Kotlovi

UNIVEREZITET U TUZLI MAŠINSKI FAKULTET ENERGETSKO MAŠINSTVO

PROJEKTNI ZADATAK

PARNI KOTLOVI II

2 Maj 2017

Sadržaj

Uvod u kotlovska postrojenja ... 6

Zadatak iz Parnih kotlova II ... 9

1. KARAKTERISTIKE GORIVA I PRODUKATA SAGORIJEVANJE ... 10

1.1. Načini sagorijevanja goriva u kotlovskim postrojenjima ... 12

1.1.1. Ložišta za sagorijevanje u sloju ... 13

1.1.2. Ložišta sa nepomičnim rešetkama ... 14

1.1.3. Ložišta sa ravnim i kosim pomičnim rešetkama ... 16

1.1.4. Ložišta sa kosim i stepenastim pokretnim rešetkama ... 17

1.1.5. Ložišta za sagorijevanje goriva u letu ... 19

1.1.6. Ložišta sa fluidiziranim slojem ... 22

1.1.7. Kinetika sagorijevanja ... 25

2. PROJEKTNI ZADATAK ... 27

2.1. Proračun toplotne moći goriva ... 27

2.2. Proračun količine vazduha potrebnog za sagorijevanje ... 28

2.3. Proračun količine suhih i vlažnih produkata sagorijevanja ... 30

2.3.1. Proračun količine suhih produkata sagorijevanja ... 30

2.3.2 Proračun količine vlažnih produkata sagorijevanja ... 32

2.4. Udio pojedinih komponenti u produktima sagorijevanja ... 33

2.4.1. Udio pojedinih vlažnih komponenti u produktima sagorijevanja ... 34

2.5. Trougao sagorijevanja za dati ugalj (Ostwaldov trougao) ... 36

2.5.1. Kontrola procesa sagorijevanja ... 36

2.5.2. Crtanje Ostwaldovog trougla za dato gorivo ... 38

2.6. Proračun entalpija produkata sagorijevanja ... 40

3. LOŽIŠTE PARNIH KOTLOVA ... 42

3.1. Izbor ložišta ... 42

3.2. Kotlovski gubici ... 44

3.2.1. Proračun gubitka u7 za nominalni režim rada ... 47

3.2.2. Proračun brojne vrijednosti gubitka u7 ... 48

3.2.3. Proračun brojne vrijednosti gubitka u7 za maksimalni režim rada ... 49

3.3. Određivanje stepena izolovanosti kotla ... 50

3.3.1. Proračun stepena izolovanosti za nominalni režim rada ... 50

3.3.2. Proračun stepena izolovanosti kotla za maksimalni režim rada kotla ... 50

3

3.4.1. Proračun indirektnog stepena iskorištenja kotla za nominalni režim rada ... 50

3.5. Proračun potrebne količine goriva ... 51

3.5.1. Proračun potrebne količine goriva za nominalni režim rada ... 51

3.6. Proračun gasifikacione količine goriva ... 52

3.6.1. Proračun gasifikacione količine goriva za nominalni režim rada ... 52

3.7. Osnove o bilansu ložišta ... 53

3.7.1. Količina toplote unešena u ložište ... 53

3.7.2. Količina toplote prihvaćene u ložištu ... 54

3.7.3. Količina toplote prihvaćena u zagrijaču vode- ekonomajzeru ... 54

3.7.4. Proračun količine toplote prihvaćene u isparivaču ... 57

3.7.5. Proračun količine toplote prihvaćene u pregrijaču pare ... 58

3.7.6. Proračun količine toplote prihvaćene u međupregrijaču pare ... 59

3.7.7. Provjera 1 ... 60

3.7.8. Proračun količine toplote prihvaćene u zagrijaču zraka ... 61

3.8. Teoretska temperatura u ložištu parnog kotla ... 62

3.8.1. Proračun teorijske entalpije za nominalni režim rada parnog kotla ... 63

3.8.2. Provjera 2 ... 64

3.9. Količina toplote predata zračenjem ... 65

3.10. Temperatura predajnika toplote ... 66

3.10.1. Temperatura gasova na izlazu iz međupregrijača pare za nominalan režim rada kotla 66 3.10.2. Temperatura na izlazu iz pregrijača pare 1 ... 67

3.10.3. Temperatura na izlazu iz zagrijača vode- ekonomajzera ... 68

3.10.4. Temperatura na izlazu iz zagrijača zraka 2... 68

3.10.5. Temperatura na izlazu iz zagrijača zraka (zagrijač 2) ... 69

3.10.6. Temperatura na izlazu iz zagrijača zraka (zagrijač 1) ... 69

4. TEMPERATURA PLINOVA NA KRAJU KOTLA ... 71

5. PRORAČUN DIMENZIJA LOŽIŠTA ... 73

6. PRORAČUN OZRAČENE POVRŠINE ... 77

7. TEMPERATURA PARE NA ULAZU U KOTLOVSKE ELEMENTE ... 84

7.1. Temperatura pare na ulazu u pregrijač pare ... 84

7.2. Temperatura pare na ulazu u međupregrijač pare ... 84

7.3. Temperatura na ulazu i izlazu iz zagrijača vode ... 84

8. PRORAČUN KOTLOVSKIH ELEMENATA ... 85

4

8.2. Proračun pregrijača pare 1 ... 93

8.3. Proračun zagrijača vode ... 98

8.4. Proračun zagrijača zraka 3 ... 102

8.4.1. Koeficijent konvekcije na strani produkata sagorijevanja ... 104

8.4.2. Koeficijent konvekcije na strani zraka ... 105

8.5. Proračun zagrijača zraka 2 ... 107

8.5.1. Koeficijent konvekcije na strani produkata sagorijevanja ... 109

8.5.2. Koeficijent konvekcije na strani zraka ... 110

8.6. Proračun zagrijača zraka 1 ... 112

8.6.1. Koeficijent konvekcije na strani produkata sagorijevanja ... 114

8.6.2. Koeficijent konvekcije na strani zraka ... 115

9. PRORAČUN VENTILATORA ... 116

10. UPRAVLJANJE KOTLOVSKIM PROCESIMA ... 118

11. OPREMA KOTLA ... 120

6

Popis slika

Slika 1 Slika planirane TE Banovići ... 8

Slika 1.1 Grafički prikaz sastava goriva ... 11

Slika 1.2 Slikoviti prikaz izgaranja goriva u sloju ... 13

Slika 1.3 Ložišta sa ravnom nepomičnom rešetkom (lijevo) i sa kosom nepomičnom rešetkom (desno) ... 14

Slika 1.4 Ložište sa ravnom pomičnom rešetkom ... 16

Slika 1.5 Principijelna šema ložišta sa ravnom pomičnom rešetkom ... 16

Slika 1.6 Principijelna šema ložišta vodocijevnog parnog kotla sa kosom rešetkom ... 18

Slika 1.7 Principijelna šema ložišta za izgaranje u letu ... 19

Slika 1.8 Šema ložišta za izgaranje u letu sa osnovnim elementima ... 20

Slika 1.9 Raspodjela temperatura po ložištu za izgaranje u letu ... 21

Slika 1.10 Uproštena šema smjera plamena iz gorionika ... 21

Slika 1.11 Bager pumpe za tečni transport šljake i pepela do odlagališta ... 22

Slika 1.12 Šema postrojenja sa ložištem za izgaranje u fluidiziranom sloju ... 23

Slika 1.13 Principijelna šema rada ložišta sa izgaranjem u fluidiziranom sloju ... 23

Slika 1.14 Dijagram smanjenja CO2 emisije ... 24

Slika 1.15 Dijagram 1 Slikoviti prikaz sastava datog uglja ... 27

Slika 1.16 Dijagram 2 Priraštaj količine produkata sagorijevanja u zavisnosti od porasta koeficijenta viška vazduha ... 33

Slika 1.17 Dijagram 3 Procentualni sastav suhih i vlažnih produkata sagorijevanja za λ (1-2) ... 35

Slika 1.19 Ostwald-ov trougao sagorijevanja za dato gorivo ... 39

Slika 3.1 Primjer jednog potpuno ekraniziranog ložišta sa svim pripadajućim elementima ... 42

Slika 3.2 Izgled zagrijača vode energetskog parnog kotla (lijevo) i brodskog parnog kotla (desno) ... 54

Slika 3.4 Prikaz načina montiranja u prostoru zagrijača vode- ekonomajzera ... 55

Slika 3.5 Prikaz ložišta u kojem se postavljaju ekranske cijevi isparivača parnog kotla (lijevo), izgled bubnja parnog kotla (sredina) i ekranske cijevi isparivača (desno)... 57

Slika 3.6 Međupregrijač pare (lijevo) i pregrijač pare (desno) ... 59

Slika 3.7 Tipicni prikaz rada izmjenjivača ... 61

Slika 3.8 Principijelna šema Ljungstrom-ovog zagrijača ... 61

Slika 3.9 Zagrijač zraka (lijevo) i ljungstromov zagrijač u radu (desno) ... 61

Slika 3.10 Toplotna šema kotla ... 71

Slika 6.1 Prijenos topline zračenjem između elementarnih površina u proizvoljnom međusobnom položaju ... 78

Slika 6.2 Konfiguracija ekranske površine... 83

Slika 8.1 Koridorni raspored cijevi MP ... 88

Slika 8.2 T-A Dijagram za razmjenu temperature MP ... 88

Slika 8.3 Koridorni raspored cijevi za PP ... 93

Slika 8.4 T-A Dijagram za razmjenu temperature PP ... 94

Slika 8.5 Koridorni raspored Cijevi za ZV ... 98

Slika 8.6 T-A Dijagram za razmjenu temperature ZV ... 99

Slika 8.7 KOridorni raspored cijevi za ZZ3 ... 102

Slika 8.8 T-A Dijagram za razmjenu temperature ZZ3... 103

7

Slika 8.10 T-A Dijagram za razmjenu temperature ZZ2... 108

Slika 8.11 Koridorni raspored cijevi za ZZ1 ... 112

Slika 8.12 T-A Dijagram za razmjenu temperature ZZ1... 113

Slika 10.1 Šema regulacije gorivo-vazduh ... 118

Slika 10.2 Šeme para- vazduh lijevo i toplota- vazduh desno ... 119

Slika 10.3 Principi regulacije temperature pregrijane pare na bazi hlađenja pare1 ... 119

Slika 11.1 Ventil sigurnosti sa tegom ... 120

Slika 11.2 Ventil sigurnosti sa oprugom ... 121

Slika 11.3 Ventilatorski mlin ... 121

Slika 11.4 Brzohodni mlin sa čekićima ... 122

Slika 11.5 Sporohodni mlin za ugalj sa tanjirom i valjcima ... 122

Slika 11.6 Registarski gorionik ... 123

Slika 11.7 Položaj gorionika u ložištu ... 123

Slika 11.8 Mlazni gorionik ... 123

Slika 11.9 Vihorni gorionik ... 124

Popis tabela

Tabela 1.1 Procentualni sastav goriva ... 27

Tabela 1.2 Sastav goriva po komponentama ... 27

Tabela 1.3 Stvarno potrebna količina vazduha za sagorijevanje u zavisnosti od viška vazduha ... 29

Tabela 1.4 Stvarna zapremina suhih produkata sagorijevanja ... 31

Tabela 1.5 Prikaz količine vlažnih produkata sagorijevanja u zavisnosti od koeficijenta viška vazduha ... 32

Tabela 1.6 vrijednost kisika u zavisnosti od od koeficijenta viška vazduha λ ... 34

Tabela 1.7 Procentualni sastav suhih i vlažnih produkata za λ (1-2) ... 35

Tabela 1.8 Tabelarni prikaz entalpija produkata sagorijevanja za različite temperature i različito λ ... 41

Tabela 5.1 Dimenzije ložista ... 75

8

Uvod u kotlovska postrojenja

Tendencija prilagođavanja inženjerskih rješenja parnih kotlova i kotlovskih postrojenja uslovima koje u posljednje vrijeme diktiraju vrsta i kvalitet raspoloživih goriva za sagorijevanje u kotlovima, predstavlja danas izazov za svaki tim inženjera koji se ovom problematikom bavi u sredinama koje do sada nemaju razvijenu kotlogradnju.

Danas se kotlovi projektuju, a njihovi elementi konstruišu tako da postignu najbolje rezultate upravo sa gorivom koje stoji na raspolaganju na određenom lokalitetu. Konstrukcije kotlovskih elemenata danas se međusobno znatno razlikuju zavisno od raspoloživog goriva i ostalih zahtjeva koji se postavljaju pred kotao.

Kotlovi su toplotni aparati u kojima se toplotna energija sa predajnika toplote (obično dimni plinovi) preko posrednika (ogrijevna površina) prenosi prijemniku toplote (voda ili neki drugi medij).

9

Zadatak iz Parnih kotlova II

Za zadato gorivo izračunati donju i gornju toplotnu moć pomoću VD obrasca, izraditi dijagram zapremine vazduha, suhih i vlažnih produkata sagorijevanja po kilogramu goriva u zavisnosti od koeficijenta viška zraka, dijagramk procentualnog sastava CO2 i O2 u suhim i vlažnim produktima sagorijevanja te parcijalne pritiske u koordinatnom sistemu p; λ. Nacrati I-T dijagram za produkte sagorijevanja. Na istom dijagramu grafički prikazati entalpiju pri teoretskim temperaturama sagorijevanja sa zagrijanim vazduhom u dijapazonu od 100-600[oC] i od 600-2000[⁰C] za vrijednost λ=1-2 sa korakom 0,1. Vrijednosti entalpije računati u intervalima od 100-600[0C] sa Δt=100[⁰C], a za drugi interval od 600-2000[oC] Δt=200[oC]. Dato gorivo je KOSOVO (1.3.30). Na osnovu zadatog goriva izvršiti izbor ložišta i isto dimenzionisati, na osnovu usvojenih karakteristika, izračunati stvarne karakteristike odnosa za ložište za nominalno opterećenje kotla. Izračunati raspodjelu potrebne količine toplote pri nominalnom opterećenju kotla, te na osnovu toga odrediti i temperaturu i tok radnih medija predajnika i prijemnika toplote. Izvršiti provjeru greške u toplotnom bilansu za nominalni režim rada kotla. Na osnovu datog sklopnog crteža, izvršiti korekcije i kotao prilagoditi vlastitim osnovnim dimenzijama. Ucrtati t-A i Senkijev dijagram, te toplotnu šemu kotla. Osim navedenog, potrebno je ucrtati šemu strujanja dimnih plinova, vazduha, vode i pare na A3 formatu a sa svim pripadajućim vrijednostima parametara. Na A1 formatu, na osnovu datog crteža, izvršiti korekcije i ucrtati izabrani oblik ložišta. Polazne veličine zadatog kotla su:

DN1=170 (kg/s) -Nominalna produkcija

Pk=150 (bar) -Odobreni pritisak

Ps=120 (bar) -Pritisak pregrijane pare

Pmp=40 (bar) -Pritisak na izlazu iz medjupregrijača pare

Pnv=165 (bar) -Pritisak napojne vode

Ts=525 (ºC) -Temperatura pregrijane pare

Tnv=Tz-100 (ºC) -Temperatura napojne vode

Tg=175 (ºC) -Temperatura gasova na kraju kotla TL=210 (ºC) -Temperatura zagrijanog zraka

10

1. KARAKTERISTIKE GORIVA I PRODUKATA

SAGORIJEVANJE

Gorivo je materija koja sa kiseonikom burno oksidira i pri tom oslobadja hemijski vezanu energiju koja služi za podizanje entalpije produkata sagorijevanja i dalje se kao toplota prenosi na ogrijevne površine. Ova hemijska reakcija naziva se sagorijevanjem i obično je praćena plamenom. Kiseonik potreban za sagorijevanje obično je iz vazduha.

Glavni predstavnik prirodnih čvrstih goriva je ugalj. Nastao je karbonizacijom ranijih vegetacija pod dejstvom visokih pritisaka i temperatura u toku dugog vremenskog perioda (400 miliona godina). Proces karbonizacije celuloze (C6H10O6) sastoji se u tome da što ona

postepeno gubi sastojke (O) i (H) i , ukoliko je taj proces duži, toliko je manje u gorivu kiseonika i vodonika, a više ugljenika.

Praktično svako gorivo mora da zadovolji nekoliko uslova:

 Da ga ima u prirodi u dovoljnim količinama,

 Da je jeftino

 Da je pogodno za transport, skladištenje, pripremu i dopremanje,

 Da se pali na relativno niskoj temperaturi i

 Da su mu produkti sagorijevanja neškodljivi.

Goriva mogu biti prirodna i vještačka, a po agregatnom stanju: čvrsta, tečna i gasovita.

Čvrsta prirodna goriva su: drvo, treset, ugljevi, škriljci, a čvrsta vještačka su koks i briketi. Tečno prirodno gorivo je nafta, a vještačka su: naftni derivati, vještački benzini, otpadna ulja, sulfatna lužina. Zemni plin je prirodno plinovito gorivo, a koksni, rafinerijski, grotleni i plin iz uglja su vještačka plinovita goriva.

Svako gorivo sastoji se od nekoliko osnovnih elemenata i to :

 C- Ugljik  H- Vodik  O- Kiseonik  N- Azot  S- Sumpor  W- Vlaga

 A- Pepeo ( mineralne materije)

Sagorljive, odnosno nesagorljive materije u gorivu se određuju tako da se ono žari u prisustvu vazduha na temperaturi 700 do 775 o_C.

Ugljik – je najznačajniji sastojak goriva, javlja se kao slobodni ugljik cfiks, u obliku

ugljovodonika CmHn ili u obliku ugljosulfida CS2. Pri sagorijevanju ugljika u ugljendioksid

CO2 oslobađa se oko 34 MJ/kg hemijski vezane energije. Pri sagorijevanju u ugljenmonoksid

11 Vodonik – javlja se u gorivima uglavnom u sklopu ugljikovodonika CmHn, ima ga slobodnog kao H2 i nešto u sumporvodoniku H2S. Jasno je da je vodonik sastavni element vode u gorivu, ali taj vodonik nije obuhvaćen ovim masenim udjelom, već udjelom w.

Pri sagorijevanju vodonika u vodenu paru oslobađa se po jedinici mase oko 120 MJ/kg energije, međutim, kako je vodonik vrlo lagan, ta je količina energije po jedinici volumena mnogo manja.

Sumpor – u gorivu sagorijeva vezan sa vodonikom ili ugljikom ili ako je slobodan, a ako je vezan u obliku sulfida, onda je neaktivan i obuhvaćen udjelom pepela a. Sumpor pri izgaranju oslobađa oko 10,5 MJ/kg

Slobodan kiseonik u gorivu potpomaže sagorijevanje, a ostali dio sadržan u vodi obuhvaćen je njenim udjelom ili je kiseonik u oksidima koji ne potpomažu izgaranje obuhvaćen udjelom pepela.

Azot u gorivu nema uticaja na sagorijevanje i isto kao vlaga w i pepeo a predstavlja balast u gorivu.

Vlaga, osim što predstavlja interni balast u gorivu, ima dodatni negativni uticaj pri sagorijevanju zato što je vlagu potrebno prije sagorijevanja ispariti i na to utrošiti 2,5 MJ/kg energije koju poslije, zbog toga što se nakon sagorijevanja vodena para obično ne kondenzuje, nije moguće iskoristiti u kotlu.

Pepeo- se sastoji od niza jedinjenja različitih osobina, a pri tom su dominantni SiO2, Al2O3, CaO, CaSO4, MgO, P2O5.

Svaka od navedenih analiza treba udjele pojedinih komponenti svesti na neko od stanja goriva, na primjer suho gorivo, dostavno gorivo ili slično.

𝐶𝑑𝑜𝑠𝑡 = (1 − 𝑤)𝑐𝑠𝑢ℎ (1)

Slika 1.1 Grafički prikaz sastava goriva

S N O H

C

W

A

12

1.1. Načini sagorijevanja goriva u kotlovskim postrojenjima

Karakterističan osnovni kotlovski element je ložište. U njemu se dešavaju složeni procesi sagorijevanja uz istovremenu intenzivnu razmjenu topline zračenjem. Osnovni zadaci ložišta su da osigura regularno paljenje i sagorijevanje goriva, da se osigura izmjena topline zračenjem između produkata sagorijevanja i ogrijevne površine ložišta (ekranske cijevi), kako bi se temperatura produkata sagorijevanja dovoljno snizila na izlazu iz ložišta. Pri tom u ložište je potrebno dovesti određenu količinu goriva i vazduha za sagorijevanje i iz ložišta evakuisati određenu količinu produkata sagorijevanja, kako gasovitih, tako i čvrstih.

Mnogo je različitih tipova kotlovskih ložišta koje uslovljavaju različite karakteristike čvrstog, tečnog i gasovitog goriva:

 Donja toplotna moć

 Veličina čestica čvrstog goriva – zrnatost (sortiman)  Udio vlage u gorivu

 Udio gasovitih sastojaka – volatila

 Udio i sastav pepela i ostalih balastnih materija  Temperatura paljenja

 Brzina reakcije pri sagorijevanju

Ložišta za različita goriva trebaju zadovoljiti sljedeće uslove:  Da sagorijevanje bude potpuno i regularno

 Da se priprema goriva i sagorijevanje obavi sa što manjom vlastitom potrošnjom energije  Da sagorijevanje bude sa što manjim viškom zraka

 Da se sagorijevanje obavi u ložištu što manjih dimenzija (manje materijala)  Da odvod pepela i šljake bude što je moguće jednostavniji

Prema vrsti goriva, rješenjima sagorijevanja i po konstruktivnim karakteristikama ložišta se mogu podijeliti na:

- Ložišta za čvrsta goriva

- sagorijevanje u sloju ( rešetka, nepomična rešetka, pomična do 70 MW)

- sagorijevanje u letu ( u prostoru), mljevenje čvrstog goriva i ubacivanje smjese praha i zraka kroz gorionike u ložište (od 15 MW i više)

- sagorijevanje u fluidiziranom sloju - Ložišta za tečna goriva

- za lahka i teška ulja

- otpadna ulja – vrlo teška ulja – mazut - lužine (ložište je dio tehnološkog procesa) - Ložišta za gasovita goriva

13

Slika 1.2 Slikoviti prikaz izgaranja goriva u sloju

- vještački gasovi

- Ložišta za otpadna goriva

- tehnološki i industrijski otpaci (drvo, pilotina, tekstil, uljne pogače, klipovina, kukuruza)

- gradski otpaci ( smeće)

- Ložišta za sagorijevanje više različitih goriva ( alternativna goriva – polivalentna ložišta)

1.1.1. Ložišta za sagorijevanje u sloju

Kada govorimo o sagijevanju goriva u sloju, direktno se misli na sagorijevanje goriva na rešetci. Rešetke za ovakav tip sagorijevanja mogu biti pomične i nepomične, ravne, kose i stepenaste.

14

Slika 1.3 Ložišta sa ravnom nepomičnom rešetkom (lijevo) i sa kosom nepomičnom rešetkom (desno)

Bitan parametar pri sagorijevanju u ložištu je površina čestica goriva koje dolazi u dodir sa vazduhom. Kako je masa goriva proporcionalna trećem stepenu dužinskog razmjera čestice, a njegova površina kvadratu dužine, onda je odnos površina /masa čestice nepovoljniji za veće čestice i one duže sagorijevaju. Sagorijevanje u sloju se obavlja sa većim česticama, tako da se na rešetki obavljaju samo faze sušenja i dogorijevanja, dok se nakon otplinjavanja, sagorijevanje volatila obavlja u ložišnom prostoru.

Prema tome logično je da se jedan dio toplote oslobađa na rešetki, a drugi dio u ložišnom prostoru.

Proces sagorijevanja u sloju počinje paljenjem goriva nakon što je gorivu za to dovedena dovoljna količina toplote. Neposredno se ta toplota dovodi zračenjem (isijavanjem) od strane gasa (plamena u ložištu) i zidova ložišta. Nakon paljenja je potrebno dovesti više zraka nego što je to neophodno i površina goriva nije potuno obuhvaćena plamenom.

Nakon određenog vremena gorivo se pali po cijeloj površini, potrebno je manje vazduha, gornji sloj goriva potpuno otplinjava, a donji slojevi počinju s otplinjavanjem. Veliki je udio CO i H2 u produktima sagorijevanja.

Ova faza sagorijevanja prestaje nakon što su otplinuti svi slojevi uglja i počinje sagorijevanje ugljika ( plavičast – nesvijetao plamen). Više je vazduha pri tome i udio CO2 opada. Dogorijevnjem sagorijeva ostatak ugljika.

Ugljevi sa više od 20% vlage teško se pale na ravnim rešetkama bez da se vazduh za sagorijevanje predgrijava, jer se toplota dovedena zračenjem uglavnom troši na isparavanje te vode. Na kosim i stepenastim rešetkama paljenje ovakvog uglja je lakše, jer se gorivo prevrće i voda lakše isparava. Osim toga, ako je ugalj sa mnogo sitnih čestica (0-5 mm), onda je teže ostvariti sagorijevanje, jer prašina začepljuje pore između krupnijih čestica.

1.1.2. Ložišta sa nepomičnim rešetkama

Rešetke ovog tipa su ravne i kose. Ovaj tip rešetki predviđen je samo za male kapacitete kotlova. Ravna rešetka se sastoji od štapova (rošnica) i nosača. Zrak za izgaranje se dovodi ispod rešetke, a gorivo se ubacuje ili ručno ili ubacivačima goriva (mehanički, pneumatski). Pneumatsko ubacivanje je bolje jer je gorivo ravnomijerno razbacano, a vrata ložišta se ne otvaraju, pa je dovod zraka i njegov višak kontrolisan.

15 Dimenzije ovakve rešetke su do 1x3 m, dok je površina do 3m2. Toplotno opterećenje rešetke je

𝑞_𝑅 =𝐵∗𝐻𝑑

𝐴𝑅 kW/m2 (2)

i za ovakva ložišta iznosi od 500- 1000 dok je volumensko opterećenje ložišta

𝑞

_𝐿

=

𝐵∗𝐻𝑑

𝑉𝐿

(3) I za ovakva ložišta iznosi 150- 400 kW/m3

Za lošije ugljeve (manji Hd, više balastnih materija i vlage), ne može se sagorijevanje obaviti na ravnoj nepomičnoj rešetki. Tad pribjegavamo korištenju kosih rešetki, pri čemu se gorivo prevrće suši, rasplinjava, dogorijeva na različitim mjestima na rešetki. Osim zračenjem, toplota potrebna za paljenje se kod ovih rešetki dobiva i od goriva koje je već užareno i koje se miješa relativnim kretanjem goriva.

Ove rešetke služe za sagorijevanje loših ugljeva i otpadnih goriva. Nagib rešetke je podešen vremenu koje gorivo treba da provede pri određenim fazama sagorijevanja. Obično su strmije pri vrhu, dok im nagib prema kraju opada (nagib je od 25-40o). Može biti više koljena rešetke.

Površina ovih rešetki kreće se do 10 m2 sa dužinom do 4 m i širinom do 2,5 m. Često se sprovodi predsušenje. Toplotno opterećenje ovih rešetki je QR=600-1000 kW/m2 i

volumensko toplotno opterećenje ložišta QL=150-400 kW/m3.

16

Slika 1.4 Ložište sa ravnom pomičnom rešetkom

Slika 1.5 Principijelna šema ložišta sa ravnom pomičnom rešetkom

1.1.3. Ložišta sa ravnim i kosim pomičnim rešetkama

Pokretne ravne (puzajuće) rešetke se ugrađuju u kotlove malog, odnosno srednjeg kapaciteta za sagorijevanje mrkog i kamenog uglja sa Hd=150-29000 kJ/kg. Moguće je sagorijevanje lignita, ali uz sušenje goriva ili dovod predgrijanog vazduha za sagorijevanje.

Kod ovih rešetki postoji zavisnost toplotnog opterećenja rešetke i vremena zadržavanja goriva na rešetki. Obično, da bi potpuno sagorilo, gorivo se zadržava 15-25 minuta na rešetki. Količina goriva na rešetki je

𝐵 = 𝐶 ∗ 𝐿 ∗ ℎ ∗ 𝑤_𝑟∗ 𝜌 (4)

17 Gdje je:

L-dužina rešetke C- širina rešetke

A vrijeme zadržavanja goriva je:

𝜏 =

𝐿 𝑤𝑟

=

ℎ∗𝜌 𝜉∗𝑎𝑅

∗ 𝐻𝑑

(5)

𝑞

_𝑅

=

𝐵∗𝐻𝑑 𝐿∗𝐶

(6)

ξ<1 – zato što gorivo ide sporije nego rešetka

- Koeficijent viška vazduha za ova ložišta je 1,3 – 1,5. Vazduh se treba rasporediti po 3-4 zone koje trebaju biti dobro zaptivene

- Otpor rešetke treba biti mnogo veći nego što je otpor sloja uglja, da promjena otpora sloja ne bi znatno uticala na ukupan otpor što je uslov da bi se mogla kontrolisati promaha

- Kod sitnog sortimana uglja (<30 mm) ugalj je korisno vlažiti (30 -45%) jer tada usljed rasprskavanja vodene pare zrak bolje prodire u sloj, a osim toga, manji su gubici propadanja. Ovim se snizuje temperatura u ložištu i zaprljanje je manje.

- Zagrijavanje zraka – gdje je potrebno treba biti 80-120oC, najviše 200oC, a ne smije se sprovoditi kod sagorijevanja ugljeva sa niskom temperaturom omekšavanja pepela, a za Hd>16000kJ/kg nije ni potrebno

- Da bi se rešetka zaštitila od pretjeranog zagrijavanja (ne hladi se), ugljevi trebaju imati najmanje 5% pepela, čime i na mjestu padanja šljake sa rešetke ostaje zaštitni sloj pepela na rešetki.

1.1.4. Ložišta sa kosim i stepenastim pokretnim rešetkama

Ovdje sagorijevaju ugljevi sa visokim udjelom vlage kao što su lignit, treset i otpadno gorivo. Zbog toga što oni zahtjevaju kontinuirano prevrtanje goriva u odnosu na rešetku. Uslovi sagorijevanja se ostvaruju na sledeći način:

- Čestice goriva međusobno se kreću, čime se omogućuje miješanje goriva i zraka - Pojedini redovi rešetke su pokretni i, uz različite hodove i brzine kretanja, omogućuju

pokretanje goriva

- Relativno kretanje goriva i zonski dovod vazduha osiguravaju - zagrijavanje i sušenje

- otplinjavanje

- sagorijevanje čvrstih materija - dogorijevanje

18

Slika 1.6 Principijelna šema ložišta vodocijevnog parnog kotla sa kosom rešetkom

Na stepenastoj pokretnoj rešetki se gorivo pomiče usljed nagiba rešetke 10-15o _{i zbog}

kretanja svakog drugog ili svakog trećeg reda rešetke. Hod i brzina kretanja se mogu prilagoditi vrsti goriva.

Gdje je: AP- pepeljara,

Stepenasta pokretna kosa rešetka (Martin izvedba) se primjenjuje za goriva sa vlagom većom od 60% i pepelom do 65%. Za nju je karakteristično povratno kretanje svakog drugog reda rošnica, što dovodi do prevrtanja goiva koje dalje pada prema kraju rešetke. Opterećenje rešetke za prirodnu promahu je 500-1200 kW/m2_{, a za umjetnu promahu 750-2000 kW/m}2_.

19

Slika 1.7 Principijelna šema ložišta za izgaranje u letu

1.1.5. Ložišta za sagorijevanje goriva u letu

Pri sagorijevanju u prostoru gorivo se prvo samelje na određeni stepen finoće zrna (zavisno od svojstva uglja) i dovodi u ložište posredno ili neposredno i u struji zagrijanog vazduha (80-500oC) ulazi u ložište i pali usljed dovodjenja topline zračenjem. Kod ugljeva male toplotne moći sprovodi se recirkulacija dimnih plinova, čime se postiže odgovarajuća temperatura mješavine, ali i temperatura produkata sagorijevanja nakon sagorijevanja.

20 Sagorijevanje se obavlja gotovo trenutno sa zastupljenim svim fazama sagorijevanja čvrstog goriva.

Bitan parametar za sagorijevanje u letu je volumen ložišta kao i njegova dužina (visina), kako bi produkti sagorijevanja imali dosta vremena i prostora za oslobađanje topline zračenjem. Bitno je napomenuti da temperatura na izlazu iz ložišta, odnosno na ulazu u konvektivni dio kotla, ne smije biti viša od temperature omekšanja pepela da ne bi došlo do lijepljenja omekšanog pepela na hladnije ogrijevne površine. Kod ložišta za tečno odvođenje šljake nije tu temperaturu moguće uvijek dovoljno sniziti, pa je potrebno da i ostale ogrijevne površine iza ložišta budu u ozračenoj izvedbi kako bi se produkti sagorijevanja hladili zračenjem bez dodira sa ogrijevnom površinom.

21

Slika 1.10 Uproštena šema smjera plamena iz gorionika Slika 1.9 Raspodjela temperatura po ložištu za izgaranje u letu

Prednosti ovog sistema sagorijevanja su: - Mogu se graditi velika ložišta

- Ložišta imaju veliki stepen iskorištenja (nema propadanja kroz rešetku, malo λ) - Zrak se može predgrijati do 400o_{C (specijalni zagrijači zraka do 500}o_{C pri čemu se}

treba voditi računa i o temperaturi paljenja goriva).

Nedostaci su:

- Velika vlastita potrošnja energije za pripremu goriva i dovod vazduha za sagorijevanje

- Veliko habanje pokretnih dijelova, zavisno o vrsti balastnih materija uglja - Veliko prljanje ogrijevnih površina i zato ugradnja postrojenja za čišćenje

- Neophodnost ugradnje odvajača pepela, i to uglavnom elektrostatskih, kao i potreba izgradnje visokih dimnjaka

22

Slika 1.11 Bager pumpe za tečni transport šljake i pepela do odlagališta

Postoje :

- Ložišta sa suhim odvođenjem pepela - Ložišta sa tečnim odvođenjem pepela

Kod ložišta sa tečnim odvođenjem šljake i pepela koriste se uglavnom pumpe i to tzv. ''BAGER'' pumpe. Sastoje se od uglavnom otvorenih radnih kola i najčešće su to muljne pumpe sa parnim brojem lopatica, odnosno strujnih prostora.

1.1.6. Ložišta sa fluidiziranim slojem

Čvrste čestice (0,1 – 4 mm) u struji fluida, kad na njih djeluju uravnotežene sile trenja i gravitacije, pokazuju neke karakteristike tipične za tečnost.

U fluidiziranom sloju poroznost sloja je oko 0,7 – 0,75, a volumen sloja je oko 1,5 puta veći od stabilnog sloja.

Stabilan sloj zbog njegove kompaktnosti ima manju aktivnu površinu (čestice okružene vazduhom) nego što je to ukupna razvijena površina čestica, a kod fluidiziranog sloja je aktivna površina gotovo jednaka razvijenoj. To je razlog što se prenos topline i mase u fluidiziranom sloju obavlja intenzivnije nego u stabilnom sloju. Fluidiziranje sloja definisano je brzinom gasa u odnosu na brzinu kada počinje fluidizacija.

Praktičnu važnost za ložišta ima interval mirne fluidizacije.

Kompleksni prenos topline u fluidiziranom sloju sadrži sljedeće elementarne procese: - Prelaz topline konvekcijom između gasa i čvrstih čestica i ogrijevne površine - Provođenje topline između čestica međusobno i dodirom sa ogrijevnom površinom - Prenos topline zračenjem između čvrstih čestica i gasa i između sloja i ogrijevne

površine u neposrednoj blizini

23

Slika 1.12 Šema postrojenja sa ložištem za izgaranje u fluidiziranom sloju

1- Parni kotao; 2- postrojenje za smanjivanje Nox emisija; 3- zagrijač zraka; 4-ventilator; 5-elektrostatički filter; 6-postrojenje za odsumporavanje; 7- silos; 8- parna turbina; 9-kondenzator; 10- pumpa; 11- zagrijač vode; 12- rezervoar napojne vode; 13- generator; 14- transformator; Flue gas- produkti izgaranja; cleaned flue gas- prečišćeni produkti izgaranja; lime emulsion- emulzija krečnjaka; main steam- primarna para; circulating water- voda u cirkulacionom sistemu; cooling tower- rashladni toranj; cooling air- zrak za hlađenje

24

Slika 1.14 Dijagram smanjenja CO2 emisije

Na prethodnom dijagramu vidimo da pri naprednim sistemima izgaranja možemo smanjiti CO2 emisije za 30-33%, u poređenju sa prosječnim elektranama na ugalj u Americi.

Bitna karakteristika fluidiziranog sloja je praktično konstantna temperatura čestica i odsustvo zona sagorijevanja, a i time da se ima veliki gubitak sa nesagorjelim česticama.

Osnovne osobine sagorijevanja čvrstog goriva u fluidiziranom sloju su:

- Sagorijevanje pod praktično konstantnom temperaturom koja može biti relativno niska. Na taj način sprečava se sinterovanje pepela.

- Intenzivan prenos topline u fluidiziranom sloju uslovljava visoke koeficijente prelaza topline, skoro za red veličine veće od uobičajenih koeficijenata topline konvekcijom.

- Zbog nižih temperatura sagorijevanja, postoji mogućnost intenzivnog vezivanja sumpora sa krečnjakom ili dolomitom prisutnim u pepelu ili dodatom u fluidizirani sloj. - Moguće sagorijevanje ugljeva sa veoma visokim sadržajem balasta

- Moguće koristiti odvajače skromnijih karakteristika - Značajno manje emisije štetnih polutanata

25 1.1.7. Kinetika sagorijevanja

Za razliku od statike sagorijevanja, koja određuje sastav reaktanata i produkata sagorijevanja prije i poslije hemijske reakcije, kao i energiju oslobođenu pri tom, kinetika sagorijevanja dodatno određuje stepen završenosti procesa, brzinu i vrijeme sgorijevanja, i na taj način, pobliže određujući proces sagorijevanja, unosi nove parametre koji objašnjavaju procese u ložištu.

U zavisnosti od agregatnog stanja u kojem se nalaze reaktanti, razlikuju se homogene reakcije ( gdje su i goriva i oksidator gasoviti) i beterogene reakcije ( gdje je gorivo u tečnom ili čvrstom stanju). Kod homogenih reakcija, brzina hemijske reakcije je količina materije koja po jedinici vremena reaguje u određenom volumenu, a kod heterogenih reakcija, brzina reakcije definisana je kao količina materije koja po jedinici čvrste površine reaguje u vremenu.

Brzina hemijske reakcije može se definisati ili preko brzine potrošnje goriva i vazduha ili preko brzine stvaranja produkata sagorijevanja.

Kako u ložištu vladaju visoke temperature i relativno nizak pritisak produkata sagorijevanja, onda se produkti sagorijevanja mogu smatrati idealnim gasovima za koje važe sljedeće postavke.

- Brzina hemijske reakcije u zavisnosti od koncentracije reaktanata i produkata sagorijevanja data je kao

𝑤 = 𝑘 ∗ 𝛱 ∗ 𝑐_𝐼𝑖 (7) Odakle je za reaktante

𝑤₁ = 𝑘₁∗ 𝑐_𝐴𝑎∗ 𝑐_𝐵𝑏 (8) A za produkte sagorijevanja

𝑤2 = 𝑘2∗ 𝑐𝐶𝑐∗ 𝑐𝐷𝑑 (9)

Sa napredovanjem procesa smanjivaće se koncentracija reaktanata i povećavati koncentracija produkata sgorijevanja, a s time i odgovarajuće brzine reakcije: raste brzina stvaranja produkata sagorijevanja, a opada brzina njihovog razlaganja. Hemijski proces obavljaće se sve do ravnotežnog stanja koje značajno zavisi o temperaturi na kojoj se reakcija obavlja.

Aktivacija je proces u kojem molekule mijenjaju energiju unutar endotermnog procesa koji se obavlja bez hemijske transformacije. Ova se energija troši na raskidanje međumolekularnih veza.

Vrijeme za koje će se obaviti sagorijevanje, a time i brzina sagorijevanja zavisi od brzine hemijske reakcije i od brzine formiranja gorive smjese. Ako je brzina hemijske reakcije veća od brzine formiranja smjese, onda će reagovati svi već izmiješani reaktanti i hemijska reakcija će '' čekati '' na formiranje smjese. U tom slučaju radi se o difuzionom sagorijevanju.

26 Ako je brzina hemijske reakcije manja od brzine formiranja smjese, onda će već formirana smjesa ''čekati'' na hemijsku reakciju. U tom slučaju radi se o kinetičkom sagorijevanju.

Vrijeme sagorijevanja, koje se sastoji od vremena miješanja i vremena hemijske reakcije definiše brzinu sagorijevanja.

Pri nižim temperaturama brzina hemijske reakcije je manja od brzine miješanja, a pri višim temperaturama, kako je brzina hemijske reakcije velika, znatno je veća nego brzina miješanja. Da bi se ubrzao proces sagorijevanja, u kinetičkoj oblasti potrebno je povećati brzinu hemijske reakcije, a u difuznoj oblasti potrebno je poboljšati miješanje.

U ložištima kotlova i peći, izuzev kod sagorijevanja u fluidiziranom sloju, temperature sagorijevanja su tolike da se sagorijevanje uglavnom obavlja u difuzionoj oblasti, te se problem intenziviranja sagorijevanja u ložištima sa visokim temperaturama svodi na problem poboljšanja miješanja u ložištu.

Brzina sagorijevanja od bitnog je značaja za dimenzioniranje ložišta i komora za sagorijevanje koje svojim geometrijskim karakteristikama moraju osigurati odgovarajuće sagorijevanje i produkte sagorijevanja na izlazu.

Da bi počeo proces sagorijevaja neophodno je da mješavina goriva i vazduha dostigne temperaturu paljenja. Ta se temperatura postiže ili izolovanjem gorive smjese, u kojoj se obavlja lagana oksidacija, kada se radi o samopaljenju, ili podizanjem temperature vanjskim izvorom toplote, kada se radi o prinudnom paljenju.

27

2. PROJEKTNI ZADATAK

2.1. Proračun toplotne moći goriva

Dato gorivo ima sledeće karakteristike:

Tabela 1.1 Procentualni sastav goriva

C H O N S A W Σ

26,94 1,95 9,50 0,73 0,13 12,05 48,70 100 %

Tabela 1.2 Sastav goriva po komponentama

c h o n s a w Σ

0,2694 0,0195 0,950 0,0073 0,0013 0,1205 0,4870 1

Slika 1.15 Dijagram 1 Slikoviti prikaz sastava datog uglja

Mora biti ispunjen uslov da je:

C + H + O + S + N + A + W = 100% (10) c + h + o + s + n + a + w = 1 (11) 54.26 3.41 15.9 0.89 0.38 6.3 18.86 C H O N S A W

28 Donja toplotna moć goriva predstavlja oslobođenu količinu toplotne energije pri potpunom sagorijevanju jedinice količine goriva pod uslovom da se u produktima sagorijevanja vlaga nalazi u vidu pare

𝐻𝑑 = 34 ∗ 𝑐 + 120 ∗ (ℎ −𝑜

8) + 10,5 ∗ 𝑠 − 2,5 ∗ 𝑤 MJ/kg (12)

Hd=8,87075 MJ/kg

Gornja toplotna moć goriva predstavlja oslobođenu količinu toplotne energije pri potpunom sagorijevanju jedinice kojičine goriva pod uslovom da se u produktima sagorijevanja vlaga nalazi u tečnom stanju.

𝐻𝑔 = 𝐻𝑑 + 2,5 ∗ 𝑤 (13) 𝐻𝑔 = 10,08825 MJ/kg

Hg-Hd=1,2175 MJ/kg (14)

2.2. Proračun količine vazduha potrebnog za sagorijevanje

Sagorijevanje se u praksi nikada ne može ostvariti uz teoretsku količinu potrebnog kiseonika, pa se usljed toga količina vazduha koja se dovodi jedinici mase goriva poveća Faktor povećanja teorijske količine vazduha naziva se koeficijent viška vazduha i definiše se odnosom

𝜆 = 𝑉𝐿

𝑉𝐿𝑚𝑖𝑛 (15)

Gdje je:

- VL- stvarna količina vazduha dovedena u proces

- VLmin- teoretski potrebna količina vazduha

Minimalna količina vazduha potrebna za sagorijevanje 1 kg goriva se računa: 𝑉𝐿𝑚𝑖𝑛 =

1

0,21∗ (1,867 ∗ 𝑐 + 5,6 ∗ ℎ + 0,7 ∗ 𝑠 − 0,7 ∗ 𝑜) (16)

I za naše gorivo ona iznosi:

VLmin=2,602 m3/kg

VLmin predstavlja minimalno potrebnu količinu vazduha i to za λ=1.

Stvarna količina vazduha potrebna za sagorijevanje 1 kg goriva dobija se na osnovu:

29 Te na osnovu zadnje jednačine, i računanjem za λ u dijapazonu od 1-2 sa korakom 1,05 formiramo sledeću tabelu:

Tabela 1.3 Stvarno potrebna količina vazduha za sagorijevanje u zavisnosti od viška vazduha

λ (kof. viska vazduha) VL (Stvarno potrebna kolicina vazduha) 1 5,215972 1,05 5,476771 1,1 5,73757 1,15 5,998368 1,2 6,259167 1,25 6,519965 1,3 6,780764 1,35 7,041563 1,4 7,302361 1,45 7,56316 1,5 7,823959 1,55 8,084757 1,6 8,345556 1,65 8,606354 1,7 8,867153 1,75 9,127952 1,8 9,38875 1,85 9,649549 1,9 9,910348 1,95 10,17115 2 10,43194

30

2.3. Proračun količine suhih i vlažnih produkata sagorijevanja

2.3.1. Proračun količine suhih produkata sagorijevanja

Minimalna teoretska količina suhih produkata sagorijevanja se računa prema izrazu:

𝑉_{𝑆𝑚𝑖𝑛} = 𝑉_𝐶𝑂2 + 𝑉_𝑆𝑂2+ 𝑉_𝑁2 (18) 𝑉_{𝑆𝑚𝑖𝑛}= 1,867 ∗ 𝑐 + 0,7 ∗ 𝑠 + 0,8 ∗ 𝑛 + 0,79 ∗ 𝑉_{𝐿𝑚𝑖𝑛} (19) Te ona za naše gorivo iznosi:

𝑉𝑆𝑚𝑖𝑛= 2,594

𝑚_𝑁3 𝑘𝑔 Gdje je

- 0,79 ∗ 𝑉𝐿𝑚𝑖𝑛-količina koja se dovodi kiseonikom

Stvarna zapremina suhih produkata sagorijevanja računa se prema izrazima:

𝑉𝑆 = 𝑉𝑆𝑚𝑖𝑛+ 𝛥𝑉𝐿 (20)

31 Stvarna zapremina suhih produkata sagorijevanja VS za koeficijent viška vazduha u

granicama od 1-2 prikazana je sljedećom tabelom:

Tabela 1.4 Stvarna zapremina suhih produkata sagorijevanja

λ λ-1 Vlmin ΔVL Vs 1 0 2,602 0 2,565 1,05 0,05 2,602 0,130 2,696 1,1 0,1 2,602 0,268 2,826 1,15 0,15 2,602 0,390 2,956 1,2 0,2 2,602 0,520 3,081 1,25 0,25 2,602 0,650 3,216 1,3 0,3 2,602 0,780 3,346 1,35 0,35 2,602 0,910 3,476 1,4 0,4 2,602 1,041 3,607 1,45 0,45 2,602 1,171 3,737 1,5 0,5 2,602 1,301 3,867 1,55 0,55 2,602 1,431 3,997 1,6 0,6 2,602 1,561 4,127 1,65 0,65 2,602 1,691 4,257 1,7 0,7 2,602 1,821 4,387 1,75 0,75 2,602 1,952 4,517 1,8 0,8 2,602 2,082 4,648 1,85 0,85 2,602 2,212 4,778 1,9 0,9 2,602 2,342 4,908 1,95 0,95 2,602 2,472 5,038

32 2.3.2 Proračun količine vlažnih produkata sagorijevanja

Minimalna teoretska količina vlažnih produkata sagorijevanja data je izrazom

𝑉_{𝑅𝑚𝑖𝑛} = 𝑉_{𝑆𝑚𝑖𝑛}+ 𝑉_𝐻2𝑂 = 𝑉_{𝑆𝑚𝑖𝑛}+ 11,2 ∗ ℎ + 1,244 ∗ 𝑤 (22) Te za naše gorivo iznosi: 𝑉𝑅𝑚𝑖𝑛 = 5,7465384

Stvarna zapremina vlažnih produkata sagorijevanja za koeficijent viška vazduha u granicama od 1-2 data je u sljedećoj tabeli:

Tabela 1.5 Prikaz količine vlažnih produkata sagorijevanja u zavisnosti od koeficijenta viška vazduha

Tabela 4 λ λ-1 Vrmin ΔVL VR 1 0 3,39 0 3,39 1,05 0,05 3,39 0,13 3,52 1,1 0,1 3,39 0,26 3,65 1,15 0,15 3,39 0,39 3,78 1,2 0,2 3,39 0,52 3,91 1,25 0,25 3,39 0,65 4,04 1,3 0,3 3,39 0,78 4,17 1,35 0,35 3,39 0,91 4,30 1,4 0,4 3,39 1,04 4,43 1,45 0,45 3,39 1,17 4,56 1,5 0,5 3,39 1,30 4,69 1,55 0,55 3,39 1,43 4,82 1,6 0,6 3,39 1,56 4,95 1,65 0,65 3,39 1,69 5,08 1,7 0,7 3,39 1,82 5,21 1,75 0,75 3,39 1,95 5,34 1,8 0,8 3,39 2,08 5,47 1,85 0,85 3,39 2,21 5,60 1,9 0,9 3,39 2,34 5,73 1,95 0,95 3,39 2,47 5,86

33

Slika 1.16 Dijagram 2 Priraštaj količine produkata sagorijevanja u zavisnosti od porasta koeficijenta viška vazduha

Iz ovog dijagrama jasno se vidi da su priraštaji stvarno potrebne količine vazduha zasagorijevanje (VL), stvarne količine suhih i vlažnih produkata sagorijevanja (Vs) i (VR),

direktno vezani za koeficijent viška vazduha. Što imamo veći koeficijent viška vazduha imat ćemo i veći priraštaj ΔVL, tj. razliku između stvarne i minimalne teoretske količine vazduha

potrebne za sagorijevanje. Veći koeficijent viška vazduha direktno povlači za sobom činjenicu da imamo lošiju pripremu uglja ili da imamo jako loš ugalj. Dalje će nam se taj višak vazduha povećavati za određenu vrijednost priraštaja vazduha u ekraniziranom dijelu ložišta, zatim poluozračenom dijelu, zatim u konvektivnom dijelu kotla. To za posljedicu ima znatno veći višak vazduha koji je potreban u samom startu i kao takav se uzima u dalji

proračun. Veći višak vazduha direktno dovodi do povećane emisije NOx, što svakako

predstavlja i najveći problem. Teško je kontrolisati ili smanjiti emisiju NOx, pogotovo kad se

radi o ložištima sa sagorijevanjem u letećem sloju gdje imamo jako velike temperature produkata sagorijevanja, što je jako pogodno za stvaranje azotovih oksida.

2.4. Udio pojedinih komponenti u produktima sagorijevanja

Udio pojedinih komponenti u produktima sagorijevanja se računa preko izraza:

(𝐶𝑂

₂

)𝑠 =

𝑉𝐶𝑂2 𝑉𝑠

∗ 100% =

1,867∗𝑐 𝑉𝑠𝑚𝑖𝑛+(𝜆−1)𝑉𝐿𝑚𝑖𝑛

∗ 100%

(23)

(𝑂

₂

)𝑠 =

𝑉𝑂2 𝑉𝑠

∗ 100% =

0,21∗(𝜆−1)𝑉𝐿𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑆𝑚𝑖𝑛+(𝜆−1)𝑉𝐿𝑚𝑖𝑛

∗ 100%

(24)

34 2.4.1. Udio pojedinih vlažnih komponenti u produktima sagorijevanja

Udio pojedinih vlažnih komponenti u produktima sagorijevanja računamo preko izraza:

(𝐶𝑂

₂

)𝑤 =

𝑉𝐶𝑂2 𝑉𝑅

∗ 100% =

1,867∗𝑐 𝑉𝑅𝑚𝑖𝑛+(𝜆−1)𝑉𝐿𝑚𝑖𝑛

∗ 100%

(25)

(𝑂

₂

)𝑤 =

𝑉𝑂2 𝑉𝑅

∗ 100% =

0,21∗(𝜆−1)𝑉𝐿𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑅𝑚𝑖𝑛+(𝜆−1)𝑉𝐿𝑚𝑖𝑛

∗ 100%

(26)

(𝐻

₂

𝑂)𝑤 =

𝑉𝐻2𝑂 𝑉𝑅

∗ 100% =

11,2∗ℎ+1,2441∗𝑤 𝑉𝑅𝑚𝑖𝑛+(𝜆−1)𝑉𝐿𝑚𝑖𝑛

∗ 100%

(27) Tabela 1.6 vrijednost kisika u zavisnosti od od koeficijenta viška vazduha λ

Vrijednosti pojedinih komponenti u produktima sagorijevanja računamo preko izraza:

𝑉_𝐶𝑂2 = 1,867 ∗ 𝑐 (28) 𝑉_𝑁2 = 0,8 ∗ 𝑛 + 0,79 ∗ 𝑉_{𝐿𝑚𝑖𝑛} (29) 𝑉_𝐻2𝑂 = 11,2 ∗ ℎ + 1,24 ∗ 𝑤 (30) 𝑉_𝑆𝑂2 = 0,7 ∗ 𝑠 (31) 𝑉_𝑂2 = 0,21 ∗ (𝜆 − 1) ∗ 𝑉_{𝐿𝑚𝑖𝑛} (32) Prema tome formiramo sledeću tabelu (6) za

vrijednost kisika u zavisnosti od od koeficijenta viška vazduha λ: λ-1 Vlmin VO2 0 2,602760952 0 0,05 2,602760952 0,02732899 0,1 2,602760952 0,05465798 0,15 2,602760952 0,08198697 0,2 2,602760952 0,10931596 0,25 2,602760952 0,13664495 0,3 2,602760952 0,16397394 0,35 2,602760952 0,19130293 0,4 2,602760952 0,21863192 0,45 2,602760952 0,24596091 0,5 2,602760952 0,2732899 0,55 2,602760952 0,30061889 0,6 2,602760952 0,32794788 0,65 2,602760952 0,35527687 0,7 2,602760952 0,38260586 0,75 2,602760952 0,40993485 0,8 2,602760952 0,43726384 0,85 2,602760952 0,46459283 0,9 2,602760952 0,49192182 0,95 2,602760952 0,51925081 1 2,602760952 0,5465798

35

Tabela 1.7 Procentualni sastav suhih i vlažnih produkata za λ (1-2)

λ λ-1 (CO2)S (CO2)W (H2O)W (O2)S (O2)W

1 0 0,196021 0,148363 0,24314 0 0 1,05 0,05 0,186559 0,142878 0,234152 0,010137 0,007763 1,1 0,1 0,177968 0,137785 0,225804 0,01934 0,014973 1,15 0,15 0,170134 0,133042 0,218031 0,027733 0,021687 1,2 0,2 0,16296 0,128614 0,210776 0,035418 0,027953 1,25 0,25 0,156367 0,124472 0,203988 0,042481 0,033816 1,3 0,3 0,150287 0,120589 0,197623 0,048995 0,039313 1,35 0,35 0,144662 0,11694 0,191643 0,055022 0,044478 1,4 0,4 0,139442 0,113506 0,186015 0,060613 0,049339 1,45 0,45 0,134587 0,110267 0,180708 0,065815 0,053923 1,5 0,5 0,130058 0,107209 0,175695 0,070667 0,058252 1,55 0,55 0,125824 0,104315 0,170953 0,075203 0,062348 1,6 0,6 0,121857 0,101573 0,166461 0,079453 0,066228 1,65 0,65 0,118132 0,098972 0,162198 0,083443 0,06991 1,7 0,7 0,114628 0,096501 0,158148 0,087197 0,073408 1,75 0,75 0,111326 0,09415 0,154295 0,090734 0,076735 1,8 0,8 0,10821 0,091911 0,150626 0,094073 0,079904 1,85 0,85 0,105262 0,089776 0,147127 0,097231 0,082926 1,9 0,9 0,102472 0,087738 0,143787 0,100221 0,085811 1,95 0,95 0,099825 0,085791 0,140596 0,103056 0,088568 2 1 0,097311 0,083928 0,137542 0,105749 0,091205 Te na osnovu izračunatih vrijednosti dobijamo sljedeći dijagram (3)

Slika 1.17 Dijagram 3 Procentualni sastav suhih i vlažnih produkata sagorijevanja za λ (1-2)

-0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8 1.85 1.9 1.95 2

Dijagram 3

36

Slika 1.18 Orsat-Fischer-ov analizator gasa

Iz prethodnog dijagrama jasno vidimo da sa porastom viška vazuha opada procentualna vrijednost (CO2)s, (CO2)w, (H2O)w. A raste vrijednost (O2)s i (O2)w.

2.5. Trougao sagorijevanja za dati ugalj (Ostwaldov trougao)

2.5.1. Kontrola procesa sagorijevanja

Proces sagorijevanja u ložištu kotla treba da se odvija potpuno i uz određeni koeficijent viška vazduha. Ako je sagorijevanje nepotpuno, jedan dio hemijski vezane energije u gorivu ne oslobađa se, čime se gorivo u procesu sagorijevanja ne iskorištava potpuno, a kao produkti sagorijevanja na izlazu iz ložišta javljaju se CO, H2 i ugljikovodici CmHn, od kojih je ugljen monoksid otrovan.

Ako se za sagorijevanje dovodi više vazduha nego što je potrebno, onda će temperatura sagorijevanja biti niža, čime će proces sagorijevanja biti otežan, i neki gubici energije u kotlu će biti povećani.

U cilju određivanja potpunosti sagorijevanja kao i koeficijenta viška vazduha, potrebno je izvršiti mjerenje sastava produkata sagorijevanja na izlazu iz ložišta. Mjerenje svih komponenti produkata sagorijevanja izvodivo je, međutim, dovoljan broj informacija o sastavu produkata sagorijevanja može se dobiti mjerenjem samo nekih od komponenti produkata sagorijevanja. Udio CO2 i O2 može se odrediti analizatorima gasa koji su bazirani

37 na različitim postupcima određivanja sastava, počevši od metoda apsorpcije, sve do savremenih analizatora na kromatografskoj bazi. Najjednostavniji aparat je Orsat-Fischerov.

Određena količina gasa uvlači se u mjernu biruetu pomoću bočice za izravnavanje nivoa u kojoj se nalazi destilovana voda tako da se vlaga iz produkata sagorijevanja u njoj apsorbuje. Pošto se mjerna birueta napuni količinom od 100 cm3 gasa, počinje proces potiskivanja gasa u bočice sa reagensima. Pošto se cijela količina gasa potisne prvo u bočice za apsorpciju O2, kiseonik iz gasa se vezuje sa apsorbentom za O2 (pirogalol), a preostala količina gasa se vraća u mjernu biruetu i na osnovu razlike zapremine određuje se udio kiseonika u procentima po zapremini.

Poslije određivanja O2, preostala količina gasa se dovodi u kontakt sa drugim apsorbentom ( za CO2, kalijeva lužina), i na osnovu razlike određuje se procentualni udio CO2. Isti postupak je i za CO. Ostatak gasa poslije obavljene sve tri apsorpcije predstavlja udio azota u produktima sagorijevanja, jer je

𝑂2+ 𝐶𝑂2+ 𝐶𝑂 + 𝑁2 = 100% (33)

Koeficijent viška vazduha može se odrediti iz Ostwaldovog trougla sagorijevanja, a Ostwaldov trougao sagorijevanja može poslužiti i za određivanje sadržaja CO u produktima sagorijevanja. Ostwaldov trougao se bazira na linearnoj vezi koeficijenta viška vazduha sa udjelom CO2 i O2 u produktima sagorijevanja. Polazeći od maksimalnog sadržaja ugljendioksida u produktima sagorijevanja koji se dobiva kao odnos količine CO2 i minimalne količine suhih produkata sagorijevanja pri potpunom sagorijevanju ugljika iz goriva, dobiva se:

𝐶𝑂_{2𝑚𝑎𝑥}= 𝑉𝐶𝑂2

𝑉𝑆𝑚𝑖𝑛 (34)

Ako se sva količina vazduha potrebna za potpuno sagorijevanje utroši na nepotpuno sagorijevanje goriva, tako da sav ugljik sagori u CO, dobivaju se produkti sagorijevanja u kojima je sadržaj CO maksimalan, a dodatno u produktima sagorijevanja javlja se kiseonik koji nije utrošen za sagorijevanje, jer je za nepotpuno sagorijevanje potrebno manje kiseonika nego za potpuno. Tada je sadržaj ugljenmonoksida:

𝐶𝑂

_𝑚𝑎𝑥

=

𝑉𝐶𝑂

𝑉_𝑆′

=

1,867∗𝑐

𝑉_{𝑆𝑚𝑖𝑛}+0,9335∗𝑐 (35)

Pri tome se u produktima sagorijevanja javlja sadržaj kiseonika:

𝑂

₂′

=

0,9335∗𝑐 𝑉_𝑆′

=

0,9335∗𝑐 𝑉𝑆𝑚𝑖𝑛+0,9335∗𝑐

=

𝐶𝑂𝑚𝑎𝑥 2 (36)

U slučaju da je koeficijent viška vazduha beskonačan, udio kiseonika u produktima sagorijevanja biće 0,21, isto kao u zraku O2max=0,21.

38

2.5.2. Crtanje Ostwaldovog trougla za dato gorivo

Prema već prethodno izračunatim vrijednostima količina minimalne potrebne suhe količine vazduha za sagorijevanje (19), te uvrštavanjem određenih vrijednosti datih karakteristikama goriva imamo sljedeće:

𝑉_{𝑆𝑚𝑖𝑛}= 2,594 [𝑚 3 𝑘𝑔] (𝐶𝑂2)𝑚𝑎𝑥 = 𝑉_𝐶𝑂2 𝑉𝑆𝑚𝑖𝑛 ∗ 100% =1,867 ∗ 𝑐 2,594 = 1,867 ∗ 0,2694 2,594 ∗ 100% = 19,61% 𝑉_𝑆′= 𝑉_{𝑆𝑚𝑖𝑛}+ 0,9335 ∗ 𝑐 = 2,594 + 0,9335 ∗ 𝑐 = 2,594 + 0,2514 = 2,8454 [𝑚 3 𝑘𝑔] 𝐶𝑂_𝑚𝑎𝑥 =𝑉𝐶𝑂 𝑉_𝑆′ ∗ 100% = 1,867 ∗ 𝑐 𝑉_{𝑆𝑚𝑖𝑛}+ 0,9335 ∗ 𝑐∗ 100% = 1,867 ∗ 0,2694 2,8454 ∗ 100% = 17,67% Pri tome ostaje neutrošenog kiseonika:

𝑂₂′ =0,9335 ∗ 𝑐 𝑉_𝑆′ ∗ 100% = 0,9335 ∗ 𝑐 𝑉_{𝑆𝑚𝑖𝑛}+ 0,9335 ∗ 𝑐∗ 100% = 𝐶𝑂_𝑚𝑎𝑥 2 ∗ 100% 𝑂₂′ =1 2∗𝐶𝑂𝑚𝑎𝑥 = 17,67 2 = 8,835%

39 Na sljedećoj slici (1.19), prikazan je Ostwald-ov trougao sagorijevanja za dato gorivo. Na njemu vidimo da će u njegovom ishodištu vrijednost CO biti maksimalna, njegova donja kateta je zapravo maksimalna vrijednos kiseonika O2 i ona iznosi 21 i ona ima vrijednost za beskonacan visak vazduha, zato što je u vazduhu O2max= 21%. Njegova druga kateta je

zapravo vrijednost CO2max. Prava koja se spušta sa vrha katete na donju katetu pod uglom od

65,53O _{je prava koja dijeli dvije vrste nepotpunog sagorijevanja i to: nepotpuno sagorijevanje}

sa manjkom vazduha i nepotpuno sagorijevanje sa viškom vazduha. Hipotenuza trougla je linija potpunog sagorijevanja ali opet sa viškom vazduha.

40

2.6. Proračun entalpija produkata sagorijevanja

Entalpija produkata sagorijevanja računa se prema sljedećem izrazu:

𝐼 = 𝐼𝑡+ 𝐼∆𝜆 (37) 𝐼𝑡 = 𝑉𝐶𝑂2 ∙ 𝑖𝐶𝑂2 (𝑡) + 𝑉𝑆𝑂2 ∙ 𝑖𝑆𝑂2 (𝑡) + 𝑉𝐻2𝑂∙ 𝑖𝐻2𝑂 (𝑡) = ∑𝑛𝑖=1𝑉𝑖∙𝑖𝑖 (𝑡) (38) 𝐼∆𝜆 = (𝜆 − 1) ∙ 𝑉𝐿𝑚𝑖𝑛∙ 𝑖𝐿 (𝑡) (39) Gdje je:

𝑉𝐿𝑚𝑖𝑛-minimalna potrebna količina za sagorijevanje 1 kg goriva

41 U sljedećoj tabeli (8) prikazane su vrijednosti entalpije u funkciji od temperature i koeficijenta viška vazduha λ

Tabela 1.8 Tabelarni prikaz entalpija produkata sagorijevanja za različite temperature i različito λ

Dijagram 1 Slikoviti prikaz entalpija produkata sagorijevanja u funkciji od temperatura i koeficijenta viška vazduha I-t dijagram

KPS Vi ii Vi*ii VLmin iLt VLmin*iLt 1 1,05 1,1 1,15 1,2 1,25 1,3 1,35 1,4 1,45 1,5 1,55 1,6 1,65 1,7 1,75 1,8 1,85 1,9 1,95 2

CO2 0,50297 86,58 43,54713 H2O 0,824277 187,28 154,3705 SO2 0,00091 63,47 0,057758 N2 2,062021 130,04 268,1452 Σ 3,390178 467,37 466,1207 466,1207 483,0438 499,967 516,8901 533,8133 550,7364 567,6596 584,5827 601,5059 618,429 635,3522 652,2753 669,1985 686,1216 703,0448 719,9679 736,8911 753,8142 770,7374 787,6605 804,5837 CO2 0,50297 182,04 91,56062 H2O 0,824277 378,74 312,1866 SO2 0,00091 132,14 0,120247 N2 2,062021 208,67 430,282 Σ 3,390178 901,59 834,1494 834,1494 860,4776 886,8058 913,1341 939,4623 965,7905 992,1188 1018,447 1044,775 1071,103 1097,432 1123,76 1150,088 1176,416 1202,745 1229,073 1255,401 1281,729 1308,057 1334,386 1360,714 CO2 0,50297 284,62 143,1553 H2O 0,824277 575,69 474,5279 SO2 0,00091 205,47 0,186978 N2 2,062021 314,64 648,7943 Σ 3,390178 1380,42 1266,664 1266,664 1307,752 1348,839 1389,926 1431,013 1472,1 1513,188 1554,275 1595,362 1636,449 1677,536 1718,623 1759,711 1800,798 1800,798 1882,972 1924,059 1965,147 2006,234 2047,321 2088,408 CO2 0,50297 393,06 197,6973 H2O 0,824277 779,16 642,2434 SO2 0,00091 282,32 0,256911 N2 2,062021 419,1 864,1931 Σ 3,390178 1873,64 1704,391 1704,391 1757,918 1811,445 1864,972 1918,499 1972,026 2025,553 2079,08 2132,607 2186,134 2239,662 2293,189 2346,716 2400,243 2453,77 2507,297 2560,824 2614,351 2667,878 2721,405 2774,932 CO2 0,50297 506,6 254,8045 H2O 0,824277 988,9 815,1272 SO2 0,00091 362,03 0,329447 N2 2,062021 532,98 1099,016 Σ 3,390178 2390,51 2169,277 2169,277 2236,894 2304,511 2372,129 2439,746 2507,363 2574,98 2642,597 2710,214 2777,831 2845,448 2913,066 2980,683 3048,3 3115,917 3183,534 3251,151 3318,768 3386,385 3454,003 3521,62 CO2 0,50297 623,83 313,7677 H2O 0,824277 1205,38 993,5666 SO2 0,00091 443,38 0,403476 N2 2,062021 645,6 1331,241 Σ 3,390178 2918,19 2638,979 2638,979 2720,925 2802,872 2884,819 2966,765 3048,712 3130,658 3212,605 3294,552 3376,498 3458,445 3540,392 3622,338 3704,285 3786,231 3868,178 3950,125 4032,071 4114,018 4195,965 4277,911 CO2 0,50297 868,34 436,7488 H2O 0,824277 1660,48 1368,695 SO2 0,00091 611,27 0,556256 N2 2,062021 877,97 1810,393 Σ 3,390178 4018,06 3616,393 3616,393 3727,872 3839,35 3950,829 4062,308 4173,787 4285,266 4396,745 4508,224 4619,702 4731,181 4842,66 4954,139 5065,618 5177,097 5288,576 5400,054 5511,533 5623,012 5734,491 5845,97 CO2 0,50297 1122,48 564,5735 H2O 0,824277 2143,64 1766,953 SO2 0,00091 782,93 0,712466 N2 2,062021 1117,88 2305,092 Σ 3,390178 5166,93 4637,331 4637,331 4779,267 4921,203 5063,14 5205,076 5347,013 5488,949 5630,885 5772,822 5914,758 6056,694 6198,631 6340,567 6482,503 6624,44 6766,376 6908,313 7050,249 7192,185 7334,122 7476,058 CO2 0,50297 1383,74 695,9794 H2O 0,824277 2652,76 2186,608 SO2 0,00091 956,68 0,870579 N2 2,062021 1363,22 2810,988 Σ 3,390178 6356,4 5694,447 5694,447 5867,495 6040,544 6213,592 6386,641 6559,689 6732,738 6905,786 7078,834 7251,883 7424,931 7597,98 7771,028 7944,077 8117,125 8290,174 8463,222 8636,271 8809,319 8982,368 9155,416 CO2 0,50297 1649,6 829,699 H2O 0,824277 3184,06 2624,546 SO2 0,00091 1122,06 1,021075 N2 2,062021 1613,59 3327,257 Σ 3,390178 7569,31 6782,523 6782,523 6987,337 7192,151 7396,965 7601,779 7806,593 8011,406 8216,22 8421,034 8625,848 8830,662 9035,476 9240,29 9445,103 9649,917 9854,731 10059,55 10264,36 10469,17 10673,99 10878,8 CO2 0,50297 1919,23 965,3147 H2O 0,824277 3735,04 3078,706 SO2 0,00091 1306,28 1,188715 N2 2,062021 1867,73 3851,299 Σ 3,390178 8828,28 7896,509 7896,509 8133,469 8370,43 8607,39 8844,351 9081,311 9318,272 9555,233 9792,193 10029,15 10266,11 10503,07 10740,04 10977 11213,96 11450,92 11687,88 11924,84 12161,8 12398,76 12635,72 CO2 0,50297 2192,21 1102,615 H2O 0,824277 4303,19 3547,019 SO2 0,00091 1484,64 1,351022 N2 2,062021 2123,54 4378,784 Σ 3,390178 10103,58 9029,77 9029,77 9299,204 9568,638 9838,072 10107,51 10376,94 10646,37 10915,81 11185,24 11454,68 11724,11 11993,54 12262,98 12532,41 12801,84 13071,28 13340,71 13610,15 13879,58 14149,01 14418,45 CO2 0,50297 2366,86 1190,459 H2O 0,824277 4892,28 4032,592 SO2 0,00091 1668,86 1,518663 N2 2,062021 2382,29 4912,332 Σ 3,390178 11310,29 10136,9 10136,9 10438,82 10740,74 11042,66 11344,58 11646,5 11948,42 12250,34 12552,26 12854,18 13156,11 13458,03 13759,95 14061,87 14363,79 14665,71 14967,63 15269,55 15571,47 15873,39 16175,31 2000 2,602761 2320 6038,405 1800 2,602761 2070,37 5388,678 2,602761 1820,84 4739,211 1600 1400 2,602761 1573,82 4096,277 1200 2,602761 1329,73 3460,969 1000 2,602761 1090,66 2838,727 800 2,602761 856,62 2229,577 600 2,602761 629,69 1638,933 500 2,602761 519,58 1352,343 300 400 2,602761 411,31 1070,542 821,7437 2,602761 315,72 Zrak t [oC] 2,602761 130,04 338,463 Entalpija produkata sagorijevanja

100

I [kJ/kg] Koeficijent viška vazduha Produkti sagorijevanja 200 2,602761 202,31 526,5646 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 0 500 1000 1500 2000 2500 En ta lpija Temperatura

I-t dijagram

1 1,05 1,1 1,15 1,2 1,25 1,3 1,35 1,4 1,45 1,5 1,55 1,6 1,65 1,7 1,75 1,8 1,85

42

3. LOŽIŠTE PARNIH KOTLOVA

U ložištu se hemijska energija goriva pretvara u toplotnu energiju dimnih gasova. Veličina i oblik ložišta i ostale karakteristike zavise u najvećoj mjeri o upotrijebljenom gorivu, o veličini jedinice, o dovodu goriva i zraka za sagorijevanje itd. Osnovni zadatak ložišta jeste osiguranje pravilnog i potpunog sagorijevanja goriva u optimalnim uvjetima, tj. sa minimalnim koeficijentom viška zraka. Proces sagorijevanja goriva mora završiti u ložištu. Dimni gasovi prenose svoju toplotnu energiju strujanjem na ogrjevnim površinama izmjenjivača topline. Toplotna energija dimnih gasova predaje se u uobičajenih izvedbi prema slijedećem redoslijedu; cijevni sistem ogrjevnih površina isparivača vode, pregrijača pare, zagrijača ili predisparivača vode i ogrjevne površine zagrijača zraka. Redoslijed smještaja ogrjevnih površina može biti i drugačiji, a zavisi od toplotnog proračuna jedinice. Dimni gasovi struje dimnim kanalima u sklopu parnog kotla i izlaze pomoću prirodne ili prisilne promahe u slobodnu atmosferu. Kod današnjih jedinica zrak se dovodi na rešetku ili u gorionike pomoću ventilatora svježeg zraka (primarna promaha), a dimni gasovi se odvode iz jedinice pomoću ventilatora dimnih plinova (sekundarna promaha). Kod savremenih parnih kotlva s tekućim gorivom često se izvode ložišta s pretlakom tako da ventilator za dovod svježeg zraka služi ujedno i kao ventilator za odvod dimnih gasova u atmosferu. Kod manjih jedinica moguć je rad i bez ventilatora, tj. s prirodnom promahom pomoću dimnjaka određene visine.

Slika 3.1 Primjer jednog potpuno ekraniziranog ložišta sa svim pripadajućim elementima

3.1. Izbor ložišta

Na osnovu donje toplotne moći uglja Hd=8,8707 [MJ/kg] dobijene preko jednačine (12) za dati ugalj iz udžbenika PK Đurić tabela 4.21 na strani 4.174 usvajamo ložište klasifikacione oznake 1.2.1.1.3.

43 Topini sto

Lignit sa niskom temperaturom topljenja pepela Hd>8500 [kJ/kg]

Po preporuci uzimamo jedan dio tabele 3.13 na strani 3.55 PK Đurić za klase ozida

Tabela 3.1 Vrijednosti priraštaja koeficijenta viška vazduha

Višak vazduha Priraštaj Δλ

Ulaz u ložište Kraj ložišta PP ZV ZZ

12 13 14 15 16

1,23 1,25 1,27 1,29 0,02 0,05 0,02 0,05 0,05

Tabela 3.2 Tabelarni prikaz usvojenih priraštaja koeficijenta viška vazduha za pojedine kotlovske elemente

Preporučeni priraštaj vazduha za pojedine kotlovske elemente iznosi

 Isparivač Δλ=0,03

 PP Δλ= 0...0,05

 MPP Δλ= 0,02...0,05

 ZV Δλ= 0,02...0,05

 ZZ Δλ= 0,05

Prema tome usvajamo priraštaje vazduha u dozvoljenim granicama i formiramo sljedeću tabelu

Ogrijevna površina

Nominalni režim Maksimalni režim λul Δλ λul Δλ λizl λizl Isparivač 1,23 0,00 1,23 0,03 1,23 1,26 PP3 1,23 0 1,26 0 1,23 1,26 PP2 1,23 0 1,26 0 1,23 1,26 MPP 1,23 0,02 1,26 0,05 1,25 1,31 PP1 1,25 0,03 1,31 0,05 1,28 1,36 ZV2 1,28 0 1,36 0 1,28 1,36 ZV1 1,28 0,02 1,36 0,05 1,30 1,41 ZZ3 1,30 0,05 1,41 0,05 1,35 1,46 ZZ2 1,35 0,05 1,46 0,05 1,4 1,51 ZZ1 1,4 0,05 1,51 0,05 1,45 1,56 Vrijednost λ 1,45 Vrijednost λ 1,56

44

3.2. Kotlovski gubici

Kotlovske gubitke usvajamo iz tabele 4.21 na strani 4.176 iz knjige parni kotlovi Đurić na osnovu usvojenog ložišta ( 1.2.2.2. ) za izračunatu vrijednost donje toplotne moći Hd . U tabeli (11) prikazani su kotlovski gubici za dato ložište.

Tabela 3.3 Tabelarni prikaz kotlovskih gubitaka za usvojeno ložište

RB Gubitak NRR MRR 1 u1 0 0 2 u2 0,2 0,5 3 u3 2.0 3,0 4 ηg 97,8 96,5 5 u4 0,1 0,3 6 u5 0,05 0,15 7 u6 0 0 8 ηf 97,65 96,05 9 u7 10,5 12,5 10 u8 0,5 1,2 11 ηz 99,5 98,8 12 ηk 86,65 82,35

- u1 ‒ gubitak usljed propadanja goriva kroz rešetku

Ovaj gubitak postoji samo kod sagorijevanja u sloju i kod kombinovanog sagorijevanja u sloju i u letu, odnosno, samo onda ako postoji rešetka. Gorivo koje propadne kroz rešetku dijelom je učestvovalo u procesu sagorijevanja, tako da je nesagorjeli dio goriva u ovom propadu obično osušen i dijelom otplinut. Neizgorjeli dio goriva u propadu je koksni ostatak koji ima veću toplotnu moć nego gorivo.

Gubitak možemo predstaviti kao odnos energije koju sa sobom nosi gorivo koje je propalo kroz rešetku u odnosu na ukupno dovedenu energiju u ložište.

𝑢₁ =33077𝐵𝑝𝑎1

𝐵⋅𝐻𝑑 =

33077𝑎𝜂𝐴𝑎1

(1−𝑎1)𝐻𝑑 (40)

gdje su:

33077 [KJ/kg] – toplotna moć sagorivog u propadu (koks) Bp [kg/s] – količina propada

B [kg/s] – količina goriva

Hd [KJ/kg] – donja toplotna moć goriva

a1 – sadržaj sagorljivog u propadu

a – sadržaj pepela u gorivu

45 Stepen propada kroz rešetku daje se kao udio mineralnih materija u propadu u odnosu na ukupne mineralne materije u gorivu. Sve veličine u ovom izrazu uglavnom se dobijaju eksperimentalnim putem, tako da prilikom bilansiranja kotla gubitak u1, kao i ostale gubitke

treba pretpostaviti.

Da bi smo adekvatno prepostavili ove vrijednosti, trebamo poznavati i uticaje koji određuju njegovu veličinu. Prvi uticajni parametar je sortiman goriva – za sitniji ugalj veličina propada je veća, a time i gubitak. Drugi parametar je tip rešetke, koji uključuje i faktor relativnog kretanja rešetke u odnosu na gorivo. Među ostale parametre ubrajamo fizikalne osobine uglja i pepela, zatim režim rada kotla i sl.

- u2 ‒ gubitak usljed neizgorenog dijela goriva u šljaci i pepelu

Ovaj gubitak predstavlja odnos energije koju u ložištu nije oslobodilo gorivo koje je dospjelo sagorjeti i ostalo je u šljaci i u pepelu i ukupno dovedene energije u ložište:

𝑢2 = 33077𝐵š𝑎2 𝐵𝐻𝑑 = 33077𝑎𝜂š𝑎2 (1−𝑎2)⋅𝐻𝑑 (41) gdje su:

Bš [kg/s] – količina šljake na izlazu iz ložišta

a2 – udio nesagorjelog u toj šljaci

ηš – stepen vezivanja ložišta

Stepen vezivanja ložišta predstavlja udio mineralnih materija u šljaci na izlazu iz kotla u odnosu na ukupne mineralne materije u gorivu. Pri izgaranju u sloju ovaj je gubitak značajan, dok pri sagorijevanju u letu ima niže vrijednosti. Na veličinu ovog gubitka utiču sljedeći faktori: sortiman goriva ima određen značaj, što je zrno krupnije ovaj je gubitak veći. Procenat pepela u gorivu, sklonost uglja ka povezivanju šljake u veće komade, relativno kretanje goriva, dogorijevanje su samo neki od faktora koji utiču na ovaj gubitak.

- u3 ‒ gubitak usljed koksa u letećem pepelu

Nesagorjeli dio u letećem pepelu je posljedica nedovoljnog zadržavanja goriva u ložišnom prostoru ili gašenje već zapaljene čestice nailaskom na hladne ogrjevne površine konvektivnog dijela kotla.

Ovaj gubitak se definiše kao energija koju sa sobom iz kotla iznose nesagorjele čestice u letećem pepelu u odnosu na ukupnu dovedenu energiju kotlu.

𝑢₃ = 33077𝐵𝑂𝑎3

𝐵𝐻𝑑 =

33077𝑎𝜂𝑂𝑎3

(1−𝑎3)𝐻𝑑 (42)