Kotły parowe

       Kocioł parowy jest to naczynie ciśnieniowe, którego zadaniem jest wytwarzanie pary wodnej o ciśnieniu wyższym od atmosferycznego. Para ta jest użytkowana na zewnątrz kotła jako czynnik roboczy w turbinach parowych oraz dla celów grzewczych w wielu procesach technologicznych (np. w przemyśle chemicznym, włókienniczym, spożywczym, papierniczym) i w gospodarce komunalnej (ogrzewanie pomieszczeń). Ciepło potrzebne do wytwarzania pary w kotle otrzymuje się przez spalanie paliwa w palenisku. Gorące gazy spalinowe unoszą ciepło z paleniska i płyną wzdłuż tzw. powierzchni ogrzewalnej kotła, której oddają ciepło ogrzewając wodę i powodując jej parowanie. Następnie otrzymana para nasycona jest zwykle przegrzewana. Wytwarzanie pary w kotle jest więc związane z trzema głównymi procesami. , spalaniem paliwa, wymianą ciepła oraz parowaniem wody i przegrzewaniem pary. Kocioł jest stale zasilany wodą, paliwem i powietrzem. Produktem głównym kotła jest para wodna o określonych parametrach, produktami ubocznymi, które należy usunąć, są spaliny, popiół i żużel. Kotły parowe wytwarzają - zależnie od potrzeby - parę wodna nasyconą (rzadziej) albo przegrzaną (przeważnie) o ciśnieniu 0,02-35 M pary przegrzanej zawiera się w granicach od 200 do 650 C. Zależnie od ilości wytwarzanej pary produkowane są kotły różnej wielkości: od małych o prostej konstrukcji i wydajności pary 0,014 kg/s (~50 kg/h), aż do bardzo dużych o skomplikowanej budowie, wytwarzających powyżej 1100 kg/s (4000 t/h) pary dla bloków energetycznych o mocy powyżej 1000 MW. Kotły składają się z szeregu zespołów.. Głównym elementem kotła płomienicowego jest walczak (w postaci płaszcza) 1, wypełniony wodą do poziomu NW. Wewnątrz jest umieszczona płomienica 2 (jedna lub dwie, rzadko trzy) z blachy falistej, połączona z dnami walczaka, mieszcząca się w jego przestrzeni wodnej. Palenisko składa się z rusztu ręcznego płaskiego 3, wymagającego całkowicie ręcznej obsługi, i małej komory paleniskowej 4. Spaliny omywają powierzchnię płomienicy (I przelot), potem powierzchnię zewnetrzną walczaka (II przelot), płynąc do przodu kotła, a następnie kanałem 6 (III przelot) z zasuwą 7 wylatują do komina. Izolację chroniącą przed nadmiernymi stratami do otoczenia tworzy obmurowanie 5.


Kocioł płomienicowy dawnej konstrukcji

      Kocioł produkuje parę nasyconą, którą odprowadza się przez zawór 8 z kołpaka umieszczonego na walczaku. Sterowanie pracą kotła i jego obsługę umożliwia armatura (zawory, wodowskazy itp.) i osprzęt (zasuwa dymowa. drzwiczki włazowe itp.). Ciąg wytworzony przez komin wywołuje przepływ powietrza i odprowadzanie spalin. Ciąg może powodować również wentylator sztucznego ciągu. Proste kotły mogą wytwarzać tylko małe ilości pary o niskim ciśnieniu. Przy zapotrzebowaniu dużej ilości pary, trzeba budować kotły o dużej powierzchni ogrzewalnej, utworzonej z rurek o małej średnicy (32-70 mm). Na przykładzie kotła opromieniowanego wodnorurkowego z paleniskiem pyłowym omówione zostanie działanie współczesnego urządzenia kotłowego. Przy produkcji pary powyżej 30 kg/s w kotłach zasilanych paliwem stałym występują poważne trudności dotyczące budowy odpowiednio dużego rusztu mechanicznego. W dużych i wielkich kotłach stosuje się więc paleniska pyłowe do spalania zmielonego węgla. Węgiel miele się w młynach na pył który jest wdmuchiwany z powietrzem przez palniki 1 do komory paleniskowej 2. Ściany komory paleniskowej są wyłożone rurami 3, tworzącymi tzw. ekrany i są połączone u dołu z komorami zbiorczymi 4, a u góry z walczakiem 5. Woda z walczaka 5 jest doprowadzana do komór 4 nieogrzewanymi rurami opadowymi. Płomień i spaliny o wysokiej temperaturze przekazują w komorze paleniskowej ciepło rurom 3 głównie przez promieniowanie, stąd nazwa kotła "opromieniowany". W wyniku ogrzewania wody zawartej w rurach 3 powstają pęcherzyki pary. Mieszanina parowo-wodna w rurach 3 ma mniejszą gęstość niż woda w rurach opadowych 6, bez pęcherzyków pary. W związku z tym powstaje siła naturalnego wyporu i woda w rurach 6 opada w dół, a mieszanina parowo - wodna w rurach wznoszących 3 płynie w górę walczaka, gdzie następuje i oddzielenie pary i wody. Woda z walczaka ponownie wpływa do rur opadowych. Krążenie wody (obieg) jest tu samoczynne. Kocioł taki nazywa się kotłem z naturalnym obiegiem wody. Rury wznoszące, opadowe, komory i walczak tworzą parownik, tj. zespół kotła, w którym powstaje para nasycona. Wytworzona w parowniku para nasycona przepływa z walczaka 5 do przegrzewacza 7, składającego się z komór 8 i wężownic wykonanych z rur 9. Przepływające spaliny ogrzewają wężownice i przegrzewają parę. Spaliny na wylocie z komory paleniskowej mają wysoką temperaturę (ok.1000 stopni C); po przejściu przez przegrzewacz 7 oraz 9 temperatura ta wynosi jeszcze 600-700°C. Dalsze odbieranie ciepła od spalin i ich wychłodzenie następuje w drugim ciągu kotła, w którym spaliny płyną w dół. Jest tu umieszczony podgrzewacz wody 10, zbudowany podobnie jak przegrzewacz pary Pompa zasilająca tłoczy wodę przez podgrzewacz wody 10 do walczaka 5. Za podgrzewaczem wody jest umieszczony podgrzewacz powietrza 11, za którym temperatura spalin wynosi już tylko 120- 180°C. Powietrze jest tłoczone przez wentylator 12; podgrzane w podgrzewaczu do temperatury 250-400°C przepływa do palników l. Podgrzanie powietrza poprawia proces spalania i zwiększa temperaturę w komorze paleniskowej. Spaliny z kotła przepływają kanałem 13 do urządzenia odpylającego 14 (cyklony, elektrofiltry), skąd wentylator sztucznego ciągu 15 wprowadza je do komina. Przy dużej wydajności omawiane kotły wodnorurkowe mają znaczne wymiary (wysokość 40-130 m, szerokość 6-40 m, głębokość 10-20 m). D podwieszenia walczaka, rur, podgrzewaczy itd. musi być więc zastosowana stalowa konstrukcja nośna. Cały kocioł wymaga obmurowania i izolacji cieplnej. Widzimy, że urządzenie kotłowe, nazywane zwykle wprost kotłem par składa się z szeregu zespołów; paleniska, parownika (nazywanego też właściwym - wytwarzającym parę nasyconą) przegrzewacza pary, podgrzewacza wody, podgrzewacza powietrza, armatury (zawory, wodowskazy, manometry itp.), a także konstrukcji nośnej lub zakotwienia, schodów, podestów i pomostów, obmurowania i izolacji, osprzętu (drzwiczki, klapy, podpory zawieszenia itp.), aparatury kontrolno-pomiarowej, urządzeń automatyki, urządzeń do wytwarzania ciągu. Nawet najmniejsze kotły mają co najmniej zespoły: palenisko, parownik, armaturę i izolację.


Kocioł opromieniowany wodnonurkowy z paleniskiem pyłowym