Peći i kotlovi u industriji

- izborni predmet 8.4.5-

Prof. dr Dejan Radić

Asistent mr Mirjana Stamenić

Beograd, 2014.godine

Kotlovi u industriji

Podela i korišćenje kotlova

Kotlovi se prema izvoru energije dele na:

kotlove koji koriste gorivo,

električne kotlove i

kotlove utilizatore.

Prema radnom medijumu ili sekundarnom nosiocu toplote, kotlovi se dele

na:

parne kotlove,

vrelovodne kotlove,

toplovodne kotlove i

kotlove za termalno ulje.

Prema obliku radnog prostora u kome se nalazi radni medijum i ložišta

dele se na:

kotlove sa vodogrejnim cevima,

komorne kotlove.

Zajednička karakteristika svih kotlova je da se u radnom prostoru kotla odvija

predaja toplote od primarnog nosioca energije (produkti sagorevanja goriva,

električna energija, dimni gasovi iz peći) ka sekundarnom nosiocu toplote

(radni medijum).

Podela i korišćenje kotlova

Zadatak kotla je da se proizvede određena količina radnog

medijuma zahtevanih karakteristika, odnosno da se

sekundarnom nosiocu toplote preda određena količina

energije, a da se pri tome maksimalno iskoristi energija

primarnog izvora, bilo da je to gorivo, električna energija ili

toplota dimnih gasova iz nekog procesa.

Veliki parni kotlovi se koriste u termoelektranama za

proizvodnju pregrejane pare koja ekspandira u parnoj turbini

koja je spregnuta sa generatorom za proizvodnju električne

energije. U našim termoelektranama koriste se kotlovi snage

do 2000 MW i koriste sprašeni ugalj kao gorivo. Pritisci i

temperature sepregrejane pare se kreću i do 180 bar i 540oC.

Podela i korišćenje kotlova

Parni kotlovi srednjih snaga koriste se u energanama-

toplanama gde se istovremeno proizvodi električna

energija i toplota za tehnološke potrebe ili za grejanje.

Snage ovih kotlova su od nekoliko megavata do stotinu

megavata, a karakteristike pregrejane pare su veoma

različite, mahom zavisne od specifičnih zahteva svakog

konkretnog industrijskog kompleksa. Ukoliko se koristi

spregnuta proizvodnja, biraju se viši parametri pare na

izlazu iz kotla, zato što su u tom slučaju i stepeni

korisnosti kombinovane proizvodnje električne energije i

toplote viši.

Podela i korišćenje kotlova

Parni kotlovi manjih snaga, obično proizvode suvozasićenu

vodenu paru čije karakteristike zavise od industrijskih

potrošača koji koriste paru, a namenjeni su za potrebe

manjih industrijskih preduzeća.

Vrelovodni kotlovi se koriste za sisteme daljinskog

grejanja. Vrela voda na izlazu iz kotla može da ima

temperaturu od 130 do 200oC i pritisak do 25 bar.

Toplotni kapaciteti ovih kotlova su različiti i kreću se od

nekoliko megavata do preko 100 MW. Ovde su niže

vrednosti temperatura za direktne sisteme grejanja, a više

za indirektne sisteme grejanja.

Podela i korišćenje kotlova

Parni i vrelovodni kotlovi mogu da koriste ugalj, tečno

gorivo ili gas, a česte su kombinacije dve vrste goriva.

Električni kotlovi su obično veoma malih snaga i koriste

se ili kao toplovodni kotlovi za grejanje ili kao kotlovi za

proizvodnju pare specijalne namene.

Kotlovi na termoalno ulje nisu često u upotrebi. Termalno

ulje kao sekundarni nosilac koristi se u slučajevima gde je

potrebna procesna toplota viših temperatura, a nije

moguće ili je manje ekonomski isplativo koristiti vodenu

paru.

Podela i korišćenje kotlova

U svim sistemima gde kotlovi proizvode paru koja se

koristi za grejanje i za tehnološke potrebe neophodno je

posle kondenzacije pare u potrošačima energije izvršiti

ponovno vraćanje kondenzata u parni kotao.

Količina kondenzata koji se u ovom procesu izgubi, mora

se nadomestiti svežom napojnom vodom.

Priprema napojne vode koja se sastoji iz mehaničkog

prečišćavanja i hemijske i termičke obrade u tom slučaju

je dopunski trošak za proizvodni proces, ali i dopunski

gubitak energije.

Parni kotlovi

Šematski prikaz razvoja parnih kotlova

a – dobošni kotao, b – kotao sa dve plamene cevi

c – baterijski kotao, d – kotao sa dimnim cevima

e – kotao sa vodogrejnim cevima

Parni kotlovi

Šematski izgled sekcionog kotla as vodogrejnim

cevima i uzdužnim dobošem

1 – ručno ložena rešetka, 2 – kolektor, 3- doboš,

4 – pregrejač pare, 5 – kolektor za odmuljivanje

Parni kotlovi

Kotlovsko postrojenje parnog kotla sa

vertikalnim vodogrejnim cevima i

prirodnom cirkulacijom

1 – kolektori vodogrejnih cevi, 2 –

ložište, 3 – gorionici, 4 – spusne cevi,

5 – skelet kotla, 6 – vodeni prostor

doboša, 7 – doboš kotla, 8 – parni

prostor doboša, 9 – ekranske cevi,

10 – konvektivni snop, 11 – izlazni

kolektor pregrejača pare,

12 – dvostepeni pregrejač pare,

13 – kolektor pregrejača pare,

14 – dvostepeni zagrejač vode

(ekonomajzer), 15 – dvostepeni

zagrejač vazduha, 16 – ozid kotla.

Cirkulacija vode u parnim kotlovima

Šema prirodne cirkulacije

1 – spusne cevi, 2 – podizne cevi

Cirkulacija vode u parnim kotlovima

Pod cirkulacijom vode podrazumeva se kruženje vode u

okviru kotla u užem smislu. Ako je u pitanju kotao sa

vodogrejnim cevima, kruženje se vrši u cevnom sistemu

kotla. Kod kotlova sa plamenom, ili dimnim cevima,

kruženje se odvija u dobošu preko i oko tih cevi.

Prema nastanku pogonske sile, cirkulacija može biti:

prirodna ili

prinudna.

Cirkulacija vode u parnim kotlovima

Kod prirodne cirkulacije pogonska sila nastaje usled

razlike gustina između ključale vode i mešavine ključale

vode i pare.

Kod prinudne cirkulacije pogonsku silu stvara cirkulaciona

ili napojna pupma.

Cirkulacija vode neophodna je kako kod kotla u užem

smislu, tako i u zagrejačima vode. Kod savremenih

zagrejača vode koristi se prinudno prostrujavanje jer bi

prirodna cirkulacija bila otežana usled nedovoljne razlike

gustine. Pored toga, zagrejač vode sa prirodnom

cirkulacijom zahtevao bi vertikalne prave vodogrejne cevi,

što bi konstrukciju učinilo mnogo manje kompaktnom.

Cirkulacija vode u parnim kotlovima

Maksimalna granica primene prirodne cirkulacije kod stacionarnih

kotlova je do radnog pritiska od 160 bar.

Prinudna cirkulacija se usvaja kada se pomoću prirodne

cirkulacije ne može sa sigurnošću obezbediti potrebna uzgonska

sila u svim pogonskim uslovima. Uzrok usvajanju prinudne

cirkulacije su ili visoki radni pritisci ili posebni zahtevi u pogledu

dimenzije ložišta i način postavljanja cevi kod kotlova velikih

kapaciteta.

Akumulaciona sposobnost kotlova sa prinudnim prostrujavanjem

daleko je manja nego kod koltova sa prirodnom cirkulacijom zato

što su zapremine vode u sistemu manje i u principu nema

kotlovskih doboša. Mala akumulaciona sposobnost može da bude

nedostatak pri promenljivim opterećenjima kotlova.

Vrelovodni kotlovi

Šematski prikaz vrelovodnih kotlova loženih gasovitim ili tečnim gorivom

a – kotao stojeće izvedbe,

b – kotao ležeće izvedbe sa dva paketa ekonomajzera

Osnovni oblici kotlovskih ložišta

Šematski izgled sagorevanja goriva na rešetki

1 – sloj goriva, 2 – rešetka, 3 – vazduh, 4 – pepeo,

5 – gasoviti produkti sagorevanja

Osnovni oblici kotlovskih ložišta

Šematski izgled komornog ložišta Šematski izgled ciklonskog ložišta

1 – gorivo, 2 - vazduh

Naknadne grejne površine kotla

Pregrejači pare

Zagrejači vode (ekonomajzeri)

Zagrejači vazduha

Pregrejači pare

Šematski prikaz različitih mogućnosti nastrujavanja pare i gasova

a – suprotosmerno, b – paralelno, c – kombinovano

1- para, 2 - gasovi

Zagrejači vode i vazduha

Raspored zagrejača vazduha i vode

Zagrejači vode i vazduha

Regenerativni zagrejač vazduha tipa

“Ljungstrem”