Katlatehnika kordamisküsimused (1)

Tallinna Tehnikaülikool - Ehitus - Katlatehnika

3 KEHV

KORDAMISKÜSIMUSED EKSAMIKS

KATLATEHNIKA

BOILER ENGINEERING
Sügis 2007

Tahkete kütuste põletamise tehnoloogiad

Põlevkivi põletustehnoloogiad

Katla mõiste ja põhitüübid

Kollete tööd iseloomustavad näitajad

Katla soojusbilanss

Soojuskadu katlast väljuvate gaasidega

Soojuskadu keemiliselt mittetäielikust põlemisest

Soojuskadu mehaaniliselt mittetäielikust põlemisest

Soojuskadu katla välisjahtumisest ja šlaki füüsikalise soojusega.

Tahkekütuse kolded ja nende liigitus

Kihtkolded

Keevkihtkolded

Kamberkolded
Kamberkolded on vedelike ja gaaside põletamiseks. Tahkekütuseid saab nendes põletada peenestatud kujul (tolmpõletus, vt. pt. 3.1.1).
Väiksemad kamberkolded on Viessmanni katlad . Keevkihtkoldeid võib lugeda nii kihtkolleteks kui kamberkolleteks. Tegelikult on nad kahe koldetüübi vahepeal , nö nende sümbioos.

Ekraanküttepinnad
Näiteks madalatel rõhkudel keskmiselt 4 MPa kolde kiirgussoojusest ei piisa vee täielikuks aurustamiseks ja seepärast osa vee aurustamiseks vajaminevast soojusest antakse üle ökonomaiseris. Seepärast ongi keskrõhu trummelkateldes kasutusel keevad ökonomaiserid. Toitevee temperatuur tõuseb üle küllastuspiiri ning toimub vee osaline aurustumine. Kõrgrõhu trummelkateldes soojuse osa mis on vajalik vee aurustamiseks tunduvalt väheneb ja koldes ülekantud soojusest piisab vajaliku koguse auru saamiseks.
Torud aurustus küttepinnas on püsti või väikese kaldega püstloodi suhtes, mitmekordse sundringlusega kateldes ka horisontaalselt. Gaas väljub koldest läbi hõrendatud ekraanpinna 1-4 realise festooni. Festoon on hõre torude kimp katlas. Laskuvad torud on suurema läbimõõduga kui tõusutorud, aga neid on vähem.
Loomuliku ringlusega katlas on aurustusküttepinna torud üleval ühendatud põhitrumliga, all alumiste kollektorite või alumise trumliga. Aurustusküttepinna torusid toidavad veega põhitrumli veeruumi ja alumisi kollektoreid ühendavad mittekuumutatavad laskuvtorud. Mitmekordse sundringlusega kateldes rakendatakse tavaliselt ühte suure läbimõõduga laskuvtoru.
Kaasaegsetes kateldes kasutatakse koldeseinte täielikku ekraneerimist. Ringluse stabiilsuse suurendamiseks jagatakse ekraanpinnad mitmeks tsirkulatsioonikontuuriks ehk paneeliks, paneelide arv igal koldeseinal (1 ..5) ning neid toitvate laskuvtorude ristlõige määratakse kindlaks ringlusarvutusega. Laskuvtorude ristlõike pind on 20 – 30 % kontuuri ekraantorude ristlõike pinnast madalrõhu, 30 – 40 % keskrõhu ja 40 –50 % kõrgrõhukateldes.
Aurustusküttepinnas tekkivat aurukogust iseloomustab ringlusarv.
11-1
kus Dv on kontuurisisenenud vee kogus, kg/s,
Da kontuuris tekkinud auru kogus, kg/s,
x auru kuivusaste, kg/kg.
Küttepindades kasutatakse süsinikteraseid.

Auruülekuumendid
Kesk ja kõrgrõhu kateldes võib auruülekuumendi paikneda kolde ülaosas ka kolde laes ( radiatsioon ülekuumendi).Madalrõhu kateldes paikneb ülekuumendi kolde järel konvektiivses gaasikäigus (konvektiivülekuumendi). Konvektiivülekuumendi koosneb
kollektoritega ühendatud vertikaalsetest siugtorudest või sirmidest. Radiatsioon ülekuumendi sarnaneb konstruktsioonilt kolde ekraanpinnaga.
Aur ja põlemisgaasid liiguvad ülekuumendites päri-, vastu- ja segavooluskeemi järgi. Gaaside temperatuur valitakse 950 – 1100 C kesk ja kõrgrõhu kateldele ja 850 C keskrõhukateldele. Kesk- ja kõrgrõhu katelde konvektiivülekuumendid kujundatakse enamasti mitmeastmelistena, madalama temperatuuriga astmed vastuvoolu, kõrgtemperatuuriga aste pärivoolu. Auru ülekuumendites temperatuuriga üle 450 C toimub auru segamine ja auru juhtimine ülekuumendi gaasikäigu ühelt küljelt teisele. Auruülekuumendid jagatakse vahekollektoritega pakettideks. Pakettide paksus 1-1,5 m, pakettide vahekaugus peab olema vähemalt 0,5 m.
Ülekuumendi aurutemperatuuri reguleerimiseks kasutatakse pindjahuteid (jahutavaks keskkonnaks katla toitevesi) või pritsjahuteid (aurusse pritsitakse peente jugadena sooladevaba jahutusvett). Suuremates kateldes kasutatakse pritsjahuteid. Temperatuuriregulaator paikneb tavaliselt ülekuumendi pakettidevahelises kollektoris, mitte ülekuumendi järel, sest muidu võivad veepiisad turbiini sattuda ja seda lõhkuda. Temperatuuriregulaatori reguleerimisvahemik auru entalpia järgi valitakse 40-105 kJ/k, millele vastab aurutemperatuuri muutus 15-40C.

Ökonomaiserid
Toitevee eelsoojendi ehk ökonomaiser paigaldatakse harilikult gaasikäigus ülekuumendi astmete järel. Trummelkatla puhul juhitakse vesi ökonomaiserist katla trummlisse. Sõltuvalt väljuva toitevee temperatuurist liigitatakse ökonomaiserid keevateks ja mittekeevateks. Keevökonomaiserist väljub vesi trumlirõhule vastaval küllastustemperatuuril ja sisaldab auru kuni 30%. Keevökonomaiser koosneb keevast ja mittekeevast osast, millede vahel on vahekollektor. Mittekeevast ökonomaiserist väljuva vee temperatuur peab olema vähemalt 30….40C võrra madalam küllastustemperatuurist. Vee keskmine kiirus mittekeevas ökonomaiseris peaks olema 0,3…0,4 m/s, keevas ökonomaiseris 0,8 – 1,0 m/s.
Ökonomaiserid valmistatakse ribitatud malmtorudest või siledatest terastorudest.
Malmökonomaisereid kasutatakse madal ja keskrõhu kateldes töörõhuga kuni 2,4 MPa. Malmökonomaiserid on mittekeevad ja põlemisgaaside temperatuur ei tohiks tõusta üle 420C. Malmökonomaiserid valmistatakse plokkökonomaiseritena ja võivad töötada rõhu all töötava koldega.
Kesk- ja kõrgrõhukateldel on siledatest terastorudest ökonomaiserid. Rõhtsad torud on paigaldatud kas malekorras või koridoorselt. Terastoru ökonomaiser jagatakse põlemisgaasi voolu suunas 1-1,5 m kõrgusteks pakettideks. Pakettide vahekaugus on tavaliselt 550 – 600 mm.
Terastoru ökonomaiser valmistatakse süsinikterasest torudest välisläbimõõduga 28 – 38 mm
Ökonomaiseri hüdrauliline takistus trummelkatelde puhul ei tohi keskrõhukateldes ületada 8% ja kõrgrõhu kateldes 5% .

Õhueelsoojendid

õhueelsoojendis kuumutatakse kütuse põletamiseks kasutatavat õhku .

Õhu eelsoojendid on aurülekuumendid või regeneratiivsed ülekuumendid. Regeneratiivse ehk Junkers tüüpi ülekuumendi täidis on metall või keraamiline , seal toimub pöörlemine. Kõrgete temperatuuride saamiseks tuleb paigutada õhueelsoojendid astmeliselt.
Toruõhueelsoojendis (selle astmes ) on väärõhu temperatuur võrdne siseneva ja väljuva õhu aritmeetilise keskmise temperatuuriga. Regeneratiivses õhueelsoojendis jaguneb väärõhutegur võrdselt õhueelsoojendi külma ja kuuma osa vahel. Väärõhu temperatuur külmas osas on võrdne õhu sisenemistemperatuuriga, kuumas osas aga õhu väljumistemperatuuriga õhueelsoojendist.
Festoonis, aurutuskimbus, auruülekuumendis või ökonomaiseris kuumutatava keskkonna poolt vastuvõetud soojushulk :
13-11
Kus:
Q- kuumutatava keskkonna pool vastuvõetud soojushulk kJ/kg või kJ/m3,
D on küttepinda läbiva auru (vee) kogus kg/s,
i' ja i" - auru (vee) entalpia küttepinda sisenemisel ja sellest väljumisel kJ/kg
Qr.k - küttepinna poolt kiirgusega koldest vastuvõetud soojushulk, kJ/kg või kJ/m3.
Õhueelsoojendis õhu poolt vastuvõetud soojushulk:
13-12
Q – vastuvõetud soojushulk, kJ/kg või kJ/m3,
kus β″õ.e on õhueelsoojendist väljuva õhukoguse suhe põlemiseks teoreetiliselt vajaliku õhukogusega,
β″õ.e = αk–∆αk–∆αõ.e, ∆αõ.e - väärõhutegur õhueelsoojendis,
βr.õ - retsirkuleeriva õhu suhteline kogus,
I0′õ.e ja I0″õ.e - põlemiseks teoreetiliselt vajaliku õhukoguse entalpia õhueelsoojendisse sisenemisel ja sellest väljumisel, kJ/kg või kJ/m3.

Tolmkütuste ettevalmistamine, karakteristikad

Voolamise režiimid ja karakteristikad
Aurukatelde töökindluse tagamiseks on vajalik pidev soojuse äravool küttepindadelt vastavalt nende kuumenemisele. Ökonomaiserites ja ülekuumendites läbi millede voolab vastavalt vesi ning ülekuumendatud aur tagatakse soojuse äravool vooluse pideva vastava kiirusega liikumisega. Kriitilisest rõhust madalamatel rõhkudel tagatakse küttepindade jahutus pidevalt märgava veevooluse või auru-veesegu piisava kiiruse hoidmisega.
Vee-aurusegu voolamise režiimid. Soojuse ärajuhtimise intensiivsusele küttepindadelt avaldavad tugevat mõju auru-vee segu struktuurid . Teisest küljest vee-auru segu voolamise režiimid (struktuurid) muude võrdsete tingimuste juures sõltuvad ka küttepindade orientatsioonist ruumis: vertikaalsed, horisontaalsed ja torupõlved.
Vertikaalsed torud. Aurustumisel vertikaalses torus, kus leiab aset keskkonna tõusev liikumine, soodustab mullide pinnalt lahtirebimist vooluse poolt aurumullile mõjuv dünaamiline rõhk. Ülespoole tõustes liiguvad mullid ühtlasi toru telje poole.
Toru keskosas võib kujuneda välja ketitaoline liikumine.
Väikesel aurusisaldustel ja väikeste masskiiruste juures adiabaatsetes tingimustes liiguvad üksikud väikeste mõõtmetega aurumullid (läbimõõduga ühest kuni mõne millimeetrini), ning selline struktuuri on saanud nimetuse väikeste aurumullidega struktuur. (joonis 12-1 a).
Aurusisalduse suurenedes küllalt suurte masskiiruste (wρ) juures sisaldab töökeskkond suurel hulgal suhteliselt väikesed aurumulle ning kujuneb välja nn emulsiooniline struktuur (joonis 12-1 b).
a) b) c) d) e)
Joonis 12‑1. Vertikaalsetes aurustustorudes liikuva vee-auru segu struktuurid (režiimid)
Väikeste masskiiruste juures viib aurusisalduse suurenemine selleni , et väikesed aurumullid sulavad kokku suuremateks, millede läbimõõt on võrreldav toru diameetriga, pikkus aga on mitu korda suurem. Väliselt meenutab selline struktuur mürsku ja seepärast kasutatakse kirjanduses ka nimetust mürsukujuline struktuur või lihtsalt suurte aurumullidega struktuur. Suurte aurumullide sabas on vedeliku osa, mis on täidetud väikeste aurumullidega (joonis 12-1 c).
Edasisel aurusisalduse suurenemisel suurte aurumullide vahelised veega täidetud osad kaovad, moodustades pideva vardalise auruvooluse milles esineb peenikesi veetilku. Auruvoolus on seinaäärest ümbritsetud rõngataolise ristlõikega veekilega. Selline küllaldase paksusega sisepinda kattev veekile kindlustab veel toru sisepinna vajaliku jahutuse . Sellist struktuuri võime nimetada vardaliseks struktuuriks (joonis 12-1 d). Veekile paksus on määratud vee-ja aurukulu suhtega
Suurte auru kiiruste ja kõrgete rõhkude juures suur osa veekilest rebitakse pinnalt lahti ja liigub piiskadena auruvooluses, pinnale jääb väga õhuke veekile. Sellist struktuuri kus üle 90% veest on aurustunud nimetatakse emulsiooniliseks (joonis 12-1 e).
Praktikas ei esine selgeid piire ühelt struktuurilt üleminekul teisele ning seepärast on nende struktuuride järjestamine küllaltki tinglik .
Horisontaalsed torud. Auruveesegu voolamise eripäraks horisontaalsetes torudes on vooluse kihistumine . Tänu väiksemale tihedusele voolab aur ülemise moodustaja lähedal, põhiline osa veest aga toru alumises osas. Vooluse assümeetria horisontaal tasapinna suhtes sõltub töökeskkonna voolamise kiirusest ja toru diameetrist. Mida suurem kiirus seda väiksem on assümeetria auru ja vee suhtes. Torudele sisediameetriga 30 – 40 mm ja suhteliselt suurtel vee sisenemiskiirustel w > 1 m/s aurustustoru algosas tekkivad aurumullid, mis rebides end lahti toru pinnalt liiguvad koos veega ( joonis 12-2 a). Liikumise suunas aurumullide hulk kasvab, aurumullide ühinedes tekivad suured aurumullid, suurtel aurukogustel voolus muutub sümmeetriliseks ja võrreldavaks vardalise režiimiga vertikaalsetes torudes.
Väikestel vee sisenemiskiirustel w Joonis 12‑2. Horisontaalsetes aurustustorudes liikuva vee-auru segu struktuurid
Torupõlvedes on jahutus halvem kui sirgetes torudes. Toru sisepinna jahutuse halvenemine on seotud tsenrifugaal efektiga , mis vee ja aurusegu liikumisel läbi torupõlve surub vee torupõlve välimise moodustaja suunas ning torusein torupõlve sisemise moodustaja juures võib jääda piisava jahutuseta.

Küttepinna metalli jahutustingimused

Kuumutatavate ja jahutatavate küttepindade klassifikatsioon

Aurukatla töökindluse seisukohast on oluline teada küttepindade metalli temperatuure, mis töötavad kõrgete suitsugaaside temperatuuride piirkonnas kõrgete töökeskkonna parameetritega (kõrge soojuskandja temperatuur ja rõhk).
Fossiilsetel kütustel töötavates kateldes võib tinglikult vaadelda kolme soojusvahetus piirkonda:
esimene piirkond haarab kiirgus ehk radiatsioon küttepindu, mis paiknevad otse koldes ja kus soojusvahetus toimub põhiliselt kiirguse teel (erand on keevkihtkolle). Eriti tähtis on kuidas soojusvoog jaotub kolde kõrguse ulatuses ja mööda perimeetrit.
teine piirkond haarab kiirgus-konvektiivseid ehk poolradiatsioon küttepindu, mis paiknevad küllaltki kõrgete gaasitemperatuuride piirkonnas 800 –1200 ºC ja kus soojusülekanne toimub nii kiirguse kui ka konvektsiooni teel. Nende küttepindade hulka kuuluvad koldes paiknevad sirmküttepinnad ja pöördkambri seinu katvad ekraanid .
kolmanda piirkonna iseloomulikuks tunnuseks on see, et nendes küttepindades toimub soojusülekanne peamiselt konvektsiooni teel, gaaside temperatuur konvektiivsesse gaasikäiku sisenemisel on 700 - 800 ˚C sealt väljumisel aga 100 – 150 ºC. Nende küttepindade hulka kuuluvad ülekuumendi teatud paketid , ökonomaiseri ja õhueesoojendi küttepinnad.
Tänapäeva tehnika tase võimaldab koldekambris eraldada hästi suuri soojushulki aga see suur vabanenud soojushulk tuleb küttepindade kaudu vastuvõtta ja ära juhtida.
Vee-aurusegu liikumine ja järelikult küttepinna metalli jahutus on erinevate töökeskkonna liikumisskeemide puhul organiseeritakse erinevalt.
Loomuliku ringlusega kateldes vee ja aurusegu liigub vee-auruseguga täidetud samba ning sama kõrge veesamba rõhkude erinevusest tingitud liikumapaneva rõhu mõjul.
Madalrõhukateldes katla aurutootlikkuse suurenedes (kõver 1 joonis 12-3) masskiirus aurustustorudesse (tõusutorudesse) sisenemisel suureneb esialgu järsult, saavutanud aga teatud maksimaalse taseme masskiirus stabiliseerub ning aurutootlikkuse edasisel suurenemisel isegi väheneb tingituna hüdraulilisest takistusest tõusutorudes.
Loomuliku ringlusega kõrgrõhu kateldes masskiirus kasvab aeglasemalt ja madalatel koormustel ei taga see küttepindade vajalikku jahutust. Kõrgrõhu katelde sissekütmine toimub libisevatel parameetritel kuni nominaalseni, mis selle puuduse kõrvaldab ning sellisel juhul on ka madalatel koormustel masskiirus piisavalt kõrge.
Mitmekordse sundringlusega kateldes (kõver 2 joonis 12-3) kus vee- ja aurusegu ringlus tagatakse ringluspumba abil on sõltumata katla aurutootlikkusest töökeskkonna masskiirus suhteliselt püsiv või tingituna hüdraulilisest takistusest isegi langeb.
Otsevoolukateldes (kõver 3 joonis 12-3) kus masskiirus on proportsionaalne aurutootlikkusega võib madalatel aurutootlikkustel masskiirus jääda liialt madalaks, mis võib kaasa tuua metalli purunemise ülekuumenemise tõttu. Seega tuleks otsevoolukatelde puhul vältida aurutootlikkusi alla 30 % nominaalsest.
Joonis 12‑3.Katla aurutootlikkuse mõju masskiirusele
Kõver 4 joonis 12-3) vastab katelseadmele karakteristikale kus vee-aurusegu liikumine madalatel aurutootlikkustel on organiseeritud mitmekordse sundtsirkulatsiooni, suurtel aurutootlikkustel aga otsevoolu printsiibil. Mitmekordse sundtsirkulatsiooni tingimustes avaldub masskiirus summana, kus lõik aб - vastab töökeskkonna masskiirusele mis ringleb läbi aurustusküttepindade ja lõik бв- masskiirusele ökonomaiseris ja ülekuumendis. Üleminekul otsevoolu režiimile on aga masskiirus (a´-в´) ühesugune kõigis vee-aurutrakti küttepindades. Seega tagab kombineeritud töökeskkonna liikumisskeem küttepindade jahutuse sõltumata katla aurutootlikkusest.

Vee-aurutrakti temperatuurirežiimist trummel ja otsevoolu kateldes

Trummel (a) ja otsevoolu (b) katelde töökeskkonna A, metallipinna Б ja lubatavad metallipinna temperatuurid В vee-aurutrakti erinevates osades on toodud joonisel 11-4. Sõltumata aurukatla ringlussüsteemist toitevee temperatuur tп.в (ttv) tõstetakse ökonomaiseris küllastustemperatuurini t´ või selle lähedale, aurustusküttepindades vastuvõtud soojushulk kasutatakse vee täielikuks aurustamiseks säilitades praktilisest konstantse küllastustemperatuuri t´, ülekuumendis auru temperatuur tõstetakse arvutusliku ülekuumendustemperatuurini tп.п (tük).
Joonis 12‑4. Temperatuuri muutused vee-aurutraktis: a - trummel, б – otsevoolu aurukatla puhul.
Ökonomaiseri osas I (joonis 12-4) töökeskkonna temperatuur (tähistatud punktiirjoonega A) ja küttepinna metallitemperatuur (tähistatud pidevjoonega Б ) on madalamad küllastustemperatuuris t´; ttk Soojusvahetus allub konvektiivse soojusülekande seaduspärasustele
12-1
Indeks “tk” tähendab, et määravaks temperatuuriks on töökeskkonna temperatuur ja c = 0,023. Soojusvahetus toimub temperatuuride vahe Δt juures.
12-2
Ökonomaiseri piirkonnas soojusvahetus töökeskkonna (vee) ja toruseina vahel toimub suhteliselt nõrga soojusvoo (q ≈ 5- 10 kW/ m2) ja kõrgete soojusülekande tegurite juures α = 2 – 5 kW/ (m2 K) ja seepärast küttepinna temperatuur ületab töökeskkonna temperatuuri mõne kraadi võrra.
Teises osas II töökeskkonna temperatuur on madalam küllastustemperatuurist ttk t´. Sisuliselt tähendab see seda, et metallipinnal algas aurustumine - pindmine keemine. Tekkinud aurumullid lähevad voolusesse ja kondenseeruvad. Siin töökeskkond kuumeneb küllastustemperatuurini t´. Ka see on osa ökonomaiseri piirkonnast kuid soojusvahetus on siin märksa intensiivsem kui osas I.
Edasine soojuse ärajuhtimine töökeskkonnale kutsub esile püsiva mullilise keemise (tsoon III) : ttk = t´ ja tp > t´. Soojusvahetus toimub sõltumata töökeskkonna kiirusest (masskiirustel mis on iseloomulikud aurukateldele) kuid sõltub kuumutamise intensiivsusest q ja vee ja auru soojusfüüsikalistest omadustest küllastuspiiril. Viimased on otseselt seotud rõhuga ja rõhkude vahemikus 0,4 – 16 MPa saab soojusülekandeteguri määrata empiirilisest valemist .
12-3
Soojusvahetus toimub suurte soojusülekandetegurite juures α2 ≈ 50 – 100 kW/ (m2 K) ja seepärast isegi väga intensiivsel kuumutamisel, kõrgelt forsseeritud kateldes kus küttepinna sadestised puuduvad, metallipinna temperatuur ei ületa oluliselt töökeskkonna temperatuuri. Sellised tingimused leiavad aset trummelkatelde tõusutorudes kogu pikkuse ulatuses kus tänu suurele tsirkulatsiooni kordarvule mass aurusisaldus väljumisristlõikes x on väiksem kui 20 %.
Kardinaalselt on erinev olukord otsevoolu katelde korral kus kuivusaste muutub 0 kuni 1. Aurustusküttepinna osas, kus kuivusastme x väärtus on veel suhteliselt madal tänu arenenud keemisele on α2 väärtus küllalt suur ja arvutatav valemi 12 – 3 abil ning sellistes tingimustes on metallipinna temperatuur tp lähedane küllastustemperatuurile t´. Alates aga teatud xkr väärtusest, mis sõltub rõhust ja soojusvoo intensiivsusest q-st, leiab aset järsk metallipinna temperatuuri tõus (jahutava veekile kärbumine tingituna keemise kriisist) mis näitab et soojusvahetus töökeskkonna ja torumetalli sisepinna vahel on oluliselt halvenenud. (osa IV). Soojusülekande arvutamiseks piirkonnas x > xkr (piirkonnas pärast keemiskriisi), võib teatud lähendusena eeldada et soojusülekandetegur αkk muutub proportsionaalselt töökeskkonna kiirusega wtk astmes 0,8.
Selline on seaduspärasus kehtib ka kuiva küllastunud auru soojusülekande tegurile α´´ ning seega:
12-4
Kus ws auru-veesegu kiirus, w” küllstunud auru kiirus.
Esimeses lähenduses saab soojusülekandeteguri arvutada samuti kui kuivale küllastunud aurule.
12-5
Valem soojusülekandeteguri arvutamiseks halvenenud soojusvahetuse tingimustes
12-6
Keskkonna mittehomogeensust arvestab siin tegur y, mis määratakse valemist
12-7
Halvenenud soojusvahetus režiimidel on soojusülekande teguri α2 väärtused oluliselt väiksemad kui arenenud mullilisel keemisel kuid piisavad et õieti valitud masskiiruste korral tagada küttepinna metalli töökindlus. Rõhu tõusuga väheneb pindpinevus ja soojusvahetus halveneb juba väiksemate xkr väärtuste puhul. Analoogne mõju xkr väärtustele on ka soojuskoormuste tõstmisel. Sõltuvalt katelde töörežiimist võib selline halvenenud soojusvahetuspiirkond liikuda mööda aurustusküttepinda. Piirkonna piiril , kus toimub üleminek halvenenud temperatuuri režiimidele kahjustavad metalli pidevad temperatuuri muutused, mis toovad kaasa metalli soojuslik väsimuse. Kõikumiste amplituudi vähendamiseks valitakse masskiirused sellised ,et Δt ≤ 80 ºC.
Pärast maksimaalse temperatuuri saavutamist metallipinna temperatuur alaneb, mis on tingitud soojusvahetuse intensiivistumisest seoses auru kiiruse suurenemisega vedelfaasi lõplikust aurustumisest (piirkond V). Piirkondade III-IV piiril trummelkatla ja V – VI piirkonna piiril otsevoolu katla puhul kuivusaste x =1 ning kuiva küllastunud auru entalpia h”. Edasine soojuse juurdeviimine viib auru ülekuumenemisele.
Ülekuumendatud auru piirkonnas VI soojusülekanne toru sisepinnalt ülekuumendatud aurule jällegi väheneb ja sõltumata katla töökeskkonna liikumisskeemist metallipinnatemperatuur tõuseb. Selles piirkonnas on meil jällegi tegemist konvektiivse soojusülekande seaduspärasustega ühefaasilisele keskkonnale –ülekuumendatud aurule ja arvutustes kasutataks valemit:
12-8
Küttepinna metalli töö seisukohast on tähtis, et soojuse ärajuhtimine toimuks vastuvõetava pinnatemperatuuri ts juures, mis sadestuste puudumisel ja paralleelsete torude ühtlasel kuumutamisel määratakse valemiga:
12-9
kus: tt.k. – töökeskkonna temperatuur mis läbib antud küttepinda;
q – soojusvoog, W/m2;
s – toru seinapaksus, m
s – seinamaterjali soojusjuhtivustegur , W/ m K;
2 – soojusülekandetegur toruseinalt töökeskkonnale (voolusele), W/m2 K;
 - ebaühtlustegur, arvestab soojusvastuvõtu ebaühtlust toru perimeetri ulatuses,
 - diameetrite suhe, välisdiameetri suhe sisediameetrisse.
Valemist järeldub, et vastuvõetavat pinnatemperatuuri tagamiseks etteantud tingimuste juures (q, σs, λs, β) on vajalikud võimalikult suured 2 väärtused. Auruülekuumendites, eriti nende viimastes astmetes, mis töötavad piirilistel temperatuuri tingimustel, saavutatakse see suure auru kiirusega. Ökonomaiserites kus töökeskkonna temperatuur on madalam küllastustemperatuurist t´ ja 2 on suur isegi väikestel vee kiirustel ning seepärast on seinatemperatuur peaaegu võrdne töökeskkonna temperatuuriga ts ≈ tt.k..
Trummelkatelde aurustusküttepindades tänu kõrgetele tsirkulatsiooni kordarvudele

Temperatuurirežiim toru perimeetri ulatuses
Joonisel 12-5 on näidatud soojusvastuvõtu jaotumine ühepoolsel kuumutamisel, mis vastab sisuliselt ekraantorude töötingimustele kahel juhul: siletoru ja membraantoru sümmeetriliste ribidega. Jooniselt selgub et vaatamata erinevustele soojuse jaotumises sile ja membraan puhul on soojusvoog toru laupinnal või selle lähedal mõlematel juhtudel üsnagi võrdne. Pealelangeva soojusvoo erinevus perimeetri ulatuses tingib mõlemate torude korral soojusliku ebaühtluse kus soojuskoormus laupinnal on oluliselt suurem kui toru tagaküljel
Joonis 12‑5. Soojusvastuvõtt ekraantorus: paremal –membraantoru, vasakul - siletoru
Membraan torude korral liigub soojus piki rib; tipust aluse poole. Seega soojuskoormus ribi aluse piirkonnas kasvab ja teatud tingimustes võib see isegi olla suurem kui membraantoru lauppinnal.
Metalli töökindluse seisukohast on tähtis, et soojuse äravool küttepinnalt toimuks vastvõetava metallitemperatuuri tingimustes, mis võimaldaks toru metalli pikaajalist normaalset tööd.
Arvutusliku toru metallitemperatuuri ts all mõistetakse suurimat kohalikku metallipinna temperatuuri, mis arvutatakse võttes arvesse vastuvõetava soojusvastuvõtu ebaühtlust gaasikäigu ja toru perimeetri ulatuses, soojuse hajumist toru seinas, hüdraulilist ebaühtlust ja siugtorude konstruktsioonilisi erinevusi.

Siletorud

Ühtlase temperatuuri välja korral, temperatuur toru sisepinnal sõltub töökeskkonna temperatuurist ttk, kuumutamise intensiivsusest q (sisepinnal qsp), ja soojusülekandetegurist toru sisepinnalt töökeskkonnale ning sisemiste sadestuste puudumisel arvutatakse järgmise valemiga.
12-9
Kestvustugevuse arvutamisel võetakse aluseks toruseina keskmine metalli temperatuur
12-10
Toru välispinna temperatuur on keskmisest kõrgem ning on aluseks oksiidikihi tekkimise hindamisel. Arvestades toruseina termilist takistust ning seda, et kogu perimeetri ulatuses temperatuuri on ühtlane temperatuuriväli saame toru välispinnatemperatuuri määrata järgmise valemiga.
12-11
Kus δs –on toruseinapaksus, λs – toru metalli soojusjuhtivustegur W/(m K), β = dv/ds
Tegelikes töötingimustes temperatuuriväli toru perimeetri ulatuses on ebaühtlane, tegemist võib olla kas ekraantorudega nende ühepoolsel kuumutamisel aga ka ristivoolus paiknevad konvektiivsete küttepindadega. Ebaühtlane temperatuuriväli toob kaasa soojuse hajumise toru seinas kõrgema temperatuuriga tsoonist madalama temperatuuriga toru ossa . Arvestades temperatuuri hajumist valem saab järgmise kuju.
12-11
Kus qmax – maksimaalne soojuskoormus toru lauppinnal, μ –soojuse hajumisetegur
Hajumisteguri all toru mingis punktis mõistetakse suhet tegeliku temperatuuri ja temperatuuri vahel milline oleks toru ühtlasel kuumutamisel soojusvooga qmax. Temperatuurivälja suurim ebaühtlus on alakriitiliste parameetritega trummelkatla horisontaalsetes torudes.
Joonis 12‑6. Horisontaalse toru ülemiseosa ülekuumenemine vooluse kihistumisel
Horisontaalsetes torudes läbimõõduga üle 15mm isegi ühtlase kuumutamise korral kogu perimeetri ulatuses, sisemine soojusülekanne toru ülemises osas oluliselt halvem kui alaosas tingituna gravitatsioonijõududest. Seega on halvenenud soojusvahetusega piirkond horisontaalsetes torudes suurem kui vertikaalsetes. Kaldtorudes on halvenenud soojusvahetusega piirkond suurem kui vertikaalsetes kui väiksem kui horisontaalsetes torudes.
Alakriitiliste parameetritega trummelkateldes ja kihistunud voolamise režiimi korral on soojusvahetus asümmeetriline ja temperatuurid ülemisel ning alumisel toru moodustajal erinevad. Ülemisel toru moodustajal on soojusvahetus oluliselt halvem kui alumisel, kus seinatemperatuur on lähedane küllastustemperatuurile. Nimetatud asjaolu on otseselt seotud kahefaasilise voolamisrežiimiga horisontaalsetes, kus tingituna gravitatsioonijõududest voolus kihistub. Kihistumisel tekkinud lained uhuvad perioodiliselt ülekuumenenud ülemisi torupindu neid järsult jahutades. Sellised järsud temperatuurimuutused kahjustavad oluliselt metalli, seepärast loomuliku ringlusega kateldes, kus harilikult on vooluse kiirused madalad välditakse horisontaalsete torude kuumutamist. Otsevoolu kateldes, kus vooluse kiirused on oluliselt suuremad laias koormuste vahemikus sellist kihistumist ei toimu. Temperatuuride vahe erinevust saab mingil määral kompenseerida toruseinapaksuse suurendamisega suureneb soojusjuhtivus ja paraneb soojuse hajumine.

Membraantorud

Nagu varem märgitud on samasugustes tingimustes töötavatel sile- ja membraantorudel maksimaalsed soojusvood lauppinnas võrdsed. See võimaldab torupinna temperatuuride arvutamisel kasutada sama metoodikat kui siletorude korral.
Töökindluse seisukohast on tähtis teada metalli temperatuuri ribi keskpunki harjal kui temperatuuriväli on sümmeetriline-keevitatud torude võrdsed läbimõõdud, töökeskkonna temperatuurid ja sisemised soojusülekandetegurid.
12-12
12-13
Ribialuspinna temperatuur ühepoolse ekraani korral
12-14
Ribialuspinna temperatuur kahepoolsepoolse ekraani korral
12-15

Vabaringlus , vabaringluse kontuur, ringlusarv.
A
B
Joonis 5‑7. Katla töökeskkonna liikumise skeemid vabaringlusega A ja mitmekordse sundringlusega B katlas
Vabaringlusega kateldes ringleb töökeskkond veeaurusegu ja vee tiheduste erinevuse tõttu langev ja tõusutorudes. Mitmekordse sundringlusega kateldes ringluspumba toimel. Otsevoolu kateldes pumpab vee ja auru läbi katla küttepindade toitepump.
Ringluse stabiilsuse suurendamiseks jagatakse ekraanpinnad mitmeks tsirkulatsioonikontuuriks ehk paneeliks, paneelide arv igal koldeseinal (1 ..5) ning neid toitvate laskuvtorude ristlõige määratakse kindlaks ringlusarvutusega. Laskuvtorude ristlõike pind on 20 – 30 % kontuuri ekraantorude ristlõike pinnast madalrõhu, 30 – 40 % keskrõhu ja 40 –50 % kõrgrõhukateldes.
Aurustusküttepinnas tekkivat aurukogust iseloomustab ringlusarv.
11-1
kus Dv on kontuurisisenenud vee kogus, kg/s,
Da kontuuris tekkinud auru kogus, kg/s,
x auru kuivusaste, kg/kg.

Soojusvahetus katlas, soojusülekande intensiivistamine.
Traditsioonilistes kolletes toimub soojusvahetus koos kütuse põlemisega. Kiirguse allikateks koldes on:

põlevad süsivesinikud,
gaasilised kolmeaatomilised põlemisproduktid (CO2, SO2, H2O),
hõõguvad koksi -, tuha- ja tahmaosakesed
hõõguv koksikiht restpõletamise korral

Kaheaatomilised gaasid praktiliselt soojust ei kiirga.
Kolde soojusvahetuse arvutuse võib jagada kontrollarvutuseks ja konstruktorarvutuseks.
Kontrollarvutusel leitakse põlemisgaasi temperatuur koldest väljumisel. Konstruktorarvutuse korral määratakse soojust vastuvõtvate pindade suurus koldes, mis tagab etteantud temperatuuri koldest väljumisel. Stefan -Boltsmani seaduse otsene rakendamine nendel eesmärkidel ei ole võimalik tingituna teatud raskustest kiirgava gaasimahu, küttepinna temperatuuride ning efektiivse mustsusastme määramisel. Raskused on tingitud asjaoludest, et koldes paiknev keskkond on väga ebaühtlaste omadustega: osaliselt täidab kollet leek osaliselt põlemisproduktid ning nii mustsusaste kui ka temperatuur muutuvad nii kolde pikkuses kui ka laiuses.
Tingituna eeltoodust baseerub koldearvutus sarnasusteooriale, kus sõltuvused mitmesuguste suuruste vahel on määratud eksperimentaalselt. Nii saadud kolde soojusarvutuse metoodika on esitatud katlaarvutusnormides ja normide alusel koostatud käsiraamatutes.
Üldisel kujul küttepindade soojusvastuvõtt koldes määratakse kolde soojusvahetuse võrrandist, mis Stefan-Boltsmani seaduse alusel võib esitada kujul:
13-1
Kus Qkolle - küttepindade soojusvastuvõtt, kW, ak – kolde integraalne kiirgustegur, c0 –absoluutselt mustakeha kiirgustegur W/(m2 K4), ψeff – kolde ekraanipinna soojusliku efektiivsusetegur, T –keskmine gaaside temperatuur koldes, Ts – keskmine küttepinna temperatuur.
Kolde soojuvastuvõtu saab määrata saab määrata soojusbilansi võrrandist
13-2
kus φ – kolde välisjahtumistegur tegur,
Ba – arvutuslik kütuse kulu, kg/s,
Qk – kasulik soojuseraldus koldes.
Koldest väljuva gaasitemperatuur:
13-3
ja kolde ekraanpinna efektiivsustegur
13-4
Koldes eraldunud kasulik soojushulk
13-5
Koldesse õhuga antud soojushulk
13-6

Kolde mõõtmete valik

Kolde mõõtmete valik algab kolde ristlõike mõõtmete - kolde laiuse ja sügavuse määramisega.
Kolde frondi laius L oleneb aurukatla aurutootlikkusest D, kütuse liigist ja põletite paigutusest. Kolde frondi laiuse valikul võib lähtuda nn. frondi laiuse eritootlikkusest D/L, mille orienteeruvad väärtused tahke šlakieemaldamisega kolletele on toodud joonisel 13-1. Vedel- ja gaasküttekolletele võib jooniselt 13-1 leitud frondi laiuse eritootlikkuse väärtust suurendada 25-55 % võrra.
Põletite tüübi, arvu ja paigutuse valikul lähtutakse kirjanduses toodud soovitustest [4]. Põletite põhimõõtmed - ümarpõletite ambrasuuri läbimõõt da, pilupõletite laius b ja šahtveski ambrasuuri mõõtmed võetakse tüüppõletite tehnilistest andmetest või arvutatakse soovitatava põlemisõhu ja aerosegu kiiruse järgi.([4], tabel II-5 ja II-6).
Joonis 13‑8. Kolde frondi laiuse eritootlikkus
Põletite paigutamisel kolde seintele lähtutakse järgmistest põletite vahekaugustest.
Tahke šlakieemaldamisega koldes võetakse alumise põletite rea telje kaugus külmlehtri servast (2.0-2.5)da äärmise põleti telje kaugus külgseinast ja põletite telgede vaheline kaugus horisontaalreas (3.0-3.5)da; põletite ridade telgede vaheline vertikaalkaugus põletite koridoorse paigutuse korral (3.0-3.5)da; ja tipuga allapoole suunatud kolmnurkse paigutuse korral (2.1-2.5)da. Pilupõletite alumise serva kaugus külmlehtri servast võetakse (4-5)b.
Šahtveskiga koldes paigutatakse ambrasuurid võimalikult lähedale külmlehtrile. Ambrasuuri külgserva ja kolde külgseina vaheline kaugus peab olema vähemalt 400 mm.
Gaasi-masuudikoldes võetakse alumise põletite rea telje kaugus kolde põhjast ≥3da põletite telgede vahe horisontaal- ja vertikaalsuunas (2.5-5.0)da; põleti telje kaugus külgseinast (5.0-5.5)da.
Põletite mõõtmete ja paigutuse järgi täpsustatakse kolde laius, kusjuures ei ole soovitav oluliselt muuta soovitatud kolde frondi laiuse eritootlikkust.
Kolde sügavuse S valikul juhindutakse järgnevast.
Tahke šlakieemaldamisega koldes valitakse kolde sügavus (7-8)da ümarpõletite frontaalse või vastastikuse paigutuse korral; (16-18)b pilupõletite tangentsiaalse paigutuse korral ja (5.5-6.0)b horisontaalse hajutuskiiluga ambrasuuride korral.
Gaasi-masuudikoldes valitakse kolde sügavus ≥7da põletite frontaalse ja ≥6da põletite vastastikuse paigutuse korral.
Valitud kolde sügavuse sobivust kontrollitakse lubatava kolde ristlõike soojuserikoormuse qF ([4] valem 55, tabel 9) järgi põletite ühele reale. Järgnevalt valitakse ekraanküttepinna torude läbimõõt ja samm, mille järgi arvutatakse ekraantorude arv kolde seintel ning kolde laiuse ja sügavuse täpsed mõõtmed.
Loomuliku tsirkulatsiooniga aurukatla koldes kasutatakse siledatest torudest ekraane torude läbimõõduga 50-60 mm, suhtelise sammuga s/d  1.1. Levinud on ekraanpinnad, millel d  60 mm ja s  64 mm. Kolde horisontaalne lagi kaetakse enamasti auruülekuumendi torudega d=32-42 mm, s/d1.1.
Madalareaktsiooniliste kütuste põletamisel kasutatakse põletite piirkonnas tulekindla massiga kaetud ekraanide ala, nn. süütevööd, mis loob kütuse süttimiseks soodsamad tingimused. Süütevöö kõrgus ja paigutus sõltub kütuse liigist ja põletite paigutusest ning määratakse lähtudes konkreetsetest tingimustest.
Järgnevalt kujundatakse kolde ülaosa ja tahke šlakieemaldamisega koldes ka külmlehter. Kolde väljumisava kõrguse määramisel lähtutakse põlemisgaaside kiirusest sirmküttepinnas 4-6 m/s ja festoonis 6-8 m/s. Kolde minimaalne maht arvutatakse valitud kolde mahu soojuserikoormuse järgi valemist (13-4).
13-7
Kolde minimaalse mahu, kolde ülaosa ja külmlehtri mahu ning kolde ristlõike mõõtmete järgi arvutatakse kolde keskosa maht ja kõrgus. Seejuures tuleb arvestada, et kolde kõrgus peab olema küllaldane selleks, et tagada kütuse koksi täielik põlemine koldes. Selleks peab leegi pikkus olema aurukatla tootlikkusel 45 kg/s vähemalt 12-14 m, tootlikkusel 60 kg/s - 15-16 m ja tootlikkusel üle 90 kg/s suurem kui 20 m. Kui kolde ristlõike ja mahu soojuserikoormuste alusel valitud kolde mõõtmed ei taga küllaldast leegi pikkust, tuleb kolde keskosa kõrgust suurendada vaatamata sellele, et kolde maht soojuserikoormus sellega väheneb.
Kolde mõõtmete järgi arvutatakse kolde osade seinte pindalad , määratakse ekraanpindade nurktegurid saastumistegurid ja efektiivaustegurid ning arvutatakse valemiga (13-5) kolde küttepindade keskmine efektiivsustegur, mis on konstrueeritud kolde kontrollarvutuse aluseks.
13-8
Kolde kontrollarvutusega selgitatakse, kas konstrueeritud kolle tagab normaalse koldest väljuvate gaaside temperatuuri. Kui arvutuslik T′′ on suurem maksimaalselt lubatavast tuleb suurendada kolde ekraanküttepindade suurust (kolde mõõtmeid). Suure võimsusega aurukateldes (D > 100 kg/s) kasutatakse kolde ekraanpinna suurendamiseks ka vaheekraane.
Kui arvutuslik T′′ on tunduvalt väiksem lubatavast, tuleb ekraanküttepindu koldes vähendada. Selleks suurendatakse tavaliselt mõnel või kõigil kolde seintel ekraantorude samme (suurendatakse süütevöö pindala).

Kolde kontrollarvutus

Kolde kontrollarvutusel määratakse kolde jooniste järgi kolde konstruktiivsed näitajad ja kolde küttepindade keskmine efektiivsustegur. Arvutatakse koldes kasulikult eraldunud soojushulk, mille järgi leitakse kütuse adiabaatiline põlemistemperatuur.
Järgnevalt hinnatakse koldest väljuvate gaaside temperatuur ja leitakse koldest väljuvate gaaside entalpia. Leegi mustvärvusaste arvutatakse kütusele vastava valemiga, määratakse kolde mustvärvusaste ja koldegaaside keskmine erisoojus . Leitakse Boltzmanni arv, leegi asendi teguri ja kütuse adiabaatilise põlemistemperatuuri järgi arvutatakse koldest väljuvate gaaside temperatuur.
Kui arvutusel saadud koldest väljuvate gaaside temperatuur erineb hinnatust enam kui ±100°C võrra, tuleb arvutust korrata . Väiksema erinevuse korral võetakse edasise arvutuse aluseks arvutatud koldest väljuvate gaaside temperatuur, mille järgi leitakse koldest väljuvate gaaside entalpia ja arvutatakse valemiga kolde soojusvastuvõtt.

Küttepindade väline saastumine
Katla töötamisel kattuvad küttepinnad põlemisgaasi poolt sadestuste, tuha, räbu ja tuhaga. Tahke põlemisjäägi sadenemist küttepindadele nimetatakse väliseks saastumiseks ja küttepindadele kogunevaid sadestusi välisteks sadestisteks.
(Auru- ja veepoolsest küljest kattuvad küttepinnad katlakivi , katlamuda ja vees lahustuvate sooladega ning sel juhul on tegu sisemise saastumise ja sisemiste sadestistega.)
Nii välimised kui ka sisemised sadestised vähendavad küttepindade soojusläbikande tegurit. Sadestuste tõttu kujuneb põlemisgaasi jahtumine katlas väiksemaks, kui puhaste küttepindade puhul, väheneb katla kasutegur ja soojusvõimsus (1mm katlakivi suurendab kütusekulu ca 2 %). Välised sadestused ummistavad katla gaasitrakti, suurendavad gaasitrakti aerodünaamilist takistust ning suitsutõmbur elektri kulu.
Kõige enam saastavad küttepindu tahked kütused, vähem vedelkütused õige põletusreziimi korral küttegaaside põletamisel korral aga väga vähe.
Välised sadestused võivad olla: pudedad, kõvad, küttepinnaga tugevalt seotud sadestused jne, mis sõltuvad põletatavast kütusest, põletamise moodusest, põlemisgaasi ja küttepinna metalli temperatuurist, põlemisgaaside kiirusest aga ka küttepindade puhastamise meetodist ning sagedusest jne.

Küttepindade puhastamine
Väliste sadestuse teke on teataval määral paratamatu ja kateseadmed tuleb varustada küttepindade puhastamise seadmetega. Levinumad puhastamise meetodid on küttepinna puhumine õhu, auru või veejugadega. Milleks kasutatakse koldesse ja gaasikäikudesse sisenevaid pöörlevaid düüsidega varustatud puhureid.
Vertikaalsete gaasikäikude puhastamiseks on kasutatud haavelpuhastust. Sadestuste eemaldamiseks kasutatakse teras- ja malmhaavleid.
Vibropuhastuse korral väristatakse küttepindade torusid vibraatorite abil. Gaasimpulss
puhastuse korral eemaldab sadestused lööklaine.
Kaasaegsetest meetoditest on kasutusel akustiline puhastus mille teostamiseks kasutatakse heligeneraatoreid.

Küttepindade väline korrosioon
Küttepindade metalli korrosioon on materjali oksüdatsioon ümbritseva keskkonna keemilisel või elektrokeemilisel toimel, mille tulemusena tekib metalli oksiid . Välimise korrosiooni all käsitletakse katla küttepindade põlemisgaasipoolset
korrosiooni, kus küttepindade korrosioonile avaldavad mõju küttepindu uhtuvad põlemisgaasid kui ka torusid katvad sadestised.
Joonis 11‑9. Terastoru ökonomaiser.
Küttepindade põlemisgaasipoolse korrosiooni võib jagada kõrg- ja madalatemperatuuriliseks korrosiooniks.
Kõrgtemperatuuriline korrosioon leiab aset koldes ja gaasikäikude alguses, kus gaaside temperatuur on kõrge. Esineb ülekuumendis ja küttepindadel. Kõrgtemperatuuriline korrosioon on tingitud põlemisgaasis ja lendtuhas sisalduvate agressiivsete komponentide (hapniku, väävli, kloori, leelismetallide Na ja K ning vanaadiumi ühendid jm) mõjust kõrge temperatuuri juures olevale metallile (alates metalli temperatuurist 350-400 ºC). Metalli pind kattub õhukese oksiidikihiga (FeO, Fe2O3 ), mis takistab edasist oksüdeerumist. Kõik tegurid, mis sellele oksiidikihile mõjuvad purustavalt kutsuvad esile intensiivse korrosiooni. Sellisteks teguriteks on: küttepindade metalli liialt kõrge temperatuur, mille mõjul oksiidikiht pinnalt lahti lööb, oksiidikihiga reageerivate agressiivsete ühendite sisaldus põlemisgaasis ja tuhas ning küttepindade puhastamine välistest sadestistest.
Kõrgtemperatuurilist korrosiooni aitab vähendada õige metallide valik, hoidumine lubatust kõrgematest metallipinna temperatuuridest ja oksiidikihti purustavatest puhastusmeetoditest.
Madalatemperatuuriline korrosioon leiab aset veeaurude kondenseerumisel küttepinna gaasipoolsele küljele. Metalli pind kattub lisandeid sisaldava veekilega, mis kujutab endast elektrolüüti ja mis kutsub esile intensiivse elektrokeemilise korrosiooni. Veeauru kondenseerumine leiab aset, kui küttepinna temperatuur on alla kastepunkti temperatuuri. Väävliühendite puudumisel põlemisgaasis on kastepunkti temperatuur madal ja ei ületa 60C ka kõige niiskema kütuse korral. Seega on veeaurude kondenseerumine gaasikäikudes väävliühendite puudumisel erandlik , kui aga veekile ikkagi tekib, leiab aset intensiivne korrosioon vees lahustunud hapniku toimel. SO2 ja SO3 sisaldus suitsugaasis tõstab kastepunkti temperatuuri kuni 100 – 120 C. Kondenseerunud veeaurud koos SO3-ga annavad küttepinnale väävelhappe, mis mõjub metallile eriti korrodeeruvalt.
Madalatemperatuurilist korrosiooni aitab ära hoida kastepunkti tekkimist soodustavade konstruktsioonide ja režiimide vältimine.
Veeauru kastepunkt normaaltingimustel on 50˚C. Korrosiooni vältimiseks panna kaloriifer, et vee temperatuuri tõsta.

Eestis kasutatavad loomuliku ringlusega tööstuskatlad
DKVR- universaalsed katlad kõikidele kütustele (1970ndad)
Puudused:

Kolde ekraanid on hõredad ( puiduhakke puhul hea, sest tuhk ei ummista)

Raske müüritis – sissekütmise aeg väga pikk, ca 8 tundi (kiiresti küttes müüritis praguneb)

Nõuab vundamenti

qv – on madalad
DE – gaas-masuutkatlad ( 1980ndad ) – hea, ka tänapäeval kasutatav, aga tööstuslik valmidus madal (üles pannes tuleb kohapeal isoleerida), raudteegabariitides, kõik torud diameetriga 51mm, seinapaksusega 2,54mm, ülemisest trumlist tehakse pidevat läbipuhet ehk veevahetus. D-kujulised, koosnevad torukimbust ja koldest, Võrus nt. üks alles, eelpõleti juurde pandud.
E-1/9 tahke, vedel ja gaaskütus (toodud raamatus Katelseadmed ) – kasutati farmides ja masuudi ettesoojendamiseks, loomatoidu tootmiseks, andis 1t auru tunnis, 9bar rõhk, transporditav, 2-trumliline, iga toru peal on kork , tänu millele seda saab seestpoolt puhastada (vaja, kui veepuhastussüsteem puudub), kasutati kivisöe, õli ja gaasiga. Väga madal kasutegur, sest järelküttepind (ökonomaiser) puudub.
Narva kateldest raamatust „Katelseadmed“.

Leek-suitsutorukatlad
Kiviõli (toodud raamatus Katelseadmed) – 1960ndad, täidetud üleni veega, vee nivoo ei tohi langeda alla kriitilise piiri (torusid ei ole), muidu plahvatab, lendab minema või sulab ära, ohtlik tüüp, võimsuse kohta 3 korda suurem võrreldes tänapäevastega, soojusülekandetegurid väiksed, sest suitsu imejad puuduvad (töötab loomuliku tõmbe peal).
KT- 500, KB-300
Witermo
Noviter
Foster Weeler – keskel leegitoru, ümber suitsutoru, olemas nii auru- kui kuumavee katlad.
Viessmann

Malmkatlad
Aja jooksul on väljatöötatud suurel hulgal sektsioonide ja vastavalt sellele ka malmkatelde tüüpe. Malmkatlad võib jagada kahte suurde rühma: väliskoldega (joonis 15) ja sisekoldega katlad (joonis 16). Viimasel jääb kolle täielikult veega jahutatavate sektsioonide sisse. Esimesel paikneb vähemalt kolde osa allpoole sektsioone ning sektsioonide vahele ulatub vaid kolde ülaosa.
Malmist valatud sektsioonidest koostatud katlad on ettenähtud kuuma vee tootmiseks kesküttesüsteemidele. Aurukoguri ja vastava armatuuri ning kontrollmõõteriistadega varustatult võib malmkatlaid kasutada ka küllastunud auru tootmiseks, mille rõhk ei ületa 0,17 MPa. Malmkatla sektsioonide arvu ja seega ka küttepinda ning soojusvõimsust saab katla monteerimisel valida küllaltki täpses vastavuses vajadusega ( sektsiooni küttepind on kindel osa kogu katla küttepinnast). Remondil saab vigastatud seksioone asendad uutega. Malm on suhteliselt vastupidav vee- ja gaasipoolsele korrosioonile. Seetõttu on malmkatlad soovitatavad väävlirikaste kütuste (biokütused, jäätmed) põletamisel.
Kuid malm on ka habras materjal ning seetõttu on ka lubatavad rõhk ja temperatuurid madalad. (120ºC ja rõhk alla 1,0 MPa, aururõhk kuni 0,17 MPa)
Joonis 16‑10. Väliskoldega malmsektsioonkatlad
Malmkatelde võimsused ulatuvad 10 kW – 3 MW ja üle selle. Aegade jooksul on väljatöötatud suurel hulgal malmkatelde tüüpe. Vaatamata sellele saab neid jagada kahte ossa: sisekoldega katlad (joonis 15-8) ja väliskoldega katlad (joonis 15-7). Väliskoldega katelde võimsused algavad 100 kW-st.
.
Joonis 16‑11. Sisekoldega malmsektsioonkatlad
Esimesel variandil jääb katla kolle täielikult veega täidetud sektsioonide sisse, teisel juhul aga paikneb vähemalt osa koldest väljaspool sektsioone ning sektsioonide vahele ulatub vaid kolde ülemine osa.

Spiraalse torusüsteemiga katlad
Spiraalse torusüsteemiga katlad – otsevoolukatlad, saab kiiresti auru (poole tunniga), 100kW-5MW, kasutegur 0,85-0,95, kasutatav gaasi, kerg- ja raskekütteõli peal
Spiraalse torusüsteemiga väikekatelde torusüsteem koosneb mitmest kontsentriliselt paigutatud silindrilisest toruspiraalist, mis on orienteeritud kas vertikaalselt või horisontaalselt. Keskmise toruspiraali sisse jääb kolle, mis on valmistatud võimalikult tihedana keerd keeru kõrval ilma vahedeta. Kolde otsad on kaetud tasapinnalise või koonilise toruspiraaliga. Ühes otsas on põleti, gaasid väljuvad teisest otsast. Gaasikäigus paikneb üks või mitu välimist toruspiraali, samuti kollet ekraneeriva toruspiraali tagumine külg. Toruspiraale ümbritseb väljastpoolt kontsentrilisest terassilindrist moodustatud kate, silindrite vahelt puhutakse läbi õhku. Võimaldab loobuda välisest isolatsioonist ja soojendada ette põlemisõhku. Katel töötab otsevoolu skeemil. Töötav keha läbib torusüsteemi üks kord. Seejuures on vee ja auru poolt paralleelselt ühendatud enamasti mitu toru. Toru süsteemi ühest otsast sisenenud vesi peab olema teise otsa jõudes suuremalt osalt aurustunud. Täielikku aurustumist ei saa alati lubada, sest täielikul aurustumisel võivad soolad sadeneda toru sisepinnale.
Joonis 16‑12. Spiraalse torusüsteemiga otsevoolu katel
Tekkiv sade omab suurt termilist takistust ja viimast toruosa uhutaks siis keeva vee asemel auruga, mille jahutav toime võiv olla kuni 1000 korda väiksem kui keeval veel. Sellistes tingimustes toimuks sadestistega toruosa ülekuumenemine ja purunemine . Seega peaks katlast väljuval aurul olema küllalt suur niiskus. Selle eraldamiseks on katla järel separaator , mis tagab aurule nõutava kuivuse. Väljasepareeritav vesi juhitakse soojusvahetisse, toitevee ettesoojendamiseks ja siis kas täielikult või osaliselt drenaaži. Seega võib aurust väljasepareeritud vett nimetada tinglikult otsevoolu katla läbipuhkeks, selle kogus aga ületab mitmekordselt vabatsirkulatsiooniga katla läbipuhke.
Kirjeldatud katelde suur eelis on see, et nad võivad toota auru väga lühikese aja jooksul pärast käivitamist.
Joonis 16‑13. Spiraalse torusüsteemiga Cleytoni katel

Katelseadme õhu –gaasitrakt
Katla õhu-gaasitrakti moodustavad kõik katla ja abiseadmete õhu-ja gaasikanalid koos neid ühendatavate torustikega. Põlemisõhu ja gaasi liikuma panemiseks peab trakt sisaldama seadmeid, mis õhu ja gaasi liikuma panevad. Sellisteks seadmeteks on õhuventilaator ja suitsutõmbur, suitsugaase liikumapanevaks ehitiseks on ka korsten .
Algselt oli korstna põhiülesandeks loomulikku tõmmet tekitada, põlemisgaase katlast eemaldada ja põlemisõhku koldesse imeda. Kaasaja kateldes kasutatakse sellleks otstarbeks mehhaanilist tõmmet (ventilaatoreid) ja korstna põhiülesandeks on põlemisgaasi hajutamine atmosfääri. Korstna tõmme, mis võrdub korstna jalas valitseva hõrenduse ja korstna aerodünaamilise takistuse summaga.
19-1
Kus:
H – korstna kõrgus m;
ρ0,g ja ρ0,õ – põlemisgaasi ja välisõhu tihedus m3/kg 0ºC juures.
Korstna tõmme on seda suurem, mida kõrgem on korsten ja põlemisgaasi temperatuur ning mida madalam on välisõhu temperatuur. Valemis esitatud rõhkude vahe paneb gaasi läbi katla liikuma või soodustab seda liikumist. Korstnale lisaks on katla puhul kasutusel veel suitsutõmbur ja õhuventilaator. Kui kasutusel on ainult suitsutõmbur on gaasikäigud hõrenduse all. Ning gaasikäigud tuleb valmistada võimalikult gaasitihedatena. Vastasel juhul imetakse gaasikäikudesse väärõhku mis viib alla katla kasuteguri ning suurendab elektri omatarvet gaasi eemaldamiseks. Kui katlal on aga ainult õhuventilaator siis on gaasikäigud ülerõhu all ja gaasikäigud peavad olema gaasitihedad. Kui katlal on nii suitsutõmbur kui ka õhuventilaator on kohaks kui rõhk õhu –gaasitraktis märki muudab on enamasti põleti või restkolde puhul kütusekiht, kusjuures koldekamber ja gaasikäigud on hõrenduse all. Hõrendus koldes on tavaliselt minimaalne: 20..40 Pa kolde lõpus. Selliselt kujundatud gaasitrakti nimetatakse tasakaalustatud tõmbega õhu-gaasitraktiks

Väikekatlad

Katelde ülevaatus ja kontroll

Katelseadme aerodünaamiline arvutus

Tõmbe- ja puhumisseadmed, korstnad

Eriotstarbelised katlad
Aadu Paist
Jõudu tööle!

.DOC Laadi alla originaalfail 25 lk · .doc · 82 allalaadimist

50 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.

~ 25 lehte Lehekülgede arv dokumendis

2009-01-26 Kuupäev, millal dokument üles laeti

82 laadimist Kokku alla laetud

1 arvamus Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid

Janka Õppematerjali autor

Aadu Paist
1. Tahkete kütuste põletamise tehnoloogiad
2. Põlevkivi põletustehnoloogiad
3. Katla mõiste ja põhitüübid
4. Kollete tööd iseloomustavad näitajad
5. Katla soojusbilanss
6. Soojuskadu katlast väljuvate gaasidega
7. Soojuskadu keemiliselt mittetäielikust põlemisest
8. Soojuskadu mehaaniliselt mittetäielikust põlemisest
9. Soojuskadu katla välisjahtumisest ja šlaki füüsikalise soojusega.
10. Tahkekütuse kolded ja nende liigitus
11. Kihtkolded
12. Keevkihtkolded
13. Kamberkolded

ekraanküttepinnad

Sarnased õppematerjalid

doc

Katlatehnika eksami vastused

KORDAMISKÜSIMUSED EKSAMIKS KATLATEHNIKA BOILER ENGINEERING Sügi s 2007 1. Tahk ete kütuste põleta mi s e tehnoloo gi ad Tahkekütuse latentse energia elektrienergiaks muundamise kohta kehtivad samad üldised seaduspärasused, mis gaasja vedelkütuste korralgi. Määravaks on ringprotsessi parameetrid. Tahkete kütuste põletustehnoloogiad võib jagada nelja rühma: · kihtpõletus (restkolded),

Katlatehnika

doc

Katla projekt

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL MEHHAANIKATEADUSKOND SOOJUSTEHNIKA INSTITUUT KATLAPROJEKT Tallinn 2007 Sisukord: Seletuskiri: Katla kirjeldus. Omapoolsete valikute põhjendus Kokkuvõte (A Brief summary of the project) Arvutused: Algandmed Põlemisproduktide arvutus Katla soojusbilansi arvutus Kolde soojus ja konstruktorarvutus Festooni soojusarvutus Ülekuumendi ja järelküttepindade soojusbilansi arvutus Ülekuumendi "kuume astme" soojus ja konstruktorarvutus Ülekuumendi "külme astme" soojus ja konstruktorarvutus Ökonomaiseri soojus ja konstruktorarvutus Õhu eelsoojend soojus ja konstruktorarvutus Graafiline osa: Katla pikkilõige lisa 1 Katla ristlõige lisa 2 Seletuskiri Katla kirjeldus. Omapoolsete valikute põhjendus.

Katlatehnika

docx

Laeva katlad

6 7 1 Toitevesi a 5 7 A - A A I A-A 2 8 9 b 3 84 3 5 6 11 2 7 810 9 4 7 I 8 10 6 1 2 3 2 3 4 2 11 5 2 24 9 9 3 3 1 5 A 10A

Laevandus

txt

Soojus- ja Hüdraulika süsteemid

Soojus- ja Hdraulika ssteemid 3.KURSUS!!! SOOJUS TEHNIKA SEADMED! katlad katel seadme ldiseloomustus kesoleval ajal toodetakse ligi 70% elektrienergijast auruturbiin soojuselektrijaamades. Kik saab alguse sellel elektritootmise juures , alguse katlaseadmes , katlas toodetakse seda vajalikku soojust ja auru mis lpuks tiendab turbiini , paneb ta prlema ja turbiin kivitab generaatori. Selliseid katlaid nimetatakse energeetilisteks katlateks, aga katel seadmetes toodetakse ka tehnoloogilist auru, mida kasutatakse siis mitte turbiinides vaid seda kasutatakse tehnoloogiliseks otstarbeks , suunatakse seda vastavatele tarbijatele ja kasutatakse ka ktteks, seda tehnoloogilist auru. KATELSEADE: nimetatakse komplektset seadmestikku , mis on ettenhtud , veeauru ja kuumavee tootmiseks ja tarbijale vljastamiseks. Katelseadme moodustavad: Katel(katelagregaat), kasutatakse erilisi orgaanilisi ktuseid. Katel koosneb: plemis koldest ja erinevatest kttepindadest, mis on paigutataud hte vi mitme

Soojustehnika

125

pdf

Rakendusenergeetika

MSJ0230 - Rakendusenergeetika Applied Energy Engineering Allan Vrager Õpingukorraldusest: 8 loengut 4 harjutustundi ehk 6x1,5h Eksami eelduseks koduülesannete lahendamine, mis annavad 30% kogu hindest Aine lõppeb kirjaliku eksamiga Kirjandus: A. Ots. Soojustehnika aluskursus. TTÜ Kirjastus, 2011 A. Kull, I. Mikk, A. Ots. Soojustehnika. Valgus, 1966, 1976. A. Ots. Termodünaamika. Valgus, 1972. I. Mikk (koostaja). Soojustehnika kasiraamat. Valgus, 1977. A. Paist, A. Poobus. Soojusgeneraatorid. TTÜ Kirjastus, 2008 A. Paist, K. Plamus. Lokaalkatlamajad. TTÜ Kirjastus, 2013 V. Vares. Energiatehnika. TTÜ Kirjastus, 2011 E. Risthein. Sissejuhatus energiatehnikasse. Kirjastus Elektriajam, 2007. CRC handbook of energy efficiency. CRC Press, 1997. CRC handbook of thermal engineering. CRC Press, Springer, c 2000. Ja palju muud. Lisan tulevastes loengutes teemade juurde lisakirjandust. Õppeaine s

Füüsika

doc

Soojusautomaatika eksami vastused

Soojusautomaatika eksamiküsimuste vastused 1. Põhimõisted automatiseeritud tootmise alalt. Automaatikasüsteemide klassifikatsioon nende otstarbe järgi. Näited. Automatiseeritud tootmise põhimõisted: 1. Objekt 2. Regulaator 1. Andur 2. Tajur 3. Automaatikasüsteem Automaatikasüsteemide klassifikatsioon otstarbe järgi: 1. Automaatreguleerimise süsteemid (ARS) 2. Distantsioonjuhtimise süsteemid (DJS) 3. Tehnoloogilise kaitse süsteemid 4. Automaatblokeeringu süsteemid (ABS) 5. Reservseadme automaatse käivitamise süsteem (RAKS) 6. Automaatsed tehnoloogilise kontrolli süsteemid (ATKS) 7. Signalisatsioonisüsteemid (SS) valgus ja helisüsteemid 1. Tehnoloogiline SS andmed seadmete töö ja üksikute parameetrite kohta 2. Avarii SS teatavad võimalikest avariilistest olukordadest ja juba tekkinud avariidest 3. tsentraalsed SS on ette nähtud signalisatsioonisüsteemi korrasoleku ja

Soojusautomaatika

113

doc

Energia ja keskkond konspekt

TALLINNA TEHNIKAKÕRGKOOL Arhitektuuri ja keskkonnatehnika teaduskond Tehnoökoloogia õppetool Villu Vares ENERGIA ja KESKKOND Konspekt 1 Villu Vares Energia ja keskkond Tallinn 2012 2(113) Villu Vares Energia ja keskkond SISUKORD SISUKORD.............................................................................................................................................................3 SISSEJUHATUS....................................................................................................................................................5 1 ENERGIAKASUTUS JA MAAILMAS JA EESTIS........................................................................................6 1.1 ENERGIAKASUTUS MAAILMAS JA EESTIS.

Energia ja keskkond

pdf

Soojustehnika eksam

KORDAMISÜSIMUSED EKSAMIKS Soojustehnika MSJ0001 1. Nimetada termodünaamika kaks põhiprintsiipi/seadust. 1)Termodünaamika esimene seadus - Termodünaamilisse süsteemi sisestatud soojushulk kulub siseenergia muutmiseks ja tööks 2) Termodünaamika teine seadus - * (igal süsteemil on kaod) Ei ole võimalik teostada protsessi, kus kogu süsteemile antud soojus muutub jäägitult tööks. *(külmemalt soojemale ei saa soojus liikuda) Energia ei saa soojuse kujul iseenesest üle minna külmemalt kehalt kuumemale * Isoleeritud termodünaamilises süsteemis toimuvate tagastamatute protsesside korral süsteemi entroopia(Süsteemitu oleku mõõt) kasvab 2. Mida uurib statistiline , klassikaline ja tehniline termodünaamika? 1) Statistiline termodünaamika - tegeleb aine omaduste uurimisega üksikosakeste tasemel ja nende tulemuste laiendamistega suurtesse süsteemidesse. 2) Klassikali

Soojustehnika

Rohkem sarnaseid