KORSZERŰ ENERGETIKAI BERENDEZÉSEK. Milyen hatékony az égéshő-hasznosító olajtüzelésű technológia?

Átírás

1 KORSZERŰ ENERGETIKAI BERENDEZÉSEK 4.1 Milyen hatékony az égéshő-hasznosító olajtüzelésű technológia? Tárgyszavak: égéshő; gőzlecsapódás; hatásfok; harmatpont. Az 1990-es évek elején a Német Szövetségi Köztársaságban nagymértékben megnőtt az égéshő-hasznosító gáztüzelési eljárás alkalmazása. Ez a technológia az épületgépészetben igen elterjedt. A berendezések műszakilag kiforrottakká váltak, megbízhatóságukat nagy sorozatokban igazolták. Minden kazángyár termékei biztosítják a tüzelőanyag legjobb hatásfokkal történő hasznosítását, az alsó fűtőértékre vonatkoztatott hatásfok eléri a 109%-ot. A hatásfok elméleti fizikai határértéke 111%. Az energia nagy árnövekedése következtében keresetté váltak az olajtüzelésű égéshő-hasznosító kazánok is. Sok vállalat állít elő ilyen termékeket, pl. a MultiJet nevű új olajtüzelésű kazánt, amely 104,6% hatásfokkal működik (Giersch-gyártmány). A kazánok energiahasznosítását a tüzelőanyag alsó fűtőértékére számított hatásfokkal szokták mérni. A szokásos kazánokban az égésnél keletkező vízgőznek a korrózióveszély miatt nem szabad lecsapódnia. Emiatt az energetikai értékelésnél a vízgőz rejtett hőjét elkerülhetetlen veszteségként veszik figyelembe. Ez a hőmennyiség az égéshő 11%-a gáztüzelés és 5%-a olajtüzelés esetén. Ez nem jelenti azt, hogy az égéshő-hasznosító olajtüzelés gazdaságtalan lenne. Az energetikai értékelés akkor pontos, ha a tüzelőanyag energiahasznosítását és a hatásfokot a felső fűtőértékre vonatkoztatjuk. Mivel ez még nem szokásos, az alsó fűtőértékre vonatkoztatják a tüzelőanyag hasznosított energiáját (1. ábra). A veszteségeket egy kishőmérsékletű és egy égéshő-hasznosító, olajtüzelésű kazánnál így hasonlítják össze. Az égéshőhasznosító tüzelésnél keletkező többletnyereség a felső (H 0 ) és az alsó (H u ) fűtőértékek közötti különbségből adódik, és ez kb. 5% (a H u -ra vonatkoztatva). Egy égéshő-hasznosító olajkazánnál, melynél a távozó füstgázhőmérséklet 40 C, az égésnél keletkező vízgőznek mintegy 80%-a lecsapódik. Az így kapott energianyereség 4%. A kis távozó füstgázhőmérséklet következtében a füstgáz miatti hőveszteség csak 0,9%. Egy kishőmérsékletű kazánnál viszont a vízgőzlecsapódás elkerülése érdekében a füstgázhőmérséklet nem süllyedhet egy alsó határ alá, mely korszerű kazánok esetén C. Ha a CO 2 értékét 13%-ra vesszük fel, a távozó füstgáz miatti legkisebb hőveszteség 6,4%. A két kazántípus füstgázvesztesége közti különbség 5,5%. BME OMIKK Energiaellátás 2002/3. 3

2 ,6 99,1 80 fűtőérték, % fűtőolaj, EL kishőmérsékletű kazán ta=160 C qa=6,4% nf=93,6% égéshő-hasznosító kazán ta=40 C qa=0,9% nf=104% tüzelőanyag hőhasznosítása (érzékelhető hő) füstgázveszteség, rejtett hő, égéshő-hasznosítás 1. ábra Energiahasznosítás és veszteség égéshő-hasznosító olajtüzelés esetén Az égéshő-hasznosító olajtüzelésű kazán fűtőfelületeinek a gőzlecsapódásra alkalmasnak kell lenniük. Ehhez igen sima hőátadó felületek kellenek, amelyekhez egyik oldalon a kazán vize, másikon a füstgáz érintkezik. Pl. a MultiJet kazán vízzel hűtött hengeres kazántesttel rendelkezik. Az égőkamrába egy fazék alakú Jet-betétet helyeztek el. Ennek palástján, a kerületen elosztva sugárirányú furatok vannak. Ezeken keresztül a lángtól axiálisan áramló füstgáz derékszögben irányt változtat, és nagy sebességgel, merőlegesen csapódik a vízzel hűtött fűtőfelületnek. Ezáltal jó hőátadási tényező mellett erőteljes hőátadás következik be. Így a füstgáz a hőjét majdnem teljesen átadja, a távozó hőmérséklete csak 15 K-kal nagyobb a kazánba beáramló távfűtési visszatérő víz hőmérsékleténél. A sugárirányú furatok a gőzlecsapódás zaját is a minimumra csökkentik (2. ábra). A vízoldali hőátadási tényező többszöröse a gázoldalinak, így a füstgázoldali falhőmérséklet a füstgáznál hidegebb, és a kazánba belépő víz hőmérsékletével közel azonos. Ez olajtüzelésnél fontos, ez teszi ugyanis lehetővé, hogy a füstgázból a vízgőz közvetlenül a fűtőfelületre csapódjon le. Ez akkor következik be, ha a vízhőmérséklet 4 BME OMIKK Energiaellátás 2002/3.

3 2. ábra A Jet-furatok hatása csak kicsit kisebb a vízgőz harmatpontjánál (mintegy 47,5 C). Az eddig szokásos kazánoknál ezt a kicsapódást a fűtőfelületen kazánizzadásnak nevezik. Ha a füstgázhőmérséklet a harmatpont alá csökken, a vízgőz köd formájában válik ki a füstgázban. A felületre kicsapódott vízgőz a súlyánál fogva lefelé csorog, amit a lefelé áramló füstgáz is segít. Ez az állandó vízáramlás a fűtőfelületet öblíti, tisztítja. A könnyű fűtőolajban csekély (átlagban 0,15%) a kéntartalom, ezért az égéstermékben a szén-dioxid és a vízgőz mellett nyomokban kén-dioxid és kén-trioxid is található. Ezek a vízgőzzel kénsavat és kénessavat alkotnak, melyek a fűtőfelületekre kicsapódnak. A fűtőfelületeknek a savakkal szemben ellenállóaknak kell lenniük, ezért króm-nikkel-molibdén acélt kell a felületek anyagául választani. A kéntartalom miatt az égéshő-hasznosító olajtüzelésű kazán csapadékát semlegesíteni kell. A kazán alsó részébe egy semlegesítő tartályt kell beépíteni. Ez elé egy aktívszén szűrőt kell tenni, mely a szénhidrogéneket és a koromszemcséket leválasztja. A semlegesítő tartályban magnézium-hidroxiddal a ph értéket 6,5 8-ra emelik (3. ábra). aktív szénszűrő semlegesítő granulátum 3. ábra A semlegesítő tartály elhelyezése a MultiJet kazánban BME OMIKK Energiaellátás 2002/3. 5

4 Az égéshőhasznosító olajtüzelésű kazán és az égő szabályozása egy egységet alkot. A régebbi kazánokban a kis légfelesleg-tényező kisebb füstgázveszteséget eredményez. Az égéshő-hasznosító tüzelésnél a vízgőzlecsapódás hőmérséklete is függ a légfelesleg-tényezőtől. Ha ez a tényező kisebb, akkor nagyobb a füstgáz szén-dioxid-tartalma, ezzel nagyobb lesz a vízgőz harmatpontja, és így kedvezőbbek lesznek a feltételek a jobb hőhasznosításhoz. Különösen fontos, hogy az égéshő-hasznosító olajtüzelésnél jó minőségű égőt alkalmazzanak, mely kis légfelesleg-tényezővel is stabilan működik. Pl. a Giersch NO x -szegény olajégőjénél a füstgáz CO 2 -értéke 13%, ezzel a vízgőzharmatpont 47,5 C (4. ábra). A tüzelés kikapcsolása után a szellőztető ventilátornak még 3 percig működnie kell a tűztér szellőztetése és a porlasztókra való ráégés elkerülése érdekében ,5 C vízgőzharmatpont, C EL fűtőolaj CO2-tartalom, % 4. ábra Vízgőzharmatpont a CO 2 -tartalom függvényében EL fűtőolaj tüzelése esetében 6 BME OMIKK Energiaellátás 2002/3.

5 Égéshő-hasznosítást elvileg minden tüzelőberendezéshez be lehet szerelni, akár gáz-, akár olajtüzelésről van szó. Itt a lehető legalacsonyabb fűtési visszatérő vízhőmérsékletre kell törekedni. Gyakori félreértés, hogy az értéknövelő tüzelést csak kishőmérsékletű hőszolgáltató berendezéssel (pl. padlófűtéssel) lehet elérni. Régebbi berendezéseket felülvizsgálva a biztonsági túlméretezés miatti üzemeltetési hőmérsékletet csökkenteni lehet. Az égéshő-hasznosító olajtüzelésű kazán a 75/60 C előremenő/visszatérő távfűtési vízkörre is jól alkalmazható. Ennél a megoldásnál is biztosítható a fűtési időszak túlnyomó részében a füstgázban lévő lecsapatása. A +15 C és a 15 C külső hőmérséklet közti fűtési időszakban a MultiJet típusú olajtüzelésű égéshő-hasznosító kazán esetében a távozó füstgázhőmérséklet görbéje a keringtetett fűtővíz visszatérő hőmérsékleténél csak 15 K-val magasabban helyezkedik el (5. ábra). A részleges gőzlecsapódás már a teljes gőzlecsapódás előtt, 5 C külső levegő-hőmérsékleten elkezdődik. évi fűtési időszak, % a b c harmatpont 47,5 C fűtés előremenő és visszatérő víz hőmérséklete, C külső levegő hőmérséklete, C 2,5 C teljes gőzlecsapódás -6 C részleges gőzlecsapódás 5. ábra Évi fűtési időszak a vízgőzlecsapódási hő hasznosításával a) távozó füstgázhőmérséklet, t A ; b) fűtés előremenő víz hőmérséklete, t V ; c) fűtés visszatérő víz hőmérséklete, t R A +5 C 0 C közti külső hőmérsékletnél a fűtési energiaszükséglet 36%- át nyerik meg ezzel az eljárással. Hidegben, 10 C és 15 C között 6%, +10 C és +15 C közötti külső hőmérséklet között 7% a viszonylagos hő- BME OMIKK Energiaellátás 2002/3. 7

6 megtakarítás. A minimális vízgőzlecsapódáshoz tartozó legkisebb külső hőmérséklet a kazán kialakításától is függ. helyi állomás RS 10 vagy távszolgáltatás RFF 60S 6. ábra Vízkapcsolás: közvetlen zárt fűtőkör A füstgázban lévő vízgőz közvetlenül a fűtőfelületre csapódik le. A lecsapódáshoz tartozó legkisebb külső levegő-hőmérséklet 6 C, ez a fűtési viszszatérő víz hőmérsékletgörbéjének és a vízgőz harmatpontját jelző vízszintesnek a metszéspontjából állapítható meg. Ez azt jelenti, hogy az éves fűtési idő 85%-ában pótlólagos hőenergiát lehet felhasználni. Ha a távozó füstgázhőmérséklet a vízgőz harmatpontjánál kisebb, a vízgőz köd formájában válik ki. Ennek a teljes lecsapódás -nak megfelelő külső levegő-hőmérsékletnek az alsó határa a távozó füstgáz-hőmérséklet egyenesének és a vízgőzharmatpont vízszintesének metszéspontjából állapítható meg, ez +2,5 C külső levegő-hőmérsékletnél van. Tehát a fűtési időszak mintegy felében nyerhető többlet égéshő-hasznosítás. Az égéshő-hasznosító eljárás fogalma alatt a vízgőz lecsapódásából származó rejtett hő pótlólagos energiaként való hasznosítását 8 BME OMIKK Energiaellátás 2002/3.

7 értik. Emellett többször előfordul az égéshő-hasznosító kazánnál is a szokásos kazánokhoz hasonlóan a távozó füstgázhőmérséklet időszakos csökkenése. Az égéshő-hasznosító kazán és a fűtési hálózat csatlakozása igen egyszerű. A szokásos kishőmérsékletű kazánokkal ellentétben, ahol a harmatpont alá csökkenést hidraulikai beavatkozással meg kell akadályozni, az égéshőhasznosító kazánnál a vízgőz lecsapatására törekszünk. Ez utóbbinál a fűtési rendszer csatlakozása úgy jön létre, hogy a fűtési rendszer keringtetett vize lehetőleg a legkisebb visszatérő hőmérséklettel belép a kazánba. A keringtetett fűtővíz közvetlenül a kazánhoz csatlakoztatható, keverő és keringésfokozó elvileg nem szükséges. Ezzel kisebb a beruházási költség. Előfordulhat, hogy keverőre is szükség van, például padlófűtésnél. Két különálló fűtőkörnél például fűtőtestek és padlófűtés esetén a padlófűtést keverővel kell szabályozni, míg a fűtőtestek közvetlenül csatlakozhatnak. Az égéshő-hasznosító berendezéseknél kizárólag a nedvességre érzéketlen füstgázelvezető szerkezetet szabad beépíteni. A szerkezeti anyagoknak a kis kénsavtartalmú csapadékvízzel szemben ellenállóknak kell lenniük, és mintegy 120 C hőmérsékletet kell kibírniuk. Ez is kisebb beruházási költséget jelent a kishőmérsékletű kazánok szabályozási rendszeréhez képest. A távozó füstgázból a gőz csapadékát a semlegesítő berendezésbe vezetik be. Az égéshő-hasznosító berendezés tervezéséhez és beépítéséhez a gyártók például a Giersch az interneten is adnak segítséget. (Boros György) Neuroff, V.; Egger, R.: Wie effizient ist die Öl-Brennwerttechnik? = Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Klempnertechnik, 56. k. 13. sz júl. 1. p BME OMIKK Energiaellátás 2002/3. 9