Parní kotel. Velká ruská encyklopedie

Parní kotel stacionární, zařízení pro přeměnu plynule přiváděné vody (napájecí vody) na sytou nebo přehřátou páru s tlakem nad atmosférickým vlivem tepla uvolněného při spalování organického paliva, jakož i tepla výfukových plynů vysokoteplotních pecí popř. jednotky s plynovou turbínou.

Historické informace

Průmyslové využití parních kotlů začalo na přelomu 17.–18. století. v souvislosti s prudkým rozvojem hornictví a uhelného průmyslu zavádění dopřádacích, tkalcovských strojů a dalších do výroby. Za jeden z prvních se považuje parní kotel D. Papina, jím navržený v roce 1680. Nejjednodušším parním kotlem, vyrábějícím sytou nízkotlakou páru, je válcový ležatý kotel (buben), mající topeniště s roštem, na kterém se spalovalo tříděné kusové uhlí a spalovací vzduch přicházel zespodu přes rošt. Novým typem parního kotle se staly vodotrubkové kotle, u kterých je teplosběrná plocha provedena v podobě velkého množství trubek malého průměru (60–80 mm) umístěných přímo v proudu horkých plynů (síto trubky). V důsledku toho se výrazně zvýšil parní výkon kotle a tlak syté páry: větší podíl tepla plynů byl užitečně využit k ohřevu a odpařování vody. Dalším vývojem typů parních kotlů byl vznik průtočných kotlů. Takový parní kotel nemá v sobě buben, voda, směs pára-voda a pára (společně nazývané pracovní médium) procházejí postupně všemi topnými plochami kotle. Na rozdíl od bubnového parního kotle mohou průtočné kotle pracovat při nadkritickém tlaku pracovního média, při kterém nedochází k odpařování a je eliminován jev oddělování páry od vody, tedy není potřeba bubnu. -oddělovač. Pro kontinuální odvod tepla a zajištění normálních teplotních podmínek pro otopné plochy se pracovní médium uvnitř trubek nepřetržitě pohybuje.

Klasifikace parních kotlů

Na základě principu organizace pohybu pracovního média se rozlišují bubnové parní kotle – s přirozeným nebo vícenásobným nuceným oběhem a přímoproudé kotle – s nuceným pohybem po celé dráze (tabulka). Podle parametrů chladiva („výstupního produktu“) se dělí kotle parní (určené k výrobě páry) a horkovodní kotle (na ohřev vody pod tlakem, zejména pro zásobování teplem městských a okresních kotelen a tepelných elektráren). . Podle účelu – energie (vyrábět přehřátou páru používanou v parních turbínách k výrobě elektrické energie); průmyslové (vyrábějí sytou páru pro technologické potřeby; např. v chemickém, dřevozpracujícím průmyslu, v zemědělství); vytápění (výroba páry nebo horké vody), kotle na odpadní teplo. Podle tlaku páry – podkritický, kritický, nadkritický. Podle druhu použitého paliva – plyn, kapalné palivo (nafta), duální palivo (plynový olej), tuhá paliva (pro průmyslové kotle, hlavně uhlí). Kotle se liší i způsobem spalování paliva (vrstvé spalování, flér, fluidní lože). Podle fázového stavu strusky opouštějící pec – s odstraňováním pevné a kapalné strusky. Podle typu cesty plyn-vzduch – s přirozeným tahem, s přeplňováním.

Klasifikace stacionárních parních kotlů

Teplota přehřáté páry, °C

Teplota sekundárního přehřátí páry, °C

Bubnový kotel s přirozenou cirkulací pro průmyslové použití

Bubnový kotel s přirozeným oběhem pro elektrárny

Bubnový kotel s přihříváním páry

Průtočné kotle pro nadkritický tlak páry

Konstrukce parního kotle

Hlavní konstrukční prvky parního kotle: spalovací komora (pec), kde se spaluje palivo a vznikají spaliny (zplodiny hoření) a jejich částečné ochlazování vlivem ohřevu sítových trubek; kouřovody s vysokoteplotními plyny; topné plochy z trubek (zástěny pece, přehřívák páry, ekonomizér vody, ohřívač vzduchu); obložení, které odděluje toky plynů o vysoké teplotě od okolí a snižuje tepelné ztráty z vnějšího chlazení; kovový rám, který přebírá zatížení ze všech prvků parního kotle. Výška parního kotle dosahuje 100 m.

Parní kotel se spolu se souborem zařízení, které zajišťuje jeho provoz, nazývá instalace kotle. Kromě samotného parního kotle zahrnuje: zařízení na přípravu paliva; instalace návrhu; zařízení pro odstraňování strusky z parního kotle a shromažďování popela v cestě plynu; napájecí čerpadla, regulační zařízení cesty voda-pára, řídicí a ochranné systémy parního kotle; izolace kolektorů, potrubí a dalších prvků instalace kotle (mimo stěny kotle) ​​s vysokými teplotami. Napájecí voda prochází chemickým a tepelným čištěním v systému úpravy vody, kde je odstraněna velká část nečistot. Zbývající množství nečistot (10–6 g/dm3 vody) a kovových korozních produktů se dostává do parního kotle, kde vytváří uvnitř sítových trubek pevné usazeniny, které mohou vést k poruše parního kotle (např. zvýšení teploty stěny trubky až k jejímu prasknutí) . Část nečistot pára odnese dále po dráze (například do parní turbíny).

Rýže. 1. Schéma kotelny s bubnovým parním kotlem. Rýže. 1. Schéma kotelny s bubnovým parním kotlem. V bubnovém parním kotli dochází k tvorbě syté páry v okruhu s přirozeným nebo nuceným oběhem (buben – spodní potrubí – vyhřívané stoupací potrubí – buben). Vzniklá sytá pára se odděluje od vody v horním bubnu separátoru a posílá se do přehříváku, ve kterém se tvoří přehřátá pára. Napájecí voda vstupuje do bubnu z ekonomizéru ohřátá na teplotu blízkou bodu varu. Ohřívač vzduchu ohřívá vzduch na 250–350 °C před vstupem do spalovací zóny. V cirkulačním okruhu se vlivem neustálého odpařování vody zvyšuje koncentrace nečistot, což přispívá k tvorbě usazenin v potrubí. Bilance solí kotle je zajištěna odstraněním malé části kotlové vody s vysokou koncentrací nečistot z bubnu (proplachování kotle).

U přímoproudého parního kotle probíhá ohřev a odpařování vody ve spalovacích sítech při jednom průchodu pracovního média po dráze. Pohyb média v potrubních panelech je zajištěn tlakem podávacího čerpadla (při vyšších otáčkách než při přirozené cirkulaci). V tomto ohledu jsou nástěnné potrubní panely uspořádány různými způsoby (svisle, vodorovně, šikmo) z hlediska snadného návrhu, což zajišťuje spolehlivé teplotní podmínky potrubí a snižuje hydraulický odpor. Nečistoty obsažené ve vodě vstupující do parního kotle nelze odstranit foukáním, takže napájecí voda takového parního kotle prochází hloubkovým odsolením.

První domácí průtočné kotle vytvořil L.K Ramzin v roce 1933. Od 1960. let 300. století. Průtokové parní kotle pro energetické bloky o výkonu 500, 800, 25 MW a více jsou vyráběny s předpokladem nadkritického tlaku páry (XNUMX MPa) a zajišťují významnou část výroby elektřiny v tepelných elektrárnách. Pro zvýšení účinnosti parní elektrárny se využívá sekundární (mezi)přehřev páry v parním kotli. Udržování nastavené teploty hlavní a vedlejší přehřáté páry je zajištěno regulačními zařízeními – povrchovými a vstřikovacími chladiči.

Spalování paliva ve spalovací komoře může být vrstvené (na speciálním roštu), spalování v suspenzi v objemu topeniště nebo ve fluidním loži. Vrstevné spalování se používá v malokapacitních kotlích pro průmyslové a technologické aplikace. Od 2. poloviny 20. stol. Pro nekvalitní pevná paliva (uhlí, rašelina apod.) a průmyslové odpady (piliny, dřevní štěpka apod.) byl vyvinut způsob spalování ve fluidním loži. V pecích s fluidním ložem se snižuje emise oxidů síry (8–10krát) a oxidů dusíku (2–3krát). Kotle s cirkulačním fluidním ložem jsou vyráběny v různých zemích v širokém rozsahu parního výkonu – až 1 tis. t/h. Převážná většina provozovaných parních kotlů využívá spalování paliva s hořením, při kterém se palivo a spalovací vzduch přivádí do objemu spalovací komory hořáky. Schéma průtočného parního kotle pro nadkritický tlak. Schéma průtočného parního kotle pro nadkritický tlak. Jeho používáním se zvýšil tepelný výkon parních kotlů – výkonné agregáty (500–1420 MW) disponují spalováním paliva se spalováním. Od konce 20. stol. jsou vyvíjeny a stavěny parní kotle na nadkritický tlak páry (28–35 MPa, teplota 600–650 °C).

Na obrázku je průtočný parní kotel se spalováním zemního plynu a topného oleje, při nadkritickém tlaku, s výkonem páry 3950 t/h pro energetický blok 1200 MW.

Yu M. Lipov, Yu M. Treťjakov

Publikováno 22. září 2023 v 10:36 (GMT+3). Naposledy aktualizováno 22. září 2023 v 10:36 (GMT+3). Kontaktujte redakci

Navzdory rychlému rozvoji technologií nelze ve výrobních procesech řady průmyslových odvětví vodní páru účinně nahradit žádnou jinou chladicí kapalinou. Inženýři proto budou muset pokaždé při projektování a zřizování nových výrobních zařízení řešit problém s výběrem vhodného kotelního zařízení. V tomto přehledu bychom rádi analyzovali hlavní klasifikace parních kotlů a porovnali je s modely prezentovanými v portfoliu produktů ICI Caldaie, abychom poskytli informace specialistům zapojeným do výběru.

Design parního kotle: jak se změnil design

Princip činnosti parního kotle se od svého vynálezu nezměnil: ten či onen zdroj tepla ohřívá vodu obsaženou ve velké nebo malé kovové nádobě na bod varu a odpařování. Produkty odpařování se shromažďují v horní části nádoby a dosahují požadovaného tlaku a teploty, poté jsou parovodem odesílány ke spotřebitelům nebo do přehříváku k dosažení vyšších provozních parametrů. Účinnost procesu výroby páry je dána nejúplnějším využitím tepla generovaného zdrojem. Vývoj strojírenství v tomto směru lze vysledovat podle toho, jak se měnila konstrukce parního kotle.

válcový kotel s vnějším topeništěm

První parní generátory připomínaly kotle na vaření jídla. Venku bylo umístěno topeniště na dřevo nebo uhlí, které zespodu ohřívalo nádrž s vodou. U tohoto schématu byla značná část tepla vynaložena na vytápění prostředí, což způsobilo extrémně nízkou účinnost prvních parních kotlů.

parní kotel s ohništěmi

Rozumným řešením bylo umístit topeniště do vodního objemu kotle. Spolu s tepelnou izolací vnějšího obložení nádrže to výrazně zvýšilo účinnost a umožnilo spotřebovat teplo především na ohřev vody.

Protože nejen otevřený plamen v topeništi, ale i spaliny uvolňované při spalování měly vysokou teplotu, bylo dalším úkolem zlepšení konstrukce parního kotle udržet teplo spalin uvnitř vodního objemu. Problém byl vyřešen umístěním kouřových trubek malého průměru do něj. Před odvodem komínem procházely plyny těmito trubkami a urychlovaly ohřev a odpařování vody.

Zásadně odlišným směrem se vyvíjela konstrukce parních vodotrubných kotlů, nejčastěji používaných jako elektrárny v elektroenergetice, v železniční a vodní dopravě. U vodotrubného kotle to nebyly zdroje tepla – topeniště a kouřovody – které byly umístěny uvnitř vodního objemu, ale naopak: objem vody, rozváděný trubkami malého průměru, byl umístěn v kouřovodech. kterými se pohybují produkty spalování.

Tato vysoce účinná konstrukce umožňuje vyrábět páru při kritickém tlaku, který je pro technologické procesy většiny průmyslových odvětví nadměrný. Zásadní rozdíly v konstrukci vodotrubných a žárovzdorných kotlů tvořily základ pro většinu klasifikací kotlových zařízení.

Klasifikace parních kotlů

Klasifikace podle účelu

Tato klasifikace nekoreluje určité typy parních kotlů se specifickými průmyslovými odvětvími, ale spíše s většími oblastmi použití. V souladu s ní se parní kotle dělí na energetické, průmyslové (technologické) a topné (energeticko-technologické).

Energetické kotle používá se v elektrárnách k přenosu rotace na turbíny, které vyrábějí elektřinu. Pára produkovaná tímto zařízením se vyznačuje vysokým a ultra vysokým tlakem.

Průmyslové nebo procesní parní kotle vyrábět sytou páru pro technologické potřeby. Tlak vznikající páry zřídka přesahuje 3 MPa (30 bar). V obecné klasifikaci kotlů podle tlaku se tato třída zařízení týká nízkotlakých a ultranízkotlakých kotlů. Pokud uvažujeme technologické parní kotle jako samostatný segment, pak je rozdělení zařízení na nízkotlaké a vysokotlaké kotle vázáno na normy Rostekhnadzor stanovující dozor nad tlakovými nádobami. Více se o tom dočtete v článku „Vysokotlaké a nízkotlaké průmyslové kotle“.

Topenářské nebo energetické technologie kotlů nachází se na křižovatce průmyslu a energetiky. V Rusku bylo jejich rozšířené použití způsobeno rozšířenou výstavbou jednoodvětvových měst a obytných oblastí v průmyslových podnicích. Energeticko-technologické parní kotle vyráběly páru současně pro průmyslové potřeby a pro vytápění užitkového sektoru. V současné době dochází v souladu s programy zvýšení energetické účinnosti a rekonstrukce výroby k výměně velkokapacitních parních kotlů za kotle s nižším parním výkonem a k výstavbě úspornějších teplovodních kotelen pro zásobování obytných oblastí teplem.

Kompetence ICI Caldaie je výroba úsporných teplovodných průmyslových parních kotlů s kontinuálním a vratným spalováním, splňujících vysoké standardy provozní a ekologické bezpečnosti.

Klasifikace parních kotlů podle tlaku

Kompletní klasifikace podle tlaku, kombinující všechny typy parních kotlů, je následující. Vysokotlaká (energetická) oblast zahrnuje vysokotlaké, kritické a nadkritické tlakové kotle. Rozsah: 3,9 MPa až 22,5 MPa (39-225 bar). Nízkotlaká oblast (průmysl) zahrnuje kotle ultranízkého (do 0,1 MPa), nízkého (0,1-1 MPa) a středního (1-39 MPa) tlaku. Ultranízkotlaké kotle nepodléhají registraci u územních orgánů Rostechnadzor.

V modelové řadě ICI Caldaie je oblast ultranízkého tlaku zastoupena následujícími řadami: