Para jest potrzebna w niejednej gałęzi przemysłu. W różnych branżach pełni zróżnicowane funkcje: dostarcza ciepło niezbędne w procesach gotowania, odparowywania, destylacji. Ponadto jest wykorzystywana w procesach suszenia, dostarcza ciepło niezbędne w reakcjach endotermicznych, które są stosowane w przemyśle chemicznym. Do wytwarzania pary technologicznej wykorzystywane są nie tylko kotły parowe, ale również wytwornice pary. Jak działają? Czy w ich pracy ma znaczenie jakość wykorzystywanej wody? Jak uzdatniać wodę do wytwornic pary?
Czym są wytwornice pary?
Wytwornice pary to wymienniki ciepła przeznaczone do wytwarzania pary. Często są wskazywane jako alternatywa parowych kotłów płomienicowo-płomieniówkowych. Główną różnicą między wytwornicami pary a kotłami parowymi jest brak paleniska.
Te urządzenia nazywane są również zamiennie: generatorami pary, kotłami bezwalczakowymi, parowymi kotłami przepływowymi. Największe dostępne obecnie na rynku wytwornice pary są w stanie wytworzyć strumień pary do 10 ton na godzinę.
Wśród urządzeń dostępne są zasilane za pomocą energii elektrycznej, gazu ziemnego, gazu płynnego, oleju opałowego lekkiego bądź ciężkiego oraz innymi paliwami płynnymi.
Gdzie są wykorzystywane wytwornice pary?
Wytwornice pary są wykorzystywane w elektrowniach atomowych, słonecznych CRS oraz układach gazowo-parowych.
Jeśli chodzi o gałęzie przemysłu, w których wytwornice pary są stosowane najczęściej, to z całą pewnością można wymienić: spożywczy (przetwórstwo warzyw, owoców, ryb, browarnictwo, mleczarnie), drzewny, budowlany, chemiczny, zbrojeniowy. Z wytwornic pary może skorzystać każdy zakład, który potrzebuje szybkiego doprowadzenia pary o niekoniecznie najwyższej jakości.
W niektórych przedsiębiorstwach wytwornice pary są wykorzystywane jako rezerwowe/dodatkowe źródło ciepła. Wszystko dzięki temu, że mogą pracować okresowo, a sam proces uruchamiania jest szybki i efektywny.
Jak działają wytwornice pary?
Wytwornice pary charakteryzuje budowa wodnorurowa. Woda przepływa przez wężownicę o znacznej długości. W trakcie jest podgrzewana, doprowadzania do wrzenia i uzyskuje temperaturę nasycenia odpowiadającą wymaganemu ciśnieniu. W kolejnym etapie para odprowadzana jest do przewodów parowych.
Wężownica odgrywa więc w tych urządzeniach największą i najważniejszą rolę. Można jej przypisać aż trzy istotne funkcje: podgrzewacza, parownika, a w wielu przypadkach i przegrzewacza pary.
Generatory pary charakteryzują się niewielką pojemnością wodną, co umożliwia szybkie podgrzewanie wody i wytwarzanie pary.
Możemy się spotkać ze stojącymi i leżącymi wytwornicami pary wodnej. W tym wypadku dobór odpowiedniego urządzenia jest uzależniony od kubatury pomieszczenia, w którym wytwornica pary ma stanąć.
Należy wziąć pod uwagę, że montaż wytwornicy pary wiąże się również z zaopatrzeniem w cały niezbędny osprzęt. Mowa tu między innymi o: zbiorniku skroplin, pompie zasilającej, osuszaczu pary, opcjonalnie wymienniku ciepła, ale także stacji dozowania środków chemicznych oraz stacji uzdatniania wody, która w większości przypadków okazuje się być niezbędna do prawidłowego funkcjonowania.
Przepływ wody w instalacjach z wytwornicami pary
Woda zasilająca w takim układzie jest tłoczona ze zbiornika skroplin do wężownicy. Dalej jest przesyłana przez przewody parowe do odbiorników – tam oddaje ciepło. Na skutek tego procesu dochodzi do skraplania i w takiej formie woda spływa do otwartego zbiornika wody zasilającej, inaczej zwanego zbiornikiem skroplin.
W instalacji dochodzi do ubytków pary wodnej, a ubytki należy uzupełniać. W tym celu przedsiębiorstwa najczęściej wykorzystują wodę z instalacji wodociągowej. Ta jednak nie zawsze jest odpowiedniej jakości do takich zastosowań i wymaga uzdatniania.
Kiedy wytwornica pary jest dobrym rozwiązaniem?
Szybkie wytwornice pary są często wykorzystywane jako zamiennik parowych kotłów płomienicowo-płomieniówkowych o mocach maksymalnie kilku megawatów. Do takiego rozwiązania przekonuje przede wszystkim cena, która może być niższa nawet o 1/3. Wytwornice pary nie potrzebują aż tyle miejsca, co kotły, mają mniejszy rozmiar i masę jednostkową.
Ponadto to liczne korzyści eksploatacyjne. Przede wszystkim utrzymanie części ciśnieniowej jest tanie i proste. Czas uruchamiania jest krótki, a same przepisy dotyczące zezwoleń oraz nadzoru eksploatacyjnego znacznie mniej skomplikowane.
Choć wytwornice pary stanowią wygodne rozwiązanie, ich użytkowanie nie jest wolne od wad. Obsługa wymaga przeszkolenia personelu i mogą wystąpić problemy z połączeniem kilku wytwornic w jeden układ. Warto wziąć pod uwagę, że wytwarzana para jest wilgotna, należy pamiętać o ścisłej synchronizacji wydajności pompy zasilającej z poborem pary i mocą palnika.
Przedsiębiorstwa, które chcą zdecydować się na ten sposób pozyskiwania pary technologicznej powinny rozważyć wszelkie „za” i „przeciw”. Najczęściej ich instalacja opłaca się i jest najwygodniejsza w zakładach, w których:
- Zapotrzebowanie na parę jest okresowe
- Wymagania dotyczące jakości, utrzymania stałej temperatury i ciśnienia pary nie są wygórowane
- Jako alternatywne źródło ciepła
- Jako urządzenie szczytowe w kotłowniach z kotłami parowymi
Jakość wody a wytwornice pary
O tym, jakie problemy mogą wystąpić w przypadku pary, jeśli jakość wody nie będzie odpowiednia pisałem już w artykule: Dlaczego produkcja pary wymaga uzdatniania wody? Problemy mogą wystąpić niezależnie od zastosowanego urządzenia wytwarzającego parę.
Wśród najczęstszych kłopotów powodowanych przez niekorzystne parametry wody można wymienić osady, które pozostaną na komponentach urządzeń, zmniejszające wydajność układu i prowadzące do skracania żywotności elementów oraz większe prawdopodobieństwo wystąpienia korozji w układzie.
Podobnie jak w przypadku kotłów parowych, również wytwornice pary wymagają do działania wody odpowiedniej jakości. Jest to istotne ze względu na samą budowę wytwornicy pary. Tylko dzięki utrzymaniu wody o właściwych parametrach możliwe będzie jej długie i wydajne wykorzystanie.
Wielu producentów wytwornic pary zastrzega, że woda zasilająca powinna być uzdatniana już przed pierwszym uruchomieniem. Oto przykładowe parametry wody zasilającej podane przez producenta wytwornicy pary wodnej.
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Odczyn pH | min. 10, maks.12 |
| Zawartość siarczynów podczas pracy | min. 50 mg/l |
| Całkowita zawartość soli rozpuszczalnych (przewodność) | maks. 8550 µS/cm |
| Zawartość żelaza | <0.1 mg Fe/l |
| Twardość ogólna (w stopniach niemieckich) | maks. 0.1°dH |
| Osady | brak |
Jak widać duże znaczenie ma twardość wody, stężenie żelaza, całkowita zawartość soli rozpuszczonych oraz odczyn pH.
Twardość wody a wytwornice pary
Wysoki stopień twardości wody nie ma korzystnego wpływu na stan techniczny instalacji i wytwornicę pary. Należy zwracać szczególną uwagę na tą wartość w celu uniknięcia blokowania wężownicy przez osad. Producenci zalecają całkowite zmiękczanie wody.
Jeśli na układ trafi twarda woda, osad pozostanie wewnątrz wężownicy, na jej ściankach, zmniejszając tym samym jej wydajność. Średnica rur będzie ulegała stopniowemu zmniejszeniu, co prowadzi do oporu przepływu.
Ponadto wysoki stopień twardości wody, a właściwie osad, jaki po sobie pozostawia, przyczynia się do mniej wydajnej wymiany ciepła pomiędzy gorącymi spalinami a zimną wodą. W skrajnych przypadkach może dojść do przegrzania ścianek rury i uszkodzenia wężownicy.
Osady a wytwornice pary
Woda przeznaczona do zasilania wytwornic pary powinna być wolna od osadów. Te, jeśli występują w wodzie, stanowią najczęstszą przyczynę erozji wężownicy oraz zaburzeń pracy armatury parowej i odwadniaczy. Za najczęstszą przyczynę występowania osadów w wodzie uznaje się źle funkcjonujący układ zmiękczania bądź obecność żelaza w kondensacie powrotnym.
Uzdatnianie wody do wytwornic pary
W przypadku wytwornic pary stosuje się zazwyczaj dwa sposoby na poprawę jakości wody zasilającej. Pierwszym z nich jest odpowiednio dobrana stacja uzdatniania wody, w której skład zazwyczaj wchodzi zmiękczacz wody, jednak kluczową rolę odgrywa analiza wody. Badanie wody daje pełny obraz związany z parametrami wody i pomaga dobrać nie tylko najlepiej działające złoża, ale i wydajności urządzeń. Więcej na ten temat w artykule: Przegląd technologii uzdatniania wody dla przemysłu.
Jako drugi sposób poprawy jakości wody stosowane jest dozowanie odpowiednich preparatów, które będą oddziaływały na skład chemiczny wody w zbiorniku zasilającym.
Stacja uzdatniania wody
W przypadku wytwornic pary najczęstszym procesem jest zmiękczanie wody za pomocą urządzeń działających na zasadzie wymiany jonowej. Ich rolą jest redukcja stopnia twardości wody, tym samym zapewnienie wody miękkiej, która nie będzie miała negatywnego wpływu na instalację i pracę wytwornic pary.
O przemysłowych zmiękczaczach wody szczegółowe informacje w artykule: Przemysłowe zmiękczacze wody – jakie urządzenia zastosować?
Jeśli woda jest pobierana z własnego ujęcia, najprawdopodobniej zaistnieje konieczność odżelaziania i odmanganiania wody. W jaki sposób przeprowadza się takie procesy? Wyjaśnienie w artykule: Przemysłowe odżelazianie wody – jakie są rozwiązania?
W przypadku niektórych przedsiębiorstw dodatkowo istotne okazuje się usuwanie krzemionki z wody. O powodach pisałem już w tym artykule: Po co i jak usuwać krzemionkę z wody? Najczęściej ten proces przeprowadza się za pomocą demineralizacji, o czym więcej tutaj: Demineralizacja wody w przemyśle – gdzie ma zastosowanie?
Dozowanie środków chemicznych
Dzięki dozowaniu odpowiednich środków chemicznych można dokonywać korekty parametrów wody zasilającej. Najczęściej te działania dotyczą twardości szczątkowej oraz odczynu pH wody. Dzięki ich zastosowaniu można przeprowadzić także odgazowanie chemiczne.
Więcej informacji w artykule: Co to jest kondycjonowanie wody? Zobacz produkty firmy Transhelsa
