Přínos hořáků DUNPHY při revitalizaci kotelen

Proč při revitaliazci kotelen zvolit hořáky DUNPHY

Úvod

Účinnost kotle je nejvíce ovlivněna:

• konstrukčním řešením toku vzduchu
• teplotou spalin
• přebytečným množstvím kyslíku ve spalinách
• poměrem regulace výkonu hořáku

Výhody unikátního řešení axiálního toku vzduchu

Hořák Dunphy je založen na principu axiálního proudění vzduchu. Využívá tak koncepci turbíny, která zajišťuje významné zvýšení energetického výkonu hořáku ve srovnání s jinými typy spalovacích zařízení. Pouze axiální tok vzduchu totiž umožňuje rovnoměrnou distribuci vzduchu do hořákové hlavy při všech stupních výkonu – to znamená i při nízkém výkonu, což je mimořádně důležité.

Naprosto dokonalá distribuce vzduchu zajištěná axiálním konstrukčním řešením znamená, že spotřeba pomocné energie je snížena na nejnižší možnou míru. Absence jinak nutných lopatek a změn směru proudění vzduchu ve spojení s monoblokovou konstrukcí hořáku maximálně omezuje hluk. Následkem toho se dosahuje:

• vysoká účinnost během celého širokého rozpětí poměru regulace výkonu
• nižší spotřeba paliva
• velmi nízké NOx
• velmi nízký hluk. Spalovací vzduch je veden přes motor ventilátoru, a proto není nutné zajišťovat jeho chlazení jiným způsobem. Odstraněním požadavku na chlazení motoru ventilátoru se snižuje hluk i spotřeba elektrické energie. Všechny součásti hořáku se nacházejí podél jedné středové linie, a to snižuje turbulenci v hlavě hořáku. Není potřeba žádného drahého protihlukového opláštění.

Účinnost spalování – důležitost teploty spalin a přebytku kyslíku

Teplota spalin při jakémkoliv výkonu se kotel od kotle liší. Třícestné konstrukční řešení kotle se vyznačuje všeobecně nižšími teplotami spalin a větším povrchem pro převod tepla ze spalin. Na ztráty způsobené vyzařováním tepla má také vliv izolace kotle. Jestliže se hořáky montují na již používané kotle, pak rozhodujícími faktory, ovlivňujícími účinnost, jsou přebytečný kyslík a rozsah regulace výkonu. Účinnost spalování závisí na schopnosti hořáku provést co nejdokonalejší hoření/spalování s minimálním přebytkem vzduchu/kyslíku. Lze-li toho dosáhnout variabilním poměrem regulace výkonu, pak je výsledkem skutečně ekonomické využití celého systému. Logický závěr tedy zní: čím nižší je přebytek kyslíku, tím účinnější je hořák.

Účinnost spalování a redukce uhlíku

Zásadním faktorem pro dosažení maximální účinnosti při hoření/spalování, a pro minimální produkci oxidu uhličitého CO₂, je snížení množství přebytečného kyslíku až na hranici, která se těsně blíží stechiometrickému spalování (tj. 0 % kyslíku ve spalinách) při zachování minimálního množství CO₂. Množství přebytečného kyslíku částečně závisí na typu paliva, ale hlavně na schopnosti dosáhnout co nejpřesnější (nejideálnější) směs paliva a vzduchu. Níže uvedená čísla ukazují typické přebytky kyslíku u Dunphyho hořáku s axiálním tokem vzduchu s redukcí a bez redukce kyslíku při poměru regulace výkonu 10:1.

Porovnání výhod při zavedení systému pro redukci kyslíku

Bez redukce kyslíku a bez ekonomizéru umístěného na kotli

S redukcí kyslíku bez ekonomizéru umístěného na kotli

Dalších úspor lze dosáhnout při použití systému redukce přebytku kyslíku umožněním změny viskozity paliva, což může činit až 7 %. Na systém redukce přebytku vzduchu mají vliv také změny barometrického tlaku a výkyvy teplot. Stanovit přesný dopad redukce kyslíku na úsporu paliva není snadné, ale všeobecně se předpokládá, že činí asi 0,5 %.

Poměr regulace výkonu

Pro stanovení celkové účinnosti spalování paliva se musí brát v potaz regulační poměr výkonu hořáku. Regulační poměr výkonu je maximální možný výkon dělený nejnižším možným výkonem dosaženým při dobré účinnosti spalování/hoření. Zvýšení účinnosti, které lze přičíst vysokému poměru regulace výkonu (škrcení paliva), je obtížné stanovit a při posuzování celkové účinnosti kotle se často ignoruje, protože zmíněná účinnost se vždy počítá v určitém časovém bodu.

Schopnost hořáku rozpoznat výkonové zatížení zabrání cyklickému provozu, a také bude minimalizovat potřebu čistit kotel. Připojený graf znázorňuje vliv regulace výkonu na úsporu paliva. Všeobecně platí, že čím je zatížení rozmanitější a vyšší, tím vyšších úspor se dosáhne vysokým regulačním poměrem výkonu.

Zvyšování účinnosti použitím pohonu s proměnlivou rychlostí

Zařazení frekvenčního měniče otáček motoru ventilátoru zajišťuje, že spotřeba elektrické energie pro hořák bude jen taková, jakou motor skutečně potřebuje. Například pro 15 kW motor ke kotli o výkonu 5600 kg/h páry se bude jednat o 10,8 kW při maximálním výkonu. Čím více bude regulace snižovat výkon, tím více se bude snižovat spotřebovaná elektrická energie. Proto bude při nízkém výkonu spotřeba přibližně 1 kW. Hlavní výhodou použití frekvenčního měniče u hořáku s axiálním tokem vzduchu je však zvýšení regulačního poměru výkonu umožňující u plynu dosáhnout poměr 10:1, a k tomu ještě existující možnost přesnějšího ovládání (přesnější regulace provozu). Protože náklady na palivo jsou často dvacetinásobně vyšší než náklady na elektrickou energii, celkové úspory jsou velice významné.

Řízení emisí NOx

Koncentrace emisí NOx zavisí na míře uvolňování tepla, geometrii spalovací komory a konstrukci hlavy hořáku. Pro uvažovaný projekt jsme zatím nemohli určit přesnou geometrii kotle, a proto ani míru uvolňování tepla. Předpokládáme však, že koncentrace emisí NOx budou u plynu nižší než 80 mg/kWh a u oleje nižší než 180 mg/kWh. Tyto údaje budou zcela určitě odpovídat i budoucím emisním předpisům.