Рассмотрим особенности устройства, энергетические характеристики и принципы расчёта параметров паровых котлов, предназначенных для производства водяного пара как рабочего тела паротурбинных установок (ПТУ) как конденсационного, так и теплофикационного цикла (глава 2).
Для получения насыщенного и перегретого пара в системе ПТУ используются специальные аппараты – паровые котлы. Котельная установка позволяет генерировать водяной пар с широким диапазоном параметров и состоит из котельного агрегата, пароперегревателя и вспомогательного оборудования, связанных единой технологической схемой (рис. 3.1). К вспомогательному оборудованию относят устройства подачи топлива и воздуха в топку котла, питательные водяные насосы, дымососы, водоподогреватели, паро- и водопроводы и пр.
На данный момент котлы, установленные на тепловых электростанциях (ТЭС), могут вырабатывать до 4500 тонн пара в час при давлениях до 28 МПа, что превышает критическое давление (22,1 МПа), при котором вода превращается в пар. Большой паровой котел такого типа, потребляя несколько сот тонн пылевого угля в час, может производить такое количество пара при температуре 550оС, сколько необходимо для выработки 1300 МВт электроэнергии [4].
В технологиях производства пара существуют два основных типа паровых котлов: газотрубные и водотрубные. Все котлы, в которых высокотемпературные газы, полученные при сжигании топлива в топке котла, поступают внутрь жаровых (дымогарных) труб, называются газотрубными. Жаровые трубы при этом погружены в объём нагреваемой воды. В водотрубных котлах по трубам протекает вода, а топочные газы омывают эти трубы, установленные в объёме топки котла, снаружи.
В современной теплоэнергетике применение газотрубных котлов ограничивается малой мощностью (около 360 кВт) и рабочим давлением до 1 МПа. Подобное ограничение обусловлено особенностями проектирования парового котла как сосуда высокого давления, так как при превышении критических значений параметров по давлению и температуре толщина стенки этого сосуда становится несоизмеримо большой. Поэтому газотрубные котельные установки в энергетической отрасли можно отнести к устаревшим, хотя они до сих пор применяются в теплофикационных системах жилых и промышленных помещений.
Для современных ПТУ наиболее актуально использование водотрубных котлов, вода и пар в которых находятся под высоким давлением в трубах сравнительно небольшого диаметра, что позволяет выдерживать требования к толщине и прочности стенки. Водотрубные паровые котлы гораздо сложнее газотрубных по своей конструкции, однако, они имеют ряд неоспоримых достоинств. Такие установки легко разогреваются, практически безопасны в отношении взрыва, просты в транспортировке, эксплуатации и встраивании в существующие технологически схемы, а также способны выдерживать значительные перегрузки по давлению и температуре. Существенным недостатком водотрубного парового котла является то, что в его конструкции имеется множество соединений, которые должны быть устойчивы к протечкам при работе в условиях высоких давлений и температур.
Кроме разделения по ходу теплоносителя, паровые котлы подразделяют на генераторы насыщенного и перегретого пара.