История эволюции конструкции котлов

Появление первых конструкций котлов — парогенераторов — относят к середине XVII столетия. Одной из наиболее удачных, пригодных для практики того времени конструкций считают разработанный французским физиком Папеном в 1680 г. котел с предохранительным клапаном (котел Папена).

Промышленное применение котлов началось на рубеже XVII и XVIII вв. в связи с бурным развитием горнодобывающей и металлургической промышленности. Ранние конструкции напоминали котел для приготовления пищи (отсюда их название), их изготовляли из меди или чугуна. Родоначальником современных конструкций считают простой цилиндрический котел, который применяли до второй половины XIX в. Паропроизводительность такого котла едва достигала 0,4 т/ч при давлении пара 1 МПа (10 кгс/см2), поверхность нагрева (нагреваемая часть котла) не превышала 25 м2, а коэффициент полезного действия (КПД)-30%. Дальнейшее развитие шло по пути повышения этих основных характеристик в двух направлениях, приведших к созданию принципиально различных типов котлов — газотрубных и водотрубных.

Идея газотрубного котла в том, что с помощью нагретых труб, размещаемых в водяном пространстве цилиндрического котла, увеличивается площадь поверхности нагрева и тем самым обеспечивается большая паропроизводительность котла. Таким образом, появилась сначала конструкция жаротрубного, а несколько позднее дымогарного котлов.

В жаротрубном котле в водяном пространстве располагается одна, две или три трубы сравнительно больших диаметров, которые обогреваются проходящими через них топочными газами. Эти трубы называют жаровыми.

В дымогарном котле водяное пространство пронизано довольно большим количеством труб сравнительно малого диаметра, которые, как и жаровые, нагреваются проходящими сквозь них дымовыми газами. Эти трубы называются дымогарными.

В дальнейшем появились водогрейные котлы на твердом топливе, основанные на комбинации этих базовых конструкций.

Более плодотворной, как показала практика, оказалась идея водотрубного котла . В этом случае эволюция котла происходила следующим образом: сначала вместо одного большого цилиндрического сосуда в топочном пространстве стали располагать несколько соединенных друг с другом цилиндров соответственно меньших диаметров, которые образовывали батарею. При этом резко повышалась поверхность нагрева, следовательно, возрастала и паропроизводительность. Такие котлы называли батарейными. В дальнейшем они были вытеснены более простым и технологичным в изготовлении котлом с кипятильными трубами.

Таким образом, в водотрубных котлах вода нагревается не теплотой, поступающей от разогретых труб, как в жаротрубных и дымогарных котлах, а наоборот — именно в трубах. Такая схема имеет ряд преимуществ, основными из которых являются возможность повысить параметры пара (температуру и давление) и паропроизводительность котла.

В начале XX в. широко применяли весьма совершенные по тому времени секционные горизонтально-водотрубные котлы. В таких котлах в топочном пространстве располагали один или несколько пучков прямолинейных труб, завальцованных своими концами в сборные камеры, которые, в свою очередь, были соединены с расположенным над топкой барабаном котла. Хотя их и называют горизонтально-водотрубными, тем не менее, кипятильные трубы у таких котлов располагаются не горизонтально, а под углом от 10 до 12 градусов к горизонтали, что обеспечивает лучшую циркуляцию воды и пароводяной смеси.

Прекрасным представителем котлов этого вида являлся созданный в 1893 г. инженером В. Г. Шуховым водотрубный паровой котел (котел Шухова). В этой конструкции удалось унифицировать применение отдельных элементов, что имело существенное значение при серийном производстве. Котел состоял из одного продольного горизонтального барабана и нескольких трубчатых батарей, причем паропроизводительность зависела от числа используемых однотипных батарей.

Совершенствование водотрубных котлов позволило создать конструкции с вертикальными трубами, сначала прямыми, а затем изогнутыми, соединяющими верхний и нижний барабаны. Впоследствии вертикальные трубы стали располагать на стенах топки. Такие трубы в совокупности образовывают экраны — радиационные поверхности, нагреваемые преимущественно за счет тепловой радиации — излучения горящего топлива. Для более полного использования теплоты стали монтировать пучок конвективных труб, располагаемых за топочным пространством. Нагревали эти трубы потоком горячих дымовых газов, т. е. конвекцией.

Барабан постепенно перестал быть основным обогреваемым элементом (в современных мощных котлоагрегатах вовсе вынесен из зоны обогрева). Вместе с тем в связи с целесообразностью перегрева пара для энергоустановок потребовалось размещение в пределах котла специальных поверхностей нагрева — пароперегревателей.

Совершенствование котлов этого вида шло путем создания целого комплекса отдельных видов оборудования, входящих в котлоагрегаты. Были разработаны весьма совершенные конструкции камерных топок, позволяющие получать большое количество теплоты за счет быстрого и эффективного сжигания угольной пыли в относительно небольшом пространстве, а также топки для сжигания жидкого мазута и газообразного топлива. Значительно возросли габариты вертикальных водотрубных котлов. Это вызывалось необходимостью увеличения площади поверхности нагрева и целесообразностью размещения в пределах котлоагрегата целого ряда устройств, позволяющих повысить КПД котла (экономайзеры, воздухонагреватели и т. д.).

На остаток, подборка сам старых котлов истории:

Чертеж старого парового котла

Чертеж-2 старого парового котла

Водогрейный котел для работы на твердом топливе или с горелкой на мазуте De Dietrich

Водогрейный или паровой котел низкого давления для работы с горелкой на мазуте или на твердом топливе De Dietrich (D4)

На рисунке изображена одна из новейших конструкций совершенно автоматизированной установки германских заводов Бр. Кертинг для отопления чугунного котла (безразлично, водогрейного или парового) распыленным газовым маслом (фракция перегонки буроугольного дегтя)

Другая чрезвычайно оригинальная конструкция водогрейного миниатюрного котла для так называемой Narrag-Classik системы квартирного отопления германски

Котел германского завода National Radiator Gesellschaft в Шенбекке на Эльбе

Котел германского завода National Radiator Gesellschaft

На рисунке изображен с внешнего вида круглый котелок германских заводов Buderus-Eisernwerke в гор. Вецлар

Котел германских заводов а кц. о-ва «Братья Кертинг»

Водогрейный или паровой котел низкого давления для работы с горелкой на мазуте или на твердом топливе De Dietrich (серия V)

Отопительный котёл

Эта статья или раздел нуждается в переработке.

Котёл отопительный — это устройство на основе закрытого сосуда, в котором теплоноситель (чаще всего вода или пар (Паровой котёл)) нагревается до заданной температуры и служит для обеспечения потребителей теплом и (или) горячей водой.

Содержание

Основные технические параметры котлов

• Номинальная мощность;
• Коэффициент полезного действия;
• Используемый теплоноситель;
• Рабочий диапазон температуры теплоносителя;
• Рабочее давление теплоносителя;
• Гидравлическое сопротивление котла;

Виды котлов

По виду используемого топлива котлы отопления делятся на:

Котлы водогрейные гранульные

Котлы водогрейные (жаротрубные), гранульные (твёрдотопливные) работают исключительно на древесных топливных гранулах (пеллетах). В топочной камере гранульного котла снимается примерно 30 % мощности, а в конвективной примерно 70 % мощности Выпускаются также и адаптированные для сжигания гранул универсальные водогрейные котлы (котлы «утилизаторы») с КПД менее 80 %.

Котлы водогрейные (жаротрубные), работают на обычных дровах, мусоре, листьях и прочих твердых органических отходах. Применяются для сжигания прессованной соломы. Диапазон мощностей существующих котлов от 30 КВт до 2 МВт, но КПД невысокий в связи с тем, что в сжигается топливо с различными параметрами.

Котлы отопления газовые

Газовые котлы отопления работают на природном газе или, при конструктивных возможностях, на сжиженном газе.

Газовые котлы — самый распространенный тип котлов как в России, так и во всем мире. Примерно половина всех продаваемых котлов — газовые котлы. В этом нет ничего странного, ведь газ — это самое дешевое топливо на сегодняшний день.

По месту монтажа различают два вида котлов — настенные газовые котлы и напольные.

Все напольные газовые котлы можно разделить на две основные группы: с атмосферными и с наддувными (иногда их называют сменными, вентиляторными, навесными) горелками. Атмосферные горелки — проще по конструкции и дешевле, работают тише. Котлы с наддувными горелками обладают большим КПД и стоят при этом значительно дороже. Котлы для работы с наддувными горелками позволяют установить горелку, работающую как на газе, так и на жидком топливе.

Настенные газовые котлы — это, как правило, довольно компактные и, соответственно, малые по мощности (до 30 кВт), но с довольно высоким КПД газовые котлы. Настенные котлы отопления также бывают с естественной тягой, в связи с наличием открытой камеры сгорания, а также котлы с закрытой камерой, то есть с принудительным отводом продуктов сгорания.

Напольные и настенные газовые котлы принято различать на следующие основные виды:

• Одноконтурные газовые котлы;
• Двухконтурные газовые котлы;

Одноконтурные газовые котлы используют только для отопления помещений. Двухконтурные котлы, кроме этого, также для отопления и организации горячего водоснабжения.

Недавно появился новый тип газовых котлов — конденсационные котлы. Своим названием это оборудование обязано способности отбирать из продуктов сгорания теплоту, получаемую конденсацией содержащихся в них водяных паров. Использование этой, обычно уходящей вместе с дымовыми газами, теплоты позволяет котлу достигать среднего за отопительный период условного КПД 107—109 %.

Принцип работы

В дымовых газах содержится большое количество водяных паров. В конденсационном котле эти пары охлаждаются в теплообменнике теплоносителем из обратной линии системы отопления. Водяные пары конденсируются, и скрытая теплота конденсации передается теплоносителю из обратной линии системы отопления, добавляясь к теплоте, полученной от сгорания топлива. Таким образом, достигается КПД выше 100 % для низшей теплоты сгорания, что дает ощутимую экономию топлива. При таком процессе сгорания газа выброс загрязняющих веществ в атмосферу — минимальный. Известно, что чем ниже температура отопительной системы, тем больше возможность использования конденсационного принципа. При эксплуатации конденсационного котла в рабочем режиме температур 80/60 ‘C происходит минимальная конденсация водяного пара и эффективность котла составляет примерно 98 %. При этом разница эффективности по сравнению с классическим котлом (92 %) не так велика. Иная ситуация будет при снижении температур отопительной системы, к примеру до 50/30 ‘C. Тогда в полной мере будет использован конденсационный режим котла, происходит значительная конденсация водяного пара и эффективность достигает 107—109 %.

Электродные котлы

Процесс нагрева теплоносителя в электроводонагревателе электродного типа происходит за счет омического нагрева, то есть процесс нагрева теплоносителя идет напрямую, без «посредника» (например, ТЭНа). При этом явления электролиза не наблюдается, так как катод и анод постоянно меняются местами с частотой электрической сети.

Достоинства электродных котлов:

• Отсутствие воды в котле во включённом состоянии (сухой ход) не приводит к каким либо последствиям и выходу его из строя в виду отсутствия нагрева воды.
• Отложение накипи на электродах котла всего лишь снижает его мощность и не приводит к разрушению электродов.
• Электродные котлы обычно более компактные, чем ТЭНовые.
• Практически бесшумны.

Недостатки электродных котлов:

• Электрический ток пропускается непосредственно через теплоноситель, что значительно повышает риск поражения током, а вследствие огромных токов утечки делает невозможным применение совместно с таким котлом УЗО (устройство защитного отключения).
• Требуется тщательная водоподготовка теплоносителя по электропроводности.
• Мощность электрокотла не постоянна и сильно зависит от температуры теплоносителя в системе, причём с ростом температуры теплоносителя — растёт его электропроводность и потребляемая мощность, таким образом при первоначальном пуске системы в холодное время года — мощности котла для прогрева может не хватить. Увеличение электропроводности теплоносителя до необходимого уровня при низких температурах может привести к тому, что после прогрева системы она может возрасти на столько, что приведёт к значительной перегрузке и аварии в питающей электросети, а также выходу из строя управляющей котлом силовой аппаратуы.
• Этот же эффект (повышение электропроводности теплоносителя с ростом температуры) иногда приводит к электродуговому пробою межэлектродного расстояния (фактически КЗ) с огромным броском тока в питающей сети и как следствие — множественным выходом из строя различной аппаратуры, включенной в эту сеть.
• Непригодны для использования обычных тосолов, антифризов и неочищенной воды в качестве теплоносителя.
• При использовании для горячего водоснабжения понадобится еще один контур.
• Требуют квалифицированного монтажа и специфических знаний по электропроводности воды для выполнения пусконаладки.
• Незамерзающий теплоноситель для электродных котлов дорог, так как в его состав входят присадки с низким содержанием солей.

ТЭНовые котлы

Работа этих котлов основана на передаче тепловой энергии от электрического ТЭНа теплоносителю (вода).

Достоинства ТЭНовых котлов:

• Тэны в котле не имеют электрической связи с теплоносителем, в связи с этим он гораздо более электробезопасен, практически отсутствуют токи утечки, что позволяет совместно с котлом устанавливать УЗО (устройство защитного отключения).
• Мощность всегда постоянна и не зависит от используемого теплоносителя и его температуры. Она может меняться только в пределах изменения напряжения в питающей электросети.
• Легко осуществлять ступенчатое или плавное регулирование мощности, что позволяет минимизировать броски напряжения в питающей сети при включении и выключении котла.
• Котлы могут работать на обычном тосоле, антифризе, воде.
• Выход из строя одного ТЭНа обычно не влечет за собой остановки всего котла.
• Могут быть использованы для горячего водоснабжения по одноконтурной схеме.
• Котлы могут работать на перегретой воде, при этом температура перегретой воды определяется только давлением, на которое рассчитан корпус котла.
• Обслуживание ТЭНовых котлов не требует специфических знаний по электропроводности воды.

Недостатки ТЭНовых котлов:

• ТЭН (Трубчатый ЭлектроНагреватель) имеет ограниченный ресурс и может перегореть, поэтому при выборе котла следует обращать внимание на возможность замены ТЭНов.
• Отложение накипи на ТЭНах значительно ухудшает их охлаждение и приводит к преждевременному выходу их из строя.
• В случае работы без воды (сухой ход) мгновенно происходит выход из строя ТЭНов, в отличие от электродного котла.
• Цена на ТЭНовые котлы выше, чем на электродные.

Индукционные котлы

Принцип индукционного нагрева основан на явлении электромагнитной индукции — создание индуцированного тока переменным магнитным полем. Установка индукционного нагрева имеет конструкцию сходную с трансформатором, состоящем из двух контуров. Первичный контур — магнитная система, вторичный контур — теплообменное устройство или ТВЭЛ (тепловыделяющий элемент). Под воздействием переменного магнитного поля, создаваемого магнитной системой, в металле теплообменного устройства индуцируются токи, вызывающие его нагрев. Тепло от нагретых поверхностей теплообменного устройства передается нагреваемой среде.

Достоинства индукционных котлов:

• Принципиальное отсутствие нагревательных элементов, что исключает возможность выхода из строя самого котла.
• Полное отсутствие разъёмных соединений в конструкции, что исключает вероятность возникновения течи.
• Значительное снижение склонности к образованию накипи.
• Высокая электробезопасность.
• Возможность изготовления котла практически на любые температуры и давления, что особенно важно для технологических применений.
• Возможность работы практически с любыми теплоносителями.
• Возможность изготовления котлов для непосредственной работы от сети с напряжением до 6-10 кВ., в том числе постоянного тока что в принципе невозможно или крайне затруднительно для других типов котлов.

Недостатки индукционных котлов:

• Высокая стоимость, сравнительно с ТЭНовыми и электродными (из-за ВЧ преобразователя)
• Большие габариты и огромный вес.
• Затруднённая плавная регулировка мощности.

См. также

Литература

• Сканави А. Н. Отопление. Учебник для вузов. — М.: АСВ, 2008. С. 576. ISBN 978-5-93093-161-7
• Отопление. Часть 1. Под редакцией канд.техн.наук И. Г. Староверова и инж. Ю. И. Шиллера. — М.: Стройиздат, 1990. С. 344.
• Щёкин Р. В., Кореневский С. М., Бем Г. Е. и др. Отопление и теплоснабжение. — Киев: Будiвельник, 1976. С. 416.
• Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей. Под редакцией Николаева А. А.. — М.: Издательство литературы по строительству, 1965. С. 360.
• Ионин А. А. Газоснабжение. 4-е издание, переработанное и дополненное. — М.: Стройиздат, 1989. С. 439.
• Стырикович М. А., Катковская К. Я., Серов Е. П. Котельные агрегаты. — М.: Государственное энергетическое издательство, 1959. С. 487.
• Щеголев М. М. Топливо, топки и котельные установки. — М.: Государственное издательство литературы по архитектуре и строительству, 1953. С. 544.
• Скафтымов Н. А. Основы газоснабжения. — Л.: Недра, 1975. С. 343.
• Киселёв Н. А. Котельные установки. 2-издание, переработанное и дополненное. — М.: Высшая школа, 1979. С. 270.
• Козин В. Е., Левина Т. А., Марков А. П. и др. Теплоснабжение. — М.: Высшая школа, 1980. С. 408.
• Журавлёв Б. А. Справочник мастера-сантехника. 5-издание, переработанное и дополненное. — М.: Стройиздат, 1981. С. 432.

Энергетика структура по продуктам и отраслям
Электроэнергетика: электроэнергия	Традиционная Тепловые электростанции Конденсационная электростанция (КЭС) • Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) Гидроэнергетика Гидроэлектростанция (ГЭС) • Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) Атомная Атомная электростанция (АЭС) • Плавучая атомная электростанция (ПАТЭС) Альтернативная Геотермальная Геотермальные электростанции (ГеоТЭС) Гидроэнергетика Малые гидроэлектростанции (МГЭС) • Приливные электростанции (ПЭС) • Волновые электростанции • Осмотические электростанции Ветроэнергетика Ветряные электростанции (ВЭС) Солнечная Солнечные электростанции (СЭС) Водородная Водородные электростанции • Установки на топливных элементах Биоэнергетика Биоэлектростанции (БиоТЭС) Малая Дизельные электростанции • Газопоршневые электростанции • Газотурбинные установки малой мощности • Бензиновые электростанции Электрическая сеть Электрические подстанции • Линии электропередачи (ЛЭП) • Опоры линий электропередачи
Теплоснабжение: теплоэнергия	Централизованное Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) • Котельные • Атомные электростанции (АЭС) • Атомные электростанции теплоснабжения (АСТ) • Геотермальные электростанции (ГеоТЭС) • Биоэлектростанции (БиоТЭС) Децентрализованное Малые котельные • Мини-ТЭЦ • Телонасосные установки • Электронагреватели • Печи Тепловая сеть Тепловые пункты • Теплотрассы
Топливная промышленность: топливо	Органическое Газообразное Природный газ • Генераторный газ • Коксовый газ • Доменный газ • Продукты перегонки нефти • Газ подземной газификации • Синтез-газ Жидкое Нефть • Бензин • Керосин • Соляровое масло • Мазут Твёрдое Ископаемое Бурый уголь • Каменный уголь • Антрацит • Горючий сланец • Торф Растительное Дрова • Древесные отходы • Биомасса Искусственное Древесный уголь • Пеллеты • Кокс (каменноугольный, торфяной, полукокс) • Углебрикеты • Отходы углеобогащения Ядерное Уран • MOX-топливо
Перспективная энергетика :	Энергетика Термоядерная энергетика • Космическая энергетика Топливо Плутоний • Торий • Дейтерий • Тритий • Гелий-3 • Бор-11
Портал: Энергетика

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Отопительный котёл» в других словарях:

отопительный котёл — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN heating boiler … Справочник технического переводчика

ОТОПИТЕЛЬНЫЙ КОТЁЛ — источник теплоты центр, отопит. системы отд. дома или р на со мн. домами. Применяются О. к. для подогрева воды (водогрейные котлы) или для получения пара (паровые котлы) … Большой энциклопедический политехнический словарь

отопительный котёл, использующий солнечную энергию — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN solar fired heating boiler … Справочник технического переводчика

транспортабельный отопительный котёл — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN package heating boiler … Справочник технического переводчика

Котёл отопительный — Котёл отопительный устройство для нагрева жидкости теплоносителя (как правило, это вода или масло). Бывают твёрдотопливные, жидкотопливные, газовые и электрические. Бывают одно и двухконтурные, автоматические и ручные, с системой… … Википедия

Котёл газотрубный — паровой или водогрейный котёл, у которого поверхность нагрева состоит из трубок небольшого диаметра, внутри которых движутся горячие продукты сгорания топлива.Теплообмен происходит посредством нагрева теплоносителя (как правило, это вода или… … Википедия

Котёл паровой — Паровой котёл Паровой котёл установка, предназначенная для генерации насыщенного или перегретого пара, а также для подогрева воды (котёл отопительный) По относительному движению теплообменивающихся сред (дымовых газов, воды и пара) паровые котлы… … Википедия

Котёл — У этого термина существуют и другие значения, см. Котёл (значения). Котёл в кельтском стиле, выставленный в National Museum (Nationalmuseet) Дании. Котёл мет … Википедия

Котёл водотрубный — паровой или водогрейный котел, у которого поверхность нагрева (экран) состоит из кипятильных трубок, внутри которых движется теплоноситель. Теплообмен происходит посредством нагрева кипятильных трубок горячими продуктами сгорающего топлива.… … Википедия

КОТЁЛ ОТОПИТЕЛЬНЫЙ — водогрейный или паровой котёл, применяемый для получения горячей воды или пара в системах центрального отопления или централизованного теплоснабжения (Болгарский язык; Български) котел за водно отопление (Чешский язык; Čeština) otopný kotel… … Строительный словарь