Kocioł co na paliwo stałe – modernizacja wymiennika


Reklama

Pojemnosciowe ogrzewacze wody Stiebel Eltron

Prenumerata Magazynu Instalatora

Niektóre konstrukcje wymienników ciepła (mam na myśli kocioł co na paliwo stałe) nie grzeszą sprawnością, co wielokrotnie jest powiązane z ich ceną.

Kocioł co na paliwo stałe ma czasem bardzo uproszczoną bdowę – skrócone są ciągi przepływu spalin i zmniejszona ilość paneli wodnych/opłomek, które nie pozwalają na większy odbiór ciepła z przelatujących spalin. Co zatem począć, aby regularnie nie tracić pieniędzy? Można spróbować we własnym zakresie „wycisnąć” z kotła, ile się da – oczywiście w granicach rozsądku, pamiętając o zachowaniu odpowiedniej temp., co najmniej 150-160ºC (temperatura punktu rosy dla kwasu siarkowego) [1].

W pierwszej części artykułu zwrócono uwagę, jak zamontowanie termometru spalin (wraz z obserwacją występujących temperatur i regularnym czyszczeniem wnętrza wymiennika) wpływa na oszczędności. Użytkownik spala mniej paliwa, czyli więcej pieniędzy zostaje w portfelu.

Czyszczenie kotła co na paliwo stałe

Do lamusa odeszła teoria, która mówiła o tym, że np. kocioł co na paliwo stałe z poziomymi panelami wodnymi powinien być czyszczony raz na 2-3 tygodnie, a z pionowymi 1-2 razy na sezon (w zależności oczywiście od zastosowanego paliwa i parametrów pracy). Teraz czynność ta „regulowana jest” wskazaniami termometru i przyjętymi przez siebie normami. Systematyczna „pielęgnacja” wymiennika sprzyja utrzymywaniu wysokiej wydajności przez cały czas (z niewielkimi spadkami), nie doprowadzając do dotychczasowych strat ciepła.

Należy wspomnieć jednak, że w wielu przypadkach ingerencja w konstrukcję kotła co na paliwo stałe może kończyć się utratą gwarancji, dlatego ewentualne działania nie powinny wiązać się z montowaniem wewnątrz wymiennika uchwytów (za pomocą spawania) służących np. do mocowania płyt szamotowych itp., (użytkownik robi to na własną odpowiedzialność). Nie chodzi tutaj również o bezmyślne działania czy bardzo mocne stłumienie przepływających spalin, co mogło by utrudniać proces spalania i odprowadzanie spalin na zewnątrz.

Modernizacja wymiennika – grunt to planowe badanie

Skąd wiadomo, czy warto w ogóle zająć się modernizacją wymiennika w kotle co na paliwo stałe? Jeśli po zamontowaniu termometru spalin okaże się, że wartości temperatury przekraczają np. 200-250ºC lub inne, które nie są akceptowane przez użytkownika, to jak najbardziej warto…

Aby zobrazować problem nadmiernego dogrzewania dworu, dokonano modyfikacji konstrukcji wymienników poprzez dołożenie w niektórych miejscach płyt/cegieł szamotowych. Następnie przeprowadzono pomiary, a wyniki poddano późniejszej analizie. Umieszczenie płyt wewnątrz kotła co na paliwo stałe zostało poprzedzone jego wygaszeniem i solidnym wyczyszczeniem.

Badania i wielomiesięczną eksploatację przeprowadzono na kotłach podajnikowych różniących się konstrukcją, czyli jeden z pionowymi, a drugi z poziomymi panelami wodnymi. W związku z podobnym oddziaływaniem płyt w każdym z wymienników ciepła wyniki tylko jednego z nich umieszczono w tabelach.

Obserwacja

Podczas obserwacji pracujących kotłów (posiadających i nieposiadających płyt szamotowych) można było zauważyć regularnie powtarzające się zjawisko. Po dojściu do temperatury zadanej i przekroczeniu jej o 1-2ºC, czynnik roboczy dalej się nagrzewał i jeszcze bardziej przebijał wspomnianą temperaturę o kolejne kilka stopni, by po czasie przekazywać ją do wymiennika. Dzięki temu kocioł dłużej znajdował się w stanie podtrzymania.

Kocioł co na paliwo stałe - płyty wymiennika

Kocioł co na paliwo stałe wyposażono w płyty szamotowe „cienkie”, czyli o grubości 15 mm i 30 mm (łącznie ok. 0,6 m2). Wykorzystywanie „grubych” cegieł szamotowych jest bezcelowe – długo się nagrzewają – można powiedzieć, że nie nadążają się nagrzać na całym przekroju. Po uzyskaniu zadanej temperatury ciepło przenika w głąb cegły, ogrzewając je, a tym samym chłodząc powierzchnie zewnętrzne.

W celu doboru odpowiednich płyt szamotowych, czyli takich, które szybko się nagrzewają, a jednocześnie w rozsądnym czasie oddają nagromadzone ciepło, przeprowadzono testy związane z nagrzewaniem poszczególnych płyt za pomocą płomienia gazowego (acetylenowo-tlenowego) i pomiarem temperatury za pomocą pirometru. Wskazały one jednoznacznie, że grubość 15 mm jest najefektywniejsza, a 60 mm przeciwnie.

Sztuka doboru liczby płyt

Owszem, ktoś może powiedzieć, że nagrzewanie płyt wspomnianym płomieniem, którego temp. dochodzi do 3150ºC, jest niemiarodajne, ponieważ w wymienniku osiągane wartości są dużo mniejsze. Jednak kolejne testy związane z umieszczaniem w kotle co na paliwo stałe płyt/cegieł szamotowych o różnej grubości i późniejszymi pomiarami temperatury potwierdziły wcześniejsze symulacje płomieniem gazowym. Nie sztuką jest ulokowanie w wymienniku kilkunastu kg płyt/cegieł szamotowych – sztuką jest dobrać taką ich ilość, aby efekt był najlepszy.

W związku z niewielkim otworem wyczystnym (w celu umieszczenia płyty wewnątrz kotła) trzeba było przeciąć kilka z nich na węższe elementy. Wymusiło to również konieczność położenia płyt na dwóch górnych panelach wodnych (nie są podwieszone). Warto podkreślić, że najlepsze efekty nagrzewania i oddawania ciepła na wymiennik osiągnięto dzięki zamontowaniu płyt od spodu paneli i od spodu górnej części płaszcza wewnętrznego, co wydaje się logiczne z dwóch powodów: spaliny przemieszczają się w górnym zakresie danego przekroju, zapobiega to również osiadaniu pyłu (zanieczyszczaniu) na szamocie.

Kocioł co na paliwo stałe - płyty szamotowe

Z racji swojej twardości do ich cięcia zastosowano tarcze diamentowe przeznaczone do cięcia betonu z zastosowaniem ochrony wzroku (okulary), dróg oddechowych (maska przeciwpyłowa) i rąk (rękawice robocze).

Kocioł co na paliwo stałe z poziomymi panelami wodnymi

W celu uzyskania wiarygodnych wyników przeprowadzono trzy próby dla każdej z konfiguracji, po czym wyciągnięto średnie. Należy wspomnieć, że badanie było przeprowadzone w okresie letnim. Odbiorem ciepła zajmowały się dwa grzejniki w łazienkach, dwa na klatce schodowej i bojler 140 l. Podstawową kwestią jest fakt, że w trakcie testów nie korzystano z c.w.u., aby nie powodować błędów w pomiarach (szybsze, nierównomierne wychładzanie wody). Temperatura powrotu wynosiła ok. 53ºC.

W tabeli 1 umieszczono wyniki pomiarów temperatur spalin oraz temperatur na zewnętrznej powierzchni czopucha o grubości 4 mm w kotle co na paliwo stałe posiadającym poziome panele wodne. Badanie było przeprowadzone w układach z szamotem i bez, a także w różnych konfiguracjach przepustnicy spalin.

wyniki pomiarów temperatur spalin oraz temperatur na zewnętrznej powierzchni czopucha

Z tabeli 1 wynika, że zastosowanie płyt szamotowych w kotle co na paliwo stałe spowodowało istotne obniżenie temperatury spalin, wynoszące średnio ok. 30÷50ºC. Zaobserwowano także znaczące oddziaływanie zanieczyszczonego kotła na wzrost omawianej temp., co wiąże się z dłuższą pracą układu (tym samym spalanie większej ilości paliwa) podczas nagrzewania wody do temperatury zadanej.

W tabeli 2 zestawiono wyniki pomiarów temperatury i czasu cyklu 63-63ºC, (czyli od momentu uruchomienia pracy układu nagrzewania do jego ponownego włączenia (po spadku temp. o 2ºC poniżej wartości zadanej).

wyniki pomiarów temperatury i czasu cyklu

Celem badania była weryfikacja tego, w jaki sposób szamot umieszczony w kotle wpływa na wydłużenie poszczególnych cykli nagrzewania, przekroczenia temp. zadanej oraz oddawania ciepła. Testy przeprowadzono w dwóch układach (podobnie jak wcześniej): czyli kocioł bez i z płytami szamotowymi wraz z otwartą/zamkniętą przepustnicą.

Analiza wyników pokazuje jednoznacznie, jakie korzyści wynikają z zastosowania płyt/cegieł szamotowych w kotle. Najsłabszy wynik czasu oddawania ciepła, czyli od osiągnięcia temp. zadanej 65ºC (poprzez przebicie tej temp. do ok 69-70ºC) i wychładzanie do 63ºC, uzyskała konfiguracja 1 (kocioł bez szamotu z otwartą przepustnicą spalin). Natomiast najdłuższy cykl oddawania ciepła wydłużony o ponad 280 s (4,5 min) osiągnął układ 4 (wymiennik z szamotem i zamkniętą przepustnicą kominową).

Trzeba wspomnieć, że u niektórych użytkowników mogą pojawić się problemy podczas czyszczenia wymiennika. Wiedząc, że kocioł co na paliwo stałe posiada płyty szamotowe, należy delikatniej „drapać” poszczególne miejsca, aby podczas tej czynności nie spowodować ich zniszczenia (pęknięcia). Z tym utrudnieniem spotykają się właściciele kotłów co na paliwo stałe jakim jest pelet tzw. kotłów tzw. 5 klasy (naszpikowanych płytami szamotowymi znajdującymi się zarówno na ściankach wymiennika, jak również tworzącymi „półki” ponad palnikiem).

Na zakończenie

Podsumowując, w wielu przypadkach umieszczenie wewnątrz wymiennika płyt szamotowych może istotnie obniżyć temperaturę spalin, zatrzymując ciepło w kotle i wydłużając okres pomiędzy pracą układu nawet o 20-25%. Podczas testowania powyższych rozwiązań nie brano pod uwagę możliwości wchodzenia kotła w stan podtrzymania, aby bardziej uwidocznić różnice pomiędzy nimi. Nie bez znaczenia jest tutaj także kontrola temperatury spalin i reagowanie na jej wskazania – zgodnie z zasadą: nieczyszczony kocioł spala więcej…

Paweł Wilk

[1] M. Kwestarz, M. Pronobis: „Modernizacja kotłów energetycznych”, WNT, Warszawa 2002.

PS.

W sierpniowym wydaniu Magazynu Instalatora powyższy artykuł ukazał się z niewłaściwym tytułem i wstępem. Wersja tu zamieszczona jest właściwa.

');

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij