cazane aburCazanele de abur astazi: cateva tipuri si tendinte de dezvoltare

Cazanul reprezinta o investitie importanta pentru orice firma care are o centrala termica proprie. Exista o multime de elemente care se schimba continuu in domeniul cazanelor: normele de protectie a mediului, nivelul de automatizare, randamentul, structura personalului de exploatare sunt numai cateva aspecte care cresc complexitatea centralelor termice.

Cazane ignitubulare si acvatubulare monobloc

Ca principiu, un cazan transfera caldura rezultata in urma arderii unui combustibil catre un fluid, de obicei apa, sau apa si abur. Majoritatea cazanelor sunt fabricate din otel sau fonta. Combustibilii folositi sunt gazul natural, combustibilul lichid (tip M, CLU sau pacura), carbunele, lemnul, peletii curentul electric sau combustibili neconventionali (deseuri, de exemplu). Exista si cazane care folosesc caldura gazelor fierbinti rezultate in diverse procese, asa-numitele cazane recuperatoare.

 

 Din punct de vedere al constructiei partii sub presiune, cele mai cunoscute tipuri de cazane industriale sunt cel ignitubular si cel acvatubular, care in majoritatea cazurilor folosesc combustibil lichid si/sau gaz.

Cazanele ignitubulare au capacitati de abur cuprinse orientativ intre 0,2-20 t/h (fara ca aceste valori sa fie limitative) si presiuni 0-25 bar. Constructiv, gazele de ardere circula in interiorul tevilor care sunt inconjurate de apa. Datorita volumului mare de apa pe care il contin, aceste cazane au capacitatea de a raspunde foarte bine cresterilor de sarcina fara scaderi semnificative ale presiunii, apa jucand rolul de “volant termic”. Majoritatea cazanelor ignitubulare produc abur saturat, dar exista si constructii speciale care au supraincalzitor montat in camera de intoarcere a gazelor.

 Exista doua tipuri de cazane ignitubulare, constructiile “wetback” (“cap umed”) si dryback (“cap uscat”). Cazanele cu “cap uscat” au camera de intoarcere a gazelor captusita cu refractar si permit usor accesul la tevi si placa tubulara, dar in acelasi timp partea refractara necesita intretinere. Cele cu “cap umed” au camera de intoarcere inconjurata de apa, ceea ce ingreuneaza accesul la partea interioara a sistemului sub presiune.

 In cazul cazanelor acvatubulare, apa circula la interiorul tevilor si primeste caldura de la gazele de ardere aflate la exteriorul acestora. Aceste cazane contin cu aproximativ 75% mai putina apa decat cele ignitubulare de aceeasi capacitate. Au capacitati de abur cuprinse orientativ intre 0,5-200 t/h si presiuni de 0-100 bar si chiar mai ridicate (e vorba despre cazanele monobloc). Datorita volumului mic de apa, calitatea acesteia trebuie sa fie foarte buna, din acest punct de vedere cazanele acvatubulare fiind mai pretentioase. Cazanele acvatubulare pot fi tip “D”- cu un tambur superior si unul inferior intre care se afla tevile sau tip “A” - cu un tambur superior si doua tambure inferioare. Cazanele acvatubulare pot produce atat abur saturat, cat si supraincalzit-cele prevazute cu supraincalzitor. In general, cazanele acvatubulare pot produce abur sau, dupa caz, apa calda/fierbinte la parametri mai ridicati decat cele ignitubulare.

Exista o multime de factori care determina alegerea unuia sau altuia dintre aceste doua tipuri de cazane, pe care ii vom analiza intr-un articol viitor. De exemplu, cazanele ignitubulare au in general preturi mai competitive si se folosesc in aplicatii industriale, apa sau abur, de capacitati mai mici. In ceea ce priveste spatiul ocupat, cazanele ignitubulare sunt rotunde si lungi, iar cele acvatubulare sunt mai scurte, mai late si mai inalte.

cazane abur

Alte tipuri de cazane

Exista numeroase alte tipuri si variante constructive de cazane, dintre care putem aminti: cele din fonta, cele “rapide” cu serpentina si cele fara tevi (“tubeless”).

Cazanele din fonta sunt formate din elemente imbinate care formeaza un vas sub presiune care contine apa, iar gazele de ardere circula la exteriorul acestuia. Aceste cazane au in general capacitati mici (maxim 5 t/h abur) si functioneaza la presiuni scazute, sub 1 bar.

Cazanele “rapide” cu serpentina sunt de tip acvatubular, dar ca dimensiuni de apropie de cele ignitubulare. Sunt formate din dintr-o serpentina asezata fie orizontal, fie vertical si este inconjurata de gaze de ardere, iar apa este pompata sub presiune la interiorul acesteia. Arzatorul este amplasat la partea inferioara a cazanului si este inconjurat de refractar. Contin volume de apa de circa 10 ori mai mici decat cele ignitubulare de capacitati similare si raspund rapid la variatiile de sarcina, cu promptitudinea tipica a cazanelor acvatubulare. Aceste cazane sunt in general mai scumpe decat cele obisnuite si sunt utilizate in aplicatiile industriale si incalzire speciale unde se cere abur de calitate superioara la presiune ridicata.

Cazanele fara tevi sunt formate din doua mantale verticale coaxiale din otel intre care circula apa, iar gazele se afla inauntrul mantalei interioare si in afara celei exterioare. Aceste cazane pot atinge presiuni de 30-35 bar si debite de abur de 7-8 t/h, avand avantajul ca ocupa spatiu restrans.

In toate situatiile, alegerea corespunzatoare a tipului de cazan si a echipamentelor anexe are un rol foarte important in functionarea sigura si economica a viitoarei centrale. Se impune deci contactarea unui furnizor de cazane care sa ofere consultanta necesara construirii centralei termice, de la sistemul de tratare a apei, cazanul cu automatizarea sa pana la documentatia de montaj, instructiunile de exploatare si intretinere a echipamentului, precum si instruirea operatorilor.

Tendinte

In general, cazanele industriale, atat cele de abur cat si cele de apa calda/fierbinte nu au suferit cazane indmodificari esentiale de-a lungul timpului. Randamentul acestora a crescut prin modificarea modului de dispunere a tevilor, adaugarea de nervuri, imbunatatirea transferului de caldura prin folosirea unor materiale superioare etc. Arzatoarele moderne folosesc nivele scazute ale excesului de aer si astfel au un randament al arderii mai bun, ca urmare a faptului ca se cedeaza mai putina caldura aerului de ardere.

In zilele noastre, dezvoltarea cazanelor este marcata de costul combustibililor si echipamentul de limitare a emisiilor poluante. In privinta combustibililor, gazul natural castiga din ce in ce mai mult teren in defavoarea combustibililor lichizi, care se folosesc tot mai putin datorita pretului mai mare si nivelelor mai ridicate de emisii poluante pe care le genereaza. In prezent exista numeroase sisteme de limitare a poluarii produse de cazane.

Nivelul de NOx, de exemplu, poate fi limitat pe mai multe cai: imbunatatirea performantelor arzatorului, montarea echipamentelor de denoxare in aval de cazan sau folosirea unor combustibili mai putin poluanti. In prezent, una din cele mai raspandite metode pentru limitarea nivelului de NOx este recircularea gazelor arse FGR (flue gas recirculation). Principiul acestei metode este acela de a scadea temperatura flacarii prin aportul de gaze arse recirculate de la iesirea din cazan. Desigur, exista limte ale gradului de recirculare a gazelor arse, cresterea debitului acestora putand determina instabilitatea flacarii. Uzual, in cazul cazanelor pe gaz natural se poate recircula pana la 20% din debitul de gaze de la cos si 10-15% pentru cazanele pe combustibil lichid. Cei mai poluanti combustibili sunt carbunii si pacura, cu continut ridicat de azot si care in combinatie cu oxigenul din aer formeaza NOx.

Firmele care au in dotare centrala termica proprie se confrunta cu decizii economice importante si dificile deopotriva, avand practic la dispozitie una din urmatoarele alternative in ceea ce priveste controlul emisiilor poluante:

- cumpararea unui echipament nou care sa se incadreaze in normele de poluare admise;

- modernizarea echipamentului existent pentru limitarea nivelului de NOx si al altor poluanti;

- micsorarea capacitatii cazanului astfel incat acesta sa fie inclus in alta gama de reglementari de mediu;

- limitarea duratei de utilizare a cazanului pentru inscrierea in normele de poluare admise.

Fara indoiala, tendinta de orientare spre cazanele pe gaz natural, care a inceput sa se manifeste se va dezvolta si in continuare. Cu toate acestea, nu se poate spune deocamdata ca vremea combustibililor lichizi sau solizi a apus.

halaRandamentul continua sa fie o problema deosebit de importanta pentru centralele termice. Desi pana s-au facut progrese spectaculoase in acest sens, modernizarea cazanelor continua. Avand in vedere ca functionarea ciclica ”pornit-oprit” a cazanelor de capacitati mari este foarte costisitoare, atat din punct de vedere al consumului de combustibil, cat si al oboselii termice a materialului, arzatoarele cu functionare in trepte progresive sau modulanta cu raport ridicat de reglare automata a sarcinii maxim/minim castiga din ce in ce mai mult teren.