Jak funguje parní kotel: Jak funguje parní generátor?

Parní kotel (vyvíječ páry) je zařízení určené k výrobě vysokotlaké páry a ohřevu vody. Pracovním médiem většiny parních kotlů je voda. Tepelná energie dodávaná do parního kotle může být elektrická, jaderná, solární, geotermální nebo spalovací teplo. Parní kotle pro domácí použití produkují asi 20 kg páry za hodinu při tlacích řádově atmosférických, zatímco kotle ve velkých elektrárnách produkují až 4500 tun páry za hodinu při tlacích do 28 Pa. Takové tlaky jsou považovány za nadkritické, protože překračují kritický tlak vody (22,1 MPa), při kterém se voda mění na páru. Součástí těchto kotlů je spalovací komora, kde se spaluje palivo, jehož plynné produkty spalování stoupají ze spalovací zóny a omývají potrubí generující páru (kotle) ​​umístěné v cestě plynu. Dále se tyto plyny ochladí a teplo, které vydávají, je absorbováno vodou, která se zahřívá a odpařuje. Přirozená cirkulace je výsledkem procesu odpařování.

Existují dva hlavní typy parních kotlů:

1. plynové potrubí;
2. vodní trubice

Všechny kotle (dýmovnice, dýmovnice a požární trubice), ve kterých plyny o vysoké teplotě procházejí vnitřkem dýmovnic a uvolňují teplo do vody obklopující trubky, se nazývají plynové.

U vodotrubných kotlů naopak ohřátá voda prochází potrubím omývaným spalinami, které se nachází venku. Vodotrubné kotle jsou obvykle připevněny k rámu budovy nebo kotle, zatímco plynové kotle jsou uloženy na bočních stěnách topeniště.

Plynové trubkové kotle

Parní kotel jako parní generátor oddělený od topeniště zmiňovali ve svých dílech vědci 1601. století jako Ital G. della Porta v roce 1615, Francouz S. de Caux v roce 1663 a Angličan E. S. Worcester v roce 1680 , nicméně nejúspěšnější návrh vhodný pro praktické použití vytvořil francouzský fyzik A. Papin v roce 0,4. Tento kotel s pojistným ventilem, nazývaný „Papinův kotel“, znamenal začátek používání kotlů v hutním a těžebním průmyslu. Původní design kotle připomínal varnou nádobu. Materiálem pro výrobu kotle byla měď nebo litina. „Předchůdcem“ moderní konstrukce kotle je válcový kotel, který se používal až do 1. poloviny 10. století. Jeho parní výkon byl nízký: 2 t/h při tlaku páry 30 MPa (25 kgf/cm2), účinnost nepřesahovala 60 % a topná plocha byla 1,5 m1,8. Kotle se dále vyvíjely dvěma směry: zvýšením počtu průtoků vody a páry (vodotrubkové kotle) ​​a zvýšením průtoků plynu (plynové trubkové kotle). Důsledkem zvětšení výhřevné plochy bylo zvýšení parního výkonu kotle s mírným nárůstem hmoty a také zvýšení účinnosti. Plynové parní kotle se od válcových lišily vysokou účinností kolem 2 % a relativně malými rozměry. Výroba páry u těchto kotlů byla omezena jejich rozměry a tlak páry vzhledem ke konstrukčním vlastnostem nepřesahoval XNUMX-XNUMX Mn/mXNUMX. To vedlo k tomu, že plynové kotle se používají pouze v určitých vozidlech: parní lokomotivy a parníky. V XNUMX.-XNUMX. století byly plynové trubkové kotle široce používány kvůli jejich snadné údržbě a také schopnosti pracovat pod tlakem (při tlaku nad atmosférickým v cestě plynu). Nejznámějším plynovým kotlem pro domácnost je samovar.

Použití kotlů v moderní tepelné energetice je omezeno na tepelný výkon cca 360 kW a provozní tlak cca 1 MPa. Je to dáno tím, že při navrhování vysokotlakých nádob jako je plynový kotel je tloušťka stěny dána zadanými hodnotami průměru, provozní teploty a tlaku.
Je nutné vzít v úvahu bezpečnostní požadavky, protože v případě výbuchu parního kotle se okamžitě uvolňuje velké množství páry, což může vést k nehodě. Při současném tempu technologického rozvoje a požadavků na bezpečnost lze plynové trubkové kotle považovat za zastaralé, ale mnoho takových kotlů s tepelným výkonem do 700 kW stále slouží obytným budovám a průmyslovým podnikům (obr. 1).

Existují dva typy plynových trubkových kotlů: plamencové parní kotle a kouřové parní kotle. V žáruvzdorných parních kotlích hoří palivo ve speciálních spalovacích trubkách obklopených ohřátou vodou a v kouřových parních kotlích hoří palivo v topeništi a produkty jeho spalování se pohybují potrubím. Moderní plynové trubkové parní kotle je však obtížné jednoznačně rozdělit na žárovzdorné a kouřovotrubkové, protože konstrukce parních kotlů může zahrnovat různé systémy pro „dopalování“ paliva a spalovací trakt je jeden celek. k výfukovému potrubí, kterým jsou odváděny výfukové plyny.

Vodní trubkové kotle

Konstrukce vodotrubných parních kotlů je mnohem složitější než kotlů plynových. Vodotrubné kotle mají oproti plynovým kotlům řadu výhod: rychlý ohřev; bezpečnost provozu a prevence nehod; možnost nastavení v souladu se změnami zatížení; snadnost přepravy; schopnost snadno přeskupit konstrukční řešení a umožnit výrazné přetížení. Nevýhodou vodotrubného kotle je velké množství součástí a sestav v provedení, jejichž spoje musí zamezit netěsnostem při vysokém tlaku a teplotě. Navíc při opravách je přístup ke kotlovým jednotkám obtížný kvůli jeho provozu pod tlakem.
Vodotrubný kotel se skládá ze svazků trubek spojených s bubnem o malém průměru. Celý systém je instalován nad spalovací komorou a je uzavřen ve vnějším plášti.

Vodicí přepážky umožňují, aby spaliny opakovaně procházely svazky trubek, což má za následek vyšší přenos tepla. Bubny různých konstrukcí slouží jako zásobníky páry a vody, minimální průměr bubnu je zvolen tak, aby se předešlo potížím typickým pro plynové kotle.

Rozlišují se následující typy vodních trubkových kotlů:

• vertikální s jedním nebo více parními bubny;
• horizontální s příčným nebo podélným bubnem;
• záření;
• vertikální s bubnem vertikálního nebo příčného typu.

Topeniště vodotrubných kotlů jsou vybaveny sálavými clonami, které napomáhají ke zvýšení uvolňování tepla v topeništi při nízkém tepelném zatížení, čímž se zkracují nároky na údržbu a zvyšují se navíc požadavky na tepelnou izolaci stěn; výrazně snížena. Clony jsou vyrobeny ve formě častých trubek, kterými protéká kotlová voda; Vzniklá pára je vypouštěna do parního bubnu. Instalace takových clon obvykle chrání (částečně nebo úplně) stěny instalace kotle. Trubky mohou být s distanční vložkou, hladké, žebrované, s ohnivzdorným nátěrem nebo nopové.

Horizontální vodní trubkový kotel

Hlavním rozdílem mezi tímto typem a ostatními je přítomnost kolektorů připevněných k namontovaným bubnům, které jsou umístěny buď podél spalovací komory, jak je znázorněno na obr. 2 (podélný buben), nebo napříč (příčný buben).

Vertikální vodní trubkový kotel

Vertikální parní kotel je vybaven dvěma nebo více bubny instalovanými v různých výškách, přičemž vodní plocha je umístěna v nejvyšším z nich (obr. 3). Trubka je připojena přímo k bubnu. V blízkosti bodu připojení tvoří ohyb, čímž se získá řada svazků. Proud plynů ohřívaných přepážkami je směrován přes potrubí. Tato konstrukce umožňuje snadnou změnu geometrie topné plochy.

Radiační kotle

Radiační parní kotle jsou vybaveny:

a) systém svislých trubek připojených přímo k hlavním bubnům;

b) široké sběrné trubky (úzké bubny) probíhající vodorovně ve spodní a horní části stěny pece.

Ve variantě „b“ jsou kolektory vzájemně propojeny pomocí tenkých, častých vertikálních trubek, které tvoří stěnové zástěny. Vlivem sálavého tepla ze spalovací zóny se voda v potrubí odpařuje a vzniklá horká pára stoupá mezi kolektory připojené k hlavním bubnům a způsobuje cirkulaci. Stejné schéma se používá u stropních a podlahových zástěn. Neexistuje žádná izolace potrubí, pouze v oblastech s vysokou teplotou jsou opatřeny litinové ochranné panely nebo ohnivzdorný nátěr. V některých případech hraje důležitou roli odpařování v obrazovkách a konvenční konvekční teplosměnné povrchy vodních trubek pomáhají chránit hlavní buben před radiačním přehříváním.

Průtočné parní kotle

Průtočné parní kotle mohou pracovat v nadkritickém a podkritickém režimu. Napájecí voda je přiváděna do potrubí pomocí čerpadla, kde při jednom průchodu nasbírá dostatek tepla, aby ho přeměnila na vysokotlakou páru.
K výměně tepla dochází v mnoha paralelně zapojených panelech sít obklopujících spalovací komoru. Průtočné kotle se používají především ve velkých elektrárnách na fosilní paliva. Snadno se spouštějí a snadno se mění z režimu do režimu díky široké škále provozních podmínek.

Parní kotle se liší podle typu spotřebovaného paliva:

• Parní kotle na tuhá paliva;
• Plynové parní kotle;
• Parní kotle na kapalná paliva.

Jako nosič energie je pára široce používána v různých průmyslových odvětvích a dalších oblastech činnosti.

Využití páry při výrobě potravin:

• V cukrářském průmyslu – pro vaření různých cukrářských hmot ohřívaných ve fermentorech pomocí přiváděné páry;
• V mlékárenském průmyslu se mléko sterilizuje pomocí páry; použití páry je povoleno pro sterilizaci nealkoholických nápojů a džusů, jakož i pro sterilizaci vnitřních stěn potrubí potravinářského zařízení během sanitace;
• Pára se používá v pekařském průmyslu k přidání lesku jehněčím výrobkům a ke kynutí těsta;
• V zemědělství se pára používá při výrobě granulovaného krmiva a také k napařování krmiva v krmných parních strojích;
• V masozpracujícím průmyslu se pára používá k rozmrazování jatečně upravených těl masa nebo k vaření klobás ve speciálních komorách.

Využití páry při výrobě stavebních materiálů a stavebnictví:

• Ve stavebnictví se pára používá k čištění výztuže a plošin od sněhu a ledu před litím betonu a k ohřevu lité betonové hmoty za chladného počasí;
• V železobetonových závodech na napařování železobetonových výrobků ve speciálních komorách;
• Zahřívání inertních materiálů (drť, písek) při výrobě transportbetonu, při výrobě pěnového polystyrenu. V technologických operacích dodatečného vypěňování, vypěňování a slinování;
• V dřevozpracujícím průmyslu se pára používá k sušení řeziva, včetně cenných dřevin, jako je buk, dub atd.

Pára se používá také v dalších odvětvích:

• V lékařství se provádí parní sterilizace lékařských nástrojů a ochranných oděvů;
• Ve veřejných službách se parní generátory používají ve veřejných prádelnách, lázních a čistírnách. Jeden parní kotel může dodávat horkou vodu a termální páru do více budov současně;
• V kosmetickém, farmaceutickém a chemickém průmyslu.

Pára je díky svému rozšíření jednou z nejznámějších chladicích kapalin a jako každá chladicí kapalina má své výhody i nevýhody.

Nespornými výhodami použití páry jsou její vysoká tepelná vodivost, použití vody, nízké náklady na přenos tepla a také široká obliba této technologie. Existují však také nevýhody: pravidelné odstávky zařízení kvůli kontrole, ztráty při čištění a kondenzaci, vysoká cena chemických činidel, korozivní prostředí.