K parnému kotlu treba pripojiť niekoľko rôznorodých prvkov, a to najmä z dôvodu zlepšenia:

  • prevádzky,
  • účinnosti,
  • bezpečnosti.

Aj keď druhá časť seriálu môže pomôcť pri zodpovedaní niektorých otázok k uvedenej téme, odporúčame vyhľadať podrobnejšie informácie v súvisiacich normách a predpisoch.

Riadenie kvality kotlovej vody

Udržiavanie kvality vody je základom bezpečnej a účinnej prevádzky parného kotla. Meranie a regulácia rôznych veličín je komplexný problém, ktorým sa zaoberá viacero predpisov. Preto sa jej tiež budeme venovať v ďalších odsekoch.

Riadenie TDS

Táto časť riadi celkové množstvo rozpustných pevných látok (Total Dissolved Solids – TDS) v kotlovej vode a niekedy sa označuje aj ako kontinuálny odluh. Pripojenie ku kotlu sa zvyčajne realizuje potrubím s rozmerom DN15 alebo 20. Systém môže byť ručný alebo automatický. Bez ohľadu na to, o ktorý z týchto systémov ide, TDS porovnáva vzorku vody z kotla s nastavenou žiadanou hodnotou. Ak je úroveň pevných látok (TDS) príliš vysoká, vypustí sa časť vody z kotla a nahradí sa napájacou vodou s podstatne nižšou hodnotou TDS. To spôsobí premiešanie vody v kotle a úroveň TDS sa zníži. Pri ručne riadenom systéme TDS možno odoberať vzorku vody počas každej zmeny. Typický príklad systému automatického riadenia TDS je na obr. 1.

Rekuperácia tepla z odluhu kotla

V predchádzajúcom odseku sme hovorili o potrebe udržania akceptovateľnej úrovne TDS a spôsobe, ako to možno dosiahnuť pomocou vypúšťania vody z kotla. Táto voda má však niekoľko vlastností:

  • je znečistená – to znamená, že nie je vhodná na žiadne iné aplikácie a môže vzniknúť aj problém s jej likvidáciou,
  • je horúca – to znamená, že časť vody sa pri atmosférickom tlaku premení na paru; opäť môže vzniknúť problém s jej likvidáciou, pretože môže ísť o značné množstvo takejto vody.

Systém na rekuperáciu tepla však môže väčšinu z týchto problémov vyriešiť.

Spätné získanie energie a využitie expandovanej pary

Expandovaná para sa uvoľňuje v expandéri. Expandér v podstate predstavuje priestor, kde je rýchlosť pohybu dostatočne nízka na to, aby sa horúca voda a expandovaná para vzájomne oddelili a aby bola následne para potrubím dopravená do tých častí prevádzky, kde sa bude spotrebovávať. Konštrukcia expandéra je dôležitá nielen z pohľadu schopnosti oddelenia pary od vody, ale expandér by mal byť skonštruovaný v súlade s medzinárodne uznávanými normami pre tlakové zásobníky.

Najbežnejším miestom použitia expandovanej pary je napájacia nádrž kotla, ktorá sa zvyčajne nachádza v jeho blízkosti. Teplota vody v napájacej nádrži je dôležitá. Ak je príliš nízka, bude potrebné použiť na odkysličenie vody chemikálie; ak je príliš vysoká, napájacie čerpadlo môže kavitovať. Je zrejmé, že ak rekuperácia tepla spôsobí enormný nárast teploty v napájacej nádrži, nie je vhodné prepustiť paru do nádrže. Možno využiť aj iné spôsoby, napr. ohrev napájacej vody na výtlačnej strane čerpadla napájacej vody alebo ohrev spaľovacieho vzduchu.

Na obr. 2 je znázornené jednoduché zapojenie, ktoré veľmi efektívnym spôsobom z hľadiska nákladov realizuje rekuperáciu 117 kW energie a 157 kg/h kvalitnej kotlovej vody, ktorá je drahá na úpravu.

Požadované zariadenia

Expandér – výrobcovia ponúkajú grafy na správne nadimenzovanie expandéra. Poznámka: rýchlosť prúdenia pary vo vrchnej časti expandéra by nemala byť vyššia ako 3 m/s.

Odvádzač kondenzátu na vyprázdnenie expandéra – pre túto aplikáciu je ideálny plavákový odvádzač, pretože odvedie zvyškový kondenzát okamžite, ako sa dostane do odvádzača. Expandér pracuje pri nízkom tlaku, takže teoreticky sa tam nenachádza žiadna energia; preto je nevyhnutné počítať s gravitáciou a s dostatočným hydrostatickým tlakom pred odvádzačom kondenzátu a vypúšťacím potrubím.

Poznámka: vzhľadom na nízky tlak bude odvádzač kondenzátu pomerne veľký. To má však dodatočnú výhodu, že je nepravdepodobné, aby bol zablokovaný nerozpustnými pevnými látkami vo zvyškovej odluhovanej vode. Expandér pracuje pri tlaku 0,2 barg, to znamená, že zvyškový odluhovaný kondenzát za odvádzačom kondenzátu má teplotu 105 °C. Túto energiu môžeme využiť na predohrev napájacej vody cez výmenník tepla a tým vychladiť odluh až na cca 20 °C (s možnosťou vypúšťania do kanalizácie). Niekedy sa pred odvádzače kondenzátu umiestňujú filtre; sitá filtra by nemali byť príliš malé.

Zavzdušňovací ventil – môžu nastať situácie, keď kotol netreba odluhovávať. V takomto prípade v expandéri skondenzuje zvyšková para a vytvorí sa podtlak. Ak sa tento podtlak neuvoľní, voda z napájacej nádrže sa môže pretláčať do prívodného potrubia. Ak potom kotol opäť otvorí odluhový ventil, táto voda bude tlačená cez potrubie veľkou rýchlosťou a môžu sa objaviť tlakové rázy. Privzdušnenie na odplynení zabezpečí proti tomu ochranu.

Prvky na distribúciu pary – zabezpečenie správnej distribúcie expandovanej pary do napájacej nádrže je dôležité preto, aby sa zabezpečila kondenzácia a rekuperácia tepla. Zariadenia, ktoré sú na to potrebné:

  •  atmosférické odplynenie,
  •  rozvod pary,
  •  parné injektory na vstrek pary pod hladinu.

Odkal

Nerozpustné pevné látky môžu byť v suspenzii dovtedy, kým bude voda v kotle v pohybe. Akonáhle sa ale tento pohyb zastaví, usadia sa tieto nerozpustné látky na dne kotla ako kal. Ak sa tento neodstráni, začne sa hromadiť a časom zabráni prestupu tepla zo žiarových rúrok kotla, ktoré sa môžu prehriať a zničiť. Na odstránenie kalu sa odporúča nainštalovať na spodok kotla relatívne veľký (od DN25 do DN50), kľúčom ovládaný ventil.

Cieľom je, aby mal kal dostatok času prerozdeliť sa tak, že je ho možné ešte odstrániť pri ďalšom odkaľovaní. Z tohto dôvodu je jeden 4-sekundový odkal počas každých 8 hodín podstatne účinnejší ako jeden 12-sekundový odkal počas prvej 8-hodinovej smeny a potom zvyšok dňa bez odkaľovania.

dkalená voda potom prichádza do tehlami lemovanej podzemnej vychladzovacej jamy alebo do železného odkaľovacieho zásobníka umiestneného na povrchu. Veľkosť zásobníka závisí od prietoku odkalenej vody a expandovanej pary, ktorá sa do zásobníka dostane po otvorení odpadového ventilu.
Na obr. 3 je zobrazený takýto ventil a na obr. 4 je zobrazený automatický odkaľovací ventil a jeho zvyčajná pozícia v rámci odkaľovacieho systému.

Na rýchlosť odkaľovania majú vplyv:

  • tlak v kotle,
  • veľkosť odkaľovacieho potrubia,
  • dĺžka odkaľovacieho potrubia medzi kotlom a odkaľovacím zásobníkom.

Z praktického hľadiska má byť dĺžka odkaľovacieho potrubia minimálne 7,5 m, pričom väčšina odkaľovacích zásobníkov je podľa toho aj dimenzovaná. Odkaľovacie potrubie bude obsahovať ohyby, spätné ventily a samotný odkaľovací ventil, pričom všetky tieto armatúry v ňom budú zvyšovať úbytok tlaku.

Pri výpočte tlakovej straty môžu byť tieto vradené odpory nahradené ekvivalentom dĺžkovej straty a pripočítané k celkovej dĺžke potrubia. Pokračovanie v ďalšom čísle.

Zdroj: The Steam and Condensate Loop Book. Spirax Sarco Inc. 2011. Citované 13. 1. 2014. ISBN 978-0-9550691-5-4.

www.spiraxsarco.sk