Rodzaje i mechanizmy działania kotłów przemysłowych

Rodzaje i mechanizmy działania kotłów przemysłowych

W tej grupie występują kotły parowe o ciśnieniu pary powyżej 70 kPa i kotły wodne o temperaturze wody powyżej 115°C. Kotły przemysłowe są źródłem ciepła dla potrzeb technologicznych i grzewczych. Wykonywane są jako kotły parowe i wodne w układach konstrukcyjnych płomienicowo-płomieniówkowych, w układach wodnorurkowych z naturalnym, wspomaganym i przepływowym obiegiem wody lub pary i wody oraz mogą być wykonywane z członów żeliwnych o budowie zbliżonej do kotłów niskotemperaturowych lub niskociśnieniowych.

Kotły parowe i wodne płomienicowo-płomieniówkowe na paliwa stałe, ciekłe i gazowe budowane są obecnie bez obmurza w układzie zintegrowanym (compact). Występują w wersjach trzy- lub dwuciągowych z jedną lub dwoma płomienicami. Wyposażane są w ruszt ruchomy z możliwością odprowadzania żużla i popiołu lub w palniki nadmuchowe olejowe i gazowe. W kotłach opalanych gazem często stosowane są w płomieniówkach wkłady zwiększające burzliwość przepływu spalin (turbulizatory). Powodują one wzrost współczynnika przejmowania ciepła przez konwekcję.

Kotły wodne płomicnicowo-płomieniówkowe są budowane na ciśnienie 0,6-3,0 MPa i temperaturę wody 140-230°C. Ich moce cieplne mieszczą się na ogół w przedziale 500-45000 kW. Kotły parowe omawianej konstrukcji buduje się na ciśnienie do 4 MPa (decydują o tym względy wytrzymałościowe i zdolność odparowania). Mogą one produkować parę nasyconą lub przegrzaną (jeśli są wyposażone w przegrzewacz pary), a ich wydajności masowe leżą w zakresie 200-45000 kg/h. Kotły parowe płomienicowo-płomicniówkowe charakteryzują się dużą pojemnością wodną, co umożliwia znaczną akumulację ciepła korzystną przy częstych gwałtownych zmianach odbioru pary.

Z drugiej jednak strony duża pojemność wodna wydłuża czas nagrzewania kotła do uzyskania równowagi cieplnej i zwiększa tym samym straty cieplne postojowe. Stosunek pojemności wodnej do wydajności masowej nowoczesnych kotłów płomienicowo-płomieniówkowych wynosi 0,6-1,45 m3J/t/h.

Spaliny przepływają przez płomienice, zespoły płomieniówek (otoczone przestrzenią wodną zawartą wewnątrz płaszcza kotła – cylindrycznego walczaka) i przez komory nawrotne, oddając strumienie ciepła wodzie dostarczonej przez urządzenia zasilające. W kotle przy zamkniętym zaworze parowym powstaje coraz wyższe ciśnienie i rośnie temperatura wody, która zaczyna wrzeć i wytwarzać parę nasyconą. Po osiągnięciu wymaganego ciśnienia roboczego otwiera się zawór parowy i para uchodzi w takiej ilości, jaka może powstać wskutek spalania paliwa. Jeśli pobór pary będzie zbyt intensywny, to ciśnienie będzie się zmniejszać, a przy zbyt małym odbiorze pary ciśnienie zacznie wzrastać.

Aby nie dopuścić do przekroczenia ciśnienia dopuszczalnego, kotły są wyposażone w zawór bezpieczeństwa. Urządzenie to przy przekroczeniu założonego projektowo ciśnienia dopuszczalnego otwiera się samoczynnie, wypuszczając część pary do atmosfery (poza budynek kotłowni). Dobór i przepustowość urządzeń bezpieczeństwa są ujęte odpowiednimi przepisami UDT. W zależności od zapotrzebowania na parę reguluje się ilość paliwa doprowadzonego do paleniska, czyli w konsekwencji ilość wytwarzanego ciepła.

Do paleniska należy dostarczyć tyle ciepła w paliwie, by zrównoważyć ciepło przekazane parze i tracone w postaci strat cieplnych. Przy założeniu tych warunków utrzymuje się mniej więcej stałe ciśnienie w kotle. Wymagana jest przy tym właściwa regulacja zasilania kotła wodą i paliwem.

Stosowana optymalizacja kotłów parowych płomienicowo-płomieniówkowych polega na dopuszczalnym zmniejszeniu pojemności wodnej przez powiększenie średnicy płomienicy i liczby płomieniówek, co jednocześnie zwiększy przestrzeń parową, zapewniając lepszą separację kropli wody z pary.

Ze względów eksploatacyjnych korzystny jest kocioł z dwoma płomienicami, co przy dwóch palnikach lub rusztach znacznie zwiększa możliwości zmian mocy cieplnej kotła. Zastosowanie jednej płomienicy w kotle parowym, usytuowanej asymetrycznie względem osi kotła, intensyfikuje obieg wodny, wywołując lepsze krążenie. Obciążenie cieplne płomienie (stanowiących komorę paleniskową) w kotłach opalanych olejem lub gazem jest wysokie i wynosi 1000-1700 kW/m3. Niektóre kotły płomienicowo-płomieniówkowe pracują z dodatkowo zamontowanymi spalinowymi podgrzewaczami wody. Urządzenia te, umieszczone przy wylocie spalin z kotła, umożliwiają obniżenie temperatury spalin wylotowych i podgrzewają wodę zasilającą kocioł.
W sposób podobny do wyżej opisanego pracują parowe kotły żeliwne. W kotłach z palnikami nadmuchowymi olejowymi lub gazowymi występują niższe niż w płomienicach obciążenia cieplne komory paleniskowej, wynoszące 750-900 kW/m3.

Współczesne kotły wodnorurkowe (opłomkowe) wykonuje się jako opromieniowane i opromieniowano-konwekcyjne. Kotły opromieniowane mają ekranowaną komorę paleniskową, w której rury usytuowane przy ścianach komory tworzą powierzchnię ogrzewalną, przejmującą głównie ciepło przez promieniowanie. Kotły opromieniowano-konwekcyjne wyposażone są dodatkowo w tzw. pęczki konwekcyjne stanowiące część powierzchni ogrzewalnej usytuowanej poza paleniskiem.
Kotły wodnorurkowe budowane są w wersjach parowych na różne parametry pary nasyconej lub przegrzanej: ciśnienie 0,8-15 MPa, temperatura na ogół do 540°C. W elektrowniach spotykane są także kotły energetyczne na parametry wyższe, np. nadkrytyczne.

Wydajności masowe kotłów wodnorurkowych obejmują bardzo duży zakres od 0,2 t/h do ponad 1000 t/h. Kotły w wersji wodnej mają moce cieplne 1,0-50 MW z paleniskami rusztowymi oraz moce cieplne do 250 MW z paleniskami pyłowymi. Kotły z paleniskami olejowymi i gazowymi mogą mieć podobne moce cieplne.
Ze względu na zastosowane obiegi czynnika w kotle wodnorurkowym rozróżnia się obieg naturalny (cyrkulacja naturalna w parowniku), obieg wymuszony i obieg przepływowy.

Zasada cyrkulacji naturalnej. Do walczaka kotła, wyposażonego w wodowskaz i usytuowanego poza zasięgiem bezpośredniego oddziaływania spalin, doprowadza się wodę i odprowadza się wytwarzaną parę układem przewodów z zaworami. Woda z dolnej części walczaka spływa grawitacyjnie rurami opadowymi, wyprowadzonymi poza palenisko, do dolnej komory zbiorczej. W ogrzewanych rurach wznośnych, pod wpływem przejmowania ciepła od płomienia i spalin, powstaje
mieszanina parowo-wodna unosząca się do walczaka. W walczaku następuje separacja mieszaniny polegająca na opadaniu wody i gromadzeniu się pary w usytuowanej wyżej przestrzeni parowej. Woda z dolnej części walczaka spływa ponownie do rur opadowych i proces ten wielokrotnie się powtarza. Krążenie wody zależy od różnicy gęstości zimniejszej (cięższej) wody w rurach opadowych i cieplejszej (lżejszej) mieszaniny parowo-wodnej w rurach wznośnych oraz od wysokości H konturu cyrkulacyjnego). Intensywne krążenie wody i mieszaniny parowo-wodnej zapewnia chłodzenie materiału rur, co przyczynia się do utrzymania ścianek rur w temperaturze
nieznacznie przekraczającej temperaturę wrzenia. Wymagane jest jednak przy tym zachowanie równomierności przepływów w zespołach równoległych rur. Średnia wielokrotność obiegu przy naturalnej cyrkulacji wody nie powinna być mniejsza od 5.

Kotły przepływowe charakteryzują się jednorazowym przepływem wody lub wody, pary nasyconej i przegrzanej i są wyposażane w oddzielnie usytuowane
separatory. Mogą to być kotły o bardzo niewielkich wydajnościach oraz także bardzo duże, stosowane w energetyce.

Kotły wodnorurkowe wyposażane są w różne paleniska: z rusztem mechanicznym taśmowym, narzutowe, z rusztem pochyłym i schodkowym, pyłowe, fluidalne, olejowe, gazowe i wielopaliwowe. Kotły wodnorurkowe różnych wydajności i mocy cieplnych mogą mieć oprócz parownika dodatkowe urządzenia z powierzchniami ogrzewalnymi. Są to przegrzewacze pary opromieniowane lub konwekcyjne, podgrzewacze wody żeliwne lub stalowe oraz podgrzewacze powietrza rurowe, płytowe i obrotowe regeneracyjne.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.