1
UVOD
U toku poslednjih tridesetak godina nakon izbijanja tzv. energetske krize, u svetu su
uloženi beliki napori i sredstva za smanjenje potrošnje goriva. Rezultati koji su ostvareni u
smanjivanju potrošnje goriva po jedinici proizvoda u industrijski razvijenim zemljama, koje su
znatno bogatije od nas, najčešće se kreću u granicama 10 – 20%, a ponekad dostižu i čitavih
30%. Mi se, nažalost, ne možemo pohvaliti sličnim rezultatima, čak se može reći da je kod nas
specifična potrošnja energije u poslednje vreme i povećana. Razloga za to ima i opravdanih, ali
neopravdanih mnogo više.
Jedna od najznačajnijih stvari o kojoj treba dobro razmisliti prilikom izgradnje ili
rekonstrukcije objekata je sistem grejanja i klimatizacije. Na raspolaganju su različiti sistemi, a
generalno se mogu razvrstati po energentu koji se koristi i po načinu na koji zagrevaju
prostor.Udaljem tekstu je analizirana energetska efikasnost kotlova sa posebnim naglaskom na
industrijski parni kotao, kakav se najčešće susreće u domaćoj industriji, kako bi se na
reprezentativnom primeru najočiglednije prikazale mogućnosti racionalizacije potrošnje goriva
povećanjem efikasnosti rada odabranog parnog kotla pri realnim pogonskim uslovima, kada se
parametri rada kotla praktično stalno menjaju. Cilj analize je utvrđivanje mogućnosti povećanja
efikasnosti rada blok kotlova pri dinamiškoj promeni parametara rada sa aspekta eksploatacije
blok kotlova u različitim režimima rada, odnosno, efikasnije usklađivanje pogonskih potreba
potrošača i parametara rada kotla, što na kraju može rezultovati racionalnijom potrošnjom
energije i pravilnijim opterećenjem kotla tokom vremena eksploatacije.
2
1.0 PROCES SAGOREVANJA , TOPLOTNA MOĆ GORIVA
Sagorevanje je proces oksidacije, odnosno hemijskog vezivanja kiseonika iz vazduha sa
sagorljivim sastojcima goriva, pri čemu se stvara toplota. Sagorevanje tečnih i gasovitih goriva
počinje pomoću inicijalnog dejstva toplotnog izvora, obično malog plamena ili varnice, veoma
brzim gotovo trenutnim prekoračenjem granice paljenja, dok kod čvrstih goriva proces počinje
zapaljenjem.
Toplotnu moć goriva čini ona količina toplote koja se oslobađa pri potpunom sagorevanju
goriva, a iskazuje se u jedinicama [kJ/kg] za čvrsta i tečna goriva ili [kJ/m
3
] za gasovita goriva.
Toplotna moć ima dve vrednosti kod goriva koja sadrže vodonik, zbog čega se u produktima
sagorevanja pojavljuje vodena para. U tom slučaju se razlikuju donja i gornja toplotna moć
goriva, zavisno od toga da li se uzima u obzir toplota isparavanja vode u gasovima ili ne. Gornja
toplotna moć predstavlja sagorljivu moć (Ho) goriva kod koje je uzeta u obzir i toplota koja se
troši na isparavanje vode koja se sadrži u produktima sagorevanja. Donja toplptna moć (Hu),
predstavlja grejnu vrednost goriva koja je manja od gornje toplotne moći za iznos toplote
isparavanja vode koja se sadrži u produktima sagorevanja. Obzirom da sva tehnička ložišta u
odvodnim gasovima sadrže vodu u parnom stanju, kod proračuna sagorevanja se uopšteno
računa sa donjom toplotnom moći. Iz prethodnog sledi:
Ho =Hu +gh+ r
gh
+
w
100
[kJ/kg] odnosno [kJ/m
3
], gde su :
r = 2500 [kJ/kg] ili 2000 [kJ/m
3
] – entalpija isparavanja vode na 0 °C
w – sadržaj vode u u gorivu u %
h – sadržaj vodonika u gorivu u %
Hu- donja toplotna moć goriva u [kJ/kg], odnosno u [kJ/m
3
]
Toplptna moć čvrstih, tečnih i gasovitih goriva može se tačno odrediti samo pomoću
kalorimetra. Kada je poznat sastav goriva, može se empirijski odrediti približna vrednost
toplotne moći goriva:
Hu = 34,8c + 93,9h + 10,5s+6,3n – 10,80o – 2,5w [MJ/kg], gde su:
c - sadržaj ugljenika, [kg/kg],
h - sadžaj vodonika , [kg/kg],
n - sadžaj azota, [kg/kg],
o - sadržaj kiseonika, [kg/kg],
s - sadržaj sumpora, [kg/kg],
w - sadržaj vode, [kg/kg].
Sastav proizvoda sagorevanja pri sagorevanju 1kg [1m3] goriva , tečnog, gasovitog ili čvrstog
može se predstaviti na sledeći način:
4
1.1.1 Kotlovi sa plamenim cevima
•
do 12 MW jedan gorionik
•
12-20 MW dva gorionika
Kotlovi sa plamenim cevima se često nazivaju “blok kotlovi”, pošto stižu na lokaciju kao
blok i kad se isporuče potreban im je dovod vode i odvod pare, dovod goriva i električni
priključci da bi bili spremni za rad.
Kotlovi do 12MW obično imaju jedan gorionik i komoru za sagorevanje, oni između 12 i 20
MW su opremljeni sa dva gorionika. U nekim od ovih kotlova sa dvostrukim ložištem cevi
dimnih gasova se vode odvojeno kroz kotao, što omogućava efikasniji rad sa samo jednim
gorionikom i smanjenje angažovane snage. Ukoliko bi cevi dimnih gasova bile zajedničke za oba
gorionika, loženje sa jednim gorionikom bi rezultiralo niskim izlaznim temperaturama dimnog
gasa i mogućnošću pojave korozije.
Slika 1.1 Kotlovi sa plamenim cevima, blok kotao [4]
5
Klasifikacija:
prema broju prolaza dimnih gasova kroz prostor kotla (najčešće 3 prolaza)
prema skretnoj komori na kraju komore za sagorevanje gde gasovi prave jedan U zaokret
pre nego što uđu u prvi komplet plamenih cevi. Ova komora se može montirati i spolja, a
može biti u okviru vodenog plašta.
Ovi kotlovi se klasifikuju prema broju prolazaka toplih gasova sagorevanja kroz kotao.
Za prvi prolazak se uzima prolazak kroz komoru za sagorevanje (plamena cev), nakon koje
može da se nalazi do tri kompleta cevi dimnih gasova. Druga klasifikacija se odnosi na
skretnu komoru na kraju komore za sagorevanje gde gasovi prave jedan
U
zaokret pre nego
što uđu u prvi komplet plamenih cevi. Ova komora može biti u okviru vodenog plašta, a
takođe se može montirati i spolja.
Slika 1.2 Tropromajni kotao [3]
7
Vrata kotla se otvaraju levo ili desno i omogućuju lak prilaz do ložišne komore. Kotao odlikuju
mali otpori na strani dimnih gasova kao i na strani vode. Kotao se nalazi na okviru od čeličnih
profila gde je dostavljeno za prihvat viljuškarem tako da je manipulacija sa kotlom veoma laka.
1.1.2 Kotlovi sa vodogrejnim cevima
•
Koriste za proizvodnju velikih količina vodene pare, gde postoji potreba za
pregrejanom parom,
•
Pojedinačna snaga preko 20 MW i/ili pritisci iznad 24 bar
•
Prednost: brzo reaguje na promene opterećenja
Kotlovi sa vodogrejnim cevi se obično koriste za proizvodnju velikih količina vodene pare,
gde postoji potreba za pregrejanom parom, ako postoji zahtev za pojedinačnom snagom
preko 20 MW i ili pritiscima iznad 24 bar. U ostalim slučajevima, kotlovi sa plamenim
cevima su bolja i jeftinija opcija.
Tri tipa konstrukcije:
–
sa prirodnom cirkulacijom fluida (termosifonski efekat)
–
sa prinudnom cirkulacijom fluida (cirkulaciona pumpa)
–
protočni kotao
Tradicionalna konstrukcija kotlova sa vodenom cevi zasniva se na cirkulaciji vode do
koje dolazi kao rezultat fenomena termosifonskog efekta – voda koja ključa u cevima je manje
gustine od vode u „donjim“ cevima i zato se penje uvlačeći hladnu vodu da je zameni (slika a).
Kompaktnija konstrukcija ovog kotla uključuje cirkulacionu pumpu da potiskuje vodu kroz cevi
(slika b), a koriste se i varijante protočnog kotla (slika c)
