STRUČNA PRAKSA

Profesor: Student:

dr. Zoran Karastojković Bojan Milunović

dr. Danijela Živojinović 38/2012

SADRŽAJ

UVOD 3

PARNI KOTAO 4

PRINCIP RADA PARNOG KOTLA 4

PODELA KOTLOVA 5

VODA ZA NAPAJANJE KOTLOVA 7

UREĐAJI ZA NAPAJANJE KOTLA VODOM 10

GLAVNE KARAKTERISTIKE KOTLA 11

GLAVNI DELOVI KOTLA I NJIHOVA FUNKCIJA 11

LOŽIŠTE SA REŠETKOM 13

LOŽIŠTE SA GORIONIKOM 15

DODATNE ZAGREVNE POVRŠINE KOTLA 16

KOTLOVSKA INSTALACIJA 17

LITERATURA 19

2

UVOD

Parni kotao u izvornom značenju predstavlja objekat u kome se toplotna energija, dobojena sagorevanjem organskih goriva, posredstvojm grejnih povrsina prenosi na radni fluid koji u njemu isparava i čija se para pregreva do određene temperature. Ovaj naziv potice od Džemsa Vata, iz vremena kada je vodena para pocela da se koristi za proizvodnju mehaničke energije.

Vremenom je parni kotao postajao sve složeniji, kako bi mogao da odovolji stalnim nastojanjima za što efikasnijom transformacijom hemijske energije sve šire game goriva u toplotnu energiju i njen racionalan prenos na radni fluid.

Kao radni fluid (prijemink toplote) najčeće se koristi voda koja u kotlu isparava i pregreva se, tako da se kao finalni produkt dobija suvozasićena ili pregrejana para. Međutim finalni produkt može biti, na primer, i vrela voda koja se u poslednje vreme često koristi za određene namene, zbog izvesnih prednosti u odnosu na vodenu paru.

3

PARNI KOTAO

Kotao je zatvorena posuda u kojoj se voda ili neki drugi medij zagrejava toplotom koju razvija neko gorivo ili električna energija. Najčešći grejni medij u kotlu je voda, svi drugi mediji se upotrebljavaju vrlo retko.

Kotlovi s vodom dele se na kotlove za zagrejavanje vode (topla voda se koristi za zagrejavanje; npr. Centralno grejanje), i na kotlove koji greju vodu na veće temperature i tako proizvode paru. Takvi kotlovi se nazivaju parni kotlovi ili generatori pare. Njihova veličina, količina, pritisak i temperatura proizvedene pare, kao i vrsta izvedbe ovise o specifičnostima njihove namene, kao i mestu gde su ugrađeni.

Slika 1. Parni kotao

PRINCIP RADA PARNOG KOTLA

Parni kotao služi za proizvodju vodene pare. Da bi se proizvela vodena para potrebna je određena količina vode. Voda se u kotao dovodi pomoću cevovoda, a u rezervoar pomoću pumpi(centrifugalna, strujna i mlazna). Na svakom rezervoaru se nalazi instrument koji pokazuje nivo vode u kotlu. Kotao sa malom količinom vode ne može proizvesti paru.

Gorivo se iz skladišta dovodi do kotla transportnim uređajem, a u kotao se ubacuje mehaničkim ili pneumatskim putem. Za čvrsta goriva se koriste ložišta sa rešetkom, a za tečna i gasovita se koriste gorionici.

Vazduh za sagorevanje se dovodi kroz posebne otvore na sloj goriva ili ispod rešetke. Dimni gasovi prolaze kroz dimne otvore do odžaka i puštaju se u atmosferu.

Važan parametar je radni pritisak koji se meri pomoću manometra. Nastala para se skuplja u paroskupljaču i odvodi do turbine pomoću parovodnih cevi.

Slika 2. Princip rada parnog kotla

PODELA KOTLOVA

Podela kotlova izvršena je na više načina to jest:

a) prema nameni i mestu upotrebe:

-stabilni i nepokretni kotlovi

-polustabilni kotlovi

-pokretni kotlovi

b) prema veličini radnog pritiska:

-kotlovi niskog pritiska

-kotlovi srednjeg ritiska

-kotlovi visokog pritiska

5

c) prema sadržaju vode:

-kotlovi sa srednjim sadržajem vode

-kotlovi sa velikim sadržajem vode

d) prema konstrukciji:

-kotlovi sa dimnim cevima

-kotlovi sa plamenim cevima

-kotlovi sa vodostrujnim cevima

-kotlovi sa uspravnim cevima

-brodski kotlovi

-lokomotivski kotlovi

e) prema upotrebi goriva:

-kotlovi za loženje čvrstim gorivom

-kotlovi za loženje tečnim gorivom

-kotlovi za loženje gasovitim gorivom

-kotlovi za loženje kombinovanim gorivom

6

VODA ZA NAPAJANJE KOTLOVA

Prirodna tekuća voda sadrži niz rastvorenih soli, mineralnih kiselina, organiskih materija, nerastvorenih soli, mehaničkih grubih nečistoća. Takvu vodu bez prethodne pripreme ne možemo upotrebiti za napajanje kotlova.

Kotlovi se napajaju vodom koja može biti:

-Sirova (za paru koja se upotrebljava za tehnološke procese, gde se kondezant vraća);

-Kondezant (vraća se do proizvođača pare)

-Desilat (kod kotlova vis. pritiska, i tu je desilant oslobođen svih štetnih primes).

Sirova voda nije dobra za napajanje kotlova.

Radi toga se ona oplemenjava. U oplemenjivanju sirove vode spada: uklanjanje grubih i sitnih nečistoća i primesa omekšavanja, degazcija i odstranjivanje ulja i masnća. Nečistića sirove vode se uklanja raznim filterima, a sitne nečistoće hemijskim putem. Ulje i masnoća su veoma loši provodnici toplote, talože se na zidove zagrevnih površina, otklanjaju se mehaničkim putem pročišćenjem vode kroz filter od aktivnog uglja koji upija ulja.

Napoljna voda sadrži i razne gasove. /O2, H2, HCO/ koji štetno deluje u pogledu korozije i rayjedaju kotlovske limove i cevi. Iz vode se oni odstranjuju degazacijom ( u tzv. degazatorima).

Tvrdoću vode čini ukupan sadržaj siku sa Ca u Mg rastvorenih u vodi. U zavisnosti od sastava soli, voda ima prolaznu i neprolaznu tvrdoću. Prolaznu tvrdoću čine bikarbonati Ca i Mg, a neprolaznu tvrdoću čine sulfati i hloridi Ca i Mg.

Jedinica za merenje tvrdoće vode je nemački stepen 1⁰d. Tvrdoću vode je potrebno održavati u navedenim granicama da ne bi došlo do stvaranje kamenca, koji zbog svoje slabe toplinske vodljivosti stvara povećanu potrošnju goriva.

Tvrdoća vode može da se delimično ili potpuno ukloni primenom nekog od postupaka.

Zagrevanjem na oko 100⁰ C odstranjuje se prolazna tvrdoća vode pošto se bikarbonati Ca i Mg razlažu i talože.

7

Omekšavanje vode vrši se najčešće u uređajima koji se nazivaju jonoizmenjivački filteri. U njima se voda putem hemijskih reakcija oslobađa svoje tvrdoće.

Omekšavanje vode postupkom razmene sastoji se u filtriranju vode kroz sloj prirodnih ili veštačkih materija organskog ili neorganskog porekla, koje imaju sposobnosti da razmenjuju svoje jone sa jonma neograničenih soli u vodi.

Jonski izmenjivači omogućuju brzu primenu velike količine vode jer brzina izmene jona je prilično velika i iznosi 1-4 min. a ne zahteva dovođenje toplote pošto temperatura nije uslov dobrog efekta omekšavanja toplote.

Organski jonski izmenjivači su sintetičke smole koje mogu da sadrže različte aktivne grupe. Npr. katjonski izmenjivači imaju aktivnu grupu –SO3H ili COOH a anjonski izmenjivači kao aktivnu grupu imaju različite amino grupe.

Usled velike količine soli u napojnoj i kotlovnoj vodi stvaraju se naslage kamenca koji prouzrokuje:

-smanjenje korisnog dejstva kotla;

-smanjenje prolaza toplote kroz zidove kotla;

-povećanje potrošnje goriva;

-veće troškove održavanja;

-pregrevanje materijala kotla;

-smanjenje pogonske sigurnosti.

Kamenac može biti karbonatni, sulfatni, silikatni mešoviti itd. u zavisnosti od taloga soli u vodi.

Kiselost vode – označava količinu rastvorenih mineralnih kiselina u napojnoj vodi. Označava se sa brojem pᴴ.

Kiselost kotlovne vode treba da je u granicama u kojima je pᴴ 8-9. To znači da voda ne sme da bude kisela (pᴴ nikako ispod 7), niti suvise alkalna. Dozvoljava se da kotlovna voda bude blago alakalna pᴴ 8-9.

Pojava kiselosti ili suvišna alkalnost izaziva koroziju.

8

Korozivno dejstvo potiče od slobodnih kiselina, kiselina koje postaju hidrolizom soli i od rastvorenih gasova / O, CO²/.

Najjednostavniji način određivanja pᴴ je kalorimetrijski pomoću indikatora papira.

Od ostalih faktora koji utiču na kvalitet napojne i kotlovne vode su:

-sadržaj O²

-gustina vode

-prisustvo Fe, Cu, kiselina, soli, CO².

Sadržaj O² u kotlovskoj vodi može da izazove proces korozije jer O² agresivno napada kotlovni lim.

Održavanjem O² u granicama do 0,02 mg/L može se postići raznim metodama kao i vezivanjem pomoću hidrazina. Hidrazin hidrant ima dvostruku ulogu:

U potpunosti veže kiseonik prema formuli H²H4 + O² - H²O + H² i daje alkani medij a time sprečava korozivno delovanje prisutnih kiselina.

Gustina vode se meri areometrom, 1⁰ Be odgovara sadržaju 10.000 mg Na Cl u 1 L vode.

9

UREĐAJI ZA NAPAJANJE KOTLA VODOM

Za kotlovsko postrojenje od najveće važnosti je deo postrojenja koji služi za napajanje kotla vodom. Svaki kotao mora biti snabdeven sa najmanje dva uređaja za napajanje. Rezervoar kotla se napaja vodom u onoj količini koja je propisana tipom i veličinom kotla. Ovi uređaji moraju da ostvare veći pritisak vode od onog koji vlada u kotlu, jer moraju savladati otpore u cijevima, ventilima i u samom kotlu. Za napajanje kotla koriste se sledeći uređaji:

-centrifugalne pumpe

-mlazne/strujne pumpe

-napojne pumpe

Od mlaznih pumpi koriste se injektori i ejektori. Oni potiskuju vodu u kotao neprekidno pomoću parnog mlaza. U odnosu na ostale pumpe imaju sledeće prednosti:

-male su težine

-potpuna sigurnost u radu

-zauzimaju malo prostora

-jednostavno se održavaju Slika 3. Centrifugalna pumpa

-rade sa proizvedenom parom iz kotla

10

GLAVNE KARAKTERISTIKE KOTLA

1. Stepen iskorištenja kotla

Stepen iskorištenja kotla predstavlja odnos dobijene energije prema unutrašnjoj energiji. Da bi stepen iskorištenja kotla bio što bolji potrebno je da sagorevanje goriva bude potpuno i da se svi toplotni gubici svedu na minimum.

2. Toplotno opterećenje rešetke

Toplotno opterećenje rešetke predstavlja količinu toplote koju dobijemo po 1m2 površine rešetke u toku jednog sata.

3. Toplotno opterećenje ložišta

Toplotno opterećenje ložišta predstavlja količinu toplote koja se dobije po 1m3 ložišnog prostora u toku jednog sata.

4. Specifična proizvodnja vodene pare

Specifična proizvodnja vodene pare predstavlja količinu vodene pare izražene u kilogramima koja se dobije po 1m2 grejne površine kotla u toku jednog sata.

GLAVNI DELOVI KOTLA I NJIHOVA FUNKCIJA

Svako kotlovsko postrojenje obuhvata sledeće delove:

-ložište

-delove kotlovskog agregata

-kotlovsku armaturu

-kotlovsku aparaturu

Za pravilan i ekonomičan rad kotlovski agregat treba da ima naknadne grejne površine, a to su zagrevač vode, zagrevač vazduha i pregrejač pare.

Kotlovka armatura obuhvata sprave i instrumente koji obezbeđuju sigurnost i pravilan rad kotla. Deli se na: armaturu parnog prostora i armaturu vodenog prostora.

11

Kotlovsku aparaturu čine: uređaj za napajanje kotla vodom, uređaj za kontrolisanje sagorevanja goriva, uređaji za konrolisanje potrošnje goriva, prečistač vode, regulatori promaje itd.

Kotlovsko ložište je prostor u kotlu gde se vrsi sagorevanje goriva. Sa unutrašnje strane ložište je ozidano vatrostalnim materijalom zbog smanjenja gubitka toplote, a samim tim i povećanje stepena iskorištenja ložišnog prostora i samog kotla. Uloga ložišta je da gorivu koje sagoreva omogući potpuno sagorevanje, bez velikih toplotnih gubitaka.

Gorivo se ubacuje na rešetku mehaničkim i pneumatskim putem, a vazduh se dovodi kroz posebne otvore na sloj goriva ili ispod rešetke posebnim kanalima.

12

Zavisno od vrste goriva koje se koristi razlikujemo:

-ložišta za čvrsta goriva i

-gorionike.

Prema položaju ložišta, u odnosu na kotao, ložište može biti prednje, donje i unutrašnje. Prednje je smešteno ispred kotla u obliku jame. Nedostaci su mu što zauzima velike prostore i ima velike gubitke toplote. Donje ložište je smešteno ispod kotla i manji su mu gubici. Unutrašnje ložište je smešteno unutar kotla. Zauzima malo prostora, direktno predaje nastalu toplotu i prozvodi više pare.

LOŽIŠTE S REŠETKOM

Ložišta s rešetkom služe za loženje čvrstih goriva i mogu biti sa:

1. ručnim loženjem

2. mehaničkim loženjem

Ručno loženje ima nedostatke: slabo sagorevanje, ulazak hladnog vazduha i formiranje puno šljake usled slabog sagorevanja, ograničena proizvodnja pare. Ovi nedostaci se uklanjaju uvođenjem mehaničkog loženja. Mehaničko loženje se koristi kod većih parnih kotlova sa velikom potrošnjom goriva. Ovim loženjem se omogućava sagorevanje sa minimalnim toplotnim gubicima. Iz ovih razloga se razvila mehanička rešetka koja je danas potpuno automatizirana.

Rešetka se sastoji od više štapova koji su poređani jedan uz drugi, a između štapova se nalaze procepi za prolaz vazduha i za propuštanje pepela i šljake u pepeljaru. Štapovi se izrađuju od livenog gvožđa i čelika. Štap može biti: običan, kockast, talasast, specijalnog oblika (kroz štap struji voda radi hlađenja štapa).

Slika 4. Ložište sa rešetkom

Najsavršenije konstrukcije ravnih rešetki predstavlja lančasta rešetka. Kod ove rešetke je automatsko ubacivanje goriva i odstranjivanje pepela. Kao gorivo

dolazi u obzir kameni ugalj, a gorivo sa puno vlage ne dolazi u obzir. Ugalj klizi i za vrieme svog putovanja se potpuno osuši od vlage i sagoreva savršeno dobro bez dima. Ako se lančasta rešetka postavi pod određenim uglom dobija se kosa rešetka, koja se najčešće koristi za kameni ugalj, ali i za ostale vrste goriva.

Svako gorivo ima svoj ugao klizanja: kameni ugalj od 40˚-45˚, mrki ugalj 33˚ itd. Sagorevanje na ovoj rešetki je veoma dobro i ima veliki stepen delovanja. Kod ove rešetke je potrebna jaka promaja.

Dužina rešetke je od 4-6m. Iako je kosa rešetka pogodna za različita goriva, nije naišla na veliku primenu, radi potrebnog ugla za svako gorivo.

Stepenaste rešetke se razlikuju od kosih rešetki u tome što su rešetke poređane u vidu stepenica. Ove rešetke su najbolje za mrki ugalj, treset, strugotinu i druga slaba goriva. Sa ovom rešetkom se izvode prednja i donja ložišta.

Kaskadne rešetke služe za sagorevanje velikih količina goriva za kratko vreme. Pogodne su za ugljeve srednje toplotne moći. Za sagorevanje na ovoj rešetki potrebna je jaka promaja, a duzina joj je 4m.

14

LOŽIŠTA SA GORIONIKOM

Ložišta sa gorionikom se koriste za loženje ugljenom prašinom, tečnim i gasovitim gorivom.

Ugljena prašina, zajedno sa vazduhom ulazi kroz mlaznice koje su obično postavljene u uglu, tako da se mlazovi ugljene prašine i vazduha sudaraju u gorioniku. Da bi prašina dobro sagorela treba je sitno samleti i prosejati.

Kotlovi za loženje ugljenom prašinom imaju veliku prednost, jer koriste najjeftinija goriva i brzo proizvode paru. Od tečnih goriva za sagorevanje u gorioniku najviše se koristi mazut. Tečno gorivo se u vidu kapljica i prašine ubacuje u gorionik na tri načina:

-pomoću pritiska

-pomoću komprimiranog vazduha

-pomoću pare

Od gasovitih goriva za loženje kotlova koriste se koksni plin i viskopećni plin, dok se generatorski plin retko koristi. Loženje gasovotim gorivima se uglavnom koristi kod manjih kotlova.

Slika 5. Ložište sa gorionikom

DODATNE ZAGREVNE POVRŠINE KOTLA

Dodatne zagrevne površine kotla čine: pregrejač pare, zagrejač vode i zagrejač vazduha. Ovi uređaji imaju zadatak da obezbjeđuju pravilan i ekonomičan rad.

Pregrejač pare se sastoji od većeg broja cevi zmijasto postavljenih i malog prečnika (20-40mm), kroz koje prolazi suvo zasićena para. Oko pregrejača pare, to jest oko cevi, dimni gasovi postižu temperaturu od 400˚-800˚C, koji svoju toplotu predaju pari. Pregrejač pare ima zadatak da od suvo zasićene pare daljim dovođenjem toplote proizvede pregrijanu paru, pri stalnom kotlovskom pritisku. Svaki pregrejač pare ima ugrađen termometar, koji služi za kontrolu temperature pregrejane pare, i sigurnosni ventil, koji služi za sprečavanje prekoračenja dozvoljenog pritiska pregrejane pare. Pregrejači se izrađuju od čelika i livengo gvožđa. Razlikujemo: konvekcioni i ozračeni pregrejač pare, a prema izvedbi mogu biti: ležeći i viseći.

Zagrejač vode iskorištava toplotu dimnih gasova i zove se još ekonomajzer. Sastoji se od veceg broja cevi postavljenih u dimni kanal u pravcu strujanja dimnih gasova. Prema načinu strujanja vode mogu biti: istostrujni i protustrujni, a prema konstrukciji: rebrasti i čelični. Između napojne pumpe i ekonomajzera ugrađuje se nepovratni ventil, kako se voda ne bi vraćala u pumpu.

Zagrejač vazduha je uređaj koji služi za zagrejavanje vazduha, potrebnog za sagorevanje goriva. Zagrejan vazduh se dovodi u ložište i na taj način ubrzava i olakšava sagorevanje i povećava stepen iskorištenja kotla. Ako je u pitanju loženje čvrstim gorivom, vazduh se zagrejava do 130˚C, a ako se loži ugljenom prašinom, do 300˚C. Razlikujemo: rekuperativni zagrejač vazduha i regenrativni zagrejač vazduha.

Rekuperativni zagrejač vazduha se postavlja u dimnom kanalu, tako da tačno leži u pravcu strujanja vrelih dimnih gasova. Na taj način direktno uzima maksimalnu količinu toplote kojom zagrejava vazduh. Izrađuje se u vidu cevi i pljosnatih elemenata.

Regenerativni zagrejači vazduha su ustvari razmenjivači toplote kontinualnog dejstva. Razmena toplote se vrši pomoću dimnih gasova. Prema načinu rada mogu biti:

-nepokretni sa naizmeničnim dejstvom

-pokretni sa kontinualnim dejstvom

INSTALACIJA KOTLA

Instalacija kotla se sastoji od niza uređaja koji imaju zadatak da ostvare što pravilnije funkcionisanje parnog kotla. Svi ti uređaji se dele na glavne i pomoćne.

Slika 6. Instalacija kotla

Glavni uređaji

U glavne uređaje spadaju:

-uređaji za napajanje kotla vodom

-uređaji za sprovođenje vode i vodene pare

-uređaji za prinudno udaljavanje kondenzata iz parovoda

Uređaji za sprovođenje vode i vodene pare se sastoje od cevi i cevnih zatvarača. Cevni zatvarači imaju zadatak da spreče proticanje vode i vodene pare kroz vodovode i parovode (ventili, zasuni, slavine i priklopci).

Uređaji za prinudno udaljavanje kondenzata iz parovoda se postavljaju pod uglom od 2˚ da bi se obezbedilo oticanje vode. Na taj način voda dospeva u uređaj za kondenzat odakle se prinudno udaljava pomoću slavine.

17

Pomoćni uređaji

U pomoćne uređaje spadaju:

-uređaji za akumulisanje toplote

-uređaji za transport i snabdevanje kotla gorivom

-uređaji za odvođenje pepela i šljake iz kotla

-uređaji za prečišćavanje dimnih gasova

Uređaji za akumulisanje toplote se obično zovu toplotni akumulatori i imaju zadatak da povećaju stepen korisnosti kotla.

Uređaji za transport i snabdevanje kotla gorivom imaju zadatak da obezbede dovoljnu količinu goriva za sagorevanje (levak, konvejeri i transporteri).

Uređaji za odvođenje pepela i šljake, kod velikih kotlova pepeo i šljaka padaju kroz levak u podzemne prostorije ispod kotla odakle se vagonetima izbacuju napolje, ali je najbolji način uklanjanja pepela pomoću vode.

Uređaji za prečišćavanje dimnih gasova su: filteri i ciklon prečistači.

18

LITERATURA

Đurić, „Parni kotlovi“, Građevinska knjiga, Beograd, 1969.

Gulić, Brkić, Perunović, „Parni kotlovi“, Mašinski fakultet, Beograd, 1983.

Brkić, Živanović, „Termički proračun parnih kotlova“, Mašinski fakultet, Beograd, 1981.

Brkić, Živanović, Tucaković, „Parni kotlovi“, Mašinski fakultet, Beograd, 2007.

http://wikipedia.org

19