Má pára budoucnost? (IV)

Při odnímání tepelné energie pára kondenzuje, plynná složka se mění na kapalnou, a vzniká kondenzát. Cena vody pro výrobu páry se neustále zvyšuje, chemická úprava této vody, která má odstranit možnost vzniku pevných usazenin na teplosměnných plochách parních kotlů, není rovněž záležitost jednoduchá a levná. Z těchto důvodů je pro každého výrobce páry vracení kondenzátu důležité. Jsou ovšem technologické procesy, které kondenzát buď spotřebovávají, nebo jej z různých důvodů z některých procesů nelze vracet. Různými výfuky, odfuky a netěsnostmi uniká do volného prostoru rovněž jisté množství kondenzátu. Proto se při návrhu parní kotelny stanovuje procento návratnosti kondenzátu, které se pohybuje většinou mezi 50 až 90 %, podle druhu provozu.

Technologické zařízení, které shromažďuje kondenzát a vrací jej zpět ke zdroji tepla, tedy většinou do centrální kondenzátní nádrže parní kotelny, se nazývá kondenzátní hospodářství. Kondenzátní hospodářství může být několika typů.

Obr. 1

Prvním z možných typů kondenzátního hospodářství a možno říci, že je to typ tradiční, je otevřená kondenzátní nádrž, spolu s kondenzátními čerpadly (schéma viz obr. 1). Kondenzát od spotřebičů musí být v tomto případu beztlaký, nebo s minimálním přetlakem. Takový kondenzát se získává při použití odvaděčů kondenzátu (viz dále). Beztlaký kondenzát stéká samospádem do otevřené kondenzátní nádrže, kde je shromažďován. Po nashromáždění daného množství, je kondenzát čerpadlem dopravován do centrální kondenzátní nádrže. Kondenzátní čerpadla se podle ČSN 06 0310 zdvojují, aby při případné poruše jednoho z čerpadel, mohlo naskočit, dnes již většinou automaticky, čerpadlo záložní. Otevřená kondenzátní nádrž musí být vybavena odvětráním do volného prostoru tak, aby unikající parou nemohlo dojít ke zranění kolemjdoucích osob. V otevřené kondenzátní nádrži totiž dochází k vylučování zbytkové, nebo také brýdové, páry. Vývin zbytkové páry je tím intenzivnější, čím vyšší teplotu má kondenzát ze spotřebičů, nebo pokud je do kondenzátní nádrže sváděn i tlakový kondenzát, tedy kondenzát o teplotě nad 100 °C (například z odvodnění páry před vstupem do spotřebičů). Kondenzátní hospodářství s otevřenou kondenzátní nádrží má tu výhodu, že je účinné za všech okolností. Nevýhodou však je jeho poměrně vysoká investiční náročnost a rovněž provozní investice nejsou zanedbatelné, díky spotřebovávané elektrické energii.

Dalším možným typem kondenzátního hospodářství je vracení kondenzátu zbytkovým přetlakem páry. Tento typ má ale dvě základní podmínky. První podmínkou je, že parní spotřebič musí být navržen tak, aby nespotřeboval veškerý tlak páry a druhou podmínkou je, že přetlak v kondenzátní síti musí být nižší, než zbytkový přetlak páry.

Takto navržený uzavřený parokondenzátní cyklus má jednu nevýhodu. Při regulaci výkonu spotřebiče na parní straně, která je pro tento cyklus typická, dochází při snižování potřeby tepla v určitém okamžiku k vyrovnání přetlaku na parní straně spotřebiče s přetlakem v kondenzátní síti, případně až pod přetlak v kondenzátní síti. Pak logicky následuje zastavení odvodu kondenzátu ze spotřebiče. Protože ale potřeba malého odběru tepla spotřebičem trvá, dojde po krátkém čase k opětnému zvýšení tlaku na parní straně otevřením parního ventilu. Tím se však přívod tepla oproti odběru zvýší, nastane energetická nerovnováha na primární a sekundární straně spotřebiče a parní ventil opět přivírá. Takto začne parní spotřebič cyklovat až do doby, kdy se zvýšením potřeby tepla na sekundární straně, přetlak na parní straně spotřebiče zvýší nad přetlak v kondenzátní síti. Cyklování dodávky páry vede zároveň k cyklování teploty na sekundární straně spotřebiče a může mít za důsledek poruchové, případně havarijní odstavení spotřebiče (podle toho, jestli je překročení teploty nad nastavené maximum definováno jako porucha, tedy vratný jev, nebo havárie, tedy jev nevratný).

Třetím možným typem kondenzátního hospodářství je odvod kondenzátu využitím tlaku primární páry. Primární, nebo také hnací, pára je přiváděna do tlakové nádoby, kde se nashromáždilo určité množství kondenzátu a svým tlakem tento kondenzát vytlačuje do kondenzátní sítě a zpět ke zdroji tepla. Přívod páry může být sprostředkován buď automatikou a elektricky, případně pneumaticky ovládaným ventilem, nebo čistě mechanicky, za použití tzv. "zvedače kondenzátu". Zvedač kondenzátu může být v jednom zařízení kombinován i s plovákovým odvaděčem kondenzátu (viz dále). Schéma zapojení takovéhoto kombinovaného odvaděče-zvedače kondenzátu - viz obr. 2.

Obr. 2

Pro přímý odvod kondenzátu ze spotřebičů, pokud se nejedná o regulaci výkonu spotřebiče zaplavováním kondenzátem, se používají tzv. "odvaděče kondenzátu". Jsou to armatury, které mají za úkol odpustit ze spotřebiče vysrážený kondenzát, ale nepustit do kondenzátního hospodářství nezkondenzovanou páru.

Odvaděče kondenzátu jsou podle konstrukce rozděleny do několika typů.

Odvaděč kondenzátu plovákový pracuje na mechanickém principu, tj. na principu otevírání cesty kondenzátu do kondenzátního hospodářství při dosažení určité hladiny kondenzátu v odvaděči. Je používán tam, kde je nutno odvádět kondenzát okamžitě, když se vytvoří, nevadí mu tlakové rázy ve spotřebiči, vzduchové "bubliny" různé velikosti, ani proměnné množství kondenzátu. Není výhodný tam, kde je nezbytné podchlazení kondenzátu, kde je kondenzát silně korozivní a tam, kde je možný tzv. "vodní ráz", tj. tam, kde není odvodněn přívod páry (nebo je odvodněn nedostatečně) a může tak dojít k "nárazu" kondenzátního "špuntu", hnaného parou rychlostí páry v potrubí.

Odvaděč kondenzátu termodynamický pracuje na principu Bernoulliho zákona, který říká, že: "Celkový tlak v pohybující se kapalině je tvořen tlakem statickým a dynamickým a pokles jednoho z nich způsobuje nárůst druhého". Proud kondenzátu v termodynamickém odvaděči zvedá disk a kondenzát je tak odváděn. Při přítomnosti páry v odvaděči proud kondenzátu přestane na disk působit a disk uzavře odváděcí cestu (se slyšitelným cvaknutím při dosednutí disku). Je používán hlavně k odvodňování parního potrubí. Je odolný proti vodnímu rázu, přehřátí, zamrznutí, kolísání přetlaku páry, korozivnímu kondenzátu a vibracím. Není vhodný tam, kde je možná přítomnost vzduchu.

Odvaděč kondenzátu termický (nebo také termostatický, nebo kapslový) pracuje na principu tepelné roztažnosti a z ní plynoucích změn objemu látky uvnitř tzv. "kapsle" (podobně jako termostatické radiátorové ventily). Změny objemu způsobují otevírání, případně uzavírání odváděcí cesty. Již sám tento princip ukazuje, že odvaděč "zadržuje" kondenzát, dokud nevychladne na určitou teplotu a není tedy vhodný tam, kde je nutný okamžitý odvod kondenzátu a kde není vhodné zaplavování spotřebiče kondenzátem. Je naopak vhodný tam, kde je vyžadován odvod kondenzátu o konstantní teplotě. Je odolný proti přítomnosti vzduchu, přehřátí, zamrznutí, kolísání přetlaku páry, a vibracím. Není odolný proti vodnímu rázu a korozivnímu kondenzátu. Termický odvaděč kondenzátu může být i bimetalový, který pracuje na principu rozdílné teplotní roztažnosti dvou kovů (obdobně jako bimetalová tepelná pojistka). Bimetalový odvaděč není odolný proti kolísání přetlaku páry.

Odvaděč kondenzátu zvonový je opět mechanický, který pracuje na principu zvedání "zvonu", tj. poklopu, který zvedacím mechanizmem otevírá odváděcí cestu. Je nejrobusnější z odvaděčů a je tedy vhodný pro nejvyšší přetlaky páry a pro přehřátou páru (pro přehřátou páru musí být na vstupu zpětný ventil). Je odolný proti přehřátí a kolísání přetlaku,. Není odolný proti přítomnosti vzduchu, zamrznutí, vodnímu rázu, vibracím a korozivnímu kondenzátu.

Závěrem je nutno říci, že tato minisérie článků si neklade za úkol obrátit zaryté nepřátele páry v její nadšené propagátory. Chce jenom připomenout její existenci, její vlastnosti (ty dobré, ale i ty méně dobré), její možnosti, její omezení. Pokud by se povedlo nastartovat diskusi, která by vedla k seriózním závěrům a doporučením, kde, jak, za jakých okolností a s jakými omezujícími podmínkami páru "nasazovat", splnila by více, nežli si autor mohl vůbec přát.

Literatura:
"Topenářská příručka", GAS s.r.o. - 2001
"Pára ve vytápění" - STP - 2001 - sborník přednášek
Firemní Spirax Sarco