести к повышенному парообразованию. Повышенное парообразование способствует увеличению давления. Большое давление может использоваться только в толстостенных трубопроводах, что ощутимо увеличивает стоимость парового котла.

Водотрубные паровые котлы имеют более высокую мощность, нежели газотрубный. В водотрубных котлах используются трубопроводы с небольшим диаметром, что позволяет развить большое давление внутри такого котла. Также водотрубные паровые котлы способны работать с очень высокими температурами, которые недоступны газотрубным котлам.

Элементы, которые повышают эффективность котла парового типа

Современный котёл парового типа оборудован не только трубопроводами и топкой, но также в нём используются вспомогательные узлы. Эти дополнительные элементы способствуют не только поднятию температуры пара в установке, но и могут повышать рабочее давление, а также способствуют более интенсивному парообразованию. В перечень таких полезных элементов паровой установки входят:

1. Сепаратор, с помощью которого пар отделяется от влаги. Данное приспособление в несколько раз увеличивает коэффициент полезного действия парового котла.
2. Пароперегреватель, с помощью которого температура пара нагревается свыше 100 градусов по Цельсию. Этот элемент также ощутимо повышает КПД парового котла, поскольку способен нагреть сухой пар до 500 градусов. Такими вспомогательными приспособлениями комплектуются паровые установки, которые применяются в АЭС.
3. Аккумулятор пара, который способен накапливать пар, и в момент необходимости обратно отдавать его в рабочую магистраль.
4. Подготавливающие устройство, с помощью которого из обычной воды вытесняется излишний кислород. Данное приспособление в разы увеличивает срок службы паровой установки, поскольку малая концентрация кислорода в теплоносителе препятствует возникновению коррозии и накипи.

Также в современных паровых установках используются дополнительные элементы, с помощью которых удаляется конденсат, регулируется потребление топлива и расход воды, а также осуществляется управление котлом и контроль всех его параметров.

Парогенератор

Данное устройство собой представляет мощную паровую установку, которая в основном применяется в атомной энергетике. Парогенератор оснащен дополнительными узлами, которые существенно увеличивают мощность этого устройства. Достигается это при помощи промежуточных нагревателей, которые нагревают пар до несколько сот градусов. Мощность парогенераторов в несколько десятков раз превышает мощность обычного парового котла.

Заключение

Сегодня паровые котлы и парогенераторы используются не только для отопления жилищ, но и для выработки электроэнергии. Паровые котлы делают нашу жизнь теплей и светлее. Именно паровые котлы стали родоначальниками промышленной революции, результатами которой мы пользуемся и по сей день.

Паровой котёл — принцип работы и конструктивные особенности

Паровой котёл — устройство, которое используется в быту и промышленности. Оно предназначено для превращения воды в пар. Полученный пар в дальнейшем применяют для обогрева жилья или вращения турбомашин. Какие бывают паровые машины и где они наиболее востребованы?

Что такое паровой котёл?

Паровой котёл — агрегат для производства пара. При этом устройство может давать 2 вида пара: насыщенный и перегретый. Насыщенный пар имеет температуру 100ºC и давление 100 кПа. Перегретый пар отличается повышенной температурой (до 500ºC) и высоким давлением (больше 26 МПа).

Примечание: Насыщенный пар используют в отоплении частных домов, перегретый — в промышленности и энергетике. Он лучше переносит тепло, поэтому использование перегретого пара повышает КПД работы установки.

Где используются паровые котлы:

1. В отопительной системе — пар является энергоносителем.
2. В энергетике — используются промышленные паровые машины (парогенераторы) для получения электроэнергии.
3. В промышленности — перегретый пар может быть использован для преобразования в механическое движение и перемещения транспортных средств.

Паровые котлы: сфера применения

Бытовые паровые устройства используются в качестве источника тепла для отопления дома. Они подогревают ёмкость с водой и гонят образовавшийся пар в трубы отопления. Часто такую систему обустраивают вместе с угольной стационарной печью или котлом. Как правило, бытовые приборы для отопления паром создают только насыщенный, неперегретый пар.

Для промышленного применения пар перегревают. Его продолжают греть после испарения, чтобы ещё больше поднять температуру. Такие установки требуют качественного исполнения, чтобы предупредить взрыв паровой ёмкости.

Паровой котел

Перегретый пар из котла может расходоваться на образование электричества или механическое движение. Как это происходит? После испарения пар попадает в паровую турбину. Здесь поток пара вращает вал. Это вращение в дальнейшем перерабатывается в электричество. Так получают электрическую энергию в турбинах электростанций — при вращении вала турбомашин образуется электрический ток.

Кроме образования электрического тока, вращение вала может передаваться непосредственно на двигатель и на колёса. В результате чего паровой транспорт приходит в движение. Известный пример паровой машины — паровоз. В нём при сжигании угля нагревалась вода, образовывался насыщенный пар, который вращал вал двигателя и колёса.

Принцип работы парового котла

Источником тепла для нагрева воды в паровом котле может быть любой вид энергии: солнечная, геотермальная, электрическая, тепло от сгорания твёрдого топлива или газа. Образующийся пар является теплоносителем, он переносит тепло сгорания топлива к месту его применения.

В различных конструкциях паровых котлов используется общая схема подогрева воды и её превращения в пар:

• Вода очищается и подаётся в резервуар с помощью электронасоса. Как правило, резервуар расположен в верхней части котла.
• Из резервуара по трубам вода стекает вниз в коллектор.
• Из коллектора вода поднимается снова вверх через зону нагрева (горения топлива).
• Внутри водной трубы образуется пар, который под действием разницы давлений между жидкостью и газом поднимается вверх.
• Вверху пар проходит через сепаратор. Здесь он отделяется от воды, остатки которой возвращаются в резервуар. Дальше пар поступает в паропровод.
• Если это не простой паровой котёл, а парогенератор, то его трубы вторично проходят через зону горения и нагрева.

Устройство парового котла

Паровой котёл представляет собой ёмкость, внутри которой нагретая вода испаряется и образует пар. Как правило — это труба различного размера.

Кроме трубы с водой, в котлах имеется топочная камера (в ней сгорает топливо). Конструкция топки определяется видом топлива, для которого сконструирован котёл. Если это твёрдый уголь, дрова, то внизу топочной камеры есть колосниковая решётка. На ней располагают уголь и дрова. Снизу через колосники в топочную камеру проходит воздух. Для эффективной тяги (движения воздуха и горения топлива) вверху топки устраивают дымоход.

Устройство парового котла Ici Caldaie

Если энергоноситель — жидкий или газообразный (мазут, газ), то в топочную камеру вводят горелку. Для движения воздуха также делают вход и выход (колосниковую решётку и дымоход).

Горячий газ от сгорания топлива поднимается к ёмкости с водой. Он нагревает воду и выходит через дымоход. Нагретая до температуры кипения вода начинает испаряться. Пар поднимается вверх и поступает в трубы. Так происходит естественная циркуляция пара в системе.

Классификация паровых котлов

Паровые котлы классифицируют по нескольким признакам. По виду топлива, на котором они работают:

• газовые;
• угольные;
• мазутные;
• электрические.

• бытовые;
• промышленные;
• энергетические;
• утилизационные.

По конструктивным особенностям:

• газотрубные;
• водотрубные.

Давайте рассмотрим, чем отличается конструкция газотрубных и водотрубных машин.

Газо- и водотрубные котлы: отличия

Емкость для образования пара часто представляет собой трубу или несколько труб. Воду в трубах обогревают горячие газы, образующиеся при сгорании топлива. Устройства, в которых газы поднимаются к трубам с водой, называют газотрубными котлами. Схема газотрубного агрегата приведена на рисунке.

Схема газотрубного котла: 1- подвод топлива и воды, 2 — топочная камера, 3 и 4 — дымогарные трубы с горячим газом, который выходит дальше через дымоход (позиции 13 и 14 — дымоход), 5 — решётка между трубами, 6 — вход воды, выход обозначен цифрой 11 — её выход, кроме того на выходе есть устройство для измерения количества воды (обозначено цифрой 12), 7 — выход пара, зона его образования обозначено цифрой 10, 8 — сепаратор пара, 9 — наружная поверхность ёмкости, в которой циркулирует вода.

Есть другие конструкции, в которых газ двигается по трубе внутри ёмкости с водой. В таких устройствах водные ёмкости называют барабанами, а сами устройства — водотрубными паровыми котлами. В зависимости от расположения барабанов с водой, водотрубные котлы классифицируют на горизонтальные, вертикальные, радиальные, а также комбинации различных направлений труб. Схема движения воды по водотрубному котлу приведена на рисунке.

Схема водотрубного котла: 1- подвод топлива, 2 — топка, 3 — трубы для движения воды; направление её движения обозначено цифрами 5,6 и 7, место входа воды — 13, место выхода воды — 11 и место слива — 12, 4 — зона, где вода начинает превращаться в пар, 19 — зона, где есть и пар, и вода, 18 — зона пара, 8 — перегородки, которые направляют движение воды, 9 — дымоход и 10 — дымовая труба, 14 — выход пара через сепаратор 15, 16 — наружная поверхность ёмкости для воды (барабан).

Газо- и водотрубные котлы: сравнение

Для сравнения газо- и водотрубных котлов приведём некоторые факты:

1. Размер труб для воды и пара: у газотрубных котлов трубы — больше, у водотрубных — меньше.
2. Мощность газотрубного котла ограничена давлением 1 МПа, и теплообразующей способностью — до 360 кВт. Это связано с большим размером труб. В них может образовываться значительное количество пара и высокое давление. Увеличение давления и количества образуемой теплоты требует значительного утолщения стенок. Цена такого котла с толстыми стенками будет неоправданно высока, экономически не выгодна.
3. Мощность водотрубного котла — выше, чем газотрубного. Здесь используются трубы небольшого диаметра. Поэтому давление и температура пара могут быть больше, чем в газотрубных агрегатах.

Примечание: Водотрубные котлы безопаснее, мощнее, производят высокую температуру и допускают значительные перегрузки. Это даёт им преимущество перед газотрубными агрегатами.

Дополнительные элементы агрегата

В конструкцию парового котла могут входить не только топочная камера и трубы (барабаны) для циркуляции воды и пара. Дополнительно используются устройства, которые увеличивают эффективность работы системы (поднимают температуру пара, его давление, количество):

1. Пароперегреватель — повышает температуру пара выше +100ºC. Это в свою очередь повышает экономичность и КПД работы машины. Температура перегретого пара может достигать 500 ºC (так работают паровые котлы в атомных станциях). Пар дополнительно нагревается в трубах, в которые он поступает после испарения. При этом он может иметь собственную топочную камеру или быть встроен в общий паровой котёл. Конструктивно различают конвекционные и радиационные пароперегреватели. Радиационные конструкции нагревают пар в 2-3 раза сильнее, чем конвекционные.
2. Сепаратор пара — удаляет из пара влагу и делает его сухим. Этим увеличивается эффективность работы устройства, его КПД.
3. Паровой аккумулятор — устройство, которое отбирает из системы пар, когда его много, и добавляет его в систему, когда его недостаточно, мало.
4. Устройство для подготовки воды — снижает количество растворённого в воде кислорода (что предупреждает коррозию), убирает растворённые в воде минералы (химическими реагентами). Эти меры предупреждают засорение труб накипью, которая ухудшает теплоотдачу и формирует условия для прогорания труб.

Кроме того, есть клапаны для слива конденсата, воздухоподогреватели, и обязательно — система контроля и управления. В неё входят включатель и выключатель горения, автоматические регуляторы расхода воды, топлива.

Парогенератор: мощная паровая машина

Парогенератор — это паровой котёл, который снабжён несколькими дополнительными устройствами. В его конструкцию входят один или несколько промежуточных пароперегревателей, которые увеличивают мощность его работы в десятки раз. Где используются мощные паровые машины?

Главное применение парогенераторы нашли в атомных электростанциях. Здесь с помощью пара энергия распада атома преобразуется в электричество. Опишем два способа подогрева воды и образования пара в реакторе:

1. Вода омывает корпус реактора снаружи, при этом она нагревается сама и охлаждает реактор. Таким образом, образование пара происходит в отдельном контуре (вода нагревается о стенки реактора и передаёт тепло в испарительный контур). В такой конструкции используется парогенератор — он выполняет роль теплообменника.
2. Трубы для нагрева воды проходят внутри реактора. При подаче труб в реактор он становится топочной камерой, а пар передаётся непосредственно в электрогенератор. Такая конструкция получила название кипящего реактора. Здесь парогенератор не нужен.

Парогенератор для атомной электростанции

Промышленные паровые агрегаты — мощные машины, которые обеспечивают людей электричеством. Бытовые агрегаты — также работают на службе человека. Паровые котлы позволяют обогревать дом и выполнять различную работу, а также дают львиную долю электрической энергии для металлургических заводов. Паровые котлы — основа промышленности.

Как работает паровой котел — назначение и типы

Пароводяной котел был изобретен в 19-м веке вместе с изобретением Томасом Ньюкоменом первого парового двигателя. Однако считается, что первым создателем и теоретиком получения полезного тепла из пара считается французский физик Дени Папен. Эти приборы сразу же начали активно использоваться во многих сферах промышленности и как один из самых эффективных способов отопления помещений дровами и движения паровозов.

Что такое паровой котел

Паровой котел – это устройство для производства насыщенного и перегретого водяного пара, находящегося в термодинамическом равновесии с водой. Температура пара, находящегося в первом состоянии – 100 градусов, а давление — 100 кПа. Параметры перегретого пара же достигают 500 градусов по Цельсию и до 25 Мпа. Давление воды в таких котлах, как, собственно, и давление пара, выше атмосферного. Объясняется это теплотой, выделяющейся при сгорании топлива, а также теплотой отходящих газов.

Котлы могут использовать энергию сжигаемого топлива, электроэнергию или принимать теплоту от других установок, утилизируя ее.

Преимущества и недостатки паровых котлов. Их особенности

Паровые котлы уже давно используются для различных частных и промышленных целей, в домах и на производствах. Объясняется это рядом преимуществ, которыми владеют агрегаты подобного рода:

• Первое и самое главное преимущество заключается в быстром нагревании помещения, если агрегат используется для отопления. Системы их строения сконструированы таким образом, что они обладают высокой теплоотдачей. Это позволяет экономить топливо лучше, чем другие подобные аппараты.
• Вода в состоянии пара становится очень легкой и способна подниматься на достаточно длинные расстояния, способствуя обогреву одним котлом нескольких этажей здания.
• После остывания пар конденсируется и падает обратно в котел, что позволяет не использовать дополнительных систем подачи тепла.

Преимущества

Особенностью паровых котлов является то, что они совершенно безопасны для человека. Большинство современных установок работают полностью автоматизированно и не требуют вмешательства человека в процесс естественной генерации пара. Это означает, что для постоянной работы с ними не нужен человек. Установки, производимые по современным технологиям, подходят для работы в различных условиях. Они подходят для отопления небольших зданий и для подачи тепла большим помещениям. Следовательно, паровые котлы довольно практичны и могут применяться во многих местах, а стоят сравнительно дешево.

Обратите внимание! Еще одной особенностью парового котла является то, что для его установки не нужна покупка и установка дополнительных насосов и прочих перемещающих элементов, ведь пар двигается под воздействием собственного давления. Именно поэтому многие частные лица и предприниматели устанавливают в своих помещениях паровые котлы.

Недостатки

Преимущества не исключают недостатки, которые тоже имеются. Заключаются они в основном в очень высокой температуре отопительных приборов, что влечет за собой нужду в постоянной и своевременной замене труб и прочих конструкций. Более того, воздух в помещении, отапливаемом таким котлом, становится сухим и начинает активно циркулировать, доставляя дискомфорт и повышая шанс развития аллергии на пыль. Система пароотопления достаточно шумная из-за циркуляции пара. Если в промышленных помещениях это может не сыграть роли, но в частном доме доставит немало неудобств. Еще один недостаток тоже исходит от высокой температуры нагревательных элементов: не все строительные материалы переносят такой нагрев, а точнее, почти никакие.

Важно! Выбор отделки около генератора часто ограничивается цементной штукатуркой с последующей покраской термостойкими красящими материалами. Другие материалы плавятся, портятся и начинают испускать газы, дышать которыми небезопасно.

Назначение и сфера применения паровых котлов

Для определения назначения котла в первую очередь следует выделить помещение, в котором он используется: дом, паровая котельная, промышленность. В домашних целях и в котельных он чаще всего применяется для отопления помещения и подачи горячей воды. Установка в промышленных помещениях, цехах и заводах, помимо отопления, предполагает следующие цели:

• очистка и стерилизация молока и прочих продуктов на фермах и заводах от нежелательных загрязнений, бактерий и микробов;
• пропаривание кормов для скота и птицы, а также пропаривание круп;
• обработка различных инструментов и деталей;
• запуск и прогрев более мощных промышленных агрегатов.

Большинство сфер применения в производственных целях основано на особом действии пара.

Важно! Пар – особое средство очистки и стерилизации, и может использоваться для многих целей. Более того, вода в газообразном состоянии легко проходит по трубам, доставляя тепло в нужное место. Вследствие этого отпадает необходимость тратиться на дополнительные приборы.

Паровые котлы высокого давления применяются во многих отраслях промышленности, среди которых:

• пищевая;
• медицинская;
• деревообработка;
• целлюлозно-бумажная;

• табачная;
• теплоснабжающая;
• производство строительных материалов и легкая промышленность.

Принцип работы парового котла и его устройство

В общем случае принципы работы паровых котельных и их устройство выглядят следующим образом. В верхней части самого котла расположен барабан, который соединяется с коллекторами, прикрепленными к нижней его части с помощью опускных труб, по которым поступает вода. Замыкание происходит с помощью подъемных труб. Они расположены как раз в зоне сгорания топлива, в отличие от опускных, необогреваемых напрямую. Вверх по трубам поступает смесь пара и воды. Когда она доходит до сепаратора, то разделяется на отдельные составляющие. Пар проходит дальше и попадает в паропровод, а вода опускается обратно в барабан и снова участвует в выработке и циркуляции пара под действием теплового эффекта.

Котлы подобного рода состоят из следующих элементов:

• проводящего (магистрального) трубопровода, через который проходит пар;
• нагревательного трубопровода, в котором происходит создание и нагревание пара;
• запорного и регулирующего трубопровода для регулировки и перекрытия потока среды – в данном случае пара;
• насосов для регулировки подачи парового потока;
• устройства управления аппаратом;
• электроники и автоматики для автоматизации работы аппарата.

Обратите внимание! В общем случае устройство котла предполагает наличие различного типа трубопроводов и сосудов для пара, жидкости и топлива.

Все элементы связаны между собой по принципу сварки или вальцовки. Современные аппараты содержат люки, позволяющие производить очистку барабанов и сосудов. Общее пространство внутри генератора делится на паровое и водяное. Заполнены они соответствующе.

Главной частью любого котла является топка, в которой происходит сжигание топлива. Чаще всего она представляет собой решетку из труб для твердого топлива, присоединенную к барабанам для циркуляции пара. Извне печь обшита огнеупорными материалами, которые изолируют тепло. Между самими трубами и обшивкой располагаются кирпичи, препятствующие появлению и задержке шлаков и золы на стенках топки.

Основные виды паровых котлов

Паровые котлы можно классифицировать по многим критериям, среди которых – вид топлива, предназначение, конструктивные особенности.

По виду топлива агрегаты делятся на:

• твердотопливные;
• жидкотопливные;
• газовые;
• газомазутные;
• электрические.

В зависимости от применения агрегатов, их разделяют на:

• бытовые, применяемые для отапливания помещений;
• промышленные, применяемые для функционирования различных промышленных систем;
• утилизационные, применяемые для утилизации вторичных ресурсов и мусора;
• энергетические, применяемые для обеспечение работы турбин.

Наиболее часто паровые котлы разделяют по типу и конструктивным особенностям схемы. Согласно им агрегаты делятся на:

• газотурбинные;
• прямоточные;
• водотрубные;
• чугунные секционированные;
• блочно-транспортируемые.

Газотурбинные аппараты считаются морально и физически старыми, хотя и используются на многих предприятиях. Их рабочее давление ограничивается 1 МПа, а выдаваемая ими мощность не превышает 350 Квт. Повышать эффективность такого котла невыгодно, так как придется потратить много денег.

Важно! При «разгоне» газотурбинного генератора следует, как уже было сказано, заниматься утолщением его стенок. В противном случае это может привести к взрыву. Котел будет уничтожен, а высвобождение пара такой температуры может привести к необратимым последствиям для людей. В любом случае следует читать инструкции и повышать мощность правильно.

Особенности

Особенностью прямоточного генератора парового газа является то, что он может работать как на пределе своей мощности, так и выше заявленного предела.

Конструкция такого парогенератора заставляет воду двигаться по трубам и проходить через топку, генерируя насыщенный пар.

Водотрубные котлы

Это самые современные из всех, применяющихся на производствах. Следовательно, они самые безопасные и мощные. Они имеют более сложные конструкции, которые обладают рядом очень важных преимуществ. Они заключаются в маленьком времени разогрева, минимальной взрывоопасности, легкой перестройке на другие режимы работы, легкой транспортировке.

Чугунные секционированные агрегаты

Они получили широкое применение в системах отопления помещений. Их название происходит из-за схожести с чугунными радиаторами отопления в квартирах. Такая конструкция позволяет легко собирать котел и демонтировать его. Мощность такого устройства увеличивается добавлением новых чугунных секций. Достоинствами такого рода устройств стали:

• высокий КПД;
• простое наращивание мощности;
• быстрый разогрев.

Блочно-транспортируемые котлы

Применяются еще со времен Второй мировой войны. Сейчас они выглядят как мобильные парогенерационные центры небольших размеров. В своем составе имеют не только сам агрегат, но и специальную технику для измерения основных параметров и поддержания рабочих условий. Главным их преимуществом остается мобильность, так как они зачастую находятся в кабине специализированного транспортного средства.

Важно! Такого рода котлы очень легко запускаются в работу, но только после подключения всех основных параметров: воды, топлива и прочего. Мощность таких устройств может достигать нескольких тысяч кВт и давления пара в 9 Мпа.

Отзывы пользователей о паровых котлах

Валерий, 43 года (Казань):

«Несколько лет назад делал капитальный ремонт в своей загородном доме и решил заменить старую отопительную систему в виде печки на паровой котел. К сожалению, газоснабжение в поселке не предусмотрено, и люди используют газ в баллонах. Для отопления это было нецелесообразно и, рассмотрев доступные альтернативы, я остановился на выборе водотрубного парового котла. Критерием его выбора стала безопасность и относительная долговечность.

Все последующее время после установки котел работает без перебоев. Приятным преимуществом для его установки стала и возможность использования различных видов топлива для генерации пара. Недостаток тоже есть – сравнительно большой размер».

Василий, 35 лет (Нижний Новгород):

«После постройки нового дома встал острый вопрос о его отоплении, так как приближалась зима. Дом получился большой и была необходимость в мощной модели. Выбор пал на жаротрубный вариант парового котла, который обладает высокой производительностью. Установка прошла легко, так как нет необходимости вывода дымохода и вентилятора.

Обратите внимание! Недостатки проявились со временем: котел требует высокое качество воды или установки специального фильтра для ее очистки. К тому же котел достаточно сложен в работе. Прошел не один месяц до того, как я разобрался в особенностях его работы».

Все паровые машины так или иначе прошли испытание временем и в высшей степени проявили себя с наилучшей стороны. Несмотря на имеющиеся недостатки, это проверенный временем механизм, который находит свое применение в век атомной энергетики и полетов к другим планетам.

Проточный водонагреватель. Виды и устройство. Как выбрать

Летнее время связано с поездками на дачу, отсутствием горячей воды в квартире в связи с ремонтом городской системы водоснабжения. Такое компактное оборудование, как проточный водонагреватель, сможет решить вашу проблему. Преимущество этого прибора состоит в очень быстром нагревании проточной воды и подачи ее в душ или кран на кухне. Для него не требуется большой бак, занимающий много места.

Это устройство способно работать на постоянной основе, и обеспечивать горячей водой частный дом.

Конструктивные особенности и работа

Это компактное по габаритам устройство, нагревающее воду, проходящую через него. В качестве нагревательного элемента обычно используется трубчатый нагреватель, реже – открытая спираль. ТЭНы являются более безопасными и удобными при замене. В миниатюрных устройствах, которые устанавливаются непосредственно на кран, установлена открытая спираль, т.к. для трубчатого нагревателя нет места.

Устройство начинает работать, когда появляется поток воды при открытии крана, а отключается при отсутствии потока. Необходимая величина температуры создается очень быстро, в течение нескольких секунд, и далее поддерживается непрерывно до отключения устройства.

По внешнему оформлению проточный водонагреватель выглядит в виде небольшого пластмассового корпуса, подсоединенного к трубе холодного водоснабжения и электроэнергии. Для горячей воды сделан отдельный выход. Устройство способно снабжать нагретой водой индивидуальную точку разбора воды, либо сразу несколько точек, в зависимости от его предназначения.

Вход воды соединяется с центральной системой водоснабжения, чаще всего армированным гибким шлангом. Датчик потока предназначен для отслеживания возникновения потока воды при открытии крана, при этом он включает нагревательный элемент. При отсутствии потока после закрытия крана датчик отключает нагревательный элемент. Бачок с ТЭНом выполнен в виде небольшой емкости, в которой нагревается вода, и выходит из него по трубке.

На корпусе устройства имеется панель управления, на которой размещены регуляторы управления датчиком потока и ТЭНа для настройки режима работы и контроля состояния водонагревателя по индикаторам.

Виды и особенности подключения

Существует два вида электрических проточных водонагревателей:

1. Напорные.
2. Безнапорные.

Первый проточный водонагреватель считается системным, он подключается к централизованной системе водоснабжения, обладает большой мощностью и способен обеспечить несколько точек разбора горячей воды.

Индивидуальные (безнапорные) нагреватели подключаются с помощью простого гибкого шланга или отводом трубы. Горячая вода поступает в одну точку. Мощность безнапорного нагревателя по сравнению с напорным видом, небольшая.

Исполнения этих устройств имеют несколько видов:

• Отдельное устройство, закрепленное на стене рядом с местом использования.
• Кран со встроенным электроподогревом.
• Насадка на кран.

Если возникла необходимость подождать некоторое время, пока ремонтируется центральное снабжение, можно установить безнапорный индивидуальный нагреватель любого исполнения. Если требуется, чтобы постоянно была горячая вода, а центрального снабжения нет, то оптимальным вариантом является установка напорного водонагревателя.

Подключение напорного нагревателя к воде

Подключение выполняется к имеющейся разводке труб централизованной системы в квартире с применением тройников в разрыв труб.

Шаровые отсечные краны (3, 4) устанавливаются на входах горячей и холодной воды, как показано на рисунке. Ими можно отключить нагреватель от системы, если имеется централизованная подача горячей воды, либо для проведения обслуживания или ремонта устройства, а также его замены.

Рекомендуется устанавливать проточный водонагреватель через специальный фильтр, чтобы уменьшить отрицательное воздействие некачественной воды. Если на входе в дом фильтра нет, то его устанавливают непосредственно перед нагревателем, либо после ветки трубы на квартиру.

Для использования напорного проточного нагревателя в частном доме понадобится насос или гидроаккумуляторная система.

Подключение безнапорного нагревателя к водоснабжению

Проточный водонагреватель безнапорного типа следует подключать как все бытовые устройства. Для него необходимо наличие отвода от централизованной системы с краном, на конце которого должна быть резьба. На кран навинчивается наконечник гибкого шланга, армированного оплеткой, и соединяющегося с нагревателем.

Нагревательные насадки на кран используются значительно реже, в отличие от других видов нагревателей. Они накручиваются на конце гусака трубки смесителя вместо сетчатого фильтра, который там установлен. Некоторое время они были популярны, но имели низкую эффективность. Насадка обладает большими размерами, если кран расположен низко, то установить ее не получится. Тем более, что в продаже появились водонагреватели, встроенные в краны, они лучше греют воду и снабжены регуляторами температуры, монтируются вместо обычного крана на раковину или мойку.

Как подвести электричество

Практически все виды проточных водяных нагревателей имеют большую мощность, и для их подключения требуется организация отдельной линии питания. В качестве временного варианта можно использовать линию питания электрической плиты, характеристики которой вполне подойдут для таких нужд. При этом нужно следить, чтобы плита и нагреватель воды не были включены в сеть в одно время, в противном случае будет выбивать автоматический выключатель в распределительном щите.

Подключение выполняется обычным образом, от щита провод фазы и ноля подключается на устройство защитного отключения с разрывом фазы и ноля. Далее фаза должна иметь возможность разрываться отдельным автоматом, после которого подключается к нагревателю.

Кабель должен подключаться с помощью специальной вилкой с тремя контактами с наличием заземления. Сечение медного кабеля при мощности водонагревателя до 7 киловатт должно быть не менее 2,5-3,5 мм 2 , а при мощности более 7 киловатт – сечение не менее 4 мм 2 .

Автоматический выключатель следует выбирать по наибольшему току, который обычно указывается в технических параметрах нагревателя. УЗО выбирается на одну ступень больше номинала, с током утечки не более 10 миллиампер.

Типы управления

На панели управления нагревателя могут располагаться несколько регуляторов для настройки его работы и изменения температуры.

Управление может быть двух видов:

1. Гидравлическое.
2. Электронное.

Проточный водонагреватель, оснащенный гидравлическим управлением, осуществляет нагревание воды до заданной температуры, и включается сразу на наибольшую мощность, независимо от настроенного режима, даже если перед выключением он был отрегулирован на другие параметры.

Нагреватели с электронным управлением чаще всего оснащают мощным нагревательным элементом, и стоят значительно дороже. В них установлены ТЭНы с многоступенчатой настройкой мощности, которые имеют высокую цену. Оборудование оснащено несколькими датчиками, микропроцессором, обрабатывающим информацию и регулирующим процесс нагревания воды. При правильно выбранной мощности устройства, заданная температура может отклоняться от номинала не более чем на 1 градус.

Как устроен проточный электрический водонагреватель

Содержание

Содержание

Есть давняя традиция — воду нагревать. Это приходится делать независимо от того, где вы живете — в квартире или частном доме. Для этой цели используют накопительные и проточные нагреватели, которые работают от различных источников энергии. В данной статье расскажем подробно про проточные электрические водонагреватели (далее — ПЭВН).

Если максимально кратко описать принцип работы ПЭВН, то получим следующее:

Холодная вода поступает в устройство непосредственно из магистрали;

Вода непрерывно проходит через нагревательный контур прибора;

На выходе из прибора получаем горячую воду.

Теперь более подробно рассмотрим как это работает.

Устройство ПЭВН

ПЭВН конструктивно можно поделить на два типа: универсальный и «кран мгновенного нагрева». Водонагреватели первого типа выполнены в виде закрытого корпуса с двумя патрубками для впуска и выпуска воды. Такие ПЭВН монтируются вблизи точки водоразбора, например, над раковиной. Некоторые приборы поддерживают работу с несколькими точками. В качестве примера рассмотрим внутреннее устройство одного из подобных ПЭВН фирмы Thermex.

На видео показан разбор этого же водонагревателя:

Механизмы безопасности ПЭВН

Сразу после впуска холодной воды в приборе располагаются датчики протока и температуры. Первый измеряет давление воды и при достижении заданного уровня генерирует сигнал на своих контактах. Именно этот сигнал служит отправной точкой для работы остальной схемы. Если давление падает ниже порогового значения, цепь размыкается. Так работает защита от «сухого хода».

Следующий обязательный элемент — термовыключатель. Существует несколько вариантов исполнения. В самых простых моделях термовыключатель подключен к нагревательному контуру и размыкает его при срабатывании. В некоторых моделях устанавливается дополнительный предохранитель с механическим включением. Для возврата его в исходное состояние придется открыть корпус и нажать кнопку. Ниже приведена принципиальная схема такого ПЭВН.

В приборах с электронным управлением температура контролируется по показаниям выходного термодатчика. Плата управления следит, чтобы своевременно отключить питание нагревательного контура. По такому принципу реализована защита от перегрева.

Третий компонент, защищающий прибор от выхода из строя — предохранительный клапан. Он срабатывает при гидроударе или повышенном давлении воды. При стравливании давлении из предохранительного клапана может просачиваться вода. При использовании предохранительного клапана необходимо позаботиться о дренажной системе.

Нагревательные элементы ПЭВН

Остановимся подробнее на процессе нагрева воды. В большинстве приборов контур состоит из закрытой колбы и находящихся внутри нагревательных элементов — трубчатых (ТЭН) или спиральных. Они подключаются через управляющее реле к цепи питания и преобразуют электрическую энергию в тепловую. Клеммы находятся снаружи колбы, их контакт с водой исключен. Колба обычно используется медная, есть варианты из термостойкого пластика и нержавеющей стали.

ТЭНы бывают медными или стальными, при этом металлы легируют и наносят защитный слой, чтобы лучше противостоять образованию накипи. Именно накипь — злейший враг металлических элементов, неизбежно приводящий к их износу.

Известны также и «сухие» ТЭНы. Это продвинутая версия, в которой исключается контакт нагревателей с водой. Вместо этого ТЭНы помещаются в защитную металлическую колбу, которая уже участвует в теплообмене. Для сухих ТЭНов есть апгрейд — керамический наполнитель. Он служит накопителем тепла, поскольку плавно нагревается и остывает, имеет увеличенную рабочую площадь.

Спиральные элементы изготавливают из специальных сплавов. При протоке воды спираль вибрирует и сбрасывает с себя известковые отложения. В целом спиральный элемент более устойчив к работе в жесткой воде.

Плата управления

Плата управления отвечает за сохранность прибора и его корректное функционирование. Напомним про два обязательных защитных механизма, рассмотренных выше: защита от работы без воды и защита от перегрева. Следующая важная функция — управление температурным режимом. В случае бюджетных моделей с механическим управлением это может быть простое включение и выключение ТЭНов или регулировка их мощности. В более дорогих ПЭВН с электронным управлением можно задавать температуру. Тогда в приборе появляется контроллер, который отрабатывает обратную связь по температуре и давлению воды и управляет мощностью нагрева. Такие модели комплектуются дисплеем и несколькими сенсорными кнопками для интеллектуального управления.

Цепь питания

Заключительная часть, которую рассмотрим — цепь питания. ПЭВН — это мощный потребитель, требующий особого внимания к проводке и соединениям. Поэтому в приборе находится крупная клеммная колодка. Это не случайно — провода должны быть подходящего сечения. Минимальные значения указываются в документации на прибор.

В цепь питания входят клеммы нагревателей и плата управления, от которой запитывается вся остальная электроника прибора. ПЭВН, рассчитанные на несколько точек потребления, обладают мощностью в несколько десятков киловатт и питаются от трехфазной сети. Для защиты от поражения током кабели питания прибора снабжаются УЗО.

Краны мгновенного нагрева

Отдельную нишу занимают так называемые «краны мгновенного нагрева». Это ПЭВН, выполненные в виде смесителя. Устройство таких ПЭВН немного отличается. Здесь ТЭН находится либо в основании смесителя в горизонтальном положении, либо внутри излива в вертикальном.

В таком приборе реализовано гидравлическое управление. Напор и температура находятся в обратной зависимости и регулируются ручкой смесителя. Электроники здесь практически нет, но все рассмотренные защитные механизмы быть обязаны. На некоторых моделях есть дисплей, на который выводится температура, измеряемая термодатчиком.

Проточный электрический водонагреватель — полезный в быту прибор. Принцип его работы прост, но подразумевает потребление большого количества электроэнергии. Помните об этом при выборе нагревателя и подключения его к электросети.