Kocioł-definicja
Kocioł jest urządzeniem służącym do przemiany energii chemicznej, zawartej w paliwie, do energii cieplnej, transportowanej dalej przez czynnik roboczy(gorąca woda,para wodna, przegrzany olej). Kocioł składa się z paleniska gdzie paliwo jest spalane, z czego uzyskujemy energię cieplną, która pobierana jest od płomienia i gorących spalin poprzez wymienniki ciepła. Zawarta w nośnikach energia służy do napędu turbin, parowych maszyn tłokowych lub bezpośrednio do procesów technologicznych.
Różnice między kotłem parowym i wodnym
Kocioł parowy posiada dwie przestrzenie wodną i parową, rozdzielone wspólnym lustrem wody, Kocioł parowy posiada walczak i przegrzewacze pary, natomiast kocioł wodny, ich nie ma( posiada podgrzewacze wody ECO. RYS1.
Kocioł w energetyce przemysłowej i zawodowej:
Kocioł jest podstawowym urządzeniem w każdej siłowni parowej. W energetyce zawodowej wytwarza energię w elektrowniach i elektrociepłowniach o dużych mocach. W elektrowniach, energia cieplna zamieniana jest na turbinach w energie mechaniczna, a następnie w generatorze prądu, na energię elektryczną. W elektrociepłowniach para dodatkowego wykorzystywana jest do ogrzania w wymiennikach ciepła wody sieciowej, która wykorzystywana jest do celów komunalnych. W energetyce przemysłowej zakłady które mają duże zapotrzebowanie na energię mają własne siłownie parowe, o wiele mniejsze niż w energetyce zawodowej. Celem kotła i urządzeń jest spełnienie wymagać dużych obiektów przemysłowych.
Budowa kotła płomienicowo-płomieniówkowego
Składa się z płomienicy-rury o średnicy 0,6-1,8m , której wewnętrzna powierzchnia ogrzewalna jest falista, spaliny omywają powierzchnię wewnętrzną, oraz płomieniówek- rur o średnicy 30-70mm , spaliny omywają powierzchnię wewnętrzną. Urządzenia pomocnicze: wodowskazy,palnik,zawór bezpieczeństwa, pompa z rurociągiem zasilającym.RYS2
Kocioł parowy z paleniskiem rusztowym:
– dwu- lub trzyciągowy układ powierzchni ogrzewalnych
– ekranowa komora paleniskowa z powierzchnią grodziową;
– podgrzewacz wody z korytarzowym układem wężownic;
– podgrzewacz powietrza
– komora paleniskowa wyposażona w ruszt taśmowy lub łańcuchowy;
– paliwo zalega w postaci warstwy;
– proces spalania zachodzi na całej długości rusztu, od miejsca zsypu, w kierunku posuwu:
nagrzewanie i suszenie → odgazowanie → zapłon → spalanie i wypalanie się koksu;
– recyrkulacja spalin w celu obniżenia temp w komorze spalania;
Wady:
– trudność utrzymania wspołczynnika nadmiaru powietrza w obszarze małych obciążeń
– wysoka emisji tlenkow azotu (NOX)
– możliwość przegrzania rusztu;
– trudne utrzymanie szczelności obmurza ceramicznego;
Urządzenia pomocnicze:
– odpylacze cyklonowe;
– filtry tkaninowe;
– elektrofiltry;
Kocioł parowy z paleniskiem pyłowym:
– komora paleniskowa wyposażona w palniki strumieniowe, każdy składający się z dysz OFA
– opalany pyłem węglowym o odpowiedniej wartości opałowej i przemiale;
– duże stężenie pyłu wpływa korzystnie na zapłon, temperaturę płomienia, stabilność spalania
i ograniczenia emisji tlenkow azotu (NOX);
– układ dwuciągowy
– ekranowana komora paleniskowa;
– dwustopniowy przegrzewacz pary;
– feston(pęczek konwekcyjny utworzony z tylnego ekranu komory paleniskowej;
– wtryskowy regulator temperatury pary przegrzanej;
– młyny wentylatorowe;
– wentylatory powietrza pierwotnego i wtornego;
Komory paleniskowe
Zadaniem palenisk jest zapewnienie właściwych warunków spalania do których zalicza się: doprowadzenie paliwa, nagrzanie go, utrzymanie powyżej temperatury zapłonu,doprowadznie odpowiedniej ilości powietrza, wymieszanie go z paliwem, usunięcia spalin i popiołów. Rodzaje : z palnikami naściennymi na dwóch i na jednej ścianie komory, tangencjonalne, typu tubro(do trudnych paliw), cyklonowe, łukowe, stropowe. RYS.3
Krotność cyrkulacji złoża:
Krotność cyrkulacji jest to stosunek strumienia masy cyrkulującej, do strumienia masy spalonego paliwa Kr=Bmc/Bp . Złoża kotłów fluidalnych składa się z mas obojętnych drobnych czątek zawieszonych w strumieniu gazu. Z węglem kamiennym i brunatnym współspala się różne rodzaje biomasy i paliw odpadkowych(łuski słonecznika, biomasa leśna, rolna, słoma itd.) Części lotne 4-40%, części mineralne 0-75%, wartość opałowa >6 MJ/kg, wilgotność mniejsza niż 55%. Zadania złoża:
-odbiór ciepła z dolnych części paleniska i przeniesienie go do górnych części w celu wyrównania profilu temperatur w palenisku.
-przenoszenie ciepła i pośredniczenie w przenoszeniu ciepła do powierzchni zlok. w kom. Palenisko.
-wpływanie na proces mieszania się gazu i ziaren, co prowadzi do wzrostu czasu pobytu.
INTREX- wymiennik ciepła
Umieszczony jest na końcu kanału nawrotu złoża do komory paleniskowej, stanowi ostatni stopień przegrzewacza pary i część podgrzewacza wody zasilającej kocioł. ZALETY:
-ciągły strumień materiału złoża zapewnia dobry współczynnik wymiany ciepła, oraz zapobiega tworzeniu się złogów popiołu na powierzchniach rur
-Temperatura pary na wyjściu z wymiennika może być regulowana poprzez zmiany prędkości fluidyzacji z dobrą dynamiką procesu
-niskie prędkości przepływu złoża w komorze Intrex zapewniają o braku korozji rur wymiennika
Przegrzewacz typu INTREX posiada cechy, które można wykorzystać przy
spalaniu paliw o wysokich zawartościach chlorków i fluorków, gdyż INTREX eliminuje
możliwość wystąpienia korozji chlorowej w wysokiej temperaturze ostatniego stopnia
przegrzewu.
Parownik:
Jest to element kotła w którym następuje podwyższenie temperatury wody i jej częściowe odparowanie. Elementy parownika to: walczak, opłomki komory, rury łączące. W nowoczesnych kotłach, walczak i komory są poza strefą spalin, czyli nie są ogrzewane, a powierzchnię ogrzewaną tworzą ekrany( rury wodne ułożone na ścianach KP.
Kryteria bezpieczeństwa pracy parownika
-prędkość wlotowa do rur wznoszących (na wejściu do rur ekranów) – wynika z „szybkości odparowania” i zależy od orientacji rur –pionowe cechuje mniejsza prędkość, niż pochylone; pochylone cechuje tendencja do akumulacji pęcherzy pary w górnej części rury na skutek działania siły wyporu, co wymusza większe prędkości czynnika w celu eliminacji stref wrzenia błonowego i DNB.
- udział pary w przekroju wylotowym rur wznoszących zabezpieczający przed DNB – związany z krotnością cyrkulacji; zależy od ciśnienia w parowniku (wyższe ppar=większy udział pary) i qpr
- stabilność cyrkulacji – związane ze stabilnością przepływu w równolegle połączonych rurach wznoszących i zmianami natężenia przepływu w tych rurach wywołanymi nierównomiernością rozkładu qpr i zmianami ciśnienia w walczaku (przy wahaniach wydajności kotła)
PEWNOŚĆ CHŁODZENIA PAROWNIKÓW
Parownik kotła nadkrytycznego przepływowego OTU
-mniejsze średnice rur-większe opory przepływu
- krotność cyrkulacji =1
-przejście od wody do temperatury pary przegrzanej bez etapu pary mokrej-ciągły wzrost temperatury czynnika
- różne qpr – prostokątny przekrój komory paleniskowej, odgięcia, asymetryczna moc palników
- różne współczynniki α- różne temperatury w sąsiednich rurach- naprężenia termiczne
Parownik kotła z cyrkulacją naturalną
- większe średnice rur- mniejsze opory ruchu
-odpowiednia krotność cyrkulacji- brak całkowitego odparownia przy jednym przejściu-zachowanie warstwy cieczy na powierzchni wewnętrznej rury-pewność chłodzenia
-brak kryzysu chłodzenia
- duży współczynnika α dzięki wrzeniu pęcherzykowemu
Kryzys wrzenia:
Wrzenie w przepływie jest jednym z najbardziej skutecznych sposobów odbioru ciepła. Bardzo duża intensyfikacja przekazywania ciepła podczas tego procesu stwarza możliwość redukcji wymiarów wymiennikow ciepła. Są dwa rodzaje wrzenia:
wrzenie pęcherzykowe – szybkie tworzenie się i odrywanie pęcherzy parowych z powierzchni rury=dobre chłodzenie ścianek rur (wysokie α); temperatura ścianki ok. 30oC wyższa od temperatury nasycenia wody
• przy dużym udziale pary w objętości rury i dużym qprwystępuje przejście do wrzenia błonowego (DNB)- cienka warstwa pary na powierzchni rury ogranicza α i następuje przegrzanie rury; sprzyja to także osadzaniu się kamienia kotłowego.
Podgrzewacz wody i podgrzewacz powietrza
Podgrzewacz wody(ECO) jest podzielony na dwie strony lewą i prawą i zawieszony na rurach wieszakowych w drugim ciągu kotła. Składa się z rur żeliwnych lub stalowych oraz komór zbiorczych, wewnątrz których przepływa woda. W podgrzewaczu wody następuje wstępne ogrzanie wody, która kierowana jest następnie do walczaka a następnie do dolnych ekranów a potem do komory. Temperatura wody dopływającej do podgrzewacza jest równa temperaturze wody zasilającej układ po wypłynięciu z niego temperatura jest o około 40°C niższa od temperatury wody w parowniku albo też równa.
Podgrzewacz powietrza- służy do podgrzewania powietrza doprowadzanego do komory spalania, a jednocześnie do obniżenia temperatury spalin opuszczających kocioł. Wysoka temperatura powietrza podgrzanego wprowadzonego do paleniska przyśpiesza reakcję między składnikami paliwa a tlenem, a więc ułatwia zapłon i spalanie paliwa. Podgrzewacz powietrza jest zbudowany z rur lub stalowych wkładów płytowych i przewodów blaszanych.
Podział: Konwekcyjne- przejmowanie ciepła następuje drogą konwekcji poprzez ścianę dzielącą przepływające czynniki robocze.Do podgrzewaczy konwekcyjnych zalicza się: podgrzewacze rurowe, żebrowe, iglicowe, płytowe. rekuperacyjno – regeneracyjne- wymiana ciepła opiera się na odbieraniu energii ze ścianek uprzednio nagrzanych przez przepływające spaliny.
michas661