Höyrykattila
Höyrykattila on suljettu astia, jossa kehitetään vedestä kuumentamalla paineistettua höyryä, jota käytetään höyrykoneen tai höyryturbiinin voimanlähteenä. Lämpöenergian lähteenä voi olla tulipesässä poltettava materiaali kuten hiili, puu tai öljy, tai jokin muu, esimerkiksi aurinko tai geoterminen lämpö. Näistä lämpöenergia pyritään siirtämään mahdollisimman suurelta osaltaan väliaineeseen, veteen. Rakenteellisista ratkaisuista riippuu, kuinka hyvin lämpö saadaan siirrettyä. Höyrykattilan hyötysuhde on yleensä 0,55–0,65.[1] Vesi lämmitetään ja höyrystetään ja erityisesti sähkön tuotantoa varten yleensä myös tulistetaan. Sähköntuotannon lisäksi höyrykattiloita käytetään tuottamaan lämmityshöyryä erilaisiin teollisuusprosesseihin. Höyrykattila on paineastia. Vettä ainoastaan lämmittäviä kattiloita kutsutaan lämpökattiloiksi.
Historia
Höyrykattiloita on rakennettu höyrykoneisiin 1700-luvulta alkaen. Höyrykattilalla on ollut tekniikan kehittymiseen ratkaiseva vaikutus monella tapaa. Höyrykoneen osana se mahdollisti teollisen kehityksen. Toisaalta se hyvin suurena turvallisuusriskinä pakotti kehittämään valmistus- ja suunnittelumenetelmiä. Kun veden olomuoto muuttuu höyryksi, se vaatii ilmanpaineessa ja 100 °C:n lämpöisenä noin 1 600-kertaisen tilavuuden ja muodostaa silloin suuren paineen suljetussa astiassa. 1800-luvulla höyrykoneiden tehoa pyrittiin jatkuvasti parantamaan, mikä oli mahdollista nostamalla höyrynpainetta. Tämä taas johti toistuviin höyrykattiloiden räjähdyksiin. Vuosina 1870-1910 Yhdysvalloissa rekisteröitiin yli 10 000 höyrykattilaräjähdystä.[2] 1900-luvun alkupuolella höyrykattilaonnettomuuksista tuli harvinaisia terästen lujuuden kasvun, turvatekniikan ja suunnittelumenetelmien kehittymisen vuoksi. Vakuutusyhtiöt alkoivat vaatia jo 1800-luvulla varoventtiilejä höyrykattiloihin.
Rakenne
Yksinkertaisin höyrykattila jakaantuu seuraaviin osiin.
- ekonomaiseri eli eko.
- höyrystin
- tulistin
- palamisilman esilämmitin eli luvo
- tulipesä
Toimintaperiaate
Yksinkertaistettu voimalaitoshöyrykattilan toimintaperiaate on seuraava.
Höyrykattila
Kattilan tulipesässä poltetaan polttoainetta. Vapautunut lämpö siirretään veteen erilaisilla lämmönsiirtimillä. Kattilaan pumpattu syöttövesi lämmitetään ensin syöttöpainetta vastaavaan höyrystymislämpötilaan syöttöveden esilämmittimellä. Sitten kylläinen vesi johdetaan höyrystimeen, jossa se sitten höyrystyy kylläiseksi höyryksi. Voimalaitoskattiloissa kylläinen höyry vielä tulistetaan tulistimessa eli lämmitetään yli paineesta riippuvaisen höyrystymislämpötilan.
Muu prosessi
Tulistettu höyry johdetaan sitten höyryturbiiniin, joka pyörittää generaattoria, joka tuottaa sähkövirtaa. Turbiinista tuleva viilentynyt ja matalapaineinen höyry lauhdutetaan lauhduttimessa, jäähdytystornissa tai kaukolämmönvaihtimessa. Lauhde pumpataan syöttövesipumpuilla kattilan paineeseen ja syöttövesisäiliöön, josta edelleen syöttövedenesilämmittimeen.
Höyrykattiloiden jaottelu
Vesi-höyrypiirin mukaan
- Suurvesitilakattilat
- vesiputkikattilat
Tulipesän mukaan
- arinakattila
- kiertopetikattila
- leijupetikattila
Höyrykattilan käyttökohteet
- Sähköntuotanto voimalaitoksissa
- Lämmityshöyryn tuotanto teollisuusprosesseihin, esimerkiksi soodakattila
- Höyrylaiva
- Höyrykone
- höyryveturi
Lähteet
Aiheesta muualla
Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Höyrykattila Wikimedia Commonsissa
