Коллектив авторов - Большая энциклопедия техники

Водонагреватель – аппарат, предназначенный для теплообменного нагревания воды паром, горячей водой, горячими газами, электрическим током. Водонагреватель применяют в различных энергетических системах, таких как система горячего водоснабжения, система водяного отопления, система нагрева питательной воды для котельных агрегатов, для бытовых и иных различных сфер деятельности человека. Самыми распространенными считаются водонагреватели поверхностного типа, в них к нагреваемой воде тепло передается через поверхность металлических трубок, подогреваемых паром или водой. Значительно реже применяют контактные водонагреватели, в которых нагреваемая вода непосредственно соприкасается с паром или горячими газами. Работающие на газе или на твердом топливе ванные колонки, змеевики или водогрейные коробки, размещенные в плитах, кипятильники относятся к местным водонагревателям. Широкое применение из местных водонагревателей нашли ванные колонки. Их формы, размеры, конструктивные особенности, дизайн и исполнение могут быть различными. Они могут быть проточными и емкостными, работать на различном виде топлива: газообразном, твердом, жидком и электричестве. Тепловая мощность ванных колонок может достигать 35 кВт (30 тыс. ккал/ч). Водяные экономайзеры – это разновидность водонагревателей, которые устанавливаются в котельных агрегатах для нагрева воды за счет тепла отходящих газов.

Водотрубный котел – паровой котельный агрегат, конструктивно соединенный в единое целое комплекс устройств, предназначенный для получения пара под давлением или горячей воды за счет сжигания различного вида топлива. Водотрубный котел является одним из двух основных видов котлов. У водотрубного котла вода и пароводяная смесь движутся по стальным трубам, омываемым снаружи газообразными продуктами сгорания. Главной частью водотрубного котла являются топочная камера и газоходы, в которых размещены поверхности нагрева, воспринимающие тепло продуктов сгорания топлива (пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель). Элементы водотрубного котла располагаются на каркасе. Они защищены от потерь тепла обмуровкой и изоляцией. Основное свое применение водотрубные котлы получили на тепловых электростанциях. Там они необходимы для обеспечения паром турбин. Также водотрубные котлы применяются в отопительных и промышленных котельных для выработки пара и горячей воды для технологических и отопительных нужд; в судовых котельных установках. Конструкция водотрубного котла зависит от его функционального назначения, вида и типа применяемого топлива и способа сжигания, давления и температуры вырабатываемого пара, а также от единичной производительности пара. Сгорание топлива и частичное охлаждение продуктов сгорания происходят в топочной камере водотрубного котла. В результате этого между нагретыми газами и покрывающими стены топочной камеры трубами, в которых циркулирует охлаждающая их среда (вода или пар), происходит лучистый теплообмен. Система этих труб называется топочными экранами. При выходе из топки газы имеют температуру, достигающую 1000 °С. В дальнейшем на пути газа устанавливают трубчатые поверхности нагрева (пароперегреватели) для его охлаждения, обычно они выполняются в виде ширм-змеевиков с трубчатым поперечным сечением, собранных в плоские пакеты. Теплообмен в ширмовых поверхностях происходит излучением и конвекцией, именно из-за этого такие поверхности часто называют полурадиационными. Пройдя пароперегреватель ширмового типа, газы с температурой 800—900 °С далее поступают в конвективные пароперегреватели высокого и низкого давления, которые выполнены в виде пакетов труб. Теплообмен в этих и последующих рабочих поверхностях нагрева происходит в основном конвекцией и соответственно называется конвективным. Затем на пути газов, имеющих температуру 600—700 °С, устанавливается сначала водяной экономайзер, а далее – воздухоподогреватель. В воздухоподогревателе газы (в зависимости от вида сжигаемого топлива) охлаждаются до 130—170 °С. Дальнейшему снижению температуры мешает конденсация на поверхностях нагрева паров воды и серной кислоты, которая образовалась при сжигании различных видов сернистого топлива и привела к интенсивному загрязнению поверхностей нагрева золовыми частицами с последующей коррозией металла. Охлажденные газы, пройдя устройства очистки различной степени от золы и в большинстве случаев от серы, выбрасываются дымовой трубой в атмосферу. Различные продукты сгорания топлива, которые были уловлены в водотрубных котлах, периодически или непрерывно удаляются через сложные системы шлакоудаления и золоудаления. По характеру передвижения рабочей среды водотрубные котлы бывают с многократной естественной или принудительной циркуляцией и прямоточные. В водотрубном котле с многократной циркуляцией рабочая среда непрерывно движется по замкнутому контуру, который состоит из обогреваемых и необогреваемых труб, соединенных между собой промежуточными камерами-коллекторами и барабанами. Там она частично испаряется в обогреваемой части контура. В связи с разностью плотностей пароводяной смеси в обогреваемой (подъемной) части контура и воды в слабо обогреваемой или совсем не обогреваемой (опускной) его части осуществляется движение рабочей среды по циркуляционному контуру в водотрубном котле с естественной циркуляцией. В водотрубном котле с принудительной циркуляцией перемещение рабочей среды по контуру осуществляется под действием циркуляционного насоса. Постоянное упаривание котловой воды в водотрубном котле с многократной естественной или принудительной циркуляцией в конечном счете неизбежно приводит к концентрации растворенных и взвешенных в ней всевозможных примесей (солей, окислов, гидратов окислов). В дальнейшем эти примеси могут скапливаться на внутренней поверхности труб обогревания с ухудшением условия их охлаждения и становясь причиной перегрева металла (с последующей аварийной остановкой водотрубного котла из-за разрыва рабочих труб). Кроме того, недопустимо чрезмерное повышение концентрации примесей в используемой воде из-за переноса их паром из барабана в капельках воды или в виде парового раствора в пароперегреватель, а также в турбину, где вредные примеси оседают на рабочих лопатках турбомашины, существенно уменьшая ее КПД. Для избежания повышения концентрации примесей производятся продувки котла со строгой периодичностью. Предельно допустимая концентрация (ПДК) примесей определяется конструкцией и параметрами водотрубного котла, составом питающей воды и тепловыми напряжениями экранных поверхностей нагрева.