Sú určené na výrobu tepelnej energie a na premenu tepelnej energie na mechanickú energiu.

 

9.1. Druhy tepelných strojov

            Medzi tepelné stroje zaraďujeme parné kotle, ktoré sa tiež nazývajú parné generátory. Ďalej kotle horúcovodné a teplovodné. Sem patria tiež motory (zážihové, vznetové, s rotačným piestom) a turbíny parné, spaľovacie, plynové.

            V minulosti boli veľmi dôležité parné stroje, ktoré znamenali veľký technický pokrok. Dnes však už dosluhujú - najmä parné trakcie na železniciach sa nahradzujú elektrickou  alebo motorovou trakciou.

           

9.2. Parné kotly

            Para vyrobená v parných kotloch poháňa turbíny v elektrárňach i závodoch, privádza teplo do výrobných zariadení i priestorov. V závodoch DZP slúži súčasne na plastifikáciu dreva, vykurovanie sušiarní, lisov, vyhrievanie výrobných priestorov i administratívnych miestností, atď.

            Kotly podľa veľkosti vodného priestoru sa delia na kotly s veľkým alebo malým obsahom vody. Kotly s veľkým obsahom vody sa nazývajú veľkopriestorové. Podľa tlaku sú kotly  nízkotlakové do 2,4 MPa, strednotlakové do 6,4 MPa, vysokotlakové do 14 MPa a nad 14 MPa. Podľa výkonnosti sú malé do 10 t.h-1 pary, stredné do 50 t.h-1 pary, veľké do 150 50 t.h-1 pary. Najväčšie  kotly majú výkon nad 150 t.h-1.

 

9.2.1. Druhy parných kotlov

            Najstarší a najjednoduchší parný kotol je valcový. Je to valcová nádoba s klenutými dnami, ohrievaná spalinami a z veľkej časti naplnená vodou, ktorej hladina je sledovaná dvoma vodoznakmi. Tlak pary pri týchto kotloch nepresahoval 1,6 MPa, vzhľadom na veľké namáhanie stien kotlov. Para sa vyvádzala z parného dómu. Množstvo vyrobenej pary nepresiahlo ani pri najväčších typoch 1 t.h-1.

            Výhody: veľká akumulačná schopnosť, nenáročnosť  na  akosť napájacej vody atď.

            Nevýhody: nízke parametre, dlhý čas nabiehania na plný výkon, necitlivosť na regulačné zásahy, nebezpečenstvo explózie pri poruche plášťa alebo zvýšení tlaku v kotle.

            Plamencový kotol - výkon závisí od veľkosti výhrevnej plochy. Ak je do valcového kotla vstavaný plamenec, t.j. oceľová rúrka priemeru asi 800 mm, veľmi sa zväčší výhrevná plocha. Horúce spaliny prechádzajú najskôr plamencom, potom ťahmi okolo kotla. Zariadenie plamencového kotla sa nelíši od valcového. Tlak v kotle je rovnaký ako vo valcovom,  výkon je však vyšší.

            Žiarorúrový kotol - snaha zväčšiť výhrevnú plochu a tým i výkon kotla viedla k nahradeniu plamenca sústavou rúrok s pomerne veľkou svetlosťou, ktorými prechádzali horúce paliny.

            Valcové, žiarorúrové a plamencové kotly patria medzi kotly veľkopriestorové. Plamencové a žiarorúrové kotly sa dosiaľ používajú, najmä v menších závodoch. Žiarorúrové kotly malých rozmerov sa používajú bežne na výrobu pary alebo teplej vody hlavne pre ústredné alebo etéžové vykurovanie.

            Vodorúrové kotly - charakteristickým znakom je, že rúrkami neprechádzajú spaliny, ale voda alebo para. Teplo dodávajú  horúce spaliny, ktoré obtekajú rúrky zvonku. Vodorúrové kotly sa stavajú pre väčšie výkony. Delia sa na kotly s malým sklonom rúrok, strmorúrové, prietokové a kotly s núteným obehom vody. Sú konštruované tak, aby boli dosiahnuté čo najlepšie parametre pri najväčšej hospodárnosti. V poslednom čase bol skonštruovaný kotol, ktorý  je celý zváraný z rúrok. V rohoch sú rúrky veľkej svetlosti, ktoré rozvádzajú vodu do rúrkových stien. Taký kotol sa nazýva klietkový (obr. 9.1). Výkonnosť je 0,2 až 40 t.h-1. Tieto kotly sú vhodné pre všetky druhy palív i pre drevený odpad, kde však treba použiť predkúrenisko. Je trvanlivý, hospodárny a netrpí poruchami z miestneho prehrievania či vytrhávaním rúrok v dôsledku tepelnej rozťaženosti.

 

Obr. 9.1 Klietkový kotol

1 – rošt, 2 – pohadzovač

 

9.2.2. Armatúra kotlov

            Parné kotly musia byť vybavené armatúrou podľa platných predpisov STN. Tvoria ju:

            K parnému kotlu patria najmenej dve napájacie čerpadlá s tlakom väčším ako je tlak v kotle, aby boli spoľahlivo kryté prietokové odpory a s výkonom o 20 % vyšším, ako je výkon kotla. Jedno z napájacích čerpadiel má mať parný pohon (parnú turbínu). Voda z napájacích čerpadiel sa zavádza do kotla napájacou hlavou, ktorá sa skladá zo spätného uzavieracieho ventilu. Vybavenie kotla je na obr. 9.2. Horné dva poistné ventily, vľavo dva vodoznaky a vpredu olejový horák.

 

Obr. 9.2 Balený kotol ČKD Dukla

 

9.2.3. Napájacia voda

            Para vyrobená v parnom kotle odovzdáva svoje teplo v spotrebičoch tepla, kde ho tiež kondenzuje. Kondenzát sa zhromažďuje a vracia späť do kotla. Ide teda o uzavretý obeh. V skutočnosti veľké množstvo pary i kondenzátu uniká. Straty, ktoré tvoria i 50 % menovitého výkonu kotla, sa musia nahradiť dodávkou novej napájacej vody. Voda na napájanie kotla sa odoberá z verejného vodovodu alebo z vodného toku. V oboch prípadoch sa musí upravovať a to tým starostlivejšie, čím je kotol modernejší.

            Voda, najmä privádzaná z tokov, sa najprv zbavuje mechanických nečistôt na hrabliciach, usadzovacích nádržiach a filtroch. Aby sa neusádzal v kotle  kotolný kameň, musí sa voda zbavovať tvrdosti. Tvrdosť vody sa označuje tzv. nemeckými stupňami - obsah 10 mg CaO v 1 l vody je označený 1 °n. Modernejšie sa zavádza pojem milival /l, t.j. miligramový ekvivalent príslušnej látky v 1 litri vody, napr. 1 mval/1 CaO v 1 l vody, teda 2,80°n. Najlepšie sa tvrdosť vody odstraňuje destiláciou v odparkách, vyhrievaných výfukovou parou. Táto úprava vody je drahá. Modernejšie sa tvrdosť vody upravuje zrážaním uhličitanom sodným, vápnom, hydroxidom sodným i fosforečnanom sodným. Vzniknuté zlúčeniny sedimentujú a odvádzajú sa ako kal. Dnes najčastejším spôsobom úpravy napájacej vody je mäkčenie výmenou iónov. Využíva sa to, že niektoré látky majú schopnosť vymieňať ióny solí spôsobujúcich tvrdosť vody za ióny sodíka alebo vodíka. tieto látky vyrábané pod rôznymi názvami (Wofatit, Staionit) sa ukladajú do vrstiev v stojatých nádobách - tak vznikajú ionexové filtre. Podľa povahy sa ionexové filtre rozdeľujú na anexy a katexy. Iónové meniče sa dajú ľahko regenerovať, napr. prepláchnutím roztokom chloridu draselného. Jedna náplň i po niekoľkonásobnom regenerovaní. Podmienkou dobrej funkcie iónových meničov je úplná čírosť vody. Voda musí byť zbavená organických koloidných látok (riasy), ktoré zanášajú zrná meničov. Takto upravená voda nezanecháva v kotle pevnú usadeninu - kotolný kameň, ale i kal, ktorý sa ľahko odstráni odlúhovaním, kontinuálnym vypúšťaním kalu s vodou z najnižšieho miesta kotla.

            Plyny, ktoré spôsobujú koróziu vnútorných stien potrubia a lopatiek turbíny, sa odstraňujú z napájacej vody vyvarením v tzv. odplynovači. Odstraňovače sú vykurované výfukovou alebo odberovo parou.

Súčasťou upravovne vody je magnetizačný prístroj. Voda, ktorá prešla poľom silného stáleho magnetu, nevytvára usadeniny v takej miere ako neupravená voda.