Kétfokozatú égővel rendelkező öntvény állókazánok
2011/6. lapszám | Fördős Norbert | 4828 |
Figylem! Ez a cikk 14 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A különböző szaklapok, illetve fogyasztói magazinok hasábjain rengeteg cikk és érv szól a kondenzációs hőtermelők létjogosultsága mellett. Ez alapvetően teljesen rendben is van – mi is így teszünk –, azonban gyakran elfelejtődik, illetve háttérbe szorul a kétfokozatú égővel rendelkező öntvény állókazán, ami nagyon sok alkalmazásnál költséghatékonyabb és üzembiztosabb megoldás régi – akár nyitott – fűtési rendszerek esetén is.
Szinte mindennap találkozunk ügyfelek, kivitelezők, valamint tervezők részéről olyan jellegű megkeresésekkel, hogy a meglévő fűtési hőtermelőt – ami a legtöbb esetben egy egyfokozatú égővel rendelkező öntvény- vagy lemezkazán – a magas gázfogyasztás, a korábbi túlméretezés vagy csak egyszerűen a hosszú életkor miatt cserélni kell. Szerencsére egyre többen akarnak ebben a helyzetben kondenzációs működésű hőtermelőt, mert már elhiszik, illetve tudják, hogy ezek a fűtőberendezések nemcsak alacsony fűtővíz-hőmérséklettel üzemelő rendszerek esetén hatékonyak. Nem szabad azonban azt sem elfelejteni, hogy a kondenzációs működésű hőtermelők nem minden fűtési rendszerre köthetők rá „azonnal”: a nyitott rendszert zárttá kell tenni, kiemelkedő figyelmet „érdemel” a fűtővízminőség, valamint nagyon fontos a rendszerben felhasznált anyagok kérdése is (oxidációs folyamatok, galvanikus korrózió, lerakódások és iszaposodás). Ha ez már mind rendben van, akkor sem „dőlhetünk még nyugodtan hátra”, mert az égéstermék-elvezető rendszert is át kell alakítani. Bizonyára sokan tudják, hogy a teljes modernizációs folyamat mennyi átalakítást, utánajárást, tervezési, illetve engedélyeztetési folyamatot jelent. Pont ezért – bizonyos feltételek mellett – lehet tehát jobb alternatíva egy új, kétfokozatú égővel rendelkező öntvény állókazán, mint a kondenzációs működésű fali hőtermelő.
Öntöttvas hőcserélő: az „örök” darab
Közel 10 éve még jóval nagyobb piaca volt Magyarországon az álló öntvénykazánoknak: olcsóbb volt a gáz, illetve mások voltak a telepítési előírások és az üzemeltetési követelmények. Szinte „művészet” volt eladni egy kondenzációs készüléket, meggyőzni annak előnyeiről a fogyasztót. Ma lassan ugyanez igaz a kétfokozatú égővel rendelkező állókazánokra, holott a normál és a gyártó számára „ideális” feltételek mellett az öntvény kazántest relatív hosszú élettartamot biztosít, csekélyebb karbantartási igény mellett. Az öntvény hőcserélő jó termikus tulajdonságai évtizedek óta ismertek, a visszatérő hőmérséklet emelésével pedig megelőzhető a kazántest „könnyezése”. Esetleges dugulás, valamint az egyenlőtlen termikus feszültség következtében fellépő kazántagrepedés során a hibás elem cserélhető, így a fődarab javítható. Nem szabad viszont elfelejteni, hogy nyílt égésterű hőtermelőről van szó, tehát a megfelelő légellátásnak, valamint a tökéletes állapotú, előírt huzattal rendelkező kéménynek alapvető jelentősége van. A régebbi épületek állókazánjai általában pincében, külön kazánházban, ritkább esetben háztartási helyiségben helyezkednek el, így csere során viszonylag könnyebben biztosíthatók a biztonságos üzem feltételei. Az érvelési rendszer igazi záloga azonban a kétfokozatú égővezérlés, amelynek lényegét, illetve elméleti hátterét a következő fejezet adja.
1. ábra. A teljes előkeveréssel rendelkező egy-, illetve kétfokozatú nemesacél atmoszférikus égők károsanyag-kibocsátása jelentősen csökkenthető az égő felett elhelyezett kerámia hűtőrudak segítségével.
Röviden a kétfokozatú égővezérlésről
Ez a technika ma már abszolút nem újdonság, de még mindig versenyképes: annak idején a tervezőknek a gazdaságos és környezetbarát kazán kifejlesztéséhez az első lépés az üzem közbeni, illetve a készenléti veszteségek tisztázása, rendszerezése volt. Kezdetben az összes készülékgyártó csak az üzemi veszteséget próbálta csökkenteni, de a későbbi kutatások alapján rájöttek, hogy a készenléti állapotban fellépő veszteségek is jelentősen befolyásolják a kazán gazdaságosságát. Sajnos a mai napig érvényben van egy olyan téves eszme, amely szerint túlméretezik a kazánokat a teljesítmény megválasztásánál (biztonsági okok, későbbi bővítés lehetősége). Pedig ha egy korábban túldimenzionált kazánt korrekt számítás alapján kiválasztott készülékkel cserélnénk, azt tapasztalnánk, hogy hosszabbak lennének az üzemidők, rövidebbek a készenléti időszakok, nőne a kihasználtság, és ezzel javulna a hatásfok, gazdaságosabb lenne az üzemeltetés. Időjáráskövető szabályozóval működtetett, kétfokozatú atmoszférikus égővel rendelkező öntvény állókazánok esetén az első fokozat általában a névleges teljesítmény 50%-ára van beállítva. Természetesen, ha a tényleges hőszükséglet ez alatt van, akkor a hárompont-szabályozás is úgy működik, mint a kétpont-szabályozás, csak a ki-bekapcsolás ritkább. Abban az esetben viszont, ha a hőszükséglet eléri az 50%-ot, akkor a hőtermelő már folyamatosan kislángon üzemel (ki-bekapcsolgatás nélkül). Növekvő hőszükséglet – csökkenő külső hőfok – esetén a kazán nagyláng–kisláng üzemmódban működik, ahol a nagyláng üzemmódban termelt többlethő az öntvény hőcserélőben akkumulálódik, majd ez a kisláng üzemben kerül felhasználásra. A nagyláng–kisláng váltásnál jelentkező lángstabilitási problémák kiküszöbölésére azonban különös figyelmet kell fordítani, ugyanis váltásnál nemcsak a gáz, hanem a levegő mennyiségét is változtatni kell! A földgázüzemű atmoszférikus égőknél a gáz–levegő olyan tökéletes keveredése, amely egy teljesen homogén keveréket eredményezne, a gyakorlatban nem valósítható meg. Ezért az égés biztonságához a keveréket levegőtöbblettel égetik el: ennek viszonyszáma az úgynevezett légfelesleg-tényező. Annak érdekében, hogy mindkét üzemmódban a légfelesleg-tényező ( = 1,1-1,3 között), illetve a szekunder levegőhányad optimális legyen, szükség van egy beépített, motoros meghajtású füstgázcsappantyúra a deflektor előtt. Ez az elem a kazán elektronikájától kap vezérlő impulzust, és az 1. fokozatban (részterhelés) a csappantyút az állítómotor a füstgázok áramlási irányára merőleges helyzetben tartja. A 2. fokozatban (teljes terhelés) a csappantyú kinyit, azaz a füstgázelvezető keresztmetszet a mindenkori fokozatok (rész- és teljes terhelés) tényleges füstgáz-tömegáramához igazodik. A kétfokozatú égővel ellátott öntvény állókazán tehát meghosszabbítja az égő működési időit, mert a ki/bekapcsolások száma közel 70%-kal kevesebb. Ennek köszönhetően csökkennek azok a készenléti idők is, amelyekben a fűtőkazán sugárzási és áramlási veszteségeket szenved (lásd 2. és 3. ábra).
2-3. ábrák: A kétfokozatú égővel ellátott öntvény állókazán tehát meghosszabbítja az égő működési időit, mert a ki/bekapcsolások száma közel 70%-kal kevesebb. Ennek köszön- hetően csökkennek azok a készenléti idők is, amelyekben a fűtőkazán sugárzási és áramlási veszteségeket szenved.
Környezetvédelem és alacsony károsanyag-kibocsátás
A földgáz el nem égethető alkotóelemei között nitrogén is található. Ezt a kémiai elemet a környezeti levegő 78%-ban tartalmazza, ezért a földgáz eltüzelése során fellépő kémiai reakciók következtében jelentős mennyiségű NOx keletkezik (az NO, illetve az NO2 „gyűjtőneve”). Alapvetően az NO a tüzelés során a láng külső, 1400-2000 °C-os tartományában jön létre. Ez a vegyület természetesen a lángmagban is – ahol még alacsony a légfelesleg-tényező ( ) értéke – megtalálható, de csekélyebb mértékben (ezt nem is lehet egy bizonyos szint alá csökkenteni). Az NO keletkezése akkor magasabb még, ha az oxigén hosszabb ideig van jelen a forró lángzónában, azonban a tüzelés során létrejött NO jelentős része az égéstermék-elvezető rendszerben, valamint a környezeti levegőn alakul át NO2-vá. Az NO, illetve az NO2 a szén-monoxidhoz hasonlóan mérgező, emberre, állatra, valamint növényre egyaránt káros hatással van, éppen ezért gyártói kötelezettség a tüzelés során ezek keletkezésének csökkentése. Erre a feladatra eredményesen alkalmazható állókazánok esetében a kerámiarúddal történő égőhűtés: ezek a hőálló elemek a láng úgynevezett „fehér” zónájában elhelyezkedve vezetik el a hőt, melynek következtében kiegyenlítődnek a lángon belüli nagy hőmérsékletkülönbségek. A két sorban elhelyezett kerámiarudak jobb hűtési hatásfokot eredményeznek, de befolyással vannak a szekunder levegő mennyiségére is. A kerámiarúddal hűtött égő alacsony károsanyag-kibocsátása a kétfokozatú égővezérléssel még jobban csökkenthető, mert a kétfokozatú üzemmód magasabb éves hatásfokkal biztosítja a kisebb tüzelőanyag-fogyasztást, melynek következménye a csekélyebb károsanyag-mennyiség. A kétfokozatú égőtechnika alacsonyabb csúcshőmérsékleteket enged meg, ezért kisebb az égőcső terhelése, melynek szintén kisebb károsanyag-kibocsátás az eredménye.
4. ábra. Öntvény kazántest-tag, az „örök” darab. Az öntvény hőcserélő jó termikus tulajdonságai évtizedek óta ismertek, karbantartási igénye azonban jóval kisebb, mint a mai fali hőtermelők hőcserélőinek. Sőt! Kazántag-repedés esetén a kazántest javítható, így költséghatékonyabb a karbantartás.
Öntanuló tárolótöltési folyamat és a szolár opciók
Állókazánok esetén az indirekt fűtésű melegvíztároló felfűtésére gyakran használnak a kazánkörből kialakított tárolótöltő kört, saját szivattyúval. Természetesen a megfelelő űrtartalmú melegvíztároló kiválasztásánál – többek között – arra is ügyelni kell, hogy a tároló csőkígyó teljesítménye legalább azonos vagy magasabb legyen, mint a fűtési hőtermelő névleges teljesítménye. Annak érdekében, hogy a használati melegvíztároló komfortját hőmérsékletingadozások nélkül lehessen biztosítani, szükség van olyan tárolótöltés-vezérlésre, amely a pontos melegvíz-hőmérsékletet az égő meghatározott logika szerinti működésével éri el. Ehhez a tároló töltését, amelyben a kikapcsolási és a kívánt tárolóhőmérséklet közötti különbség a fűtési rendszer felépítésétől függ, már a kívánt melegvízhőfok elérése előtt le kell kapcsolni. A kazán elektromos egysége minden egyes hálózati főkapcsoló ki/bekapcsolás után az alábbi képlet szerint számítja ki a tároló-vízhőmérséklet optimalizált értékét: az égő lekapcsolását követően a vezérlés öt percig méri, illetve összehasonlítja a kívánt és a pillanatnyi hőmérsékleteket. Ezt követően új kívánt tárolóhőmérséklet-értéket számít ki a következő töltési folyamatra, melyhez a kívánt hőmérsékletből levonja a kívánt, valamint a tényleges tárolóhőfok közötti (5 perccel az égő lekapcsolása után mért) hőmérsékletkülönbség ⅔-át. A kétfokozatú atmoszférikus égővel rendelkező öntöttvas állókazán versenyképességét tovább növeli még, ha annak elektromos egysége – a tárolófűtés-előnykapcsolás mellett – gyárilag tartalmazza a szolár használati melegvízkészítés vezérlésének opcióját is. Ezzel megspórolható a külső szolár szabályozó, de a kollektorkör szivattyújának működtetéséhez a kazán elektromos egységével azonos kommunikációs csatornán üzemelő többfunkciós csatolókártya feltétlenül szükséges.
