Na začátku průmyslové éry se slovo kotel vztahovalo na krb a jeho výměník ve velkých kuchařských a topných zařízeních, v parních strojích a parních lokomotivách .
V moderním smyslu označuje zařízení (nebo dokonce průmyslové zařízení, v závislosti na jeho výkonu), které umožňuje nepřetržitý přenos tepelné energie na teplonosnou kapalinu (nejčastěji vodu ). Přenesená tepelná energie (zdroj tepla) může být buď teplo uvolněné spalováním ( uhlí , topný olej , plyn , dřevo , odpad atd.), Nebo teplo obsažené v jiné tekutině (topný kotel). chemický procesní plyn, „jaderný“ kotel přijímající teplo z primárního okruhu atd.) nebo dokonce jiné zdroje tepla (například elektrické kotle ). Kotle jsou průmyslové i domácí systémy.
Uvnitř kotle může být tato teplonosná kapalina buď pouze ohřívána (to znamená, že zůstává v kapalné fázi), nebo ohřívána a odpařována, nebo ohřívána, odpařována a poté přehřívána (tedy průchodem plynné fáze v kapalné fázi).
"Systém pro zvýšení teploty teplonosné kapaliny za účelem přesunu tepelné energie".
Pro výkony mezi 400 kW a 20 MW (článek R 224-20 ekologického předpisu): „sestava tělesa kotle a hořáku, pokud existuje, produkující horkou vodu, vodu, přehřátou vodu nebo upravující teplotu tepelného média díky teplo uvolněné spalováním “ .
Výnos n o 2009-649 ze dne9. června 2009, umění. 1. místo : „Je-li v jedné místnosti připojeno více kotlů, považuje se celek za jeden kotel, jehož jmenovitý výkon se rovná součtu jmenovitých výkonů kotlů v síti a jehož datum instalace je datum nejstaršího kotel. "
V QuebecuNa rozdíl od definice dané tomuto pojmu ve Francii označuje Quebec Chaudière vědro . Pro označení topného a akumulačního systému pro teplonosnou kapalinu se běžně používá slovo nádrž (topení) nebo jeho nádoba na anglicismus .
Existuje široká škála kotlů. Kotle můžeme klasifikovat podle různých kritérií:
Předpisy klasifikují kotle podle výkonových rozsahů:
Existují dva typy instalace domácích kotlů:
Kotel vyměňuje tepelnou energii prostřednictvím teplonosných kapalin, které ji poté dopravují do místa použití.
Hlavní použité teplonosné kapaliny jsou:
Kotle na kapalná a plynná paliva jsou konstrukčně velmi podobné. U tohoto typu kotle se prvek zajišťující spalování nazývá hořák . Používaná paliva jsou hlavně:
Kotel na kapalná nebo plynná paliva může mít jeden nebo více hořáků.
Kotle na tuhá palivaU kotlů na tuhá paliva existuje mnoho spalovacích procesů. Kamna na tuhá paliva můžeme rozdělit do tří hlavních skupin:
Stupňovité rošty tvoří pohyblivou nakloněnou rovinu, na které palivo hoří ve vrstvách. Vrstva paliva se vkládá na horní část roštu, často pomocí tlačného zařízení, a pohyb roštu posune zapálené palivo dopředu. Na dně roštu zbývá jen popel, který je evakuován do jámy. Stupňovité mřížky se používají spíše pro malé kotle (do přibližně 2 nebo 3 MW ) nebo pro domácí odpad.
Tyto rošty jsou vyrobeny z kovového dopravníkového pásu propustného pro vzduch. Tyto rošty využívají princip vrstveného spalování. Používají se téměř výlučně pro uhlí ve velmi širokém rozsahu výkonu od několika megawattů do více než 100 MW ).
Rozmetadlo Stoker využívá princip rozprašování paliva v celém prostoru spalovací komory. Používá se pro uhlí a rostlinná paliva o výkonu od několika MW do více než 100 MW .
Střediska „sopek“ se také nazývala „podřaditel“. Palivo se přivádí zpod roštu. Tento princip se používá pro výkony nepřesahující několik MW.
Tento seznam není vyčerpávající, protože existují techniky mřížky.
Požáry s fluidním ložemExistuje několik typů požárů s fluidním ložem : husté fluidní lože a cirkulující fluidní lože (často označované jako CFL).
Cirkulační fluidní kotle se používají pro výkony obecně větší než 100 MW . Fluidní lože se obvykle skládá z písku, popela z paliva a někdy vápence, při vysoké teplotě, smíchaného s primárním vzduchem. Tato kamna mohou fungovat stejně dobře s uhlím, ropnými břidlicemi nebo rostlinnými palivy. Mají tu výhodu, že pracují při relativně nízkých teplotách spalování řádově 850 ° C a velmi homogenních, což je příznivé pro nízké emise NOx . Vstřikování vápence také umožňuje zachycení oxidů síry. Drcení požadované před vstřikováním do pece je méně důležité než jemné mletí paliva pro kotle na práškové uhlí. Složitost tohoto typu technologie znamená, že je vyhrazena pro relativně silné kotle. Největší doposud uvedený cirkulující fluidní kotel dodává v polské Lagisze výkon 460 MW , ale v současné době se v čínské Baimě staví jednotka o výkonu 600 MW , ale pro vytápění budov se objevuje nízký výkon modelů .
Krby na dřevěné uhlíPráškové uhlí se přivádí do kotle prostřednictvím jednoho nebo více hořáků. Tato technologie se používá hlavně v uhelných elektrárnách, jejichž kotle mají výkon několik stovek MW.
Rekuperační kotleTepelná energie se získává z horké kapaliny (například výfukového plynu z plynové turbíny nebo procesního plynu v chemickém průmyslu). Tyto kotle jsou proto podobné jako výměníky tepla, ale za svůj název kotle vděčí skutečnosti, že se zde na rozdíl od výměníků tepla odpařuje vyhřívaná chladicí kapalina (obvykle voda).
Do této kategorie jsou také zahrnuty parní generátory pro jaderné elektrárny, které vyměňují teplo mezi primárním okruhem a sekundárním okruhem.
Elektrické kotleElektřina není přísně řečeno palivo. Jedná se však o zdroj energie, který se v elektrických kotlích někdy přeměňuje na teplo. Existuje několik principů vytápění. Odporové kotle ohřívají vodu pomocí elektrického odporu ponořeného do vody. Kotle s efektem Joule ohřívají vodu pomocí elektrod ponořených ve vodě. Je to pak Jouleův efekt vody, který umožňuje ohřev vody nebo odpařování. Iontové kotle promítají ionty vysokou rychlostí ( 280 km / s ) pomocí elektrického pole, což způsobuje zahřívání kapaliny pro přenos tepla.
Nedostatek elektrických kotlů se vysvětluje cenou elektřiny, která je dražší energií než většina ostatních energií. Elektrické kotle se nacházejí v oblasti ústředního vytápění domácností, zvlhčování klimatizovaných prostor (malé parní kotle používané ke zvlhčování), ale také v průmyslu na výkony do několika desítek MW. Kvůli absenci energetických ztrát citelným teplem spalin se účinnost elektrických kotlů často blíží 100% .
Je to historicky první typ stavby. První modely používaly vertikální cirkulaci, kterou bylo snazší dosáhnout kvůli konvekci plynů, ale následně byly vyrobeny kotle s horizontálním uspořádáním, vhodnější pro použití na železnici nebo navigaci .
Kouřový trubkový kotel se skládá z velké nádrže na vodu protnuté trubkami, ve kterých kouř cirkuluje. První trubka kouřové dráhy je trubka většího průměru, která tvoří krb. Tento typ konstrukce se dnes používá téměř výlučně pro plynná a kapalná paliva. Ve skutečnosti tvar krbu kouřových trubkových kotlů ztěžuje těžbu popela. Při použití na tuhá paliva je krb umístěn mimo samotný kotel. V tomto případě je krbem přední krb s vodními trubkami nebo žáruvzdorný.
Tento typ konstrukce je obecně vyhrazen pro výkony nepřesahující 20 nebo 30 MW .
Vodní trubkové kotleV této konstrukci je to teplonosná tekutina, která cirkuluje v trubkách, horké plyny cirkulující mimo ně. Výhodou tohoto vzorce je především bezpečnost, že v samotném kotli nebude velké množství vody, což by v případě mechanické poruchy mohlo vést k explozivní tvorbě páry. Mají také tu výhodu, že mají nižší setrvačnost. U tohoto typu kotle má krb vždy velmi velký objem. Kromě toho má krb ve své spodní části možnost otevření. Díky těmto dvěma vlastnostem se často používají u pevných paliv i pro výkony jen několika MW.
Cirkulace vody v kotli je velmi důležitá, aby se zabránilo tvorbě suchých oblastí, kde se kov může působením tepla předčasně roztavit, zdeformovat nebo oxidovat.
Vodní trubkové kotle s přirozenou cirkulací mají horní nádrž (nazývanou nádrž na kotel), ze které vystupují velké trubky umístěné mimo oheň (nazývané „spádové trubky“ nebo „odtoky vody“). Tyto trubice dopravují vodu gravitací buď ve spodním balónu, nebo v „sběračích“. Trubky topeniště jsou připojeny k této spodní nádrži nebo k těmto kolektorům. Voda stoupá těmito trubicemi směrem k (hornímu) balónu, čímž přijímá teplo ohně. Tato voda se poté začne odpařovat. Protože hustota páry je nižší než hustota kapalné vody, tlakový rozdíl mezi vodním sloupcem vodních svodů a vodním a parním sloupcem nístějových trubek přirozeně cirkuluje v okruhu vody. Voda touto smyčkou prochází několikrát (balón, odtokové potrubí, trubice nístěje, návrat do balónu), než je z balónu vypuštěna ve formě nasycené páry.
Asistovaný oběhPostupně vzrostl provozní tlak kotlů, zejména pro dosažení lepších výtěžků v tepelných elektrárnách. Když tlak v balónu dosáhne hodnot řádově 180 barů, rozdíl v hustotě mezi kapalnou vodou a parou je nedostatečný k zajištění přirozené cirkulace v odpařovacím okruhu. Poté je do okruhu nainstalováno čerpadlo, které zajišťuje dobrou cirkulaci vody.
Nucený oběhV této kategorii rozlišujeme malé kotle ústředního topení, průmyslové kotle nebo vysokotlaké tepelné elektrárny.
U prvního z nich voda cirkuluje v potrubí pomocí čerpadla, které se v případě ústředního topení také nazývá cirkulační čerpadlo. Tato konfigurace usnadňuje konstrukci kotlů: není nutné zajistit, aby poklesy tlaku umožňovaly přirozenou cirkulaci konvekcí.
Pro průmyslové kotle a kotle na tepelné elektrárny byly vyvinuty technologie kotlů s nuceným oběhem bez balónku. Zvyšování provozních tlaků se skutečně dostalo proti technologické bariéře mechanické odolnosti kotlových nádrží. Role oddělování kapalné a plynné fáze baňky navíc již nemá smysl, když je dosaženo superkritických tlaků . U kotlů s nuceným oběhem (typu Benson nebo Sulzer) voda několikrát neobíhá ve smyčce, než se odpaří, ale vstupuje do trubek výparníku pece v kapalné formě a vystupuje ve formě nasycené páry, d 'kde jsou názvy „monotrubkových“ kotlů nebo „jednorázových“ kotlů. Voda cirkuluje ve výparníku pomocí vysokotlakých čerpadel, která „tlačí“ vodu, poté páru postupně v trubkách ekonomizéru, výparníku a poté přehříváků.
Všechny „superkritické“ kotle jsou nutně tohoto typu. Vyskytuje se však také v subkritických cyklech, v konkurenci s kotli s asistovanou cirkulací. Jejich hlavní výhodou je tedy kratší doba rozběhu, což je významná výhoda ve špičkových tepelných elektrárnách. Na druhé straně absence balónku je činí náročnějšími na kvalitu demineralizované vody, která má být použita.
PoznámkaTyto různé typy cirkulace lze nalézt uvnitř stejného kotle. Například v přehřátém parním kotli může být cirkulace přirozená v trubkách nístěje, může být podporována v kolících kouřové dráhy, tlačena v ekonomizéru a v přehřívači.
Tato klasifikace se týká pouze průmyslových kotlů a tepelných elektráren. U těchto kotlů existují dvě hlavní oblasti výměny tepla:
Toto je nejběžnější uspořádání. Krb je převýšen jedním nebo dvěma výměníky a zadní svislý kouřovod přijímá další konvekční výměníky. Spaliny opouštějí krb nahoře a poté sestupují do zadního kouřovodu.
Věžový kotelToto uspořádání se vyskytuje hlavně v Německu, ale existují příklady v Itálii, Francii, Indii, Číně, Jižní Africe atd.
V této architektuře kotle je krb překonán všemi výměníky v konvekční zóně. Výsledkem je výška, která může dosáhnout více než 100 m .
Mezi výhody takové konfigurace bude zmíněno snížení rizika eroze a znečištění v případě spalování velmi popelavého uhlí.
V návaznosti na závazky Evropy vůči Kjótskému protokolu přijaly Parlament a Rada Evropské unie v roce 2002 směrnici o energetické náročnosti budov (2002/91 / ES), která s ohledem na je snížit spotřebu energie a omezit emise oxidu uhličitého , musí členské státy přijmout nezbytná opatření k provádění pravidelné kontroly kotlů na neobnovitelná kapalná nebo pevná paliva v závislosti na jmenovitém výkonu. Odborníci zabývající se tímto úkolem by měli uživatelům radit ohledně výměny kotlů, dalších možných úprav topného systému a možných alternativních řešení.