Kotlová napájecí čerpadla

Úkol napájecích čerpadel spočívá v tom, aby odpovídajícím množstvím napájecí vody opět vyrovnala odevzdané množství páry a ztráty vody vzniklé odluhem a odkalem. K tomu je hladina vody v parním kotli udržována konstantní s rozptylem zhruba 100 mm. Na dimenzování kotlových napájecích čerpadel jsou již v předpisech pro provoz parních kotlů kladeny mimořádné požadavky, neboť nedostatek vody v kotli je velmi kritický provozní stav, kterému je bezpodmínečně třeba zabránit.

V EN 12953- 6 nejsou kladeny žádné zvláštní požadavky na výkon a tlak čerpadel, když jsou k dispozici dva spolehlivé omezovače stavu hladiny zvláštní konstrukce, které při podkročení nízkého stavu vody (NW) v kotli vypnou ohřev. Přídavně musí být dodržen maximální rozestup mezi nejvýše položenými kouřovými trubkami a značkou nízké hladiny vody (NW), a to alespoň 50 mm, aby dodatečné odpařování díky tepelné energii v kouřových trubkách nemohlo vést k vynoření teplosměnných ploch.

U všech parních žárotrubných kotlů Bosch jsou tyto podmínky splněny, takže na napájecí čerpadla nejsou kladeny žádné mimořádné požadavky.

Vedle požadavků vyplývajících z předpisů musí napájecí čerpadla odpovídat také požadavkům na ekonomický provoz. K tomu patří zejména udržovat hladinu vody v kotli pokud možno konstantní a proudění napájecí vody ekonomizéry rovnoměrné, aby mohlo být teplo spalin také kontinuálně odevzdáváno do napájecí vody.

Stejně tak platí udržovat přiváděný elektrický výkon pro pohon čerpadla pokud možno nízko a minimalizovat ztráty škrcením regulačních ventilů.

Aby byly tyto požadavky splněny, jsou k dispozici různá provedení čerpacího modulu. Nasazená čerpadla jsou vertikální, vícestupňová vysokotlaká oběhová čerpadla s kompletně zapouzdřeným vzduchem chlazeným motorem. Až do výkonu pohonu 22 kW mohou být čerpadla vybavena integrovaným frekvenčním měničem k regulaci otáček. Jsou dimenzována speciálně pro nasazení u žárotrubných kotlů.

Charakteristika čerpadel a charakteristika zařízení

Úspora energie

Protože je potřebný objemový proud u čerpadla regulovaného otáčkami a čerpadla zap/ vyp s regulačním ventilem stejný, probíhá úspora energie pouze přes nižší dopravní tlak a ne přes nižší dopravní množství tak, jak je tomu u horkovodních zařízení.

Tak kolísá úspora energie dle vytížení zařízení a skutečného provozního přetlaku:

• o několik procent při vysokém vytížení a provozu při projektovaném tlaku
• až o 60 % při častém provozu se sníženým provozním přetlakem a nízkém vytížení

Regulace otáček

Regulace otáček musí z důvodu dominance statického protitlaku omezit maximální a minimální otáčky čerpadla v závislosti na tlaku kotle a tak aktuální provozní bod udržovat v rozsahu charakteristiky čerpadla (rozsah zabarvený šedou barvou jako na obrázku výše "Příklad křivky charakteristiky kotlového napájecího čerpadla řízeného otáčkami").

Jak obtížné to může být, ukazuje porovnání bodů 1 a 4. Zatímco při 90 % otáček čerpadla při p_DB = 15 barů je dopravováno tak akorát minimální množství (bod 1), dopravuje se při stejných otáčkách při p_(B,ein) = 12 barů již plné jmenovité množství napájecí vody (bod 4.)

Ještě silněji se to ukazuje u charakteristické křivky zařízení pro snížený provozní přetlak p_m/2.

Hodnota NPSH (Net positive suction head)

Hodnota NPSH udává minimální statický tlak na sacím hrdle čerpadla, při němž ještě nedochází ke kavitaci. Tato hodnota předurčená konstrukcí čerpadla je závislá na dopravovaném množství a při velkých dopravovaných množstvích strmě stoupá. Proto nemůže být rozsah vpravo od maximálního dopravovaného množství 4,9 m³/h využit, aniž by byly riskovány škody na čerpadle způsobené kavitací.

Čerpací modul PM

U čerpacího modulu je napájecí čerpadlo kotle namontováno přímo ze závodu od výrobce na konzoli s ukazatelem tlaku, uzavíracími, filtračními a vratnými armaturami. Aby byla při poruchách na napájecím čerpadle zajištěna provozní disponibilita parního kotlového zařízení, jsou často montovány dva čerpací moduly s přepínáním v případě poruchy.

Čerpací modul s regulací otáček

Napájecí čerpadla jsou přídavně vybavena frekvenčním měničem. Díky frekvenční regulaci odladěné na provoz kotle mohou být otáčky motoru čerpadla plynule regulovány. Tím se mění charakteristická křivka čerpadel a tak se může objemový proud čerpadla přizpůsobit aktuálním provozním podmínkám v kotli, co se týká provozního přetlaku a hladiny vody. Přitom se především při sníženém tlaku v kotli a v dílčím výkonu uspoří elektrická energie pohonu.

Schéma čerpacího modulu se všemi armaturami

Čerpací modul a dvojitý modul

Výhody:

• obzvláště nízké investiční náklady
• obzvláště nízké provozní náklady
• úprava charakteristické křivky čerpadel na různé provozní tlaky
• pozvolný nájezd a tím žádné tlakové rázy při zapínání a vypínání čerpadla
• nižší nebezpečí kavitace v provozu díky menším objemovým proudům

Je třeba respektovat/ dodržet:

• Regulační poměr mezi V_min a V_max by měl činit minimálně 1:4
• Při nasazení ekonomizérů by měl být pokud možno regulační rozsah dílčího výkonu hořáku také pokryt nejmenším frekvenčním regulačním rozsahem napájecího čerpadla. Popřípadě je možno napájecí čerpadlo s regulací otáček kombinovat i s regulačním ventilem napájecí vody.

Příklad a vysvětlení k charakteristice kotlového napájecího čerpadla s regulací otáček

Jako příklad je použito kotlové napájecí čerpadlo s regulací otáček u kotle s ekonomizérem, s jmenovitým parním výkonem ṁ_D = 4 000 kg/h a středním provozním přetlakem p_m = 13,3 barů.

Čerpací modul s regulací otáček/ bez regulace otáček a s regulací/ bez regulace přívodu

Pokud není k dispozici žádné napájecí čerpadlo s regulací otáček, nebo pokud nemůže čerpadlo s regulací otáček pokrýt nezbytný regulační rozsah, doporučuje se pro všechny kotle, které jsou vybaveny modulačními hořáky a spalinovými tepelnými výměníky, plynulá regulace regulačním modulem napájecí vody RM. Modul zajišťuje delší časy proudění skrz spalinový tepelný výměník a tak i optimální zpětné získávání tepla ze spalin kotle. Současně je minimální množství, které je třeba k chlazení napájecích čerpadel, jištěno přes regulační modul napájecí vody. Prefabrikovaný modul je nasazen na vhodné místo do tlakového potrubí napájecí vody.

Regulační modul napájecí vody k plynulému napájení kotle se skládá z regulačního ventilu napájecí vody, odtokového zařízení, zařízení na zachytávání nečistot a obtoku s příslušnými uzavíracími ventily.

Schéma čerpacího modulu a regulačního modulu napájecí vody se všemi armaturami

Výhody:

• Bezpečné minimální průtokové množství k chlazení napájecího čerpadla
• Zvýšení efektivity spalinového tepelného výměníku
• Redukce spínání čerpadel
• Konstantní hladina vody v kotli