ВОДЕНА ПАРА

ВОДЕНА ПАРА

Водена пара има широку примену у разним апаратима, индустријским и топлотним постројењима. Њене величине стања понекад примају и помало превисоке вредности, од неколико стотина степени и бара.. Водена пара се добија испаравањем воде на одређеним притиску, најчешће вишем од атмосферског, у специјално користруисаном суду - парном котлу.

За мокру пару мери се количина топлоте доведена за кључање и испаравање и назива се латентна топлота кључања или кондензације потребна за промену фазе. q = r = i - i

Почетно стање се узима за t 0 = 0 C, а за њега су: p 0 = 0,0061 bara v 0 = 0,001 m 3 /kg Пошто се енталпија мери од овог почетног стања, кључале воде, она је (исто важи и за ентропију) у тој тачки: i 0 = 0 s 0 = 0

Прегрејана пара се разликује од влажне и суве паре. Што је више прегрејана ближа је идеалном гасу. q = i i = c p t = c p (Tp - Ts)

У парном котлу процес је изобаран, код пумпи адијабатан, а у кондензатору изобаран и изотерман. За све промене се анализира количина топлоте и рад. Изобарна промена, p = const., слика 6.3. q = u 2 - u 1 + p(v 2 - v 1 ) = i 2 - i 1 l = p(v 2 - v 1 )

Основни задатак котловског постројења је трансформација хемијске енергије горива у топлотну енергију радног флуида, а по правилу му је главни део парни котао - проточни систем за трансформисање енергије. У подручју изградње енергетских, топлотних и процесних система проблеми градње парних котлова чине посебно подручје.

Врсте енергија које се јављају у парним котловима приликом претварања енергије су: Хемијска енергија горива чија количина зависи од хемијског састава горива, Топлотна енергија димних гасова који настају процесом сагоревања, Енергија водене паре тражених карактеристика (притисак, температура), Топлотна енергија воде ако се ради о топловодним котловима.

D - капацитет парних котлова, kg/s p - притисак у парном котлу, Pa t pr - температура прегрејане паре, C. gp - степен корисност парног котла, %

1.етапа: почетак градње парних котлова у време око 1900: ручно ложење на непомичним решеткама; парни котлови с великим садржајем воде; за потребе већих капацитета граде се низови или батерије парних котлова; параметри котлова износе: притисак паре - 1,5 MPa, температура прегрејања паре до 250 C. 2.етапа: гориво сагорева у слоју на механичким решеткама, тј. решеткама с погоном за покретање. Основни представници ове етапе јесу парни котлови са секцијама (секционални) и стрмоцевни парни котлови; параметри износе: притисак паре до - 4 MPa и температура прегрејања паре до 450 C; време градње од 1900. до 1925. 3.етапа: у развоју парних котлова осим сагоревања у слоју уведено је и сагоревање горива у простору односно сагоревање помоћу угља самлевеног у млиновима. Због потпуно нових услова сагоревања угљене прашине, ложиште је добило одређени облик и нижа запреминска оптерећења него при сагоревању угља у слоју. Параметри паре износе: притисак паре до 1 2,5 MPa и температура прегрејања до 525 C; време градње од 1 925. дo 1950.

4.етапа: то је изведба великих парних котлова у блок-систему, тј. парни котао и турбина чине једну погонску јединицу; притисци се пењу и преко критичне тачке, тј. и преко 22,1 MPa, a температура прегрејања паре и преко 525 C; време градње од 1950. надаље. 5.етапа: употребљавају се потпуно нови извори топлотне енергије. Као гориво служе одредени елементи атомске масе преко 230: торијум (Th-232); уран (U-233, U-235, U238); трансурански елементи; плутонијум (Pu-239) итд.; фисијом (цепањем) атома таквих елемената стварају се уз регулисано вођење процеса големе количине топлотне енергије. Парни котао у овом случају, тј. у нуклеарним електранама постаје само измењивач топлоте на који се посредно преноси топлота добијена у реактору. Нуклеарни реактор са системом измењивача долази на место класичног облика парних котлова и чини примарни круг нуклеарне електране, док остали део нуклеарних термо постројења као турбина, цевоводи и остало, остаје у основи непромењен

p d, (Pa), - дозвољени, концесијски притисак; то је највиши притисак при ком је допуштено да парни котао ради. На тај притисак делује сигурносни вентил, односно сигурносни вентил се аутоматски отвара кад је допуштени притисак прекорачен. Он је основа за прорачун чврстоће зидова цеви, комора, бубња, итд.; p r, (Pa), - радни, погонски или називни притисак (притисак у бубњу); најчешће је то притисак 5% испод дозвољеног притиска па се при мањим осцилацијама притиска не отвара сигурносни вентил. Величина радног притиска је основа за прорачун цевовода изван парних котлова у склопу термоенергетског постројења; p i, (Pa), - излазни притисак из прегрејача паре; то је стварни притисак који се мери на излазу из парних котлова. Тај притисак је погонски или радни умањен за величину пада притиска због трења у систему прегрејача паре и спојног цевовода у склопу парних котлова. Излазни притисак је најчешће 10 до 15% мањи од дозвољеног притиска;

Температура прегрејања паре t пр данас износи 540 C, а изузетно је утврђена са 675 C. Ограничена је чврстоћом и саставом материјала за градњу прегрејача паре. Температуре прегрејања мере се на излазу из прегрејача и односе се, према прописима, на максимални трајни капацитет парних котлова. Ако нису утврђени специјални услови, температура прегрејања паре мора бити остварена и при нормалном капацитету парних котлова.

Капацитет парних котлова одређен је следећим величинама: D N, kg/s, - нормални капацитет (производња); служи као основа и меродаван је за пројектовање целог постројења; D max, kg/s, - максимални трајни капацитет; служи произвођачу парних котлова за прорачун величина огревних површина и осталих елемената појединих делова котла; D max30', kg/s, - максимални капацитет у 30 минута; D min, kg/s, - технички минимални капацитет. Код већих јединица парних котлова употребљава се као карактеристична величина максимални тренутни капацитет, који је за око 10% већи од максималног трајног капацитета, али је допуштено трајање таквог капацитета само 30 минута.

У котловском постројењу се настоји постићи што већа искористивост при претварању енергије (топлотне у механичку). Процес добијања рада може се најбоље приказати у топлотним кружним процесима. Топлотни кружни процес је низ промена стања радног медијума. Одвија се у деловима термоенергетског постројења: генератору паре - турбини - кондензатору.

Промене стања медијума у генератору паре и парној турбини Промена стања 1-2 - довођење топлоте за загрејавање воде Промена стања 2-3 - довођење топлоте испарења Промена стања 3-4 - доводење топлоте прегрејања Промена стања 3-3 - адијабатска експанзија засићене паре Промена стања 4-5 - адијабатска експанзија прегрејане паре Промена стања 3-1 - одвођење топлоте кондензације при засићеној пари Промена стања 5-1 - одвођење топлоте кондензације при прегрејаној пари.

подизање радног притиска и температуре прегрејања свеже паре у парном котлу и снижење притиска излазне паре на турбини (кондензацијски притисак), увођење међупрегрејане паре у парном котлу, регенеративно предгрејање напојне воде.

У развоју парних котлова и уређаја енергетских постројења постигнут је велики напредак нарочито последњих 50 година. У теоријским решењима, конструктивном извођењу и усвајању нових материјала, употребљавани су виши притисци произведене паре и више температуре прегрејања паре

Чиниоци који условљавају различитост у градњи, односно у одређивању типова и изведби парних котлова, јесу: капацитет парних котлова, температура прегрејања паре, просторни смештајни захтеви, захтеви хигијенско-техничких прописа (чишћење димних гасова), захтеви регулације и аутоматике парних котлова, захтеви заштите животне средине итд.

Парни котлови с природним оптоцима или циркулацијом воде - водна и парна фаза одвајају се у испаривачу, у спојним цевоводима и у бубњу парних котлова. Парни котлови с присилном циркулацијом (помоћу циркулационе пумпе уграђене између бубња и испаривача) - овај тип парног котла познат је под именом La Mont. Парни котлови без бубња с присилним протицањем воде и паре у испаривачким огревним површинама - у ову категорију котлова укључени су Benson, Sulzer, Ramzin и још неки типови.

ложишта за сагоревање чврстих горива с разним врстама непомичних решетки или мањих решетки на механички погон; ложишта за сагоревање чврстог горива у слоју с механичком пузајућом решетком с расподелом ваздуха за сагоревање по појединим деловима решетке (зонама решетке) или са степенастом решетком с регулисаним доводом ваздуха по појединим редовима решетке; ложишта за сагоревање разних врста отпадака (индустријски или градски отпад) с разним врстама решетки (овај тип ложишта развио се у последње време у индустријским и градским центрима због сагоревања врло великих количина разних отпадака);

ложишта за сагоревање чврстих горива у простору, односно ложишта за сагоревање угљене прашине (млинско ложење); ложишта за сагоревање течних горива с великим бројем типова горионика; ложишта за сагоревање гасовитих горива с различитим типовима горионика; ложишта за истовремено сагоревање више врста горива с одвојеним горионицима за сваку врсту горива и комбинованим горионицима за више врста горива (гасноуљни горионици); ложишта за коришћење отпадне топлоте, нпр. коришћење топлоте гасова из високих пећи, конвертера итд.

енергетски котлови (генератори паре) велике продукције паре, индустријски котлови (за индустријске технолошке процесе), типлификациони котлови (за грејање), утилизатори (за искоришћевање сагорелих гасова у индустрији).

котлови са великим садржајем воде код којих је количина воде у односу на загревну површину велика (0,7 m 3 /m 2 ), котлови са малим садржајем воде

ваљкасти котлови, котлови са пламеним цевима, котлови са грејним цевима, комбиновани котлови, котлови са водогрејним цевима, специјални котлови

ВАЉКАСТИ КОТАО 1.манометар 2.водоказно стакло 3.вентил сигурности 4.одвод паре 5.решетка 6.пепељара 7.цев за одмуљивање 8.шибер за димне гасове

КОТЛОВИ ЗА БРЗУ ПРОИЗВОДЊУ ПАРЕ Котлови за брзу производњу паре или проточни парни котлови (слика 6.19.) су котлови код којих се пара производи струјањем воде кроз једноцевну спиралу котла која је уједно ложишни и измењивачки експанзиони део котла. Константно напајање котла водом осигурава напојна пумпа, а регулатори притиска и аутоматика пламеника одржавају задани притисак паре у котлу.

КОТЛОВИ СА ПЛАМЕНИМ ЦЕВИМА. Циркулација је обезбеђена ексцентричним постављањем пламена цеви у односу на суд котла. Вода између пламене цеви и десног бока котла се брже загреје и уступа место хладнијој води

радни притисак до 12 bar капацитет од 100 до 4000 kg/h степен искориштења изнад 90% брзи старт из хладног стања (око 3 минуте) мали топлотни губици код старта компактна изведба, мали габарити ниски инвестициони трошкови постројења једноставно управљање потпуно аутоматизовани рад гориво: гас, уље, комбиновано гас/уље ниски трошкови одржавања мали захтеви за електричном енергијом погодни за блок и контејнер котларнице

ложишта као простори за сагоревање горива с потребном опремом за претварање хемијске енергије горива у топлотну енергију димних гасова; систем измењивача топлоте (део парног котла под притиском и загрејач ваздуха), односно огревне површине парног котла на којима се топлотна енергија димних гасова преноси на воду и водену пару; ови су измењивачи топлоте: загрејачи воде, испаривачи воде, прегрејачи паре и загрејачи ваздуха; помоћни уређаји у парном котлу: арматура парних котлова (фина и груба), носива челична конструкција, озид и изолација постројење или уређаји изван парног котла

постројење или уређаји за довод горива до парног котла, постројење или уређаји за припрему воде, постројење или уређај и за напајање водом, постројење или уређаји за снабдевање ваздухом, постројење или уређаји за одвод и чишћење димних гасова, постројење или уређаји за одвод пепела и шљаке, постројење или уређаји инструментације,

Озид и изолација парних котлова спречавају продор спољашњег ваздуха у ложиште и канале јединице и допуштају минималне топлотне губитке. Ватростални и изолациони материјал бира се на основи топлотних и механичких напрезања која се јављају због температурних стања у појединим подручјима парног котла. Постоје две изведбе парног котла (кад је у питању изолација или озид парног котла): нормална (тешка) и