Gőzfejlesztők

2014/12. lapszám | Biberika János |  6001 |

Figylem! Ez a cikk 11 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Tizenöt-húsz éve Magyarországon a gőzfejlesztő szó, akár a szűkebb körben vett szakmában is sokszor csak a magasnyomású mosót vagy valami mobil eszközt jelentett. Ipari gőzigények kielégítésére akkoriban még szinte csak ún. vízteres gőzkazánokat használtak, akár néhány száz kg/h teljesítményigényre is (ez néhány száz kW-nak felel meg, ipari gőzben relatíve kicsi teljesítmény).

Mára ez a kép teljesen megváltozott, a telített gőzt igénylő ipari technológiák mellett ezres darabszámban vannak jelen itthon a gőzfejlesztők, és szolgálják ki az igényeket mind az egy, a kettő vagy a három műszakos termelésnél. Az utóbbi évtizedben a nagyfokú elterjedést segítette a készülékek egyszerűbb telepíthetősége, üzemeltetése, és nem utolsósorban gazdaságossága a hagyományos gőzkazánokhoz képest.

Egy gőzfejlesztő egy egyműszakos üzemben a 3 perces indításával jelentős összegeket tud megtakarítani egy vízteres kazánnal szemben.

Gőzfejlesztő gépcsoport

Gazdaságosság

Egy gőzfejlesztő tüzeléstechnikai hatásfokban valahol ott van, mint egy hagyományos nagyvízteres kazán, azonban az ennél lényegesebb összhatásfok sokkal több dologtól függ. Egy gőzfejlesztő például egy egy- műszakos üzemben a 3 perces indításával jelentős összegeket tud megtakarítani egy vízteres kazánnal szemben, melynek indítása hidegen 20 perctől több óráig is terjedhet. A kisütés vagy a hőntartás sem megoldás a nagy kazánnál ilyen esetben, hiszen ez is veszteség, vagy pedig a technológia miatt nem megoldható, így a gőzfejlesztő ezekben az esetekben előnyben van.

Tartós, folyamatos üzem esetén egy gőzfejlesztő a kis sugárzási veszteségével tud sok energiát megtakarítani: míg egy nagy kazán felülete konstrukciójából adódóan nagy, és így a sugárzási vesztesége 1-2%, addig a kis felületű gőzfejlesztőknél ez 0,2-1%; az alacsonyabb érték bizonyos gőzfejlesztők égési levegővel való szigetelésével érhető el. Szakaszos, gyakran részterhelésen üzemelő technológiáknál a gőzfejlesztők alkalmazása kifejezetten előnyös a kis fix veszteségek miatt (fix veszteség a kiterheléstől független veszteség, például indítási, sugárzási), melyek részterhelésen erős hatásfokromlást okoznak. Ma már számos helyen üzemelnek előnyös tulajdonságaik miatt folyamatos, 24 órás üzemben is gőzfejlesztők akár 4-6 t/h (3-4 MW) teljesítménynél is.

Csőkígyó a tűztér körül

De hogyan is működnek ezek a berendezések? Nagyjából ugyanúgy, mint egy hagyományos gőzkazán (például amilyenek a gőzmozdonyokon is voltak), azaz a kémiailag kötött energiát az égő által hőenergiává alakítva felmelegítik, elgőzölögtetik a hőhordozó közeget, ami elviszi a hőenergiát a felhasználóig, de ezzel nagyjából ki is merült az azonosság. A jobb minőségű gőzfejlesztők csőkígyóban vezetik a vizet a tűztér körül (és nem a tűztér maga van benne a vízben, mint egy vízteres kazánban), így kisebb hőkapa-citással is el tudják érni a kívánt teljesítményt: ezzel gyors indíthatóságot (3 perc) és nagyon rugalmas, gyorsan reagáló berendezést hoztak létre el a gyártók. A gőzt fejlesztő kazánok nagyobb része egyébként csöves konstrukció, gondoljunk csak a nagy erőművi kazánokra, melyek szinte sosem nagyvízteres konstrukciók (annak megvan a felső teljesítménykorlátja szerkezeti okokból). Egy cső mindig kedvezőbb szilárdságilag is, mint egy nagy, belülről feszített „hordó”, így a csöves gőzfejlesztőknél hagyományos gőzoldali kazánrobbanás nem létezik.

Gőzfejlesztő a segédberendezéseket tartalmazó kiszolgáló egységével. A jobb minőségű gőzfejlesztők csőkígyóban vezetik a vizet a tűztér körül (és nem a tűztér maga van benne a vízben, mint egy vízteres kazánban), így kisebb hőkapacitással el tudják érni a kívánt teljesítményt: ezzel gyors indíthatóságot (3 perc) és nagyon rugalmas, gyorsan reagáló berendezést hoztak létre el a gyártók.

Az égőtechnológia fontossága

A csőkígyó egy égő tűztere körül tekeredik, azonban a fentebb is említett kis hőkapacitás miatt nem mindegy, milyen égőt alkalmaznak. Sok gyártó az olcsóbb megoldás érdekében sima kazánégőt tesz a berendezésére, de ez erős kompromisszum műszakilag. Ez lehet akár egy jó minőségű égő, a házasítás akkor sem lesz tökéletes, ugyanis a gőzfejlesztő kis hőkapacitása miatt nem szereti, ha az égő bármilyen okból üzem közben kiszellőztet: ilyenkor a kis térfogatban a kiszellőzés ideje alatt leesik a nyomás, a gőztér bevizesedik, majd begyújtáskor az erősen vizes gőz megy a technológia felé. A víz jelenléte a telített gőzös rendszerekben nem jó, a folyékony víznek sokkal rosszabb a hőátadó képessége, mint a gőznek, ráadásul a 25-30 m/s-os áramlási sebességnél nagyon eroziv. A gőzrendszerekben gondot okozhatnak a gőzütések is, ami a gőz és a víz találkozásakor jön létre, így a vizesedés mindenképpen kerülendő. Ezért nagyon fontos, hogy a gőzfejlesztő saját, direkt gőzfejlesztőhöz kifejlesztett, kiszellőztetésmentes égőt kapjon. Ilyen égőtechnikával akár a gőzminőségre, vizesedésre érzékeny technológiák ellátására is alkalmasak a gőzfejlesztők (például takarmányprések vagy mosoda: itt a nagyobb gőzigényű, nagy töltetkapacitású mosógépek hirtelen gőzrántása a kiszellőztetős gőzfejlesztőknél erős nyomásesést okoz, a vizes gőz pedig például foltosodást okozhat a textílián).

A hagyományos kazánégők folyamatszabályozással egy gőzfejlesztőn 50% alatt már nehezen, 30% alatt pedig nem tudják megoldani a vezérlést, ami a kis hőkapacitású berendezéseknél gondot okozhat, így alacsony kiterheltségi tartományban műszakilag jelenleg a kiszellőztetésmentes kapcsolás a legjobb megoldás, ezzel akár 10%-ig is képesek a gőzfejlesztők lemenni. A saját fejlesztésű égő természetesen jobban illeszkedik a gőzfejlesztő berendezéshez is.

A tápszivattyú

A másik sarokpont, ami fontos szintén a kis hőkapacitás miatt, hogy mennyi víz megy be az adott égőteljesítményhez a csőkígyóba: ha több a víz, mint kellene, akkor magas lesz a folyékony víztartalma a gőznek, ha pedig kevés, akkor túlhevül (a túlhevült gőz többletenergiát fogyaszt, de rossz a hőátadó képessége, így nem cél a létrehozása). A legjobb megoldás ilyenkor a térfogatkiszorítás elvén működő tápszivattyú alkalmazása, hiszen ezzel nagyon pontosan adagolható a víz menynyisége: a terület vezető gyártói is ezt alkalmazzák. Természetesen az is fontos, hogy ezekhez a szivattyúkhoz megfelelő anyagokat (például kerámia) alkalmazzanak a hosszabb élettartam és a karbantartási idő hosszabbítása érdekében.

A komplett rendszer

CVE egység és új TC

Gőzfejlesztő és kiszolgáló egysége

A fent leírt két sarokpont, az égő és a szivattyú magának a gőzfejlesztőnek a rész- vagy segédberendezése, azonban egy komplett rendszer nem csak a gőzfejlesztőből áll:

Vízelőkészítő rendszer

Ahol gőzt állítanak elő, ott mindenképpen szükség van lágyításra, hiszen a keménységet okozó sók gondot okozhatnak a kiválásukkal. Ezért egy gőzfejlesztőhöz alapfelszereltség a lágyítás, de nem mindegy, milyen! Normális esetben a berendezés telepítése előtt végrehajtanak egy nyersvíz-analízist, ami a gőzfejlesztő műszaki igényeit veszi alapul. Ugyanis hiába nem kemény a víz, nem mindegy, mennyi benne a vas, szilikát stb., hiszen ezek az anyagok is „galibát” tudnak okozni. Ezért szélsőséges esetben akár fordított ozmózisos berendezésre is szükség lehet a zavartalan működés érdekében, bár Magyarországon kb. 90%-ban a „mezei” ioncserélős vízlágyítás a gőzfejlesztőkhöz tökéletesen megfelel. A lágyított víz ezután egy táptartályba jut, ahol részleges gáztalanítás történik: ez sokkal gazdaságosabb mind beruházási, mind üzemeltetési oldalról, mint a vízteres kazánoknál szükséges teljes gáztalanítós táptartály (ne feledjük, ott magasabb a kockázat). Beruházási oldalról azért, mert így egy légköri nyomású tartállyal is megoldható a feladat, nem kell nyomás alatt tartani a vizet, üzemeltetésben pedig azért, mert elegendő a részleges gáztalanításhoz 90-95 °C, a maradék keménységet és oxigént pedig kazántápvíz-kondicionáló vegyszerekkel kötik meg.

Egyéb segédberendezések, energia-megtakarítási lehetőségek

A táptartályból a már fentebb említett tápszivattyúba jut az előkészített kazántápvíz, majd bejut a csőkígyóba. A csőkígyó nem árt, ha több részből áll, ugyanis az elgőzölögtetés helyén van a legjobban igénybe véve, így ha például tíz év után károsodik, akkor nem kell az egész csőkígyót kicserélni, csak az elgőzölögtető részt: erre teszem azt a rosszabb minőségű gépeknél nincs lehetőség. Egy jó minőségű gőzfejlesztő várható élettartama kb. 25 év (bár itthon 30-40 év feletti gépek is vannak), míg az elgőzölögtetőé kb. 10-15 év.

Bár maga a gőzfejlesztő is általában jelentős megtakarítást eredményez a régebbi hagyományos gőzkazános rendszerek lecserélésekor, mégis vannak még olyan pontok, ahol energiát lehet megtakarítani. Amennyiben a technológia zárt, a gőz nem megy a termékbe, nem szenynyeződik, úgy a lekondenzálódott vizet vissza lehet vezetni. Érdemes, hiszen nem igényel újra kezelést, hőtartalma van, azaz csak nyerünk az újrafelhasználásával. Mikor a gőz a technológiában nyomás alatt lecsapódik, a fázisváltás után ugyanúgy nyomás alatt marad a víz: amikor ez a víz kikerül a légköri nyomású rendszerbe, egy másodlagos kigőzölgés indul meg, ez az ún. sarjúgőz. Ennek a gőznek az energiáját egy sarjúgőz-hőhasznosítóval meg lehet fogni a gőzfejlesztő saját rendszerében: ez a hő a fejlesztőbe bemenő tápvíz hőfokát emeli meg, így gyakorlatilag 6-7%-kal alacsonyabb gázfogyasztást érhetnek el. A másik plusz energiaforrás a füstgáz: ide akár kondenzációs hőhasznosító is beépítésre kerülhet. Amennyiben nem kondenzációs a hőcserélő, úgy kb. 7% energia fogható meg, ezt a hőt szintén a fejlesztőbe bemenő tápvíz hőmérsékletének emelésére lehet felhasználni. Azonban ha van olyan technológia, ahol sok hőt fogyasztanak, úgy kondenzációs technikával akár 13-14%-ot is megtakaríthatnak a gázfogyasztásban.

Gőzfejlesztő komplett rendszere

Beépítés, karbantartás

A gőzfejlesztők elterjedésének egyik oka, hogy sokkal egyszerűbb telepíteni őket, mint a hagyományos kazánokat: nem szükséges igazi kazánház, sőt, sok esetben közvetlenül a technológia mellé telepítik őket. Kisebb a hely- és kubatúra-igényük, kevesebb csövezést, szerelvényezést igényelnek, ráadásul a jobb minőségű berendezések alapkivitelben időszakosan felügyelt üzemre alkalmasak, magukra lehet őket hagyni bizonyos ideig (8-24 h), anélkül, hogy plusz szerelvényezést vagy műszerezést igényelnének.

Karbantartás nélkül is bizonyára sokáig elmegy egy jó minőségű gőzfejlesztő, azonban mivel ezek a gépek termelést végző üzemek alapvető infrastrukturális gépei (hiszen a technológia például víz, gáz, áram és GŐZ nélkül is termelésképtelen), a rendelkezésre állás és a hatásfok fenntartása érdekében éves vagy bizonyos üzemórás karbantartást ezek a gépek is igényelnek. Egy ilyen berendezés meghibásodásakor az egész termelés, gyár áll, így fontos a kiváló minőség, a jó alkatrész- és szervizháttér, és a karbantartás is, hiszen ezzel minimalizálható az eseti meghibásodás lehetősége. Ez legtöbbször a szivattyú tömítéskészletének és a lángőr-elektródának a cseréjéből áll a beállításon kívül, ami általában néhány tízezres nagyságrendű kiadás egy üzemnek.

Összességében elmondható, hogy ahol telített gőzre van szükség (az iparban gyakorlatilag csak azt használnak), ott a gőzfejlesztő kb. 4-8 t/h teljesítményig jó megoldás (gyakorlatilag 1-2 t/h alatt ma már ritkán építenek be gőzkazánt). Azonban mint az élet más területein, itt is igaz, hogy a lényeg a részletekben rejlik: nem mindegy, milyen minőségű, konstrukciójú, és ami fontos, milyen hátterű berendezést választ valaki egy adott üzem gőzellátására. Ilyen berendezés kiválasztásánál érdemes szakértelemmel, erős háttérrel rendelkező forgalmazót keresni, mert a gőz ma már nem a mindennapjaink része a gépészetben.

---