Bosch Industrial Heat Konfigurovat nyní
Zvolit jazyk
  1. Účinnost
  2. Zvýšení účinnosti spalování
  3. Teplota spalin, resp. spalinová ztráta
Kontaktujte nás!

Teplota spalin, resp. spalinová ztráta

Ekonomizér

Teplota spalin na výstupu z kotle se běžně pohybuje zhruba okolo 60 K nad teplotou média, která je uvnitř parního kotle.

Obr. „Integrovaný ekonomizér na UL-S“

Při provozním přetlaku 10 bar, odpovídajícím teplotě syté páry 185 °C, je tedy teplota spalin zhruba na 245 °C. To odpovídá spalinovým ztrátám zhruba 11 %. Jak je znázorněno v grafickém přehledu (Obr. „Zisk účinnosti pro různé příklady velikosti ekonomizérů“), snižuje se poklesem teploty spalin vždy o 20 °C spalinová ztráta zhruba o 1 %, resp. účinnost kotle se odpovídajícím způsobem zvyšuje.

S použitím integrovaného nebo následně zařazeného ekonomizéru je možno teplotu spalin zchladit dle dimenzování ekonomizéru na 120 ... 140 °C a tak značně zredukovat spalinové ztráty. Spaliny přitom odevzdávají teplo do napájecí vody kotle vedené protiproudem. Teplo odebrané proudu spalin je do kotle přiváděno ohřátou napájecí vodou. Tím se technicky zvýší účinnost spalovacího zařízení o 5 ... 7 %.

Zjednodušené schéma parního kotlového zařízení s integrovaným ekonomizérem

Zjednodušené schéma parního kotlového zařízení s integrovaným ekonomizérem

Zisk účinnosti pro různé příklady velikosti ekonomizérů (vzestupně od 1 do 3)

Zisk účinnosti pro různé příklady velikosti ekonomizérů (vzestupně od 1 do 3)

ƞ

ECO 3
 

ECO 2
 

ECO 1
 

bez
     

tA

ECO 3
 

ECO 2
 

ECO 1
 

bez

Optimálního zisku účnnosti přitom dosahují neregulované ekonomizéry, neboť je při částečném výkonu disponibilní teplosměnná plocha optimálně využita ke zchlazení spalin.

Ekonomizér - více informací

Pokud ovšem musí být brán ohled na přípustnou minimální teplotu komína, mohou být ekonomizéry individuálně dimenzovány na různé vstupní a výstupní teploty.

Aby bylo na jedné straně dosaženo vysoké ekonomičnosti nízkou teplotou spalin a na druhé straně byla dodržena minimální přípustná teplota spalin pro komín, jsou nezbytnými komponenty kotle plynulá regulace napájecí vody a bypassová regulace na straně vody. Integrovaný ekonomizér dnes patří ke standardní výstroji parního kotle téměř ve všech případech aplikace. Většinou se amortizuje již za několik málo měsíců.

Kondenzační ekonomizér

Při využití spalného tepla je ze spalin částečně odebíráno nejen citelné teplo navázané na teplotu, ale i kondenzační teplo vázané ve vodní páře. Tak vzniká kapalný spalinový kondenzát, který musí být odveden ze spalinových cest, zneutralizován a vypuštěn do kanalizace.

Materiály odolné vůči korozi v tepelných výměnících, spalinové systémy nenáchylné na vlhkost a komíny z nerezové oceli to umožňují, aniž by to dlouhodobě způsobovalo poškození korozí.

Za správných rámcových podmínek je možné zlepšení účinnosti až o 7 %. Kondenzační ekonomizér je přitom vždy zařazen následně za suchým ekonomizérem na straně spalin.

V následujícím grafu je jako příklad znázorněna účinnost kotle přes výkon kotle.

Průběh účinnosti ve výkonu kotle s kotlem bez ekonomizéru, kotlem s ekonomizérem a s přídavným kondenzačním tepelným výměníkem

Průběh účinnosti ve výkonu kotle s kotlem bez ekonomizéru, kotlem s ekonomizérem a s přídavným kondenzačním tepelným výměníkem

Parní kotel s ekonomizérem
a s kondenzačním tepelným výměníkem

Parní kotel s ekonomizérem

Parní kotel bez ekonomizéru
Zjednodušené schéma parního kotlového zařízení s integrovaným ekonomizérem a následně zařazeným kondenzačním ekonomizérem

Zjednodušené schéma parního kotlového zařízení s integrovaným ekonomizérem a následně zařazeným kondenzačním ekonomizérem

Integrovaný ekonomizér (ocel)

Bypassová spalinová klapka

Kondenzační ekonomizér
(nerezová ocel)

Přídavná voda

Parní kotel

Komín

Modul tepelné úpravy
vody WSM-V

K ekonomickému provozu kondenzačního ekonomizéru je třeba dostatečně velký (> 30 % výkonu parního kotle) a chladný (teplota < 35 °C) proud vody, který slouží jako nízkoteplotní jímač tepla. Kromě toho by měl být k dispozici během provozu parního kotle.

U parních kotlových zařízení to může být přídavná voda k doplňování zásobníku napájecí vody.

Zvláště to platí pro zařízení, u nichž je přímým ohřevem páry získáváno zpět pouze velmi málo kondenzátu (< 50 % parního výkonu) nebo není získáván kodenzát žádný (např. při výrobě polystyrenu nebo chleba, jakož i u zvlhčování vzduchu nebo sušení). Přídavně musí být vždy vyrovnávány ztráty vody odluhem, odkalem, odvodňujícím odpařováním a netěsnostmi v parním systému.

Tato ztrátová množství jsou specificky dle daných zařízení velmi rozdílná. Mohou být daleko nad polovinou vyrobeného množství páry a musí tak být také nahrazena přídavnou vodou. Přídavná voda je po úpravě vody k dispozici většinou maximálně s 15 °C a hodí se velmi dobře k předehřevu v kondenzačním tepelném výměníku.

Nízká vstupní teplota vody umožňuje rozsáhlou kondenzaci spalin a tím i optimální využití spalného tepla. Při této aplikaci je v pravidelném provozu taktéž dán součinitel soudobosti mezi disponibilitou odpadního tepla a potřebou tepla, takže je užitku vždycky dosaženo.

U vysoké míry vratu kondenzátu je však potřebný objemový proud přídavné vody malý, takže není kondenzační ekonomizér vždy ekonomický.

Pokud je však k dispozici vhodný nízkoteplotní okruh vody, může být kondenzační technika přesto využita. Uvolněné kondenzační teplo může být používáno například k ohřevu užitkové vody, především v potravinářském průmyslu, nebo také k podpoře topení.

Na rozdíl od topných systémů budov s jasně definovatelnými systémovými a vratnými teplotami se v průmyslu najdou nejrůznější systémy aplikace páry a ohřevu. Tím si vzájemně konkurují nejrůznější systémy úspory energií a zpětného získávání tepla.

Aby bylo nalezeno nejekonomičtější řešení, je třeba řádná analýza všech zdrojů odpadního tepla a tepelných spotřebičů. Zejména k optimálnímu využití kondenzační techniky je nezbytná úzká součinnost mezi provozovatelem, projektantem a výrobcem kotle, aby bylo možno z celé řady možností vybrat ta nejefektivnější opatření.

Pokud by pro kondenzační teplo ve spalinách nebyl k dispozici žádný vhodný tepelný spotřebič, může být jako opatření ke zvýšení efektivity nasazen předehřev vzduchu popsaný v následující kapitole.

Předehřívák vzduchu

U nově zřizovaných zařízení s ekonomizérem se jako opatření ke zvýšení účinnosti nabízí i předehřívák vzduchu.

Přitom se spalovací vzduch ohřeje v tepelném výměníku předřazeném hořáku z okolní prostorové teploty až zhruba na 80 °C. Nyní proudí napájecí voda zchlazená na zhruba 65 °C druhou vložkou ekonomizéru, čímž se teplota spalin sníží přibližně na 80 °C.

Bosch nabízí systémy předehřevu vzduchu pro jednoplamencové a dvouplamencové kotle s hořáky Duoblock. Protože je hořák speciálně dimenzovaný a musí být zohledněny náklady na instalaci tepelných výměníků spalovacího vzduchu, přídavný ekonomizér a potrubí, je předehřev vzduchu ekonomicky velmi zajímavý buď při vysokých provozních hodinách zhruba 4000 h/ rok při plném výkonu nebo od výkonů kotle zhruba 5 tun páry/ hodinu. Doba amortizace vícenákladů předehřevu vzduchu pak často činí pouze 1,5 ... 2 roky. Ale také dovybavení stávajících zařízení je při vysokých ročních provozních hodinách zhruba 6 000 h/rok většinou ekonomicky smysluplné.

Luftvorwärmer

Předehřívák vzduchu

Předehřev spalovacího vzduchu u parního kotle dle patentu Bosch

Předehřev spalovacího vzduchu u parního kotle dle patentu Bosch

Parní kotel

Tepelný výměník spalovacího vzduchu

Ventilátor

Spalovací vzduch

Spalinový tepelný výměník stupeň 1

Spalinový tepelný výměník stupeň 2

3-cestný ventil

Napájecí voda

Komín

Regulátor teploty (TIC)

Chladič napájecí vody

Rozhodující veličinou pro účinnost spalovacího zařízení na parním kotli bez kondenzace spalin je teplota spalin. Napájecí voda použitá v ekonomizéru ke zchlazení spalin však u zařízení s termickým odplyněním není chladnější než 103 °C. Tím může být teplota spalin v ekonomizéru ekonomicky zchlazena pouze zhruba na 120 °C.

Modul chlazení napájecí vody

Modul chlazení napájecí vody

Modul chlazení napájecí vody

Modul chlazení napájecí vody

Modul chlazení napájecí vody

Ekonomizér

Parní kotel

Modul tepelné úpravy vody

Přídavná voda

3-cestný ventil

Když však bude v celkovém zařízení tepelný spotřebič s teplotní hladinou pod 100 °C, jako např. ohřev přídavné vody parního kotlového zařízení, vytápění budovy nebo ohřev užitkové vody, pak je možné zredukovat teplotu napájecí vody ze 103 °C až na 65 °C pomocí jednoduchého a cenově příznivého deskového tepelného výměníku. Bez přídavné investice do ekonomizéru je tak nyní možné díky většímu rozptylu mezi teplotou spalin a teplotou napájecí vody i spaliny zchladit dále zhruba na 85 °C. Tím se zvýší účinnost spalovacího zařízení a je možné dosáhnout úspor paliva ve výši až 1,8 %.

Toto opatření ke zvýšení efektivity může být také realizováno pro stávající zařízení jako dovybavení s relativně nízkými investičními náklady.

Shrnutí

Optimalizovat snížení spalinových ztrát je prvořadým úkolem při plánování a také při provozu parních kotlových zařízení. Přitom se často klade otázka:

Jaká opatření nebo kombinace opatření vedou ke zpětnému získávání tepla?

V následujícím diagramu jsou jako příklad znázorněna opatření na redukci spalinových ztrát na parním kotli, která byla v předchozích odstavcích popsána.

Nejvhodnější technologie pro optimální ekonomičnost parního kotlového zařízení je závislá na příslušném konkrétním případě aplikace. Pro volbu opatření na zvýšení účinnosti jsou rozhodující zejména „velikost“ a teplotní úroveň nízkoteplotního jímače tepla.

Příklad:

  

Míra kondenzátu

c = ṁKo / ṁD

Míra přídavné vody

z = 1 – c

UL-S

10 000 x 16

Parní výkon zařízení

10 000 kg/h při pm = 13 bar

Míra odluhu

5 %

Případ

Komponent

Účinnost
   

Komponenty

Celkem

1

Kotel

88,9 %

---

2

Kotel + ekonomizér

88,9 % + 6,5 %

95,4 %

3

Kotel + ekonomizér + kondenzační ekonomizér
(se z = 0,3 / α = 12 %)

88,9 % + 6,5 % + 2,8 %

98,2 %

4

Kotel + ekonomizér + kondenzační ekonomizér
(se z = 0,5 / α = 20 %)

88,9 % + 6,5 % + 3,8 %

99,2 %

5

Kotel + ekonomizér + kondenzační ekonomizér
(se z = 1 / α = 34 %)

88,9 % + 6,5 % + 7,6 %

100,9 %

6

Kotel + ekonomizér + předehřev vzduchu
(20 °C auf 65 °C)

88,9 % + 6,5 % + 1,7 %

97,1 %

7

Kotel + ekonomizér + chlazení napájecí vody
(se z = 0,3)

88,9 % + 6,5 % + 0,6 %

96,0 %

Příklady pro kombinaci opatření k nejlepšímu zpětnému získávání tepla

Jímače používané pro kondenzační tepelný výměník jsou zpravidla přídavná voda pro výrobu páry, podporu topení nebo ohřev užitkové vody. Totéž platí pro chladič napájecí vody, který je vysoce příznivou alternativou ke kondenzačnímu ekonomizéru obzvláště tehdy, když je proud vody, který má být ohříván, relativně malý nebo jako v případě topení, kdy teplo nemůže být využíváno kontinuálně po celý rok.

Pokud není žádný jímač tepla k dispozici (nebo je k dispozici pouze časově velmi kolísavý jímač), je smysluplné použití předehřevu vzduchu.

Diagram teploty a účinnosti u parních kotlových zařízení s opatřeními na zvýšení účinnosti

Diagram teploty a účinnosti u parních kotlových zařízení s opatřeními na zvýšení účinnosti

Kotel (není znázorněno)

      

Kotel + ekonomizér + kondenzační ekonomizér
(se z = 1 / α = 34 %)

Kotel + ekonomizér

  

Kotel + ekonomizér + předehřev vzduchu (20 °C auf 65 °C)

Kotel + ekonomizér + kondenzační ekonomizér
(se z = 0,3 / α = 12 %)

  

Kotel + ekonomizér + chlazení napájecí vody
(se z = 0,3)

Kotel + ekonomizér + kondenzační ekonomizér
(se z = 0,5 / α = 20 %)