Ievāds
Kātlu iekārta uzdevums ir ražot tvaiku vai sildīt ūdeni. Atbilstoši tam izšķir tvaika katlus un ūdens sildīšanas katlus.
Par tvaika katliem nosauca pirmās samērā vienkāršās iekārtas, kuras izmantoja tvaika ražošanai. Ar laiku katlu konstrukcija kļuva komplicētāka, tiem pierīkoja dažādas palīgiekārtas un mehānismus. Šādu iekārtu komplektu kopā ar tvaika, ūdens un gaisa vadiem sauc par katla agregātu.
Ja tvaiku ražo ar atomreaktoros iegūto siltumu, tad šādas iekārtas sauc par tvaika ģeneratoriem.
Atkarībā no uzdevuma katlus iedala 1) enerģetiskos katlos-ražo tvaiku galvenokārt turbīnu piedziņai; 2) rūpniecības uzņēmumu katlos-ražo tvaiku tehnoloģiskajām vajadzībām un ēku apkurei; 3) apkures katlos, kurus izmanto tikai apkurei un karstā ūdensapgādei.
Ūdens sildīšanas katli tvaiku neražo, bet tikai uzkarsē ūdeni apkures vajadzībām un karstā ūdens apgādei. Ūdens karsēšanai nepieciešamo siltumu iegūst, sadedzīnot kurināmo. Par siltunesēju lito kurināmā sadegšanas produktus – dūmgāzes. Pēdējā laikā par siltuma enerģijas avotu tvaika ražosanai izmanto arī atomenerģiju.
Katla agregāta raksturīgie rādītāji. Katla darbu raksturo šādi rādītāji:
1. Katla ražīgums jeb jauda D (kg/s vai t/h) rāda, cik katls ražo tvaika. Tas atkarīgs no katla lieluma un tipa.
2. Kurināmā veids var būt ciets, šķidrs, gāzveida.
3. Kurināmā patēriņš B (kg/h) atkarīgs no katla jaudas, kurināmā kvalitātes un katla lietderības koeficenta. Kurināmā patēriņš ir viens no galvenajiem lielumiem, kas nosaka ražotā tvaika pašizmaksu.
Ražotā tvaika parametri: tvaika spiediens katlā – p, spiediens aiz tvaika pārkarsētāja - pn un pārkarsētā tvaika temperatūra tp. Tvaika parametri arvien piaug, jo, kā zināms no termodinamikas, tas ir ekonomiski izdevīgi-ietaupās kurinamais.
Katla lietderības koeficents ŋk (%) raksturo katla ekonomiskumu. Tas ir lietderīgi izmantotā siltuma attiecība pret visu patērēto siltumu: ŋk=Q1/Q2.
Gaisa patēriņa koeficents α rāda faktiski pievādītā gaisa daudzuma attiecību pret teorētiski nepieciešamo. Jo lielāks α, jo lielāki ir zudumi ar aizplūstošajām dūmgāzēm.
Barošanas ūdens temperatūras tu vērtība pieaug līdz ar tvaika parametru palielināšanas. Tās ietekme uz katla darbu ir atkarīga no ūdens sildīšanas veida.
Kurtuves. Par kurtuvi sauc to katla agregāta daļu, kurā notiek kurināmā sadedzināšana, jeb kurināmā ķimiskās enerģijas parvēršana siltumā. Kurināmo var sadedzīnāt slāni vai plīvojoša stāvoklī. No šī viedokļa izšķir ārdu kurtuves un kamerkurtuves. Ārdu kurtuves sadedzina cieto kurināmo, bet kamerkurtuvēs – cietā kurināmā putekļus, šķidro kurināmo, vai arī dūmgāzi.
Kurināmā sadegšanai neiesiešams samērā daudz gaisa, tāpēc praksē kurtuves klasificē arī pēc aerodinamiskajām pazīmēm:
1) ārdu kurtuves, kurās kurināmo var sadedzīnāt blīvā filtrējoša slānī un „vedoša” slāni;
2) liesmas lāpas klurtuves;
3) virpuļlurtuves vai ciklonkurtuves.
Siltuma zudumi kurtuvēs. Siltuma zudumus kurtuvē rada kurināmā ķīmiski nepilnīgā sadegšana (q3) un mehāniski nepilnīgā sadegšana (q4). Bez tam daļu no apkārtējai videi atdotā siltuma (q5) attiecina arī uz urtuvi. Ķīmiski nepilnīgās sadegšanas zudumi rodas tad, ja daļa kurināmā degošo elementu nespēj līdz galam oksidēties vai arī augsto temperatūru ietekmē sadegšanas galaprodukti daļēji disociējas startproduktos. Šo zudumu lielums ir atkarīgs no gaisa patēriņa koeficenta, kurtuves temperatūras un gaisa peivadīšanas apstākļiem. Daži kurināmie, piemēram, garliesmu ogles, degakmens, mazuts, degot var izdalīt oglekli sodrēju veidā. Tie ir mehāniski nepilnīgās sadegšanas zudumi (q4).
…
