GENERATORI PARE (PARNI KOTLOVI)

Energetski uređaji za proizvodnju vodene pare određenoga tlaka i temperature, koja služi kao radni fluid za pogon parnih strojeva (turbina) ili za prijenos toplinske energije.

Današnjim konstrukcijama primjereniji je naziv generatori pare umjesto parni kotlovi.

Prema smještaju – načinu ugradnje:• pokretni (brodski, lokomotivni),• stacionarni.

Prema namjeni:• energetski,• industrijski,• toplifikacijski,• glavni (brodski pogonski),• pomoćni (brodski).

Prema vrsti goriva i načinu izgaranja:• za izgaranje krutih goriva na nepomičnim rešetkama,• za izgaranje krutih goriva na mehaničkim (pomičnim) rešetkama,• za izgaranje raznih otpadnih gorivih tvari ( komunalni otpad, biomasa),• za izgaranje krutog goriva u letu (ugljena prašina ),• za izgaranje tekućeg goriva,• za izgaranje plinovita goriva,• za kombinirano izgaranje više vrsta goriva,• za izgaranje goriva u fluidiziranome sloju,• za korištenje otpadne topline dimnih plinova iz plinskih turbina i motora (utilizacijski generatori pare).

PODJELA GENERATORA PARE

Prema vrsti cirkulacije:• s prirodnom cirkulacijom• s prisilnom cirkulacijom

- optočna cirkulacija- protočna cirkulacija

Prema konstrukcijskom obliku tlačnih dijelova:

• cilindrični• sekcijski• vodocijevni• dimnocijevni• kosocijevni• strmocijevni• kutnocijevni• s jednim bubnjem• s više bubnjeva• itd.

PRIMJERI SHEMA RAZLIČITIH KONSTRUKCIJA

Ovaj kotao sastoji se iz bubnja i plamene cijevi u kojoj je smješteno ložište. Na kraju plamene cijevi smješten je snop cijevi pregrijača pare.

Parni kotao se sastoji od:

1. ložišta i dimovoda,2. uređaja za dovod i izgaranje

goriva (gorača)3. isparivača,4. pregrijača pare,5. zagrijača napojne vode

(ekonomajzera),6. zagrijača zraka,7. pomoćni uređaji,8. armatura generatora pare

KONSTRUKCIJSKI DJELOVI GENERATORA PARE

Sastoji se od (funkcionalno):

- sustava napojne vode- sustava pare- sustava goriva- sustava dimnih plinova

LOŽIŠTE I GORAČI

Ložište služi za izgranja goriva. Glavni zadatak mu je da postigne potpuno izgranje.

Prema vrsti goriva mogu biti:- za čvrsta ili kruta goriva,- za tekuća goriva,- za plinovita goriva,- za kombinaciju goriva (kruta, tekuća, plinovita).

Ložište za kruta goriva sastoje se iz raznih vrsta roštilja

Ložište na ugljenu prašinu je obično većeg volumena od običnog ložišta. Ugljena prašina dobiva se mljevenjem ugljena u posebnom mlinu, koji se nalazi pokraj kotla. Puhaljke za ugljenu prašinu i zrak smještene su tako da bi se dobilo što bolje mješanje goriva i zraka.

Ložište za tekuća goriva imaju razne vrste gorača (gorionika, plamenika) pomoću kojih se dovodi gorivo i raspršuje zrak u gorivo. Osnovne predsnosti tekućeg goriva nad ugljenom prašinom je što nema pepela i otpada čišćenje kotla.

Ložišta na plinovita goriva slična su i kao ložišta na tekuća goriva. Za razne vrste plinskih goriva primjenjuju se i različiti plamenici.

GORIONIK S POMOĆNIM UREĐAJIMA

ISPARIVAČ

Isparivač je glavni dio kotla. U njemu se voda pretvara u paru. U modernim kotlovima se sastoji od bešavnih cijevi promjera 25-35 mm, kojima je obloženo ložište (ekranske cijevi). Prijenos topline odvija se uglavnom zračenjem.

PREGRIJAČ PARE

Pregrijač pare se primjenjuje za proizvodnju pregrijane pare, čija je temperatura veća od temperature suhozasićene pare. Smješten je u dimovodnom dijelu kotla. U njemu se para pregrijava

od 360 do 5600C. Izrađen je od snopa savijenih čeličnih cijevi. Prijenos topline odvija se uglavnom konvekcijom.

ZAGRIJAČ VODE

Zagrijač napojne vode služi za zagrijavanje napojne vode, obično do temperature zasićenja. Smješten je u dimovodnom dijelu kotla iza pregrijača pare. Sastoji se od savijenih čeličnih cijevi.

ZAGRIJAČ ZRAKA

Zagrijač zraka služi za zagrijavanje zraka za izgaranje goriva u kotlu. Nalazi se u dimovodnom

dijelu kotla, iza ekonomajzera, u njemu se zrak zagrijava od 120-3500C.

Postoje dvije osnovne vrste zagrijača zraka:rekuperativni - toplina dimnih plinova prelazi na zrak kroz stijenke,

regenerativni - dimni plinovi zagrijavaju čelične limove, a ovi akumuliranu toplinu predaju u zrak,Kod regenerativnih zagrijača najpoznatiji je Ljungström-ov zagrijač zraka. Sastoji se od rotora u koji ugrađena mreža tankih limova. S jedne strane prolaze dimni plinovi i zagrijavaju limove, koji kasnije okretanje rotora zagrijača dolaze na struju zraka i predaju mu akumuliranu toplinu.

Brzina vrtne rotora iznosi 2-5 min-1.

ARMATURA

Da bi se osigurali uvjeti za siguran i kontinuirana pogon, generatori pare moraju imati odgovarajuću opremu koja se svrstava pod zajedničkim nazivom armatura.

PODJELA ARMATURE• Prema mjestu ugradnje: - armatura na toku goriva - armatura na toku vode - armatura na toku pare - armatura na toku zraka - armatura na toku dimnih plinova• Prema namjeni: - zaporna armatura (ventili, zasuni, slavine, pipci, klapne) - zaštitna armatura (sigurnosni ventili, nepovratni ventili) - regulacijska armatura (razni regulacijski ventili za podešavanje protoka i tlaka) - mjerna (kontrolna) armatura (tlakomjeri, termometri, mjerači razine)• Prema konstrukcijskoj izvedbi: - gruba armatura - fina armatura

Armaturni plan generatora pare

OSNOVNE KARAKTERISTIKE GENERATORA PARE

Tlak:• dozvoljeni (maksimalni) tlak

- proračun čvrstoće tlačnih dijelova- tlak otvaranja sigurnosnih ventila

• radni (normalni) tlak• izlazni tlak (tlak pare na izlazu iz pregrijača)

Kapacitet (učin), [t/h, kg/s, MW]:• maksimalni ( 100 %)• normalni (80 %)• minimalni (20 – 25 %)

Temperatura izlazne pare(temperatura pare na izlazu iz pregrijača)

Iskoristivost(90 do 94 %)

Temperatura napojne vode(temperatura vode na ulazu u generator pare)

Temperatura izlaznih dimnih plinova(140 do 200 0C)

TERMODINAMIČKI PROCES U GENERATORU PARE

Generator pare je energetski uređaj u kojemu se u sklopu Clausius-Rankineovakružnog procesa predaje toplina sagorijevanja goriva na radni fluid (vodu / paru).

TOPLINA PREDANA OGRIJEVNIM POVRŠINAMA GENERATORA PARE

PREDAJA TOPLINE U GENERATORU PARE

Toplina za zagrijavanje vode: qz=c p t2−t 1

Toplina za isparavanje vode: r=h ' '−h'=h3−h2

Toplina za pregrijavanje pare: q p=h4−h3=h4−h' '

Toplina predana zagrijaču vode (ekonomajzeru):

Toplina predana isparivaču:

Toplina predana pregrijaču pare:

qzv=c pm t2 '−t1=c pm t zv−t nv=hzv−hnv

qisp=h3 '−h2 '=hzp−hzv=h'x h' '−h ' −z zv=h'xr−hzv

q pp=h4 '−h3 '=h pp−h'−xr

TOPLINSKA SHEMA GENERATORA PARE

TOPLINSKA BILANCA GENERATORA PARE

RAZVIJENA TOPLINSKA SHEMA GENERATORA PARE

CIRKULACIJA U ISPARIVAČKOM SUSTAVU

Prema načinu kako nastaje:

- Prirodna cirkulacija (djelovanjem uzgona)- Umjetna / prisilna cirkulacija (pogonom pumpe)

Efekti cirkulacije:

- Hlađenje materijala- Prenošenje topline- Usmjeravanje strujanja mjehurića pare

PRIRODNA CIRKULACIJA

Uzgon u cijevima:

pu=H⋅g⋅sil−uzl

ρuzl

< ρsil - zbog većega udjela mjehurića pare u uzlaznim cijevima koje su intenzivnije grijane.

Što je veći radni tlak, manji je uzgon u isparivačkim cijevima zbog maje razlike gustoće zasićene pare i vrele vode.

STRUJANJE DIMNIH PLINOVA I ZRAKA (VENTILACIJA)

Prema načinu kako nastaje:

- Prirodna ventilacija- Umjetna (prisilna) ventilacija

PRIRODNA VENTILACIJA

Nastaje djelovanjem uzgona uslijed razlike gustoće okolnoga zraka i dimnih plinova.

Razlika tlaka uslijed djelovanja uzgona:

UMJETNA (PRISILANA) VENTILACIJA

Prema vrsti i lokaciji ventilatora:

- tlačna ventilacija (ventilator u zračnom traktu)- podtlačna ventilacija (ventilator u dimnom traktu)- uravnotežena / kombinirana ventilacija (ventilator u zračnom i dimnom traktu).

Do pada tlaka dolazi zbog otpora strujanja, zbog trenja u cijevima i zbog lokalnih otpora(cijevni snopovi, proširenje presjeka, suženje presjeka, skretanje smjera strujanja i sl.)

SEPARACIJA (ODVLAŽIVANJE) PARE

Osnovni zadatak separacije odnosno odvlaživanja pare, koja iz parnoga bubnja izlazi prema pregrijaču, je da se maksimalno odvoje čestice vode i tako spriječe problemi koje bi vlažnost pare izazvala u pregrijaču ili turbini, a to mogu biti:

- taloženje soli na pregrijaču pare, koju sa sobom iznosi voda iz bubunja (tzv. zasoljavanje pregrijača→toplinsko opterećenje materijala cijevi→pregaranje cijevi);

- taloženje soli na ulaznim lopaticama turbine (tzv. zasoljvanje turbine→sužavanje prolaza između lopatica→smanjenje učina turbine→povećanje aksijalne sile→aksijalni pomak rotora→istiskivanje ulja iz aksijalnoga ležaja→zaribavanje rotora.

Uređaji za separaciju zovu se separatori i rade na principu naglog skretanja pare pri čemukapljice ostaju na stijenkama (perforirane cijevi, valoviti lim, ciklonski separator)

REGULACIJA POGONA GENERATORA PARE

Glavne regulacijske funkcije:

• Regulacija opterećenja – količine goriva / zraka(održavanje konstantnoga tlaka pare)• Regulacija napajanja – količine ulazne napojne vode(održavanje konstantne razine u bubnju)• Regulacija temperature pregrijane pare(održavanje konstantne temperature izlazne pare)

Pomoćne regulacijske funkcije:

• Regulacija pretička zraka za izgaranje(kontrola i regulacija kisika u dimnim plinovima)• Regulacija viskoznosti goriva – tekućeg(kontrola i regulacija temperature goriva)• Regulacija mljevenja goriva - ugljena(podešavanje finoće ugljene prašine)

REGULACIJA TEMPERATURE PREGRIJANE PARE

Promjenom opterećenja generatora pare mijenjaju se uvjeti prijelaza topline (temperatura dimnih plinova, brzina strujanja fluida s unutrašnje i vanjske strane cijevi), a s time i temperatura izlazne pregrijane pare.Da bi se spriječila promjena temperature izlazne pare s promjenom opterećenja, potrebna je regulacija.

Glavni načini reguliranja temperature izlazne pregrijane pare jesu:- pomoću površinskoga hladnjaka u parnome bubnju- uštrcavanjem napojne vode- uštrcavanjem kondenzata

PRIMJERI GENERATORA PARE