Pompa wody zasilającej

Zadaniem pompy zasilającej jest zbilansowanie ubytków wody powstałych w kotle parowym przez odbiór pary oraz odsalanie i odmulanie, odpowiednią ilością wody zasilającej. Poziom wody w kotle parowym musi być stabilny z tolerancją ok. 100 mm. Projektowanie pomp zasilających kotły podlega szczególnym wymogom określonym w przepisach dotyczących eksploatacji kotłów parowych, ponieważ niedostateczna ilość wody w kotle jest dla jego działania stanem krytycznym, któremu należy bezwzględnie zapobiegać.

Norma EN 12953-6 nie określa szczególnych wymagań co do wydajności pomp i ciśnienia, jeżeli występują dwa niezawodne ograniczniki poziomu wody o specjalnej konstrukcji, które wyłączają dopływ ciepła w razie spadku poziomu wody w kotle poniżej niskiego poziomu wody (NW). Dodatkowo musi być zachowana minimalna odległość co najmniej 50 mm między najwyżej znajdującymi się powierzchniami grzewczymi i oznaczeniem niskiego poziomu (NW), aby parowanie wtórne wywołane przez energię cieplną zgromadzoną w ciągach spalinowych nie mogło spowodować odsłonięcia powierzchni grzewczych.

Wszystkie kotły płomienicowo-płomieniówkowe produkcji Bosch spełniają te warunki, a zatem nie mają tu zastosowania szczególne wymagania dla pomp zasilających.

Oprócz wymagań wynikających z przepisów pompy zasilające muszą spełniać warunki ekonomicznej eksploatacji. Tymi warunkami są w szczególności utrzymywanie stałego poziomu wody w kotle i ciągłe zasilanie wodą zainstalowanych ekonomizerów, tak aby spaliny również mogły oddawać swoje ciepło wodzie zasilającej w sposób ciągły.

Ekonomiczna eksploatacja oznacza również jak najmniejsze zużycie energii elektrycznej do napędzania pompy i minimalizowanie strat dławienia na zaworach regulacyjnych.

Moduł pomp zasilających jest dostępny w różnych wariantach. Stosowane pompy to pionowe, wielostopniowe wysokociśnieniowe pompy obiegowe z całkowicie zamkniętym, chłodzonym wentylatorem silnikiem. Do mocy silnika 22 kW pompy mogą być wyposażone w zintegrowany przemiennik częstotliwości do regulacji obrotów. Są specjalnie zaprojektowane do stosowania z kotłami płomienicowo-płomieniówkowymi.

 

Pole pracy pompy i charakterystyki instalacji

Jako przykład dla objaśnienia pola pracy pompy zasilającej kocioł z regulowaną prędkością obrotową posłużymy się kotłem z ekonomizerem o wydajności znamionowej mp = 4000 kg/h i średnim ciśnieniu roboczym pśr = 13,3 bar.

Pole pracy pompy (kolor ciemnoszary) jest ograniczone z lewej strony krzywą minimalnej wydajności Vmin. Wynika ono z minimalnej ilości wody potrzebnej do chłodzenia pompy.

Z prawej strony pole pracy pompy jest ograniczone wartością maksymalnej wydajności Vmax, na górze charakterystyką 100 % prędkości obrotowej, od dołu minimalną wysokością podnoszenia poszczególnych krzywych prędkości.

Cztery wyrysowane charakterystyki instalacji (kolorowe linie przerywane) pokazują pokonywane przez pompę ciśnienie statyczne przy różnych ciśnieniach roboczych w kotle i ciśnienie dynamiczne wynikające ze strat ciśnienia w rurociągach na drodze przesyłu ciepła, na armaturach i ekonomizerach. W kotłowni najczęściej są do pokonania krótkie odcinki rur, niewiele armatur i małe opory przepływu przez ekonomizer, zatem udział ciśnienia dynamicznego w charakterystyce instalacji jest bardzo mały. Przy maksymalnym dla tego kotła strumieniu objętościowym 4,4 m³/h wynosi zaledwie Δpv = 0,53 bar. Natomiast udział ciśnienia statycznego, wyrażonego przez ciśnienie panujące w kotle parowym, wynosi pśr = 13,3 bar. Ciśnienie statyczne przeważa zatem w ogromnym stopniu. Do tego waha się jeszcze pomiędzy minimalnym ciśnieniem włączenia palnika ppalnik,wł = 12 bar i maksymalnym ciśnieniem zadanym na ograniczniku ciśnienia pogr.ciśn = 15 bar.

Przykład pola pracy pompy zasilającej kocioł z
regulowaną prędkością obrotową

Przykład pola pracy pompy zasilającej kocioł z regulowaną prędkością obrotową

Oszczędność energii

Strumień przepływu wymagany dla pompy z regulowaną prędkością obrotową i pompy pracującej w trybie z WŁ/WYŁ z zaworem regulacyjnym jest taki sam. Oszczędność energii może więc wynikać tylko z mniejszego ciśnienia, a nie z mniejszej wydajności jak w przypadku kotłów wodnych.

Dlatego też oszczędności energii mogą ulegać zmianom w zależności od stopnia wykorzystania kotła i rzeczywistego ciśnienia roboczego z jakim pracuje kocioł:

  • o kilka punktów procentowych przy dużym stopniu wykorzystania i eksploatacji z ciśnieniem projektowym,
  • o nawet 60 % przy częstej pracy kotła na obniżonym ciśnieniu i przy małym stopniu wykorzystania.

Regulacja prędkości obrotowej

Regulacja prędkości obrotowej musi ze względu na przewagę przeciwciśnienia statycznego ograniczać maksymalną i minimalną prędkość obrotową pompy w zależności od ciśnienia w kotle utrzymując aktualny punkt pracy w polu zasięgu stosowalności pompy (oznaczonym kolorem szarym na wykresie).

Jak jest to trudne, pokazuje porównanie punktów 1 i 4. Podczas gdy przy 90 % prędkości obrotowej pompy przy pogr.ciśn = 15 bar pompa pracuje ledwie z minimalną wydajnością (punkt 1), to przy takiej samej prędkości obrotowej przy ppalnik,wł = 12,0 bar pompa już pracuje z pełną wydajnością znamionową (punkt 4).

Jeszcze wyraźniej widać to w charakterystyce instalacji dla pracy na obniżonym ciśnieniu pśr/2.

NPSH (Net Positive Suction Head, antykawitacyjna nadwyżka ciśnienia)

NPSH stanowi minimalne ciśnienie statyczne, jakie musi występować po stronie ssawnej pompy, aby nie wystąpiło zjawisko kawitacji. Wartość ta jest warunkowana konstrukcją pompy i zależy od jej chwilowej wydajności. Przy dużej wydajności wzrasta bardzo ostro. Dlatego zasięg na prawo od maksymalnej wydajności 4,9 m³/h nie może być wykorzystany bez ryzyka uszkodzenia pompy wskutek kawitacji.

Moduł pompy wody zasilającej PM

Moduł pompy wody zasilającej jest fabrycznie zamontowany na podstawie wraz z manometrem, armaturami odcinającymi, filtrem i zaworem zwrotnym. Często instaluje się dwa moduły pomp w układzie przełączania awaryjnego, aby zapewnić dyspozycyjność kotła parowego w razie usterki pompy zasilającej.

Moduł pompy zasilającej z regulowaną prędkością obrotową

Pompy zasilające są dodatkowo wyposażone w przetworniki częstotliwości (falowniki). Regulacja częstotliwościowa dopasowana do pracy kotła może płynnie zmieniać prędkość obrotową pompy. Zmienia się charakterystyka pracy pompy, wydajność pompy może być dopasowana do aktualnych warunków pracy kotła: ciśnienia roboczego i poziomu wody. W ten sposób można zaoszczędzić energię elektryczną zużywaną przez silnik pompy, szczególnie gdy kocioł pracuje na obniżonym ciśnieniu i z obciążeniem częściowym.

 

Schemat modułu pompy zasilającej z kompletną armaturą

Schemat modułu pompy zasilającej z kompletną armaturą

Moduł pompy zasilającej

     

PI

Manometr

Grupa odcinająca przed kotłem

 

TI

Wskaźnik temperatury

     

LICA+

Przetwornik poziomu

     

LRZA-

Ogranicznik niskiego poziomu wody

 

Moduł pompy zasilającej podwójny moduł pompowy
Moduł pompy zasilającej i podwójny moduł pompowy

 

Korzyści:

  • Bardzo małe koszty inwestycyjne
  • Bardzo małe koszty związane z użytkowaniem i konserwacją
  • Dopasowania charakterystyki pompy do różnych ciśnień roboczych
  • Łagodny rozruch bez uderzeń ciśnienia przy włączaniu i wyłączaniu pompy
  • Zredukowane niebezpieczeństwo kawitacji dzięki małym natężeniom przepływu

Należy pamiętać o poniższych zasadach:

  • Stosunek regulacji między Vmin i Vmax powinien wynosić co najmniej 1:4.
  • Przy stosowaniu ekonomizerów regulacja częstotliwościowa pompy zasilającej powinna, jeśli to możliwe, także obejmować zakres regulacji częściowego obciążenia palnika. W razie konieczności można też połączyć pompę zasilającą ze zmienną prędkością obrotową z zaworem regulacyjnym wody zasilającej.

 

Przykład i objaśnienia do pola pracy pompy zasilającej ze zmienną prędkością obrotową

W przykładzie użyto pompy z regulowaną prędkością obrotową zasilającej kocioł z ekonomizerem o wydajności znamionowej ṁpara = 4000 kg/h i średnim ciśnieniu roboczym pśr = 13,3 bar.

Moduł pompy z/bez regulowanej prędkości obrotowej i regulacji dopływu

Jeżeli nie zastosowano pompy zasilającej z regulowaną prędkością obrotową lub zastosowana pompa z regulowaną prędkością obrotową nie pokrywa wymaganego zakresu regulacji, zaleca się dla wszystkich kotłów wyposażonych w palniki modulowane i wymienniki ciepła spalin regulację ciągłą przez moduł regulacji wody zasilającej RM. Moduł zapewnia dłuższy czas przepływu przez wymiennik ciepła i tym samym optymalny odzysk ciepła ze spalin kotłowych. Jednocześnie moduł regulacji wody zasilającej podaje minimalną ilość wody potrzebną do chłodzenia pompy wody zasilającej. Moduł jest zmontowany i gotowy do zainstalowania w odpowiednim miejscu na przewodzie ciśnieniowym wody zasilającej.

Moduł regulacji wody zasilającej do płynnego zasilania kotła składa się z zaworu regulacyjnego, zaworu odpływowego, filtra i obejścia z potrzebnymi zaworami odcinającymi.

 

Schemat modułu pompowego i modułu regulacji wody zasilającej ze wszystkimi armaturami

Schemat modułu pompowego i modułu regulacji wody zasilającej ze wszystkimi armaturami

 

Moduł pompowy

     

PI

Manometr

Moduł regulacji wody zasilającej

 

TI

Wskaźnik temperatury

Grupa odcinająca przed kotłem

 

LICA+

Przetwornik ciśnienia

     

LRZA-

Ogranicznik niskiego poziomu wody

Moduł regulacji wody zasilającej

Moduł regulacji wody zasilającej

Moduł regulacji wody zasilającej

 

Zawór odcinający

     

Zawór zwrotny

Filtr

 

Zawór odcinający

Zawór regulacyjny wody zasilającej z regulacją minimalnego przepływu

 

Przepływ do zbiornika wody zasilającej

Zawór odcinający

 

Zawór odcinający w obejściu

Korzyści:

  • Zapewniony przepływ minimalny do chłodzenia pompy zasilającej
  • Większa efektywność wymiennika ciepła spalin
  • Mniej włączeń pompy
  • Utrzymanie stałego poziomu wody w kotle