ZAKRES EGZAMINU
DYPLOMOWEGO

Zagadnienia konstrukcyjno –
technologiczne
(Zakres 2.1 – 2.2)

Kotły

•

Jeden z podstawowych elementów elektrowni i elektrociepłowni
odpowiedzialny za przekształcenie energii chemicznej zawartej w
paliwie w energię cieplną przekazywaną czynnikowi obiegowemu.
Przekształcenie energii odbywa się w procesie spalania
zachodzącym w kotle. Posiada szereg układów i urządzeń
zapewniających odpowiedni przebieg procesu spalania z
uwzględnieniem efektywności termicznej, uzyskaniem wymaganych
parametrów pary oraz szczególnym uwzględnieniem emisyjności.
Wśród wielu rodzajów kotłów najważniejszymi są kotły
wodnorurkowe. Urządzenia o małej pojemności wodnej, w której
system rur odpowiada za właściwe przekazanie ciepła omywających
ich gorących spalin do czynnika obiegowego, którym jest para
wodna powstająca w kotle poprzez odprawianie wody. Dodatkowo
mała powierzchnia, łatwość obsługi, duża wydajność oraz możliwość
osiągnięcia wyższych parametrów pary świeżej zaskutkowały
powszechnym zastosowanie w energetyce i ciepłownictwie.

Podstawowe elementy kotła

•

Palenisko

Centralne miejsce w kotle
przeznaczone do wytwarzania
warunków spalania paliwa z
minimalną emisją zanieczyszczeń w
celu uzyskania odpowiedniego
strumienia ciepła do powierzchni
ogrzewalnych aby zapewnić
wymaganą wydajność kotła.

•

Powierzchnie ogrzewalne kotła

Elementy wykonane ze stali kotłowej w
postaci rur mające kontakt ze gorącymi
spalamy. Przejmują ciepło od spalin
przekazują krążącej w nich wodzie.
Wyposażone w dodatkowe elementy
pozwalające na lepsze wykorzystanie
ciepła spalin: parownik, przegrzewacz
pary, podgrzewacz wody i podgrzewacz
powietrza.

•

Parownik

Urządzenie odpowiadające za
odparowanie wody. W kotłach z
naturalną cyrkulacją składa się z:
walczak, opłomki, komory i rury łączące.
W kotłach z wymuszoną cyrkulacją
walczak zastępuje wodo oddzielacz.
Rury wodne są ułożone na ścianach
komory paleniskowej (powierzchnie
opromieniowane), walczak i komory
znajdują się po za strefą spalania.

•

Walczak

Podłużny zbiornik zaopatrywany w
wodę zasilającą. Odpowiada za
oddzielenie par od wody oraz
prawidłowy rozpływ wody w
powierzchniach ogrzewanych kotła.
Najbardziej narażony na zniszczenie
element ciśnieniowy kotła.

•

Przegrzewacz pary wodnej

•

Urządzenie przeznaczone do
podniesienia temperatury pary do
oczekiwanej wartości (powyżej
temperatury nasycenia pary przy
danym ciśnieniu). W dużych kotłach
dzielony na kilka stopni celem
łatwiejszego regulowania
temperatury pary.

•

Podgrzewacz wody

Rurowy wymiennik ciepła służący do
podgrzania wody poniżej
temperatury wrzenia (ryzyko pulsacji
i uderzeń wody wywołanych
parowaniem).

•

Podgrzewacz powietrza

Urządzenie służące podgrzaniu
powietrza dostarczanego do komory
spalania. Powietrze do wyższej
temperaturze pozwala na
zwiększenie stabilności płomienia
pyłowego i intensyfikację przekazania
ciepła w kotle (zwiększenie
temperatury spalania).

•

Wentylatory

•

Podstawowe urządzenia pomocnicze
kotła, bez których jego
funkcjonowanie nie było by możliwe.
Wentylatory podmuchowy dostarcza
niezbędne ilości powietrza
potrzebnego do przeprowadzenia
procesu spalania. Wentylatory spalin
usuwają gazowe produkty spalania z
komory kotła, jednocześnie
umożliwiają stworzenie całej drogi
transportowej spalin do komina
wyposażonej w urządzenia
odzyskujące znaczne ilości ciepła
zawartego w spalinach. Wentylatory
wydmuchu ułatwiają dostarczenie
spalin do komina i zapobiegają
zakłóceniom spowodowanym
niezbyt szybkim usuwaniem
zbędnych produktów spalania.

2.1 Kotły rusztowe

•

2.1.1 Podstawowe informacje

•

2.1.2 Najpowszechniej stosowane kotły rusztowe

•

2.1.3 Rodzaje kotłów rusztowych

2.1.1 Podstawowe informacje

•

Najmniejsze kotły opalane paliwem stałym: węgiel kamienny oraz w nowszych
konstrukcjach z dodatkiem biomasy lub wyłącznie biomasą. Spalają na ruszcie
paliwo o większym uziarnieniu dostarczając ciepło niezbędne do uzyskania
gorącej wody lub pary wodnej. Powszechnie wykorzystywane w ciepłowniach i
elektrociepłowniach lokalnych i przemysłowych.

•

Oznaczenie

•

WRXX – wodny kocioł rusztowy w wydajności cieplnej XX Gcal/h

•

ORXX – parowy kocioł rusztowy o wydajności cieplnej XX Gcal/h

•

Rodzaje rusztu

•

1) Stałe

•

A) Płaskie z ręcznym narzucaniem paliwa

•

B) Schodowe z ruchomą warstwą paliwa (ruszt stały o odpowiednim kącie
nachyleniu w celu umożliwienia właściwego uformowania warstw oraz jej
przemieszania)

•

2) Ruchome

•

A) Łuskowe (Mechaniczne podawanie paliwa z zasobnika o regulowanej
grubości z systemem samoczynnego czyszczenia z popiołu i żużlu w postaci
taśmy umocowanej do dwóch rolek.

2.1.2 Najpowszechniej stosowane kotły
rusztowe

Oznaczeni

e kotła

Max

wydajnoś

ć

Temperat

ura

Wlot/wylo

t

Ciśnienie

Wlot/wylo

t

Sprawnoś

ć

Paliwo

WR – 25

32 MW

70/150

1,9/2,2

MPa

82%

Węgiel

kamienny

OS – 20

20 t/h

104/485

/5,6 MPa

85%

Biomasa

OR – 27 N

27 t/h

104/450

/4,5 MPa

86%

Węgiel

kamienny

OR – 32

32 t/h

104/500

/8,0 MPa

Węgiel

kamienny

OR – 35 M

35 t/h

105/450

/4,0 MPa

87%

Węgiel

kamienny

+ biomasa

OR – 50 N

50 t/h

105/485

/5,5 MPa

85%

Węgiel

kamienny

Oznaczeni

e kotła

Max

wydajnoś

ć

Temperat

ura

Wlot/wylo

t

Ciśnienie

Wlot/wylo

t

Sprawnoś

ć

Paliwo

WR – 25

32 MW

1,9/2,2

MPa

82%

Węgiel

kamienny

OS – 20

20 t/h

/5,6 MPa

85%

Biomasa

OR – 27 N

27 t/h

/4,5 MPa

86%

Węgiel

kamienny

OR – 32

32 t/h

/8,0 MPa

Węgiel

kamienny

OR – 35 M

35 t/h

/4,0 MPa

87%

Węgiel

kamienny

+ biomasa

OR – 50 N

50 t/h

/5,5 MPa

85%

Węgiel

kamienny

2.1.3 Rodzaje kotłów rusztowych

WR – wodne kotły rusztowe
Kotły charakteryzujące się bardzo
niskimi parametrami czynnika
obiegowego – woda (temperatura do
150 i ciśnienie do 2,2 MPa).
Występujące w formie dwuciągowej z
dwoma podgrzewaczami wody.
Najpopularniejsze typy: 1.25, 2.5, 5,
10, 25, 45, 70, 120.

•

 

OR – parowe kotły rusztowe
Kotły charakteryzujące się niskimi
parametrami czynnika obiegowego –
para woda (temperatura do 500 i
ciśnienie do 8,0 MPa). Walczakowe,
dwuciągowe z całkowicie
opromieniowaną komorą
paleniskową.
Najpopularniejsze typy: 2, 2.5, 5, 10,
16, 20, 25, 32, 50, 64 Mg/h

•

 

2.2 Kotły parowe dużej wydajności

•

2.2.1 – Podstawowe dane i podział kotłów

•

2.2.2 – Kotły parowe pyłowe

•

2.2.3 – Kotły fluidalne

•

2.2.4 – Najważniejsze przykłady stosowanych kotłów

•

2.2.5 – Cechy charakterystyczne kotłów

2.2.1 – Podstawowe dane

•

Kotły stanowiące podstawowe elementy standardowych bloków
energetycznych pracujących w oparciu o spalanie węgla.
Podstawowym zadaniem jest uzyskanie optymalnej wydajności
celem zapewnienia wymaganej mocy bloku, uzyskaniu wymaganych
parametrów pary wodnej i cechujące się niezawodnością pracy.

Moc
blok
u
(MW
)

50

120

200

360

400

500

600

800

900

Wyda
jność
kotła
{kg/s
]

64

106

182

320

360

460

520

670

890

Podział kotłów

•

1) Ze względu na konstrukcję komory spalania

•

A) rusztowe

•

B) ze złożem fluidalnym

•

- pęcherzykowe

•

- cyrkulujące

•

C) pyłowe

•

- z palnikami naściennymi

•

- z palnikami narożnymi (tangencjonalne)

•

D) odzyskowe

•

2) Ze względu na parametry pracy

•

A) podkrytyczne

•

- para wodna o temperaturze do 540 i ciśnieniu do 22 MPa (13 – 19
MPa)

•

B) nadkrytyczne

•

- para wodna o temperaturze ok. 600 i ciśnienie do 26 MPa

•

 

Systematyka oznaczeń kotłów w Polsce

•

Całkowity zapis symboliki kotła: XY – 000

•

1) X – informuje nas o rodzaju kotła, a w przypadku kotła parowego także o
rodzaju czynnika przepływu:

•

- W – wodny (zawsze z przepływem wymuszonym)

•

- O – parowy walczakowy z naturalną cyrkulacją

•

- A – parowy kocioł walczakowy z naturalną cyrkulacją wspomaganą pompą
cyrkulującą

•

- B – kocioł przepływowy z wymuszoną cyrkulacją w parowniku

•

2) Y – informuje o rodzaju paleniska

•

- R – palenisko rusztowe (zazwyczaj spalanie węgla kamiennego)

•

- P – palenisko komorowe pyłowe (węgiel brunatny)

•

- B – palenisko pyłowe (węgiel brunatny)

•

- F – palenisko fluidalne (dodatkowa litera Z – złoże cyrkulujące)

•

- O – olejowy

•

- G – gazowy

•

- U – odzyskowy

•

3) 000 – ilość pary świeżej w t/h (kotły parowe) lub ilość ciepła w Gcal/h
(kotły wodne), w nowszych kotłach wodnych moc cieplną podaje się w MW.

2.2.5 Cechy charakterystyczne kotłów

Kocioł rusztowy

+ Prosta budowa

+ Szeroki zakres

obciążeń

+ Prosty system

sterowania

- Niższa sprawność

energetyczna

- Spiekanie się paliwa

na ruszcie

- Spalanie większych

frakcji węgla może

powodować ubijanie

paliwa na ruszcie

- Ograniczona

maksymalna

wydajność do 64 t/h.

Kocioł pyłowy

+ Możliwość

osiągnięcia

parametrów

nadkrytycznych

+ Wysoka sprawność

energetyczna

+ Stanowią

podstawową grupę

kotłów

energetycznych

- Kotły opalane

węglem brunatnym

mają niższą

sprawność niż

identyczne opalane

węglem kamiennym

- Wrażliwość na

jakość paliwa

- Skomplikowane

sterowanie

- Duża emisja

zanieczyszczeń

- Rozbudowane

systemy oczyszczania

spalin

Kocioł fluidalny

+ wysoka sprawność

energetyczna

+ niska emisja Nox

+ likwidacja instalacji

mokrego odsiarczanie

dzięki wiązaniu SO2 w

komorze paleniska

+ możliwość spalania

różnego rodzaju paliw

w tym zawilgoconego

i zapopielonego węgla

2.2.2 Kotły pyłowe

•

Największa grupa kotłów stosowana w polskiej energetyce i

większych zakładach ciepłowniczych. Pracujące w oparciu o pył
węglowy powstający ze zmielenia węgla kamiennego lub

brunatnego. Mieszanka pyłowo – powietrzna dostarczana za pomocą
palników do komory ulega spalaniu w wysokiej temperaturze.

Uwolnione ciepło poprzez spaliny przekazywane jest do wody
krążącej w rurkach parownika umieszczona na ścianach komory

paleniskowej. Woda ulega odparowaniu i zostaje w postaci mieszanki
parowodnej dostarczona do następnych urządzeń. W kotłach

tradycyjnych mieszanka trafia do walczak, gdzie ulega separacji w
naturalnej cyrkulacji. Natomiast w kotłach pyłowych przepływowych

walczak zastąpił separator pary i wody wspomagany wymuszoną

cyrkulacją. Spaliny uchodzące z komory kierowane są na
przegrzewacze pary (konwekcyjny, grodziowy i wylotowy),

podgrzewacz wody (EKO) i podgrzewacz powietrza celem odzyskania
ciepła zawartego w spalinach. Dodatkowo różniąc jest układ: Kotły

dotychczas budowane są dwuciągowe, natomiast przepływowe są
jednociągowe.

2.2.3 Kotły fluidalne

•

Nowa grupa kotłów energetycznych posiadająca wiele pozytywnych cech
oraz podwyższająca sprawność konwencjonalnych kotłów. Palenisko ma
od spodu ruszt fluidyzujący, nad którym jest warstwa rozdrobnionego
materiału inertnego (krzemionka z popiołem). Przepływ powietrza przez
złoże wywołuje fluidyzację złoża i spalanie węgla. Układ woda – para jest
identyczny jak w kotłach parowych pyłowych. Jedyna różnica to
umieszczenie części przegrzewacza pary w komorze paleniskowej. Złoże
pęcherzykowe tworzy warstwa rozdrobnionego materiału stałego
umieszczona nad rusztem, przez który przepływa powietrze. Mała
prędkość przepływu i mały rozmiar cząstek w złożu uniemożliwiają brak
unoszenia materiału złoża. Złoże cyrkulujące cechuję się znaczną
prędkości przepływu powietrza oraz segregacją złoża. U dołu większe
cząstki tworzą pęcherzykowe, mniejsze rozrzedzoną warstwę wierzchnią,
a najdrobniejsze unoszą się tworząc cyrkulującą część złoża. Separator
cząstek uniemożliwia ucieczkę cząstek do spalin, przyspieszenie spalania
nich oraz intensyfikuje wymianę ciepła. Najczęściej wykorzystuje się kotły
fluidalne ze złożem cyrkulującym osiągające moc do 600 MW oraz
stosowane są w blokach o mocy powyżej 250 M . Kotły ze złożem
pęcherzykowym osiągają moc kilkudziesięciu MW.

•

 

2.2.4 Najważniejsze przykłady stosowanych
kotłów

Oznaczenie

Typ

Max
wydajność

Temperatura
Para/woda
zasilająca

Ciśnienie
Wylotowe

Sprawność

Paliwo

WP - 120

Wodny
pyłowy
Wymuszony
przepływ

120 MW

70/155

2,5 MPa

84%

Węgiel
kamienny

OP - 650

Parowy
pyłowy
Naturalny
przepływ

650 t/h

540/242

13,5 MPa

91,5%

Węgiel
kamienny

OB - 650

Parowy
pyłowy
Naturalny
przepływ

650 t/h

540/240

13,8 MPa

88%

Węgiel
brunatny

BP – 1150

Pyłowy
przepływow
y

1150 t/h

540/255

18,3 MPa

91,7%

Węgiel
kamienny

BB - 1150

Pyłowy
przepływow
y

1150 t/h

540/255

18,3 MPa

88%

Węgiel
brunatny

BB – 2400
nadkrytyczn
y

Pyłowy
przepływow
y

2400 t/h

554/278

26,7 MPa

Węgiel
brunatny

Ofz – 450B

Parowy
fluidalny ze
złożem
cyrkulujący
m

450 t/h

510/205

10,0 MPa

92,2%

Węgiel
kamienny

OF - 140

Parowy
fluidalny
stałe złoże

140 t/h

505/213

7,5 MPa

Węgiel
brunatny

Oznaczenie

Typ

Max
wydajność

Temperatura
Para/woda
zasilająca

Ciśnienie
Wylotowe

Sprawność

Paliwo

WP - 120

Wodny
pyłowy
Wymuszony
przepływ

120 MW

2,5 MPa

84%

Węgiel
kamienny

OP - 650

Parowy
pyłowy
Naturalny
przepływ

650 t/h

13,5 MPa

91,5%

Węgiel
kamienny

OB - 650

Parowy
pyłowy
Naturalny
przepływ

650 t/h

13,8 MPa

88%

Węgiel
brunatny

BP – 1150

Pyłowy
przepływow
y

1150 t/h

18,3 MPa

91,7%

Węgiel
kamienny

BB - 1150

Pyłowy
przepływow
y

1150 t/h

18,3 MPa

88%

Węgiel
brunatny

BB – 2400
nadkrytyczn
y

Pyłowy
przepływow
y

2400 t/h

26,7 MPa

Węgiel
brunatny

Ofz – 450B

Parowy
fluidalny ze
złożem
cyrkulujący
m

450 t/h

10,0 MPa

92,2%

Węgiel
kamienny

OF - 140

Parowy
fluidalny
stałe złoże

140 t/h

7,5 MPa

Węgiel
brunatny