Kotel ( množství kotlů) je konstrukčně ucelený komplex zařízení pro předávání tepelné energie některému chladivu v důsledku spalování paliva , v průběhu technologického procesu nebo přeměny elektrické energie na energii tepelnou [1] .
Ve značné části případů je chladivem kotlů voda a pára , ale může to být také olej , rtuť , vzduch (viz generátor tepla ) atd.
Kotle (kromě elektrických) jsou typem výměníků tepla , kde topným médiem jsou produkty spalování a topným médiem chladivo kotle.
Název kotelní jednotka ( kotelní jednotka , nesprávně parogenerátor [1] ) se objevil historicky při vývoji parních kotlů . Kotel byl zpočátku jednoduchým zařízením bez rozdělování topných ploch podle funkce. Následně potřeba získat páru vyšších parametrů s lepší účinností a menšími rozměry si vynutila vyvinout topné plochy v peci , přidat přehřívák , ekonomizér vody a ohřívač vzduchu . To vše s přilehlými potrubími , plynovými a vzduchovými kanály, armaturami , spojenými do jediného organického celku a nazývalo se to kotelna, na rozdíl od „kotle samotného“. Přídavná zařízení byla často vybavena již existujícími jednoduchými kotli nebo kotli dřívějších řad. U moderních vysokovýkonných kotlů, zejména průtočných, nelze vyčlenit „vlastní kotel“, pro ně jsou pojmy „kotel“ a „kotelník“ vlastně synonyma .
Kotelna je soubor zařízení a mechanismů určených k výrobě páry nebo horké vody. Kromě jednoho nebo více kotlů zahrnuje pomocná zařízení a mechanismy: odsavače kouře , dmychadla , napájecí a úpravny vody , zásobování palivem v závislosti na typu paliva - hydraulické štěpení , topný olej , odpopelňovací systémy a lapače popela . Tyto systémy mohou být jednotlivé nebo společné pro skupinu kotlů. [2]
Kotle vyrábějí páru pro pohon parních strojů (například turbíny elektráren , motory parních lokomotiv ), teplo pro potřeby průmyslu (například textilu ) a zemědělství , páru a horkou vodu pro vytápění a zásobování spotřebitelů teplou vodou.
Kotlové jednotky pracující s nosiči tepla - vodou a párou, se dělí na páru , vyrábějící páru a vodní ohřev , ve kterých voda nemění skupenství ; existují také parní horké ( voda-topení- para ) kotle, které vyrábějí vodu a páru zároveň. Kotle pro nadkritické parametry se označují jako parní kotle. Kotle s jinými typy chladiva mohou také pracovat s jeho přechodem z kapalného do parního stavu nebo bez něj. Použití chladicí kapaliny s vysokým bodem varu při nízkém tlaku (například určité druhy oleje ) nebo plynu umožňuje snížit tloušťku stěny a usnadnit provoz potrubí a zařízení spotřebovávajících teplo.
Parní kotle mohou vyrábět nasycenou nebo přehřátou páru . Vzhledem k vysokým nákladům a složitosti provozu přehříváku a uspokojivým vlastnostem syté páry (se suchostí obvykle ne menší než 99 %) pro mnoho úkolů, v malých průmyslových a topných kotlích s tlakem páry do 16 atm , syté pára vzniká téměř vždy.
Chladicí kapalina na výstupu z kotle se často liší od chladicí kapaliny dodávané přímo spotřebitelům (například síťová voda cirkuluje v topných sítích spíše nízké kvality, pokud jde o tvrdost , nasycení plynem atd., když je dodávána do kotle, rychle se kontaminuje). V tomto případě se přenos tepla provádí pomocí speciálních výměníků tepla (zejména kotlových parních kotlů ).
V některých případech jsou parní kotle převedeny do režimu ohřevu vody .
Kotle mohou spotřebovávat různé druhy pevných , kapalných nebo plynných paliv , v závislosti na tom, jaká mohou mít jejich pec a hořáková zařízení a některé další prvky významné vlastnosti.
Pyrolýzní kotle se odlišují od kotlů na tuhá paliva klasického typu spalování. V první komoře pyrolýzního kotle palivo dřevěného původu (polena, naštípané palivové dříví, odřezky, štěpky, piliny, hobliny) za podmínek tepelného rozkladu a nedostatku kyslíku uvolňuje směs plynů nasycenou uhlíkem. Při kontaktu s horkým povrchem trysek se v druhé komoře pyrolýzního kotle vznítí směs plynů a shoří za velkého uvolnění tepla. Účinnost těchto plynových kotlů je výrazně vyšší než účinnost klasických přímospalovacích kotlů na tuhá paliva.
Někdy dochází k přeměně kotlů z jednoho druhu paliva na jiný (zpravidla tuhé palivo na plyn) [3] .
Energetickotechnologické kotle ve svých pecích zpracovávají technologické materiály (např. toxické odpadní vody a emise , jemnozrnné materiály jako keramzit , přírodní fosfáty ) [1] ; teplo ze spalin, aby se zbytečně nevyhazovalo do atmosféry , je vnímáno povrchy kotle.
Palivo nespotřebovávají přímo elektrokotle , stejně jako kotle na odpadní teplo , které využívají teplo horkých procesních plynů nebo motorů (např. plynová turbína v CCGT ) [4] . Možné jsou kombinované kotle využívající elektřinu nebo externí teplo a současně (současně nebo alternativně) spalující palivo uvnitř sebe. Pec kotle na odpadní teplo, kde se k hlavnímu proudu plynu přidává spalující palivo a někdy i další vzduch , se nazývá přídavné spalování .
Druh paliva, pro který je kotel navržen, ovlivňuje především topeniště a hořáková zařízení. Hlavní konstrukce pecí jsou následující: [2] [5]
Výkonové parní a horkovodní kotle mohou být stacionární (instalované na pevném podkladu) nebo mobilní (na vozidle nebo na pohyblivém podkladu) [4] .
Pod tlakem, pod vakuem, plynotěsné.
Vodní trubice, Lancashire, "devítka", buben ...
Velké kotle s komorovým topeništěm mohou mít následující typy uspořádání [6] :
Věž ve tvaru U ve tvaru TKotle pro domácnost mohou být nástěnné nebo stojací. Mnoho kotlů do 1-2 MW je sestaveno z litinových profilů, podobně jako sekce topných radiátorů .
Buben parního kotle je nádoba zpravidla ve tvaru vodorovně ležícího válce , ve kterém začínají a končí potrubí pro cirkulaci média přes odpařovací plochy a v níž dochází k oddělování (především gravitačnímu) plynná fáze z kapaliny. Voda z ekonomizéru (nebo napájecí voda, pokud ekonomizér není) vstupuje do bubnu, pára se odebírá z horní části, voda se obvykle odebírá ze spodní části, protože se v ní hromadí s odpařováním solí (proplach). Pro zlepšení separace uvnitř bubnu jsou k dispozici různá zařízení. Buben je nejsilnostěnnějším prvkem bubnového kotle, takže je drahý, a teplotní napětí v kovu bubnu určují manévrovatelnost kotlů. Použití parních kotlů bez bubnu (přímých) však vyžaduje složitější úpravu vody .
Požární trubkový kotel je ve skutečnosti buben, proražený podél osy trubkami, kterými procházejí plyny. Vodotrubné kotle se naproti tomu vyvinuly z kotlů s více bubny vyhřívanými zvenčí plyny . U velkých moderních vodotrubných kotlů se buben neomývá plyny nebo z nich přijímá pouze nepodstatnou část tepelného výkonu kotle, přičemž jeho hlavní část je vnímána topnými plochami , skládajícími se z mnoha rovnoběžných trubek, uvnitř kterých je pracovní tekutina teče.
Topné plochy mohou být ohřívací (pro kapalnou fázi), odpařovací (pro úplný nebo částečný přechod kapalné fáze na páru ) nebo přehřívací (pro ohřev parní fáze nad teplotu nasycení ) [5] :9 . Také se podle mechanismu výměny tepla s plyny dělí na sálavé (převážně sálavé teplo ), konvektivní (převážně přenos tepla konvektivním přenosem tepla) a sálavě konvektivní (oba mechanismy mají přibližně stejnou hodnotu).
EkonomizérEkonomizér - topná plocha je zcela nebo převážně topného charakteru (někdy existují varné ekonomizéry, kde se až 10% vody ještě přemění v páru). Termín je aplikován na parní kotle; napájecí voda vstupuje do trubek ekonomizéru , tj. takového, jehož tlak je zvyšován napájecími čerpadly na maximum v cyklu tepelné instalace. U mnoha kotlů je ekonomizér poslední plochou podél toku plynu, nepočítaje ohřívač vzduchu. Při nízkých teplotách plynu v této oblasti není přenos tepla sáláním účinný, takže ekonomizér je typicky konvekční topná plocha: skládá se z velkého počtu paralelních svazků zakřivených trubek, obvykle s rozvinutými spirálovými nebo žebrovanými žebry .
Síta peceU většiny moderních kotlů, jak na ohřev vody, tak na páru, je značná část povrchu pece pokryta clonami - bloky paralelních trubek. Historicky se to dělalo za účelem ochrany nosných konstrukcí kotle před tepelnými účinky otevřeného plamene , ale u moderních kotlů pohlcují clony topeniště velmi významnou část celkového tepelného výkonu díky sálavému přenosu tepla. Existují přední (přední), zadní, boční a stropní clony, u některých kotlů clony pokračují po dně (dole) topeniště; kotel může mít navíc dvojité světelné zástěny, které jsou vystaveny záření z obou stran. Přední přepážky by měly mít mezery (obvykle vytvořené ohyby blízkých trubek), do kterých ústí trysky hořáku. U průtočných kotlů je zvykem rozlišovat v clonách spodní (LRCh), střední (SRCh) a horní (HRCh) sálavou část [5] : 11-12 .
Síťové trubky jsou obvykle hladké, s výjimkou žeber nebo plechových distančních vložek, pomocí kterých je lze vzájemně spojovat (záření, které dopadá na tyto plechy, se díky vysoké tepelné vodivosti kovu přenáší do trubek, tím i obložení pece v mezerách mezi trubkami je také chráněna). U nejvýkonnějších kotlů v zóně blízko hořáků je tok záření tak vysoký, že tam musí být clony chráněny žáruvzdornými povlaky; pro jejich udržení a také pro zlepšení přenosu tepla jsou k trubkám ze strany topeniště přivařeny hroty nebo žebra. Existují také zkušenosti s používáním nepotažených trubek s žebry uvnitř pece k ochraně trubek před působením vysoce abrazivních paliv. . Vně kotle jsou clony tepelně izolovány , obvykle vyloženy a opláštěny z důvodu plynotěsnosti [5] : 86, 87 . Je však velmi obtížné dosáhnout plynotěsnosti pece kvůli obrovské ploše sít.
Nejběžnější použití sít v kotlích s přirozeným oběhem je jako odpařovací plocha; zatímco trubky jsou uspořádány svisle s minimálním počtem ohybů, rozdělovače , do kterých jsou přivařeny - vodorovně. Aby cirkulační tlak postačoval k překonání odporu síta, musí být průměr trubek dostatečně velký (∅ 50–60 mm). Proces varu umožňuje velmi efektivně odvádět teplo a zamezit přehřívání trubního kovu, což je možné díky vysoké intenzitě tepelného toku na síta. Při průchodu sítem se odpaří 4-25 % vody [5] :14 . Aby nerovnoměrný ohřev různých částí pece měl menší vliv na spolehlivost cirkulace, jsou odpařovací síta rozdělena do sekcí, z nichž každá tvoří samostatný cirkulační okruh - panely [5] : 86, 87 . V horní části pecí (kde nejsou tak velké tepelné zátěže, stejně jako ve stropní cloně, kde je obtížná přirozená cirkulace) jsou často umístěny přehřívací clonové plochy, ve kterých směr trubek většinou nehraje zásadní roli.
V průtočných kotlích se často používá Ramzinovo navíjení pásky s vícetahovými zvedacími a zvedací-spouštěcími panely . LFC v kotli L.K. Ramzin (pro podkritické parametry) je vyroben ve formě pásu trubek s vodorovně stoupajícím vinutím (pod úhlem 15–20 °) a slouží k odpaření přibližně 80 % vody; pak směs jde na konvekční povrch přechodové zóny ve spádovém plynovém potrubí a odtud se pára vrací k přehřátí v SFC a SFC [5] :18-20, 89, 90 . V souladu s tím jsou v průtočných kotlích vertikální kolektory; v odpařovací části povrchu je však v některých režimech možná stratifikace média v takových kolektorech, což výrazně zhoršuje provozní podmínky následujících povrchů [7] .
V Sovětském svazu byla výroba topných zařízení prováděna Bratským závodem topného zařízení (Bratský kotel, UKMT-1 ), Soyuzlessstroy (KVANT-1, 1983), Bilimbaevským závodem (nosné konstrukce kotelny KVANT), Yaroslavl Plant technologické konstrukce a kovová zařízení ("Axioma-3", 1985) podle vývoje NIIST Ministerstva stavebních materiálů SSSR a TsNIIEP strojírenských zařízení [8] .
Kotle na tuhá paliva byly předvedeny na výstavě "Mobilní budovy-86" VDNKh SSSR .
Vodotopná automatizovaná přepravní kotelna "KVANT" se objevila v roce 1983. Kotle uvažovaného typu mají trubkovou mechanizovanou kotelnu vybavenou mechanickým topeništěm se šroubovací tyčí.
Specifikace . Výkon - 1 MW. Účinnost kotle dosahuje 82 % (u černého uhlí) a 78 % (u hnědého uhlí). Teplota nosiče tepla před kotlem není omezena a na výstupu z kotle dosahuje 115°. Minimální průtok chladicí kapaliny je 8 t/h. [osm]
V roce 1985 se objevila agregovaná sekční skladová automatická kotelna "AKSIOMA-3".
Přívod paliva do topeniště, urovnávání a kypření paliva a také vypouštění strusky se provádí pomocí řídicího centra ROBOT.
Specifikace . Výkon - 3 MW. Účinnost kotle dosahuje 82,5 % (u uhlí) a 79 % (u hnědého uhlí); teplota nosiče tepla před kotlem není omezena a na výstupu z kotle dosahuje 130 °; minimální průtok chladicí kapaliny — 5 t/h; absolutní tlak chladicí kapaliny - 1,6 MPa; rozměry jsou 11,0x3,2x3,2 m. s hmotností 19 tun. [8]