Parní kotel v topném systému. Zařízení. Princip činnosti

Parní kotle se dnes používají všude k vytápění. Tato zařízení jsou široce používána jak v průmyslu, tak v každodenním životě. Hlavní funkcí parního kotle je přeměna vody na páru. Horká pára se používá k vytápění různých typů prostor a pára také pohání parní stroje.

Co je to za zařízení?

Parní kotel může vyrábět dva druhy páry:

• pára nasycená vodou;
• suchá pára, která se také nazývá „přehřátá“.

První typ vodní páry je určen pro použití v systémech s pracovním tlakem nepřesahujícím 100 kilopascalů. Nasycená pára se ohřívá na teplotu nepřesahující 100 stupňů Celsia.

Druhý typ páry v parním kotli je navržen pro provoz v systémech se zvýšeným tlakem – více než 26 megapascalů. Suchá pára má vyšší teplotu a tato teplota někdy přesahuje 500 stupňů Celsia.

Nasycená pára se používá hlavně v topných systémech, kde potrubí není dimenzováno na vysoký tlak. Suchá pára se používá v elektrárnách. Výkonná zařízení, která otáčejí elektrickými generátory, pracují s pomocí přehřáté páry. V některých typech vozidel je přehřátá pára hlavní tažnou silou.

Kde se uplatňují

Parní kotle se stále hojně používají k vytápění domů a průmyslových prostor. Tato zařízení vyrábějí páru ohřevem vody a tato pára poté cirkuluje v topném systému. Domácí parní kotle vyrábějí páru nasycenou vodou a tyto kotle se často používají v soukromých domech.

V průmyslu se používají speciální parní jednotky, které postupně ohřívají nasycenou páru a přivádějí ji na teplotu 500 stupňů. Průmyslové parní kotle jsou vyrobeny robustněji, protože pracují s vysokým tlakem a teplotami. Průmyslové parní kotle se také liší velikostí. Rozměry průmyslového kotle závisí na rozsahu úkolů, které toto zařízení plní. Ve většině případů se k výrobě elektřiny používají průmyslové parogenerátory. Existuje několik typů průmyslových parních jednotek, které jsou kombinovány do jedné jednotky s elektrickým generátorem. Takovými zařízeními jsou vybaveny malé elektrárny.

Parní kotle takové elektrárny fungují na principu ohřevu vody do varu a poté se ve speciálním zařízení výsledná pára přivede do přehřátého stavu a pod vysokým tlakem se přivádí do parní turbíny. Hřídel parní turbíny je spojen s rotorem elektrického generátoru, který otáčením z parní turbíny vyrábí proud.

Průmyslové parní kotle byly také hojně používány v dopravě – parní lokomotivy, traktory, automobily. Dnes se s parními vozidly setkáme pouze na železnici, kde se používají pro nákladní dopravu a také pro posunovací operace. Průmyslové parní kotle jsou také dobré v tom, že mohou pracovat s téměř jakýmkoli druhem paliva. Existují některé typy průmyslových parních kotlů, které jsou navrženy pro specifický druh paliva. Také parní kotle pro domácí použití mohou být buď vícepalivové, nebo orientované na specifický druh paliva.

Princip činnosti parního kotle

Parní kotel je všestranné zařízení, protože může pracovat i na solární nebo geotermální energii. Moderní parní kotle používají jako palivo zemní plyn, ale existují i kotle na tuhá paliva. Všechny parní kotle fungují přibližně stejně, kdy se obyčejná voda mění na nasycenou nebo přehřátou páru. Toto schéma provozu se skládá z několika fází:

1. Čištění vody pomocí filtračních prvků.
2. Dodávka vyčištěné vody do pracovní nádrže. Dodávka může být provedena buď samospádem, nebo pomocí čerpadla. Dnes se používají hlavně elektrická čerpadla.
3. Přívod vody z pracovní nádrže do kolektoru. Přívod je zajištěn samospádem.
4. Zvedání vody z kolektoru do topné zóny.
5. Výsledná pára je přiváděna do separátoru, kde dochází k oddělení vlhkosti. Zbývající voda proudí speciálním potrubím do zásobníku.
6. Dodávka páry do parního potrubí.

V průmyslovém parním kotli je tento diagram doplněn o další dva body:

1. Dodávka páry do zóny opětovného ohřevu;
2. Dodávka páry do pracovního potrubí.

Konstrukce parního kotle

Parní kotel jakéhokoli typu je určitá nádoba a tato nádoba je naplněna vodou. Voda v parním kotli se ohřívá do plynného stavu, odpařuje se – přechází z kapalného do plynného stavu. Pracovní objem parního kotle je často tvořen trubkou o velkém průměru. Všechny parní kotle jsou vybaveny speciální komorou, kde se spalují různé druhy paliva. Struktura spalovací komory přímo závisí na druhu paliva, které bude v kotli použito. U parních jednotek na tuhá paliva musí být instalován speciální rošt, kterým bude popel padat do popelníku. Rošt slouží k přívodu vzduchu do topeniště kotle. Produkty spalování jsou odváděny komínem. Komín musí být namontován v nejvyšším bodě spalovací komory.

Pokud parní jednotka používá jako palivo různé druhy zemního plynu, instaluje se do topeniště kotle speciální tryska. Tryska se používá i při použití topného oleje jako paliva. Při použití trysky je také nutné přivádět vzduch přes rošt, což zajistí dostatečný tah v topeniště. Topeniště má poměrně vysokou provozní teplotu, ale zapálení kotle a vytvoření tlaku nějakou dobu trvá. Teplo generované v komoře topeniště přivádí vodu v pracovní nádrži k varu a výsledná pára poté vstupuje do potrubí parního agregátu.

Typy parních instalací

Parní zařízení mohou být jednopalivová nebo vícepalivová. Podle druhu paliva se parní kotle klasifikují jako:

• parní elektrárny na uhlí;
• parní elektrárny na olej;
• parní elektrárny na plyn;
• parní elektrárny poháněné elektřinou.

Parní kotle lze také rozdělit podle oblastí použití. Tento seznam zahrnuje:

• průmyslové parní elektrárny;
• parní elektrárny určené k výrobě elektřiny;
• parní zařízení, která se používají v každodenním životě.

Existují také zařízení na recyklaci páry.

Parní instalace mají také konstrukční rozdíly a lze je rozdělit na dva typy:

• parní elektrárny s vodními trubkami;
• plynotrubné parní jednotky.

V plynotrubných kotlích se voda ohřívá horkými plyny, které vznikají při spalování jakéhokoli druhu paliva. Tyto plyny ohřívají potrubí, které obsahuje vodu. Voda do tohoto potrubí vstupuje ze zásobníku.

Vodotrubná parní elektrárna pracuje na trochu jiném principu. V těchto kotlích se naopak ohřátý plyn pohybuje uvnitř speciálního potrubí, které je umístěno v nádobě s vodou. Vodotrubné parní kotle se dělí na několik typů:

• vertikální vodotrubné kotle;
• horizontální vodotrubné kotle;
• radiální vodotrubné kotle.

Všechny typy vodotrubných kotlů se liší pouze vnitřním uspořádáním potrubí.

Který parní kotel je lepší?

Plynové parní kotle mají větší průměr trubek, což jim umožňuje pracovat s tlakem nejvýše 1 MPa. Kotle tohoto typu jsou také schopny generovat tepelnou energii nejvýše 360 kW. Slabou stránkou tohoto zařízení je velká velikost potrubí, což může vést ke zvýšené tvorbě páry. Zvýšená tvorba páry přispívá ke zvýšení tlaku. Vysoký tlak lze použít pouze v silnostěnných potrubích, což výrazně zvyšuje náklady na parní kotel.

Vodotrubné parní kotle mají vyšší kapacitu než plynotrubné kotle. Vodotrubné kotle používají potrubí s malým průměrem, což umožňuje vyvinout uvnitř takového kotle vysoký tlak. Vodotrubné parní kotle jsou také schopny pracovat při velmi vysokých teplotách, které jsou pro plynotrubné kotle nepřístupné.

Prvky, které zvyšují účinnost parního kotle

Moderní parní kotel je vybaven nejen potrubím a topeništěm, ale také pomocnými jednotkami. Tyto přídavné prvky nejen pomáhají zvýšit teplotu páry v jednotce, ale mohou také zvýšit pracovní tlak a pomoci produkovat intenzivnější páru. Seznam takových užitečných prvků parní jednotky zahrnuje:

1. Odlučovač, který odděluje páru od vlhkosti. Toto zařízení několikanásobně zvyšuje účinnost parního kotle.
2. Přehřívač, pomocí kterého se teplota páry ohřívá nad 100 stupňů Celsia. Tento prvek také výrazně zvyšuje účinnost parního kotle, protože je schopen ohřívat suchou páru na 500 stupňů. Takovými pomocnými zařízeními jsou vybaveny parní instalace, které se používají v jaderných elektrárnách.
3. Parní akumulátor, který je schopen akumulovat páru a v případě potřeby ji uvolňovat zpět do pracovního potrubí.
4. Přípravné zařízení, pomocí kterého se přebytečný kyslík vytěsňuje z běžné vody. Toto zařízení několikanásobně zvyšuje životnost parního zařízení, protože nízká koncentrace kyslíku v chladicí kapalině zabraňuje vzniku koroze a usazování vodního kamene.

Moderní parní instalace používají také další prvky, které odstraňují kondenzát, regulují spotřebu paliva a vody a řídí kotel a monitorují všechny jeho parametry.

Parní generátor

Toto zařízení je výkonná parní jednotka, která se používá hlavně v jaderné energetice. Parogenerátor je vybaven přídavnými jednotkami, které výrazně zvyšují výkon tohoto zařízení. Toho je dosaženo pomocí mezilehlých ohřívačů, které ohřívají páru na několik set stupňů. Výkon parogenerátorů je několik desítekkrát větší než výkon běžného parního kotle.

Závěr

Parní kotle a parní generátory se dnes používají nejen k vytápění domů, ale také k výrobě elektřiny. Parní kotle nám zpříjemňují a zesvětlují život. Právě parní kotle se staly zakladateli průmyslové revoluce, jejíž výsledky využíváme dodnes.