Parní kotel stacionární, zařízení pro přeměnu kontinuálně přiváděné vody (napájecí vody) na sytou nebo přehřátou páru s tlakem nad atmosférickým vlivem tepla uvolněného při spalování organického paliva, jakož i tepla výfukových plynů vysokoteplotních pecí popř. jednotky s plynovou turbínou.
Historické informace
Průmyslové využití parních kotlů začalo na přelomu 17.–18. století. v souvislosti s prudkým rozvojem hornictví a uhelného průmyslu zavádění dopřádacích, tkalcovských strojů a dalších do výroby. Za jeden z prvních je považován parní kotel D. Papina, navržený jím v roce 1680. Nejjednodušším parním kotlem produkujícím sytou nízkotlakou páru je válcový ležatý kotel (buben), mající topeniště s roštem, na kterém spalovalo se tříděné kusové uhlí a spalovací vzduch přicházel zespodu přes rošt. Novým typem parního kotle se staly vodotrubkové kotle, u kterých je teplosběrná plocha provedena v podobě velkého množství trubek malého průměru (60–80 mm) umístěných přímo v proudu horkých plynů (síto trubky). V důsledku toho se výrazně zvýšil parní výkon kotle a tlak syté páry: větší podíl tepla plynů byl užitečně využit k ohřevu a odpařování vody. Dalším vývojem typů parních kotlů byl vznik průtočných kotlů. Takový parní kotel nemá buben, v něm voda, směs pára-voda a pára (společně nazývané pracovní médium) postupně prochází všemi topnými plochami kotle. Na rozdíl od bubnového parního kotle mohou průtočné kotle pracovat při nadkritickém tlaku pracovního média, při kterém nedochází k odpařování a je eliminován jev oddělování páry od vody, tedy není potřeba bubnu. -oddělovač. Pro kontinuální odvod tepla a zajištění normálních teplotních podmínek pro otopné plochy se pracovní médium uvnitř trubek nepřetržitě pohybuje.
Klasifikace parních kotlů
Na základě principu organizace pohybu pracovního prostředí se rozlišují bubnové parní kotle – s přirozeným nebo vícenásobným nuceným oběhem a přímoproudé kotle – s nuceným pohybem po celé dráze (tabulka). Podle parametrů chladiva („výstupního produktu“) se dělí kotle parní (určené k výrobě páry) a horkovodní kotle (na ohřev vody pod tlakem, zejména pro zásobování teplem městských a okresních kotelen a tepelných elektráren). . Podle účelu – energie (vyrábět přehřátou páru používanou v parních turbínách k výrobě elektrické energie); průmyslové (vyrábějí sytou páru pro technologické potřeby; např. v chemickém, dřevozpracujícím průmyslu, v zemědělství); vytápění (výroba páry nebo horké vody), kotle na odpadní teplo. Podle tlaku páry – podkritický, kritický, nadkritický. Podle druhu použitého paliva – plyn, kapalné palivo (nafta), duální palivo (plynový olej), tuhá paliva (pro průmyslové kotle, hlavně uhlí). Kotle se liší i způsobem spalování paliva (vrstvé spalování, flér, fluidní lože). Podle fázového stavu strusky opouštějící pec – s odstraňováním pevné a kapalné strusky. Podle typu cesty plyn-vzduch – s přirozeným tahem, s přeplňováním.
Klasifikace stacionárních parních kotlů
Teplota přehřáté páry, °C
Teplota sekundárního přehřátí páry, °C
Bubnový kotel s přirozenou cirkulací pro průmyslové použití
Bubnový kotel s přirozeným oběhem pro elektrárny
Bubnový kotel s přihříváním páry
Průtočné kotle pro nadkritický tlak páry
Konstrukce parního kotle
Hlavní konstrukční prvky parního kotle: spalovací komora (pec), kde se spaluje palivo a vznikají spaliny (zplodiny hoření) a jejich částečné ochlazování vlivem ohřevu sítových trubek; kouřovody s vysokoteplotními plyny; topné plochy z trubek (zástěny pece, přehřívák páry, ekonomizér vody, ohřívač vzduchu); obložení, které odděluje toky plynů o vysoké teplotě od okolí a snižuje tepelné ztráty z vnějšího chlazení; kovový rám, který přebírá zatížení ze všech prvků parního kotle. Výška parního kotle dosahuje 100 m.
Parní kotel se spolu se souborem zařízení, které zajišťuje jeho provoz, nazývá instalace kotle. Kromě samotného parního kotle zahrnuje: zařízení na přípravu paliva; instalace návrhu; zařízení pro odstraňování strusky z parního kotle a shromažďování popela v cestě plynu; napájecí čerpadla, regulační zařízení cesty voda-pára, řídicí a ochranné systémy parního kotle; izolace kolektorů, potrubí a dalších prvků instalace kotle (mimo stěny kotle) s vysokými teplotami. Napájecí voda prochází chemickým a tepelným čištěním v systému úpravy vody, kde je odstraněna velká část nečistot. Zbývající množství nečistot (10–6 g/dm3 vody) a kovových korozních produktů se dostává do parního kotle, kde vytváří uvnitř sítových trubek pevné usazeniny, které mohou vést k poruše parního kotle (např. zvýšení teploty stěny trubky až k jejímu prasknutí) . Část nečistot pára odnese dále po dráze (například do parní turbíny).
Rýže. 1. Schéma kotelny s bubnovým parním kotlem. Rýže. 1. Schéma kotelny s bubnovým parním kotlem. V bubnovém parním kotli dochází k tvorbě syté páry v okruhu s přirozeným nebo nuceným oběhem (buben – spodní potrubí – vyhřívané stoupací potrubí – buben). Vzniklá sytá pára se odděluje od vody v horním bubnu separátoru a posílá se do přehříváku, ve kterém se tvoří přehřátá pára. Napájecí voda vstupuje do bubnu z ekonomizéru ohřátá na teplotu blízkou bodu varu. Ohřívač vzduchu ohřívá vzduch na 250–350 °C před vstupem do spalovací zóny. V cirkulačním okruhu se vlivem neustálého odpařování vody zvyšuje koncentrace nečistot, což přispívá k tvorbě usazenin v potrubí. Bilance solí kotle je zajištěna odstraněním malé části kotlové vody s vysokou koncentrací nečistot z bubnu (proplachování kotle).
U přímoproudého parního kotle probíhá ohřev a odpařování vody ve spalovacích sítech při jednom průchodu pracovního média po dráze. Pohyb média v potrubních panelech je zajištěn tlakem podávacího čerpadla (při vyšších otáčkách než při přirozené cirkulaci). V tomto ohledu jsou nástěnné potrubní panely uspořádány různými způsoby (svisle, vodorovně, šikmo) z hlediska snadného návrhu, což zajišťuje spolehlivé teplotní podmínky potrubí a snižuje hydraulický odpor. Nečistoty obsažené ve vodě vstupující do parního kotle nelze odstranit foukáním, takže napájecí voda takového parního kotle prochází hloubkovým odsolením.
První domácí průtočné kotle vytvořil L.K.Ramzin v roce 1933. Od 1960. let 300. století. Průtočné parní kotle pro energetické bloky o výkonu 500, 800, 25 MW a více jsou vyráběny s předpokladem nadkritického tlaku páry (XNUMX MPa) a zajišťují významnou část výroby elektřiny v tepelných elektrárnách. Pro zvýšení účinnosti parní elektrárny se využívá sekundární (mezi)přehřev páry v parním kotli. Udržování nastavené teploty hlavní a vedlejší přehřáté páry zajišťují regulační zařízení – povrchové a vstřikovací chladiče.
Spalování paliva ve spalovací komoře může být vrstvené (na speciálním roštu), spalování v suspenzi v objemu topeniště nebo ve fluidním loži. Vrstevné spalování se používá v malokapacitních kotlích pro průmyslové a technologické aplikace. Od 2. poloviny 20. stol. Pro nekvalitní pevná paliva (uhlí, rašelina apod.) a průmyslové odpady (piliny, dřevní štěpka apod.) byl vyvinut způsob spalování ve fluidním loži. V pecích s fluidním ložem se snižuje emise oxidů síry (8–10krát) a oxidů dusíku (2–3krát). Kotle s cirkulačním fluidním ložem jsou vyráběny v různých zemích v širokém rozsahu parního výkonu – až 1 tis. t/h. Převážná většina provozovaných parních kotlů využívá spalování paliva s hořením, při kterém se palivo a spalovací vzduch přivádí do objemu spalovací komory hořáky. Schéma průtočného parního kotle pro nadkritický tlak. Schéma průtočného parního kotle pro nadkritický tlak. S jeho používáním se zvýšil tepelný výkon parních kotlů – výkonné agregáty (500–1420 MW) mají spalování paliva se spalováním. Od konce 20. stol. jsou vyvíjeny a stavěny parní kotle na nadkritický tlak páry (28–35 MPa, teplota 600–650 °C).
Na obrázku je průtočný parní kotel se spalováním zemního plynu a topného oleje, při nadkritickém tlaku, s výkonem páry 3950 t/h pro energetický blok 1200 MW.
Yu. M. Lipov, Yu. M. Treťjakov
Publikováno 22. září 2023 ve 10:36 (GMT+3). Poslední aktualizace 22. září 2023 v 10:36 (GMT+3). Zpětná vazba
Parní kotel je starý vynález, ale v průmyslu se stále používá. Například v elektrárnách, kde je parogenerátor jedním z hlavních prvků výroby elektřiny. Parní kotle jsou také instalovány ve všech kotelnách závodů a továren. V každodenním životě se dnes používají jen zřídka, protože byly nahrazeny bezpečnějšími a energeticky úspornými kotli na vodu.
Klasifikace parních zařízení
Existuje několik stupnic, podle kterých se klasifikace provádí. Hlavní jsou tři stupnice.
Vodní trubice
Přeměňují vodu na páru rychleji než plynové potrubí. Mají vyšší účinnost díky konstrukčním vlastnostem jednotky. V podstatě se jedná o pouzdro s velkým množstvím trubek umístěných uvnitř. Voda se pohybuje potrubím a palivo hoří mezi potrubími.
Při vysokých teplotách se voda mění v páru. A protože existuje mnoho trubek, jejich topná plocha je odpovídajícím způsobem větší. A čím více trubek v kotli, tím intenzivnější je přechod kapaliny do stavu páry.
Vodní trubkové parní kotle se dělí do dvou podskupin:
- přímo skrz;
- typ bubnu.
První jsou konstrukce trubkového typu, které byly zmíněny výše. Ty jsou na trhu prezentovány ve dvou polohách – horizontální a vertikální. Princip fungování tohoto typu zařízení je však stejný.
Jeho konstrukce zahrnuje buben, který nejen sbírá páru, ale také z ní odděluje kondenzát. Ten je odeslán do topné zóny, to znamená, že ztráty vody jsou sníženy.
Pro získání vysokoteplotní suché páry v průmyslu je několik bubnových kotlů instalováno v sérii. A takovou páru lze stlačit na maximální tlak, který je nezbytný v mnoha technologických procesech.
Kotle tohoto typu jsou rozděleny do dvou poloh – energeticky nezávislé a cirkulační. Liší se od sebe nepřítomností nebo přítomností oběhového čerpadla, resp. Přítomnost posledně jmenovaného zvyšuje účinnost instalace. Jde o to, že během jedné otáčky vody v bojleru se odpaří 10% jeho objemu. To znamená, že aby se celý objem odpařil, bude potřeba alespoň 10 otáček.
S gravitačním pohybem to zabere hodně času, což způsobí pokles účinnosti. Oběhové čerpadlo pohybuje kapalinou rychle, za stejnou dobu se provede více otáček. To znamená, že celý objem vody se rychle změní na páru.
Ale u bubnových kotlů musí být v čerpadle instalován regulátor hladiny kondenzátu. Místo instalace: odlučovač páry. Jeho úkolem je řídit objem vzniklého kondenzátu.
Pokud se ho například tvoří málo, technické vlastnosti parního zařízení se snižují. Pokud se ho tvoří hodně, vede to k poklesu tlaku uvnitř jednotky. Následkem je rychlý var a výbuch.
Odlučovač páry je trubka velkého průřezu připomínající buben. Odtud název kotle. Toto potrubí shromažďuje vodu nasycenou párou. Ve skutečnosti dva procesy (zahřívání kapaliny a odpařování) probíhají odděleně od sebe. Z toho plyne vysoká bezpečnost provozu tohoto typu zařízení.
Plynové potrubí
Strukturálně se jedná o kotel, uvnitř kterého jsou kolem topeniště umístěny trubky velkého průměru. Pohybují se v nich horké plyny a mezi nimi proudí voda. To znamená, že jde o opak analogů vodních trubek. Plynovody vyrábějí vysokoteplotní páru, která se častěji používá v recyklačních procesech.
Plynový trubkový parní kotel má jednu významnou nevýhodu – vysoký tlak konečného produktu. Ten se v jednotce nachází ve velkém množství. To způsobuje snížení bezpečnosti instalace. Proto jsou kotle vybaveny drahým a složitým zabezpečovacím systémem. Kromě toho jsou tělo i trubky vyrobeny ze silné oceli, což zvyšuje náklady na zařízení.
Výrazným představitelem plynovodního typu je lokomotivní kotel.
Obě zařízení (vodní trubice a plynová trubka) mohou produkovat různé typy páry:
- nasycený;
- přehřátá voda.
První je médium, které vzniká při teplotě +100°C. Rychle se ochlazuje za vzniku kondenzátu, který se znovu dostává do topné zóny. Taková zařízení se používají pro vytápění domácností. Tlak v parním kotli tohoto typu nepřesahuje 100 kPa.
Druhým je médium získané při teplotě +500°C. Proto se v něm nikdy netvoří vodní suspenze a kapky. Při postupném ohřevu se může tvořit voda, ale pro tento účel je v návrhu instalace instalován separátor.
Vědeckotechnický pokrok se nezastaví. Výrobci dnes nabízejí vodovodní instalace, které se z hlediska účinnosti a bezpečnosti nijak neliší od plynových instalací. Nejprve jsou opláštěny tepelně izolačním materiálem. Za druhé, vnitřek je vyložen infračerveným materiálem, který funguje jako reflektor tepelné energie.
A protože zařízení na vodu jsou několikanásobně levnější než zařízení bubnového typu a navíc je jejich obsluha jednoduchá, jejich obliba a poptávka dnes prudce vzrostly.
Účinnost se zvyšuje také díky nejnovějším ocelovým slitinám, ze kterých jsou části zařízení vyrobeny. Zavedena byla také nová technologie ohřevu, která využívá dvě svítilny umístěné proti sobě. Tato technologie se nazývá „oncoming pochodně“.
S jejich pomocí dosahuje teplota ohřevu 1800-1900°C. Obvykle nepřesahuje 1200 °C. V souladu s tím je účinnost takových zařízení alespoň 90 %.
Domácí kotle
O tyto jednotky je dnes velký zájem. Ale požadavky na ně jsou značné:
- kompaktnost;
- nízká hmotnost, aby se pod ní nenaléval základ;
- vysoký bezpečnostní faktor;
- možnost servisu nekvalifikovaným personálem;
- minimální doba spouštění a ohřevu.
Výrobci dnes nabízejí dva typy instalací pro domácnost – spirálový, známý také jako klasický, vířivý plášť.
První je jedna trubka, stočená do spirály. Voda se po ní pohybuje a mění se v páru. Parní kapacita zařízení je malá. To ale v tomto případě nehraje nejdůležitější roli, protože domácí kotel musí vyrábět nízkopotenciální páru.
Nízká je také provozní účinnost, ale to lze korigovat častým uspořádáním spirál. Ale takový kotel drží rekord v době ohřevu – 3 minuty po zapnutí hořáku.
Druhým je zcela unikátní konstrukce parního kotle. Těleso dvou lastur, mezi kterými prochází voda. Uvnitř je topeniště a při hoření se hořák stáčí do spirály, čímž se zvyšuje přenos tepla. Žádné trubky.
- vertikální uspořádání, tedy zvýšená kompaktnost;
- účinnost, jako bubny;
- doba ohřevu – 5 minut.
- zařízení je drahé;
- design je složitý;
- úplná závislost na energii – dmychadlo, bez kterého jednotka nefunguje, vyžaduje přívod elektřiny.
Technologická aplikace kotlových parních zařízení
Existuje několik průmyslových odvětví, kde se parní kotle neustále používají:
- Prvním odvětvím je tepelná energetika. Pára se používá k vytápění velkých dílen, například v automobilovém průmyslu. Pára ohřeje vodu na požadovanou teplotu, která je dále poháněna čerpadly po topných rozvodech do vícepodlažních budov a dalších objektů.
- Druhým odvětvím je energetika. Zde se pára používá k roztočení turbíny, která vyrábí elektrický proud.
- Třetím odvětvím je výroba stavebních materiálů. Například betonové výrobky se suší párou.
V mnoha průmyslových odvětvích jsou parní kotle nedílnou součástí technologie. Patří sem dezinfekce, sušení potravinářských výrobků, kulinářské zpracování, konzervace atd.
Likvidace plynného odpadu zahrnuje také využití parních zařízení. V tomto procesu fungují jako chladiče. Takový kotel odebírá tepelnou energii z plynů vycházejících například z vysokoteplotních pecí.
Principy činnosti a zařízení
Jejich hlavním účelem je změnit fyzikální skupenství vody, to znamená převést ji z kapalného na plynné s požadovanými parametry. Proces probíhá takto:
- kotel se plní vodou samospádem nebo pomocí čerpadla;
- topný systém se zapne;
- začíná tvorba páry;
- hladina kapaliny postupně klesá a dosahuje minimální úrovně;
- snímač hladiny zareaguje a zapne čerpadlo;
- voda plní potrubí.
Dá se říci, že parní kotle fungují na cyklickém principu.
Struktura
Parní kotle se skládají z hlavních a pomocných jednotek a částí plus automatizace.
Hlavním požadavkem na ocelové výrobky je, aby byly vyrobeny ze žáruvzdorných slitin. Jen tak lze dosáhnout maximální úrovně bezpečného provozu kotlového zařízení.
Důležitou roli hraje bezpečnostní systém. Nejde jen o snímače teploty a tlaku. Součástí systému je mechanická bezpečnost. Zahrnuje zpětné ventily, elektrické ventily a další uzavírací ventily. Tato dvojitá ochrana zajišťuje maximální bezpečnost zejména v případech, kdy selže elektronika. V této době přebírá všechny funkce mechanika.
Na systém úpravy vody jsou kladeny zvláštní požadavky. Voda musí splňovat určité normy. Tyto standardy se liší pro jednotky s přímým průtokem a bubnové jednotky. V tom druhém musí být kapalina dokonale čistá, téměř destilovaná. Koneckonců, v takových zařízeních to nikde nezmizí. To znamená, že jednou naplňte kotel a bude fungovat mnoho let.
Pokud je voda tvrdá s nečistotami, po chvíli se všechna potrubí ucpou usazeninami a rzí. Jejich průměr se zmenšuje, tepelná vodivost klesá, což vede ke snížení účinnosti. Pára nebude taková, jaká je potřeba (teplota, vlhkost).
Navzdory složité konstrukci a nízké bezpečnosti jsou parní kotle stále žádané. Zejména na lodích, v technologii elektráren, továrnách, kde jsou vyžadovány vysoké teploty chladicí kapaliny. Výrobci proto dělají vše pro zvýšení bezpečnosti provozu, snížení nákladů na zařízení a náročnost údržby.
Pokud máte dotazy, zeptejte se jich v komentářích. Pokud se vám článek líbil, sdílejte ho na sociálních sítích, aby se s tématem seznámili i ostatní. Uložte odkaz do záložek.
