Parní stroj se uplatní i v tomto století

Kogenerace, tj. kombinovaná výroba elektřiny a tepla, je nejúčinnější a nejekologičtější způsob využití energie paliva. Existuje celá řada kogeneračních technologií, počínaje parním turbosoustrojím přes plynové motory a třeba Stirlingovým motorem konče. Uplatnění však má i neprávem již trochu pozapomenutá konstrukce parního stroje.

Výtah z obsahu článku, který vyšel v časopise Energie 21 č. 4/2016.

V oblasti využití vodní páry existuje v současnosti prakticky jediná relevantní technologie. Je to parní turbosoustrojí. Pro jeho výhodné využití je však spodní hranicí výkon zhruba 0,2 MW. Využití turbín, respektive mikroturbínek pro malé výkony totiž naráží na technické a ekonomické bariéry.

Stále je však provozováno velké množství kotelen (komunálních i průmyslových) s produkcí syté nebo mírně přehřáté páry s výkonem několika málo tun páry za hodinu, mnohdy i nižším než 1t/h. Tyto kotelny produkují většinou páru o tlaku do 1,5 MPa. Pára je následně zpravidla redukována na tlaky nižší podle technologických potřeb provozovatele. Je tak zbavována své pracovní schopnosti. V těchto kotelnách není použití turbíny ekonomické. Provozovatel je potom zbaven možnosti využít pracovní schopnosti jím produkované páry pro kogeneraci a zlepšit tak ekonomii svého provozu a třeba i využít dotačních zdrojů.

Řešením může být například využití expanzního objemového parního stroje. Výhodou parního stroje ve srovnání s turbínou je vyšší termodynamická účinnost asi 80 % oproti turbíně s účinností kolem 60 %. Bez problémů pracuje i s mokrou párou. Na rozdíl od turbíny neztrácí významným způsobem účinnost ani při změnách parametrů páry, ke kterým v běžném provozu může docházet. Současně lze parní stroj i do určité míry přetížit.

Výrobcem těchto zařízení je v současné době německá firma Spilling Hamburg. V podstatě jde o klasickou konstrukci parního stroje, nicméně s poměrně vysokou prodejní cenou.

Při hledání alternativy pro malé kotelny vznikl nápad využít parní stroj. Bylo však třeba najít jednoduchou a cenově dostupnou konstrukci, což klasický parní stroj nesplňoval. Pro stavbu je proto použit automobilový polomotor, tedy skříň, klika, ojnice, válce a písty. Další z výhod použití automobilového polomotoru je vlastní olejové čerpadlo, čímž odpadá nutnost externího olejového hospodářství, které je u turbíny nutností.

K tomuto polomotoru je připojena pracovní parní nástavba. Tvoří ji parní válce a dvojčinné parní písty, které jsou spojeny se základním klikovým mechanismem polomotoru pístnicí. Parní rozvod je proveden jednoduchými rotačními šoupátky s řemenovým náhonem od klikového mechanismu. Stejným způsobem je proveden i pohon od parního stroje ke generátoru. Jedná se v podstatě o řemenový převod, který zajišťuje zachování konstantních otáček generátoru. Pro přizpůsobení parního stroje různým jmenovitým výkonům kotelen stačí jednoduchá výměna ozubeného kola tohoto převodu. Celý systém je plně automatizovaný, řízený počítačem a zcela bezobslužný.

Tento nápad se původně snažila realizovat firma Polycomp s využitím polomotoru Praga V3S. Vývoj motoru nebyl nakonec zcela dokončen, ale byly získány cenné poznatky. Na bázi motoru Praga V3S byl mimo firmu vyroben parní stroj, který je nyní, jako prototyp, taktéž bez dokončeného vývoje, provozován. Využívá tlakovou páru na meziodběru parní turbíny.

V současnosti pokračuje na vývoji obdobného stroje firma SteamEnergy, s. r. o. Vyvinula prototyp parního stroje s použitím dílů tříválcového motoru Fabia 1,4 TDi. Motor byl funkčně krátkodobě odzkoušen a mechanicky plně vyhověl. Jedná se o malé zařízení s potřebou páry od 0,25 t/h a s výkonem do 30 kW. Výkonové možnosti tohoto konstrukčního řešení jsou dány i použitým polomotorem.

V případě parní nástavby umístěné na polomotoru typu LIAZ, traktorových polomotorech, na motorech firmy Caterpiler a dalších trakčních nebo stacionárních motorech lze pomýšlet na výkony řádově vyšší, daleko přesahující 100 kW. Firma hledá v současné době partnera nejen pro dlouhodobé odzkoušení vyvinutého prototypu v reálném provozu, ale zároveň i partnera pro spolupráci na dalším vývoji, výrobě i obchodním uplatnění tohoto typu zařízení jak v České republice, tak případně v zahraničí.*

Ing. Tomáš Klír

Obrázky:

V konstrukci parního kogeneračního motoru je použit automobilový polomotor – skříň, klika, ojnice, válce a písty. Parní rozvod je proveden šoupátky s řemenovým náhonem od klikového mechanismu, stejným způsobem je proveden náhon ke generátoru. Foto archiv autora

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *