Oblasti použití páry

Na první pohled se může zdát, že doba páry a parních strojů je dávno za námi. Je třeba si však uvědomit, že za každou kilowatthodinou elektřiny vyrobenou v jaderné nebo tepelné elektrárně je právě parní turbína, která pohání elektrogenerátor. S párou se také můžeme setkat v mnoha továrnách, kde je nedílnou součástí výrobního procesu. Přeměnu vody na páru zajišťují různá zařízení, která by mohla být souhrnně označena jako parní kotle.

Oblast použití páry obecně v průmyslu je i v dnešní době skutečně rozsáhlá a parní kotel tak nejdete v nejrůznějších průmyslových zařízeních. Bez páry by se neobešly procesy v textilním průmyslu při výrobě a čištění oděvů, v potravinářském průmyslu při produkci různých nápojů a výrobků nebo v chemickém, papírenském a farmaceutickém odvětví. Technologická pára je využívána například k dezinfekci, sterilizaci a sušení, jakož i pro účely vytápění. Prodej parních kotlů je tak stále populární oblastí obchodu.

Fungování a rozdělení parních kotlů

Samotný princip fungování parních kotlů je až prozaicky jednoduchý. Naplňte uzavřenou nádobu vodou a spalováním paliva vygenerujte dostatek tepla k jejímu odpaření. Samozřejmě, technicky je daná problematika mnohem složitější. Parní kotle lze podle tlaku vzniklé páry rozdělit na nízkotlaké parní kotle a vysokotlaké parní kotle. V obou případech však daná zařízení často představují tlakové nádoby, které podléhají zpřísněným bezpečnostním nárokům. I ta nejmenší chyba v konstrukci parního kotle může vést k havárii zařízení, které se při povaze a rychlosti nekontrolované expanze páry chová doslovně jako bomba. Konstrukce, materiály a zabezpečení parních kotlů jsou proto vždy z hlediska bezpečnosti posuzovány velmi přísně.

Druhou stránku věci přestavuje energetická náročnost procesu. Přeměna vody na páru vyžaduje obrovské množství energie a při dnešních cenách spalovaných paliv jsou logicky do parních kotlů instalovány různé konstrukční celky, které zajišťují využití paliva na co nejvyšší úrovni. Přestože parní kotle prošly poměrně dlouhým historickým vývojem a současný trh nabízí velké množství různých komerčně dostupných modelů pro různé aplikace. Liší se pak konstrukce, což v závislosti na výrobci ovlivňuje i cenu parního kotle. Všechny parní kotle však musí obsahovat tři nezbytné složky — vodu, palivo a vzduch.

Upravovaná voda

Napájecí voda vstupující do parního kotle by měla být vždy chemicky nebo tepelně upravená. Pro tento účel se obyčejně využívají moderní a plně automatizovaná zařízení na úpravu vody. Odpařováním vody s vysokým obsahem minerálů vznikají totiž na teplosměnných plochách nežádoucí usazeniny. Ty následně tvoří výrazné tepelné odpory a snižují celkovou účinnost zařízení. V horším případě se může stát, že se potrubí ucpe, což může vést až ke zničení parního kotle nebo havárii. Za účelem zvyšování účinnosti je napájecí voda předehřívána odpadním teplem ze spalin, nebo samotnou párou.

Druh paliva do parního kotle

Parní kotle mohou být zásobovány energií z různých zdrojů. Od pevných paliv (koks, dřevo, uhlí, pelety, brikety) přes kapalná a plynná paliva (zemní plyn, bioplyn, topné oleje, nafta), až po tlakovou vodu v jaderných reaktorech. Podle druhu použitého paliva se liší i konstrukce topenišť a hořáků. Pevná paliva jsou využívána hlavně ve spojení s provozem parních kotlů v tepelných elektrárnách, neboť jejich spalováním vzniká velké množství tuhého odpadu (popel), který se často dále zpracovává v přidružených výrobách, například na stavební materiál. Pokud je parní kotel určen pro menší provozy, jsou častěji využívána plynná a kapalná paliva, která nevyžadují rozsáhlé palivové hospodářství a po shoření nezanechávají téměř žádný pevný odpad.

Vzduch pro hoření

Veškerá paliva potřebují pro hoření vzdušný kyslík. Správné množství vzduchu může být do parního kotle dopravováno přirozeně nebo nuceným oběhem pomocí kompresorů a ventilátorů. Lepšího fungování parního kotle je pak dosahováno předehříváním nejen napájecí vody, ale i vzduchu vstupujícího do spalovacího prostoru.

Využívání odpadního tepla

I konstrukce parního kotle stále prochází vývojem. Součástí moderních parních kotlů jsou tzv. ekonomizéry. Jsou to v podstatě výměníky tepla, ve kterých je využíváno odpadní teplo ke zvyšování celkové účinnosti procesu. Ekonomizér může sloužit k předehřívání napájecí vody nebo vzduchu vstupujícího do parního kotle nebo k přehřívání vygenerované páry.

Současné požadavky na parní kotle

K zásadním požadavkům na parní kotle v současnosti patří energeticky úsporná a nízkoemisní výroba páry, vysoká provozní spolehlivost, disponibilita systémů a přizpůsobitelnost individuálním požadavkům jednotlivých průmyslových či komerčních jednotek. Přirozeně je nákup parního kotle spojen i s dalšími nároky spojenými s jeho kvalitou, jako je vysoká kvalita páry s nízkou zbytkovou vlhkostí, jednoduchý servis parního kotle, jeho dlouhá životnost či rozsáhlé příslušenství, které se k parnímu kotli dá pořídit.

Princip fungování parního kotle, tedy odpaření vody na páru, může vypadat jako banalita. Parní kotle však představují již od dob průmyslové revoluce špičku technologie ve své době. S pokrokem techniky a výzkumem v oblasti termodynamiky bylo možné zkonstruovat zařízení, která jsou schopna s vysokou účinností a bezpečností zvládnout daný proces a sloužit jako hnací motor energetiky v široké oblasti průmyslových a komerčních aplikací.