Przedmi

ot:

Maszynoznawstw

o

Kotły

parowe



Kotłami parowymi są naczynia
ciśnieniowe, których zadaniem jest
wytwarzanie z wody, jako cieczy
energetycznej, pary o ciśnieniu wyższym
od atmosferycznego, przeznaczonej do
użytkowania wewnątrz lub zewnątrz
naczynia.



Kocioł parowy służy do wytwarzania pary
wodnej nasyconej oraz przegrzanej.

Zaleta pary, jako nośnika ciepła polega

na tym, że w porównaniu z wodą posiada

znacznie wyższą pojemność cieplną.

Rys. 1.Zawartość ciepła w parze wodnej



140 p.n.e. Bania Herona



1681 Denis Papin przedstawił "kociołek
Papina"



XIX wiek - kotły parowe

Rys. 2 Bania Herona

Rys. 3 Kociołek Papina

Rys. 4 Kocioł parowy

Kocioł parowy składa się z następujących zespołów elementów:



palenisko



parownik



przegrzewacz



podgrzewacz wody



armatura (zawory, wodowskazy, manometry itd.)



podgrzewacz powietrza



konstrukcja nośna względnie zakotwienie



schody i podesty



obmurowanie i izolacja



osprzęt (drzwiczki, klapy, podpory, podwieszenia itd.)



aparatura pomiarowo-kontrolna i automatyka



urządzenie do wytwarzania ciągu.

Zadaniem paleniska jest prawie

całkowite spalenie dostarczanego
paliwa, budowa zależy od rodzaju
paliwa i rodzaju kotła.

Rys. 5 Typy rusztowin w kotłach parowych

Z paleniskiem związane są:



urządzenie zasilające je paliwem



ruszt, na którym leży spalane paliwo stałe



palniki do spalania paliwa ciekłego, guzowego lub

pyłowego



urządzenie doprowadzające powietrze potrzebne do

spalania:



komora paleniskowa; wewnątrz której następuje spalanie

części lotnych oraz paliw ciekłych, gazowych i pyłowych;

urządzenie do usuwania popiołu i żużla



urządzenie do obsługi i czyszczenia paleniska;



obmurze tworzące obudowę paleniska kotła i kanałów

spalinowych;



izolacja cieplna.



przegrzewacze pary i podgrzewacze wody i powietrza

Parownik zbudowany jest z rur

wznoszących, opadowych, komory i
walczaka. Tworzy się tutaj para wodna
mokra nasycona.

Walczak- cylindryczne naczynie ciśnieniowe.

Rys.6 Walczak o średnicy 1500 mm – kocioł 32 t/h x 40 at



Zadaniem przegrzewacza pary jest
osuszenie pary mokrej, nasyconej
wychodzącej z kotła i następne jej
przegrzanie



Rozróżniamy przegrzewacze pary
konwekcyjne i opromieniowane,
zależnie od tego, czy otrzymują ciepło
od spalin przez konwekcję czy też przez
promieniowanie.

Zadaniem podgrzewacza wody jest jak

najwięk sze wykorzystanie ciepła spalin

opuszczających kanały spalinowe kotła, a w

rezultacie zwiększenie sprawności kotła.

Podgrzewacz wody umożliwia również

zmniejszenie kosztu instalacji kotłowej

wskutek częściowego zastąpienia powierzchni

ogrzewalnej kotła przez tańszą powierzchnię

pod grzewacza. Dzięki wprowadzeniu do kotła

wody podgrzanej zmniejszają się w nim także

naprężenia cieplne.

Podgrzewacz powietrza umożliwia wykorzy

stanie reszty ciepła spalin opuszczających
podgrzewacz wody do ogrzania powietrza
zasilającego palenisko: Podgrzewanie
powietrza powoduje rów nież wzrost
wydajności kotła i temperatury spalania
oraz umożliwia eko nomiczne spalanie
paliwa o dużej zawartości wilgoci i popiołu,
a malej zawartości części lotnych.

Powstawanie pary w kotle jest

związane z trzema procesami:



spalaniem paliwa,



wymianą energii w postaci ciepła,



parowaniem wody.

Rys. 7 Schematyczne działanie kotła
parowego

Rys. 8 Kocioł opromieniowany z paleniskiem pyłowym

Ilość pary wyprodukowanej w jednostce czasu (kg/h,

t/h). Rozróżnia się wydajność maksymalną

przejściową mogącą trwać do 2 godzin (ok. 120%),

wydajność maksymalną trwałą (100%), wydajność

normalną (80%), wydajność minimalną (najmniejsza

wydajność, przy której kocioł może normalnie

pracować; zależy od konstrukcji i waha się od 0 do

60%).

Wydajność tę ograniczają, głownie: obieg wody,

zmiany temperatury pary przegrzanej, procesy

spalania. W ciepłownictwie wydajność kotła określa

się w jednostkach ciepła na jednostkę czasu(kcal/h,

Gcal/h).

Wyrażony w procentach stosunek ilości ciepła, które w

ciągu godziny zostało zużyte w pracującym kotle na

wytworzenie pary o wymaganych parametrach, do

całkowitej ilości ciepła doprowadzonego w tym czasie do

paleniska w postaci energii chemicznej paliwa.

 

gdzie:
D - wydajność kotła w kg/h;
i - entalpia pary pobieranej z kotła w kcal/kg;
i

w

-entalpia wody zasilającej kocioł w kcal/kg;

B -zużycie paliwa w ciągu godziny w kg/h;
Q

d

- wartość opałowa. paliwa w kcal/kg.

Spalanie paliw polega na łączeniu się

pierwiastków palnych danego paliwa z tlenem

zawartym w powietrzu, przy równoczesnym

wywiązaniu się ciepła.

W zależności od dostępu tlenu może wystąpić:



spalanie całkowite (całe pierwiastki węgla,

wodoru i siarki spalają się, a produktami reakcji

są np. CO

2

i H

2

O),



spalanie niecałkowite (ciała stałe będące

produktami spalania mają w sobie jeszcze

substancje niespalone – popiół),



spalanie niezupełne (gazy spalinowe

zawierają substancje mogące się jeszcze spalić)

Rys. 9 Zespoły składowe instalacji kotłowej

PALIWA:

 
 
 

stałe ciekłe

gazowe

-roślinne (np. drewno, słoma -olej napędowy -gaz

ziemny

zbożowa, odpady z -olej opałowy -gaz

koksowy

trzciny) -gaz

wielkopiecowy

-torf
-węgiel brunatny
-węgiel kamienny
-śmieci i odpady

1. Podział ze względu na stan skupienia paliwa

PALIWA:

 
 

naturalne sztuczne

odpadkowe -węgiel kamienny -koks

-trociny

i brunatny
-torf -pył węglowy -miał

koksowy

-drewno -węgiel drzewny -gaz

wielkopiecowy

-ropa naftowa -smoły węglowe
-gaz ziemny -mazut
-gaz koksowy

2. Podział za względu na pochodzenie paliwa

Ilość ciepła uzyskaną przy spalaniu całkowitym

i zupełnym 1kg lub 1nm³ paliwa zwiemy jego

wartością opałową. Określa się ją drogą

badań laboratoryjnych, spalając próbkę paliwa i

schładzając spaliny do temperatury odniesienia

20ºC, przy założeniu, że para wodna zawarta w

spalinach nie skropliła się. Wartość opałowa

zależy głównie od zawartości czystego węgla C,

wilgoci i popiołu. Im więcej wilgoci i popiołu

zawiera paliwo, tym mniejsza jest jego wartość

opałowa.

Wartość opałową (Qw) obliczyć można z

kilku wzorów, jednak najłatwiej jest ją
wyznaczyć ze wzoru Mendelejewa:

Qw = 339,15C + 1030H + 108,9(O-S) –

25,1W

gdzie:
C, H, S, O – masowe udziały pierwiastków w

%;

W – wilgotność paliwa w %.

1. Ze względu na ciśnienie pary:



kotły niskoprężne - do 15 at nadciśnienia;  



kotły średnio prężne - do 40 at
nadciśnienia



kotły wysokoprężne - do 150 at
nadciśnienia



kotły na najwyższe ciśnienia - ponad 150
at nadciśnienia

2. Ze względu na przeznaczenie:



kotły ogrzewnicze



kotły przemysłowo-ogrzewnicze



kotły energetyczne

3. Ze względu na cechy

konstrukcyjne:

o

walczakowe

o

płomienicowe

o

kombinowane

o

wodnorurkowe opromieniowane

Rys. 11 Schemat kotła La Monta

Rys. 12 Przykład pomieszczenia kotłowni

Hałas wytwarzany przez instalację kotłową jest w zasadzie

powodowa ny:



szumami spalania



szumami dmuchawy palnika



przenoszeniem dźwięku materiało wego.

Związany głównie z procesem spala nia dźwięk powietrzny

jest przeno szony przez wypromieniowanie z pal nika, kotła i

instalacji spalin.

Dźwięk materiałowy powstaje wsku tek drgań

mechanicznych instalacji kotłowej i przenoszony jest

głównie przez fundamenty, ściany kotłowni i ścianki

przewodów spalin. Może on wywoływać poziom ciśnienia

aku stycznego rzędu 50 do 140 dB(A), zależnie od

częstotliwości.

Rys. 13 Wytłumienie dźwięku materiałowego

Kotły walczakowe można transporto wać

transportem drogowym, kolejo wym lub
wodnym. Odpowiednio do warunków
transportu wykonywane jest opakowanie
kotła, wzgl. kocioł transportuje się bez
wrażliwej izolacji cieplnej. Dla
zabezpieczenia osprzętu, jak pal nik, sprzęt
regulacyjny i armatura, przed
uszkodzeniami transportowy mi, jest on
pakowany i przewożony osobno

.

Rys. 14 Transport kotła parowego

Do wstawienia kotła i dalszych komponentów

instalacji należy przewi dzieć wystarczająco duży

otwór. Może to być także otwór w dachu kotłowni

lub odpowiedni szyb.

Dla minimalizacji kosztów drogi wstawiania

powinny być możliwie krótkie i wolne od przeszkód.

Również tu należy zadbać o wystar czającą nośność

podłoża. Urządzenia dźwigowe należy ustawiać

możliwie blisko miejsca pracy. Urządzenia

dźwigowe muszą posiadać wymaga ny udźwig,

wysięg i wysokość pod noszenia. Do ich ustawienia

potrzeb ne jest odpowiednio nośne podłoże. W razie

konieczności może być potrzebne czasowe

zamknięcie dróg dojazdowych lub odcinków ulic.

Rys. 15 Wstawianie kotła parowego