По назначению котлы делятся на:

1) Энергетические (для ТЭС)

2) Отопительно-производственные.

По расположению топок бывают:

1) C внутренней топкой ( напр. МЗК )

2) С внешней (нижней) топкой ( напр. ДКВР )

3) С выносной топкой ( напр. ДЕ )

По способу сжигания топлива:

1) Cлоевые (колосниковые) ― для сжигания твердого кускового топ- лива.

2) Камерные ― газообразное, жидкое и твердое пылеобразное топливо сжигается во взвешенном состоянии.

По перемещению уходящих газов и воды котлы делятся на:

1) Газотрубные, где продукты сгорания проходят по трубам или паро- вой трубе, а вокруг труб и паровой трубы движется вода.

2) Водотрубные котлы, в которых вода (пароводяная смесь) проходит по трубам поверхности нагрева котла, а продукты сгорания омывают эти трубы и передают свое тепло воде.

По конструктивным особенностям котлы делятся на:

1) Цилиндрические

2) Горизонтально-водотрубные

3) Вертикально-водотрубные с одним или несколькими барабанами

По движению водяного или пароводяного потока внутри котла:

1) Естественная циркуляция ― осуществляется за счет движущего на- пора, создаваемого разностью весов столба воды в опускных трубах и столба пароводяной смеси в подъемных трубах (рис. 1 а).

2) Принудительное движение теплоносителя (осуществляется с помо- щью искусственных побудителей – насосов), которое в свою очередь осу -ществляется многократной принудительной циркуляцией (рис. 1 б ) и по прямоточной схеме (рис. 1 в).

В современных отопительных и отопительно-производственных котельных для производства пара используются в основном котлы с естест- венной циркуляцией, а для производства горячей воды ― котлы с принуди- тельным движением теплоносителя, работающие по прямоточному принци- пу.

Современные паровые котлы с естественной циркуляцией выполняют- ся из вертикальных труб, расположенных между двумя коллекторами (бара- банами). Одна часть труб, называемых “подъемными трубами”, обогревается факелом и продуктами сгорания топлива, а другая, обычно необогреваемая часть труб, находится вне котельного агрегата и носит название “опускные трубы”. В обогреваемых подъемных трубах вода нагревается до кипения, частично испаряется и в виде пароводяной смеси поступает в барабан котла, где происходит ее разделение на пар и воду. По опускным не обогреваемым трубам из верхнего барабана поступает в нижний коллектор (барабан). Крат- ность циркуляции (отношение расхода воды, проходящего через циркуля- ционный контур, к расходу пара, производимого в нем) в таких котлах изме- няется от 10 до 100.  

В паровых котлах с многократной принудительной циркуляцией поверхности нагрева выполняются в виде змеевиков, образующих циркуля- ционные контуры. Кратность циркуляции в этих котлах изменяется от 5 до 10.

В прямоточных паровых котлах кратность циркуляции составляет еди- ницу, т.е. питательная вода, нагреваясь, последовательно превращается в пароводяную смесь, насыщенный и перегретый пар. В водогрейных котлах вода при движении по контуру циркуляции нагревается за один оборот от начальной до конечной температуры.

По давлению пара котлы бывают:

1) Низкого давления ( до 10 кг∙с/см² )

2) Среднего давления ( 10 ― 100 кг∙с/см² )

3) Высокого давления ( 100 ― 225 кг∙с/см² )

По количеству вырабатываемого пара:

1) Малой мощности ( до 25 т/ч )

2) Средней мощности ( 25 ― 120 т/ч )

3) Высокой мощности ( 120 ― 220 т/ч )

Каркас и обмуровка котла.

Металлическая конструкция, оприрающаяся на бетонный фундамент и поддерживающая барабан котла и трубную систему с водой, лестницы и по- мосты, а иногда и обмуровку, представляет собой каркас котельного агрега- та. В настоящее время чаще всего применяют опорные (несущие) и обвязоч- ные каркасы.

Паровые и водогрейные котлы малой мощности обычно имеют обвязочные каркасы, служащие для укрепления об­муровки, гарнитуры и других деталей. Масса металлической части котлов через специальные стойки или рамы передается непосред­ственно на фундамент.

Котлы вертикальной ориентации большой мощности обычно имеют несущий каркас (рис. 10.3), который состоит из вертикаль­ных колонн 1, горизонтальных балок, горизонтальных ферм 5, раскосов-связей 2 и упрочненной конструкции из балок 6 пото­лочного перекрытия. Колонны крупных котлов изготовляются из сварных профильных балок большого размера. Для уменьшения удельной нагрузки на фундамент под колонны устанавливают опор­ные башмаки 3, состоящие из опорных плит 7 и ребер жесткости 8. Раскосы-связи 2фермы выполняют из профильного проката (швел­лера, двутавра), связывая их между собой (сваривая) накладками 4.

Горизонтальные фермы 5, балки и раскосы-связи 2 применяют для придания поперечной устойчивости колоннам и повышения жесткости каркаса.

Для уменьшения термических напряжений в каркасе основные несущие его элементы располагают за пределами газоходов и их обмуровки. Сочленения же оборудованных балок (например, опор­ных балок поверхностей нагрева конвективной шахты) с балками каркаса выполняются в виде скользящей опоры с одной стороны, при неподвижном креплении − с другой.

Лестницы и площадки, используемые для обслуживания и ре­монта котла, часто размещают на горизонтальных фермах или опи­раются на них. Их выполняют из сортового проката, покрывая проходные площадки просечно-вытяжным или рифленым листом.

Обмуровка котла служит для ограждения топочной камеры и газоходов от окружающей среды и для направления движения по­тока дымовых газов в пределах котельного агрегата. Она работает при достаточно высоких температурах и резком их изменении и

Рис. 10.3. Каркас котла и его элементы:

а — общий вид; б — башмак; в — сочленение балок с раскосами; / — колонны; 2 — раскосы-связи; 3 — опорный башмак; 4 — накладки; 5 — горизонтальные фермы (площадки); 6 — балки потолочного перекрытия; 7— опорная плита; 8 —ребра жесткости

должна обеспечивать минимальные потери теплоты в окружаю­щую среду, быть плотной, механически прочной, простой и до­ступной для ремонта.

Обмуровки принято условно подразделять на тяжелые, облег­ченные и легкие, а по способам крепления — на свободно сто­ящие (на фундаментах), накаркасные (опирающиеся на каркас) и натрубные.

Внутренняя часть свободно стоящей обмуровки (рис. 10.4, а), обращенная в сторону высоких температур, выполняется из огне­упорного кирпича и называется футеровкой. Наружная часть обмуровки, называемая облицовкой, выполняется из строи­тельного кирпича.

Рис. 10.4. Обмуровка котельного агрегата:

а — свободно стоящая; б — массивная; в — облегченная накаркасная; г — щито­вая; д — натрубная; 1,2 — красный и шамотный кирпич; 3 — перевязочный ярус; 4, 6 — шамотные и фасонные шамотные кирпичи; 5 — температурный шов; 7— кронштейн; 8— металлическая обшивка; 9 — разгрузочный пояс; 10— тепло­изоляционная плита; // — хромитовая или шамотная масса.

Кирпичную массивную (рис. 10.4, б) обмуровку с перевязоч­ным ярусом из огнеупорного материала выполняют в котлах не­большой производительности. Для котлов производительностью 50...75 т/ч и выше применяют облегченную накаркасную обмуров­ку (рис. 10.4, в), состоящую из слоя шамотного 4 и шамотного фасонного 6 кирпичей, образующих футеровку, и слоя легковес­ной теплоизолирующей шамотной массы. Через каждые 2,5...3 м устанавливают разгрузочные кронштейны, на которые опирается обмуровка.

Щитовую (рис. 10.4, г) обмуровку выполняют в виде отдельных прямоугольных щитов, которые укреплены на каркасе котла. Щит делают многослойным из огнеупорного бетона, армированного стальной сеткой, и теплоизолирующих слоев.

Натрубная (рис. 10.4, д) обмуровка крепится непосредственно к трубам и состоит из слоя хромитовой или шамотной массы и изоляционного слоя из минераловатньщ матрацев, на которые на­несена газонепроницаемая магнезиальная обмазка.

Пароперегреватели.

Пароперегреватель предназначен для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле.

Пароперегреватель ― один из наиболее ответственных элементов котельного агрегата, так как он работает в наиболее тяжелых температурных условиях. Змеевики пароперегревателя и коллекторы выполняются из углеро- дистой стали.

Каждый пароперегреватель представляет собой системы цельнотяну- тых параллельных труб диаметром 28–42 мм, изогнутых в виде змеевиков, вальцованных или приваренных к круглым коллекторам. Использование труб небольшого диаметра упрощает гибку змеевиков и увеличивает коэффициент теплоотдачи. Толщина стенок труб зависит от рабочего давления пара и может быть от 3 до 5 мм. Устанавливают пароперегреватели на выходе про- дуктов сгорания из топки, где их температура находится в пределах 700–900 °С.

По своей конструкции пароперегреватели бывают вертикальные и горизонтальные с поперечным омыванием продуктами сгорания. Наиболее широкое распространение получили исключительно вертикальные, так как их крепление получается более простым.

Надежность работы змеевиков зависит от способа подвода насыщен- ного пара и отвода перегретого пара из него. В зависимости от направления движения газов и пара различают три основные схемы включения пароперег- ревателя в газовый поток: прямоточную (рис.1 а), противоточную (рис. 1 б) и комбинированную (рис. 1 в).

Рис. 1. Схемы включения пароперегревателей в газовый поток:

а — прямоточная; б — противоточная; в — смешанная; стрелками показано дни жение насыщенного пара (НП), перегретого пара (ПП) и продуктов горения (ПГ)

При прямоточном включении направление движения продуктов сгора- ния и пара по змеевикам совпадают, т.е. в одном направлении. В такой схеме наиболее высокая температура газов находится в области наиболее низкой температуры пара, что в принципе должно было бы обеспечить низкие тем- пературы металла пароперегревателя. Однако при наличии капелек котловой воды, поступающих с насыщенным паром из сепарационных устройств бара- бана, соли, содержащиеся в них , будут осаждаться на первых рядах змееви- ков, что приводит к резкому повышению температуры металла. В прямоточ- ной схеме движения теплоносителей температурный напор (усредненная по поверхности разность температур между греющей и нагреваемой средой) минимален, что требует наиболее развитых поверхностей нагрева.

При противоточной схеме потоки продуктов сгорания и пара направ- ляются навстречу друг другу. В таком случае змеевики, обогреваемые продуктами сгорания с наиболее высокой температурой, встречают уже перегретый пар и охлаждаются при этом недостаточно. В результате металл змеевиков пароперегревателя работает в наиболее тяжелых температурных условиях. Вместе с тем, температурный напор в этой схеме максимальный и необходимая поверхность теплообмена минимальна, но ее можно применять при нагреве пара до 400 °С.

При комбинированном включении часть змеевиков включается в рабо- ту по прямоточной схеме, а часть ―  по противоточной. Данная схема являет- ся наиболее оптимальной по условиям надежности работы. Соотношение противоточной и прямоточной частей пароперегревателя выбирается из усло- вия одинаковых температур металла в начале и в конце змеевика его прямо- точной части.

По тепловосприятию пароперегреватели делятся на конвективные и конвективно-радиационные.

Для котлов низкой и средней мощности используют конвективные пароперегреватели, а для котлов с давлением свыше 40 атм. и при темпера- турах нагрева более 250 °С используют конвективно-радиационные паропе- регреватели.

Конвективный пароперегреватель (рис. 2) обычно устанавливают в горизонтальном соединительном газоходе между топкой и конвективной шахтой котла.

В конвективно-радиационных пароперегревателях конвективная часть устанавливается в газоходе котла, а радиационная ― в топке котла.

Температуру пара в котлах с давлением до 2,4 МПа  не регулируют. При давлениях более 2,4 МПа для регулировки температуры используют редукционно-охладительные установки (РОУ) или промежуточные пароохла- дители.

Установки РОУ устанавливают на выходе пара из пароперегревателя и регулирование осуществляется путем впрыска определенного количества конденсата в пар.

Промежуточные пароохладители устанавливают в рассечку между ступенями пароперегревателя. Пароохладитель представляет собой теплооб- менник по трубкам которого циркулирует питательная вода, а пар поступает в межтрубное пространство. Регулирование температуры перегретого пара производится изменением количества питательной воды, пропускаемой по трубкам пароохладителя.

Котлы с температурой перегрева пара выше 400 °С должны быть снабжены автоматическими регуляторами температуры перегретого пара.

Пароперегреватель должен иметь манометр, предохранительный кла- пан, запорную арматуру для отключения пароперегревателя от паровой магистрали, прибор для измерения температуры перегретого пара.