Kotły parowe.odt

Kotły parowe

•                                   Charakterystyka instalacji kotłowej

Instalacja kotłowa (lub krócej kocioł parowy) jest zespołem urządzeń, które – dzięki przemianie zawartej w paliwie energii chemicznej na energię cieplną gorących spalin – przetwarzają wodę w parę, będącą czynnikiem roboczym turbiny parowej. Pro­ces konwersji energii chemicznej zawartej w paliwie w energię cieplną w parze wodnej opiera się na trzech zjawiskach: spalaniu, przekazywaniu ciepła i parowaniu.

Spalanie

paliwo ---> spaliny przekazywanie ciepła

spaliny --> woda

parowanie

woda --> para wodna

Instalacja kotłowa składa się z kotła właściwego i paleniska oraz urządzeń po­mocniczych, do których należą: urządzenia do transportu i przygotowania paliwa, wentylatory podmuchowe i wyciągowe, pompy zasilające, układ odpopielania, apara­tura do uzdatniania wody, urządzenia do odpylania, odsiarczania i odazotowania spa­lin oraz aparatura kontrolno-pomiarowa. Kocioł parowy jest zasilany paliwem, powie­trzem i wodą.

Budowa i działanie instalacji kotłowej zilustrowano na przykładzie wodnorurko­wego kotła rusztowego opalanego węglem (rys. 8.1) [9]. Kocioł właściwy składa się z walczaka (1) z układem rur parownika (opłomek), przegrzewacza pary (3) i pod­grzewacza wody (4). Węgiel z zasobnika (12) spada na ruchomy ruszt paleniska (2). Powietrze do spalania jest tłoczone wentylatorem (8) przez podgrzewacz powietrza (5) pod ruszt. Żużel spada z rusztu do leja żużlowego, skąd jest usuwany za pomocą wóz­ków (13). Spaliny po wylocie z komory spalania omywają pierwszy pęczek rur, a na­stępnie przegrzewacz pary (3) oraz drugi pęczek rur. Dalej spaliny przepływają mię­dzy wężownicami podgrzewacza wody (4) oraz przez podgrzewacz powietrza (5), a następnie są podawane wentylatorem wyciągowym (6) do komina (7). Woda jest tłoczona pompą (9) przez podgrzewacz wody (4) do walczaka górnego (1). Oddzielo­na od wody w walczaku (1) para zostaje skierowana do przegrzewacza pary (3), a stamtąd jest odprowadzana z kotła rurociągiem parowym (10).

Do pełnego scharakteryzowania działania kotła parowego potrzeba wielu parame­trów [5], [8], wśród których najważniejszymi wielkościami są:

•                                   wydajność kotła (strumień pary, kg/s),

Ø ciśnienie i temperatura wytwarzanej pary, Pa, K,

•                                   pole powierzchni ogrzewalnej kotła, m2,

•                                   natężenie ciepine powierzchni ogrzewalnej, W/m2,

•                                   sprawność kotła (η).

Wydajność kotła oznacza wytwarzany w kotle strumień masowy pary wodnej o określonych parametrach (ciśnienie, temperatura). Wydajność kotła parowego pracującego w bloku energetycznym kocioł–turbina–generator jest wielkością charakte­rystyczną dla określonej mocy elektrycznej bloku (tab. 8.1 w p. 8.3, s. 101).

Rys. 8.1. Instalacja kotłowa: 1 — walczak, 2 — ruszt, 3 — przegrzewacz pary, 4 — podgrzewacz wody,     podgrzewac 5 — podgrzewacz powietrza, 6 — wentylator spalin, 7 — komin, 8 — wentylator powietrza, 9 — pompa wody, 10 — rurociąg parowy, 11 — wózki z węglem, 12 — zasobnik węgla, 13 — wózek z żużlem

Ciśnienie wytwarzanej w kotle pary wodnej zależy od rodzaju kotła i wynosi od 0,05 MPa (male kotły centralnego ogrzewania) do 26 MPa (kotły wysokoprężne). Uzyskiwana obecnie temperatura pary sięga 600 °C, a dalsze jej zwiększenie jest ograniczone wytrzymałością stali, z której są wykonane rury parownika.

W kotle właściwym przepływają woda i para, jego powierzchnia zewnętrzna na­tomiast, omywana przez gorące spaliny, stanowi powierzchnię ogrzewalną kotła.

Natężeniem ciepinym powierzchni ogrzewalnej nazywa się strumień ciepła prze­nikający 1 m2 powierzchni ogrzewalnej kotła; zawiera się ono w zakresie od 10 do 300 kW/me.

Sprawność kotła jest definiowana jako stosunek

Sprawność zależy od użytego paliwa. W przypadku kotłów węglowych ważna jest ich wydajność:

η = 0,5-0,7 – małe kotły – małej wydajności

η = 0,7-0,8 – średnie kotły – średniej wydajności,

η = 0,8-0,9 – duże kotły – dużej wydajności.

2. Ważniejsze typy kotłów

Konstrukcje kotłowe zależą przede wszystkim od ich przeznaczenia oraz od bar­dzo zróżnicowanych rozmiarów kotłów. Do najważniejszych użytkowników kotłów parowych należą: energetyka, przemysł, transport i gospodarka komunalna, dużą gru­pę stanowią indywidualni użytkownicy.

1. Ze względu na przeznaczenie rozróżnia się kotły na potrzeby:

•                                   ● ogrzewania,

•                                   ● przemysłu,

● ciepłowni i elektrociepłowni,

•                                   ● dużych elektrowni zawodowych.

2. Podstawą podziału konstrukcji kotłowych może także być rodzaj paleniska:

•                                   ● kotły rusztowe,

•                                   ● kotły komorowe,

● kotły fluidalne.

•                                   Zależnie od rodzaju obiegu wody w kotle rozróżnia się najogólniej: Ø

● kotły z naturalnym obiegiem wody wywołanym różnicą gęstości wody,

● kotly z wymuszonym obiegiem wody przez pompę.

4. Ze względu na sposób odprowadzania żużla:

   ●  z suchym odprowadzaniem żużla,

● z mokrym odprowadzaniem żużla.

•                                   Kotły o małej wydajności

Kotły pionowe

Kotły opalane węglem o małej wydajności (do 1,4 kg/s) są często budowane jako kotły pionowe. Na rysunku 8.2 ukazano przykład takiego typu kotła o ciśnieniu pary do 1,0 MPa i wydajności w zakresie 0,02-0,14 kg/s (70-500 kg/h) [8]. Kocioł składa się z płaszcza, gładkiej plomienicy i płomienió­wek (płomieniówka to rura, przez którą przepły­wają spaliny, a na zewnątrz jest omywana wodą) zawalcowanych w dnach.

Zaletą kotłów pionowych jest prosta budowa, wadą – mała sprawność (około 50%) oraz uciąż­liwość ręcznego narzucania paliwa.

Kotły płomienicowe

Kocioł płomienicowy jest jedną z najstar­szych, bardzo udanych i rozpowszechnionych kon­strukcji. Składa się z płaszcza (walczaka) oraz 1 lub 2 płomienic (najczęściej wykonuje się pło­mienice faliste, głównie w celu zmniejszenia na­prężeń ciepinych i przedłużenia żywotności kotła). Spaliny z paleniska przepływają wzdłuż płomieni­cy, będącej kanałem I przepływu spalin, dalej ka­nałem II, wzdłuż powierzchni bocznej walczaka, i następnie kanałem III do komina (rys. 8.3).

Zalety tych kotłów to prosta budowa i ła­twość obsługi, wadą jest stosunkowo duże zapo­trzebowanie powierzchni na fundament oraz znaczny czas uruchamiania kotła [5].

Rys. 8.2. Kocioł pionowy: 1— palenisko,
2 — ruszt, 3 — króciec odprowadzania pary, 4 — komin [81

Kotły płomieniówkowe

Kocioł płomieniówkowy składa się z szeregu płomieniówek, które są umocowane w dnach płaszcza stalowego (walczaka) wypełnionego woda, (rys. 8.4). Kotłów tego typu raczej już się nie buduje, ze względu na często występujące nieszczelności spo­wodowane przez naprężenia termiczne zbyt sztywnej konstrukcji [5].

Rys. 8.3. Kocioł płomienicowy [8]

Rys. 8.4. Kocioł płomieniówkowy [5]

•                                   Kotły wodnorurkowe

Kotły o małej pojemności wodnej, zwane wodnorurkowymi lub opłomkowymi (opłomka to rura, którą przepływa woda, na zewnątrz jest omywana spalinami), cha­rakteryzują się dużą wydajnością i wysokim ciśnieniem pary. Dzięki tym zaletom, a także małemu zapotrzebowaniu powierzchni oraz łatwości obsługi, kotły te znalazły duże zastosowanie, przede wszystkim jako kotły energetyczne i ciepłownicze.

Kocioł wodnorurkowy składa się z walczaka lub walczaków oraz pęczka lub pęczków rur zawalcowanych w walczaku, przez które przepływa woda, a z zewnątrz omywają je spaliny.

Kotły tego typu dzieli się na sekcyjne, stromorurkowe i opromieniowane. Naj­większą wydajność mają kotły opromieniowane.

Kotły wodnorurkowe mogą mieć różnego rodzaju paleniska. Kotły parowe opala­ne węglem o wydajności do 30 kg/s zwykle buduje się z paleniskiem rusztowym (rys-8. 1). Jeżeli wymagana jest większa wydajność takiego kotła, występują trudności eks­ploatacyjne z odpowiednio dużym rusztem, dlatego w większych kotłach węglowych stosowane są paleniska pyłowe lub fluidalne. Węgiel przeznaczony do spalania w paleniskach pyłowych jest mielony na pył.

Kotły pyłowe

Na rysunku 8.5 przedstawiono schemat wodnorurkowego kotła opromieniowane­go z paleniskiem komorowym, typu pyłowego [5] (w odróżnieniu od wodnorurkowe­go kotła rusztowego – rys. 8.1).

Rys. 8.5. Wodnorurkowy kocioł opromieniowany: I— palniki pyłowe, 2 — komora spalania, 3 — rury
parownika, 4 — komory zbiorcze, 5 — walczak, 6 — rury opadowe, 7 — przegrzewacz pary, 8, 9 — komory
í wężownice przegrzewacza, 10 — podgrzewacza wody, 11 — podgrzewacz powietrza, 12 — wentylator
podmuchowy, 13 — kanał spalin, 14 — elektrofiltr, 15 — wentylator wyciągowy [5]

Zmielony na pył węgiel jest wdmuchiwany z powietrzem przez palniki (1) do ko­mory paleniskowej (2), gdzie ulega spalaniu. Spaliny, po wylocie z komory paleniskowej, przepływają przez przegrzewacz pary (7), (9), a następnie przez podgrzewacz wody (10) i podgrzewacz powietrza (11). Dalej spaliny kanałem (13) przepływają do urządzenia odpylającego (14) i wentylatorem wyciągowym (15) są podawane do ko­mina. Powietrze jest tłoczone do kotła wentylatorem (12).

Ściany komory paleniskowej (2) kotła opromieniowanego są wyłożone rurami pa­rownika (3) (ekranami), połączonymi u dołu komorami zbiorczymi (4), a u góry wal­czakiem (5). Woda z walczaka (5) jest doprowadzana do komór (4) rurami opadowy­mi (6). W komorze paleniskowej zachodzi w wysokiej temperaturze intensywne spalanie mieszanki pyłowo-powietrznej, dlatego ciepło do ekranów (3) jest przekazy­wane głównie przez promieniowanie i stąd nazwa kocioł opromieniowany. Woda w rurach ekranowych (3) nagrzewa się i odparowuje. Ponieważ mieszanina wodno­-parowa ma znacznie mniejszą gęstość niż zimna woda, jest więc wypierana rurami wznoszącymi do walczaka (5), przez chłodniejszą wodę z rur opadowych (6). W wal...