ZAKRES EGZAMINU DYPLOMOWEGO

dla kierunku studiów

ENERGETYKA

studia I stopnia inżynierskie

specjalność energetyka cieplna i jądrowa

2. Zagadnienia konstrukcyjno-technologiczne

(zakres Mechaniki Płynów)

1. Kotły rusztowe (wodne i parowe) w energetyce komunalnej i przemysłowej

Producenci kotłów przyjęli następujące oznaczenia kotłów parowych i wodnych:

O – kocioł parowy z ekranowaną opromieniowaną komorą paleniskową, z obiegiem naturalnym

OR – z paleniskiem rusztowym

OP – pyłowy opalany węglem kamiennym

OB – pyłowy opalany węglem brunatnym

OO – opalany olejem

OG – opalany gazem

OFz – z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym

AP – kocioł z ekranowaną komorą paleniskową z obiegiem wymuszonym, pyłowy, opalany węglem kamiennym

B - kocioł przepływowy

BP – pyłowy opalany węglem kamiennym

BB – pyłowy opalany węglem brunatnym

Kotły przewidziane dla dwóch rodzajów paliw mogą mieć oznaczenia 3 literowe np:

OPG – pyłowo – gazowy,

OPO – pyłowo – olejowy,

Dla kotłów spalających inne rodzaje paliw przyjęto oznaczenia:

CU – kocioł spalający siarkę,

ŁS kocioł spalający ługi.

W – kocioł wodny,

WR – z paleniskiem rusztowym,

WP – z paleniskiem pyłowym,

WO – opalany olejem,

WG – opalany gazem.

Kotły dwupaliwowe wodne mają oznaczenia 3 literowe np.: WPG - kocioł wodny pyłowo – gazowy.

Kotłownie większości zakładów przemysłowych, ciepłowni miejskich i lokalnych są z reguły wyposażone w kotły parowe lub wodne rusztowe opalane węglem kamiennym o wartości opałowej 19000 – 25000 kJ/kg. Typowe kotły parowe stosowane w kraju to kotły OR, OKR, OSR, kotły Babcocka Steimulera i inne na parę nasyconą lub przegrzaną o wydajności do 64 Mg/h (2, 2.5, 5, 10, 16, 20, 25, 32, 50, 64 Mg/h). Kotły wodne to typoszereg WR 1.25, WR 2.5, WR 5, WR 10, WR 25, WR 46 o mocy cieplnej do 55 MW. Kotły te są wyposażone w tradycyjne palenisko warstwowe z mechanicznym rusztem łuskowym.

kotły typu WR:

Kotły typu WR to kotły Wodne Rusztowe. Kotły te opalane są miałem węgla kamiennego i są przeznaczone do wytwarzania gorącej wody dla celów grzewczych. Kocioł WR jest dwuciągowym kotłem. Spaliny płynące z komory paleniskowej zmieniają pod stropem kierunek i płyną ku dołowi; w tylnej ścianie znajduje się stalowy czopuch. W komorze paleniskowej paliwo zalega na ruszcie w postaci warstwy, a proces spalania zachodzi na całej długości rusztu.

Od miejsca zsypu węgla na ruszt w kierunku posuwu rusztu następują kolejno procesy:

• nagrzewanie i suszenie

• odgazowanie

• zapłon

• spalanie i wypalanie się koksu

Procesy te zależą od rodzaju paliwa, a zwłaszcza od zawartości części lotnych w węglu, co decyduje o podziale powietrza do poszczególnych stref. Wadą kotła z paleniskiem rusztowym jest trudność utrzymania optymalnego współczynnika nadmiaru powietrza w obszarze małych obciążeń.

Podstawowym sortymentem węgla do tych kotłów jest miał wg PN-82/G-97001 (sortymenty miał I i miał II o uziarnieniu poniżej 10 mm).

Powierzchnia ogrzewalna podzielona jest funkcjonalnie na dwie części :

• konwekcyjną w drugim kanale spalinowym i w kolanie poza komory paleniskową

• część w której ciepło jest przekazywane przez promieniowanie to jest komora paleniskowa, którą stanowią ekrany w kształcie meandra oraz grodzie, które osłania ceramiczne obmurze

Ruszt zastosowany w tym kotle to RTWC 2560. Jest to ruszt taśmowy z pokładem ciężkim przeznaczony do spalania miału węgla kamiennego systemem warstwowym. Paliwo podawane jest na pokład grawitacyjnie poprzez kosz węglowy z warstwownicą. Grubość warstwy paliwa jest ustalana przez położenie warstwownicy. Skrzynia rusztu podzielona jest na szczelne strefy, do których powietrze podawane jest przez jeden wentylator nadmuchowy, natomiast wylot powietrza jest regulowany indywidualnie dla każdej ze stref. Oba wały łożyskowane są na grafitowych łożyskach ślizgowych.

Ruszt typu RTWC

Dane techniczne rusztu:

- wymiary:

Szerokość użyteczna B_u = 2 500 mm

Długość użyteczna L_u = 6 000 mm

- maksymalne obciążenie cieplne 1 280 kW/m²

- prędkość posuwu taśmy:

Minimalna 6, 08 • 10⁻⁴ m/s

Maksymalna 6, 08 • 10⁻³ m/s

- maksymalna grubość warstwy paliwa 0, 15              m

- zakres nadciśnienia w skrzyni pow. 400  ÷ 980 Pa

Dane paliwa:

- wartość opałowa 15 500 ÷  28 500 kJ/kg

- zawartość popiołu         15  ÷ 18             %

- zawartość wilgoci         12  ÷ 15             %

Niezwykle ważne dla bezawaryjnej pracy rusztu są: zawartość popiołu w paliwie oraz strumień powietrza podawany przez skrzynię powietrzną. Powietrze oprócz tego, że jest niezbędne dla procesu spalania, służy także do chłodzenia rusztu. W początkowej części rusztu paliwo, później zaś w coraz większej ilości niespalona substancja mineralna (szlaka) stanowi dla rusztu naturalną ochronę przed promieniowaniem cieplnym z komory spalania. Zbyt wysokie obciążenie kotła, zbyt niski strumień objętości podawanego powietrza, oraz zbyt mała warstwa paliwa mogą doprowadzić do przepalenia rusztu!

Część ciśnieniową stanowią rury o średnicy 31,8 x 2,9 w gatunku K10I. Rury te stanowiące system powierzchni ogrzewalnej wypełnia woda, podczas gdy spaliny omywają je od zewnątrz. Powierzchnię ogrzewalną kotła tworzy wężownica wykonana z całego szeregu równolegle pracujących rur. Rury te połączone są z kolektorami - zasilającym i zbiorczym oraz pośrednimi. Kolektory te znajdują się poza kanałem spalinowym i komorą paleniskową dla ochrony połączeń przed wpływem wysokich temperatur . Wężownice umieszczone są w pionowym kanale spalinowym, a ich dolne części przebiegają wzdłuż ściany komory paleniskowej , tworząc tzw. ekran. Kolektor zasilający znajduje się na tylnej ścianie kotła . Część konwekcyjną stanowią wężownice pierwszego i drugiego ciągu.

Kotły wyposażone są w urządzenia, które pozwalają regulować ich pracę w zakresie 30 ÷ 100% wartości mocy znamionowej z możliwością chwilowego przeciążenia do 110%. Regulacja wydajności kotła po stronie czynnika ogrzewanego można regulować ilością przepływającej wody w granicach 15% nominalnego natężenia przepływu przy stałej różnicy temperatur ∆ t = 80°C, poprzez regulację zmieszania zimnego i gorącego (patrz punkt 1.2.7)

Regulacja wydajności kotła po stronie spalin odbywa się poprzez zmianę następujących parametrów:

- grubość warstwy paliwa na ruszcie

- prędkość posuwu rusztu,

- ilość powietrza podmuchowego

- wydajność wentylatora wyciągowego (zbyt duża wydajność w stosunku do wydajności powietrza nadmuchowego powoduje, że do komory spalania dostaje się powietrze poprzez nieszczelności w obmurzu co przy zbyt dużej ilości tego powietrza może sprzyjać korozji pow. ogrzewalnej kotła).

Dla zabezpieczenia kanałów spalin przed roszeniem na wylocie należy utrzymać minimalną temperaturę spalin nie niższą niż 130°C. Uzyskuje się to za pomocą układu zmieszania gorącej wody zasilającej kocioł.

Kocioł zasilany jest z kolektora przy tylnej ścianie na poziomie 9300, zaś odpływ podgrzanej wody odbywa się z kolektora umieszczonego na stropie na poziomie 8500 .

Zależność temperatury wody zasilającej od obciążenia

Obciążenie [%]	30	40	50	60	70	80	90	100
Temp. wody wylotowej [°C]	135	140	145	150	150	150	150	150
Temp. wody zasilającej [°C]	111	108	105	102	94	86	78	70

1. Ruszt

2. Wentylator nadmuchowy (powietrze do spalania)

3. Skrzynia powietrzna

4. Odżużlanie

5. Komora paleniskowa

6. Czopuch

7. Obmurze

8. Strefy nadmuchu

9 Kosz węglowy

kotły typu ERm:

Kotły typu ERm opalane miałem węgla kamiennego, są kotłami parowymi. Są to kotły płomienicowo - płomieniówkowe (tzw. ogniorurowe), których pierwszy ciąg stanowi płomienica, a drugi i trzeci ciąg stanowią płomieniówki.

Płomienice różnią się od płomieniówek średnicą (średnice płomienic są większe niż w przypadku płomieniówek) i możliwością wsunięcia w nie elementów (rur) przegrzewacza.

Leżący układ konstrukcyjny jest jednoznaczny z poziomym przepływem spalin, których pierwszy nawrót ma miejsce w tylnej komorze nawrotnej między płomienicą a pierwszym ciągiem płomieniówek, a drugi nawrót w przedniej komorze nawrotnej, zbudowanej na przednim dnie kotła między I i II ciągiem płomieniówek.

Kotły są wyposażone w kompletną instalację paleniskową obejmującą kosz oraz ruszt mechaniczny z trwałymi rusztowinami. Ruszt jest łożyskowany grafitowymi łożyskami ślizgowymi. Do regulacji procesu spalania węgla na ruszcie służy warstwownica jak również napęd z możliwością regulacji posuwu taśmy rusztowej oraz układ strefowy rozdziału powietrza, zabudowany pod pokładem rusztowym. Pośrednio w zakres instalacji paleniskowej wchodzi również instalacja powietrza podmuchowego wraz z wentylatorem podmuchowym.

Temperatura wody zasilającej powinna wynosić 105°C. Taki poziom minimalnej temperatury pozwala odgazować wodę. Woda jest odgazowywana w odgazowywaczu. Woda jest podgrzewana do wymaganej temperatury w wymienniku para-woda (JAD), do którego doprowadzana jest część pary ze zbiorczego kolektora pary.

Opory hydrauliczne na dopływie do kotła wynoszą od 0,1 do 0,25 bar. Opory przepływu spalin wynoszą od 550 do 700 Pa. Opory są zależne od strumienia objętości odpowiednio dopływającej wody i odpływających spalin. W komorze spalania panuje podciśnienie wielkości ok. 130 Pa.

Podstawowe parametry kotłów ERm

Powierzchnia ogrzewalna (płomienice + płomieniówki) 303,3 m²

Pojemność całkowita 26,87 m³

budowa kotła ERm

kotły typu OR:

1. Kotły parowe dużej wydajności - podział kotłów ze względu na konstrukcję komory paleniskowej i parametry pracy

podział ze względu na OBIEG WODY:

-1- pompa wody zasilającej; 2- podgrzewacz wody; 3- walczak; 4 - rury opadowe; 5 - rury wznoszące; 6 - przegrzewacz pary; 7 - pompa wspomagająca; 8 - pompa przewałowa; 9 - wodooddzielacz; 10 - mieszalnik

1. kocioł walczakowy z obiegiem naturalnym

2. kocioł walczakowy z obiegiem wspomaganym

3. kocioł walczakowy z obiegiem wymuszonym (La Monta)

4. kocioł przepływowy (Bensona)

5. kocioł przepływowy z wodooddzielaczem (Ramzina)

6. kocioł z obiegiem kombinowanym (Sulzera)

podział ze względu na PARAMETRY PARY:

• ultra nadkrytyczne ( p  ∼  28 MPa ;   t  ∼  700 ÷ 760  )

• nadkrytyczne ( p  ≥  22, 115 MPa ;   t  ≥ 374, 12  )

• podkrytyczne ( typowe p  ∼  13 ÷ 13, 5  MPa ;   t  ∼  535 ÷ 540  )

podział ze względu na RODZAJ PALENISKA:

• Rusztowe (warstwowe)

• Pyłowe

• Fluidalne

1. Turbiny parowe i turbiny gazowe – rodzaje i konstrukcje turbin, zasada działania, sprawność stopnia

• Turbiny parowe

• Turbiny gazowe

gdzie χ jest wykładnikiem politropy.

Przyjmuje się χ = 1,4.