Wymiennik ciepła do palnika olejowego 120kW – dobór, materiały, modele Ba-95-30, stal Inox

Pytanie

Dobór wymiennika ciepła do palnika olejowego 120kw

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Do palnika olejowego o mocy nominalnej 120 kW stosuje się najczęściej stalowy wymiennik płomieniówkowo-płaszczowy (korpus kotła) o powierzchni wymiany 25 – 35 m², wykonany ze stali kotłowej w części wysokotemperaturowej i ze stali kwasoodpornej 1.4404/1.4571 w części, w której może wystąpić kondensacja.
• Jeśli wymiennik ma oddawać ciepło jedynie z gorącej wody kotłowej (a nie bezpośrednio ze spalin), do rozdziału obiegów można użyć płytowego wymiennika lutowanego (np. Ba-95-30, 2 ÷ 3 m², DN50), dobranego na 120 kW i parametry instalacji (np. 80/60 °C).

Kluczowe punkty
• określić medium ogrzewane (woda grzewcza, C.W.U., powietrze, olej termiczny),
• zdecydować: praca kondensacyjna czy „na sucho”,
• dobrać materiał odporny na SO₂/H₂SO₄,
• ograniczyć spadek ciśnienia spalin ≤ 500 Pa, medium ≤ 20 kPa,
• zapewnić dostęp do czyszczenia i odprowadzenie kondensatu.

Szczegółowa analiza problemu

1. Bilans cieplny

Moc palnika 120 kW → przy sprawności 88 – 92 % do odebrania pozostaje 105 – 110 kW (bez kondensacji). Dla trybu kondensacyjnego (η≈103 – 105 % w odniesieniu do PCI) wymiennik musi przenieść 125 kW.

2. Parametry po stronie spalin

• T_wlot ≈ 400 – 700 °C (zależnie od konstrukcji palnika),
• Zakładany Twylot:
 – praca „na sucho” ≥ 140 °C (powyżej punktu rosy kwaśnej),
 – praca kondensacyjna 45 – 55 °C (wymaga stali Cr-Ni-Mo i odprowadzania kondensatu).
• Szacunkowy masowy strumień spalin:
\[
\dot m{\text{spaliny}}\approx \frac{120\,\text{kW}}{\text{HV}_\text{olej}\cdot\eta}\approx 0{,}15\; \text{kg/s}
\]
przy HV ≈ 42 MJ/kg i nadmiarze powietrza λ ≈ 1,3.

3. Typ wymiennika

4. Współczynnik przenikania i obliczenia

Przyjęcie U = 20 – 30 W/(m²·K) i ΔTlm ≈ 150 °C:
\[
A=\frac{Q}{U\cdot \Delta T\text{lm}}\approx\frac{110000}{25\cdot150}\approx 29\,\text{m}^2
\]
Potwierdza powierzchnię rzędu 25 – 35 m² dla części konwekcyjnej.

5. Materiał i konstrukcja

• Komora spalania/pierwszy ciąg: stal kotłowa P265GH lub 16Mo3.
• Sekcja niskotemperaturowa: stal kwasoodporna 1.4404 / 1.4571; przy pracy > 250 °C możliwie AISI 310.
• Grubość ścianki wg PN-EN 12953 lub ASME I (ciśn. projekt. 6 bar).

6. Hydraulika

• spaliny: v = 8 – 12 m/s, Δp ≤ 500 Pa,
• woda: v = 1,5 – 2,5 m/s (rury) / 0,3 m/s (płaszcz), Δp ≤ 20 kPa,
• zapewnić króćce spustowe i odpowietrzniki.

7. Eksploatacja i serwis

• wyczystki w osi rur, drzwiczki rewizyjne,
• coroczne czyszczenie mechaniczne sadzy,
• analiza spalin → korekta λ,
• neutralizacja kondensatu (katalizatory wapienne).

Aktualne informacje i trendy

• Konwersja klasycznych kotłów olejowych na moduły kondensacyjne (wkłady Inox).
• Narzędzia doboru online (Alfa Laval, Hexonic, SWEP) – szybka weryfikacja wymiarów przy podaniu T_in/T_out i przepływów.
• Coraz częstsze zastosowanie płytowych wymienników ze stali duplex w hybrydowych układach (pompa ciepła + palnik).
• Tendencja do obniżania temp. zasilania (55/35 °C) – wymusza pełną kondensację i wyższe wymagania materiałowe.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Punkt rosy kwasu siarkowego dla oleju opałowego: 120 – 140 °C; jego przekroczenie bez stali kwasoodpornej dramatycznie skraca żywotność wymiennika.
• W wymiennikach płomieniówkowych stosuje się turbulizatory spiralne – podnoszą U o 10 – 15 %, ale zwiększają Δp spalin.
• Płytowy wymiennik podany w odpowiedzi online (Ba-95-30) ma 30 płytek; przy wodzie 80/60 °C i przepływie 2,5 l/s przenosi ok. 150 kW przy Δp ~ 15 kPa – dobre rozwiązanie dla rozdzielenia obiegów, lecz nie dla bezpośrednich spalin.

Aspekty etyczne i prawne

• Całość stanowi urządzenie ciśnieniowe → dyrektywa PED 2014/68/UE; w PL obowiązek odbioru UDT.
• Emisja NOₓ, SOₓ – palnik musi spełniać EcoDesign 2018/2005 oraz Rozporządzenie Min. Klimatu ws. parametrów kotłów.
• Kondensat o pH < 4 należy neutralizować przed odprowadzeniem do kanalizacji.

Praktyczne wskazówki

1. Zacznij od decyzji: kondensacja TAK/NIE.
2. Zamów od producenta kotła kartę doborową „shell-and-tube 120 kW” wraz z profilem temperatur spalin.
3. Jeśli medium ogrzewane ≠ woda kotłowa – wstaw płytowy wymiennik (Ba-95-30 lub równoważny) pomiędzy kocioł a obieg wtórny.
4. Uwzględnij miejsce na filtr siatkowy (DN50) przed wymiennikiem płytowym.
5. Zaplanuj króćce pomiarowe T, p na wejściu i wyjściu obu mediów (diagnostyka wydajności).

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Bez dokładnych danych o medium, przepływach i temperaturach podane liczby są orientacyjne (±15 %).
• Płytowe BPHE nie nadają się do spalin – pojawiają się w ofertach e-commerce jedynie w kontekście woda↔woda, co bywa mylące.
• Przy planowanej pracy w kondensacji koszt wymiennika rośnie o 30 – 50 % ze względu na stal Inox i neutralizator.

Sugestie dalszych badań

• CFD wymiany ciepła w rurach z turbulizatorami dla optymalizacji Δp/η.
• Analiza ekonomiczna: klasyczny kocioł + płytowy VS pełny kocioł kondensacyjny.
• Badania wpływu dodatków biopaliwa (FAME) na korozję w wymiennikach olejowych.
• Standardy Clean-in-Place dla rur Inox przy oleju opałowym o zaw. siarki > 0,2 %.

Krótkie podsumowanie

Dobór wymiennika do palnika olejowego 120 kW sprowadza się w praktyce do wyboru właściwego korpusu kotła (shell-and-tube 3-ciągowego) o powierzchni ≈30 m², zaprojektowanego pod dane temperatury i ewentualną kondensację. Dla rozdziału obiegów ciecz-ciecz można zastosować płytowy BPHE 2 – 3 m². Kluczowe są: materiał odporny na kwasy, limit spadku ciśnienia, możliwość czyszczenia i zgodność z dyrektywą PED. Przed zamówieniem warto skorzystać z konfiguratorów on-line producentów (Alfa Laval, Hexonic) i przekazać pełny zestaw danych procesowych – dzięki temu wymiennik będzie dobrany precyzyjnie i bezpiecznie.