mini|desno|300px|Cilindrični Lancashire kotao je vrsta vatrocijevnog kotla koja ima dva paralelna ložišta, tj. dvije cijevi po dužini kotla, a koristio se polovinom 19 stoljeća. 300px|mini|desno|Glavni dijelovi generatora pare koji koristi ugljen kao gorivo. 300px|mini|desno|Prikaz dvodomnog vodocijevnog kotla (gore je parni bubanj a dolje je vodni bubanj) s prirodnim kruženjem vode (cirkulacijom). mini|300px|desno|Parni bubanj vodocijevnog kotla težak 270 tona i snage 650 MW. mini|300px|desno|Postavljanje snopa isparivačkih cijevi generatora pare. mini|300px|desno|Trodomni vodocijevni kotao s tri doma (gore je parni bubanj a dolje su dva vodna bubnja) i prirodnim kruženjem vode. mini|300px|desno|Vodocijevni kotao s jednim domom (parni bubanj) i prirodnim kruženjem vode. mini|300px|desno|Prikaz rada vatrocijevnog kotla parne lokomotive. mini|300px|desno|Škotski kotao. mini|300px|desno|Sekcijski generator pare tvrtke "Babcock & Wilcox". mini|300px|desno|Trodomni generator pare tvrtke "Yarrow", gore je parni bubanj a dolje su dva vodna bubnja i s prirodnim kruženjem vode. mini|300px|desno|Pregrijač pare kod parne lokomotive. mini|300px|desno|Vodocijevni kotao s jednim parnim bubnjem i prirodnim kruženjem vode (cirkulacijom). mini|300px|desno|Vodocijevni kotao s prisilnim kruženjem vode. mini|desno|300px|Napojna pumpa generatora pare.
Generator pare ili parni kotao je kotao koji služi za proizvodnju vodene pare određenog tlaka i temperature, koja služi kao radni fluid za pogon parnih turbina (za proizvodnju električne energije u termoelektranama, za pogon velikih brodova, za pogon parnih lokomotiva i drugo), te za prijenos toplinske energije za razne pomoćne uređaje (za grijanje na primjer). Današnjim konstrukcijama primjereniji je naziv generatori pare (posebno ako para ima veći tlak od 22 bara) umjesto parni kotlovi. "Projektiranje termoenergetskih postrojenja", Prof. dr. sc. Z. Prelec, www.riteh.uniri.hr, 2013.
Glavni dijelovi generatora pare Glavni sastavni dijelovi generatora pare su ložište, ogrjevne površine, tlačni dijelovi, priključci za cijevi i ventili, sustav za kontrolu i automatsku regulaciju, nosiva čelična konstrukcija, ozid i toplinska izolacija te pomoćni uređaji.
Ložište generatora pare Ložište je prostor u kojemu se zbiva izgaranje (gorenje) ili pretvorba kemijske energije goriva u toplinsku energiju dimnih plinova. Veličina i oblik ložišta ovise o učinku (kapacitetu) generatora pare, vrsti goriva i o načinu izgaranja. Ložište je obloženo snopom isparivačkih cijevi na koje se prijelaz topline vrši uglavnom zračenjem.
Ogrjevne površine generatora pare Ogrjevne površine generatora pare su : Isparivač ili točnije rečeno snop isparivačkih cijevi su ogrjevne površine u kojima se vrši isparavanje vode. Prijelaz topline se vrši zračenjem i konvekcijom; Pregrijač pare i međupregrijač pare su površine u kojima se vrši pregrijavanje vodene pare na potrebnu radnu temperaturu i tlak. To su toplinski najopterećeniji dijelovi generatora pare. Prijelaz topline se vrši konvekcijom i zračenjem dimnih plinova. Podgrijač pare se ugrađuje samo u slučaju ako parna turbina ima visokotlačni i niskotlačni dio, te se vodena para nakon izlaza iz visokotlačnog dijela parne turbine vraća nazad u generator pare na podgrijavanje, pa se ponovno vraća u niskotlačni dio parne turbine sa svrhom da se poveća stupanj iskorištenja cjelokupnog sustava ; Zagrijač vode ili ekonomajzer je ogrjevna površina u kojem se vrši zagrijavanje napojne vode prije ulaza u parni bubanj (ili u vodeni bubanj kod dvodomnih vodocijevnih kotlova), odnosno u isparivački dio generatora pare. Izlazna temperatura napojne vode iz zagrijača napojne vode je najčešće 20 do 60 °C ispod temperature isparavanja. Prijelaz topline je uglavnom konvekcijom, a malim dijelom zračenjem dimnih plinova. Predgrijač zraka ili zagrijač zraka je ogrjevna površina u kojem se vrši zagrijavanje okolnog zraka, putem dimnih plinova, prije ulaska u ložište. Najčešće su to zadnje ogrjevne površine, odnosno na izlaznom dijelu dimnih plinova iz generatora pare. Zagrijač zraka mogu biti rekuperativni (pločasti, glatkocijevni, rebrasti) ili regenerativni (rotacijski).
Tlačni dijelovi generatora pare Tlačni dijelovi generatora pare su dijelovi u kojima se nalazi radni fluid (napojna voda ili vodena para) pod tlakom koji je veći od atmosferskog tlaka (prema ASME standardu tlakom većim od 3,5 bara), a to su parni bubanj, vodni bubanj, komore, dijelovi isparivačkih cijevi, pregrijač pare, međupregrijač pare, podgrijač pare, zagrijač vode, sabirnici vode ili pare.
Priključci za cijevi i ventili generatora pare Priključci za cijevi i ventili (armatura) su zaporni ventili i priključci, sigurnosni ventili i priključci, mjerni priključci, regulacijski ventili i priključci.
Sustav za kontrolu i automatsku regulaciju generatora pare Namjena postrojenja za proizvodnju pare je da u skladu s trenutnim potrebama potrošača proizvodi vodenu paru određenog tlaka i temperature. Kod današnjih postrojenja velikog učinka, s naglim promjenama pogonskih uvjeta, takvim se zahtjevima ne može udovoljiti ručnim podešavanjem, već samo automatizacijom pogona generatora pare. Zato je automatska regulacija bitan čimbenik u radu generatora pare. Automatika parnih energetskih postrojenja vrlo je složeno područje, ali se u osnovi sastoji od 3 glavna i međusobno povezana sustava: regulacija opterećenja, regulacija napajanja i regulacija temperature pregrijanja.
Nosiva čelična konstrukcija generatora pare Nosiva čelična konstrukcija generatora pare se uglavnom izrađuje od konstrukcijskog čelika. Konstrukcijski čelik je ugljični čelik (obični ili plemeniti) s udjelom ugljika manjim od 0,6% (maseni udio) ili legirani čelik (uglavnom s manganom, silicijem, kromom, niklom, volframom). Razlikuju se obični (ugljični ili niskolegirani) čelici za opću masovnu upotrebu i plemeniti (rafinirani) ugljični ili legirani čelici za dijelove s većim zahtjevima (dijelovi strojeva itd.). S obzirom na mehanička svojstva, konstrukcijski čelici moraju imati visoku granicu razvlačenja, dovoljnu plastičnu deformabilnost (radi izbjegavanja pojave krhkog loma), visoku granicu puzanja i čvrstoću pri povišenim temperaturama, te zadovoljavajuću žilavost i dinamičku izdržljivost. Pored toga, konstrukcijski čelici moraju biti otporni na trošenje i koroziju, te obradivi odvajanjem čestica (rezanje), zavarljivi, skloni hladnom oblikovanju (savijanje, štancanje, duboko vučenje) itd.
Vatrostalni ozid i toplinska izolacija Vatrostalni ozid i toplinska izolacija generatora pare sprječavaju prodor vanjskog zraka u ložište i snop isparivačkih cijevi, te dopuštaju minimalne toplinske gubitke. Vatrostalni i izolacijski materijal odabire se na osnovi toplinskih i mehaničkih naprezanja koja se javljaju zbog temperaturnih stanja u pojedinim područjima generatora pare. Postoje dvije izvedbe generatora pare (kad je u pitanju toplinska izolacija ili ozid): normalna i laka izvedba. Normalna izvedba je ozid koji se sastoji od vatrostalnih (šamotnih) opeka normalnih i posebnih oblika i vatrostalnih (šamotnih) svodova. Između sloja vatrostalne opeke i vanjskog ozida (strojna građevinska opeka) često se nalazi toplinski izolacijski međusloj.
Izvedba toplinske izolacije primjenjuje se u suvremenim kotlovima većeg učina gdje su stijene ložišta potpuno pokrivene ogrjevnim površinama izvedenih od cijevi zavarenih u jednom bloku. Iza takvih cijevnih stijena u bloku (snop isparivačkih cijevi) smješten je sloj izolacijskog materijala (staklena ili mineralna vuna), dok je s vanjske strane generator pare kao cjelina pokriven limenom oplatom.
Pomoćni uređaji generator pare Pomoćni uređaji mogu biti sustav za dovod i pripremu napojne vode, sustav za dovod i pripremu goriva, sustav za dovod zraka i odvod dimnih plinova, te drugi.
Podjela generatora pare Prema radnom fluidu koji prolazi kroz cijevi generatori pare mogu biti: vodocijevni generatori pare i vatrocijevni ili dimnocijevni generatori pare. Prema načinu dovođenja toplinske energije generatori pare mogu biti: generatori pare s ložištem, generatori pare na ispušne dimne plinove iz motora ili utilizatori, nuklearni generatori pare. Prema konstrukcijskom obliku tlačnih dijelova generatori pare mogu biti: cilindrični generatori pare, sekcijski generatori pare, kosocijevni generatori pare, strmocijevni generatori pare, kutnocijevni generatori pare, generatori pare s jednim parnim bubnjem (jednodomni generatori pare) generatori pare s više parnih bubnjeva (višedomni generatori pare) i drugi. Prema vrsti provjetravanja (ventilacija) generatori pare mogu biti: generatori pare s prirodnim provjetravanjem, generatori pare s prisilnim (tlačnim ili isisnim) provjetravanjem, generatori pare s kombiniranim provjetravanjem. Prema vrsti kruženja (cirkulacije) napojne vode generatori pare mogu biti: generatori pare s prirodnim kruženjem napojne vode, generatori pare s prisilnim kruženjem napojne vode (optočno ili protočno kruženjem).
Vatrocijevni kotlovi
Vatrocijevni ili dimnocijevni kotlovi su kotlovi u kojima u cijevi ili cijevima struje vrući plinovi izgaranja. Vatrocijevni kotao je prvi proizveden, te je imao vrlo široku primjenu tijekom industrijske revolucije. Ovaj tip kotla ugrađivao se na sve parne lokomotive, a vrlo široku primjenu je imao i na brodovima. Danas, oni imaju primjenu uglavnom kao niskotlačni kotlovi, u sustavima grijanja ili kao pomoćni kotlovi u većim postrojenjima. U upotrebi kod nas se uvriježio naziv Škotski kotao za sve tipove vatrocijevnih kotlova, iako je Škotski kotao samo jedna od izvedbi vatrocijevnog kotla.
Vodocijevni kotlovi
Vodocijevni kotao je vrsta kotla kod kojeg voda kruži unutar cijevi, a oko cijevi struje dimni plinovi ili su pak cijevi izložene vatri. Vodocijevni kotao je kotao koji se danas upotrebljava kod većine zahtijevnijih parnih postrojenja, s većim tlakovima i sustavom pregrijane pare. Konstrukcija ovog tipa kotla je složenija od vatrocjevne, te se uglavnom ne upotrebljava za male veličine kotlova.
Cilindrični generatori pare
Cilindrični generatori pare najstarije su konstrukcije parnih kotlova, a uglavnom su se koristili za brodske uvjete rada. Izvedbe su im bile uglavnom vatrocijevne ili kombinirane (vatrocijevne / vodocijevne). Osnovni im je nedostatak velik sadržaj vode, zbog čega su predstavljali znatnu opasnost od eksplozije, jer se naglo mogla osloboditi velika količina akumulirane topline. Osim toga, sporo su se dovodili pod radni tlak koji zbog konstrukcije nije mogao biti visok, obično je bio manji od 15 bara, a imali su i prilično loše kruženje vode. Konstrukcija im je masivna, kruta i glomazna. Ali prednost je bila da su manje bili osjetljivi na kakvoću vode, bili su jednostavni i elastični kod naglih promjena opterećenja. U početku su bili loženi kvalitetnim vrstama ugljena, a kasnije su izvedbe prilagođene korištenju tekućeg goriva. Temperature pregrijanja bile su u granicama od 250 do 300 °C (najviše 350 °C).
Sekcijski generatori pare Prvi i glavni proizvođač ovakvih konstrukcija bila je tvrtka “Babcock & Wilcox”, a najveći broj ih je izgrađen između Prvog i Drugog svjetskog rata. Danas se još primjenjuju, ali se takvi, kao nove jedinice, više ne izrađuju. Učinak im je bio od 3 do 10 kg/s pregrijane pare, radni tlakovi od 10 do 50 bara i temperature pregrijanja od 300 do 475 °C. Najčešće su se dvije ili četiri takve zrcalno simetrične jedinice ugrađivale na trgovačkim i putničkim brodovima, dok su se za ratne brodove rjeđe upotrebljavali. Prednost im je jednostavnost konstrukcije, pouzdanost u pogonu, te pristupačnost za pregled i održavanje. Nedostatak im je prilično velika masa ugrađenog materijala, osjetljivost na poremećaje u protoku vode prilikom promjena opterećenja i osjetljivost kod kretanja u pogon zbog neravnomjernih toplinskih istezanja (dilatacija) različitih materijala, zbog čega je potrebno postupno i duže zagrijavanje.
Trodomni generatori pare