“A gőzfejlesztő olyan megoldásokat tud kínálni, ami a vízteres kazánokkal a konstrukciójukból adódóan elképzelhetetlen.”
A kazánok az élet minden területén biztosítják, hogy a kémiailag kötött energiát felszabadítva kinyerjük otthonunkban a hőenergiát. Azonban a kazánoknak van egy speciális szegmense, a gőzkazánok, ezen belül is a gőzfejlesztők, melyek ma már általában „csak” az ipar igényét elégíti ki, speciális „rétegzenét” képezve ezzel a gépészetben. Alábbi cikk némi történelmet, konstrukciós összehasonlítást és ekonómiai elemzést tartalmaz, azaz megismerteti az olvasót a gyorsgőzfejlesztőkkel. Némi ízelítőt kapunk a gőzfejlesztők történetéből, műszaki fejlődéséből, és megtudhatunk pár dolgot a kialakításáról. A cikk végén egy összehasonlítást találunk a hagyományos kazánokkal, és persze levonjuk a következtetéseket.
Gőz régen és most
Még manapság is jelentős szerepet játszik a vízgőz az energiaátalakítási folyamatokban. A gőz ez nagyságrenddel több energiát képes szállítani, mint a folyékony víz, a telített gőz hőátadó képessége pedig a fázisváltozás közben nagyon jó. Míg az energetikai gőzturbinák üzemeltetésekor a jelentős túlhevítést a minél nagyobb hőesés, és ez által kinyerhető mozgási energia miatt állítják elő, addig a hőátadási feladatokhoz a telített, száraz gőz a legjobb hőhordozó. Telített, száraz gőznek nevezzük, ha az összes rendelkezésre álló folyékony halmazállapotú vizet elpárologtattuk (ha további hőt közlünk vele, túlhevül). Ilyenkor a telített gőz nagymértékben tárolja az elpárologtatásakor felvett energiát, ezért a vízgőzt a nagy energiaátadó képessége miatt előszeretettel alkalmazzák az iparban. Lekondenzálódásnál a fázisváltozáskor nagyon igen jó a hőátadó képessége. Napjainkban a gőzt épületfűtésre már nem alkalmazzák, azonban az ipari folyamatoknál ma is nélkülözhetetlen.
De vajon mik ezek a folyamatok?
Gyakorlatilag bármi, amit gyártanak, kb. 80-90 iparág alkalmaz gőzt, köztük az élelmiszer-, textil-, vegyi- és gyógyszeripar, vagy a kórházak, mezőgazdaság.
Lássunk pár alkalmazást:
Pálinkafőzők, sörfőzők: az itthon oly népszerű pálinka főzéséhez ideális a gőz: a főző-finomító üstök fűtése a nyomás alapján történő szabályozás miatt rendkívül pontosan kontrollálható, a gőz kondenzációs hőátadása miatt pedig a hőátadó felületek egyenletes hőmérséklettel rendelkeznek, így a magas minőségű ital előállításához nagymértékben hozzá tud járulni a telített gőz alkalmazása.
Pékségek: a péktermékek sütése közben a kemencébe bejuttatott gőz nem engedi megrepedezni a ropogós áruk felületét
Vendéglátó szállodák, egészségügyi intézmények: általában az ezekben található nagyobb mosodák gőzzel gazdaságosabban üzemeltethetőek. Kórházakban még sterilizálásra, konyhai üstök fűtésére és klímák légnedvesítésére is alkalmazzák.
Takarmányprések: a granuláló berendezéseknél hőt és nedvességet visz be a gőz a berendezésbe. Itt nagyon fontos a gőz minősége (pl. víztartalom), a granuláló prések az egyik legkényesebb berendezések gőz szempontjából
Látható, hogy a gőznek jelenleg is megvan a maga helye az életünkben. Nézzük, mi volt régen:
A gőzt már bizony néha az ókorban is munkára fogták: a Hérón labda forgásával szórakoztatta a nagyérdemű közönséget, de már akkor megjelent a gőz, mint templomok kapujának mozgatására használatos energiahordozó. Aztán elérkezett az ipari forradalom ideje, melyben a gőz már gyakran a főszerepet játszotta: gőzhajók, lokomobilok, szivattyúk, gőzekék, gőzmozdonyok bukkantak fel világunkban. A gőz előállításához mindig szükség van egy gőzkazánra, melyben a kémiailag kötött energiát hőenergiává szabadítjuk fel, majd egy hőhordozó közeggel a fogyasztás helyére szállítjuk. Az eltelt több száz év alatt ezek a gőztermelő egységek rengeteget változtak, így jutottunk el napjainkban a gőzfejlesztőkig.
A gyorsgőzfejlesztők konstrukciója
A gyorsgőzfejlesztőben így történik a gőz előállítása: egy, a térfogatkiszorítás elvén működő dugattyús tápszivattyú a lágyított, gáztalanított tápvizet bepumpálja a csőkígyó elgőzölögtető szakaszába. A tápvíz felmelegszik, majd fázist vált, elgőzölög. Ezután a csőkígyó további részén a maradék víz is elpárolog, száraz, telített gőzzé válik. Amennyiben a technológiai gőzfogyasztóban a gőz nem nyelődik el, nem szennyeződik, hanem közvetett a hőcsere, úgy a lekondenzálódott víz visszavezethető a táptartályba. A legelterjedtebb gőzfejlesztő konstrukció a csőkígyós felépítés. A feltekercselt cső a tűzteret fogja körbe, ebben áramlik a tápvíz a tápszivattyú által, és mire a kimeneti pontra ér, már nem folyékony, hanem maga a vízgőz. A csőkígyó gyors hőterhelés változásai miatt nagyon fontos a megfelelő anyagok alkalmazása és a kialakítás.
Léteznek álló és fekvő csőkígyós gőzfejlesztők. Ez persze függhet attól, mennyi hely áll rendelkezésre (pl. hajóban, mozdonyban), azonban a csőkígyó élettartamát is jelentősen befolyásolja a berendezés elrendezése. Álló berendezésben a csőkígyó a felfüggesztés miatt ki tudja „lógni” a hőfeszültségeket, továbbá a függőleges láng körben egyenletes hőterhelést tesz lehetővé. Az iszapolás is így a legalsó ponton történik, nem marad a csőhajlatokban olyan lerakódás, ami később dugulást okozhatna.
Az égő technikája
A legelterjedtebb függőleges elrendezésű csőkígyós gőzfejlesztőknél az égő általában felülről kerül beépítésre. Egyes konstrukcióknál a sugárzási veszteség minimalizálása miatt az égési levegőt az égőbe kerülés előtt a berendezés palástjában keringetik, előfűtve azt. Ezáltal nincs szigetelőanyag, az nem öregszik, a nedvesség hatására nem lesz rosszabb a szigetelő képesség, és az égő is előmelegített levegőt kap. A kis hőkapacitású csőkígyó miatt a vezető gyártók kiszellőztetésmentes égőt alkalmaznak, ezzel biztosítva a gyors gyújtást: így tudják megelőzni, hogy a hagyományos égők kiszellőztetési idejében fellépő gőznyomás csökkenés elvizesedést okozzon. A gyors égő technikával felszerelt gőzfejlesztők gyakorlatilag a vízre legkényesebb gőzfogyasztóknál is megfelelnek. A víz a gőzrendszerben ártalmas dolog, a nagy áramlási sebesség miatt igen erózív, vízütéseket okoz, és egy nagyságrenddel rosszabb hőátadó, mint a gőz. A kiszellőzésmentes égővel ellátott gőzfejlesztőkhöz az esetek 99%-ban nem szükséges gőzpuffer beépítése.
Vízkezelés: az „Achilles-sarok”
Bármilyen gőztermelő kazánnál nagyon fontos a lágy víz, hiszen hamar problémát okoz a vízkő. Persze egyéb követelmények is vannak: ne legyen korrózív, ne habozzon, ne legyenek benne lebegő anyagok. Egy gőzfejlesztőnél a magyarországi vizek esetében kb. 90%-ban elegendő a legelterjedtebb gyantás kationcserélők alkalmazása. Azonban néha a nyersvízanalízis más olyan anyagok jelenlétét is kimutatja, ami problémát jelenthet, ezekre külön fel kell készülni. A lágyító csak a keménységet okozó sókat távolítja el a vízből. Az oldott gázokat általában termikus gáztalanítással távolítják el, a maradékot pedig vegyszerrel kötik meg, ugyanúgy, ahogy az maradék keménységet is.
Hagyományos gőzkazán és a gyorsgőzfejlesztő összehasonlítása
A nagyvízteres, hagyományos gőzkazánoknak manapság is megvan a helye mind az iparban, mind az energetikában, ám számos olyan eset van, mikor egy kis hőkapacitású, de gyors reagálású csőkígyós gőzfejlesztőt racionálisabb választás alkalmazni, mind konstrukciós, mind pedig gazdasági átgondolások alapján. Pl. az életből merítve van olyan üzem, ahol korábban 5t/h gőzteljesítményre volt szükség, mára azonban ez visszaesett 1t/h igényre. Ez a nagy kazán hatásfokában jelentős romlást jelent, ilyenkor javasolt egy, a technológiához jól méretezett gőzfejlesztőre való cserét, hiszen a kisebb berendezés jobban ki lesz terhelve, és jóval magasabb hatásfokon tud üzemelni.
Ha egy hagyományos gőzkazán helyére gőzfejlesztő kerül beépítésre, az rengeteg az üzemeltetőnek hasznos dologgal jár. Fenti diagaramból látható, hogy a gőzfejlesztő a kisebb terheléseket a kis hőkapacitásából és alacsony fix veszteségeiből adódóan rugalmasabban tudja kezelni. A gőzfejlesztő alacsony literszámából adódóan rövid felfűtési idővel rendelkezik: nagyon hamar tud gőzt szolgáltatni a teljes hidegindítás után, míg a hagyományos nagyvízteres kazánok hidegen való felfűtése minimum 20 perc (bár ez nagyság- és korfüggő, előfordul a több órás is). Egy csőkígyós gőzfejlesztő hidegindítása 3-5 perc. Ez egy egyműszakos üzemnél éves szinten nagy gázköltség megtakarítást jelent.
A függőleges csőkígyós gőzfejlesztők nagyon kis helyigénnyel rendelkeznek felépítésükből adódóan. Ez teljesítménytől függően kb. 9-25m2. A kis helyigény kis sugárzási veszteséggel is jár: egyes levegő szigetelésű gyorsgőzfejlesztők 0,2% sugárzási veszteséggel rendelkeznek, szemben a vízteres kazánok 1-2%-val.
A hagyományos gőzkazánoknál a vízkezelés nem csak az üzembiztonság szempontjából fontos, hanem egyáltalán a biztonság szempontjából, ugyanis a nagy víztérfogat miatt hagyományos kazánrobbanás is kialakulhat a nem megfelelő vízkezelés miatt. Ez a kis térfogatú gőzfejlesztőnél elképzelhetetlen.
A gőzfejlesztők kis víztérfogatuk miatt legtöbbször az engedélyeztetésben is előnyt élveznek: jelenleg amennyiben a térfogat és a maximális gőznyomás szorzata nem éri el az 1000 értéket, úgy a berendezést nyomástartó oldalról nem kell engedélyeztetni.
Környezetvédelmi, beruházási és üzemi jellemzők
Napjainkban nagyon fontos, hogy az energiafelszabadítási folyamatok megfeleljenek korunk környezetvédelmi elveinek, értékeinek. A gőzkazánok főként a levegő tisztaságára vannak hatással. Mivel ezeknek a berendezéseknek az alacsony veszteségeik és rugalmasságuk miatt magas a hatásfoka, így kis környezetterhelést jelentenek más konstrukciókkal szemben. A másik szempont pl. a vizek hőterhelése: egy csőkígyós gőzfejlesztőből kevesebb forró csurgalék távozik pl. iszapoláskor, mint egy nagy térrel rendelkező gőzkazánból, így kisebb hőterhelést, jelent a környezetének. A levegő szigetelésű gőzfejlesztők zajvédelme is magas fokú, akár sokcsillagos hotelek lakosztályai mellett is problémamentesen lehet ilyen gépeket üzemeltetni.
A legtöbb esetben egy gőzfejlesztő telepítésénél a gazdasági szempontok dominálnak.
Páldául: milyen a megtérülés egy hagyományos kazán üzemeltetésével szemben. A gőzfejlesztőnél a kis kubatúra igény és az egyszerű telepíthetőség miatt a beruházási költség alacsony. A magas minőségű anyagok és konstrukció egy ilyen berendezésnél alacsonyabb szerviz igényt és költséget jelent. A gőzfejlesztőkhöz gyártott egyéb energiahasznosító kiegészítő berendezések (füstgáz hőhasznosító, kondenzátum sarjúgőz hőhasznosító) a berendezés önfogyasztását tudják jelentősen csökkenteni, így általában egy beruházásnál ezek a segédberendezések 2-3 év alatt behozzák az árukat.
Összefoglalás
A fenti dolgok alapján látható, hogy a gőzfejlesztőknek jelentős helye van az ipari gőztermelő berendezések között: itthon 1-2t/h gőzteljesítmény alatt már nemigen találkozni új telepítésű hagyományos nagyvízteres gőzkazánnal. 4-8t/h gőzteljesítményig mindenképpen gazdaságos alternatíva a gőzfejlesztő a gőzkazánnal szemben, persze ez erősen függ az üzemeltetési peremfeltételektől, pl. műszakszám, kiterhelés, tartalék képzése: ezeken a területeken a gőzfejlesztő olyan megoldásokat tud kínálni, ami a vízteres kazánokkal a konstrukciójukból adódóan elképzelhetetlen. A gőzfejlesztők általában gyári kivitelükben alkalmasak időszakosan felügyelt üzemre, azaz nem kell mellette ülni a kezelőnek, ezáltal munkaerő költséget takarít meg. A gőzfejlesztőknek a kis víztérfogat miatt gyors a felfűtése, nagy a rugalmassága, így 6-8 t/h gőzteljesítményig megfelelő választás energetikai fejlesztésekhez.
Szerző, szerkesztő: Biberika János
