Είναι ένας φούρνος εντός του οποίου τοποθετείται η βιομάζα και ένα μέρος της χρησιμοποιείται για την θέρμανση του φούρνου ο οποίος την αεριοποιεί.

Transcript

1 AΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΕΛΛΑΔΑΣ ΕΛΙΣΣΑΙΟΣ ΑΝΕΝΟΓΛΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ ΘΕΡΜΙΚΟΣΑΕΡΙΟΠΟΙΗΤΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ -GASIFLAME- (Patent) Α.ΕΙΣΑΓΩΓΗ Α.1Τι είναι ο θερμικός Αεριοποιητής βιομάζας: Είναι ένας φούρνος εντός του οποίου τοποθετείται η βιομάζα και ένα μέρος της χρησιμοποιείται για την θέρμανση του φούρνου ο οποίος την αεριοποιεί. Ο Αεροποιητής μας χαρακτηρίζεται από: - Καύση με σταθερή κλίνη ( Fixbed ). - Οριζόντια αεριοποίηση ( Cross draft ). Η διαδικασία αεριοποίησης περιλαμβάνει τις φάσεις: ΚΑΥΣΗ ΠΥΡΟΛΥΣΗ ΞΗΡΑΝΣΗ ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ Στη φάση καύση αναφλέγεται η βιομάζα αποδίδοντας θερμοκρασία C και δημιουργείται η ζώνη καύσης. Στη φάση πυρόλυση δημιουργείται πάνω από την ζώνη καύσης η ζώνη πυρόλυσης σε περιοχή θερμοκρασιών από C. Στη φάση ξήρανση δημιουργείται πάνω από τη ζώνη πυρόλυσης η ζώνη ξήρανσης σε περιοχή θερμοκρασιών από C. Στη φάση αεριοποίηση δημιουργείται κάτω από την ζώνη καύσης η ζώνη αεριοποίησης σε περιοχή θερμοκρασιών C. Στη φάση ανάφλεξη δημιουργείται στην έξοδο του αεριοποιητή η ζώνη ανάφλεξης των καυσίμων αερίων (H2-CO-CH4) με επιπρόσθετη επαρκή οξείδωση με θερμοκρασίες C. Α.2.Tί είναι η πυρόλυση βιομάζας: Η φυτική ύλη αποσυντίθεται λόγω θέρμανσης απουσία αέρα και παράγει πτωχό αέριο και ως υπόλειμμα πυρολιγνιτικά υλικά ( ξυλόπισσα και ξυλάνθρακα ). Η πυρόλυση ( εσώθερμη αντίδραση ) γίνεται σε κλειστά δοχεία και σε θερμοκρασία που κυμαίνεται από C. Ένας τόνος ξηρού ξύλου με πυρόλυση αποδίδει:

2 - 300 kg ξυλάνθρακα m³ καύσιμο αέριο - 14 lt μεθυλικής αλκοόλης - 53 lt οξικό οξύ - 8 lt εστέρες - 3 lt ακετόνη - 76 lt λάδι ξύλου - 12 lt λάδι <creosote> - 30 lt πίσσα Με την πυρόλυση η ενεργειακή μετατροπή της βιομάζας φτάνει σε απόδοση το 90%, ενώ για τις ενεργειακές ανάγκες της πυρόλυσης απαιτείται περίπου το 10% του παραγόμενου αερίου. Η μέθοδος αυτή έχει ενδιαφέρων όταν είναι δυνατόν να αξιοποιηθούν και τα τρία είδη προϊόντων, δηλ. το αέριο, ο βιοάνθρακας και το βιοέλαιο τα οποία παράγονται αντίστοιχα σε ποσοστά 60%,20% και 20%. Η αξιοποίηση αυτή γίνεται στον αεριοποιητή μας. Α.3.Τι είναι η αεριοποίηση βιομάζας: Η διεργασία αεριοποίησης της βιομάζας γίνεται με θερμοχημική διάσπαση των πυρολυτικών αερίων όταν αυτά διέρχονται από θερμοκρασία 900 C και παρουσία υποστοιχειομετρικού οξυγόνου(30% st). Το αέριο που παράγεται κατά την αεριοποίηση της βιομάζας καθίσταται ενεργειακά αξιοποιήσιμο λόγω της περιεκτικότητάς του σε υδρογόνο (Η2), μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και μεθάνιο (CH4). Μέσα στον αεριοποιητή κατά την διεργασία αεριοποίησης λαμβάνουν χώρα πολλών ειδών αντιδράσεις οι κυριότερες των οποίων είναι: 1) Αντιδράσεις καύσης: C + 1/2O2--- CO ΔΗ[ΜJ/Kmol] CO + 1/2O2---CO2ΔH[MJ/Kmol] -283 H2 + 1/2O2--- H2O ΔH[MJ/Kmol] ) Αντίδραση Boudouard: C + CO2 < - > 2CO ΔH[MJ/Kmol] ) Αντίδραση υδραερίου : C + H2O< - > CO +H2 ΔH[MJ/Kmol] ) Αντίδραση μεθανίου:

3 C + 2H2< - >CH4 ΔH[MJ/Kmol] -75 Οι αντιδράσεις καύσης είναι οι αρχικές αντιδράσεις (πρωτογενείς) στις οποίες το οξυγόνο οξειδώνει τον άνθρακα και το υδρογόνο. Οι υπόλοιπες τρείς είναι ενδιάμεσες αντιδράσεις της αεριοποίησης. Τα τελικά προϊόντα παράγονται από τις δευτερογενείς αντιδράσεις οι οποίες συνοπτικά είναι οι ακόλουθες: 1) Αντίδραση υδραερίου : CO + H2O< - > CO2 + H2 ΔH[MJ/Kmol] -41 2) Μετατροπή ατμού μεθανίου: CH4 + H2O< - > CO2 +3H2 ΔH[MJ/Kmol] +206 Τα καύσιμα αέρια της αεριοποίησης ονομαζόμενα και syngas, έχουν θερμογόνο δύναμη 4,6 MJ/m³ και ογκομετρικά, στους 800 C,συνίστανται από : - CO -11,38% - CO2-16,13% - CH4-2,17% - C2H4-0,83% - H2-14,98% - N2-54,39% Α.4.Αεριοποιητής και Βιομάζα Η λειτουργία του αεριοποιητή δεν βασίζεται στην καύση/αποτέφρωση αλλά στην πυρόλυση και αεριοποίηση της βιομάζας. Τα στοιχεία της βιομάζας που την χαρακτηρίζουν και καθορίζουν την απόδοσή της στον αεριοποιητή είναι τα ακόλουθα : - Περιεχόμενη υγρασία - Θερμογόνος δύναμη - Αναλογία σταθερού(καθαρού) άνθρακα και πτητικών - Περιεχόμενο τέφρας - Περιεκτικότητα σε αλκαλικά μέταλλα - Λόγος κυτταρίνης / λιγνίνης Το αν μπορεί να καεί η όχι ένα είδος βιομάζας καθορίζεται από την περιεχόμενη υγρασία σε αυτό. Σύμφωνα με το διάγραμμα Tanner :

4 και όπως φαίνεται από το διάγραμμα, το περιεχόμενο της βιομάζας σε υγρασία δεν πρέπει να ξεπερνά το 50% για να μπορεί να καεί. Το περιεχόμενο σε τέφρα αντιστοιχεί στα ανόργανα συστατικά της καύσιμης ύλης τα οποία παραμένουν μετά την πλήρη καύση του καυσίμου. Επηρεάζει την θερμογόνο δύναμη του καυσίμου αλλά και το αν μπορεί να καεί αυτό η όχι, όπως φαίνεται και στο διάγραμμα Tanner. Σε ένα στερεό καύσιμο η ποιότητα της φλόγας άρα και της καύσης έχει σχέση με την αναλογία του σταθερού ( καθαρού) άνθρακα με τα πτητικά. Όσο αυξάνεται ο λόγος σταθερού(καθαρού) άνθρακα προς τα πτητικά τόσο καλύτερη είναι η ποιότητα της φλόγας και της καύσης.

5 Α.5.Αεριοποιητής και Λέβητας πετρελαίου Ο αεριοποιητής προορίζεται να αντικαταστήσει ένα καυστήρα πετρελαίου σε ένα λέβητα πετρελαίου και να καλύψει την θερμική απόδοση του λέβητα. O λέβητας είναι μία μεταλλική κατασκευή στην οποία γίνεται η μετάδοση της θερμότητας που παράγεται από την καύση του καυσίμου, σε ένα ρευστό το οποίο μπορεί να είναι το νερό, ο αέρας, το λάδι, ή ο ατμός. Οι λέβητες διακρίνονται: Ανάλογα του υλικού κατασκευής σε: Χυτοσίδηρους Χαλύβδινους Χάλκινους Ανοξείδωτους Διμεταλλικούς. Ανάλογα της θερμικής τους ισχύος σε : Μεγάλους Μεσαίους Μικρούς. Ανάλογα του φορέα θερμότητας σε : Λέβητες ατμού χαμηλής πίεσης Λέβητες ατμού υψηλής πίεσης Λέβητες αέρος Λέβητες νερού-λέβητες υπέρθερμου νερού. Ανάλογα της πίεσης στον θάλαμο καύσης σε: Λέβητες πιεστικούς ή υψηλής αντίθλιψης Λέβητες χαμηλής αντίθλιψης Λέβητες ατμοσφαιρικούς. Επίσης οι λέβητες διακρίνονται σε : Ατομικούς λέβητες (μονάδες compact), Λέβητες απλούς. ΔΟΜΗ ΛΕΒΗΤΩΝ Σχεδόν όλοι οι λέβητες έχουν μία τυπική δομή, με διαφορετικές προσεγγίσεις από τον κάθε σχεδιαστή. Έτσι σε κάθε λέβητα διακρίνουμε τα παρακάτω : - Το φλογοθάλαμο ή θάλαμο καύσης, όπου γίνεται η καύση του καυσίμου. - Τους φλογαυλούς ή αεραυλούς ή καπναυλούς, οι οποίοι δημιουργούν τη διαδρομή των καυσαερίων. - Το θάλαμο του εργαζομένου μέσου, το οποίο αν είναι το νερό έχουμε υδροθάλαμο, αν είναι ο αέρας έχουμε αεροθάλαμο, αν είναι ο ατμός έχουμε ατμοθάλαμο. - Τον καπνοθάλαμο όπου συγκεντρώνονται τα καυσαέρια πριν πάνε στην καμινάδα. ΞΗΡΟΣ ΘΑΛΑΜΟΣ ΚΑΥΣΗΣ Σε κάποιους λέβητες η καύση διεξάγεται σε ένα θάλαμο καύσης ο οποίος δεν ψύχεται από το εργαζόμενο μέσο. Ο ξηρός αυτός θάλαμος καύσης τοποθετείται εντός του

6 θαλάμου καύσης του λέβητα. Είναι κατασκευασμένος από πυρίμαχο υλικό, και σκοπό έχει να δημιουργήσει ένα ιδιαίτερο θερμό περιβάλλον καύσης. Το αποτέλεσμα είναι η ελαχιστοποίηση των ακαύστων (C, CO ) και η σημαντική μείωση των οξειδίων του αζώτου ( ΝΟΧ ). Η απολαβή της θερμότητας γίνεται: 1. Στο θάλαμο καύσης με ακτινοβολία. 2. Στους αεραυλούς με επαφή μεταφορά, εδώ τοποθετούνται και οι επιβραδυντές των καυσαερίων οι οποίοι συνήθως έχουν μορφή ελατηρίων η πτερυγίων. Η ΣΗΜΑΝΣΗ ΤΟΥ ΛΕΒΗΤΑ Οι λέβητες σύμφωνα με τον ΕΛ.Ο.Τ., πρέπει να έχουν πινακίδα σε εμφανές σημείο, με τα παρακάτω στοιχεία : 1. Όνομα της κατασκευάστριας εταιρείας. 2. Αριθμός κατασκευής του λέβητα και ημερομηνία κατασκευής. 3. Τύπος του λέβητα. 4. Ισχύς του λέβητα. 5. Μέγιστη επιτρεπόμενη πίεση λειτουργίας. 6. Μέγιστη επιτρεπόμενη θερμοκρασία λειτουργίας. 7. Αντίσταση καυσαερίων (αντίθλιψη ). 8. Τον ονομαστικό βαθμό απόδοσης. ΣΗΜΑ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ CE Οι λέβητες που εισάγονται η κατασκευάζονται στην Ελλάδα, θα πρέπει να έχουν το σήμα ποιότητας CE που υποδηλώνει ότι ο κατασκευαστής συμμορφώνεται στο ελάχιστο των απαιτήσεων της Ευρωπαϊκής Ένωσης. ΟΡΓΑΝΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Οι λέβητες πρέπει να είναι εξοπλισμένοι με όργανα ασφάλειας και ελέγχου.συνήθως τα όργανα είναι τοποθετημένα σε ένα πίνακα που συνοδεύει το λέβητα και έχει τα παρακάτω όργανα ελέγχου και ρύθμισης προς εξασφάλιση ασφαλούς και αποδοτικής λειτουργίας; Θερμοστάτης (υδροστάτης) καυστήρα Ρυθμίζει τη θερμοκρασία νερού του λέβητα. Ελέγχει τον καυστήρα. Διακόπτει την λειτουργία του, όταν η θερμοκρασία του νερού φτάσει στο σημείο που έχει ρυθμιστεί και θέτει πάλι αυτόν σε λειτουργία, όταν η θερμοκρασία έχει πέσει κάτω από μια ορισμένη τιμή που συνήθως είναι 5 6 C χαμηλότερη.συνήθως ρυθμίζουμε το θερμοστάτη αυτόν στους 90 C. Θερμοστάτης (υδροστάτης) ασφαλείας. Ο θερμοστάτης αυτός δεν έχει δυνατότητα ρύθμισης αλλά είναι προρυθμισμένος. Για τους κοινούς λέβητες νερού διακόπτει τη λειτουργία του καυστήρα στους 110 C. Σε περίπτωση υπέρβασης της θερμοκρασίας αυτής δεν επαναφέρει αυτόματα σε λειτουργία τον καυστήρα.

7 Για να λειτουργήσει ξανά ο καυστήρας, θα πρέπει να πιεστεί το κουμπί του θερμοστάτη αυτού που βρίσκεται κάτω από ένα βιδωτό καπάκι προστασίας. Πριν το κάνουμε όμως, πρέπει να ελέγξουμε την βλάβη ή την αιτία που προκάλεσε την υπερθέρμανση του νερού του λέβητα. Μπορεί να έχουν χαλάσει οι υπόλοιποι θερμοστάτες του πίνακα του λέβητα, ή να μη υπάρχει νερό στην εγκατάσταση, η να μην λειτουργεί ο κυκλοφορητής κ.λ.π. Θερμοστάτης ( υδροστάτης ) κυκλοφορητή. Ο θερμοστάτης αυτός κάνει ακριβώς την αντίθετη εργασία από το θερμοστάτη του καυστήρα. Δηλαδή στέλνει ρεύμα όταν η θερμοκρασία ξεπεράσει το όριο που εμείς έχουμε στο κυκλοφορητή για να ξεκινήσει και να στείλει το νερό προς τα σώματα. Διακόπτει δε την λειτουργία του, όταν η θερμοκρασία του νερού της εγκατάστασης, πέσει κάτω από το όριο που έχει επιλεγεί. Το όριο αυτό είναι περίπου C. Αυτό σημαίνει ότι, ο κυκλοφορητής δεν λειτουργεί, αν η θερμοκρασία νερού είναι κάτω από 40 C. Αν στην εγκατάσταση υπάρχει μπόιλερ νερού χρήσης τότε ο θερμοστάτης ρυθμίζεται στους C, για να μη κρυώνει το νερό χρήσης από τη λειτουργία του κυκλοφορητή. Βέβαια το καλύτερο στη περίπτωση του μπόιλερ είναι το νερό από το λέβητα πριν μπει στο μπόιλερ να περνά από μια ηλεκτροβάνα η οποία ελεγχόμενη από δύο υδροστάτες να παραμένει κλειστή όταν το νερό χρήσης θα έχει θερμοκρασία πάνω από 60 C, ή το νερό από το λέβητα θα έχει θερμοκρασία κάτω από 50 C. Με τον τρόπο αυτό αποφεύγεται και η υπερθέρμανση του μπόιλερ που ευνοεί τις ηλεκτροδιάβρωσεις, και το νερό δεν κρυώνει από το κυκλοφορητή. Θερμοστάτης (υδροστάτης) χαμηλής θερμοκρασίας. Είναι ένας θερμοστάτης που τον τοποθετούμε όταν δε θέλουμε το νερό του λέβητα, να πέσει κάτω από μια ορισμένη θερμοκρασία. Συνήθως τον χρησιμοποιούμε για αντιπαγετική προστασία σε περιοχές που η θερμοκρασία μπορεί να πέσει κάτω από το 0 C και το νερό της εγκατάστασης να παγώσει και να προξενήσει σοβαρές βλάβες. Μπορεί να τοποθετηθεί σε εγκαταστάσεις εξοχικών κατοικιών σε ορεινές περιοχές. Θερμόμετρο νερού. Μας επιτρέπει να βλέπουμε την εκάστοτε θερμοκρασία του νερού στο λέβητα. Μπορεί να είναι βαπτιζόμενο ή επαφής, μεταλλικό ή γυάλινο. Μανόμετρο (υψόμετρο). Μας επιτρέπει να βλέπουμε την πίεση του νερού στο δίκτυο. Είναι πολύ χρήσιμο όργανο γιατί μπορούμε με τις ενδείξεις του να προλάβουμε δυσάρεστες καταστάσεις όπως διαρροή νερού από το δίκτυο, να μη φθάνει το νερό στα ψηλά σώματα του δικτύου, να αδειάσει το νερό από το λέβητα. Θερμόμετρο καυσαερίων (πυρόμετρο). Επιτρέπει να βλέπουμε τη θερμοκρασία των καυσαερίων, στην έξοδό τους από τον λέβητα. Από τη θερμοκρασία των καυσαερίων μπορούμε να βγάλουμε χρήσιμα συμπεράσματα για την καθαρότητα της θερμαινόμενης επιφάνειας. Επιτηρητής πίεσης νερού. Ο επιτηρητής πίεσης διακόπτει την λειτουργία του καυστήρα και του κυκλοφορητή αν η πίεση του νερού του λέβητα, πέσει κάτω από τη πίεση που τον έχουμε ρυθμίσει. Όταν ο λέβητας τοποθετείται στην ταράτσα τον ρυθμίζουμε στα 0,5 bar, ενώ όταν ο λέβητας τοποθετείται στο υπόγειο η πίεση ρυθμίζεται στο 1bar. Δηλαδή ο επιτηρητής πίεσης προστατεύει τον λέβητα και τον κυκλοφορητή από έλλειψη νερού. ΖΗΤΗΜΑΤΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ ΣΕ ΛΕΒΗΤΕΣ ΑΤΜΟΥ

8 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ : 1. ΚΙΝΔΥΝΟΣ ΑΠΟ ΠΙΘΑΝΗ ΕΛΛΕΙΨΗ ΝΕΡΟΥ 2. ΚΙΝΔΥΝΟΣ ΑΠΟ ΠΙΘΑΝΗ ΥΠΕΡΠΙΕΣΗ Δύο είναι τα κύρια ζητήματα που αφορούν την ασφαλή λειτουργία των ατμολεβήτων : 1. Η πιθανή έλλειψη νερού και 2. Η πιθανή υπερπίεση στο εσωτερικό του λέβητα 1. ΚΙΝΔΥΝΟΣ ΑΠΟ ΠΙΘΑΝΗ ΕΛΛΕΙΨΗ ΝΕΡΟΥ Η πιθανότητα έλλειψης νερού είναι η πιό επικίνδυνη κατάσταση που μπορεί να δημιουργηθεί κατά την λειτουργία του λέβητα. Κανονικά ο σχεδιασμός του λέβητα είναι τέτοιος που όλα τα ελάσματα που εκτίθενται σε υψηλές θερμοκρασίες (και ιδιαίτερα σε φλόγα) είναι βρεχόμενα από την άλλη πλευρά. Έτσι λοιπόν η κατώτερη στάθμη νερού εντός του λέβητα ορίζεται μερικά χιλιοστά (συνήθως 30-50mm) πάνω από τους αυλούς των καυσαερίων. Η διατήρηση της στάθμης του νερού εντός του ατμολέβητα εξασφαλίζεται από ηλεκτροκίνητες αντλίες και ένα αυτόματο σύστημα επιτήρησης στάθμης νερού (με πλωτήρα ή με ηλεκτρόδια). Το αυτόματο σύστημα επιτήρησης ορίζει τρεις στάθμες νερού εντός του λέβητα που εξυπηρετούν τις παρακάτω λειτουργίες : Ανώτερη στάθμη νερού, αυτόματη παύση της αντλίας τροφοδοσίας νερού στον ατμολέβητα. Κατώτερη στάθμη νερού, αυτόματη έναρξη λειτουργίας της αντλίας τροφοδοσίας νερού. Στάθμη συναγερμού, που βρίσκεται κάτω από την κατώτερη στάθμη νερού, όπου έχουμε αυτόματη διακοπή της λειτουργίας του καυστήρα και αυτόματη φωτεινή και ηχητική σήμανση. α. Γιατί είναι επικίνδυνη η έλλειψη νερού στον ατμολέβητα? Η απάντηση είναι ότι στην περίπτωση έλλειψης νερού ο ατμολέβητας μπορεί να εκραγεί ( να «σκάσει» ) σε πίεση μικρότερη από την πίεση λειτουργίας και μάλιστα όταν οι αυτοματισμοί έναντι υπερπίεσης λειτουργούν κανονικά. Αυτό συμβαίνει διότι σε χαμηλή στάθμη νερού αρχίζουν να αποκαλύπτονται ( και άρα παύουν να είναι βρεχόμενα ) τμήματα των ελασμάτων του λέβητα (και ραφές συγκόλλησης) που εκτίθενται σε υψηλές θερμοκρασίες ή ακόμα και φλόγα. Οι πρώτες περιοχές που αποκαλύπτονται είναι τα ελάσματα του θαλάμου α αναστροφής καυσαερίων (από τον φλογοθάλαμο προς την πρώτη δέσμη αυλών) και στην συνέχεια ο ίδιος ο φλογοσωλήνας ( το άνω μέρος του). Η έλλειψη νερού συνεπάγεται υπερθέρμανση των περιοχών αυτών (πολλές φορές μέχρι σημείου θερμικής παραμόρφωσης ) και άρα κατακόρυφη μείωση των αντοχών των ελασμάτων και ειδικά των ραφών συγκολλήσεων. Έτσι δημιουργείται πολύ μεγάλη πιθανότητα λόγω της εσωτερικής υπερπίεσης (που φυσικά είναι μικρότερη από την πίεση λειτουργίας να γίνει μεγάλη διάρρηξη (ας υποθέσουμε σε μεγάλο μήκος κάποιας συγκόλλησης) που θα οδηγήσει στην έκρηξη.

9 Γιατί όμως θα γίνει έκρηξη και όχι διαρροή? Ισχυρή έκρηξη θα γίνει όταν, κατά την στιγμή της διάρρηξης, στο εσωτερικό του λέβητα υπάρχει ακόμα μία σοβαρή ποσότητα νερού και μάλιστα η έκρηξη θα είναι τόσο μεγαλύτερη όσο περισσότερη είναι η ποσότητα αυτή. Η έκρηξη οφείλεται στο γεγονός ότι το νερό αυτό (θερμοκρασίας μεγαλύτερης των 100 C) βρίσκεται ξαφνικά σε συνθήκες ατμοσφαιρικής πιέσεως και άρα συμβαίνει «ακαριαία» ατμοποίηση, δημιουργώντας ένα τεράστιο όγκο ατμού. Ας υποθέσουμε ότι έχουμε ένα ατμολέβητα πιέσεως λειτουργίας 10 bar, μέσης ικανότητας ατμοπαραγωγής περί τους 5 τόνους ατμού την ώρα. Σε ένα τέτοιο τυπικό λέβητα το περιεχόμενο του σε νερό κατά την κανονική λειτουργία είναι περίπου m³, ενώ η θερμοκρασία του περίπου 184 C. Αν σταματήσει η τροφοδότηση νερού ενώ η κατανάλωση ατμού συνεχίζεται τότε προφανώς η πίεση του ατμού στο εσωτερικό του λέβητα πέφτει και μία ποσότητα του νερού ατμοποιείται με συνέπεια τον υποβιβασμό της στάθμης του νερού. Έστω ότι η πίεση έπεσε στα 6 bar, ο καυστήρας έχει πάρει εντολή (λόγω χαμηλής πίεσης) και δουλεύει και τα ελάσματα (λόγω της χαμηλής στάθμης) αρχίζουν να έχουν θερμική καταπόνηση από φλόγα. Αυτή τη στιγμή έστω ότι έχουμε ακόμα 5 6m³ νερό μέσα στον λέβητα που η θερμοκρασία του θα είναι 165 C (για πίεση 6bar) και γίνεται η διάρρηξη. Το περιεχόμενο νερό (5m³) από την πίεση των 6 bar και θερμοκρασία 165 C, θα βρεθεί σε συνθήκες ατμοσφαιρικής πιέσεως, απελευθερώνοντας ενέργεια (διαφορά ενθαλπιών) = 278 KJ/Kgr άρα Χ 278 = KJ, ενώ η θερμότητα ατμοποίησης είναι KJ/Kgr με συνέπεια να ατμοποιηθούν «ακαριαία» / = 615 kgr νερού, που θα καταλάβουν όγκο 615 Χ 1,673 = 1.032m3 β. Πως προστατεύουμε τον ατμολέβητα σε περίπτωση έλλειψης νερού? Η προστασία γίνεται με έναν (τουλάχιστον) αυτοματισμό που σταματά την λειτουργία του καυστήρα σε πιθανή έλλειψη νερού. Όπως προαναφέρθηκε κάθε ατμολέβητας διαθέτει ένα αυτόματο σύστημα επιτήρησης στάθμης νερού με βάση το οποίο δίνεται η εντολή για ON OFF της αντλίας τροφοδότησης νερού. Στην χαμηλή στάθμη δίνεται εντολή για εκκίνηση λειτουργίας της αντλίας, ενώ στην υψηλή στάθμη δίνεται εντολή για παύση λειτουργίας. Η διασύνδεση αυτού του αυτόματου συστήματος ΜΟΝΟ ως προς την λειτουργία των αντλιών σε καμία περίπτωση δεν μας εξασφαλίζει έναντι του κινδύνου από έλλειψη νερού. Αυτό μπορεί να συμβεί για τους παρακάτω λόγους : Η εντολή είναι «ψευδής» (συνήθως στην περίπτωση που το σύστημα επιτήρησης είναι σε «βαρελάκι» που είναι συνδεδεμένο παράλληλα στον ατμολέβητα) επειδή έχει «μαγκώσει» ο πλωτήρας ή έχει «βραχυκυκλώσει» το αντίστοιχο ηλεκτρόδιο στάθμης ή έχει «μπουκώσει» με λάσπη - άλατα το «βαρελάκι» Η εντολή δίνεται αλλά η αντλία δεν δουλεύει λόγω ηλεκτρολογικού προβλήματος (έχει «ρίξει» θερμικό ή ασφάλεια)

10 Η εντολή δίνεται, η αντλία δουλεύει αλλά για κάποιο λόγο το νερό δεν εισέρχεται στον λέβητα. ( πχ. δεν υπάρχει νερό στην δεξαμενή τροφοδοτικού νερού, η αντλία δεν «τραβάει», έχει ξεχαστεί κάποια βάνα κλειστή κλπ ). Για αυτό τα συστήματα επιτήρησης στάθμης (με πλωτήρα ή με ηλεκτρόδια) διαθέτουν μία επιπλέον ρυθμιζόμενη επαφή (εκτός των ON OFF της αντλίας) για παύση λειτουργίας του καυστήρα σε πιθανή έλλειψη νερού. Η επαφή αυτή είναι ένα επιπλέον ηλεκτρόδιο στάθμης στο «σύστημα με ηλεκτρόδια» ή ένας επιπλέον υδραργυρικός διακόπτης στο «σύστημα με πλωτήρα». Η αξιοποίηση αυτής της επαφής είναι αναγκαία και άκρως απαραίτητη ( έχω δεί πολλούς λέβητες στους οποίους δεν έχει διασυνδεθεί), αλλά και πάλι δεν μας προστατεύει από την «ψευδή» ένδειξη αφού είναι στο ίδιο χώρο.(πχ. αν «μαγκώσει» ο πλωτήρας τότε και η αντλία δεν θα δουλέψει και το σύστημα επιτήρησης δεν θα σταματήσει τον καυστήρα) Άρα (κατά την γνώμη μου) απαιτείται ένας ανεξάρτητος (επάλληλος) αυτοματισμός παύσης λειτουργίας του καυστήρα σε πιθανή έλλειψη νερού. Εάν είναι «σύστημα με ανεξάρτητο ηλεκτρόδιο» μπορεί να τοποθετηθεί στον κύριο ατμοθάλαμο του λέβητα ( σε μία «τυφλή» φλάντζα στην οροφή του λέβητα ), εάν είναι «σύστημα με επιπλέον πλωτήρα» μπορεί να τοποθετηθεί σε ένα «βαρελάκι» στην άλλη πλευρά του λέβητα. Ένας άλλος ανεξάρτητος αυτοματισμός (επιπλέον του ανωτέρω), που έχει εφαρμοστεί τα τελευταία χρόνια με άριστα αποτελέσματα είναι ο έλεγχος της θερμοκρασίας των καυσαερίων στην έξοδο του λέβητα με ένα setpoint. Παρακολουθούμε την θερμοκρασία των καυσαερίων του λέβητα που σε κανονική λειτουργία κυμαίνεται από C και ορίζουμε ένα setpoint σε υψηλότερη θερμοκρασία (πχ. στους 250 C), που σταματά την λειτουργία του καυστήρα. Εάν ο ατμολέβητας αρχίζει να μένει από νερό τότε η θερμοκρασία των καυσαερίων ανεβαίνει ( αφού δεν ψύχονται) και γίνεται αντιληπτή από τον αυτοματισμό. Υπενθυμίζεται ότι η παύση λειτουργίας του καυστήρα σε πιθανή έλλειψη νερού πρέπει να συνοδεύεται από φωτεινή και ηχητική σήμανση (φαροσειρήνα). γ. Κάθε πότε και πως ελέγχουμε το σύστημα επιτήρησης στάθμης νερού και τον αυτοματισμό «παύσης λειτουργίας του καυστήρα σε πιθανή έλλειψη νερού? Ο έλεγχος του συστήματος είναι πολύ εύκολος και μπορεί να γίνει οποιαδήποτε στιγμή ακόμα και κατά την κανονική λειτουργία του ατμολέβητα. Αν το σύστημα (με πλωτήρα ή με ηλεκτρόδια) είναι προσαρμοσμένο σε «βαρελάκι» παράλληλα με τον ατμολέβητα τότε : Αν υπάρχουν βάνες απομόνωσης κλείνω τις βάνες και δημιουργώ τεχνητή έλλειψη νερού στο «βαρελάκι» ανοίγοντας την βάνα εκκένωσης του (στρατσωνα - καθαρισμός). Θα πρέπει να «πάρει» η αντλία και να σταματήσει ο καυστήρας. Αν δεν υπάρχουν βάνες απομόνωσης (κατά κανόνα οι κατασκευαστές δεν βάζουν βάνες απομόνωσης στο «βαρελάκι» για να αποκλειστεί ή πιθανότητα «ψευδούς» ένδειξης αν κάποια βάνα ξεχαστεί κλειστή) τότε πρώτα αποκλείω την λειτουργία της αντλίας τροφοδοτικού νερού ( την βάζω στο OFF ή κατεβάζω την ασφάλεια της ) και μετά αρχίζω

11 τον προοδευτικό «στρατσωνισμό» του λέβητα ώστε να πέσει η στάθμη του νερού και να δω αν θα σταματήσει ο καυστήρας. Προσοχή!!!. Η παύση λειτουργίας του καυστήρα πρέπει να γίνει προτού «χαθεί» το νερό από τον υαλοδείκτη στάθμης νερού, αλλιώς θα πρέπει να γίνει επαναρίθμιση. Ο έλεγχος του συστήματος με την θερμοκρασία των καυσαερίων είναι ακόμη πιο εύκολος αφού απλά υποβιβάζω το setpoint και πρέπει να σταματήσει ο καυστήρας. Καλό είναι ο παραπάνω έλεγχος να γίνεται περιοδικά ανά μία εβδομάδα περίπου ενώ ο «στρατσωνισμός» - καθαρισμός των συστημάτων επιτήρησης καθημερινά (υαλοδείκτης στάθμης νερού, «βαρελάκι» (πλωτήρα ή ηλεκτροδίων)) δ. Ορισμένες περιπτώσεις που χρειάζονται ιδιαίτερη προσοχή Η παρουσία λάσπης στο τροφοδοτικό νερό αυξάνει την πιθανότητα «φραξίματος» στο «βαρελάκι» και ειδικά στον σύστημα με πλωτήρα Η παρουσία ρυπαντικών ουσιών στα επιστρεφόμενα (συμπυκνώματα) και ειδικά λαδιών δημιουργεί προβλήματα στα ηλεκτρόδια στάθμης («ψευδής» ένδειξη) και χρειάζονται πιο τακτικά καθαρισμό. Μετά από το πέρας κάθε υδραυλικής δοκιμασίας, επανελέγχουμε την λειτουργία του συστήματος γιατί κατά την υδραυλική δοκιμασία μπορεί να έχουν βραχυκυκλώσει τα ηλεκτρόδια ή να έχει μαγκώσει ο πλωτήρας. (ειδικά στα ηλεκτρόδια είναι προτιμότερο κατά την υδραυλική δοκιμασία να έχουν αφαιρεθεί) ε. Τι πρέπει να κάνω αν ο λέβητας «μείνει» από νερό? Υπάρχουν όμως πολλές εγκαταστάσεις ατμολεβήτων όπου τα επάλληλα συστήματα που αναφέρονται παραπάνω δεν έχουν εγκατασταθεί και πολλές φορές έχει «μείνει» ο λέβητας από νερό. Αν κατά την μετάβαση μας στο Λεβητοστάσιο, δούμε ότι ο «λέβητας» δεν έχει νερό τι πρέπει να κάνουμε? 1. Αν δεν έχει σταματήσει ο καυστήρας τον βάζω αμέσως στην θέση OFF 2. Αν ακούγονται «τριγμοί» ή «κτύποι» (αποτέλεσμα θερμικών διαστολών) απομακρύνουμε αμέσως όλο το προσωπικό από τον χώρο, πηγαίνουμε σε μία απομακρυσμένη κατανάλωση ατμού και «ξεπρεσάρουμε» το δίκτυο ατμού και τον ατμολέβητα. 3. Αν δεν ακούγονται «τριγμοί» ή «κτύποι» 3.α. Αν φαίνεται το νερό στον υαλοδείκτη, κάνω στρατσώνα στον υαλοδείκτη για να αποκλείσω το ενδεχόμενο «ψευδούς» ένδειξης. Αν η ένδειξη είναι «αληθής» (δηλαδή υπάρχει νερό αλλά είναι λίγο) δεν υπάρχει πρόβλημα, αφήνω να κρυώσει ο λέβητας και ψάχνω το πρόβλημα 3.β. Αν δεν φαίνεται νερό στο υαλοδείκτη ή η παραπάνω ένδειξη είναι «ψευδής» βάζω την αντλία τροφοδοτικού νερού (χειροκίνητα ON), και τότε, αν με την είσοδο νέου τροφοδοτικού νερού

12 δεν ακουστούν «τριγμοί» ή «κτύποι», συνεχίζω τη τροφοδότηση μέχρι το νερό να φανεί στον υαλοδείκτη ακουστούν «τριγμοί» ή «κτύποι», διακόπτω τη τροφοδότηση νερού και (ομοίως) «ξεπρεσάρουμε» το δίκτυο ατμού και τον ατμολέβητα από μία απομακρυσμένη κατανάλωση ατμού 4. Οι οδηγίες για απόσυρση καιόμενου υλικού ( στην περίπτωση στερεών καυσίμων ) από την εσχάρα καύσης, κατά την γνώμη μου, όχι μόνο δεν είναι σωστές αλλά είναι και επικίνδυνες, αφού η απόσυρση δημιουργεί (έστω και προσωρινά) έκλυση μεγάλων ποσών θερμότητας (λόγω αναμόχλευσης του καιόμενου υλικού) και παρατείνει το χρόνο παραμονής του προσωπικού στην επικίνδυνη περιοχή 2. ΚΙΝΔΥΝΟΣ ΑΠΟ ΠΙΘΑΝΗ ΥΠΕΡΠΙΕΣΗ Ο κίνδυνος από πιθανή υπερπίεση στον ατμολέβητα είναι πολύ μικρότερος και συμβαίνει πολύ σπάνια αφού υπάρχουν αλληλοκαλυπτόμενα συστήματα που δεν επιτρέπουν την ανάπτυξη εσωτερικής υπερπίεσης(προσωπικά υπερπίεση σε ατμολέβητα έχω συναντήσει μία φορά και αυτή μάλιστα ήταν επειδή δεν σταμάτησε η αντλία τροφοδότησης νερού λόγω προβλήματος στον πλωτήρα ελέγχου στάθμης νερού). Τα αλληλοκαλυπτόμενα συστήματα είναι : 1. Ο πιεσοστάτης λειτουργίας που δίνει εντολή παύσης λειτουργίας του καυστήρα 2.Ο πιεσοστάτης ασφαλείας που επίσης δίνει εντολή παύσης λειτουργίας του καυστήρα σε περίπτωση που δεν λειτουργήσει ο προηγούμενος (αφού είναι εν σειρά συνδεδεμένος) 3. Το ασφαλιστικό ( αντίβαρου ή ελατηρίου) που διαθέτει ο ατμολέβητας ρυθμισμένο να ανοίγει σε πίεση 10% μεγαλύτερη από την πίεση λειτουργίας. Επίσης ας σημειώσουμε ότι οι κατασκευαστές λεβήτων είναι ιδιαίτερα "απλόχεροι" στο πάχος των ελασμάτων που χρησιμοποιούν στην κατασκευή του λέβητα από πάχος που προκύπτει από τους υπολογισμούς αντοχής του λέβητα. Όσον αφορά τα ασφαλιστικά έναντι υπερπίεσης τα ασφαλιστικά με αντίβαρο είναι σαφώς πιο αξιόπιστα από εκείνα του ελατηρίου. Πιο συγκεκριμένα είναι απίθανο να "κολλήσουν" και να μην λειτουργήσουν, ενώ αρκετές φορές έχω συναντήσει "κολλημένα" ασφαλιστικά ελατηρίου, που τελικά ανοίγουν, αλλά σε πίεση μεγαλύτερη από εκείνη που έχουμε ρυθμίσει. Οι κατασκευαστές τελευταία όλο και περισσότερο προτιμούν τα ασφαλιστικά ελατηρίου (προφανώς για λόγους κοστολογίου). Έτσι και αλλιώς θα πρέπει κατά την επιθεώρηση του ατμολέβητα να γίνεται και επιθεώρηση και συντήρηση των ασφαλιστικών. Η συντήρηση των ασφαλιστικών συνίσταται στον καθαρισμό των εδρών σφράγισης, στην λίπανση των κινητών μερών (ειδικά του ελατηρίου) και τον έλεγχο της ρύθμισης τους. Σκόπιμο είναι η ρύθμιση να σημαδεύεται και να τονίζεται ότι δεν επιτρέπεται να επεμβαίνει κανείς σε αυτήν, γιατί πολλές φορές, λόγω μικρής διαρροής από το ασφαλιστικό (κυρίως από έλλειψη συντήρησης της έδρας σφράγισης), αλλάζουν την ρύθμιση, (ειδικά στα ασφαλιστικά με αντίβαρο μετακινούν τον αντίβαρο πιο έξω).

13 Η εκτόνωση του ασφαλιστικού θα πρέπει να γίνεται σε ελεγχόμενο χώρο και κατά τρόπο που να αποκλείει την περίπτωση ατυχήματος (κάψιμο από ατμό η καυτό νερό). Πως ελέγχω τα συστήματα προστασίας έναντι πιθανής υπερπίεσης? Κατά αρχάς θα πρέπει να έχουμε υπό όψη μας ότι η εκτόνωση ατμού από το ασφαλιστικό (ειδικά αν η πίεση είναι μεγαλύτερη από 4-5 bar) προκαλεί εκκωφαντικό θόρυβο και άρα αν κάνω την δοκιμή εν λειτουργία θα πρέπει το προσωπικό να είναι προετοιμασμένο. Εν λειτουργία (με ατμοπαραγωγή) ελέγχω την ρύθμιση και καλή λειτουργία του βασικού πιεσοστάτη (λειτουργίας). Στην συνέχεια ο ηλεκτρολόγος βραχυκυκλώνει τον βασικό πιεσοστάτη και με τον ίδιο τρόπο ελέγχω την ρύθμιση και καλή λειτουργία του πιεσοστάτη ασφαλείας, (προφανώς ο πιεσοστάτης ασφαλείας θα πρέπει να είναι ρυθμισμένος λίγο υψηλότερα από τον βασικό ). Οι ρυθμίσεις των πιεσοστατών γίνεται με κανονική λειτουργία (ατμοπαραγωγή). Στην συνέχεια βραχυκυκλώνουμε και τον πιεσοστάτη ασφαλείας και βλέπουμε (εν λειτουργία) την πίεση υπό την οποία θα ανοίξει το ασφαλιστικό. Προσοχή!!! : η ρύθμιση του ασφαλιστικού έχει γίνει με υδραυλική πίεση (με νερό) με την βοήθεια της τροφοδοτικής αντλίας νερού του λέβητα. Όπως είναι προφανές κατά την διαδικασία ελέγχου χρειάζεται αρκετές φορές να υποβιβάσουμε την πίεση του λέβητα (ξεπρεσάρισμα). Το ξεπρεσάρισμα μπορεί να γίνει ανοίγοντας κάποια κατανάλωση ατμού ή ακόμα καλύτερα από την στρατσώνα του ατμολέβητα ώστε να έχουμε άμεσο έλεγχο. Ειδικά όταν δοκιμάζω το ασφαλιστικό πρέπει να έχω ένα άνθρωπο έτοιμο στην στρατσώνα, ένα άνθρωπο στο διακόπτη του καυστήρα και σε καμία περίπτωση να μην υπάρχει άνθρωπος στην οροφή του λέβητα. Τι διατομής ασφαλιστικά χρειάζεται ο ατμολέβητας? Είναι προφανές ότι τα ασφαλιστικά θα πρέπει να μπορούν να διοχετεύσουν ποσότητα ατμού μεγαλύτερη από εκείνη που μπορεί να παράγει ο ατμολέβητας με τον καυστήρα στην μεγαλύτερη σκάλα (έτσι ώστε να μην δημιουργηθεί επιπλέον υπερπίεση). Αν για παράδειγμα έχω έναν ατμολέβητα ικανότητας ατμοπαραγωγής 5 τον/h, θα πρέπει τα ασφαλιστικά να μπορούν να παροχετεύσουν ποσότητα ατμού πάνω από 5 τον/h. Οι προμηθευτές ασφαλιστικών ατμού διαθέτουν Πίνακες από όπου προκύπτει η ποσότητα του ατμού πού μπορεί να παροχετεύσει το ασφαλιστικό σε δεδομένη πίεση.