Komponenty

Spalovací zařízení a ohřev

Úkolem spalovacího zařízení je uhlík, vodík a eventuální síru, které jsou obsažené v palivu, zcela spálit na CO₂, H₂O a SO₂. Aby to mohlo probíhat pokud možno bez škodlivin, musí být především palivo a spalovací vzduch v čase a místě ve spalovacím prostoru k dispozici ve správném směšovacím poměru.

Pro žárotrubný kotel jsou k tomuto účelu používána téměř výhradně přetlaková spalovací zařízení. To znamená, že ventilátor spalovacího vzduchu musí dávat k dispozici přetlak odporu 5 ... ≤ 50 mbar způsobovaný kotlem a popř. následně zařazeným tepelným výměníkem. Ve spalovacím zařízení proto stále existuje malý přetlak.

Technické informace: Požadavky na hořáky dodávané zákazníkem

Paliva

Zemní plyn a topný olej jsou i nadále nejčastěji používanými palivy. Dle způsobu provozu parního kotle, potřebného výkonu nebo požadavků na emisní hodnoty přináší každé z těchto standardních paliv různé výhody a hodí se pro různé aplikace.

Kritéria pro volbu paliva mezi topným olejem a zemním plynem - více informací

Především pro spalování pokud možno bez škodlivin je rozhodující správná kombinace paliva a spalovacího vzduchu.

Vedle standardizovaných paliv mohou být používána v žárotrubném kotli i nejrůznější plynná a kapalná paliva. Druh paliva určuje realizaci - buď umožňuje jednoduchou realizaci, nebo to naopak vyžaduje větší vícenáklady. V každém případě by mělo být nasazení těchto paliv přesně posouzeno již ve fázi projektu, neboť to vyžaduje vedle zvýšených investic mimo jiné také přísný monitoring a údržbu v provozu.

Další paliva - více informací

Příklady mimořádných kapalných paliv:

• bionafta
• zvířecí tuk
• řepkový olej
• sojový olej
• palmový olej/ tuk

Příklady mimořádných plynných paliv:

• bioplyn
• bio zemní plyn
• kalový plyn
• plyn ze zplyňování biomasy
• zemní plyny bohaté na vodík

Spalování těchto paliv přitom může probíhat jako samostatné přídavné palivo, např. při použití dvoupalivového hořáku se zemním plynem a kapalným mimořádným palivem, nebo jako příměsné spalování, např. zemního plynu s bioplynem.

Varianty ventilátorů spalovacích zařízení

Monoblokový hořák

Monoblokový hořák v řezu (Weishaupt)

Jako monoblokové nebo ventilátorové hořáky označujeme spalovací systémy, u nichž je ventilátor spalovacího vzduchu přímo integrovaný v těle hořáku. Tento systém hořáků se hodí pro topný olej, plynná paliva a také jako kombinovaný systém, u něhož je možný jednoduchý přechod mezi spalováním plynu a oleje. Výhody monoblokových hořáků spočívají zejména v jejich kompaktní a tím i cenově příznivé konstrukci a v možnosti montáže přímo na kotel, čím se šetří místo. Monoblokové hořáky mohou být používány až do výkonu spalovacího zařízení zhruba 10 MW. Nehodí se však k použití pro předehřev vzduchu.

Spalovací zařízení pro kapalná paliva

Níže jsou popsány nejdůležitější pojmy a rozlišující znaky pro spalovací zařízení a nezbytné příslušenství.

Tlakový rozprašovač

Olejový hořák jako obrázek a znázorněn v řezu (Weishaupt)

Při rozprašování tlakem je olej veden tryskou a při výstupu do spalovacího prostoru se jemně rozpráší. Nezbytné vstupní tlaky v přívodu oleje se pohybují mezi 6 ... 30 bary. Při výstupu paprsku oleje z trysky se tvoří jemné kapičky oleje, které tvoří velký reakční průřez. Předpokladem pro to je, aby se viskozita paliva pohybovala v rozmezí 5 ... 8 mm²/s. Pokud tomu tak při dané prostorové teplotě není, musí být olej předehříván.

Regulace hořáku může probíhat různými způsoby. U stupňových hořáků je v hlavě hořáku namontováno několik trysek. Dle požadavku na výkon jsou přes aktivaci magnetických ventilů trysky spínány nebo vypínány. K dispozici jsou hořáky až se třemi tryskami.

K plynulé regulaci výkonu jsou používány hořáky s regulací množství paliva. Množství paliva přiváděné do spalovacího prostoru reguluje ventil na vratu topného oleje. Tento ventil je řízen v závislosti na poloze klapky spalovacího vzduchu.

Rotační rozprašovač

Napájení olejem

Olejový napájecí modul OSM

Olejový napájecí modul čerpá palivo ze skladovací olejové nádrže umístěné mimo kotelnu přes okružní potrubí k jednotlivým olejovým cirkulačním modulům, které zásobují každý olejový hořák jednotlivě.

Je předmontován jako jednotlivá nebo dvojitá stanice se 100 % rezervou pro jistotu zásobování i při výměně olejového filtru, se všemi armaturami v záchytné olejové vaně pro jednoduchou vestavbu do okružního potrubí.

Modul regulace tlaku oleje ORM

Regulační tlakový modul oleje slouží k nastavení konstantního tlaku oleje na vstupu do okružního potrubí. Skládá se z regulátoru tlaku oleje, předřazených a následných uzavíracích armatur, které umožňují demontáž regulátoru tlaku, ukazatele tlaku (PI) a bypassové armatury. Napojení se provádí vždy po posledním zaregulování k napájení hořáku.

Olejový cirkulační modul OCM

Olejový cirkulační modul upravuje kapalná paliva filtrováním a odlučováním vzduchu a eviduje průtok množství oleje. Je dimenzovaný na tlakové rozprašovací hořáky na lehký topný olej a těžký topný olej se systémem vratných trysek a je montován jako hotově předmontovaná jednotka k připojení včetně opláštění pro každý hořák do okružního vedení se vstupním tlakem ≥ 1,5 baru.

Modul obsahuje dvoukomorový zásobník oleje pro přímé napájení hořáku olejem a zachycování vratného množství z hořáku. Potrubí mohou být napojena přímo na olejové hadice hořáku.

Jsou zde obsaženy filtrační armatura (FI), měření množství oleje, uzavírací armatury, přetlaková pojistná armatura, odvzdušňovací uzavírací armatura, jakož i vypouštěcí armatura. Při provozu na těžký topný olej je přídavně umístěna pod plechovým opláštěním izolace.

Modul předehřevu oleje OPM

Pro středně lehké a těžké topné oleje jako palivo je nezbytný předehřev oleje, neboť tato paliva při okolní prostorové teplotě nevykazují vlastnosti tečení nezbytné pro rozprašování. Olej musí být předehříván, aby se snížila jeho viskozita. Dle značky hořáku a paliva je třeba předehřev na 100 ... 180 °C, aby bylo zaručeno bezpečné spalování.

Ohřev přitom probíhá přes tepelný výměník se svazkem trubek a může být provozován na páru nebo jako kombinovaný ohřev pára / elektrický proud. Je třeba dbát na to, aby byla všechna potrubí a armatury vybaveny doprovodným ohřevem. Ve stavu najíždění se olej nejprve nahřeje elektricky a v trvalém provozu zařízení se pak ohřívá na plynulou teplotu párou přes teplotní regulační ventil (TC). Modul je předmontovaný ve stavu hotovém k připojení včetně regulace ohřevu, tepelné izolace a všech armatur.

Spalovací zařízení na plynná paliva

Zemní plyn je dnes k dispozici ve většině lokalit a většinou jsou jeho dodávky cenově příznivější než dodávky oleje. Proto v posledních letech stále stoupal podíl plynových spalovacích zařízení.

Kritéria pro volbu paliva mezi topným olejem a zemním plynem - více informací

Vedle ekonomické výhody mluví pro plyn jako palivo další výhody:

• žádné skladování paliva
• menší znečišťování teplosměnných ploch
• méně náchylné na poruchy
• nižší emise NO_x a CO₂
• jednodušší využití kondenzační techniky

Napájení plynem

Systematické znázornění plynového spalovacího zařízení jako příklad (vysokotlaké napájení)

Plynová regulační řada GRM

Plynová regulační řada obsahuje všechna regulační a bezpečnostní zařízení, která jsou nezbytná pro bezpečný a bezporuchový provoz spalování. Především přívod plynu a vzduchu jsou přes elektronickou a pneumatickou spojitou regulaci nastaveny tak, že je ve všech bodech výkonu k dispozici správný poměr paliva/ vzduchu pro úplné, bezpečné a efektivní spalování ve spalovacím prostoru.

Regulátor plynu je namontovaný, aby nezávisle na měnících se vstupních tlacích zajišťoval konstantní tlak plynu na hořáku. Při změně tlaku plynu by se změnil poměr plynu/ vzduchu na hořáku a v důsledku toho by mohl nastat buď nestabilní plamen, nebo spalování se silnou tvorbou sazí a CO. Když může být jištěný vstupní tlak plynu větší než přípustný provozní přetlak komponentů plynové regulační řady, pak musí být bezpečnostní uzavírací ventil (SAV) a pojistný odpouštěcí ventil (SBV) nainstalovány před regulátorem.

Tlaková čidla monitorují minimální a maximální přípustný tlak plynu, pokud regulátor tlaku plynu vykazuje defekt. Při odstávce nebo při provětrání se nesmí do prostoru spalovacího zařízení dostat žádný plyn, neboť jinak může dojít k zahoření a výbuchu. Proto musí magnetické ventily v plynové regulační řadě bezpečně zavírat. Z bezpečnostních důvodů jsou plynové magnetické ventily ve zdvojeném provedení a v programu startu hořáku je před každým spuštěním hořáku kontrolováno, zda jsou ventily těsné (kontrola těsnosti plynu).

Ohřev spalinami

Teplo horkých spalin z předřazených procesů jako například kogenerace z kogeneračních jednotek nebo plynových turbín, průmyslových výrobních procesů z výroby zpracování kovů nebo termického využití surovin, se hodí k výrobě páry v žárotrubných kotlech.

Kogenerace - více informací

Možný parní výkon ze spalin se přitom v podstatě řídí dle tří kritérií:

• Teplotní hladiny, ve které jsou spaliny k dispozici
  Čím vyšší je teplotní hladina spalin, tím vyšší je dosažitelný parní výkon. Teplotní hladina může být až cca 300 °C u plynových mikroturbín, až zhruba 360 ... 550 °C u spalin z motorů nebo až do 1000°C u průmyslových procesů jako tavení nebo kování obrobků nebo z termického využití.
• Množství spalin a doby trvání, kdy jsou spaliny k dispozici
  Je třeba dbát na to, zda jsou spaliny k dispozici kontinuálně nebo pouze v určitých provozních časech. Přídavně je třeba respektovat množství spalin. Tak je u kogenerace s plynovou turbínou z důvodu vysokého přebytku vzduchu při spalování k dispozici až 5 krát více spalin než u spalovacího motoru o stejném elektrickém výkonu.
• Hladiny tlaku, na kterých může být pára dávána k dispozici
  Čím vyšší musí být hladina tlaku a tím i teplota syté páry v parním kotli, tím menší je disponibilní teplotní spád pro přenos tepla ze spalin na páru. Pro teploty spalin ≤ 330 °C se proto nejlépe hodí provozní přetlak < 5 barů. Při vyšších teplotách spalin může být realizován také odpovídajícím způsobem vyšší tlak páry.

Další rámcové parametry při volbě vhodného kotle jsou příslušný obsah síry, obsah pevných částic nebo ostatní korozivně působící substance, jako například obsah chloru ve spalinách.

Z důvodu četných možných variací odpadního tepla se zde vždy doporučuje provést podrobný inženýring parního zařízení na využití odpadního tepla, aby bylo dosaženo jeho optimálního využití.

Kogenerace se 4 tahovým spalinovým kotlem