Котлы (кроме электрических) являются разновидностью теплообменных аппаратов, где греющей средой являются продукты сгорания, а нагреваемой — теплоноситель котла.
Название котлоагрегат (котельный агрегат, неправильно парогенератор[1]) появилось исторически в ходе развития паровых котлов. Изначально котёл представлял собой простое устройство без разделения поверхностей нагрева по функциям. Впоследствии необходимость получать пар более высоких параметров с лучшей эффективностью и при меньших габаритах заставила развить поверхности нагрева в топке, добавить пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель. Всё это с примыкающими трубопроводами, газо- и воздуховодами, арматурой, связанное в единое органическое целое, и получило название котельный агрегат в отличие от «собственно котла». Дополнительными устройствами часто оснащались уже существующие простые котлы либо котлы ранее выпускавшихся серий. В современных котлах большой мощности, особенно прямоточных, выделить «собственно котёл» не представляется возможным, для них термины «котёл» и «котлоагрегат» фактически синонимичны.
Котельные агрегаты, работающие с теплоносителями — водой и паром, делятся на паровые, генерирующие пар, и водогрейные, в которых вода не меняет агрегатного состояния; встречаются также пароводогрейные (водогрейно-паровые) котлы, генерирующие воду и пар одновременно. Котлы на сверхкритические параметры относят к паровым. Котлы с теплоносителем других типов также могут работать с его переходом из жидкого в парообразное состояние или без такового. Применение теплоносителя с высокой температуройкипения при низком давлении (например, определённых типов масла) либо газового позволяет уменьшить толщину стенок и облегчить эксплуатацию трубопроводов и теплопотребляющего оборудования.
Паровые котлы могут генерировать насыщенный или перегретый пар. В виду высокой стоимости и сложности эксплуатации пароперегревателя и удовлетворительности свойств насыщенного пара (с сухостью обычно не менее 99%) для многих задач, в небольших промышленных и отопительных котлах с давлением пара до 16 атм генерируется почти всегда насыщенный пар.
Часто теплоноситель на выходе из котла отличается от поставляемого непосредственно потребителям (например, в сетях теплоснабжения циркулирует сетевая вода достаточно низкого качества в плане жёсткости, насыщения газами и т. д., при подаче её в котёл он быстро загрязняется). В таком случае передачу тепла осуществляют через специальные теплообменники (в частности, бойлера паровых котельных).
Котлы могут потреблять твёрдое, жидкое или газообразноетопливо различных видов, в зависимости от которых их топочные и горелочные устройства и некоторые другие элементы могут иметь существенные особенности.
Пиролизные котлы имеют отличительною особенность от твердотопливных котлов классического типа горения. В первой камере котла пиролизного типа топливо древесного происхождения (поленья, колотые дрова, обрезки, щепа, опилки, стружка) в условиях термического разложения и недостатка кислорода выделяет газовую смесь, насыщенную углеродом. При контакте с раскаленной поверхностью форсунок газовая смесь воспламеняется во второй камере пиролизного котла и горит с большим выделением тепла. Коэффициент полезного действия таких газогенераторных котлов существенно выше, чем эффективность работы классических котлов на твердом топливе прямого горения.
Иногда производится переделка котлов с одного вида топлива на другой (как правило, твердотопливных на газ)[3].
Энерготехнологические котлы в своих топках производят переработку технологических материалов (например, токсичныхстоков и выбросов, мелкозернистых материалов типа керамзита, природных фосфатов)[1]; теплота от уходящих газов, чтобы её не выбрасывать бесполезно в атмосферу, воспринимаются поверхностями котла.
Топливо непосредственно не потребляют электрические котлы, а также котлы-утилизаторы, в которых используется теплота горячих газов технологического процесса или двигателей (например, газовой турбины в ПГУ)[4]. Возможны комбинированные котлы, использующие электричество или внешнюю теплоту и при этом (одновременно или альтернативно) сжигающие внутри себя топливо. Топка котла-утилизатора, где в основной поток газов добавляется горящее топливо и иногда дополнительный воздух, носит название камера дожигания.
Топочные и горелочные устройства
Вид топлива, для которого разработан котёл, влияет прежде всего на топочные и горелочные устройства. Основные конструкции топок следующие:[2][5]
Топливо может загружаться вручную, через дверцу, или механически, из бункера (часто с помощью забрасывателей).
С цепной решёткой (прямого или обратного хода)
Топливо перемещается от места загрузки на полотне из фасонных колосников, соединённых цепями, надетыми на звёздочки. Основной недостаток — большая неполнота сгорания топлива.
Энергетические паровые и водогрейные котлы могут быть стационарными (устанавливаются на неподвижном фундаменте) или передвижными (на средстве передвижения или на подвижном фундаменте)[4].
