Odborná informace. Využití spalného tepla



Podobné dokumenty
Odborná informace. Zásady pro optimální projektování průmyslových kotlů

Projekční podklady. Dimenzování a návrh spalinové cesty kaskádových kotelen s kotli Logamax plus GB112-24/29/43/60

MGM-I AUTOMATICKÉ TEPLOVODNÍ KOTLE

NA FOSILNÍ PALIVA: pevná, plynná, kapalná NA FYTOMASU: dřevo, rostliny, brikety, peletky. SPALOVÁNÍ: chemická reakce k získání tepla

ODBORNÉ VZDĚLÁVÁNÍ ÚŘEDNÍKŮ PRO VÝKON STÁTNÍ SPRÁVY OCHRANY OVZDUŠÍ V ČESKÉ REPUBLICE. Spalování paliv - Kotle Ing. Jan Andreovský Ph.D.

THM AUTOMATICKÉ PARNÍ STŘEDOTLAKÉ KOTLE

TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV

PARNÍ KOTEL, JEHO FUNKCE A ZAČLENĚNÍ V PROCESU ENERGETICKÉHO VYUŽITÍ PRŮMYSLOVÝCH A KOMUNÁLNÍCH ODPADŮ

1 Typy BK 20 BK 250 BK 30 BK 50. Typ BK 20 BK 250 BK 100 BK 70. Typ. kw bar l mm Ø mm max. C % % mm mm mm kg

Mittel- und Großkesselsysteme

Tematické okruhy z předmětu Vytápění a vzduchotechnika obor Technická zařízení budov

DÁLKOVÉ VYTÁPĚNÍ =DISTRICT HEATING, = SZT SYSTÉM ZÁSOBOVÁNÍ TEPLEM = CZT CENTRALIZOVANÉ ZÁSOBOVÁNÍ TEPLEM

EU peníze středním školám digitální učební materiál

VIESMANN VITOCROSSAL 300 Plynové kondenzační kotle 26 až 60 kw

Technická dokumentace Kotle středních a vyšších výkonů řady GKS

Závěsné kondenzační kotle

ZDROJE TEPLA Rozdělení Jako zdroj tepla může být navržena kotelna, CZT (centrální zásobování teplem) nebo netradiční zdroj (tepelné čerpadlo,

PRODUKT POPIS PARAMETRY. Napájecí modul Kondenzátní modul Chemická úprava vody Expandér odluhu a odkalu Parní/ teplovodní rozdělovač/ sběrač atd.

Závěsné kondenzační kotle

Město Příbram rekonstrukce kulturního domu

Univerzální středotlaké parní kotle KU

ZDROJE TEPLA Rozdělení Jako zdroj tepla může být navržena kotelna, CZT (centrální zásobování teplem) nebo netradiční zdroj (tepelné čerpadlo,

CENTRÁLNÍ ZÁSOBOVÁNÍ TEPLEM VE ZLÍNĚ

DÁLKOVÉ VYTÁPĚNÍ (DISTRICT HEATING, CZT CENTRALIZOVAN ZÁSOBOVÁNÍ TEPLEM)

Závěsné kotle. Modul: Kondenzační kotle. Verze: 02 VU 466/4-5, VU 656/4-5 ecotec plus 02-Z2

& S modulovaným plynovým hořákem MatriX compact pro obzvláště

ZPRÁVA O KONTROLE KOTLŮ A ROZVODŮ TEPELNÉ ENERGIE

THP-IN AUTOMATICKÉ TEPLOVODNÍ KOTLE

VIESMANN. List technických údajů VITOMAX 300 LT. Teplovodní kotel pro přípust. výstupní teplotu do 120 C 1,86 až 5,90 MW

1/62 Zdroje tepla pro CZT

Schéma výtopny. Kotel, jeho funkce a začlenění v oběhu výtopny. Hořáky na spalování plynu. Skupinový atmosférický hořák teplovodního kotle

Zapojení špičkových kotlů. Obecné doporučení Typy turbín pro parní teplárny. Schémata tepláren s protitlakými turbínami

Stacionární kondenzační kotel s vestavěným zásobníkem

Plynové kotle.

Základní analýza energetického monitoru

Stacionární kondenzační kotle s vestavěným zásobníkem. Proč Vaillant? Tradice, kvalita, inovace, technická podpora.

Stacionární kondenzační kotle s vestavěným zásobníkem Stacionární kondenzační kotel s vestavěným solárním zásobníkem

Větrání plynových kotelen. Komíny a kouřovody. 8. přednáška

FLUIDNÍ KOTLE. Fluidní kotel na biomasu(parní) parní výkon t/h tlak páry 1,4 10 MPa teplota páry C. Fluidní kotel

Projekční podklady. Teplovodní kotle Logano S825L a S825L LN a plynové kondenzační kotle Logano plus SB825L a SB825L LN. Teplo je náš živel

ČESKÁ TECHNICKÁ NORMA

14 Komíny a kouřovody

Tepelné čerpadlo vzduch. voda

Spalovací vzduch a větrání pro plynové spotřebiče typu B

Prezentace společnosti VENTOS s.r.o.

VIESMANN VITOCROSSAL 300 Plynový kondenzační kotel 800 až 1000 kw

TECHNICKÁ ZPRÁVA VÝMĚNA TEPLOVODNÍHO KOTLE K2 VČETNĚ HOŘÁKU ÚSTŘEDNÍ VYTÁPĚNÍ-KOTELNA

AQUAKOND AKY ZÁVĚSNÉ KOTLE PRO NÁROČNÉ INSTALACE. až 100 Kw PROČ ZVOLIT AQUAKOND AKY KONDENZAČNÍ KOTLE

Technická směrnice č Teplovodní kotle průtočné na plynná paliva do výkonu 70 kw

Topení a chlazení pomocí tepla z odpadní vody - HUBER ThermWin

THERM 20, 28 CXE.AA, LXZE.A

THERM 28 KD.A, KDZ.A, KDC.A, KDZ5.A, KDZ10.A

THERM PRO 14 KX.A, XZ.A

Příl.2 VZOR Zpráva o jednorázové kontrole kotlů s návrhy na opatření

Závěsné kotle. Modul: Kondenzační kotle. Verze: 03 VU 156/5-7, 216/5-7, 276/5-7 ecotec exclusive 03-Z2

THERM 14 KD.A, KDZ.A, KDZ5.A

Technická data. Technická data. Technická data

NÍZKÝ KOTEL 5 EMISÍ TŘÍDY S AUTOMATICKÝM PODÁVÁNÍM UHLÍ

NOVINKA. energeticky úsporné čerpadlo vestavěná ekvitermní regulace plynulá regulace výkonu snadné a intuitivní ovládání

- kondenzační kotel pro vytápění a přípravu teplé vody v externím zásobníku, provedení turbo

KONTROLA KOTLŮ A ROZVODŮ TEPELNÉ ENERGIE

Produktová informace. Stacionární kondenzační kotel WOLF MGK-2-800, 1000

KOTLE NA BIOMASU DUAL THERM

konferenci CEEERES 2008 dne

Zpráva o kontrole kotle a vnitřních rozvodů tepla

NÁVOD K OBSLUZE A INSTALACI

Kotel je vybaven dvoustupňovým oběhovým čerpadlem s rychloodvzdušňovačem,

Nová generace plynových kondenzačních kotlů s technologií BlueStream. Efektivní řešení zítřka

Normování spotřeby paliv a energie v parních výrobnách

ENERGETIKA TŘINEC, a.s. Horní Lomná

Přehled komínových systémů

NÁVOD K OBSLUZE A INSTALACI

Technické údaje LA 60TUR+

TEPELNÉ ČERPADLO THERMA V VZDUCH / VODA

Tepelné čerpadlo Excellence pro komfortní a úsporný dům

THS - P TH, s.r.o. Tepelná technika Teplo-Hospodárnost 2-3/THS-P-1

Spalování zemního plynu

PEVNÁ PALIVA. Základní dělení: Složení paliva: Fosilní-jedná se o nerostnou surovinu u našich výrobků se týká jen hnědouhelné brikety

TEPELNÁ ČERPADLA VZUCH - VODA

VIESMANN. VITOMAX 100-LW Nízkotlaké teplovodní kotle pro výstupní teploty do 110 C Jmenovitý tepelný výkon 0,65 až 6,0 MW. List technických údajů

THERM 17 KD.A, KDZ.A, KDZ5.A, KDZ10.A

Systémem Pro E. Kotel má následující charakteristické vlastnosti: - NO X

THERM 24 KDN, KDZN, KDCN

PROGRAM REKUPERACE. Tabulky Úspora emise znečišťujících látek při využití rekuperace...4 Úspora emisí skleníkových plynů při využití rekuperace...

V zimě teplo a v létě chlad ze vzduchu! Teplo je náš živel. Tepelná čerpadla vzduch-voda splitové provedení. Logatherm WPLS Comfort

Kompaktní kompresorové chladiče

ČR Hoval ThermoCondensor VR

Vzdělávání energetického specialisty. prof. Ing. Ingrid Šenitková, CSc.

TEPELNÁ ČERPADLA VZDUCH/VODA WPL 20/26 AZ POPIS PŘÍSTROJE, FUNKCE

TECHNICKÁ ZPRÁVA OPRAVA PLYNOVÉ KOTELNY ZŠ NÁM. MÍRU - BRNO. Datum: 07/2015 PROJEKCE TZB A ENERGETIKY TECHNOLOGICKÁ ČÁST

PREZENTACE

TEPELNÁ ČERPADLA VZUCH - VODA

Katalog typových návrhů úsporných opatření v energetickém auditu

REGOMAT E W 5/4 Návod na instalaci a použití ČERPADLOVÁ SKUPINA REGOMAT E W 5/4 s YONOS PARA 25/7.5 pro otopné systémy REGOMAT E W 5/4

NÁVOD K OBSLUZE A INSTALACI

THERM PRO 14 KX.A, X.A, XZ.A THERM PRO 14 TKX.A, TX.A, TXZ.A

NÁVOD K OBSLUZE A INSTALACI

Aqua kondenzační systém a optimalizace ohřevu užitkové vody

KEY PERFORMANCE INDICATORS (KPI)

THERM 20 LXZE.A 5, TLXZE.A 5 THERM 28 LXZE5.A, TLXZE5.A THERM 28 LXZE10.A, TLXZE10.A

Transkript:

Odborná informace Dipl.-Ing. Matthias Raisch, Bosch Industriekessel GmbH Využití spalného tepla Provozovatelé parních a horkovodních kotelních zařízení mohou při použití dostupné a osvědčené kondenzační techniky snížit své provozní náklady a docílit navíc významného přínosu k omezení emisí CO 2 a k ochraně životního prostředí. Při soustavném využívání kondenzační techniky se vícenáklady amortizují za méně než dva roky. Výhřevnost, spalné teplo a kondenzační teplo Výhřevnost ( dolní výhřevnost ; Hu nebo Hi) je energie, která se uvolní při úplném spálení paliva, když se spaliny ochladí při konstantním tlaku až na vztažnou teplotu. Vodní pára, která vzniká při spalování, zůstává při tom v plynném stavu. Výhřevnost uvolňuje při tom jen citelné teplo obsažené ve spalinách, ne však teplo vázané ve vodní páře. Výpočet účinnosti se provádí ve vztahu na výhřevnost paliva, protože v dřívějších dobách bylo zcela nezbytné vypouštět vodní páru v plynném stavu v důsledku vysokých teplot spalin. Tím se předcházelo kondenzaci spalin a možné korozi kotle, resp. systému odvádění spalin nebo zanášení komína sazemi. Spalné teplo ( horní výhřevnost ; Ho nebo Hs) je energie, která se uvolňuje při úplném spálení paliva, když se spaliny ochladí při konstantním tlaku až na vztažnou teplotu. Spalné teplo obsahuje navíc energii uvolněnou při kondenzaci vodní páry, obsažené ve spalinách, tzv. kondenzační teplo. Základy využívání spalného tepla Energii obsaženou ve vodní páře spalin lze dnes využívat pomocí kondenzační techniky. Konstrukční materiály výměníků tepla, které jsou odolné vůči korozi, systémy odvádění spalin a komíny odolné vůči vlhkosti umožňují dlouhodobý provoz, aniž by došlo ke škodám na zařízení. Pro využití spalného tepla je zapotřebí odejmout spalinám nejen citelné teplo, nýbrž částečně také ve vodní páře vázané kondenzační teplo.

2 Odborná informace Změny trendů v používání paliv zvýhodnily kondenzační techniku Spalování těžkého topného oleje v Evropě se v posledních letech stále více omezovalo (např. používání těžkého topného oleje jako paliva je v Německu od roku 1986 zakázáno ustanovením směrnice TA-Luft pro spalovací zařízení < 5 MW). Ze všech válcových kotlů, instalovaných v Německu v posledních 2 letech, s výkonem do 20 MW, bylo 25 % vybaveno spalováním plynu, 40 % spalováním zemního plynu v kombinaci s lehkým topným olejem, přičemž je přednostně spalován plyn a 35 % spalováním lehkého topného oleje. Aktivní ochrana životního prostředí a technická řešení pro zlepšení kondenzační techniky jsou v současné době hlavní důvody pro masivnější použití zemního plynu jako paliva. Jestliže se provede srovnání charakteristických hodnot obvyklých paliv, které jsou relevantní pro využití kondenzační techniky, nabízí zemní plyn nejvyšší využitelný potenciál (viz tabulka 1). Zemní plyn nabízí nejvyšší obsah vody ve spalinách nejvyšší rosný bod spalin nejvyšší hodnotu ph spalinového kondenzátu Při srovnání s topným olejem LTO je k dispozici více kondenzačního tepla při vyšší kondenzační teplotě, tzn. že kondenzace spalin začíná již při vyšších teplotách spalin. Spaliny vznikající při spalování neobsahují téměř žádné saze a sloučeniny síry. V důsledku toho jsou u těchto spalovacích zařízení velmi nízké požadavky na odstraňování znečištění teplosměnných ploch pro udržení hospodárného provozu a pro předcházení poruchám. Protože také hodnota ph kondenzátu ze spalin je ve srovnání s topným olejem LTO vyšší, jsou náklady na likvidaci kondenzátu nižší. Prokázání vhodnosti použití nízkosirného topného oleje v kondenzační technice Silnější proniknutí nízkosirného topného oleje na trh vede k zesílené poptávce po kondenzačních systémech také u tohoto paliva. Nízký obsah síry v palivu (maximálně 50 ppm = 0,005 váhových procent ve srovnání s 0,2 váhových procent síry u topného oleje LTO) zvýhodňuje spalování bez sazí a bez tuhých zbytků, takže kondenzace spalin může být využívána také u nízkosirného topného oleje. Výzkumy na zkušebně prokázaly, že při dodržení předepsaných intervalů čištění výměníku tepla lze také u nízkosirného topného oleje docílit podobně vysokou provozní využitelnost zařízení jako při využití spalného tepla u plynných paliv. Odsíření jako přídavný krok výrobního procesu poněkud zdražuje nízkosirný topný olej nicméně vyšší náklady na palivo jsou vlivem vyšší účinnosti a s tím spojené úspory paliva více než vyrovnány (k tomu je třeba připočítat, že od roku 2009 je daňová sazba stanovena dle obsahu síry v palivu, což vede k daňovému zvýhodnění nízkosirného topného oleje ve srovnání s topným olejem LTO). Jestliže jsou kotle vybaveny duálním systémem spalování volitelně pro spalování zemního plynu nebo topného oleje LTO (např. ve spojení se smlouvami na odpojování plynu, dle kterých musí provozovatel při silném mrazu dočasně umožnit provoz kotle s náhradním palivem lehkým topným olejem LTO), je kondenzační výměník tepla vybaven spalinovým ochozem. Tabulka 1: Charakteristické hodnoty různých paliv Palivo Výhřevnost (H u ) [kwh/m³/kg] Spalné teplo (H o ) [kwh/m³/kg] Poměr H o /H u [%] Rosný bod spalin [ C] Kondenzát teoret. [kg/kwh] Hodnota ph [-] Zemní plyn H 10,35 11,46 110,7 55,6 0,16 2,8 4,9 Zemní plyn L 8,83 9,78 110,8 55,1 0,16 2,8 4,9 Propan 25,89 28,12 108,6 51,4 0,13 2,8 4,9 Butan 34,39 37,24 108,3 50,7 0,12 2,8 4,9 Topný olej ELTO* 11,90 12,72 106,9 47,0 0,10 1,8 3,7** * Kvalita topného oleje ELTO extra lehký : maximální obsah síry v palivu 0,2 váhových procent Kvalita nízkosirného topného oleje: maximální obsah síry v palivu 50 ppm=0,005 váhových procent ** Hodnota ph kondenzátu z nízkosirného topného oleje: 2,3 4,5

Odborná informace 3 Kondenzační technika umožňuje dosáhnout účinnosti přes 100 %, vztaženo na výhřevnost H u Pro využití spalného tepla musí být spaliny ze spalovacího zařízení přivedeny ke kondenzaci ochlazením pod teplotu rosného bodu. Pro využití tohoto potenciálu musí být teplosměnné plochy v kontaktu s mokrými spalinami provedeny z nerezové oceli. Spaliny musí být ochlazeny pod teplotu svého rosného bodu vhodnými výměníky tepla a co možná nejchladnější vodou v systému. Graf 1 ukazuje, jaký vliv má rosný bod spalin a teplota vratné vody na množství kondenzující vodní páry a na dosažitelnou účinnost kotle. Graf 2: Křivky účinnosti pro zařízení s kondenzací spalin (Příklad: horkovodní kotel se spalováním plynu) V grafu 2 jsou jako příklad uvedeny křivky účinnosti, které ukazují potenciál kondenzační techniky. Aplikací systému využití spalného tepla se docílí významného zvýšení provozního a hospodářského zisku v oblasti výroby horké vody a páry. Ve srovnání s konvenčními systémy s obvyklými spalinovými výměníky tepla je možné dosáhnout využitím spalného tepla redukce množství paliva (a tím nákladů na palivo) o více než 10 %. Kondenzační technika tak představuje přínos k ochraně životního prostředí a nabízí možnost redukce emisí CO 2. 108 107 106 Oblast zatížení s nejvyšším počtem provozních hodin za rok 105 104 103 3.3 102 101 3.2 100 Graf 1: Vliv teploty oběhové vody na účinnost kotle a množství kondenzátu při spalování zemního plynu (Ruhrgas) Zemní plyn H, součinitel přebytku vzduch: 1,1 Účinnost kotle v % 110 105 100 95 90 Kondenzát Účinnost Rosný bod 20 30 40 50 60 70 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Množství kondenzátu v g/kwh Účinnost kotle vztažena na (H u ) % 99 98 97 96 95 94 93 Normový stupeň využití 95,9 % 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Zatížení kotle v % 1 Kotel bez spalinového výměníku tepla 70/50 C 2 Kotel se spalinovým výměníkem tepla pro suchý provoz 3 Kotel s kondenzačním spalinovým výměníkem tepla 3.1 Teplota vstupní vody 50 C 3.2 Teplota vstupní vody 40 C 3.3 Teplota vstupní vody 30 C 3.1 2 1 Teplota oběhové vody v C

4 Odborná informace Kondenzační systémy Kondenzační kotle a plynové ohřívače vody pro menší výkony jsou většinou celé vyráběny z nerezové oceli. Horkovodní kotle s vysokým výkonem pro vytápění větších budov nebo komplexu budov nejsou z technických důvodů a s ohledem na vysoké náklady vyráběny z nerezové oceli. Takové kotle jsou pro využívání spalného tepla vybaveny speciálním nerezovým spalinovým výměníkem tepla, který může být přímo integrován do vybavení kotle nebo může být instalován jako separátní modul (obr. 1 a 2). Obrázek 2: Spalinový výměník tepla k samostatné instalaci a k dovybavení zařízení U parních kotlů nemohou být z důvodu použití dvoustupňového konceptu zpětného využívání tepla spalin (viz odstavec: Oblasti použití kondenzace spalin u parních kotlů) uplatněny žádné integrované systémy. Zde se uplatňují nerezové spalinové výměníky tepla, instalované jako separátní modul, který je instalován do výstupu spalin za kotlem (obr. 2). Spalinový výměník tepla instalovaný jako separátní modul se hodí zvláště dobře pro rekonstrukce kotelních zařízení. Zobrazený horkovodní kotel (obr. 1) je konstruován jako plamencový žárotrubný kotel v třítahovém provedení s vodou chlazenou zadní obratovou komorou spalin. V důsledku funkčně zaoblené konstrukce mohou být za velké sálavé výhřevné plochy plamence zapojeny bohatě dimenzované konvekční výhřevné plochy ve 2. a 3. tahu spalin. Tím lze docílit i bez aplikace vířivých vložek v žárových trubkách a bez dodatečně zapojených výhřevných ploch normového stupně využití přes 95 %. Oblasti použití kondenzační techniky u horkovodních systémů Až do nedávné doby bylo těžiště použití kondenzační techniky v oblasti malých kondenzačních kotlů a plynových ohřívačů vody pro ústřední topení a výrobu užitkové vody v malých obytných jednotkách a obytných domech. Postupně se využití kondenzace prosadilo i u větších systémů. U menších systémů se v současné době rozšiřuje využití kondenzace spalin při spalování topných olejů (v důsledku dostupnosti nízkosirných topných olejů). Je jen otázkou času, než se prosadí využívání kondenzace při spalování topných olejů také v oblasti vyšších výkonů. Rozhodující pro úroveň docílitelného využití kondenzace je topný systém a skutečné provozní teploty. Základním předpokladem jsou topné systémy, u kterých topná voda cirkuluje přímo přes kotel a topná tělesa. Obrázek 1: Řez teplovodním kotlem UNIMAT s integrovaným spalinovým výměníkem tepla Žárové trubky 2. a 3. tahu Izolace Spalinové hrdo Plamenec 1. tah Hrdlo kondenzátu ze spalin Spalinový výměník tepla Hrdlo kondenzátu ze spalin Vypouštěcí hrdlo

Odborná informace 5 Další opatření je modulované řízení teploty vody v kotli v závislosti na venkovní teplotě. Nově projektované podlahové topné systémy a velkoplošná nízkoteplotní topná tělesa jsou zvlášť vhodné pro kondenzační kotle a celoroční kondenzační provoz. Početná stará zařízení byla vybavována předimenzovanými topnými tělesy, která poskytují také při nízkých provozních teplotách v převážné části topného období postačující topný výkon, takže jsou rovněž vhodná pro vybavení kondenzačními kotli. Také pro topné systémy s rozdílnými teplotními zónami se pro nízkoteplotní oblast vyplatí instalovat kondenzační systémy. U mnoha budov byla dodatečně provedena tepelně-izolační opatření, takže i při nízkých teplotách systému jsou budovy dostatečně vytápěny. Po největší část roku mohou být teploty ve vratné větvi řízeny v souladu s potřebami kondenzačních kotlů. Horkovodní kotle pro potřeby technologických procesů nebo pro dálkové topení s primárním topným okruhem pro ohřev domovních stanic a na něj napojené sekundární topné okruhy pro vytápění budov jsou většinou provozovány s teplotou vratné vody přes 100 C, tj. vysoko nad teplotou rosného bodu spalin, takže kondenzační technika zde není použitelná. Nicméně se instalují spalinové výměníky tepla pro suchý provoz, se kterými lze docílit účinnost kotle až 98 %. Provoz s využitím kondenzace je v těchto případech možný jen tehdy, pokud je v zařízení dostupný nízkoteplotní sekundární oběh. Hydraulické zapojení kondenzačních tepelných výměníků v teplovodních kotelnách Nejvyšší využití spalného tepla se docílí s co možná nejnižší teplotou vratné vody. Vratná voda ze sítě s co možná nejnižší teplotou (pod rosným bodem spalin z paliva) proudí kondenzačním výměníkem tepla, přičemž dochází na teplosměnných plochách ke kondenzaci. Spaliny se ochlazují, voda v nízkoteplotním topném okruhu se ohřívá a vrací se zpět do sítě. Vratná voda se před vstupem do kotle míchá v modulu udržování teploty vratné vody na potřebnou nejnižší vstupní teplotu do kotle 50 C s vodou výstupní větve (obr. 3). V kotli dochází s pomocí speciálního injektoru v horní části kotle k účinnému promíchání. Regulační rozsah přiřazeného modulačního hořáku může být také plně využit. Také v oblasti malého a nízkého zatížení hořáku se vyskytují dlouhé časové úseky provozu hořáku s nízkými teplotami spalin a optimálním využitím kondenzace spalin. Pomocí udržování teploty vratné vody se vyhneme teplotám kotlové vody pod rosným bodem spalin, které by vedly ke korozím v kotli. Obrázek 3: Hydraulické zapojení pro optimální využití kondenzace spalin Vstupní větev Výstupní větev Výstupní větev Vstupní větev

6 Odborná informace Oblasti použití kondenzace spalin u parních kotlů Parní kotle se střední provozní teplotou, nejčastěji mezi 150 až 200 C, jsou napájeny odplyněnou napájecí vodou o teplotě mezi 85 až 105 C. Teploty spalin u těchto parních kotlů se v důsledku fyzikálních závislostí pohybují mezi 230 až 280 C. Pro redukci ztrát ve spalinách se instalují spalinové výměníky tepla, ve kterých probíhá ohřev napájecí vody. Spaliny se při tom ochlazují přibližně na 130 C, což leží zřetelně v suché oblasti nad teplotou rosného bodu. Využití kondenzace je u této energetické koncepce nemožné. Při instalaci výměníku tepla druhého stupně s nízkoteplotními spotřebiči může být také u těchto kotlů dosaženo využití kondenzace spalin (graf 3). Tento kondenzační výměník tepla je vyroben z nerezové oceli, stejně jako všechny připojené spalinové cesty a odvodňovací potrubí. V protikladu k systémům vytápění budov s jasně definovatelnými teplotami v systému a ve vratné větvi nalézáme v průmyslu nejrozdílnější systémy využití páry pro výrobní účely a vytápění. Proto si zde navzájem konkurují nejrůznější systémy energetických úspor se systémy zpětného využití tepla. Aby bylo možné stanovit nejhospodárnější řešení, je třeba provést důkladný přehled těchto systémů se zásadní analýzou všech zdrojů odpadního tepla a všech odběratelů tepelné energie. Je přitom nezbytná úzká spolupráce mezi provozovatelem, projektantem a výrobcem kotle, aby bylo možné vybrat z mnoha možností to nejhospodárnější opatření. Zapojení kondenzačních výměníků spalin v řazení s parními kotli U zařízení na dodávku páry se získává zpět co možná nejvíce kondenzátu, který se pak vrací do systému zásobování kotlů napájecí vodou. Nicméně existují systémy, u nichž v důsledku přímého ohřevu párou není k dispozici žádný vratný kondenzát (např. ve výrobě polystyrénu, při zvlhčování vzduchu, v pekárnách) nebo se vrací kondenzát s obsahem cizích látek, který není znovu použitelný. Navíc se vyskytují ztráty odluhem a odkalem, odparem a netěsnostmi. Tato ztrátová množství jsou velice rozdílná. Ztráty mohou představovat více než polovinu vyrobeného množství páry a musí být nahrazovány přídavnou vodou. Přídavná voda je k dispozici za úpravnou vody většinou o teplotě maximálně 15 C a velice dobře se hodí pro předehřev v kondenzačním výměníku tepla. Nízká teplota vody na vstupu podporuje intenzívní kondenzaci spalin a nejvyšší možné využití kondenzace spalin. U této aplikace se vyskytuje nejvyšší faktor současnosti odpadního tepla, které je k dispozici a existující potřebou tepelné energie (viz obr. 4 varianta A). V mnoha průmyslových provozech, zvláště v potravinářském odvětví, existuje velká potřeba užitkové vody. V těchto případech může být měkká užitková voda ohřívána v kondenzačním výměníku. Dosažitelné teploty vody jsou cca 50-70 C. Další ohřev užitkové vody na vyšší požadované teploty se může provádět v připojeném výměníku tepla ohřívaného párou (viz obr. 4 varianta B). Graf 3: Dvoustupňové zpětné získávání tepla spalin Teplota spalin a vody při 100% zatížení Graf 4: Tepelná bilance parního kotle vybaveného technikou využití spalného tepla Stupeň I: Ohřev napájecí vody Stupeň II: Ohřev přídavné/užitkové vody Nevyužitelná energie paliva 7 % 260 240 Využité teplo - kondenzační výměník 8,5 % 220 200 180 160 140 Napájecí voda 103/140 C Spaliny 240/140 C Využité teplo - ohřev napájecí vody Využité teplo - kotel 89,5 % 5,9 % 120 100 80 60 Spaliny 140/50 C Přídavná voda 13/76 C 100 % Výhřevnost paliva H u 40 20 0 Stupeň I: Ohřev napájecí vody Topný okruh pro užitkovou vodu 30/50 C Stupeň II: Kondenzační výměník tepla 100 + 11 % Spalné teplo paliva H o

Odborná informace 7 Graf 4 ukazuje příklad tepelné bilance středotlakého parního kotle s integrovaným spalinovým výměníkem tepla pro ohřev napájecí vody a připojeným kondenzačním výměníkem tepla pro ohřev užitkové nebo přídavné vody při vysokém faktoru současnosti. Jako ztráty tepla obsažené v palivu zůstávají ztráty vedením a sáláním kotle, dále ztráty výměníku tepla, potrubí a v důsledku fyzikálních závislostí nevyužitelný podíl kondenzace spalin (omezená velikost teplosměnných ploch). Odvádění a neutralizace kondenzátu Spalinový kondenzační výměník, spalinová potrubí a komín musí být vybaveny vhodným odvodňovacím zařízením pro odvádění kondenzátu. Teoretická množství kondenzátu jsou uvedena v tab. 1. Skutečně odváděná množství kondenzátu jsou závislá na kvalitě kondenzátu a dosahují nejčastěji cca 40 60 % teoretického množství dle tab. 1. Při měření hodnoty ph jako stupně kyselosti kapalin, má kondenzát při spalování zemního plynu hodnotu ph mezi 2,8 až 4,9, resp. kondenzát ze spalování nízkosirného topného oleje hodnotu ph mezi 1,8 až 3,7. Teploty kondenzátu leží mezi 25 55 C. Při odvádění kondenzátu do veřejné sítě odpadních vod musí být respektovány komunální předpisy pro odpadní vody. Technické sdružení pro odpadní vody vydalo směrnici, která pro spalovací zařízení s využitím kondenzace od topného výkonu 200 kw doporučuje instalaci neutralizačního zařízení a udržování hodnoty ph > 6. Praxe při nakládání s odpadními vodami je v jednotlivých zemích a komunálních oblastech velmi rozdílná. Pro účely neutralizace mohou být pro malá zařízení použity filtry s obnovitelnou náplní dolomitického vápna (krabice s granulátem) a pro velká zařízení nádrž s dávkovacím zařízením pro louh sodný (tekuté neutralizační zařízení). Tato zařízení zvednou patřičně hodnotu ph odváděného kondenzátu. Obr. 4: Blokové schéma zapojení vysokotlakého parního kotle se dvěma stupni spalinového výměníku tepla (ekonomizér/kondenzátor spalin) Modul napájecích čerpadel Varianta A Varianta B Komín Kondenzační výměník spalin Modul tepelné úpravy vody Pára Neutralizace kondenzátu Spalinový systém při kondezaci Všechny spalinové cesty, které přicházejí do styku s kondenzujícími spalinami, musí být vyrobeny z korozivzdorného materiálu jako vodo- a plynotěsné zařízení. Korozí ohrožené díly skříně spalinového výměníku jsou stejně jako potrubí spalin a komín většinou zhotoveny z nerezové oceli. V důsledku využití kondenzace vznikají velmi nízké teploty spalin, klesající až na úroveň 50 C. Přirozený tah komína nestačí na to, aby hospodárně odvedl spaliny s podtlakem ve spalinových cestách, jak to bylo dříve obvyklé. Zařízení spalinového traktu včetně komína musí být proto plynotěsné, konstruované pro přetlakový provoz na straně spalin, aby bylo možné používat menší průtočné průřezy. Hořák, resp. ventilátor spalovacího vzduchu hořáku, musí být dimenzován pro překonání všech odporů na straně spalin až do komína. To vyžaduje celkovou součinnost při projektování, přezkoušení a odsouhlasení. Ekonomizér Modul čerpadel zavést do expanderu a chladiče odpadních vod Parní kotel Přídavná voda Studená voda

Úvaha o hospodárnosti Pro zjištění úspor paliva a doby amortizace je třeba každý jednotlivý případ propočítat dle uznávané metodiky. Paušální výrok je méně smysluplný. Jestliže se srovnávají investice na instalaci konvenčního horkovodního kotle s investicemi na kotel s integrovaným kondenzačním výměníkem tepla, musí být respektovány následující aspekty: Náklady na instalaci integrovaného z nerezové oceli vyrobeného spalinového výměníku tepla, u duálního hořáku včetně by-passu, a hydraulického připojení. Náklady na odvádění kondenzátu a neutralizaci od 200kW. Eventuálně náklady na potrubí spalin z nerezové oceli; komín je již většinou instalován z nerezové oceli. Spalovací zařízení zpravidla nevyžaduje žádné vícenáklady. Zvýšení odporu na straně spalin je kompenzováno sníženým množstvím spalin v důsledku úspory množství paliva. Při respektování těchto aspektů vychází výpočtem vícenáklady na horkovodní kotel o výkonu 2,5 MW s integrovaným kondenzátorem spalin oproti konvenčnímu horkovodnímu kotli, ale bez komína, na cca 20.000,- EUR. Při průměrném zatížení kotle na 60 % jsou tyto náklady po cca 4200 provozních hodinách vykompenzovány. Podkladem pro výpočet je o cca 7,5 % vyšší účinnost zařízení s kondenzací spalin a průměrná cena zemního plynu 40 centů/m 3. Potenciál využití kondenzace spalin V oblasti centrálního zásobování teplem s přímým napojením všech spotřebičů tepla se vyskytuje vysoký, až dosud zdaleka nevyužitý potenciál kondenzace spalin. Větší počet analýz hospodárnosti a výzkumů použitelnosti kondenzace spalin v existujících systémech centrálního zásobování teplem vedlo často k poznání, že potřebné množství tepla v převážné části topného období může být také přivedeno na nižší teplotní úrovni. Využití kondenzace spalin by bylo v mnoha případech možné. Dodavatelé tepla by mohli zvýšit svou konkurunceschopnost a navíc by prokázali přínos pro aktivní ochranu životního prostředí. Využívání kondenzace spalin je dle dosavadního stavu poznání možné také u středotlakých parních kotlů. Osvědčená technika je k dispozici. Široké uplatnění v průmyslu je možné, jestliže projektant provede důkladnou analýzu spotřebičů tepla a věnuje více pozornosti odstupňovanému ohřevu nízkoteplotních topných okruhů. Pozměněné koncepty ohřevu by mohly umožnit uplatnění využití kondenzace spalin v širokém rozsahu zásobování průmyslu párou. Nejen v případě horkovodních kotlů, ale i u parních kotlů budou investiční vícenáklady financovány sníženým množstvím paliva. Životní prostředí bude méně zatíženo v důsledku snížených emisí škodlivých látek. Vlivem redukce CO 2 dojde k přínosu v ochraně klimatu. Bosch Termotechnika s.r.o. Průmyslová 372/1 108 00 Praha 10 Tel.: +420 272 191 111 Fax: +420 272 700 618 www.bosch-industrial.com Výrobní závody: Závod 1 Gunzenhausen Bosch Industriekessel GmbH Nürnberger Straße 73 91710 Gunzenhausen Německo Závod 2 Schlungenhof Bosch Industriekessel GmbH Ansbacher Straße 44 91710 Gunzenhausen Německo Závod 3 Bischofshofen Bosch Industriekessel Austria GmbH Haldenweg 7 5500 Bischofshofen Rakousko Bosch Industriekessel GmbH Ilustrace slouží pouze jako příklad Změny vyhrazeny 07/2012