Dobór kotła
Celem oceny zapotrzebowania na parę jest:
- ustalenie maksymalnego zapotrzebowania na parę
- ustalenie minimalnego zapotrzebowania na parę
- udokumentowanie planowanych rezerw
- opracowanie koncepcji pod kątem przewidywanej w przyszłości rozbudowy kotłowni
- ustalenie możliwego kształtowania się zapotrzebowania na parę na przestrzeni czasu
W oparciu o te informacje można dokonać doboru kotłów.
Instalacja z jednym kotłem
Wybierając kocioł należy zwrócić uwagę na to, aby w trakcie późniejszego użytkowania instalacja pracowała przez większość czasu w zakresie 40 – 90 % maksymalnej mocy kotła parowego, gdyż w tym zakresie sprawność jest szczególnie wysoka.
Z ustalonych minimalnego i maksymalnego zapotrzebowania na parę wynika od razu wymagany zakres regulacyjny kotła.
Instalacja z jednym kotłem będzie odpowiednia tam, gdzie zakres regulacji w trybie normalnej pracy w ciągu tygodnia mieści się pomiędzy wartościami:
- kocioł z jedną płomienicą: 1 do 0,125 (zakres regulacji 1:8)
- kocioł z dwiema płomienicami: 1 do 0,061 (zakres regulacji 1:16)
Dostępne wydajności kotłów:
- z jedną płomienicą: 175 – 28 000 kg/h
- z dwiema płomienicami: 18 000 – 55 000 kg/h
Instalacje wielokotłowe
Instalacja wielokotłowa może być wskazana z rozmaitych przyczyn. Powody dla podziału łącznej mocy kotłowni na kilka jednostek kotłowych są opisane w dalszej części poradnika. Nie można tu jednak dokonać jednej wyczerpującej oceny obejmującej wszystkie punkty widzenia, bowiem dla podziału mocy może istnieć wiele różnych wariantów. Decyzja o tym, czy ma to być pojedynczy kocioł, czy moc łączna ma być podzielona na kilka kotłów, jest zawsze indywidualna w odniesieniu do konkretnego projektu i powinna być podjęta wspólnie przez użytkownika, projektanta, wykonawcę instalacji i producenta kotła.
Ciągłość dostaw ciepła i redundancja
Podział łącznej mocy na kilka jednostek kotłowych jest konieczny tam, gdzie jest wymagane utrzymanie zasilania w ciepło także w razie awarii jednego z kotłów. Taka sytuacja dotyczy na przykład szpitali i przemysłu farmaceutycznego.
Kocioł rezerwowy musi wówczas dostarczyć minimalną wymaganą wydajność do podtrzymywania ciągłej pracy obiektu.
Często też producenci z branży spożywczej (na przykład zakłady mleczarskie czy cukrownie) i innych branż przemysłowych (zakłady papiernicze czy poligraficzne) nie mogą pozwolić sobie, ze względów ekonomicznych, na zatrzymanie produkcji z powodu awarii kotła parowego.
Praca z częściowym obciążeniem i regulacyjność kotłów parowych
Powodami przemawiającymi za podziałem mocy łącznej na kilka jednostek kotłowych są:
- duże różnice w zapotrzebowaniu na parę między najmniejszym i największym odbiorem pary,
- cykliczne wahania zużycia pary, np. różnice między dniem i nocą,
- różnice w zużyciu pary w dni robocze i weekendy.
Minimalne zapotrzebowanie na parę często jest daleko mniejsze niż minimalna moc pojedynczej jednostki kotłowej, a zatem wskazany jest podział mocy dopasowany do małego obciążenia, aby zapobiec częstym włączeniom i wyłączeniom palnika w fazach minimalnego zapotrzebowania na parę. Pozwala to uniknąć większego obciążenia dla środowiska naturalnego i wyższych kosztów eksploatacji oraz szybszego zużycia podzespołów.
W dużych instalacjach granica mocy źródeł ciepła determinuje liczbę jednostek. Najkorzystniejszy jest podział łącznej mocy na jednostki tego samego typu konstrukcyjnego. Już sam fakt, iż części zamienne do wszystkich kotłów będą wówczas takie same, przez co można zdecydowanie ograniczyć ich zapas, może być wystarczającym ku temu powodem. Tylko jeśli tak dobrany najmniejszy kocioł nie jest w stanie zapewnić efektywnej pracy na minimalnym obciążeniu, należy sięgnąć po najbliższy większy kocioł.
Zimny rozruch/podtrzymanie
Szybka dostępność maksymalnej mocy kotła jest kolejną przesłanką przemawiającą za instalacją wielokotłową. Podczas gdy zimny kocioł potrzebuje około godziny do osiągnięcia stanu gotowości na pełnym obciążeniu, kocioł pozostający w trybie podtrzymania może dostarczyć ciepło w ciągu zaledwie 5 minut. Efektywniejszym i oszczędniejszym sposobem podtrzymania niż przez palnik jest podtrzymanie przez zasilaną parą wężownicę grzejną.
Zoptymalizowane koszty eksploatacji
W kwestii, ile kotłów i jakiej mocy zainstalować w instalacji, wyznacznikiem mają być jak najniższe koszty eksploatacji. Zwłaszcza przy cyklicznych wahaniach zapotrzebowania na parę, np. gdy występują przestoje w weekendy albo ciepło jest wytwarzane do celów grzewczych w zależności od pór roku, moc poszczególnych jednostek kotłowych nie powinna być taka sama.
Sterowanie kaskadowe
Podział łącznej mocy kotłów na kocioł podstawowy i szczytowy oraz zastosowanie nowoczesnego sterowania kaskadowego pozwalają zoptymalizować obciążenia dla kotłów i koszty eksploatacji.
Warunki przestrzenne – wymagania dla ustawienia kotła
Kotłownie najczęściej mieszczą się w oddzielnym budynku lub pomieszczeniu, odpowiednio przystosowanym do tego właśnie celu. Ze względu na potencjalne ryzyko towarzyszące użytkowaniu kotłów budynek/pomieszczenie kotłowni musi spełniać szereg określonych warunków.
Ustawienie kotłów wewnątrz, pod i nad pomieszczeniami przeznaczonymi do pracy, na cele mieszkalne i socjalne wymaga szeregu specjalnych zabezpieczeń i spełnienia szczególnych wymogów:
|
Wymóg |
Maksymalna wartość |
|
Maksymalna wydajność kotła parowego |
2 000 kg/h |
|
Maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze |
32 bar |
|
Maksymalna pojemność wodna do niskiego stanu wody |
10 000 l |
|
Maksymalny iloczyn pojemności wodnej i dopuszczalnego ciśnienia roboczego |
20 000 l · bar |
Uproszczone warunki ustawienia dla kotłów parowych
Wymogi względem ustawienia kotła mogą stanowić powód dla podziału łącznej wymaganej mocy na kilka mniejszych kotłów, które spełniają powyższe warunki. Często po takie rozwiązanie sięgają szpitale, małe pralnie czy zakłady produkcji spożywczej, które nie dysponują oddzielnym budynkiem kotłowni, ale kotły mogą być zainstalowane na przykład w piwnicy.
Podział mocy łącznej na kilka kotłów
W poniższej tabeli przedstawiono kilka przykładów wymaganego zapewnienia zasilania w ciepło w razie awarii kotła oraz wymagany w takim wypadku zakres regulacji i proponowany podział mocy na kilka kotłów pozwalający spełnić te wymagania:
|
Wymóg |
Podział łącznej mocy na kilka kotłów |
|
Zapewnienie 100 % produkcji pary w razie awarii |
100:100, podział na 2 kotły |
|
Zapewnienie 80 % produkcji pary w razie awarii |
80:80, podział na 2 kotły |
|
Zapewnienie 50 % produkcji pary w razie awarii |
50:50:50, podział na 3 kotły |
|
Zakres regulacji > 1:8 |
50:50, podział na 2 kotły lub 1 kocioł z dwiema płomienicami |
|
Zakres regulacji > 1:20 |
30:70, podział na 2 kotły |
|
Zakres regulacji ≤1:20 + zapewnienie 80 % produkcji pary w razie awarii |
40:40:40, podział na 3 kotły |
Podział łącznej mocy na kilka kotłów w celu spełnienia przykładowych wymagań
Są możliwe też inne podziały łącznej mocy na kilka jednostek kotłowych. Decydując się na instalację wielokotłową należy pamiętać o tym, że wyższe będą koszty inwestycji, eksploatacji i konserwacji w przypadku takiego rozwiązania.
Dla instalacji wielokotłowej jest konieczne sterowanie kaskadowe sterujące włączeniami i wyłączeniami palników oraz podtrzymaniem poszczególnych kotłów.