Para wodna (2) Para wodna (1) Podstawowe pojęcia Wykorzystanie " równowaga termodynamiczna stan w którym parametry czynników nie " do ogrzewania budynków i c.w.u. raczej rzadko, najczęściej przy ulegają zmianie. okazji, gdy kotły parowe produkują parę do celów technologicznych " para nasycona para wodna będąca w stanie równowagi termodynamicznej z wodą (powstaje z wody o stałej temperaturze i po zwiększeniu przestrzeni " w klimatyzacji do nawilżania powietrza w pomieszczeniach parowej natychmiast wypełnia ją, przy czym ciśnienie jej pozostaje stałe; od tej " w szpitalach do sterylizacji urządzeń zdolności pary do nasycania wolnej przestrzeni pochodzi jej nazwa) " w branży spożywczej (przetwórstwo mięsa, warzyw, owoców, ryb, w " para nasycona mokra układ dwufazowy składający się z pary nasyconej mleczarniach, w browarach), suchej i kropli wody będących w stanie wrzenia (czyli z pęcherzykami pary) " w przemyśle drzewnym (np. produkcja forniru), " para nasycona sucha para bez kropli wody (x = 1) " przy produkcji materiałów budowlanych (np. naparzanie pod " entalpia parowania (r) (zwana też ciepłem parowania) ilość ciepła jaką ciśnieniem cegieł zamiast wypalania), należy doprowadzić do 1kg wrzącej wody aby doprowadzić ją do stanu pary nasyconej suchej. Wyrażona ona jest w [kJ/kg] " w przemyśle chemicznym (np. przy uszlachetnianiu ropy naftowej), " para przegrzana - otrzymuje się ją dostarczając dodatkowe ciepło do " zbrojeniowym (np. utylizacja pocisków odzyskiwanie materiałów otrzymanej wcześniej pary nasyconej suchej (ma to samo ciśnienie co para wybuchowych) sucha, ale wyższą temperaturę i parametry te nie są w stanie równowagi termodynamicznej) Para wodna (3) Para wodna (4) Uruchamianie kotła Uruchamianie kotła T [K] o T [K] o K (374,15 C; 221,29 bar) o K t [ C] t [ C] Para a) obszar b) obszar pary pary nasyconej Zawór Zawór przegrzanej mokrej Zawór otwarty Zawór odpowietrzający zamknięty zamknięty otwarty p = const o pe 1 bar pe 100 C pe h qw tspe pe 10o o C 10 C t o 1 h 0 C o pe h 0 C t1 Kocioł s [kJ/(kgK)] h s [kJ/(kgK)] pe h t1 Stan początkowy - kocioł wypełniony wodą o temperaturze t1 Podgrzanie wody w kotle do temperatury wrzenia. Para wodna (5) Para wodna (6) Uruchamianie kotła Praca kotła - teoretyczna T [K] K t [oC] T [K] K t [oC] Para nasycona sucha c) a) p; h p Zawór Zawór zamknięty zamknięty tsp p x = 1 tsp p = const pe 100oC h p p p twz hpx q qwp h p tsp=const tsp x = 0 h 0oC p 0oC t (h ) wz wz s [kJ/(kgK)] s [kJ/(kgK)] h x.rp hpx = h + x.rp p p h rp h = h + rp p Woda zasilająca p p Doprowadzenie do wymaganego ciśnienia wody w kotle. 1 Para wodna (7) Para wodna (8) Praca kotła - rzeczywista Praca kotła wytwarzanie pary przegrzanej T [K] T [K] K K o Para t [ C] t [oC] Para przegrzana (sucha) nasycona mokra c) b) p; hpx x = 1 p; tpp (hpp) qpp tpp Przegrzewacz x 1 x = 1 tsp p = const tsp p hpx h p p t wz p; t ( h ) p sp p q twz h q tsp=const p h p tsp=const x = 0 0oC x = 0 twz (h ) wz o twz (hwz) 0 C hpx s [kJ/(kgK)] Woda zasilająca hpx cpm(tpp- tsp) = hpp- h s [kJ/(kgK)] p Woda zasilająca Kotły parowe (1) Najważniejsze części składowe kotła Para wodna (9) " Komora paleniskowa, w której zachodzi proces spalania paliwa. Schemat prostej instalacji parowej " Parownik, w którym woda jest podgrzewana i doprowadzana do stanu wrzenia. W parowniku można wydzielić przestrzeń zajmowaną przez Zawór odpowietrzający wodę i przestrzeń zajmowaną przez parę wodną. Rozgranicza je Osuszacz pary powierzchnia lustra wody, która jest powierzchnią zmiany fazy. W kotłach wodnorurowych parownikiem są rury, w których płynie woda, zaś w kotłach płomienicowo-płomieniówkowych funkcję parownika pełni walczak, który jest podstawowym elementem kotła. " Podgrzewacz wody zasilającej, stanowi integralną część dużych kotłów Odbiorniki pary wodnorurowych. W kotłach płomienicowo-płomieniówkowych Woda podgrzewacz wody zasilającej lub powietrza do spalania (zwany uzupełniająca ekonomizerem), może być albo zintegrowany z kotłem, albo dołączany Odwadniacze na przewodzie spalinowym za kotłem. K ZZ PZ " Przegrzewacz pary, w którym para nasycona wytworzona w parowniku, jest doprowadzana do stanu przegrzania. W kotłach wodnorurowych przegrzewacz wchodzi w skład konstrukcji kotła. Natomiast w kotłach płomienicowo-płomieniówkowych przegrzewacz pary można dołączyć na przykład za drugim ciągiem spalin. Kotły parowe (2) Przestrzeń a) Pobór parowa Podział kotłów pary Przestrzeń " ze względu na materiał wodna stalowe (płomienicowo-płomieniówkowe, Wlot wody Kotły parowe (3) zasilającej wodnorurowe) Kotły żeliwne żeliwne (jednoczęściowe starego typu) Pobór pary Walczak b) żeliwno stalowe (żeliwny kocioł ze stalowym Przestrzeń walczakiem) Przewody parowa wznośne Walczak Przestrzeń " ze względu na ciśnienie robocze wodna niskociśnieniowe (nadciśnienie pary do 100 kPa Przewód Kocioł opadowy włącznie) Naczynie pomocnicze Kocioł Woda (butla parowa) wysokociśnieniowe (nadciśnienie pary powyżej 100 kPa) zasilająca kocioł parowy steam boiler, Dampfkessel, wytwornica pary steam generator, Dampferzeuger Kotły żeliwne: a) klasyczny (starego typu), b) ze stalowym walczakiem 2 Kotły parowe (5) Kotły parowe (4) Kotły żeliwne Kotły żeliwne " wytwarzane wyłącznie jako kotły niskociśnieniowe " kocioł żeliwny znajdujący się pod stalowym walczakiem ma " jednoczęściowe starego typu, były przez długie lata szeroko budowę identyczną, jak kocioł wodny i jest całkowicie wykorzystywane jako kotły opalane paliwami stałymi (praca ciągła) wypełniony wodą " po rozpowszechnieniu paliw płynnych (częste włączenia i wyłączenia " podczas pracy pomiędzy kotłem a walczakiem trwa naturalna palnika, wychładzanie kotła), miały miejsce częste awarie po 2-3 latach cyrkulacja wody eksploatacji, związane z korozją członów na wysokości zwierciadła " w kotle powstaje mieszanina parowo-wodna, która jako lżejsza, wody przewodem wznośnym przepływa do walczaka " przyczyną były zjawiska związane z nadmiernym dopływem powietrza do przestrzeni parowej w czasie przerw w pracy, gwałtownym " schłodzona woda z dolnej części walczaka, wraca do kotła podgrzewaniem wody w kotle, powodującym osadzanie się na przewodem opadowym ściankach kotła soli zawartych w wodzie, dużą zawartością wilgoci w " zaletą rozwiązania jest niski koszt i wykorzystanie kotła wodnego parze wodnej podczas częstych uruchamiań kotła " wady: pod wpływem pary wodnej wytrzymałość żeliwa jest " w celu zapobiegania negatywnym skutkom w/w zjawisk, zastosowano mniejsza; znaczna wysokość układu kocioł+walczak nad kotłami żeliwnymi stalowe walczaki Kotły parowe (7) Kotły parowe (6) Pojemność wodna w kotłach płomienicowo- Kotły stalowe płomienicowo-płomieniówkowe płomieniówkowych " Najczęściej stosowany rodzaj kotłów parowych. " Ma zasadnicze znaczenie dla eksploatacji kotła. " Pracują jako kotły nisko- i wysokociśnieniowe, przy czym najwyższe " Duża pojemność dopuszczalne ciśnienie nie przekracza zwykle 4 MPa (40 bar), a wydajność największych jednostek dochodzi do 50 t/h wytwarzanej " wady: długi czas uruchamiania ze stanu zimnego, duże straty pary. postojowe, dużą ich masę i znaczne rozmiary, " Ustawienie płomienicy i płomieniówek może być różne, w zależności " zalety: duża odpornością na nagłe zmiany poboru pary, małe wahania od typu kotła. poziomu wody w kotle; znaczna akumulacyjność cieplna, większe bezpieczeństwo eksploatacji, mniejsze wymagania co do precyzyjnej " Zwykle wytwarzane jako konstrukcje trójciągowe automatyki, zapewnienie ciągłości dostawy pary, nawet przy znacznym a) b) c) Płomieniówki Płomieniówki Płomieniówki chwilowym wzroście jej poboru (przestrzeń parowa działa jak zasobnik pary) " Mała pojemność " wady: wymagają precyzyjnej kontroli poziomu wody w kotle, większe zaburzenia powierzchni lustra wody podczas uruchamiania palnika Płomienica Płomienica Płomienice " zalety: mniejsze rozmiary i masa, szybciej się je uruchamia, mniejsze a) płomienica położona w osi kotła, b) płomienica położona straty postojowe. niesymetrycznie, c) kocioł z dwiema płomienicami Kotły Kotły parowe (8) Kotły stalowe parowe (9) Kotły stalowe KD (wodny) ED (parowy) Kotły płomienicowo- Kocioł parowy płomienicowo-płomieniówkowy firmy LOOS płomieniówkowy firmy Sefako 3 Kotły parowe (11) Kotły parowe (10) Kotły stalowe wodnorurowe Obieg wody " Przeznaczone do pracy w szerokim zakresie ciśnienia roboczego (do OG Skropliny ponad 16 MPa). z instalacji Para wtórna " Spotyka się jednostki małe, o mocach kilkudziesięciu kW i wielkie bloki z rozprężacza energetyczne o mocach kilkuset MW. Zbiornik zasilający " Podział ze względu na sposób przepływu wody: PZ " kotły walczakowe z obiegiem naturalnym, Rozprężacz Para do Wymiennik odsolin " kotły walczakowe z obiegiem wymuszonym, Woda podgrzewający wodę instalacji Odsoliny zasilająca (np. uzupełniającą) " kotły przepływowe. kocioł " Do kotłów wodnorurowych zalicza się szybkie wytwornice pary, przepływowe kotły wodnorurowe o małych mocach (do kilku MW), K pracującymi przy niższym ciśnieniu (do ok. 3 MPa). SUW " Wytwornice pary charakteryzuje jednak odmienna budowa, inne przeznaczenie i zasady eksploatacji, w porównaniu z pozostałymi Woda uzupełniająca Odmuliny kotłami wodnorurowymi. Woda zimna " Stanowić mogą alternatywę w stosunku do mniejszych kotłów Schładzacz płomienicowo-płomieniówkowych. mieszalnikowy Kotły parowe (12) Kotły parowe (13) Szybkodziałające wytwornice pary Szybkodziałające wytwornice pary Rozdzielacz parowy ZB a) PI P PC max para spaliny Rozdzielacz parowy b) powietrze PI P PC max do spalania Rurki z parą spaliny (zróżnicowany ZB II ciąg rozstaw) spalin Rurki z wodą Rurki z parą para I ciąg spalin Rurki z wodą woda zasilająca woda zasilająca odprowadzenie kondensatu wykroplonego podgrzewanie ze spalin odprowadzenie powietrza do spalania kondensatu wykroplonego ze spalin Wytwornica pary pozioma (LOOS) Wytwornice pary stojące: a) CERTUSS, b) CLAYTON Kotły parowe (14) Kotły parowe (15) Szybkodziałające wytwornice pary Wytwornica pary i kocioł parowy powrót skroplin z instalacji rura oparowa Zbiornik zasilający para do instalacji spaliny woda uzupełniająca Wytwornica woda pary zasilająca Stacja uzdatniania wody Pompa Dozownik zasilająca środków chemicznych Porównanie wielkości urządzeń o podobnej mocy: wytwornica pary i kocioł Schemat obiegu wody z instalacją z wytwornicą pary parowy o dużej pojemności wodnej (firma LOOS) 4 Kotły parowe (16) Zastosowanie szybkodziałających wytwornic pary " Zapotrzebowanie pary jest okresowe, tzn. są długie przerwy pomiędzy kolejnymi poborami pary. W takiej sytuacji niewskazane jest stosowanie kotłów płomienicowo-płomieniówkowych, przeznaczonych do pracy ciągłej (długi czas uruchomienia ze stanu zimnego, wysokie straty postojowe). " Nie ma wysokich wymagań odnośnie jakości pary oraz utrzymania stałego ciśnienia i temperatury pary. " Wymagany strumień pary jest wielkością stałą lub jego zmiany są niewielkie. Dostosowuje się wtedy wielkość wytwornicy do rzeczywistego poboru pary. Praca palnika jest wtedy stabilna (mała liczba włączeń i wyłączeń). Ponadto łatwo jest zsynchronizować pracę palnika i pompy. " Wymagane jest szybkie, impulsowe doprowadzenie pary do odbiornika (np. w ciągu kilku minut). " Jako urządzenie szczytowe w kotłowniach z kotłami parowymi. " Jako rezerwowe zródło ciepła. 5