1. Dr. ZmagoslavPrelec
|-
I BRODSKI GENERATORI PARE
I
ffi
l' Skolska knjiga, Zagreb l99O
I
I

2. . j l .
- ' , . : i | r , . : , .
PREDGOVOR
ovaj urlZbenikproizasaoje iz potrebe za djelom koje posebno obraduje
tematiku o-brodskimgeneratorima pare.
-zadatak mu je, prije svega,da studentimaomogudiproudavanje vaZnog tog
podrudja brodostrojarstva,pruZajudiim nuZne temiljne spoznajeza ""sp1esn6
rje5avanje brojnih problema s kojima 6e se susretatiu-prakii.
-brodogradnji
- . Djelo moZeposluZitii kao prirudnik strudnjacima u i pomorstvu
koji se bave problematikombrodskihgeneratora pare. I n" .ul-o nji*u t Korisno
ie posluZitii onima koji se bave projektiranjem, da vise doznaju o pogonskim
problemima,njihovim uzrocima,mogu6nostimanadinima i rjesavanja, kao-ionima
koji rade u proizvodnji i pogonima,da obnoveteorijska znanjanuZnaradi kval!
tetne izrade i optimalneeksploatacije.
Brodski generatori parevelika su skupin:r toplinskihuredaja,s brojnim karak-
teristikama koje proizlaze iz specifidnih uvjeta prisutnih u Lrodskim reZimima
rada, Sto svakakoopravdavaobraianje posebnepaLnjetoj problematici.
Praienje obradenoggradiva pretpostavljasolidno prio-znanieiz znanostio
toplini, mehanicifluida i dvrsroiimaterijala.Stogaseu razradipolLoininpoglavlja
nije ulazilo u detaljnija teorijska izvodenja i dokazivanla,tbli su doitrfuna"u
postoje6ojstrudnojliteraturi.
SadrZaj koji je obuhva6en ovomeudzbenikupotpunoje uskladens progra-
u
19m gredmetakoji seproudava Fakultetuza pomorstvoi saobradaj
na Sveuiiilsta
>vladimir Bakari6< u Rijeci, pod nazivom >Elisploatacija brodskih generatora
pare<<' a.velikimdijelom posluZitie i studentima tehnidkihfakultetabro=dostrojar-
skog smjera.
u prvom, uvodnomdijelu obraclene osnovne
su znadajke brodskihgeneratora
pare, da,seditateljana samomepodetkuopienito upoznas tim toplinskimureda_
jima, kako bi daljnje proudavanje gradivabilo jednostavnije.
Termodinamske osnovegeneratora pare obradenesu vrlo saZeto;koliko je
potrebnoza povezivan.je daljnjim tekstom,budu6ida je taj dio opseznije
s dostu-
pan u ostalojliteraturi.
obrada gradiva,
oje se odnosina gorivo iizgaranje,prilagodena tekuiem
je
gorivu jer se kod brodskihgeneratora pare uglavnomono upotiebljavu.e.i-j"nu
krutih i plinovitih goriva za brodskegeneratore pare danasje zanemariva se jer
svodi samona pojedinadne, specijalne sludajeve.
. znatna paLnjaobra6ena problematicitoplinskogproraduna, je u vezi s
je pa
time danazaokrtLenacjelina, koja omoguiujepiegledanuvid u taj dio giadiva.
cirkulacija vode, te strujanjedimnih plinovfi zraka obradenisu"takoda se,
prije svega,prikaZei uodi utjecaj tih funkcija na pogon generatora pare.
V

3. Veliki prostor dan je konstrukcijamabrodskih generatora pare, gdje su de-
taljno obradeneglavnekarakteristidne izvedbekoje se danassusreiuna brodovi-
ma. Pritom su posebna poglavljaposve6ena pomo6nimkonstruktivnimdijelovima,
armaturi, pomo6nimuredajimaza gorivo i automatskojregulaciji.
Buduii da je udZbenik,prije svega,namijenjenbuduiim voditeljimapogona,
potanko su obradeniproblemi vezaniza kvarove,o5te6enja odrZavanje
i brodskih
generatora pare, a posebnoznatenjedano je detaljimakoji se odnosena ekono-
midnovodenjepogona.
Na kraju se razmatrao dana5njim trendovimau razvoju brodskihgeneratora
pare.
Koristim se prilikom da se posebnozahvalim prof. dr. Spiri Milosevi6u zbog
njegovapoticaja da pristupim izradi ovog djela i da ustrajemu tome. od velike
pomoii u toku rada bili su njegovi savjeti i strudnenapomene. Takoder se Zelim
zahvaliti na korisnim primjedbamai prijedlozimakoje su mi prilikom recenzija
ove knjige uputili prof. dr. Dragan Martinovii i prof. dr. Ratko Zelenika.
Sve primjedbe i sugestijekoje ditatelji budu uodili i dostavili primit 6u s
iskrenomzahvalno5iu-
U Rijeci, studenoga1988. Zmagoslav Prelec
VI

4. ]t
SADRZeT
PREDGOVOR
1. oSNovNE zNaCIJTn BRoDSKIH GENERAToRA PARE I
1.1. RAZVOJ BRODSKE PARNE PROPULZIJE 1
1.2. RAZVOJ BRODSKIH GENERATORA PARE 2
1.3. NAMJENA GENERATORA PARE NA BRODOVIMA 8
1.4. GLAVNI DIJELOVI GENERATORA PARE 14
1.5. VRSTE BRODSKIH GENERATORA PARE 22
1.6. OSNOVNB zNeCaJKE GENERATORA PARE ZJ
1.7. POSEBNI ZAIjTJEVI ZA BRODSKE GENERATORE PARE 27
I 2. TERMODINAMSKE OSNOVE GENERATORA PARE 29
2.1. PROCES U PARNOM POSTROJENJU 29
2.2. PREDAJA TOPLINE U GENERATORU PARE 31
3. GORIVO I IZGARANJE 35
:b :.r. zNeCexB tgruCrH GoRrvA
3.1.1. Toplinskavrijednost .
35
35
36
36
; li.l
ili##"ii"r"-"'i,i...'.:.:::.
..:::...I,.
3.1.6. SadrZaj vode .
JI
40
40
3.1.7. Koksni broj 40
3.1.8. Ostaleznadajke 4L
F 3.2. IzGARANJE u r-oZrSrrul GENERAToRA pARE 4l
* 3.2.L. Odnosi u procesuizgaranja 4l
r 3.2.2. Kolitina zraka za izgaranje 43
3.2.3. Produkti izgaranja 45
Ici
ia
4. TOPLINSKA BILANCA GENERATORA PARE 51
4.1. TOPLINSKI TOKOVI U GENERATORU PARE 51
4.2. TOPLINSKA ISKORISTIVOST GENERATORA PARE 53
4.3. TOPLINSKI GUBICI GENERATORA PARE 55
4.3.1. Gubitak zbog osjetnetopline dimnih plinova (g1)
4.3.2. Gtbirak zradenjai odvotlenja topline u okolinu (gr)
r

5. 4.3.3. Gubitak zbog kemijski nepotpunogizgaranja(gr) 59
4.3.4. Gubici zbog pojave dade(ga) 60
4.3.5. Ostalieubici 60
4.4. KOLICINA GORIVA 60
5. OSNOVE TOPLINSKOG PRORACUNA GENERATORA PARE 63
5.1, IZMJENA TOPLINE ZRACENJEM 63
5.1.1. Kirchoffov zakon zra(enja 64
5.I.2. Zakon zraEenja crnog tijela 64
5.I.3. Zratenje sivogtijela . 65
5.L.4. Izmjena topline zradenjemizmedu dviju velikih paralelnih crnih
povr5ina 66
5.1.5. Izmjena topline zradenjem izmedu dviju paralelnih povr$ina
razliditih emisija 66
5.1.6. Izmjena topline zradenjemizmeclupovr5inakoje zatvarajujedna
drugu 67
5.1.7. Izmjena topline zradenjem plinova 6g
5.2.PRORAcUN
r.OZrsTA. . 7r
5.2.1. ToplinskabilancaloZi5ta 7L
5.2.2. Ozratenapovrdinau loZi5tu 73
5.2.3. Temperature loZi5tu .
u 75
5.3. PRORACUN TONVEKTIVNIH OGRJEVNIH POVRSINA GENERA-
TORA PARE 77
5.3.1. Fourierovzakon provodenjatopline 77
5.3.2. Prijelaztopline konvekcijom 81
5.3.3. Zra(enje plinova u dimnim kanalimai cijevnim snopovima 84
5.3.4. Ukupni prijelaz topline na strani dimnih plinova 86
5.3.5. Srednjalogaritamska razlikatemperature 87
5.3.6. Koeficijentprolazatopline 88
5.3.7. Utjecaj zaprljanja ogrjevnih povriina na prijenos topline 89
5.3.8. Proradun isparivada generatora pare 90
5.3.9. Proradunpregrijadapare 91
5.3.10. Proradunzagrlja(,a
vode 93
5.3.11. Proradunzagrijata zraka . 94
6. CIRKULACUA VODE U GENERATORIMA PARE . 97
6.1. PRIRODNA CIRKULACIJA VODE N
6.1.t. Hidrodinamikaprirodne cirkulacije 98
6.1.2. Faktori ogranidenja pogonskiproblemi kod prirodne cirkulacije .
i 101
6.1.3. Karakteristidni
sludajevi prirodne cirkulacije I04
6.2. PRISILNA CIRKULACIJA . tO7
6.2.1. Generatoripare s optodnomcirkulacijom 108
6.2.2. Generatori pare s protodnom cirkulacijom 108
7. STRUJANJE DIMNIH PLINOVA I ZRAKA ttl
7.1. PRIRODNO PROVJETRAVANJE 111
7.2. UMJETNO PROVJETRAVANJE tr2
7.3. PRORACUN STRUJANJA DIMNIH PLINOVA I ZRAKA It4
7.3.1. Pad tlaka pri strujanju zrakai dimnih plinova tL4
VIII

6. }
f 7.3.2. Pad tlaka zbog otpora trenja
7.3.3. Pad tlaka zbog lokalnih otpora
115
116
I
7.3.4. Samouzgon dimnih kanala ltg
7.3.5. Ventilator za zrak i dimne plinove tZO
GLAVNI KONSTRUKTIVNI DUELOU GENERATORA PARE tzt
&
t
8.1. ISPARIVACI Lzt
8 . 1 . 1 .B u b n j e v i rzt
8.1.2. Komore 129
8.1.3. Cijevi T3I
8.2.PREGRIJACI PARE r33
l 8.3.ZAGRIJACI VODE
8.4.ZAGRIJACI ZRAKA
138
I4l
ARMATI]RA GENERATORA PARE I47
9.1. ZAPORNA ARMATURA I47
9.1.1. Parniventil 150
9.1.2. Napojni ventil (napojnaglava) 150
9.1.3. Ventil za otpjenjivanjei istiskivanje 151
9.1.4. Ventili za drenaiu, odzradivanje uzimanjeuzorka
i 152
9.2. REGULACIJSKA ARMATURA 153
9.3. ZASTITNA ARMATURA I54
9.3.1. Nepovratniventili t54
'
9.3.2. Sigurnosni ventili 1,54
9.4. KONTROLNA ARMATURA I57
9.4.1,. P okaziv razine
a(i t57
9.4.2. Manometri . 160
9.4.3. Termometri 160
9.5. GRUBA ARMATURA 160
IO. SISTEM ZA GORTVO 165
10.1. RASPRSTVANIETEKUCEG GORIVA t65
10.2. GORIONICI ZA TEKUCE GORIVO 168
70.2.7. Gononici s rasprdivanjem tlakom goriva . 168
10.2.2. Gorionici s raspr5ivanjemkomprimiranim zrakom 17r
10.2.3. Gorionici s raspr3ivanjemvodenom parom 172
; 10.2.4. Gorionici s raspr5ivanjemdjelovanjemcentrifugalne
sile t73
I
10.2.5. Pomodnidijelovi gorionika r74
10.3. UREDAJI ZA PRIPREMU I OPSKRBU GORIVOM 176
10.4. OSNOVNI POGONSKI UVJETI ZA. DOBRO RASPRSIVANJE I
IZGARANJE t77
11. KONSTRUKCUE BRODSKIH GEIIERATORA PARE t79
11.1. CILINDRICNI GENERATORI PARE I7g
1I.2. SEKCIJSKI GENERATORI PARE 180
11.3. GENERATORI PARE S TRI ILI CBTIru BUBNJA
1I.4. VODOCIJEVNI GENERATORI PARE TIPA >INTEGRAL< 186
IX
f

7. li
11.5. GENERAToRIPARE BEZ KoNvEKTIVNoG rspenrveCroc
SNOPA 188
11.6. GENERATORI PARE TIPA >D( L9l
H LI.j. GENERATORI PARE >ESD<
11.8. GENERATORI PARE S VERTIKALNIM CIJEVNIM SNOPOMPRE-
GRIJACA PARE
I94
I99
11..9. GENERAToRI PARE S MEDUPREcRIIaCBvT 200
11.10.SPECIJALNI GENERATORI PARE zOL
11.10.1.Dvotladnigeneratorpare 201
LI.t0.2. Generator pare tipa >Loffler< 203
11.10.3.Generatorpare s loZiStem pod tlakom (>Velox<) 204
11.11.GENERATORI PARE NA ISPUSNE DIMNE PLINOVE (IJTTLIZA-
TORr) 205
11.12. OSNO'r'NI NACINI POVEZIVANJA UTILIZATORA 208
II.l2.l. Spoj utilizatorai loZenogdvotladnog generatora
pare 208
' 11.12.2. Spoj utilizatoras pomo6nimloZenimgeneratorom pare 2r2
Ll.I2.3. Spoj utilizatoras dva pomo6naloZenageneratora pare 2t6
LI.t2.4. Samostalni utilizator s vlastitim parnim bubnjem 2L8
12. KONSTRUKTIVNI MATERUALI ZA GRADNJU GENERATORA PARB 2t9
12.1. POGONSKI UVJETI ZA MATERIJALE 2t9
12.2. OSNOVNE ZNACAJKE MATERIJALA 220
12.3. SMJERNICE ZA UPOTREBU CELIKA PRI POVISENIM TEMPE-
RATURAMA 220
12.4. KLASIFIKACIJSKI PROPISI I PRORACUN CVRSTOCE GLAVI{IH
DIJELOVA GENERATORA PARE 22L
12.4.1.Konstruktivnitlak 22L
12.4.2.T emperatura stijenke 222
12.4.3.Materiiali 222
L2.4.4.DopuSteno naprezanje 222
12.4.5.Faktor spoja (vara) 223
12.4.6.Minimalnadebliinastijenke belavnih cilindridnih pla5teva,bub-
njeva i komora pod unutarnjim tlakom aaA
13. AUTOMATSKA REGULACIJA GENERATORA PARE 225
13.1. REGULACIJA OPTERECENJA 226
13.2. SISTEM ZA UPRAVLJANJE GORIONICIMA 228
13.3. REGULACIJA VISKOZNOSTI GORIVA 228
13.4. REGULACIJA NAPAJANJA 229
13.5. REGULACIJA TEMPERATURE PREGRIJAVANJA 230
13.5.1. Regulacijas dimne strane 231.
13.5.2. Regulacijas parne strane ZJL
13.6. AUTOMATSKI RAD GENERATORA PARE 235
14. VODA ZA BRODSKO PARNO POSTROJENJE zJt
14.1. VRSTE VODE 237
X

8. },
I 14.l..L Sirova(prirodna) voda
14.1.2.Morskavoda
237
238
I
14.1.3. Destiliranavoda 238
14.2. POGONSKI PROBLEMI U GENERATORU PARE S VODNE
STRANE 238
14.2.L. Kamenac. 238
"J.4.2.2.
Korozija . 239
14.2.3. Odno5enje 239
14.3. PRIPREMA I OBRADA NAPOJNE VODE 239
14.3.1. Spredavanja stvaranjakamenca 239
; :
14.3.2. Spredavanje korozije 242
r 14.3.3. Termidkootplinjavanje
14.3.4. Kemijsko odvajanjekisika
14.3.5. Spredavanje odnoSenja kapljica
244
244
244
14.4. KONTROLA KVALITETE VODE 24s
15. KVAROVI I OSTECENJA GENERATORA PARE 247
15.1. BUBNJEVI I KOMORE 247
I 15.2. CIJEVI
15.2. Pregrijavanje
L. materijala
t5.2.2. Kotozija s unutra5njestrane
15.2.3. Korozija s vanjskestrane
248
248
252
253
l 15.2.4.Erozije. .
'J.5.2.5.
Zamor materijala
.r<A
254
16. POGON I ODRZAVANJE BRODSKIH GENERATORA PARE 257
16.1. PRIPREMA ZA POGON 257
15.2. DOVODENJE POD RADNI TLAK 268
16.3. KONTROLA U POGONU 269
16.4. POREMECAJI U POGONU 270
; 16.4.1.Niska ili visoka razinavode 270
16.4.2.Slaboprovjetravanje 270
16.4.3.Puknu6ecijevi 271
16.5. ZAUSTAVLJANJE RADA 271
; 16.6. RADOVI IZVAN POGONA 272
1 6 . 6 . 1M o k r o k o n z e r v i r a n i e
. 272
i
16.6.2. Suho konzerviranie 272
I 16.7. PREGLEDI I CISCENJE 273
t6.7.t. Unutra5njipregled ZIJ
16.7.2. Yanjski pregled 274
t6.7.3: SluZbeni pregledii ispitivanja 274
1 7 . EKONOMIENO VODENJE POGONA GENERATORA PARE 277
17.1. GUBICI TOPLINE IZLAZNTH DIMNIH PLINOVA 277
17.2. KONTROLA PROCESA IZGARANJA 278
17.3. GUBICI ZBOG NEPOTPUNOG IZGARANJA 283
XI
lr

9. 17.4. UTJECAJOPTERECpNTaNA EKONOMICNOST PoGoNA . . 284
17.5.UTJECAJODSOLJAVANJA EKONOMICNOST
NA POGONA . 285
17.6.urJECer onnZavANJA NA EKoNolarCNosr pocoNA . . 285
18. MOGUCNOSTI RAZVOJA BRODSKIH GENERATORA PARE 287
Ts . pOvBCaND TERMODINAMSKE ISKORISTIVoSTI RADNoG
CIKLUSA 287
18.2.POVECANJE TOPLINSKE ISKORISTIVOSTI GENERATORA
PARE 288
18.3. KONSTRUKTIVNI DIJELOVI OGRIE'{NIH pOvRSTNa 289
18.4. POBOLJSANJE PROCESA IZGARANJA 289
18.5. USAVRSAVANJE KONTROLE, REGULACIJE I AUTOMATIZA-
CIJE POGONA . . 291
PRILOZI 293
LITERATURA 325
XII

10. r;
l
;
;
1. OSNOVNE
ZNAEAJKEBRODSKIH
I GENERATORA
PARE
l 1.1.RAZVOJ
BRODSKE
PARNEPROPULZIJE
I Od pronalaska parnog stroja i njegovaprvog uvodenjakao brodskogpogon-
skog uredaja, razvojbrodskihpropulzijskihsistema
da su sekao pogonskiuredaji upotrebljavali
prosaoje kroz visefaza, tako
parni stapnistroj, Ottov motor, parna
I turbina, Dieselovmotor, kombinacija parnogstapnog strojai parneturbine (sistem
Bauer-wach), plinska turbina, kombinacijaplinske turbine i Dieselovamotora
(sistemPescara), elektridnipogon i nuklearni pogon.
Parni stapni stroj ugradenje prvi put na brod >Clermont<L807.godine. Do
drugog svjetskograta je kao propulzijskiuredaj prevladavao parni stapni stroj, i
prema broju ugradenihjedinica i prema njihovoj nosivosti.Nakon drugog svjet-
skograta zapodinje dominacijamotornogDieselova pogona.Usporedos gradnjom
velikih brodova naglo se smanjujeprimjena parnih stapnihstrojevapa se njima
u posljednjevrijeme koriste djelomidnojos na remorkerimai ledolomcima,zbog
moguinosti velikog preoptere6enja na luksuznimputnidkim brodovimamanje
te
nosivostizbog vrlo mirnog rada.
Prva parna turbina snage1750 kW ugradena 1894.godinena brod >Turbi-
je
na< koji je imao nosivost t. zbog znadajnih
42 prednosti(manjamasai ugradbene
dimenzije,velike snage jedinici, Sirokopodrudjeregulacijesnage broja okre-
po i
taja, velika trajnost, miran pogon) primjena parnih turbina naglo je pove6ana,
naroditou brodovimavelike nosivosti.Medutim, gradnjom Dieselovamotora na
teska goriva, velikih snaga,parna turbina biva opet potisnuta,osim kod velikih
ratnih jedinica, brzih putnidkih brodova te tankeravelike nosivosti.
Velik poticaj razvoju i gradnji brodskihparnih propulzijskihpostrojenjapo-
dinje narodito u drugoj polovici Sezdesetih godina, zbog gradnje velikih tankera
pogonske snageod 25000 do 30000kW, pa i viSe.Osim toga, zanimanjeza parni
pogon pove6alose kada su se podeli graditi veliki i brzi brodovi za prijevoz
kontejnera,s instaliranim snagama pogonskihstrojevado 2 x 25000kw, pa i vise.
Ne moZe se odrediti o5tra granica za primjenu Dieselovamotora i parne
turbine kao propulzijskogstroja; za snagemanje od 15000 kW dominantanje

11. H Dieselovmotor, od 15000do 20000kW primjenjuje sepodjednakoparna turbina
i Dieselovmotor, a za snageve6eod 20000 kW prevladavaparna turbina.
1.2.RAZVOJ
BRODSKIH
GENERATORA
PARE
Brodski generatoripare (parni kotlovi) namijenjenisu proizvodnjipare koja
sluLi za propulziju, pogon pomodnih strojeva i uredaja te za razlitite brodske
sluZbe.Kapaciteti parametriproizvedene pare ovise o namjeni kojoj generatori
pare moraju udovoljiti na brodu.
I Brodski generatorpare datira se od 1807.godine, odnosnood dana kada je
za pogon broda >Clermont<< put primijenjena vodenapara.
prvi
Prvi korak u razvoju brodskih generatorapare tzy. je
"Skotski"
kotao (slika
t 1.1).
Sve do drugog svjetskograta Skotskije kotao bio najde56e
proizvodad pare.
ugradivanbrodski
i8 ci
I
!n
l-
la cl
-J
l.l. Skotskikorao
Legenda:l-plait bubnja,2-plamenica,
3-skretna
komora,4-dimnecijevi,5-kotve,6-spreZnja-
ci, 7-ukrepe, S-parni dom
lzvor: 6, llll34

12. i
Prvi Skotski kotlovi bili su izradeni zakivanjem i uglavnom loZeni ugljenom,
a kasnije se preslo na zavarene konstrukcije i loZenje tekuiim gorivom. Frimjena
F
goriva omoguiila je porast kapaciteta tim jedinicama, pove6anjem sieci-
PIygih
fidnih optere6enja ogrjevnih povrsina, a varenom konstrukcijom dodatno je ima-
njena masa ugradenih materijala, sto je bilo narodito znatajno za primjenu na
r
brodovima.
Zamjenom klasidne skretne komore vodenim cijevima proiza5li su moderniji
generatori pare poznati kao >Howden-Johnson< i >>capus< (slika 1.2), kod kojih
I PRESJEK
C-C
I O o,l$ O
A I B !
Sl. 1.2. Parni kotao >Howden - Johnson<
Legenda: l-plast bubnja, 2-plamenica, 3-dimne cijevi, 4-kotveni vijci, 5-parni dom, 6-konvek-
tivni snop isparivada, 7-pregrijad pare
Izvor: 6, Il46
je znatno povecanjedinidni kapacitet,pospjesena cirkulacija vode, smanjena
je
masate pobolj5anielastidnost konstrukcijei sigurnostu pogonu.
-Parametri pare kotlova cilindridnih konstrukcija, kojima pripadaju i sva tri
prethodnospomenuta tipa, uglavnomsu odgovarali zahtjevima ipotrebima parnih
stapnihstrojeva. Danas kao pomodnejedinice imamo izvedbetzv. tipa,St"um-
bloc<,koje imaju slidneosnovne konstruktivneelemente kao Skotski kotao. odno-
sno: plamenecijevi (plamenice),dimne cijevi i skretnekomore.

13. Pojavomparne turbine, kao propulzijskogstroja, nastajedruga etapau raz-
voju i gradnji brodskih generatorapare, dija konstrukcija sve vi5e gubi oblik
klasidnihkotlova, pa im je stogaprimjerniji naziv generatoripare.
Sekcijskigeneratorpare (slika 1.3) dobio je ime zbogvodenihkomora sekcij-
ske izvedbe.
PRESJEK
A.A
i-B
Sl. 1.3. Sekcijski generator pare
INor: 6,lIlTl
Njegove glavne prednosti, u odnosu na Skotskikotao,jesu ove: pove6ani
kapacitet,povi5enevelidinestanja proizvedene pare, povedana elastidnost
kons-
trukcije te smanjenamasai ugradbenedimenzije. Na njima su bile ugradivane
naknadneogrjevnepovr5ine,kao zagrijadizrakaili zagrijadivode.
Sekcijski generatoripare uglavnom su bili koriStenikao glavni generatori
pare, odnosnoradi opskrbeparom propulzijskihstrojeva.
Prvi brodski generatorpare koji je konstruiranspecijalnoza brodskeuvjete
rada je >'Yarrow<<tri bubnja (slika 1.4). Prve izvedbeimale su ravne snopove
s
isparivadkih cijevi, a pregrijadisu bili smje5teni izlaznomdijelu premadimnjaku.
u
4

14. r;
l
!
I
I
Sl. 1.4, )Yarrow<< generator pare
mor: 6, lll57
Zbog poviSenjatemperaturepregrijane pare pregrijad je premjestenu cijevni
snop, odnosnou podrudje vi5ih temperaturadimnih plinova, blize lozistu.-Kao
naknadnaogrjevnapovrsinanajdesde ugradivanzagrljat,zraka.Najvise takvih
je
jedinica ugradenoje na engleskimi francuskimratnim i trgovadkimbrodovima.
Daljnja razvojna etapa bila je gradnja vodocijevnih izvedbi, od kojih su
poznati generatoripare tzv. rrD<-izvedbe, okomitim cijevima (slika 1.5),tb >In-
s
tegral<<-izvedbe,s kosim cijevima.pregrijadi su smjesteniizmedu p*og i drugog
isparivadkog snopa, a kao naknadneogrjevne povrsine ugradivani su zagriiael
vode i zagrijati zraka.
Takvi generatori pare gradeni su uglavnom kao glavne jedinice za parnu
propulziju,a na brodovimasu bili ugradivani parovima,simetridno
u postavljeni.
Generatoripare koje svrstavamo specijalne
u izvedbe(>La Mont<, >>Benson<<.
,'Velox,,.>Loffler<)nisuse mnogoprimjenjivali trgovadkim
na brodovi-
"Sulzer.,

15. I
Sl. 1'5. >D<<generatorPare
lmor: 6, lll82
ma, a narodito ne na tankerima. Oni su razvijani i vi5e prilagodavani uvjetima i
potrebamaratnih brodova.
Gradnjom velikih tankera s parnom propulzijom preslo se na izvedbuparo-
proizvodniirsistemas jednim glavnim i jednim pomoinim generatorompare. To
je uvjetovalogradnjujedinicavrlo velikih kapaciteta visokimpogonskim
s parame-
irima 1ttat, tJmperatura) proizvedene pare. Tako je razvijenoviSetipova suvre-
menih izvedbi,specijalno namijenjenihbrodovimanajve6enosivosti. su uglav-
To
nom izvedbes ueii- ozradenim isparivadkim povriinamai sa stropnosmje3tenim
gorionicima , koji omogu6uju efikasnije izgaranje pri mali-mvi3kovima zraka.
Efikasnost izgaranjapospje5uje oblik loZi5tai trajektorija plamenai dimnih pli-
nova u obliku slova ',lJr., prema demuje takva izvedbai dobila ime (slika 1.6).
Takve konstrukcijeimaju dva dimna prolaza.Prvi je prostor zaptaYo loZiite,
a u drugom prolazu smje5tenisu cijevni snopovi dodatnih ogrjevnih povriina.
Kroz loZiSteplamen se kre6e od gorionika prema podu, a u drugom dimnom
kanalu dimniie plinovi kreiu od poda okomito prema izlazuodnosnodimnjaku.
6

16. iz dva prostoraoblozenihekranskimcijevima: u prvom je smjesteno loziste,a u
drugom dijelovi ogrjevne povrsine. oni su medusobnoodvojeni nepropusnom
membranskom stijenkom kroz koju dimni plinovi prolaze samo donjim dijelom,
gdje su membranske cijevi razmaknute tako'omogu6uju
i prolaziz jednogprostora
u drugi.
Uljni gorionicismjedteni na krovnom dijelu loZi5ta tako plamenodnosno
su pa
dimni plinovi imaju putanju u obliku slova >lJ<, prema demusu takve jedinice i
dobile svojeime. Takav oblik i konstrukcijaloZi5taomoguiuju duZii bolji kontakt
zraka s desticama goriva, dime se poboljsavaizgaranjes minimalnim pretidkom
+
zrakaQ.: 1,03 1,05).
Dimni plinovi izlazeiz loZi5takroz prolaze na donjem dijelu loZi5t i ulaze
a
u drugi prostor, gdje su smjestenipregrijadki snopovi (primarni i sekundarni)i
zagrijat,vode (ekonomajzer).
Regulacijatemperaturepregrijane pare izvedenaje s pomo6u povrsinskog
hladnjaka smjestenog parnom bubnju, gdje para kroz regulacijskiventil ulazi
u
iza.primarnog pregrijadapa se dodatno pregrijavau sekundarnompregrijaduiz
kojeg izlazi prema potro5adima.
Takve jedinice najde56e opremljenejo5 zagrijatem zraka regenerativnog
su
tipa (rotacijski), u koji dimni plinovi tilaze iza zagrijah vode, tako da se sto vise
smanji izlazna temperatura dimnih plinova(dakdo 115"C), odnosnoizlaznigubici,
i tako se maksimalnopoveia stupanj iskori5tenja generatora pare.
osnovni opis tog generatorapare moZese upotpuniti ovim konstrukcijskim
osobinama:
1. konstrukcijaje potpuno varene izvedbe,kompaktna,elastidna,
bez ekspanzij-
skih spojeva;
2. dimni prostor je potpuno nepropustan zatvorenmembranskom
i stijenom, sto
omogudujekonstrukcijus laganomizolacijom,jer se dimni plinovi s visokom
temperaturomnigdje s njome izravnone dodiruju;
3. konstrukcija i geometrijski oblik loZi5ta omoguiuju izgaranje s minimalnim
pretidkom zraka;
4. smjestaji oblik ogrjevnihpovrsinaomoguiuje lak pristup pri pregledui dis6e-
nju;
5. masaje ugradenog materijalamala zbog minimalnenosivekonstrukcijei male
toplinskeizolacije,pa je specifidnaproizvodnjapare po jedinici masekonstruk-
cije vrlo velika, Stoje naroditobitno za brodskepotrebe.
Izvedbaslidnatoj konstrukciji brodskoggeneratora pare, ali sa dva bubnja,
je
prikazana na slici 1.18.To je jedna od modificiranihizvedbi>D<-tipageneratora
pare s krovno smjeStenim gorionicima.
Sistem regulacijutemperature
za pregrijane
pare rijesenje s pomo6uohladivada pare smjeStenog bodnomdijelu konstruk-
na
cije, gdje se toplina oduzimaulaznim zrakom.
20

17. Pode5avanjem kolidinepare koja prolaziorebrenimcijevimatog izmjenjivada
postiZese Zeljeni udinak u regulaciji izlaznetemperaturepregrijanepare.
$. 1.f8. Modificirani brodski generator pare (>Foster Wheeler")
"D"
Brodski generatorpare, prikazanna slici 1.19,ima izvedburegulacijetempe-
rature pregrijanja s pomoiu regulacijskog snopazagrijah vode, koji je smje5ten
u dijelu okomitog dimnog kanala, usporedos drugim snopompregrijada.Ovdje
se temperaturapregrijanepare regulira s pomo6u regulacijskihdimnih zaklopki
smje5tenihiznad cijevnih snopova;njihovim pode5avanjem regulira se kolidina
dimnih plinova koja struji pregrijadkimsnopom,odnosnoregulacijskimsnopom
zagrijatavode. Na taj se nadin mijenja toplina koju preuzimapregrijadkisnop,
a time i temperaturaizlazne pare, koja bi inade,zbograzlltitih optere6enja,imala
razlidituvrijednost.
2l

18. propuhi€a
&de _
propuhi6a
dad6
Fg&ciiski rogulactskeklapne
snop
nosdi
profil
Progriiad
cljed bodnog
skelnl ilm
propuhiv.d 6rds
bo6m dna skrelni lim
pregrijaaa
t'
I
1-/
Sl. 1.19. Brodski >D<<generator pare (>Foster Wheeler<)
-TAVRSTE
BRODSKIH
GENERATORA
PARE
Podjelabrodskihgeneratora pare moZesetemeljiti na razliditimkarakteristid-
nim pojedinostima,a ovdje 6e se iznijeti samo one najde5ee:
L. Prema namjeni, brodski se generatoripare mogu biti:
-2
€leytit-btqdSfi-g".r"tutori pare, koji su namijenjeni opskrbi glavnih propulzij-
skih strojevavodenomparom,
brodsk-igeneratori pare, koji su namijenjeniopskrbi vodenompa-
'Tpomojfii
rom pomoinih strojeva (turb.opumpe, turbogeneratori) pomo6nihsistema
i
(grijanje tereta, grijanje goriva, domaiinskepotrebe i slidno).
22

19. 2 . Premamediju koji prolazi kroz cijevi:
- vodocijevnigeneratoripare koji u cijevima imaju
vodu, a oko cijevi dimne
plinove,
- dimnocijevnigeneratoripare, kojima kroz cijevi
struje dimni plinovi, a oko
njih se nalazivoda.
3. PremapoloZaju cijevi:
- kosocijevnigeneratoripare,
- strmocijevnigeneratoripare,
I - kutnocijevnigeneratoripare.
4. Prema nadinuoslobadanja toplinskeenergije:
- generatoripare s loZi5tem(loZeni),
I - generatoripare na ispu5ne
- nuklearni generatoripare.
plinove iz motora (utilizatori),
5. Prema vrsti cirkulacije:
t
- generatoripare s prirodnom cirkulacijom,
- generatori pares prisilnom cirkulacijom.koja mozebiti optodna protodna.
ili
6. Prema vrsti provjetravanja(ventilacije):
- generatoripare s prirodnom ventilacijom,
- generatoripare s prisilnom (tladnomili usisnom)
I
ventilacijom,
- generatoripare s induciranomventilacijom
Daljnja podjela generatorapare moZe se izvoditi ako se uzmu u obzir i
druge konstruktivneili proizvodneznadajke,ali ovdje ih neiemo spominjati
jer su one manje.vaLne malokadse primjenjuju.
i
k
1.6.OSNOVNE
ZNAENITEGENERATORA
PARE
Kod opisivanjai definiranjageneratora parenavodesekarakteristidne velidine
na temelju kojih se moZe ste6i osnovni uvid u njegovu konstrukciju, velidinu,
kvalitetu i namjenu. Osnovneznadajkegeneratora pire jesu:
1. Ttak generatora pare. Definira se ovim velidinama:
(1) Dopusteniili konces1jst1114< je najvisitlak kojim sesmije voditi pogon
To
generatorapare. velidini prilagodenisu sigurnostiventiii; kada ie"po_
-Toj
stigne najvi5i tlak oni treba da se otvor". Nu temelju njegove velidirie
proradunavase dvrstoia svih tladnih dijelova getreraloru- pire (bubnja,
komora, cijevi, itd.). on je obidno 5% ieei od iormalnog radnog tlaka u
parnom bubnju.
(2) Radni ili pogonskitlak u generatoru pare (u parnom bubnju). on je, kao
sto je vei prije spomenuto, obidno5% manji-oddopustenog tlaka, a ta je
jednaka tlaku u parnom bubnju za vrijeme rada.
_,. velidina
(3) lzlazni tlak iz pregrijada.pa_re. je stvarni tlai<pare na izlasku iz genera_
To
tora pare (iza pregrijada).on je manji od radnog tlaka zavelidinu
lubitka
zbog strujania
r9z pregrijad. ovisno o konst.ikciji i veridinipre[rijada,
_ taj tlak je za od 5 do I0"/" manji od radnog tlaka u bubnju.
2. Temp_eratura pregrijane pare. To je temperatura koju ima pu.u .ru izlasku iz
pregrijadapare. TeZnjaza sto veiim stupniemiskorisienjapu.rrogciklusa
vodi
nastojanjuda se postignesto visa temperatura pregrijatr"put", t6;a ie, medu-
23

20. tim, ogranidena razvojem tehnologije, odnosno dvrstoiom materijala kod viso-
kih temperatura. Najve6e ekonomske temperature pregrijanja danas su za
stacionarna postrojenja do 650'C, a na brodovima do 550'C.
3. Kapacitet (utin) generatora pare. On zapravo predstavlja proizvodnju pare u
jedinici vremena, a definira se ovim velidinama:
(1) Normalni kapacitet. To je ona velidina kod koje generator pare normalno
radi s maksimalnim stupnjem iskori5tenja. Mjerodavan je za projektiranje
cjelokupnog parnog postrojenja. Najde56e je to 80% maksimalno trajnog
kapaciteta.
(2) Maksimalni trajni kapacitet. To je velidina proizvodnje koju generator pare
moZe postidi u kontinuiranom radu. Na temelju njega proradunavaju se i
projektiraju ogrjevne povr5ine i propusne mo6e sistema. Obidno je 20%
ve6i od normalnog kapaciteta.
(3) Maksimalni kratkotrajni kapacitet. To je velidina proizvodnje koju genera-
tor pare moZe posti6i u trajanju od 30 minuta.
(4) Minimalni kapacitet. To je tehnidki minimum proizvodnje pri kojoj uredaji
generatora pare mogu joS kontinuirano raditi u sigurnom i trajnom pogonu.
Da bi se mogao steii uvid u velidinu kapaciteta (proizvodnje) paroproizvodnih
jedinica razliditih parametara (tlak, temperatura pregrijanja), odnosno da bi se
pri usporedbi mogli iskazati zajednidki pokazatelji, desto se primjenjuje pojam
tzv. >>normalne<< pare. To je zapravo suho-zasi6enapara proizvedena iz vode od
0"C, pri atmosferskomtlaku 0,1013MPa. Skladno tome, sadrZajtopline, odnosno
entalpija >>normalne<< pare, iznosi 2662 kJlkg, pa je odnos izmedu proizvedene
pare D bilo kojih parametara i kolidine pare Dn dan izrazom
"normalne<<
Dn _ip - i,
(1-1)
D 2662
gdje je io [kJ/kg] entalpija proizvedene pare, a i, [kJ/kg] entalpija napojne vode.
Odredivanjem proizvodnje tako definirane >>normalne< pare mogu se usporediti
kapaciteti generatora pare s razliditim pogonskim parametrima proizvedene pare.
Pored navedenih osnovnih karakteristika, kao zna(ajne velidine navode se
joS: stupanj iskoriStenja generatora pare, temperatura izlaznih dimnih plinova i
temperatura napojne vode.
Osim toga, radi sagledavanja pona5anja u pogonu potrebno je poznavati
karakteristidna specifidna optere6enja generatora pare, odnosno:
1) Specifiino optere6enje loZi5ta je kolidina topline koja se razvlja po jedinici
volumena loZiSnogprostora, iz (ega proizlazi da je
Q,
ot: v:r:
B (H,t+Vt
v,
CLtLt)
f Yl (t-2)
LmtI
gdje je q, [m'] specifidno opteredenje volumena loZi5nogprostora, B [kg/s] kolidina
goriva, H. [kJ/kg] donja toplinska vrijednost goriva, [ [m3/kg] potro5nja zraka
pri izgaranju 1 kg goriva, Cr [kJ/m3K] specifidna toplina zraka kod ulaza u loZiSte,
/., ['C] temperatura ulaznog zraka u loZi5te, V, [-'] volumen loZi5nog prostora,
a Qr [kW] ukupna toplina dovedena u loZi3te.
24

21. II
rl Specifidnooptereienje loZiSnog prostora razlikuje se kod razliditih konstruk-
cija generatorapare, a orijentacijskevelidinedane su u tablici 1.2.
Tablica 1.2. Specifidna opteredenja loZi5ta
Vrsta generatorapare q, [kWm3]
cilindridni generatoripare s plamenicima,loZenitekudimgorivom 800 do 1 100
vodocijevnibrodski generatoripare, loZeniteku6imgorivom 6ffi do 1200
vodocijevni generatori pare na ratnim brodovima, loZeni teku6im gorivom 1800 do 3500
stacionamistrmocijevnigeneratoripare, loZeniugljenompraiinom 2ff) do 350
2) Specifitno masenoopterecenjeisparivata definirano je kao kolidina pare koja
se proizvodipo jedinici ogrjevnepovr5ineisparivada jedinici vremena,odno-
u
sno
D lrsl
Q":11 L-4-I (1-3)
gO!9je q.- [kg/m2s]specifidnomasenooptereienje povr5ine isparivada,D [kg/s]
kolidinaproizvedenepare, a ,4oo[-t] povr5inaisparivada.
orijentacijske vrijednosti specifidnogmasenogopteredenjapovrsine ispari-
vala prikazane su u tablici 1.3.
Tablica 1.3. Specifidna masena optere6enja powline isparivada
Vrsta generatora pare q" fkglm,hl
kosocijevniili strmocijevnigeneratoripare s neekraniziranimloZistem 35 dor 55
kosocijewi ili strmocijevnigeneratoripare s ekraniziranimloZiltem 55 do 70
generatoripare s intenzivnoozradenomogrjevnompovr5inom 70 do 100
brodski cilindridni generatoripare (Skotski,Steambloc) 15 do 25
brodski vodocijevnigeneratoripare s prirodnom cirkulacijom 35 do 70
brodski vodocijevnigeneratoripare s prisilnom cirkulacijom 50 do 100
brodskivodocijevni generatoripare na ratnim brodovima do 150
3) Specifinno toplinsko optere6enje ogrjevnih povrSina definirano je kao kolidina
topline koju prenosi jedinica povrSine pojedine ogrjevne povrSine u jedinici
vremena, pa slijedi da je:
25

22. I
(1) specifidno
toplinsko optere6enje
isparivada
e',:fi:P!# ILtw'1l
r"?
.(1- 4)
I
gdje je q"1[kWm2] specifidno toplinsko optere6enje povr5ine isparivada,
D [kg/s] proizvodnja pare, ir, [kJ/kg] entalpija pare na izlazu iz parnog
bubnja, lr, [kJ/kg] entalpija vode na ulazu u parni bubanj odnosno naizlazu
iz zagrijata vode, -4,,0[m2] povr5ina isparivada a Q*o [kW] toplina predana
isparivadu.
(2) specifidno
toplinsko optere6enje
pregrijadapare
+or:ff (1-s)
gdje je qep[kWm2] specifidnotoplinsko opteredenjepovriine pregrijada
pare,A, [m2]povr5inapregrijadapare, a O, [kW] toplina predanapregri-
jadu pare.
(3) specifidno
toplinsko optere6enje
zagrijadavode
-
O,,,_D(i2i iNV)
Q o z v :^ . r : A^ try II (l _ 6)
L
"rt
gdje je qoru [kWm,] specifidnotoplinsko oprereienje zagrijala vode, i,,.y
[kJlkg] entalpija napojne vode, Aru [m2] povr5inazagrlja(a,a Qr, lkWl
toplina predanazagrijaduvode.
4) Specifiino optere6enje je
vodenogogledala kolidina proizvedenepare po jedinici
povrSine vodenogogledalaparnog bubnja, odnosno
D f rsl
Q v o :4 r o t r r (1-7)
L l
ili
Vo Dv,'l m3I
4 v o : 1 ;: ( 1- 8)
A ,n -L , -tl
gdje je qy6 [kg/s m2 ili m3A m3] specifidno optere6enje povrSine vodenog ogle-
dala, v3,[m3ikg] specifidni volumen zasiiene pare u bubnju, a Auolm2fpovr5ina
vodenog ogledala.
Ta karakteristidna velidina zna(ajna je radi kontrole dimenzija parnog
bubnja, jer o njoj ovisi vlaZnost zasiiene pare koja izlazi iz bubnja. Sto je
velidina specifidnog optereienja vodenog ogledala parnog bubnja ve6a, odvaja-
nje mjehurila pare od vode zbiva se na manjoj povr5ini, pa je i mogu6nost
povladenja kapljica vode s parom znatno veea.
5) Specifiino opteredenjevolumena parnog prostora jest proizvodnja pare po jedi-
nici volumena parnog prostora iznad vodenog ogledala, odnosno
26

23. D f r e l
4*: V* L. *r--J
f iti
q*: Du.. f 6l I
v * L . n ' tj (1- 10)
f gdje je 4v9[k_g/s ili m3/sm3]specifidno
m3 optere6enje volumenaparnogprosro-
,u, u.lpo [m3]volumen parnog prostorau bubnju iznad vodenogogtedita. ro
specifidno optere6enje takoder utjede na kvalitetu (vlaZnost) iltaine pare iz
bubnja.
1.7.POSEBNI
ZAHTJEVI BRODSKE
ZA GENERATORE
PARE
- S obzirom na specifidne uvjete rada na brodu, brodskigeneratoripare moraju
udovoljavatinekim specifidnim zahtjevima:
1. Pogonska sigurnost najvaZniji je zahtjev jer o tome izravno ovisi sigurnost
ditavogbroda i njegoveposade.
2 . Jednostavna konstrukcij_a, omogu6uje pregled,popravaki odrZavanje.
koja lak
J. Jednostavno posluZivanje rukovanjejer na brodovimatreba radunatis des6im
i
izmjenamaposade(pogonskog osoblja),kojoj treba omogu6itibrzo upoznava-
nje i spremnost upravljanjepogonom.
za
4 . Fleksibilnost pogonu , tj. sposobnost
u prilagodbenaglimpromjenamaoprere-
6enja, posebnopri manevriranjubrodom. s time u vezi vlzna ie i mosudnost
prihva6anja preoptereienja,da bi seu nenormalnim uvjetima(loseatmo-sferske
prilike, opasanpoloZaj)osiguralasigurnostbroda.
5 . Mogudnostbrzog upu6ivanja,da bi se izbjeglanepotrebnadangubau luci.
6 . Mogu6nost rada pri nenormalnom poloZajubroda, tj. pri bodnomnagibubroda
* 30' te poniranjubroda + 12".
Sto laksa konstrukcija,
!a bi brod bio optereien sa Sto manje nepotrebnog
tereta. zbogtoga su brodski generatoripare, u pravilu, vise specifidno
opterel
6eni.
8 . visoki stupanj iskoristivosti,radi smanjenjapogonskihtroskova goriva koji
najvi5eutjedu na cijenu brodskogprijevoza.
9 . Prilagodenost(neosjetljivost)na rad s razliditim kvalitetama goriva, jer se
gorivo nabavlja u razliditim dijelovima svijeta, zbog tega njegove pojedine
karakteristikekatkad i znatno variraiu.
Da bi se moguie nepravilnosti u pogonu kao i eventualnehavarije ogranidile
na najmanjumjeru, drLavna brodskaklasifikacijska osiguravajuia
i druStva izdala
su strogepropiseo projektiranju, izradi i eksploataciji
brodskihgeneratora pare.
Tu se, u prvom redu, podrazumijevaju nadinproraduna pojedinih kljudnih dijelo-
va, kvalitetamaterijalai nadinnjegovatestiranja,propisi o opremi odnosnoaima-
turi generatorapare, nadin ispitivanja generatorapare, periodidni inspekcijski
pregledikoji se provodeneovisnoo stanju generatora pare, tehnidkadoliumenta-
cija koja mora biti uvijek na raspolaganju, strudno znanjepogonskogosoblja te
nadinnjegovaprovjeravanja.
27

24. I
2. TERMODINAMSKE
OSNOVE
GENERATORA
PARE
2.1.PROCES PARNOM
U POSTROJENJU
U toplinskim procesima dija je osnovnashemaprikazanana slici 2.1, gdje se
kao radni medij koristi vodenapara, praktidkibi bilo vrlo te5koprovestiCartnotov
ciklus. Naime, kako je vidljivo iz dijagramaZ-s (slika 2.2), da bi se dobila vrela
voda stanja 2, trebalo bi prekinuti proces kondenzacijetodno u stanju 2' te
adijabatskikomprimirati takvu vlaZnuparu do tlaka isparavanja Tu bi nastale
p,.
te5koiezbograda s nehomogenom mje5avinom, kojoj postojiteLnjada separna
u
faza odvoji od tekude. Osim toga, pri kompresiji jade bi se zagrijavalasti5ljiva
parna faza, dok bi nesti5ljivatekuia faza ostalahladnija. Zbogtoga se na kraju
kompresijene bi dobila vrela voda stanja 2, ve( neka smjesapregrijanepare i
hladnije vode.
PREGRUAC I
PAFE
I
lr**,""f
J
*o"otn*t?
f0i#^
Sl. 2.1. Osnovna shema parnog procesa Sl. 2.2. T-s dijagram parnog procesa
29

25. Mnogo je jednostavnije provesti kondenzaciju do kraja, tj. do todke 6, te
dobiveni kondenzat tladiti pumpom na tlak koji je u generatoru pare. Na taj nadin
nastaje toplinski proces poznat kao Clausius-Rankineov.l
Iz dijagrama T-s uodljivo je da 6e toplinski stupanj iskoristenja ovakvog
procesa biti manji od odgovarajuieg Carnotova2, jer se sva toplina na taj nadin
ne dovodi pri najvi5oj radnoj temperaturi, vei se jedan dio dovodi pri nizoj
temperaturi, odnosno u radnom podrudju izmedu stanja 1 i 2. Mectutim, tu se
koristi druga pogodnost parnog postrojenja, a to je da se para pregrijava pri
konstantnom tlaku, dime se podize srednja temperatura dovoclenja lopline, a
prema tome i povisuje toplinski stupanj iskori5tenja procesa.
Daljnje su moguinosti poveianja stupnja iskori5tenja Clausius-Rankineova
procesa u primjeni regenerativnog predzagrijavanja napojne vode prije ulaska u
generator pare te medupregrijavanja pare iza visokotladnog dijela turbine, dime
se takoder povisuje srednja radna temperatura dovodenja topline u procesu.
Medutim, to se ovdje detaljnije ne1e razmatrati,jer ne pripada sadrZaju
proudavanja.
Na sljede6imdijagramima,slika 2.3. i slika 2.4, pikazan je opisani parni
procesu dijagramimaP-v i i-s.
;
I
*
Sl. 2.3. P-v dijagram parnog procesa Sl. 2,4. i-s dijagram parnog procesa
-
I Njema6ki fizidar R. Clausiusi SkotskiinZenjer W. Rankine su 1850.g. istovremenopredloZili parni
ciklus koji prema njihovim imenima ima ime
'z se zove prema franscuskomfizidaru Nicolasu.I4onardu Sadi Camotu (1796- 1g32), koji je
liflu.s
definirao idealni toplinski stroj s maksimalnomiskoristivoSiu
I
30

26. 2.2.PREDAJA
TOPLINE GENERATORU
U PARE
Da bi se u generatorupare moglo isparavati,
toplina treba da se kontinuirano
dovodi. Kompletan procesu generatorupare zbiva se izmedu stanja l-2-3-4.
voda treba da se'najprije zagrije do temperatureisparavanja sto se dini
r,,
uz konstantantlak, pa potrebnatoplina za to proizlaziiz
2
Q,: ) codT (2-1)
1
gdje je c, specifidna
toplina vode pri nepromijenjenutlaku.
Uzimajuii u obzir srednjuspecifidnutoplinu izmedustanja'1. moLesepisati
i2,
4,: Cr (tz- t) ,. (2-2')
gdje je Co- srednjaspecifidna
toplina vode izmedu temperatura/, i /r.
Buduii da temperatura /, odgovara temperaturi isparavanja f, pri tlaku p,,
slijedi
e,: Cp (tr- tr) (2-3)
Kolidina topline q., za zagrijavanjevode do temperatureisparavanja pre-
ti,
dodenaje u dijagramu Z-s povr5inomomedenomtodkama l-2-b-a.
Kada se vodi zagrijanojna temperaturu isparavanja dalje dovodi toplina, ona
se isparava,a da bi se svapretvorila u paru tlaka p,, potrebnoje dovestikolidinu
topline r
r: ?i (s"- s6) (2-4)
koja je u dijagramu predodena povr5inom 2-3-c-b. Ta toplina zove se toplina
isparavanja, sastojise od tzv. unutarnje topline isparavanja i vanjske topline
a p
isparavanjar1.,,
odnosno
r:Q+v (2-s)
je
Unutarnja toplina isparavanja onaj dio topline isparavanja koji se trosi na
promjenu agregatnog stanja, tj. na pretvaranjevode iz tekuieg stanjau paru, pa
iz razlike unutarnjih energija proizlazi
Q: rt" - ll' (2-6)
vanjska toplinska isparavanja trosi se radi pove6anja.specifidnogvolumena,
odnosno
-
V: P (v" v') Q-7)
31

27. Shodnotome, moZese pisati da j e
. r:u"-u'+P(v"-v') (2-8)
odnosno
r:i"-i' (2-e
gdje je i " entalpija (sadrZajtopline) suhozasi6enepare, a i' entalpija vrele vode.
Daljnjim dovodenjem topline suhozasi6enojpari, pri konstantnom tlaku, za-
podinje pregrijavanje, a dovedena kolidina topline za pregrijavanje ovisi o konad-
noj temperaturi /0, pa slijedi
Zpp=cp^ (tu- t, (2- 10)
gdje je Cr. srednjaspecifidna toplina pare pri konstantnomtlaku izmedutempe-
rature tti to. Ona je u dijagramu I-s predstavljena povr5inom3-4-d-c.
Ako je i: Cot, slijedi
Qpp: it- i" (2-rr)
Medutim, ogrjevnepovr5inegeneratora pare, odnosnozagrijadvode, ispari-
vad i pregrijadpare, nisu u stvarnostidimenzioniranii izvedenida se promjene
stanja(zagrijavanje,
isparavanje, pregrijavanje)tako idealnozbivajuu njima, kao
Sto je prikazanou prethodnim dijagramima.Kolidine topline koje se predaju u
pojedinim dijelovimaogrjevnepovr5ine generatorapare prikazanesu u dijagramu
I-s na slici 2.5.
Sl. 2.5. T-s dijagram procesa. generatoru pare
u
32

28. Naime, napojna voda ulazi u generator pare, odnosno u zagrijad vode s
temperaturom napajanja /Nv, te se tu zagrije na temperaturu /,u, toia je obidno
manja od temperature isparavanja /, (najdeile za 20 do 50.C).
To je potrebno da bi se sprijedilo isparavanje vode u samom zagrijadu, sto
bi se zbilo zbog pada radnog tlaka kod naglih promjena (poveianja) opteredenja,
a to bi moglo uzrokovati nepoZeljne pulzacije u radu i osle6enjalog dileta gene-
ratora pare.
Treba navesti da postoje konstrukcije kod kojih isparavanje zapodinje vei u dijelu
zagrljata vode, a oni se tada nazivaju predisparivadi.
Prema tome, kolidina topline koja se predaje vodi u zagrijalu vode je
Qzy: Cp^ (t.u - t*r): izv - ixv (2-12)
gdjej9 i2r,entalpijavodena izlazu,a l*., entalpijavodena ulazuu zagrijadvode.
Yoda iza zagrija(,aulazi u parni bubanj iz kojega se napajaju we ogrjevne
povrsine isparivada, u kojem se takoder skuplja para prij-eizlaska nu"-i"rto
a
potrosnjeili ulaza u pregrijadpare. para naizlazu iz bubnja nije potpuno juha,
ved sadrzidio vlage (1 do 3%), sto odgovarastanju 3' u dijagramu z-s na slici
2.5. Prema tome, toplina koja se stvarnopredaje vodi u isparivadu iznosi
- - i7y
Qi,p: i3' izv : i' * x r (2-13)
r
gdje je r udio suhepare u todki 3'.
Medutim, zbog strujanjapare kroz cijevi pregrijadapada tlak od p na p' p3
,
stvarno izlaznostanje odgovaratodki 4' , gdje je tlak, u odnosuna radni ltat u
parnom bubnju, umanjen za velidinu otpora strujanja kroz pregrija(. zbog toga
je stvarnatoplina, koja se predaje pari u pregrijadu,jednaki
- - xr
Qpp: i+, it, : io- i' (2-14)
gdje je lo entalpija izlazne pare iz pregrijada.
Kada generator pare ima medupregrijad, tada se para na izlaskuiz visokotlad-
nog dijela turbine vra6au njega,gdje seprije ponovnogulaskau turbinu ponovno
pregrijavana vi5u temperaturu.
Temperaturana izlazu iz medupregrijada pare obidno je jednaka izlaznoj
temperaturiiz pregrijada.
l slici 2.6. prikazanaje shemaparnogprocesas medupregrijavanjem, na a
slici.2.7.
dijagramz-s procesa generatoru
u pare s ugradenihmedupregrijadem.
Srafiranapovrsinapredstavljatoplinu koja se predaje pari u mectupreg"rijutt o-
snopu.
Toplina medupregrijavanja pare iznosi
Q^p: i6' - i5 (2-rs)
gdje entalpije iu,iitodgovarajutlaku i temperaturiu medupregrijadu
pare, odnosno
na izlazui ulazu u njega.
33

29. U realnomse procesupromjena stanjaod 4'do 5, koja nastajeu visokotlad-
nom dijelu turbine, ne zbivaizentropski(uz konstantnuentropiju), zboggubitaka
nepovrativostiu parnoj turbini, a isto se tako ni para ne medupregrij aya uz
nepromijenjentlak, zbog gubitaka strujanja kroz cijevi medupregrijadi,iao ito
je prikazanou dijagramu Z-s na slici2.7.
.Pad tlaka zbog strujanja kroz pregrijadi medupregrijat,
razmjeranje brzini
strujanja pare kroz cijevne snopovete njihovoj velidini.
Sl. 2.6. Shemaparnog procesas Sl. 2.7. T-s dijagram parnog procesas
medupregrij
avanjem pare medupregrij avanjem pare
-N" k."j" k
ltge, u prilogu 1, dane su velidine stanja zasi6ene
pare ovisno o temperaturi i tlaku, a u
prilogu 2. dane su velidine stanja pregrijane pare, takoder ovisno o tlaku i temperaturi.
34
I

30. 3. GORIVOI IZGARANJE
3.1.ZNACAJKE
TEKUCIH
GORIVA
Buduii da se za izgaranjeu loZistimabrodskih generatorapare
u danasnje
vrijeme uglavnomupotrebljavajutekuia goriva,ovdje"ce ,"lur-Jtr""ja ograniditi
samo na njih, odnosnona ulja za roLeije. Termin >ulje za
lozenle" ili >lozivo
ulje< obuhvaia nekoliko proizvodakoji se medusobno razlikuju I
-kemijskimsvojstvima,na osnovi kojiir prema fizikalno_
su i podijeljeni
. flema ladinu proizvodnje,loziva ulja mogu se podijeliti u tri skupine:
1 . loZivo ulje iz nafte,
2. loZivo ulje iz ugljena (kamenogili mrkog),
3 . loZivo ulje iz uljnih ikriljaca.
za izgaranjeu generatorimapare danasse.uglavnom rabe teska loZivaurja
ili manrt, dok se samokao potpalno gorivo koristi lak5efrakciie.
su
_ .Najznadajnije karakteristikeloZivihulja: (1) toplinskavrijednost,(2) gusto_
viskoznost, sadrZaj
(4) sumpora, plami5te,lO;
(5) ,uO.^j vode,'(i)'tiotsni
fu,lT
broj itd.
3.1.1.
Toplinska
vrijednost
. Pod toplinskomvrijednosiu razumijevase toplina koja se oslobada potpunim
izgaraniem jedinice kolidine goriva. Piitom treba razlik"ovatidvije
a"itniii;" i"
karakteristikegoriva, odnosno:
. Gornja toplinskavrijednostrl, definirana toplinom oslobodenom
je potpunim
izgaranjem jedinicekolidinegorival pod uvjetom di senastalidimni
plinovi ohlade
na temperaturuokoline i.tako uzrokuje kondenzacija vodenepa.e koiu nastaje
isparavanjemvlage iz goriva te izgaranjemsadrZanog vodika;
. ponja toplinskavrijednost.Fla, koja se u praksi Jaleko vije koristi, umanjena
je od gornje toplinskevrijednostiza toplinu isparavanja
uoo",j", voda u parnom
stanju izlazi s dimnim plinovima. To se stvarno dogadakod glneratora
pare jer
dimni plinovi izlazekroz dimnjak.stemperaturom uJ6o- od telmperature konden_
zacijevodenepare, pa se toplina isparavanja sadrZane uoa. u pii'novima izgaranja
gubi u okolinu.
35

31. U nekim zemljama, npr. u Velikoj Britaniji, vi5e se koristi pojam gornje
toplinske vrijednosti, pa o tome treba voditi raduna pri analiziranju toplinske
bilance s takvim vrijednostima.
Ako se poznaje elementarna analiza loZivog ulja moZe se toplinska vrijednost
odrediti i radunski, iako se na taj nadin dobiju manje todne vrijednosti nego
izravnim kalorimetrijskim ispitivanjem.
Najde56eprimjenjivana formula je
Ha: 34000 142500 -
w"-r (r", . 10500 - 2s00
w, r- (3-1)
?) [*q]
gdje je w" maseni udio ugljika, w", vodika, wo, kisika, lrs sumpora, a W* vode
u gorivu u [kg/kgl.
Skladno s definicijom. go.n;u toplinska vrijednost moZe se izra(unati iz
ft.rl
H r = H o + 2 s 0(0 * + er r )
w Q-2)
Lu*=l
gdjeizraz (ry 9 w".r)predstavlja ukupni maseniudio vodenepare u produktima
I
izgaranja,pri demu je w* vlaga iz goriva, a 9 wr. kolidina vodene pare nastale
oksidacijomvodika iz goriva, Stoproizlaziiz stehiirmetrijskih
odnosaizgaranja.
Donja toplinskavrijednost loZivih ulja, dobivenihpreradom nafte, kre6e se
od 39000do 42000kJ/ks.
g.1.2.Gustoda
Gustoia je masa jedinice volumena promatranog goriva. Cesto moZe posluZiti
radi aproksimativnog ocjenjivanja raznih svojstava loZivih ulja, npr. viskoziteta i
toplinske vrijednosti.
Gusto6a loZivih ulja ovisi o temperaturi, a to se aproksimativno moi,e izraziti
izrazom
-
pt : prrs.q 0,00062 (t - '')[q]
Lm ' l
(3*3)
gdje je g(rs"q gusto6a pri 15oC,a / temperaturau ["C].
3.1.3.
Viskoznost
Viskoznostulja za loZenjejedna je od njegovih najvaZnijihfizikalnih karak-
teristika. Pritom se najde56e primjenjuju podaci kinematskeviskoznosti.Radi
prikladnostiu praksi, destose izrai.ava stupnjevimaEnglera ["E']1,
u dime se daje
odnosizmeduvremenaistjecanja cm3ulja i vodepri definiranojtemperaturi.
200
t U Engt"rkq se viskoznost teku6eg goriva iskazuje u sekundamaRedwood "R], a u Americi u
[
sekundamaSaybolt [ "S].
36

32. Zajednidka karakteristikaloZivih ulja je velika promjena viskoznosti
raz-
mjerno temperaturi,a ta ovisnostpribliZnoitileai oOnbs
ln v= C1 e-czt (3-4)
gdje je ykinematskaviskoznost temperaturi/ u
pri [.C], dok su Cr i Czkarakte-
ristidnekonstantedotidnogulja.
OvisnostviskoznostiloZivogulja o temperaturiprikazanaje na slici3.1.
[mvslx 10-r U
9-
624 120
q
J
o
c
N
o
.9
520
416
312
100
80
60
D
x
o
C
Y.
208
104 n
-2O O 20 40 60 BO 100 12o
temperatura
loZivog ["Cl
utja
st. 3.1. Ovisnost viskoznostio temperaturi loZivog ulja
Izvor: 8, 65
je
-viskoznost svojstvokoje ima najveii utjecaj na transporti rasprskavanje.
o1- se neko ulje moglo transportirati pumpom, njigova viskoznost treba iznositi
!1
priblizno800' 10-6do 1000 . 1-!-o -27! (tio oo t+oae;. Nadalje,da bi gorionik
mogao ispuniti svoj zadatak, ulje mora prije rasprskavanjabiti toliko iagrijano
viskoznost padnena pribliZno zo.-n-a do 40.1b-u mrls (: oo"s;n).
*.Tu
Skladnotome, ovisnoo vrsti loZivogulja, potrebnoje zagrijavanje 90 do 130.c.
na
3.1.4.SadrZaj .:
Stetnih
elemenata
- -.'9uirno o porijeklu i nadinunastajanja, ulju za rozenjesadrzane odredene
u su
kolidine.sumporai ostalih elemenati, meclu kojimu nu-diti znataj i
utjecaj u
kori5te.njuimaju vanadij i natrij. Ti elementimogu nakon izgaranjapostatiuziok
koroziji. Sumpor prouzrokuje pojavu tzv. niskJtemperaturrie, vanadij
a i natrij
visokotemperaturne korozije.
37

33. U procesu izgaranja sumpor najvedim dijelom oksidira u sumpor-dioksid
(SOr), a manjim u sumpor-trioksid (SOJ, koji u spoju s vodenom parom iz dimnih
plinova dini kiselinu. Ako se na nekom dijelu ogrjevne povr5ine temperatura spusti
do temperature rosi5ta sulfatne kiseline ili niZe od nje, ona se kondenzira Sto
uzrokuje vrlo intenzivnu koroziju na tom podrudju. Budu6i da su takve pojave
vezane iskljudivo za dijelove generatora pare koji se nalaze u podrudju niZih
temperatura dimnih plinova, taj oblik korozije naziva se niskotemperaturna koro-
zija.
Kolidina sumpor-trioksida koja nastaje u procesu izgarunja bitno ovisi o pre-
tidku zraka, pa zbog toga proizlazi i ovisnost temperature rosi5ta o koeficijentu
pretidka zraka ). i udjelu sumpora u gorivu, kao Sto je prikazano na slici 3.2.
e- 1n
z
; 110
I
z
o 100
tll
F
p,
<tt
o 9 0
tr
U D I OS U M P O R A U L J U [ % ]
U
sr.3.2.
Promjena temperature rosilta dimnih plinova u ovisnosti o sadrZaju sumpora u gorivu i
pretidka zraka za izgaranje
Izvor: 10, prilog 33
38

34. . vanadij i natrij su elementikoji, kada su sadrZani gorivu, mogu uzrokovati
u
pojavu tzv. visokotemperaturne korozije, sto nastajeu poJrudjuvisih"temperatura,
odnosno najde56e oko pregrijada. pri temperaturamau tom podrudju nastaje
niskotopivieutektikum.alkalija vanadijeva
i oktidu, dije agresivno
oi"torrunl"proi-
zlazi iz.izmjenidnog djelovanja ispiranja zastitnogbtriirrog sloja na -"tirnoi
povrsini te ponovne oksidacijenezastidene povrsinemetala]Naime, kod takvih
temperaturavanadij-oksiddisocira, stvaraju6islobodni kisik, koji se onda vrlo
intenzivnoveLeza distumetalnupovrsinu,i nakon toga se ponovnoispireoksidni
sloj. Tako seprocesnaizmjence ponavljauz intenzivnuk6roziju metalnihpovr5ina.
.Vb?g tih je svojstavapodatak o sadrZajusumporaL gorivu znadajankod
projektiranja naknadnih ogrjevnih povrsina generarorapare (zagrijada, vode i
PORIJEKLO SAD
SSSR Sredniai Dalekii
Rumunjska Ju2na'Amerika Srednji lstok
0,1
0,5
0,4
0'3
F
q 0,2
l
Y
(D
o o,o1
3
3 o,o5
5 o,o4
N
E o.o2
0 2 3
SADRzu SUMPORA
[%]
'%. CESCE ,/a
st. 3.3.SadrZajsumpora i vanadija u rnineralnim uljima razliditog porijekla
Izvor: 10, prilog 32
39

35. zraka) jer se one nalazeu podrudju niZih temperatuta, pa on zbog tog.a
zagj.;ija(a
ogiunie.rl" poveianje stupnja iskori5tenja i sniZenjetemperature izlaznlh dimnih
piinouu,"doi vanadil i natrij utjedu na projektiranje_prggrijada pare i drugih
iii"louu izlolenih viiokim temperaturama(600 do 650"C), Sto osim termidke
otpornostimaterijala takoder ogranidava pove6anjetemperaturepregrijanepare
preko te granice.
Udio tih elemenata, koji najvi5eovisi o porijeklu sirovenafte, destouvjetuje
dodavanje raznlhaditivagorivu radi spredavanja smanjenjadjelovanjaopisanih
ili
Stetnih pojava.
3 . 1 . 5 .P l a m i 5 te
Plami$teje najniZa temperaturapri kojoj se pare, oslobodeneiz uzotka
goriva, zapaleizravnimplamenom,uz propisaneuvjete standardizirane metode'
Foznavanje podatka o plami5tu loZivog ulja vaZno je zbog definiranja uvjeta
sigurnosti.Opdenitovrijedi praktidnopravilo da se loZivaulja ne smiju skladi5titi
odnor.romanlpuliratiu otvorenimsistemima ventiliranimspremnicima tem-
ili na
peraturi iznad njihova Plami5ta'
vode
SadrZaj
3.1.6.
Voda u loZivom ulju nije poZeljnai Stetnaje zbog vise razloga. Voda sa
sedimentima stvaramulj, a ako je vi5evode, onda nastajustabilneemulzije' Zbog
toga nastajutesko6euiadu gorionika, azatepi se i filtar.za ulje. Nadalje, voda
snizujedonju toplinskuvrijednostgoriva, pogodujekoroziji te uzrokuje pjenusa-
nje pri zagrijavanju
jem
Ako je ima, vodu treba odstranitiispuStan iz dna spremnika'
broi
Koksni
3.1.7.
Sklonost premastvaranju koksa,odnosno koksiranjuje tazlltita, a ona, ovisno
o nadinuproizvodnje,rasteod destiliranihpremarezidualnim(ostatnim)uljima'
Koks se u praksi stvarau obliku dvrstekompaktneinkmstacije,najde56e na
toplijim dijelovima gorionika, zbog (ega ima smetnji u njihovom radu, tj' pri
rasprskavanjuizgaranju.
i
Laboratorijsko odredivanje sklonosti nekog goriva prema stvaranju koksa
obavlja se metodamaConradson Ramsbottom,a rijed je o isparavanju termid-
i i
kom raspadanjuuzorka goriva bez prisutnosti zraka. Koksni broj zapravo.je
maseniudio neisparenog ostatka goriva (koksa), ispitivanogprema spomenutim
standardiziranim metodama.
40

36. 3.1.8.
Ostale
znadajke
osim opisanih, za loZiva ulja karakteristidna i druga svojstva: sadrZaj
su
pepela,sadrZajasfalta,neutralizacijski broj, termidkastabilnbsti drugo.
Medutim, ovdje se ona neie posebnoobradivati jer je njihova vaznostza
primjenuu generatorima pare manja.
. Radl ilustracije, u sljedeioj tablici 3.L. dane su orijentacijskevrijednosti
karakteristikanekih vrsta loZivih ulia.
Tablica 3.1. Orijentacijske vrijednosti za loZiva ulia
Vrsta loZivogulja Te5koulje Ekstra lako i Katransko iz Katransko iz
ulje ulje
lako ulje kamenogugljena mrkogugljena
Ugljik,wslo/o 82-85,5 do85,5 89-93 oko 82
Yodtk,wrrlo/" 11-11,8 13-t4 cca6,5 cca11
Sumpor, w5l% A A
<1 0,3-l 0,7-2,5
Duiik + kisik, w*rt w orl o/o 0,6+ 1,9 cra3
Pepeo, w nlo/" 0,01-0,04 0,01-0,03 do 0,05 do 0,05
Ylaga,w*/"/o tragovi tragovi 0,5-1 0,1-0,5
Donj a toplinska vrijednost / kJ/kg 41000-42000 41Un-426n cca376fi) cca38500
Gomj a toplinska vrijednost/ kJ/kg 43500-44300 44000-44800 cca392ffi cca41000
gcor-* u dimnim plinovima/% 15,8-16,1 cca 15,5 t7,8-18,2 cca16
Specifidnagustocakod 20"C/kg/m: 0,91-0,935 0,83-0,87 1-1,5 0,85-1
Viskoznost/"E 110-160 30"C 1,5-2,5 20"C > 3 kod30"C
kod kod 1,8-4kod20"C
Plamiste/"C do240 >65 85-110 do 110
3.2. IZGARANJE LOZISTIMA
U GENERATORA
PARE
je
. _ osnovna funkcija lozistageneratora pare da omogudioslobadanje topline
iz koriStenoggoriva. Da bi se to osiguralo,i u fazi pr-ojektiranjai ,, pogonu,
potrebno je detaljno poznavatiprincipe i zakonitostikbje su za to bitne.
je
_ .rzgaranje zapravok-emijska reakcija izmjene tvari i oslobadanjatopline.
Izmjena tvari je preraspodjelaatoma elemenatau nove molekule, u tutu. ,"
reakcije uvijek zbivaju uz nepromijenjenumasu,ovisnuo sadrzanim elementima
u gorivu, te uz definirane volumske promjene, temeljene na broju plinovitih
molekula koje sudjeluju i nastajuu reakciji.
3.2.1.Odnosiu procesuizgaranja
Nosilac procesaizgaranjau loziitima generatorapare je kisik pa je, prema
tome, gorivo materija koja je sposobna bude u reakciji i kisitom, ,rr.ostouu-
da
danje topline. Takva definicijane bi bila potpunaza tehnidkagorivaako sepritom
41

37. ne spomene i brzina reakcije. Naime, ta brzina varira od vrlo spore, kao Sto je
sludaj kod oksidacije (rdanja) metala, do gotovo trenutne u eksploziji. Za tehnidku
proizvodnju topline, i kod generatora pare, ona je okarakterizirana kao brza
reakcija gorivih elemenata s kisikom, demu narodito pridonose ugljik i vodik, koji
su najvaZniji gorivi elementi u gorivima.
Kao Stoje ved prethodno nagla5eno,kisik je osnovni nosilac procesa izgaranja,
a on se u loZi5te dovodi zrakom iz okoline, u kojemu je volumni udio pribliZno
2lo/o, odnosno maseni ludio 23"/o.
Kisik, koji ima izrazitu sklonost prema procesu izgaranja, odvaja se iz smjese
s du5ikom i ostalih plinova koji su u manjoj mjeri sadrZani u atmosferskom zraku
(ugljik-dioksid, vodena para, inertni plinovi) te lulaziu kemijsku reakciju s gorivim
elementima. Du5ik ne sudjeluje u procesu izgaranja pa je izvor izravnih gubitaka
topline jer dio apsorbirane topline odnosi sobom kroz dimnjak u okoli5.
Reakcije kisika s gorivim elementima slijede poznate, todno definirane zako-
ne, koji se mogu izraziti tzv. stehiometrijskim odnosima izgaranja, prikazanim u
tablici 3.2.
Tabfica 3.2. Kemijske reakcije ugaranja
Gorivi elemenat Reakcija Oslobodena toplina [kJ/kg]
ugljik (u CO)* 2C+Or--2CO 10200
ugljik (u COr) C + or: g6t 34000
vodik 2Hr+ Or:211111 120500
sumpor S+ O r : 5 9 , 10500
* U tablici je prikazana i reakcija
izgaranja ugljika u ugljik-monoksid
(C --+ CO),Sto je nepotpuno izgaranje koje uzrokuje gubitke zbog ma-
nje kolidine oslobodene topline.
Na temelju poznatih reakcija izgaranjaizradenaje tablica 3.3, iz koje su
vidljive potrebnekolidine kisika za izgaranjeu pojedinoj reakciji.
Tablica 3.3. Kolidina kisika za agaranje
Elemenat Relativna Kolidina kisika
u molekulska Reakcija
goriw masa kmol/kmol kmol/kg kg/kg mfi/kg
c t2,01,1, C-+ CO, 1 ut2,}tI 2,664 1 R65
H2 2,016 H2 --r H2O U2 lt 4,032 7,937
s 32,066 S --+ SO, 1 u32,066 0,998 0,698
o;* 32,000 - 1 - 1t32,00 - 1,00 - 0,70
**Kisik u gorivu smanjuje potrebnu kolidinu kisika koju je potrebno dovesti u procesuizgaranja,pa
je stoga stavljen predznak minus ( - ).
42

38. 3.2.2.Kolidinazrakaza izgaranje
zbrajanjem velidinau posljednjemi pretposljednjemstupcutablice 3.3, uz
zaokruLenja,
dobivamoizrazzaodredivanje minimalnekoiidinet<iiita toa izgaranja.
t,Ior,min:
2,66ws 8 wH2+ r",
* ws- (3-5)
[ ff ]
odnosno
iri
fttor, oin:2,66 ws * 8 ( ,n, -?)
-
6 /
* ,.
ttrl (3-6)
V o r ,^ r n : 1 , 8 6 w . * 5 , 6 w s " * 0 , 7 w r - 0 , 7 w u , ['*l (3-7)
Lkcj
odnosno
Vor, 1,86 5,6(rrr-?)
^in: w.* . 0,7w, (3-8)
tH ]
gdjg su wc, rr*r, wri wrrmaseniudjeli ugljika, vodika, sumporate kisika u gorivu
u [kg/kgl.
Na. temelju poznate minimalne kolidine kisika za izgaranje moZe se dalje
.
odrediti minimalna kolidina zraka za izgaranje.
Uzimajuii u obzir maseni(23%), odnosno volumni (21%) udio kisika u zraku,
slijedi
rtor, ,io I kq I
ffiL,^in: (3-e)
oz: Ltg-:
-J
odnosno
r/ L . . i o = r.* f _,i-i
Y _Vo
W (3- 10)
LkCJ
Stvarnakolidina zraka koju je potrebno dovesti u tehnidkim loZi5timaradi
postizanjapotpunog izgar3njave(a je od teoretske(minimalne)kolidine,
a ona
se izraLavafaktorom pretidka zraka ,1,pa proizlazi
m L : l.m L . , ' " l r e l (3- 11)
L k gl
odnosno
Vy: ).Vy, -in isil
Lkel (3-12)
43

39. Pritom je pretidak, odnosnoviSakzraka u procesuizgaranja,definiran izrazom
r ^ 1
L Vr: (1- l) Vr, ^^ l m r i l (3- 13)
Lkcl
Vrijednost faktora pretidka zraka ovisna je prije svegao vrsti goriva, izvedbi
loZiSta nadinu izgranja. Radi usporedbe,u sljedeioj tablici 3.4. prikazanesu
te
orijentacijskevrijednostifaktora pretidkazraka,u ovisnostio spomenutim utjeca-
jima.
Tablica 3.4. Orijentacijske velidine faktora pretiek a zraka
Vrsta eoriva i izvedba loZi5ta Faktor pretidkazraka
ravna i kosa nepomidna re5etka 1,7 -L,8
mehanidka ravna reietka t,3 -1,6
mehanidka stepenasta reSetka 1,3 -t,',|
ugljena praSina mrkog ugljena i lignita L,25-1,35
ugljena pra5ina kamenog ugljena 1,2 -1,4
loZenje drvenim otpacima 1 , 3- 1 , 8
loZenje gradskim smeiem t,8 -2,2
loZenje tekuiim gorivima t,05-L,25
loZenj e plinovitim gorivima 1 , 0 31 , 1 5
-
Kada se radi o teku6imgorivima, koja se ovdje detaljnijerazmatrajujer su
uglavnomona u upotrebi za brodskegeneratore pare, tada imamo nekoliko utje-
cajnih dinilaca.
1. Velidina raspr5ene je
destice:Sto raspr5ivanje goriva bolje, to jevelapovr5ina
goriva u dodiru sa zrakom, pa i pretidak zraka za izgaranje moZe biti manji.
To je svojstvouglavnomovisno o fizikalnim osobinama goriva pa se grubo, s
tog stajali5ta,teku6e gorivo moZe svrstati negdje izmedu plinovitih i krutih
goriva, bliZeplinovitim gorivima.Medu sekundarne utjecajevalja joi ukljuditi
vrstu gorionika,nadinrasprskavanja (parom,zrakom,tlakom, centrifugiranjem
i sl.) i temperaturupredgrijavanja.
2. SadrZaj isparljivih dijelova: Stoje sadrZajisparljivihdijelova ve6i, moze
biti pretidak zraka.
J . Temperatura paljenja ibrzinaizgaranja:niZatemperatura paljenjaive1abrzina
izgaranja snizuju pretidak zraka.
4. Temperatura zraka za izgaranje: vi5a temperatura ulaznog zraka u loZi5teubr-
jer
zavaprocesizgaranja pospje5uje procesrasplinjavanja goriva,Stoima utje-
caj na smanjenjevi5ka zraka za izgannje.
5 . Tlak u loZi5tu:ve6itlak u loZi5tu pospjeSujedaljnje usitnjavanje desticagoriva,
odnosnosmanjujerazliku volumenadestica gorivai zrakapotrebnogza izgara-
nje, Sto omoguiuje izgaranjeuz manji pretidak zraka.
6. Optere6enje generatora pare: pojedine vrste gorionika projektiranesu za op-
timalni rad u razliditimpodrudjimaoptere6enja, odstupanje toga znatno
pa od

40. utjede na kvalitetu rasprskavanja goriva, a time i na potrebnu kolidinu zraka
za izgaranje. To je narodito rzraLeno kod generatora pare s manje gorionika.
Ugradnja vi5e gorionika smanjuje taj utjecaj jer se rad u podrudju bliZe opti-
malnom postiZe ukljudivanjem ili iskljudivanjem odredenog broja gorionika iz
pogona.
3.2.3.Produkti
izgaranja
Kao produkt procesaizgaranjanastaju dimni plinovi koje dine smjesaplinova
nastalihoksidacijomgorivih sastojakau gorivu te du5ikai viSkakisika iz zraka
koji ne sudjeluju aktivno u reakciji. Pritom se ukupni volumen dimnih plinova
sastojiod suhih dimnih plinova i vlage koja se dovodi samim gorivom ili nastaje
izgaranjemsadrZanog vodika. Ako se zanemai sadrZajpepela, koji je u ve6ine
loZivihulja zanemarivo malen, tada je masaprodukata izgaranja odnosnodimnih
plinova jednaka zbroju masegoriva izraka koji sudjeluju u procesuizgaranja.
U tablici 3.5. prikazanisu produkti koji nastajupri potpunomizgaranjugoriva
na bazi stehiometrijskih odnosa.
Tablica 3.5. Produkti izgaranja
Produkt reakcije
Ulaz u reakciju Reakcija
kg/kg mfi/kg
44,011,
- 22.26
C ---t CO2 v)a:3.664 w. *'= 1'853
w.
t2,0tr 6i
36.032
- 44.8
H2 Hr--+ HrO vt)e=8.963 w- n",: ll,ll1' wt,
4,032 "2 "2 I,UZ
64.066 2r.89
S S -+ SO, *"=1,977 ws rys
IZ,* i&"=o'682
O, (iz vi5kazraka) Oz+ O: 0,21 (1- l) ^'. ^" 0,21(A- t) v,. ^"
22.4
N, (iz goriva) N2 --+ N2 wn, 'n', = o'799w*'
2g,016-
N2 (iz zraka) Nz+ Nz 0,79 mr,6n 0,791V1,tu
22.4
W (vlagaiz goriva) HrO --+ HrO '*:1"243w*
rsi?
Napomena:u tablici su uzeti u obzir stvarni molni volumeni plinova umjesto rnolnih volumena
idealnih plinova (22,4 mn?/kmol).
45