V 18. storočí nastalo obdobie priemyselnej revolúcie. Symbolom tejto doby industrializácie a priemyselného pokroku sa stal parný stroj. Sila pary predstavovala dovtedy nevídaný zdroj energie, bez ktorého by sa nezaobišla žiadna fabrika. Obrovský výkon, ktorý sa skrýva v niečom tak nenápadnom a obyčajnom, ako je plynné skupenstvo vody, dokazuje aj fakt, že po konštruktérovi parného stroja je pomenovaná jednotka výkonu – watt.

Oblasti použitia pary

Na prvý pohľad sa môže zdať, že doba pary a parných strojov je dávno za nami. Treba si však uvedomiť, že za každou kilowatthodinou elektrickej energie vyrobenou v jadrovej alebo tepelnej elektrárni je práve parná turbína, ktorá poháňa elektrogenerátor. S parou sa taktiež môžeme stretnúť v mnohých fabrikách, kde je neoddeliteľnou súčasťou výrobného procesu. Premenu vody na paru zabezpečujú rôzne zariadenia, ktoré by sa dali súhrnne označiť ako parné kotly.

Oblasť použitia pary v priemysle je aj v dnešnej dobe skutočne rozsiahla. Bez pary by sa nezaobišli procesy v textilnom priemysle pri výrobe a čistení odevov, v potravinárskom priemysle pri produkcii rôznych nápojov a výrobkov alebo v odvetví chemickom, papierenskom a farmaceutickom. Technologická para sa používa napríklad na dezinfekciu, sterilizáciu a sušenie, ako aj na účely vykurovania.

Fungovanie a rozdelenie parných kotlov

Samotný princíp fungovania parných kotlov je až prozaicky jednoduchý. Naplňte uzavretú nádobu vodou a spaľovaním paliva vygenerujte dostatok tepla na jej odparenie. Samozrejme, technicky je daná problematika omnoho zložitejšia. Parné kotly sa dajú podľa tlaku vzniknutej pary rozdeliť na nízkotlakové a vysokotlakové. V oboch prípadoch však dané zariadenia často predstavujú tlakové nádoby, ktoré podliehajú sprísneným bezpečnostným nárokom. Aj tá najmenšia konštrukčná chyba môže viezť k havárii zariadenia, ktoré sa pri povahe a rýchlosti nekontrolovanej expanzie pary správa doslova ako bomba. Konštrukcia, materiály a zabezpečenie parných kotlov sú preto vždy z hľadiska bezpečnosti posudzované veľmi prísne.

Druhú stránku veci prestavuje energetická náročnosť procesu. Premena vody na paru vyžaduje obrovské množstvo energie a pri dnešných cenách spaľovaných palív sú logicky do parných kotlov inštalované rôzne konštrukčné celky, ktoré zabezpečujú využitie paliva na čo najvyššej úrovni. Hoci parné kotly prešli pomerne dlhým historickým vývojom a súčasný trh ponúka veľké množstvo rôznych komerčne dostupných modelov pre rozličné aplikácie, všetky parné kotly musia obsahovať tri nevyhnutné zložky – vodu, palivo a vzduch.

Upravovaná voda

Napájacia voda vstupujúca do kotla by mala byť vždy chemicky alebo tepelne upravená. Na tento účel sa zvyknú využívať moderné a plne automatizované zariadenia na úpravu vody. Odparovaním vody s vysokým obsahom minerálov vznikajú totiž na teplovýmenných plochách nežiadúce usadeniny. Tie následne tvoria výrazné tepelné odpory a znižujú celkovú účinnosť zariadenia. V horšom prípade sa môže stať, že sa potrubia upchajú, čo môže viesť až k havárii. Za účelom zvyšovania účinnosti je napájacia voda predhrievaná odpadovým teplom zo spalín alebo samotnou parou.

Druh paliva do parného kotla

Parné kotly môžu byť zásobované energiou z rôznych zdrojov. Od pevných palív (koks, drevo, uhlie, pelety, brikety) cez kvapalné a plynné palivá (zemný plyn, bioplyn, vykurovacie oleje, nafta), až po tlakovú vodu v jadrových reaktoroch. Podľa druhu použitého paliva sa líši aj konštrukcia ohnísk a horákov. Pevné palivá sú využívané hlavne v spojení s produkciou pary v tepelných elektrárňach, keďže ich spaľovaním vzniká veľké množstvo tuhého odpadu (popol), ktorý sa často ďalej spracováva v pridružených výrobách napríklad na stavebný materiál. Pre účely menších prevádzok sú častejšie využívané plynné a kvapalné palivá, ktoré nevyžadujú rozsiahle palivové hospodárstvo a po zhorení nezanechávajú takmer žiaden pevný odpad.

Vzduch pre horenie

Všetky palivá potrebujú pre horenie vzdušný kyslík. Správne množstvo vzduchu môže byť do kotla dopravované prirodzene alebo núteným obehom pomocou kompresorov a ventilátorov. Za účelom zvyšovania účinnosti je okrem napájacej vody predhrievaný aj vzduch vstupujúci do spaľovacieho priestoru.

Využívanie odpadového tepla

Súčasťou moderných parných kotlov sú tzv. ekonomizéry. Sú to v podstate výmenníky tepla, v ktorých je využívané odpadové teplo na zvyšovanie celkovej účinnosti procesu. Ekonomizér môže slúžiť na predhrievanie napájacej vody alebo vzduchu vstupujúceho do kotla alebo na prehrievanie vygenerovanej pary.

Súčasné požiadavky na parné kotly

K zásadným požiadavkám na parné kotly v súčasnosti patria energeticky úsporná a nízkoemisná výroba pary, vysoká prevádzková spoľahlivosť, disponibilita systémov a prispôsobiteľnosť individuálnym požiadavkám jednotlivých priemyselných či komerčných jednotiek. Prirodzene, sú tu aj ďalšie, nemenej dôležité, nároky na parné kotly ako vysoká kvalita pary s nízkou zvyškovou vlhkosťou, dlhá životnosť, jednoduchý servis či rozsiahle príslušenstvo.

Hoci sa na prvý pohľad môže zdať, že na banálnom procese odparenia vody na paru nemôže byť nič zložité, opak je pravdou. Parné kotly predstavujú už od čias priemyselnej revolúcie špičku technológie vo svojej dobe. S pokrokom techniky a výskumom v oblasti termodynamiky bolo možné skonštruovať zariadenia, ktoré dokážu s vysokou účinnosťou a bezpečnosťou zvládnuť daný proces a slúžiť ako hnací motor energetiky v širokej oblasti priemyselných a komerčných aplikácií.