Wprowadzenie
Ten artykuł wprowadza do tematyki kotłów. Omawiane są popularne konstrukcje kotłów, ich działanie oraz zastosowania.
Cel kotła
Kotły są używane do dostarczania gorącej wody lub pary. Kocioł dostarczający gorącą wodę technicznie nie jest kotłem, ponieważ woda jest poniżej punktu wrzenia. Mimo to, podgrzewacze wody są potocznie nazywane kotłami.
Niezależnie od tego, czy kocioł dostarcza gorącą wodę czy parę, celem kotła jest dostarczenie ciepła, które może być użyte do realizacji zamierzonego celu. Dostarczanie ciepła potrzebnego do ogrzania budynku lub pomieszczenia (tzw. ogrzewanie przestrzeni) jest częstym zadaniem kotła. Poniżej przedstawiono typowy układ systemu ogrzewania przestrzeni za pomocą gorącej wody.
Typowy system gorącej wody
Typowy układ systemu ogrzewania przestrzeni za pomocą pary przedstawiono poniżej.
Typowy system parowy
Kotły z paleniskiem i bez
Otwarte naczynia kotłowe nie są używane ze względu na ich nieefektywność, zamiast tego stosuje się zamknięte naczynia. Zamknięte naczynia z wewnętrznym paleniskiem są najczęstszą konstrukcją przemysłowych kotłów. Zamknięte naczynie pod ciśnieniem nazywane jest naczyniem ciśnieniowym bez paleniska.
System sprężonego powietrza Naczynie ciśnieniowe bez paleniska
Zamknięte naczynie, które wykorzystuje proces spalania do generowania ciśnienia wewnątrz naczynia, nazywane jest naczyniem ciśnieniowym z paleniskiem. Spalanie zazwyczaj odbywa się wewnątrz naczynia ciśnieniowego, tj. naczynie ciśnieniowe z wewnętrznym paleniskiem, lub na zewnątrz naczynia ciśnieniowego, tj. naczynie ciśnieniowe z zewnętrznym paleniskiem.
Kotły płomieniówkowe (Naczynie ciśnieniowe z wewnętrznym paleniskiem)
Kotły płomieniówkowe i wodnorurowe
W przemyśle inżynieryjnym istnieją dwa główne typy kotłów, są to kocioł płomieniówkowy i kocioł wodnorurowy. Jak sama nazwa wskazuje, różnica między tymi dwoma kotłami polega na tym, gdzie znajdują się gazy spalinowe i woda w stosunku do rur kotła
Kotły wodnorurowe mają wodę w rurach, a gazy spalinowe na zewnątrz rur.
Kotły płomieniówkowe mają gazy spalinowe wewnątrz rur, a wodę na zewnątrz rur.
Paleniska kotłów wodnorurowych są otoczone rurami (przewodami) pełnymi wody, co pozwala na szybkie przeniesienie dużej ilości ciepła ze spalania do rur.
Paleniska kotłów płomieniówkowych zazwyczaj znajdują się wewnątrz naczynia ciśnieniowego, ale mogą być również na zewnątrz naczynia ciśnieniowego. Gazy spalinowe przemieszczają się przez rury otoczone wodą.
Kierunek przenoszenia ciepła
Prawie wszystkie duże zakłady przemysłowe mają na miejscu kocioł. Większość kotłów przemysłowych to kotły płomieniówkowe, podczas gdy kotły wodnorurowe są bardziej preferowane w przemyśle energetycznym. Duże i bardzo duże kotły o dużej wydajności pary to zawsze kotły wodnorurowe.
Rury kotła wodnorurowego
Porównanie kotłów wodnorurowych i płomieniówkowych
Szczegółowy przegląd kotłów wodnorurowych i płomieniówkowych nie jest możliwy w ramach tego kursu, ale poniższa tabela podkreśla niektóre z głównych różnic między tymi dwoma konstrukcjami.
|
Wodnorurowy |
Płomieniówkowy |
|
Woda w rurach. |
Gazy spalinowe w rurach. |
|
Gazy spalinowe otaczające rury. |
Woda otaczająca rury. |
|
Maksymalne dopuszczalne ciśnienia robocze (MAWP) przekraczające 2,900 psi (200 bar). |
Maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze (MAWP) do 362 psi (25 bar). |
|
Bardzo wysoka wydajność generacji pary. |
Stosunkowo niska wydajność generacji pary. |
|
Bardziej efektywny niż kocioł płomieniówkowy (zazwyczaj powyżej 90%). |
Mniej efektywny niż kocioł wodnorurowy (zazwyczaj 80-85%). |
|
Ryzyko wybuchu jest wyższe ze względu na wyższe MAWP. |
Ryzyko wybuchu jest niższe ze względu na niższe MAWP. |
|
Odpowiedni dla przemysłu energetycznego. |
Nieodpowiedni dla przemysłu energetycznego. |
Porównanie kotłów wodnorurowych i płomieniówkowych
Aby uzyskać szczegółowy przegląd kotłów płomieniówkowych i wodnorurowych, zapoznaj się z powiązanymi kursami saVRee.
Kotły elektryczne
Istnieją dwa powszechne typy kotłów elektrycznych, są to kocioł elektrodowy i kocioł rezystancyjny. Oba projekty kotłów są stosunkowo proste, ponieważ nie wymagają systemu spalania.
Kotły elektrodowe generują łuki elektryczne, które podgrzewają wodę aż do wytworzenia pary. Liczba elektrod na kocioł, MAWP i ich wydajność generacji pary różnią się w zależności od projektu kotła.
Kocioł elektrodowy
Kotły rezystancyjne przepuszczają prąd elektryczny przez zanurzone elementy rezystancyjne w celu generowania ciepła. Ciepło z elementów jest przekazywane do otaczającej wody, która stopniowo zamienia się w parę. Kotły rezystancyjne są często używane do zastosowań związanych z ogrzewaniem wody.
Kotły rezystancyjne
Kotły elektryczne są bezemisyjne (brak gazów spalinowych) i stosunkowo małe w porównaniu do kotłów spalających. Największą wadą związaną z kotłami elektrycznymi jest koszt w porównaniu do kotłów spalających.
Elementy rezystancyjne kotła
Kotły pakietowe i montowane na miejscu
Kotły pakietowe są sprzedawane jako kotły pod klucz, są dostarczane na miejsce w pełni zmontowane i wymagają jedynie podłączenia do różnych systemów, które są potrzebne do ich działania (woda zasilająca, para, paliwo, gazy spalinowe itp.).
Dużą zaletą kotłów pakietowych jest to, że mogą być w pełni przetestowane przez producenta oryginalnego wyposażenia (OEM) w fabryce przed wysyłką i mogą być szybko zastąpione tym samym (lub podobnym) modelem.
Kotły montowane na miejscu są zbyt duże, aby można je było wysłać jako jeden produkt i muszą być montowane na miejscu. Kotły wodnorurowe używane w przemyśle energetycznym są przykładami kotłów montowanych na miejscu.
Dodatkowe zasoby
https://en.wikipedia.org/wiki/Boiler
https://www.heat-timer.com/domestic-hot-water-systems
https://mirmarine.net/stati-na-anglijskom/marine-boiler/692-types-and-working-of-marine-boiler