Parni Kotlovi Predavanje 1

1

PARNI KOTLOVI

dr Branislav Stojanovićmr Dejan Mitrović

2

PARNI KOTLOVI

fond časova 3 + 3 grafički zadatak 4 kolokvijum 4 domaći zadatak

3

PARNI KOTLOVI Đurić «Parni kotlovi» Građevinska knjiga

Beograd, 1969. Gulić, Brkić, Perunović: «Parni kotlovi»

Mašinski fakultet, Beograd 1988 Brkić, Živanović: «Termički proračun parnih

kotlova», Mašinski fakultet, Beograd 1981 (4to izdanje iz 2006.)

Brkić, Živanović, Tucaković: «Parni kotlovi» Mašinski fakultet, Beograd (treće izdanje 2007.)

4

1. UVOD Parni kotao (generator pare) je uređaj u

kome se dobija para pritiska većeg od atmosferskog korišćenjem:

hemijske energije fosilnih goriva nuklearne energije ( Prirodni izotop U235,

veštački U233, Pu239) električne energije otpadne toplote industrijsko-tehnoloških

procesa

5

Gorivo Najčešće se koriste fosilna goriva

(čvrsta, tečna i gasovita) Gorivo i kiseonik iz vazduha

stupaju u hemijsku reakciju oslobađa se velika količina toplote toplota se preko sistema grejnih površina

predaje prijemniku toplote (radnom fluidu)

6

Radni fluid Radni fluid je najčešće voda koja se u kotlu:

zagreva isparava pregreva

To znači da kao finalni produkt imamo na izlazu iz kotla: suvozasićenu vodenu paru pregrejanu paru

7

Definicija parnog kotla Parni kotao predstavlja otvoreni

termodinamički sistem kroz čije se kontrolne granice (zamišljene površine koje odvajaju kotao od okolne sredine) u kotao:

dovode gorivo, vazduh i napojna voda odvode produkti sagorevanja i vodena para

8

Definicija parnog kotla

9

Definicija parnog kotla Sa termodinamičke tačke gledišta

kotao je razmenjivač toplote sa raznovrsnim grejnim površinama kod kojih je nosilac toplote produkti sagorevanja, prijemnici toplote su topla voda, vrela

voda, suvozasićena para, pregrejana para i vazduh.

10

Primena vodene pareProizvedena para u parnom kotlu

ima široko polje primene i to kao: radni fluid za dobijanje električne

energije kombinovanu prizvodnju električne i

toplotne energije kao tehnološka para nosilac toplote kod grejanja sanitarne potrebe i dr.

11

Parni kotaoParni kotao je osnovni uređaj u:

energetskim, industrijskim toplotnimpostrojenjima, gde se sagorevanjem fosilnih

goriva dobija para određenih parametara: - pritisak - temperatura.

12

Istorijat Naziv parni kotao se koristi za ove

uređaje još od kraja 18. veka (cilindričan sud odozdo grejan)

Prvi parni kotao: p=0.5-0.6 Mpa, produkcija nekoliko stotina kg/h

Dalji razvoj kotlova išao je ka povećanju jediničnog kapaciteta i povišenju parametara pare.

13

Horizontalni cilindrični kotao

14

Razvoj kotlovaZa razvoj kotlovske tehnike veliki doprinos su dala naučna dostignuća:

u oblasti prenosa toplote mehanike fluida čvrstoće materijala metalurgije tehnike sagorevanja

15

Poboljšanje kotlaPoboljšanje samog kotla se ogledalo pre svega u:

poboljšanju sistema sagorevanja efikasnosti razmene toplote primeni raznovrsnih grejnih površina poboljšanje sistema u okviru

postrojenja

16

Savremeni kotloviDanas se kotlovi grade od:

najmanjih kapaciteta kao toplovodni za grejanje kuća

do najvećih 1100 kg/s, 25MPa, 570oC.Savremeni parni kotlovi podrazumevaju: automatske sisteme za održavanje kapaciteta i

parametara pare pri svim radnim režimima, dug vek trajanja, sa bezbednim i ekonomičnim radom i minimalnim zagađenjem okoline.

17

OSNOVNI ELEMENTI PARNOG KOTLA Osnovni elementi parnog kotla su delovi:

u kojima se odvija proces transformacije hemijske energije goriva u toplotnu energiju produkata sagorevanja i

prenosa toplotne energije prijemniku toplote. To su ložište i grejne površine:

zagrejač vode, isparivač, pregrejač pare i zagrejač vazduha.

18

Šema parnog kotla sa sagorevanjem čvrstog goriva u letu

1. Plamenik, 2. Ložište, 3.Horizontalni gasni međukanal, 4.Konvektivni gasni kanal, 5.Cevi prednjeg ekrana, 6.Cevi zadnjeg ekrana, 7.Cevna rešetka, 8.Kotlovski bubanj, 8a.Vodeni prostor, 8b.Parni prostor, 9.Spusne cevi, 10.Kolektori, 11.Sekundarni pregrejač pare, 12.Primarni pregrejač pare, 13.Hladnjak pare, 14.Zagrejač vode, 15.Zagrejač vazduha, 16.Ložišni konus, 17.Konus konvektivnog gasnog kanala, 18.Ozid

19

Šema parnog kotla sa sagorevanjem čvrstog goriva u letu

Gorivo se zajedno sa zagrejanim vazduhom preko gorionika (1) dovodi u ložište (2). U ložištu gorivo sagoreva, produkti sagorevanja struje duž gasnih kanala i odvode se van kotla.

Na zidovima ložišta se nalaze cevi koje čine isparivačku grejnu površinu.

Cevi zadnjeg ekrana na izlasku iz ložišta čine konvektivne isparivačke površine.

20

Šema parnog kotla sa sagorevanjem čvrstog goriva u letu

Nakon toga gasovi struje preko grejne površine sekundarnog i primarnog pregrejača pare.

Sledeće grejne površine su u konvektivnom kanalu i to zagrejač vode i zagrejač vazduha.

Čvrsti ostaci sagorevanja koji nastaju od mineralnih materija u gorivu se odvode iz kotla kao šljaka ili leteći pepeo.

21

LožišteLožište je prostor u kome se odvijaju složeni fizičko-hemijski procesi sagorevanja goriva, odnosno prostor u kome se vrši

oslobođavanje hemijske energije goriva njena transformacija u toplotu produkata

sagorevanja prenošenje dela te toplotne energije

površinama koje okružuju ložište

22

LožišteDva su osnovna zadatka koje treba da ispuni ložište:

pravilno i potpuno sagorevanje goriva sa minimalnim viškom vazduha

hlađenje produkata sagorevanja do temperature sa kojom može da se odvede do konvektivnih površina

23

LožišteDa bi se obezbedilo brzo i efikasno sagorevanje goriva potrebno je obezbediti:

kontinualni dovod goriva i vazduha za sagorevanje

njihovo dobro mešanje održavanje temperature gasova na nivou

koji obezbeđuje zagrevanje smeše goriva i vazduha do temperature paljenja goriva

24

LožišteKonstrukcija, veličina i druge karakteristike ložišta zavise od:

vrste, kvaliteta i sastava goriva koje sagoreva

kapaciteta kotla uređaja za sagorevanje goriva

(rešetka, gorionik...) parametara prijemnika toplote

25

Isparivač Isparivač je deo kotla u kome se vrši

isparavanje vode. To je cevni zid kome je jedna strana u

dodiru sa produktima sagorevanja a druga sa vodom koja isparava (smeša vode i pare).

Najčešće je raspoređena uz zidove ložišta a predaja toplote od plamena i produkata sagorevanja se vrši zračenjem.

26

Isparivač Kod kotlova niskog i srednjeg pritiska se

sreću i isparivačke grejne površine u konvektivnom kanalu.

Količina apsorbovane toplote u isparivačima je obrnuto proporcionalna pritisku koji vlada u isparivaču.

Pri kritičnom pritisku toplota potrebna za isparavanje je teoretski jednaka nuli.

27

IsparivačU zavisnosti od načina cirkulacije vode u isparivaču ralikujem kotlove sa:

- prirodnom cirkulacijom - prinudnom cirkulacijom - protočne kotlove

28

Isparivač Kotlovski doboš ima vodeni i parni prostor

kloji su odvojeni vodenim ogledalom a ima zadatak da obezbedi rezervu vode u kotlu.

U kotlovskom dobošu se održavaju min i max nivo vode.

Min dozvoljeni nivo vode iz uslova sigurnog protoka vode u spusnim cevima

Max nivo iz uslova sprešavanja odlaska vode u parne cevi.

29

Pregrejač pare Pregrejač pare je grejna površina kotlova

koji proizvode pregrejanu paru. Služi za pregrevanje pare od suvozasićene

do pregrejane. Pri tom se vrši i sušenje pare.

Grejna površina pregrejača pare se sastoji od sistema glatkih cevi, zmijasto savijenih, smeštenih u ložište ili gasni kanal iza ložišta.

30

Pregrejač pare

Kod savremenih većih kotlova pregrejači se sastoje od većeg broja stepena.

U zavisnosti od načina predaje toplote od produkata sagorevanja grejnim površinama mogu biti – ozračeni, poluozračeni i konvektivni.

Pregrejači pare zbog visokog pritiska i temperature pare i gasova u kanalu spadaju u najopterećenije grejne površine. Zbog toga je važno pravilno izabrati materijal cevi.

31

Zagrejač vode – ekonomajzer

To je razmenjivačka površina kod koje se toplota produkata sagorevanja koristi za zagrevanje napojne vode. Voda se u njima zagreva do temperature za 25 do 50oC niže od temperature ključanja u dobošu.

Kod savremenih rešenja osim zagrevanja u zagrejačima ispari i do 15% vode pa su to predisparivači.

32

Zagrejač vode – ekonomajzer Grejna površina se izrađuje od čeličnih

glatkih cevi savijenih u zmije ili od livenih rebrastih cevi.

Grejne površine zagrejača vode, isparivača i pregrejača pare su spojene kolektorima i cevima i zajedno čine vodeno-parni trakt kotla

33

Zagrejač vazduha To je element parnog kotla u kome se

zagreva vazduh za sagorevanje goriva

Grejna površina je postavljena u zoni najniže temperature produkata sagorevanja, odnosno na kraju kotla i ne nalazi se pod pritiskom.

34

Zagrejač vazduhaUpotrebljavaju se dva oblika zagrejača: rekuperativni regenerativniRekuperativni su izrađeni od čeličnih glatkih cevi i ploča i od livenih orebrenih cevi, a regenerativni od profilisanih limova.

35

Zagrejač vazduha Zagrejan vazduh se u zavisnosti od

sistema dovodi ispod rešetke u ložište, u sistem za sušenje uglja i u samo ložište.

Pri sagorevanju čvrstih goriva u letu temperatura vazduha iznosi 400oC, pri sagorevanju gasa i mazuta 300oC. Pri sagorevanju na rešetki temperatura zavisi od termičkih uslova rada rešetke.

36

Pomoćni elementi parnog kotlaU pomoćne elemente parnog kotla spada:

armatura (gruba i fina) noseća čelična konstrukcija pregradni zidovi

37

Pomoćni elementi parnog kotlaArmatura – uređaji koji se postavljaju na cevovodima vode i pare, na dobošu, kolektorima, gasnim i vazdušnim kanalima i na liniji goriva.

Armatura služi za: uključivanje i isključivanje protoka - zaporna promeni protoka, - regulaciona sprečavanje prekoračenja pritiska (sigurnosna

zaštitna) merenje pritiska, pokazivanje nivoa -kontrolna