Generator pare: razlika između inačica

'''Generator pare''' ili '''parni kotao''' je [[kotao]] koji služi za proizvodnju [[vodena para|vodene pare]] određenog [[tlak]]a i [[temperatura|temperature]], koja služi kao radni [[fluid]] za pogon [[parna turbina|parnih turbina]] (za proizvodnju [[električna energija|električne energije]] u [[termoelektrana]]ma, za pogon velikih [[brod]]ova, za pogon [[parna lokomotiva|parnih lokomotiva]] i drugo), te za prijenos [[toplina|toplinske energije]] za razne pomoćne uređaje (za [[grijanje]] na primjer). Današnjim [[konstrukcija]]ma primjereniji je naziv generatori pare (posebno ako [[para]] ima veći tlak od 22 [[Bar (jedinica)|bara]]) umjesto parni kotlovi. <ref> [http://www.riteh.uniri.hr/zav_katd_sluz/zvd_teh_term_energ/katedra4/energetska_postrojenja/10.pdf] "Projektiranje termoenergetskih postrojenja", Prof. dr. sc. Z. Prelec, www.riteh.uniri.hr, 2013.</ref>

* [[Zagrijač vode]] ili ekonomajzer je ogrjevna površina u kojem se vrši zagrijavanje [[napojna voda|napojne vode]] prije ulaza u [[parni bubanj]] (ili u vodeni bubanj kod dvodomnih [[Vodocijevni kotao|vodocijevnih kotlova]]), odnosno u isparivački dio generatora pare. Izlazna temperatura napojne vode iz zagrijača napojne vode je najčešće 20 do 60 &nbsp;°C ispod temperature [[isparavanje|isparavanja]]. Prijelaz topline je uglavnom konvekcijom, a malim dijelom zračenjem dimnih plinova.

Priključci za [[cijev]]i i [[ventil]]i (armatura) su zaporni ventili i priključci, [[Sigurnosnisigurnosni ventil|sigurnosni ventili]]i i priključci, mjerni priključci, regulacijski ventili i priključci.

Pomoćni uređaji mogu biti sustav za dovod i pripremu [[napojna voda|napojne vode]], sustav za dovod i pripremu [[goriva]], sustav za dovod [[zrak]]a i odvod [[dim]]nih [[plin]]ova, te drugi.

Cilindrični generatori pare najstarije su konstrukcije parnih kotlova, a uglavnom su se koristili za [[brod]]ske uvjete rada. Izvedbe su im bile uglavnom vatrocijevne ili kombinirane (vatrocijevne / vodocijevne). Osnovni im je nedostatak velik sadržaj vode, zbog čega su prestavljali znatnu opasnost od [[eksplozija|eksplozije]], jer se naglo mogla osloboditi velika količina akumulirane topline. Osim toga, sporo su se dovodili pod radni [[tlak]] koji zbog konstrukcije nije mogao biti visok, obično je bio manji od 15 [[Bar (jedinica)|bara]], a imali su i prilično loše kruženje vode. Konstrukcija im je masivna, kruta i glomazna. Ali prednost je bila da su manje bili osjetljivi na [[Kakvoća vode|kakvoću vode]], bili su jednostavni i elastični kod naglih promjena opterećenja. U početku su bili loženi kvalitetnim vrstama [[ugljen]]a, a kasnije su izvedbe prilagođene korištenju tekućeg goriva. Temperature pregrijanja bile su u granicama od 250 do 300 [[Celzij|°C]] (najviše 350 &nbsp;°C).

Prvi i glavni proizvođač ovakvih konstrukcija bila je tvrtka “Babcock & Wilcox”, a najveći broj ih je izgrađen između [[Prvi svjetski rat|Prvog]] i [[Drugi svjetski rat|Drugog svjetskog rata]]. Danas se još primjenjuju, ali se takvi, kao nove jedinice, više ne izrađuju. Učinak im je bio od 3 do 10 [[kilogram|kg]]/[[sekunda|s]] [[para|pregrijane pare]], radni tlakovi od 10 do 50 bara i temperature pregrijanja od 300 do 475 &nbsp;°C. Najčešće su se dvije ili četiri takve zrcalno simetrične jedinice ugrađivale na trgovačkim i putničkim [[brod]]ovima, dok su se za ratne brodove rjeđe upotrebljavali. Prednost im je jednostavnost konstrukcije, pouzdanost u pogonu, te pristupačnost za pregled i [[održavanje]]. Nedostatak im je prilično velika [[masa]] ugrađenog [[materijal]]a, osjetljivost na poremećaje u [[volumni protok|protoku]] vode prilikom promjena opterećenja i osjetljivost kod kretanja u pogon zbog neravnomjernih [[Toplinsko istezanje|toplinskih istezanja]] (dilatacija) različitih materijala, zbog čega je potrebno postupno i duže zagrijavanje.

Trodomne generatore pare ili generatore pare s 3 ili 4 [[parni bubanj|parna]] i vodna bubnja uglavnom je proizvodila engleska tvrtka “Yarrow” i počeli su se upotrebljavati nakon Prvog svjetskog rata, posebno na brodovima [[Ratna mornarica|ratne mornarice]]. To su vodocijevni generatori pare uglavno s jednim parnim bubnjem gore, te s dva vodna bubnja dolje, povezana s ravnim cijevima. Zbog toga im je osnovni nedostatak bila poteškoće s [[Toplinsko istezanje|toplinskim istezanjem]] samih cijevi. Zbog toga novije konstrukcije imaju zakrivljeni snop isparivačkih cijevi radijalno spojene na bubnjevima. Izvodili su se najčešće s dvoprolaznim dimnim kanalima, a u jednom je smješten [[pregrijač|pregrijač pare]]. Imali su učinak od 3 do 14 &nbsp;kg/s pregrijane pare, radne tlakove do 40 bara i temperaturu pregrijanja do 450 &nbsp;°C.

Vodocijevni generatori pare tipa Integral je možda najčešće korištena vrsta generatora pare, posebno za [[brod]]ski pogon. To su vodocijevni generatori pare s dva parna bubnja i strmo (ili koso) položenim isparivačkim cijevima. Imaju ložište u obliku zaslona, a kao naknadne ogrjevne površine ugrađuju se [[predgrijač zraka]] i [[zagrijač vode]]. [[Pregrijač|Pregrijač pare]] smješten je između prvog i drugog snopa [[Konvekcija|konvektivnog]] isparivača. Generator pare ima dvostruku oplatu, između koje prolazi zrak prije ulaska u ložište. Na taj način se smanjuju debljina i gubici [[Toplinsko zračenje|zračenja topline]] u okolinu. Parni bubanj opremljen je unutarnjom opremom za djelotvorno odvajanje kapljica vode od izlazne pare, koja se sastoji od [[Ciklonsko odvajanje|ciklonskog odvajača]] i perforirane parne oduzimne cijevi. Učinkovito kruženje vode omogućeno je silaznim cijevima koje povezuju vodni prostor parnog bubnja, te vodni bubanj i donje sabirnice vode. Uzlazne cijevi do parnog bubnja su snop isparivačkih cijevi. Imaju učinak od 5,5 do 22,5 &nbsp;kg/s pregrijane pare, radne tlakove do 40 do 80 bara i temperaturu pregrijanja do 450 &nbsp;°C do 510 &nbsp;°C. Temperatura [[napojna voda|napojne vode]] najčešće je od 150 do 200 &nbsp;°C, a temperatura izlaznih dimnih plinova u granicama od 170 do 190 &nbsp;°C.

Isparivač čine zaslonske cijevi ložišta i cijevi drugog dimnog prolaza. Dakle, nema klasičnog konvektivnog snopa isparivačkih cijevi, pa se [[toplina]] isparivaču uglavnom predaje [[toplinsko zračenje|zračenjem]]. Konstrukcija cijevi u obliku zaslona ima znatnu prednost zbog relativno niske temperature vanjske stijene koju treba [[toplinska izolacija|toplinski izolirati]], što omogućuje jednostavnu toplinsku izolaciju ([[mineralna vuna]]), elastičnost u pogonu i brz dovod u radne uvjete pri kretanju iz hladnog stanja. Imaju učinak do 35 &nbsp;kg/s pregrijane pare, radne tlakove do 80 bara i temperaturu pregrijanja do 515 &nbsp;°C. Temperatura izlaznih dimnih plinova je do 115 &nbsp;°C, čime se postiže vrlo visok [[stupanj iskorištenja]] (do 94%).

Tvrta "Foster-Wheelers" razvila je moderne konstrukcije generatora pare na osnovu tipa D, pa postoje tipovi ESD I, ESD II, ESD III, ESD IV i ESRD. Sastoje se od parnog i vodnog bubnja, koji su povezani snopovima konvektivnih isparivačkih cijevi. Ložište je zaslonsko (ekranizirano), osim sa strane gorionika gdje je obloženo vatrostalnom izolacijom. Pregrijač pare smješten je između prvog i drugog snopa isparivača, a izveden je kao snop cijevi u obliku slova “U”. Prvi konvektivni snop cijevi sastoji se od triju redova okomito smještenih cijevi većeg [[promjer]]a, koje, između ostalog, imaju ulogu da štite cijevi pregrijača od izravnog zračenja [[plamen]]a iz ložišta. Uobičajena svojstva generator pare tipa D su učinak od 10 do 15 &nbsp;kg/s pregrijane pare, radni tlakovi od 40 do 70 bara i temperatura pregrijane pare od 450 do 500 &nbsp;°C.

Generatori pare s velikim učinkom, te visokom temperaturom i tlakom, izgrađuju se s međupregrijačem, čime se postiže bolji toplinski [[stupanj iskoristivosti]] cijelog parnog sustava, a ujedno se smanjuje [[Vlažnost zraka|vlažnost]] pare u posljednjim stupnjevima [[parna turbina|parne turbine]].

Na [[brod]]ovima s [[Motor s unutarnjim izgaranjem|motornim pogonom]] potreba za toplinskom energijom (vrela voda, niskotlačna para) danas se najčešće zadovolja iskorištavanjem osjetne topline ispušnih dimnih plinova iz glavnih motora, čime se ujedno poboljšava ukupni toplinski stupanj iskoristljivosti cjelokupnog pogona. Temperatura ispušnih dimnih plinova iz motora je od 280 &nbsp;°C do 340 &nbsp;°C kod dvotaktnih [[Dizelski motor|diesel motora]], odnosno 370 &nbsp;°C do 420 &nbsp;°C kod srednjehodnih četverotaktnih diesel motora (s napomenom da je količina dimnih plinova četverotaktnih motora iste snage približno dvostruko manja nego kod dvotaktnih motora). Iz toga je vidljiva prikladnost i opravdanost rekuperacije osjetne topline ispušnih dimnih plinova iz motora s pomoću utilizatora koji se, ovisno o učinku, načinu ugrađivanja, načinu povezivanja i namjeni, izvode različito.

[[Pregrijač]]i pare izloženi su najtežim uvjetima rada zbog djelovanja visokog tlaka, temperature, a često i visokotemperaturne korozije. Temperatura stijenki ovdje je najviše ovisna o temperaturi radnog [[fluid]]a, koja je, ovisno o temperaturi pregrijanja, veća nego kod isparivača. Normalno je temperatura stijenki pregrijača od 30 do 50 &nbsp;°C veća od temperature pregrijane pare u njemu. Zagrijači vode nisu izloženi težim temperaturnim uvjetima, već uglavnom djelovanju unutarnjeg tlaka. Međutim, budući da se nalaze u području nižih temperatura dimnih plinova, mogu biti izloženi djelovanju niskotemperaturne korozije. Zagrijači zraka nisu pod tlakom radnog medija i nalaze se u području najnižih temperatura dimnih plinova. Glavni štetni utjecaj na materijal koji ovdje može nastati je djelovanje niskotemperaturne korozije.

Osim ta tri glavna čimbenika, na konstruktivni materijal generatora pare mogu djelovati naprezanja zbog [[toplinsko istezanje|toplinskog istezanja]] (pri kretanju i zaustavljanju pogona ili pri promjeni opterećenja), a katkad i [[erozija]] izazvana čvrstim česticama u dimnim plinovima, što je više izraženo pri izgaranju čvrstog goriva (npr. ugljen).

Prirodna [[voda]] sadrži razne tvari koje treba ukloniti prije korištenja za napajanje u termoenergetskim postrojenjima. Vrsta i sadržaj tih tvari (nečistoća) zavisi prvenstveno o porijeklu vode: riječna, jezerska, izvorska. U vodi mogu biti sadržane tvari u obliku: [[Suspenzija (kemija)|suspendiranih]] tvari (neotopljenih), otopljenih tvari ili otopljenih plinova. Glavni postupci obrade (pripreme) napojne vode su [[Filtracija|filtriranje]], [[ionska izmjena]] (demineralizacija) i [[otplinjavanje]] (deaeracija). <ref>[http://www.riteh.uniri.hr/zav_katd_sluz/zvd_teh_term_energ/katedra4/energetska_postrojenja/9.pdf] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20150924091407/http://www.riteh.uniri.hr/zav_katd_sluz/zvd_teh_term_energ/katedra4/energetska_postrojenja/9.pdf |date=24. Rujanrujna 2015. }} "Obrada napojne vode u termoenergetskim postrojenjima", Prof. dr. sc. Z. Prelec, www.riteh.uniri.hr, 2012.</ref> Napojna voda je [[Obrada vode|obrađena voda]] koja se koristi u [[kotao|kotlovima]] (generator pare) za proizvodnju [[para|pare]] (za pogon [[parna turbina|parne turbine]]) ili tople vode u [[termoelektrane|termoelektranama]] i ostalim termoenergetskim postrojenjima ([[nuklearna elektrana|nuklearne elektrane]], [[bioelektrana|bioelektrane]], toplane - [[Elektrane i elektroenergetske mreže|elektrane]]). U termoelektranama napojna voda se obično nalazi u posebnom spremniku, nakon [[Pročišćavanje vode|pročišćavanja vode]] i predgrijavanja, a dovodi se u kotao korištenjem [[Napojna pumpa generatora pare|napojne pumpe generatora pare]].

Kruženje vode (cirkulacija) u generatorima pare može biti prirodno ili umjetno (optočno ili protočno). Prirodno kruženje vode nastaje kao posljedica razlike izmedu [[gustoća|gustoće]] vrele vode i pare, dok se kod umjetnog kruženja vode koristi protočna ili napojna [[crpka]]. Osnovni zadaci pravilnog kruženja vode u generatoru pare su [[hlađenje]] materijala ogrjevnih površina, [[Prijenos topline|prenošenje topline]] sa stijenke na radni [[fluid]] i usmjeravanje strujanja nastalih mjehurića vodene pare. Kruženjem vode istodobno se osigurava odvođenje topline i hlađenje materijala cijevi i tako spriječava smanjenje [[Vlačna čvrstoća|čvrstoće]] materijala, što bi nastalo zbog pregrijavanja iznad dopuštenih radnih temperatura. Strujanje vode uvjetuje prijelaz topline [[konvekcija|konvekcijom]], koji je znatno veći nego provođenje koje bi nastalo kada ne bi bilo kruženja vode. Osim toga, usmjeravanje strujanja mjehurića pare onemogućuje nagomilavanje u obliku tzv. parnih jastuka na stijenkama, koji bi zbog lošijeg prijelaza topline na paru uzrokovali lokalno pregrijavanje, a u krajnjem slučaju i pregaranje materijala, te propuštanje cijevi zbog gubitka mehaničke kakvoće materijala.

* kontrolna oprema (pokazivač razine, [[manometar]], [[termometar]]). <ref> [http://www.riteh.uniri.hr/zav_katd_sluz/zvd_teh_term_energ/katedra3/Brodski_energetski_uredaji/01.%20Poglavlje,%20UVOD.pdf ] "Brodski generatori pare – uvod", Prof. dr. sc. Z. Prelec, www.riteh.uniri.hr, 2013.</ref>

[[Kategorija: Parni strojevi i uređaji]]