A kazánok ipari és lakossági téren is a leggyakrabban használt berendezések közé tartoznak. Egyrészt a fűtési hőigény fedezésére, másrészt olyan termelési folyamatoknál használják őket, mint például a fémek hőkezelése, kémiai anyagok melegítése és szárítása, a textil- és az élelmiszeripar, a kerámia- és az építőanyag-ipar.
 

A levegőben található oxigén és a tüzelőanyag közötti égési folyamat az égőtérben megy végbe.  Az erősen exoterm reakció szilárd hulladék (hamu és salak) és nagy hőmérsékletű, gáz halmazállapotú égéstermék (200 és 1000°C közötti) kialakulását okozza.

Az égéstermék energiatartalmát hőcserélo segítségével nyerik vissza annak érdekében, hogy fel lehessen melegíteni a folyamathoz felhasznált közeget, amely lehet levegő, víz vagy olaj. Az égéstermék végül a kéményen keresztül távozik.

Kazántípusok
A kazánok különböző tulajdonságok szerint csoportosíthatók:

• Az égéstől függően nyílt égésterű (atmoszférikus vagy természetes huzat) és zárt égésterű (mesterséges szellőzésű) kazánokat lehet megkülönböztetni. Az utóbbinak számos előnye van: jobb hatásfok, stabil égés, minimális légfelesleg-igény stb.
• A kazánokat általában öntvény elemekbol vagy acéllemezekbol szerelik össze. Az előbbieket könnyű összeszerelni és ellenállóak. Az acéllemezekből készült kazánokat általában gáz halmazállapotú tüzelőanyagok égetésére használják. Hosszabb az égéstermék útja és nagyobb a kazán hatásfoka.
• A hőcserélő fajtájától függően léteznek vízcsöves és hengerköpenyes kazánok. A vízcsöves kazánokban a melegíteni kívánt folyadék csövekben áramlik, míg a melegítésre használt gázok a csövek körül áramlanak átadva a csőfalnak energiájuk egy részét. A hengerköpenyes kazánok esetében a csövekben áramlik a forró égéstermék, míg a folyadék a csöveken kívül.
• A hatásfoktól függően megkülönböztethetünk hagyományos, kis hőmérsékletű és kondenzációs kazánokat. Az egyszerű fali csövekkel rendelkező hagyományos kazánok állandó kilépési vízhőmérséklete 70 és 90°C között van. A kis hőmérsékletű és a kondenzációs kazánok esetében lehetséges a kilépési vízhőmérséklet igénynek megfelelő változtatása, így növelve az összteljesíményt (különösen részterheléses működés esetén). A kis hőmérsékletű kazánok a különleges ellenőrző műszerrel fűtött égésterméket használják. A kondenzációs kazánoknál az égéstermékben található víz a csőfal felett kondenzálódik, így visszanyerve a látens hőt.

A kazánok számos lehetőséget tartogatnak a fejlesztésekre egyszerű takarékossági lépések alkalmazásával és rövid megtérülési idők mellett.

A hatásfok a kazán egyik legfontosabb tulajdonsága, amelyet a hasznos (a veszteségeket is figyelembe véve) és a befektetett energia (tüzelőanyag) hányadosa ad meg. A hatásfok időben nem állandó mennyiség. Az évek múlásával folyamatosan csökken, addig amíg a kazánt ki nem kell cserélni a kora vagy működési hiba miatt.

A kazán hatásfokának ellenőrzése

A hatásfokot füstgázelemző segítségével lehet megállapítani. Segítségével megállapítható az égéstermék O₂, CO₂, CO koncentrációja és a hőmérséklete. A kazán falán felületihőmérséklet-mérőre van szükség a hőmérséklet mérésére.

A megfelelő O₂- és CO-értékek és a gázhőmérsékletek függnek a használt tüzelőanyagtól, az égőtől és a kazán méretétől. Ezeket az értékeket megtalálhatja készüléke használati útmutatójában, vagy szolgáltatójától is megtudhatja azokat.

A következő táblázat néhány irányértéket tartalmaz:

A kazán cseréje

Minden kazánnak el kell érnie bizonyos hatásfok értékeket. Rendszeres karbantartással ezen értékek a megengedett határok között tarthatók.

Amennyiben a kazán elavulttá válik, és a hatásfok az alsó határon mozog, ajánlott a kazánt jobb hatásfokúra cserélni.

Egy kondenzációs kazán akkor éri el optimális hatásfokát, amikor a rendszer alacsony hőmérsékletű (30-50°C közötti) vizet igényel. Azonban jelentős megtakarítások (15%) érhetők el nagyobb hőmérsékletek (70-80°C) mellett is.

Lehetséges, hogy egy kazán nem működik megfelelően a helytelen beállítások miatt, de ez könnyen megoldható a helyes karbantartással. A beállításhoz szükséges eszközök (füstgázelemző és hőmérő) ára 650-1250 € között van.

A kazán hőszigetelésének javítására használt 50 mm-es kőzetgyapot ára 80 és 200 € között van.

A tápvíz előmelegítésére szolgáló hővisszanyerő rendszerek drága készülékek. Mindemellett jelentős tüzelőanyag-megtakarítás érhető el használatukkal, a megtérülési idő pedig nem több két évnél.

A nagy teljesítményű kazánok (kis hőmérsékletű vagy kondenzációs) nagyobb kezdeti befektetéssel járnak. A kis hőmérsékletű kazánok 25-30%-al többe kerülnek, mint a hagyományos készülékek, míg a kondenzációs kazánokért akár kétszer annyit is kell fizetni. A megtakarítások miatt azonban a befektetés közép-hosszú távon megtérül.

Mi a teendő?
 

1. Ne pazarolja az energiát!
2. Figyelje meg a kéményből kilépő égéstermék színét! Ha sötét, akkor a kazán tüzelőanyagot bocsát ki égés nélkül. Ez az égési levegő hiánya, rossz eloszlása vagy a tüzelőanyag nem megfelelő porlasztása miatt lehetséges.
3. Könnyen elkerülhető az el nem égett tüzelőanyag kialakulása. Folyékony tüzelőanyagok esetében állítsa be és tisztítsa meg az égőket, hogy megfelelő legyen a porlasztás. Szabályozza a tüzelőanyag viszkozitását; melegítse elő, ha csökkenteni kell a viszkozitást (tüzelőolajok esetében gyakori). Gáz halmazállapotú tüzelőanyagok esetében az égő helyes beállítása elegendő a jobb hatásfok eléréséhez.
4. A fakó égéstermék nem jelent helyes működést. Lehetséges, hogy túl sok a levegő, amely költséget jelent, hiszen azt mutatja, hogy túl sok hő távozik a kéményen át, anélkül, hogy fűtésre használnák fel.
5. Ha a kazánt elhagyó égéstermék hőmérséklete nagyobb, mint 230°C, érdemes a víz vagy égési levegő fűtésére felhasználni. Az ehhez szükséges berendezés megtérülési ideje csak 1 vagy 2 év, míg a megtakarítások jelentősek lehetnek.
6. A visszanyert hőt más készülékek is hasznosíthatják, így például szárítási folyamatoknál is lehet alkalmazni.

Hogyan lehet a forró égéstermék energiáját felhasználni?

Ha az égéstermék hőmérséklete meghaladja a 230°C-ot, érdemes a kazán hatásfokának növelésére felhasználni.

• A víz előmelegítése: Az előmelegítők olyan hőcserélők, amelyekben a forró égéstermék hőt ad át a tápvíznek.
• Az égési levegő előhevítése: a levegőhevítők különleges gáz-levegő hőcserélők.

Az ürítőszelepekhez kapcsolódó veszteségek csökkenthetők a szelepek számának racionális csökkentésével, a tápvíz minőségének növelésével és a víz érezhető hőjének visszanyerésével.

Használja hatékonyan a tüzelőanyagot!

• A hőcserében részt vevő felületeket (csövek) tisztán kell tartani a tüzelőanyag teljes kihasználásához.
• Konzultáljon szakemberrel! Segítségére lehet a megfelelő takarékossági lépések kiválasztásában a berendezés hatásfokának növeléséhez.
• Megtanulhatja a kazán működésének irányítását. A kereskedelemben kapható füstgázelemző készülékek segíthetnek a tüzelőanyag megtakarításban. Egy elemző készülék ára megegyezik egy 1MW-os kazán 40 órás üzeméhez szükséges tüzelőanyag költségeivel.
• Tekintse át, hogy van-e lehetősége előnyösebb vagy olcsóbb tüzelőanyag használatára (hulladék, biomassza stb.)
• A rendszer átvizsgálása és megfelelő karbantartása pénzmegtakarítást eredményez. Légtelenítse a köröket, ellenőrizze a szivattyúkat és ventilátorokat, és vizsgálja át a szabályozórendszer beállításait. Ahol lehetséges, használjon automata szabályozókat. Ezek a tanácsok több megtakarítást jelenthetnek, mint gondolná.
• Mindig vegye figyelembe, hogy a kazánok részterhelésen sokkal kisebb hatásfokkal működnek. Éppen ezért érdemes meggondolni több kisebb kazán használatát egy nagy kazán helyett. Így az igényeknek megfelelően beállítható, hogy hány kazán működjön (maximum terhelésen). Ezt a módszert gyakran alkalmazzák a 300kW-nál nagyobb teljesítményű kazánok esetében.
• Ha több kazán működik, érdemes a legjobb hatásfokút állandó körülmények között működtetni, míg a kevésbé hatékony kazánokat az igények változásának követésére használni.
• A folyadékszállítás is energiafelhasználással jár.

Minden kazánnak szüksége van folyadékszállító berendezésekre (szivattyúk, ventilátorok, kompresszorok stb.), amelyek rendszerint sok áramot fogyasztanak. Ezért rajtuk is takarékossági intézkedéseket kell végrehajtani.

Ellenőrizze a kialakítást!

• Amennyire lehetséges, csökkentse a csőhosszakat.
• Kerülje a hirtelen keresztmetszet szűkülést vagy szélesedést, a szükségtelen könyököket és elágazásokat.
• Válasszon kör keresztmetszetet - noha egy kicsit drágább megoldást jelent.
• Válassza a lehető legnagyobb lehetséges átmérőjű és legkisebb belső érdességű csöveket.
• Válasszon kis veszteségű szelepeket.
• A sűrű folyadékokat kicsit melegítve szivattyúzza.
• Tartsa karban a berendezést, hogy elkerülhesse a lerakódásokat.
• Szabályozza a térfogatáramot változtatható fordulatszámú motorokkal a térfogatáram-korlátozó helyett.
• Ha kicsi a hatásfok, cserélje kazánját új, jobb hatásfokúra.

A nagy teljesítményű (kis hőmérsékletű vagy kondenzációs) kazánok 10-20%-os tüzelőanyag-megtakarítást eredményeznek, különösen ha részterhelésen működnek.

Forrás: the Energy Training for Europe project
Közzétéve szerzői engedéllyel