Parni kotli - I -...

1 Energetska proizvodnja

Vsebina:- razvoj in karakteristike parnih kotlov- deli parnih kotlov- ogrevalne površine

Parni kotli - I


Zgodovinski pregled razumevanja toplote

Da je toplota energija, ki prehaja iz toplejšega telesa na hladnejše telo, je šele leta 1840 pokazal J.R.Mayer. Prej je dolgo časa prevladovala teorija, da pod pritiskomtemperaturne diference prehaja neuničljiv fluid, ki ga je Lavoisier imenoval kalorik.Količina tega fluida se je merila v kalorijah.Spoznanje, da je toplota ena od oblik energije je leta 1847 dokončno potrdil J.P. Joulez eksperimentom s katerim je dokazal, da se del mehanskega dela spremeni v toploto.

Za pojav toplote je potrebna temperaturna razlika. Toplo telo vsebuje notranjo energijo,ki se veča, kadar iz toplejšega telesa dovajamo toploto in manjša, ko toploto odvajamov hladnejše telo.

Ta spoznanja utemeljuje prvi glavni zakon termodinamike, ki pravi, da je toplota posebnavrsta energije za katero velja zakon o ohranitvi energije.

Parni kotli - generatorji toplote


Eksergija in anergija toplote

delovna snov

SS

T

T

T

TQ

a)

S

T

T

T

T

S

E

b)

S

T

S

A

Tc)

krožniproces

nosilec (vir) toplote

Okolica

d)

Q = E + A

E = W

Q = A

virtoplote

Eksergija in anergija toplote ter prirast entropije pri prehodu toplote iz vira toplote na delovno snov (v kotlu oz. krožnega procesa).


Parni kotli

kotelparna turbina

kondenzatornapajalna črpalka

Osnovni elementi parnega krožnegadelovnega procesa

1

2

3

4


Parni kotli

o

36

2

1 4

550

~~

3T / °C

s / (kJ/(kg K))

T

Potek parnega delovnega krožnega procesa v diagramu T-s.


Parni kotli

1

2'2 3' 3

4 4'

Tnv

Tup

T p

QGV

QUP

QPP

x = 0

p i = ko

nst.

= 1

p p = ko

nst.

T

s

x

Dovedeni toplotni tokovi v posameznih ogrevalnih površinah parnega kotla.


Parni kotli

Specifični volumen vodne pare v odvisnosti od tlaka in temperature.


Parni kotli

Specifična entalpija vodne pare v odvisnosti od tlaka in temperature.

K


Parni kotli

1

a1'

5

btm, do, (1 b)

tm, do, (1 2)

(Q/m) / (kW/kg)

t /°C

2

2'

4 3

p'

p

tm, do, (1' 2')

Približevanje srednje temperature dovoda toplote tm v delovni medij (1-2) protitemperaturi dimnih plinov kot vira toplote (3-5), zmanjšuje generirano entropijoin uničeno eksergijo. Posledica je povečanje razpoložljivega dela iz procesa.

Velikost temperaturne diference medsrednjo temperaturo dimnih plinov (viratoplote) in srednjo temperaturo delov-nega medija, je proporcionalna velikostigenerirane entropije. Temperaturno diferenco manjšamo z višanjem tlaka delovnega medija, voda-para.


Parni kotli

Potek temperatur dimnih plinov in delovne snovi v parnem krožnem procesu

A – temperatura dimnih plinov v kotluB – temperatura delovne snovi v

krožnem procesuC – temperatura okolice

Za višji izkoristek krožnega procesamoramo v kotlu zagotoviti čim manjšorazliko med temperaturama A in B.Zmanjšati moramo šrafirano površino.

V t-Q diagramu so:


Parni kotli

Višanje tlaka v parnem kotlu omogoča višanje srednje temperatura dovoda toplote.Tlak lahko višamo v podkrtičnem in nadkrtitičnem področju. Pri tlakih nižjih od kritičnegaobstaja pri uparjanju ločnica med vodno in parno fazo, pri nadkritičnih tlakih pa voda zveznoprehaja v paro in zato pri uparjanju ni več vodne površine kot ločnice med vodo in paro.Zaradi tega je konstrukcija kotlov z nadkritičnimi in podkritičnimi tlaki drugačna.


Parni kotli

Izvedba parnega postrojenja z ukrepi za višanje srednje temperature dovoda toplote:− visok tlak pare,− visoka končna temperatura sveže pare,− visoka temperatura napajalne vode z izvedbo regenerativnega gretja,− ponovno pregrevanje pare po vmesni ekspanziji, do čim višjih temperatur


Parni kotli

Shematski prikaz parnega kotla z vsemi osnovnimi elementi; varnostni ventil, vodokaz, protipovratni ventil na napajalnem vodu, izpust mulja – kaluženje.


Parni kotli - vrste

Shematski prikaz mnogovodnega kotla.


Parni kotli - vrste

Mnogovodni ali dimnocevni

Značilnost:

nižji parametri pare: tlak do 27 bar, zmogljivost do 30 t/h, suho nasičena para


Prednosti:

• blok izvedba. Naprava je dobavljiva v kompletu. Postavi se na temelje, priklopi se električno energijo, gorivo, napajalno vodo, parovod in dimnik. Cenena montaža in enostavna prestavitev na drugo lokacijo.

• ker vsebuje veliko količino vrele vode ima veliko toplotno vztrajnosti in deluje kot parni akumulator. Možne kratkotrajne preobremenitve. To je lahko tudi slabost, ker potrebujemo dalj časa za vzpostavitev začetnih pogojev.

• enostavna konstrukcija, ki zahteva malo vzdrževanja• navadno imajo en gorilnik, kar pomeni enostaven nadzorno-upravljalski sistem• zgornja meja za tlak je ~27 bar, večina kotlov obratuje pri tlakih nižjih od 17 bar• večina industrijskih kotlov – proizvaja suho nasičeno paro • Pomanjkljivosti:• maksimalna zmogljivost ~30 t/h, za večje pretoke kombinacija več kotlov• velika površina plašča omejuje maksimalni tlak ~27 bar, višji tlaki – vodocevni kotli

Parni kotli - vrste

Mnogovodni ali dimnocevni


vodokaz

varnostna ventila

mnogovodni kotel, max. zmogljivost 20 t/h, max. tlak 20 bar

Parni kotli – mnogovodni, dimnocevni


Parni kotli – vodocevni parni kotel

2

1

4

2

3 5

6

7

2

Sevalni, malovodni kotel. 1 – padni vod za napajanje uparjalnika2 – cevi uparjalnika3 – boben

4 – cevi sekcije5 – pregrevalnik6 – cevni grelnik vode7 – litoželezni grelnik vode

Manjši pretoki/toplotne moči do 300 MW se smatrajo kot industrijski kotli, največji kotli pa so termoelektrarniški


Parni kotli – vodocevni parni kotel - industrijski

Sevalni kotli, kapljevita goriva trdna goriva


Parni kotli – vodocevni parni kotel - termoelektrarniški

TE Šoštanj, kotla bloka 5 in bloka 4

obm

očje

bod

očeg

a bl

oka

6


Parni kotli – vodocevni parni kotel - termoelektrarniški

TE Šoštanj, blok 5, poraba lignita do 100 kg/s


Parni kotli – ogrevalne površine

Teoretični potek procesa v kotlupoteka po izobari. Imamo izobarnidovod toplote.Primer: V kotel vstopa napajalna voda s temperaturo 120 °C in tlakom100 bar (1). V kotlu se voda upari inpara se do izstopa iz kotla pegrejena 480 °C pri tlaku 100 bar (4).Vmesna stanja so: (2) vrela voda,(3) suho nasičena para.

Temu procesu so v kotlu namenjenenaslednje ogrevalne površine:GV – grelnik vodeUP – uparjalnikPP – pregrevalnik pare.

1

2

3

4

PP

UP

GV


Parni kotli – razporeditev ogrevalnih površin

Označevanje temperatur okoli ogrevalnih površin na strani ogrevanega medijain dimnih plinov na vstopu in izstopu iz paketov. V ogrevalnih površinah se segrevajo voda in para. Grelnik zraka (GZ) ne štejemo med ogrevalne površine.


Parni kotli – toplotni tokovi v ogrevalnih površinah


Parni kotli – toplotna moč kotla

Toplotna moč kotla je vsota toplotnih moči ogrevalnih površin.


Parni kotli – razpoložljiva toplotna moč kotlov

Razpoložljiva toplota iz dimnih plinov

Razpoložljiva toplota dimnih plinov v kotlu ali drugi energetski napravi je odvisna od temperaturnega intervala v katerem se toplota iz dimnih plinov odvzema. Torej od najvišjetemperature pri kateri se prehod toplote prične, do najnižje temperature, pri kateri prenehamo ohlajati dimne pline.

Najvišja možna temperatura plamena v kurišču dejansko ni dosežena, ker se toplota že medprocesom zgorevanja s sevanjem prenaša na okolico. Okolico plamena pri parnih kotlih predstavlja uparjalnik oziroma cevi uparjalnika. Razpoložljivo toploto pri najvišji temperaturi moramo torej izračunati. Določimo jo kot teoretično temperaturo zgorevanja.

Najnižjo temperaturo dimnih plinov za zadnjo ogrevalno površino pa določimo glede na: - temperaturo rosišča – temperatura kondenzacija žveplene kisline v dimnih plinih,- temperaturo kondenzacije vodne pare v dimnih plinih ali - temperature (toplote), ki jo potrebujemo pri procesih čiščenja dimnih plinov pred vstopom v dimnik- temperature dimnih plinov pri izstopu iz dimnika v okolico zaradi vzgonskega dviga v atmosfero


Parni kotli – temperature dimnih plinov na izstopu

Temperatura kondenzacije vodne pare v dimnih plinih iz kurilnega olja.

Diagram Hd – td za dimne pline iz ekstra lahkega kurilnega olja z upoštevanjem kondenzacijske toplote vodne pare v dimnih plinih. V tabeli so predstavljene začetne temperature kondenzacije vodne pare.


Parni kotli – ogrevalne površine

Shematski prikaz ogrevalnih površin kotla na bloku 5 v TE Šoštanj

višina kotla ~100 m, celotna masa kotla ~15.000 t, dolžina cevi ~ 460 km,max. poraba premoga ~360 t/h ali 100 kg/s


Parni kotli – ogrevalne površine, cevi uparjalnika

Cevni skelet uparjalnika pri kotlu z naravno cirkulacijo


Parni kotli – ogrevalne površine, zavesni pregrevalniki

Sevalni, zavesni pregrevalnik je nameščen na vrhu kurišča v obliki visečih zaves.Dimni plini tečejo skozi prostor med zavesami.


Parni kotli – ogrevalne površine, cevni, paketni pregrevalniki

Dvodelni, konvektivni, pokončni pregrevalnik. Dimni plini se pretakajo skozi cevne pakete.


Parni kotli – ogrevalne površine, paketi cevnih, ležečih pregrevalnikov

Cevni paketi ležečih pregrevalnikov incevnega grelnika vode, ki je nameščenpovsem na vrhu. Konstrukciji na sliki jepotrebno namestiti še razdelilne in zbiralne komore za vsak cevni paket indimnotesne stene ter izolacijo dimnega kanala.


Parni kotli – ogrevalne površine, paketi cevnih, ležečih pregrevalnikov

Cevni paketi ležečih pregrevalnikov pred montažo, zloženi na gradbišču


Parni kotli – boben

Boben je element, ki povezuje grelnik vode, uparjalnik in pregrevalnik pare. Njegov namenje, da ločuje vodno in parno fazo vlažne pare ter pošilja vodo v uparjalnik in paro v pregrevalnik.


Parni kotli – grelniki zraka

Rotacijski, regenerativni grelnik zraka – tipa Ljungström


Parni kotli – grelniki zraka

Rekuperativni, cevni GZ Rekuperativni, ploščati GZ


Parni kotli – kurjava, priprava goriva

Sistem za pripravo težkega kurilnega olja pred gorilnikom. Olje je potrebno segreti, dadoseže želeno viskoznost, zvišati tlak na zahtevan nivo, odstraniti trdne delce v filtru in omogočiti reguliranje masnega pretoka skozi gorilnik.


Parni kotli – kurjava, zgorevalni prostor

Cevni skelet kotnocevnega kotla. Padne in dvižne cevi (1) so nameščene v vogalihter povezane z razdelilnimi komorami (2), iz katerih so napajane cevi uparjalnika (3), ki so postavljene ob stene kurišča. Razviden je še pregrevalnik (4) ter cevi, ki vračajo zmes vode in pare v boben (5,6), iz katerega se voda zopet pošilja po padnih ceveh (1) v uparjalnik.


Parni kotli - kurjava, kurjenje lesnih ostankov


Parni kotli – nosilna konstrukcija

Nosilna konstrukcija kotla nabloku 5 v TE Šoštanj med montažo.

Parni kotli - I -...

Documents

Transcript of Parni kotli - I -...