Kotły
przemysłowe

Jak działają kotły przemysłowe

Kocioł to ciśnieniowe urządzenie, w którym ciepło powstające w procesie spalania przekazywane jest do wody, prowadząc do wytwarzania gorącej wody lub pary. Dwa tradycyjne rozwiązania konstrukcyjne kotłów przemysłowych to układ płomieniówkowy i wodnorurkowy. W obu przypadkach płaszcz kotła stanowi duży stalowy cylinder, wyłożony materiałem ogniotrwałym odpornym na wysokie temperatury i wyposażony w sieć rur.

W kotle wodnorurkowym gorące gazy spalinowe opływają rury wypełnione wodą. Natomiast w kotłach płomieniówkowych gazy spalinowe przepływają wewnątrz rur, podczas gdy wodę gromadzi otaczająca je przestrzeń. Kotły wodnorurkowe, choć droższe w produkcji, oferują większą powierzchnię wymiany ciepła i szybsze wytwarzanie pary. Kotły płomieniówkowe zawierają większą objętość wody, dłużej osiągają temperaturę parowania, ale cechują się większą stabilnością przy zmiennych obciążeniach. Wybór rozwiązania zależy od specyficznych wymagań aplikacyjnych.

Kocioł Bensona i technologia pary nadkrytycznej

W 1922 roku inżynier Mark Benson opatentował nowy projekt generatora pary nadkrytycznej, w którym zaproponował podnoszenie ciśnienia i temperatury wody do punktu krytycznego, w którym przybiera ona postać płynu nadkrytycznego. Konstrukcja ta eliminowała powstawanie pęcherzyków w procesie parowania i stała się znana jako kocioł Bensona.

Koncepcja ta zrewolucjonizowała produkcję energii i do dziś stanowi podstawę wielu nowoczesnych elektrowni cieplnych. Proces nadkrytyczny został w kolejnych latach udoskonalony w celu zwiększenia sprawności i ograniczenia emisji w elektrowniach opalanych paliwami kopalnymi.

Technologia ultra-nadkrytyczna i wyzwania materiałowe

W oparciu o tę koncepcję powstały systemy ultra-nadkrytyczne (USC), które osiągają temperatury rzędu 600°C, ciśnienia do 300 barów i umożliwiają elektrowniom węglowym pracę ze sprawnością sięgającą 46%. Przyszłe konstrukcje zaawansowanych systemów ultra-nadkrytycznych zakładają przekroczenie temperatury 700°C i uzyskanie sprawności na poziomie 50%.

Wraz ze wzrostem temperatur i ciśnień rosną również wymagania stawiane materiałom konstrukcyjnym. Tak ekstremalne warunki pracy wymagają stosowania nowoczesnych wyłożeń ogniotrwałych, izolacji wysokotemperaturowych oraz zaawansowanych stopów odpornych na wysoką temperaturę, które zapewniają bezpieczną i efektywną eksploatację.