Parní kotle: zařízení a klasifikace — ICI Caldaie Rusko

Navzdory rychlému rozvoji technologií nelze ve výrobních procesech řady průmyslových odvětví vodní páru účinně nahradit žádnou jinou chladicí kapalinou. Inženýři proto budou muset pokaždé při projektování a zřizování nových výrobních zařízení řešit problém s výběrem vhodného kotelního zařízení. V tomto přehledu bychom rádi analyzovali hlavní klasifikace parních kotlů a porovnali je s modely prezentovanými v portfoliu produktů ICI Caldaie, abychom poskytli informace specialistům zapojeným do výběru.

Design parního kotle: jak se změnil design

Princip činnosti parního kotle se od svého vynálezu nezměnil: ten či onen zdroj tepla ohřívá vodu obsaženou ve velké nebo malé kovové nádobě na bod varu a odpařování. Produkty odpařování se shromažďují v horní části nádoby a dosahují požadovaného tlaku a teploty, poté jsou parovodem odesílány ke spotřebitelům nebo do přehříváku k dosažení vyšších provozních parametrů. Účinnost procesu výroby páry je dána nejúplnějším využitím tepla generovaného zdrojem. Vývoj strojírenství v tomto směru lze vysledovat podle toho, jak se měnila konstrukce parního kotle.

válcový kotel s vnějším topeništěm

První parní generátory připomínaly kotle na vaření jídla. Venku bylo umístěno topeniště na dřevo nebo uhlí, které zespodu ohřívalo nádrž s vodou. U tohoto schématu byla značná část tepla vynaložena na vytápění prostředí, což způsobilo extrémně nízkou účinnost prvních parních kotlů.

parní kotel s ohništěmi

Rozumným řešením bylo umístit topeniště do vodního objemu kotle. Spolu s tepelnou izolací vnějšího obložení nádrže to výrazně zvýšilo účinnost a umožnilo spotřebovat teplo především na ohřev vody.

Protože nejen otevřený plamen v topeništi, ale i spaliny uvolňované při spalování měly vysokou teplotu, bylo dalším úkolem zlepšení konstrukce parního kotle udržet teplo spalin uvnitř vodního objemu. Problém byl vyřešen umístěním kouřových trubek malého průměru do něj. Před odvodem komínem procházely plyny těmito trubkami a urychlovaly ohřev a odpařování vody.

Zásadně odlišným směrem se vyvíjela konstrukce parních vodotrubných kotlů, nejčastěji používaných jako elektrárny v elektroenergetice, v železniční a vodní dopravě. U vodotrubného kotle to nebyly zdroje tepla – topeniště a kouřovody – které byly umístěny uvnitř vodního objemu, ale naopak: objem vody, rozváděný trubkami malého průměru, byl umístěn v kouřovodech. kterými se pohybují produkty spalování.

Tato vysoce účinná konstrukce umožňuje vyrábět páru při kritickém tlaku, který je pro technologické procesy většiny průmyslových odvětví nadměrný. Zásadní rozdíly v konstrukci vodotrubných a žárovzdorných kotlů tvořily základ pro většinu klasifikací kotlových zařízení.

Klasifikace parních kotlů

Klasifikace podle účelu

Tato klasifikace nekoreluje určité typy parních kotlů se specifickými průmyslovými odvětvími, ale spíše s většími oblastmi použití. V souladu s ní se parní kotle dělí na energetické, průmyslové (technologické) a topné (energeticko-technologické).

Energetické kotle používá se v elektrárnách k přenosu rotace na turbíny, které vyrábějí elektřinu. Pára produkovaná tímto zařízením se vyznačuje vysokým a ultra vysokým tlakem.

Průmyslové nebo procesní parní kotle vyrábět sytou páru pro technologické potřeby. Tlak vznikající páry zřídka přesahuje 3 MPa (30 bar). V obecné klasifikaci kotlů podle tlaku se tato třída zařízení týká nízkotlakých a ultranízkotlakých kotlů. Pokud uvažujeme technologické parní kotle jako samostatný segment, pak je rozdělení zařízení na nízkotlaké a vysokotlaké kotle vázáno na normy Rostekhnadzor stanovující dozor nad tlakovými nádobami. Více se o tom dočtete v článku „Vysokotlaké a nízkotlaké průmyslové kotle“.

Topenářské nebo energetické technologie kotlů nachází se na křižovatce průmyslu a energetiky. V Rusku bylo jejich rozšířené použití způsobeno rozšířenou výstavbou jednoodvětvových měst a obytných oblastí v průmyslových podnicích. Energeticko-technologické parní kotle vyráběly páru současně pro průmyslové potřeby a pro vytápění užitkového sektoru. V současné době dochází v souladu s programy zvýšení energetické účinnosti a rekonstrukce výroby k výměně velkokapacitních parních kotlů za kotle s nižším parním výkonem a k výstavbě úspornějších teplovodních kotelen pro zásobování obytných oblastí teplem.

Kompetence ICI Caldaie je výroba úsporných teplovodných průmyslových parních kotlů s kontinuálním a vratným spalováním, splňujících vysoké standardy provozní a ekologické bezpečnosti.

Klasifikace parních kotlů podle tlaku

Kompletní klasifikace podle tlaku, kombinující všechny typy parních kotlů, je následující. Vysokotlaká (energetická) oblast zahrnuje vysokotlaké, kritické a nadkritické tlakové kotle. Rozsah: 3,9 MPa až 22,5 MPa (39-225 bar). Nízkotlaká oblast (průmysl) zahrnuje kotle ultranízkého (do 0,1 MPa), nízkého (0,1-1 MPa) a středního (1-39 MPa) tlaku. Ultranízkotlaké kotle nepodléhají registraci u územních orgánů Rostechnadzor.

V modelové řadě ICI Caldaie je oblast ultranízkého tlaku zastoupena následujícími řadami:

Parní kotel je speciální zařízení, které má topeniště, ve kterém dochází ke spalování paliva. Výsledkem tohoto procesu je uvolňování tepla, které se využívá k výrobě vysokotlaké páry. Tato pára může být použita pro různé účely.

Schéma zařízení parního generátoru.

Srdcem tohoto zařízení by měl být výměník tepla. Zde se voda před vstupem do kotelny ohřívá plyny.

Co je to parní generátor? Pro jaké účely je potřeba? A jaký je princip fungování parního kotle?

Konstrukční prvky parního kotle a zajištění bezpečnosti provozu s parním kotlem

Konstrukční prvky parního kotle zahrnují válce a nádoby různých velikostí a průměrů, trubky vzájemně spojené do uceleného systému pomocí válcování a svařování. Absolutně každý parní kotel má potrubí, buben a kolektory. Oprava, revize a čištění parního kotle se provádí průlezy – speciálními technologickými otvory.

Kapacita parního kotle, který je naplněn vodou a umístěn uvnitř, se nazývá vodní prostor. Parním prostorem je třeba chápat prostor, který je vyplněn vznikající párou. Parní a vodní prostory jsou odděleny plochou zvanou odpařovací zrcadlo. Parní prostor obsahuje zařízení určené k oddělení páry a vlhkosti.

Schéma pro přestavbu parního kotle na režim ohřevu vody.

Provoz parního kotle je doprovázen neustálým a intenzivním chlazením kovových prvků celé konstrukce, které jsou při provozu vystaveny vysokým teplotám. To umožňuje bezpečný provoz parního kotle. K ochlazení dochází v důsledku pravidelné cirkulace chladicí kapaliny topnými trubkami. Teplo z plynů, které vznikají v důsledku spalování paliva, se přenáší do potrubí. Mezitím chladicí kapalina bez zastavení odebírá teplo ze stěn potrubí, čímž zabraňuje přehřátí potrubí. Pokud celý tento proces není dostatečně intenzivní, může se potrubí výrazně přehřát, což má za následek ztrátu jeho pevnostních charakteristik. Přehřátí potrubí může vést k roztavení potrubí nebo dokonce k jejich prasknutí. Takové jevy se mohou stát důvodem pro nouzové odstavení parního kotle.

Jak funguje parní kotel

Princip fungování parního generátoru je poměrně jednoduchý. Provoz je založen na výměně tepla mezi párou, vodou a spalinami. Existuje klasifikace tepelných kotlů na základě způsobu pohybu teplosměnných médií. Existují dva typy kotlů: vodotrubné a požární. Princip činnosti trubkového kotle je následující: ohřátý plyn se pohybuje uvnitř trubek a voda, která bude ohřívána, je umístěna mimo trubky. Princip činnosti vodních trubkových parních kotlů spočívá v pohybu vody potrubím. Voda se ohřívá v důsledku dopadu vnějších spalin na potrubí. Díky tomuto efektu voda dosáhne bodu varu.

Kotel parní zařízení je klasifikováno v závislosti na pohybu vody a páry v nich. Existují tedy kotle s přirozeným a nuceným oběhem. Nucený oběh zahrnuje pohyb chladicích kapalin pod vlivem čerpadel speciálně navržených pro tento účel. Parní kotle s přirozenou cirkulací fungují jako výsledek rozdílu v hustotě mezi párou a vodou.

Schéma provozu parního kotle.

Obecně je provoz parního kotle vždy přibližně stejný. Skládá se z následujícího: voda se připravuje v odvzdušňovači, poté se pomocí čerpadla přivádí do systému ekonomizéru vody, kde se voda ohřívá v důsledku odcházejících plynů. Voda se poté pohybuje do horního bubnu a mísí se s vodou z kotle. Část ohřáté vody z kotle vstupuje potrubím kotle do spodního bubnu. Zde vzniká tzv. směs páry a vody. V důsledku toho tato směs stoupá zvedacím potrubím do horního bubnu.

Voda zbývající v horním bubnu je odváděna přes svodiče, které jsou umístěny mimo topeniště, do sběrného systému sítových trubek. V tomto případě parní směs opět končí v horním bubnu kotle. Potrubní systém, který vede chladicí kapalinu, by se měl nazývat cirkulační okruh.

Pára, která vzniká ve výparnících, pak prochází tzv. odlučovači páry, které jsou povinnou součástí žárovzdorných parních kotlů. Zde se z páry uvolňují kapičky vlhkosti. Poté, co pára vyschne, je přiváděna do přehříváku přes parní potrubí. Zde se pára ohřeje na požadované teploty.

Řízení provozu kotle

Společnosti vyrábějící parní kotle jsou povinny vybavit zařízení speciálními kontrolními a měřicími přístroji a přístroji, které umožňují sledování provozu parního kotle.

Hladinu vody v systému lze regulovat pomocí vodoměru. Vodoměr je důležitým prvkem řídicího systému. Je umístěn na předním panelu pláště topeniště. Toto sklo je vybaveno speciálními kohoutky: spodní a horní. Spodní je umístěn v horní úrovni topeniště a horní ventil je instalován uvnitř parního prostoru kotle. Kohouty jsou mezi sebou spojeny speciální skleněnou trubicí a plochým sklem. Tato sklenice se plní vodou přes spodní kohout a je vždy pod tlakem páry přiváděná přes horní kohout. Toto zařízení funguje na principu zákona komunikujících nádob. To znamená, že hladina vody v bojleru bude vždy rovna hladině vody ve skleněné nádobě.

Schéma přirozené cirkulace vody: H – výška kotle.

Hladina vody při provozu kotle musí být vždy mezi minimální a maximální hladinou. Je nastavena minimální úroveň, aby se zabránilo přehřátí kovových prvků. Mnoho modelů vyžaduje nižší hladinu vody alespoň 100 mm nad požární zónou. Aby se zabránilo vniknutí vody do parního systému, je nastavena maximální hladina. Pokud se voda dostane do parního potrubí, může způsobit hydraulický šok, který může vést k vážné nehodě.

Princip činnosti průmyslových a domácích kotlů je přibližně stejný a jejich konstrukce je velmi podobná. Trochu jiné jsou takzvané kotle na odpadní teplo. Tyto kotle ohřívají vodu pomocí tepelné energie plynů emitovaných plynovými turbínami, dieselovými generátory a dalšími zařízeními. Konstrukce takového kotle se výrazně liší od běžného parního kotle. Sekundární plyny v kotli na odpadní teplo jsou okamžitě přiváděny na otopnou plochu. Tento typ kotle nemá ohřívač vzduchu ani topeniště. Do kotle vstupují plyny o teplotách v rozmezí 350 až 700 stupňů Celsia. Takové zařízení je zpravidla určeno pro průmyslové účely a je instalováno ve velkých energeticky náročných výrobních zařízeních.

Průtočné kotle

Kromě kotlů s přirozeným a nuceným oběhem existují i ​​tzv. přímoproudé kotle. Konstrukce takových kotlů neobsahuje buben. Voda jednou projde odpařovacím potrubím a postupně se změní na páru. V přechodové zóně je dokončen proces přeměny vody na páru. Směs páry a vody z odpařovacího potrubí vstupuje do přehříváku, kde se pára ohřeje na požadovanou teplotu. Některé průtočné kotle mají meziohřívač páry. Je určen k ohřívání páry vycházející z turbínové jednotky. Po opětovném zahřátí se pára vrací zpět do turbíny. Přímý kotel představuje tzv. otevřený hydraulický systém. Taková kotelna může pracovat jak při podkritickém, tak i nadkritickém tlaku.

Parní kotle s přímým průtokem nevyžadují speciálně vybavené prostory. Nevyžadují pravidelné sledování provozu a technický dozor.

Schéma přímého kotle.

Nejdůležitější a nespornou výhodou průtočného parního kotle je minimální doba potřebná k ohřevu vody a krátká doba potřebná k uvedení kotle do provozuschopného stavu. Díky všem těmto výhodám slouží přímoproudé kotle jako záložní jednotky, jejichž použití je nutné při poruchách a při zatížení hlavního zařízení kotle.

Kromě toho mají přímoproudé kotle další výhody. Za prvé umožňují vyšší tepelné zatížení. Za druhé, neexistují žádné těžké a objemné kolektorové jednotky, existuje možnost volného uspořádání topných ploch. Topná plocha je využívána nejefektivněji. Kotle s přímým průtokem mají vysokou účinnost a jsou poměrně kompaktní a mají vysokou manévrovatelnost.

Nevýhody přímoproudých kotlů

Mezi nevýhody průtočného parního kotle patří příliš časté zapínání hořáků ve srovnání s trubkovým kotlem. Nechybí zde ani zásobníky páry nebo vody. Tento problém lze sice vyřešit úpravou přívodu paliva, ale může mít za následek ještě častější zapínání hořáků a kolísání režimu zatížení, což povede k předčasnému opotřebení zařízení.

Navíc se v důsledku neustálého zapínání a vypínání hořáků uvolňují saze, které se usazují na topné ploše a vyžadují odstranění. V tomto případě se spotřebuje mnohem více paliva.

Výběr přímoproudých kotlů je nyní poměrně velký. Liší se svou silou a modely. Výběr parního kotle by měl vycházet z cílů a cílů zařízení.