Sprawność cieplna węglowych kotłów c.o. w warunkach eksploatacyjnych. Efektywne spalanie.

Z procesem tym nieodłącznie związane są straty ciepła,                

Zobacz artykuł w wersji pdf

z którymi prowadzimy nieprzerwaną walkę już od pierwszego rozpalenia kotła.

Nadmiar powietrza Do spalania potrzebny jest tlen. Na nasze nieszczęście dysponujemy tylko tlenem zawartym w powietrzu, gdzie jest go jedynie 21%. Pozostałe 79% to balast, który nie bierze udziału w procesie spalania, natomiast ogrzewa się od temperatury otoczenia (z taką temperaturą wchodzi do kotła) do temperatury spalin wylotowych, będąc pierwszym i nieuniknionym źródłem strat ciepła wyprodukowanego w palenisku (tzw. strata kominowa). W dodatku do spalenia paliwa stałego w kotle niezbędne jest dostarczanie tego powietrza w nadmiarze w stosunku do tzw. ilości stechiometrycznej, czyli wynikającej teoretycznie z podstawowego równania reakcji chemicznej spalania C + O2 = CO2. Praktycznie współczynnik nadmiaru powietrza dla interesujących nas kotłów małej mocy oscyluje w okolicy λ = 2, czyli do spalania paliwa w palenisku trzeba doprowadzić około dwa razy więcej powietrza, niż wynika to z zapotrzebowania teoretycznego. Zatem już z założenia tracimy kilka procent energii z paliwa, bez możliwości jakiejkolwiek reakcji zapobiegawczej.

Straty Następne źródło strat to sam proces spalania. Niestety w kotłach węglowych nie da się spalić paliwa w 100%. Zawsze jakaś ilość niespalonych stałych części palnych przepadnie do popiołu (tzw. strata niecałkowitego spalania), a także zawsze jakaś ilość niespalonych gazowych części palnych pozostanie w spalinach wylotowych z kotła (tzw. strata niezupełnego spalania). To kolejne kilka procent strat energii z paliwa. Nie jesteśmy w stanie temu zapobiec.

Wyprodukowane w procesie spalania ciepło musi zostać przekazane wodzie, która przeniesie je do grzejników zainstalowanych w ogrzewanych obiektach. Ten proces realizowany jest w wymienniku ciepła, który generuje kolejne straty sprawności kotła. Najbardziej istotnym czynnikiem operacyjnym, wpływającym na efektywność procesu wymiany ciepła, jest stan powierzchni wymiennika, na który użytkownik/operator może wpływać poprzez sposób eksploatacji kotła. Powierzchnie wymiennika korodują (są zrobione z żelaza) oraz zarastają produktami spalania (pyły, sadza, wykroplone substancje smołowe). Zjawiska te występują niezależne od woli operatora kotła, jednakże niepoprawne spalanie paliwa w palenisku i komorze spalania, zbyt niskie temperatury spalin i wody oraz nieregularne i zbyt rzadkie lub niedokładne czyszczenie powierzchni wymiennika znacząco intensyfikują ich niekorzystny wpływ, prowadząc – w mniejszym lub większym stopniu – do narastania skutków nieodwracalnych. Kamień kotłowy i narosty pyłowo-smołowe mają współczynniki przewodzenia ciepła kilkadziesiąt razy mniejsze od stali czy żeliwa, toteż sprawność kotła maleje w trakcie eksploatacji, szczególnie szybko w przypadku naruszania jej zasad.

Teoretycznie i efektywnie Niezbędne jest rozróżnienie sprawności teoretycznej kotła od jego sprawności efektywnej.

* Sprawność teoretyczna jest to sprawność uzyskana w badaniach atestacyjnych nowego (nieużywanego wcześniej) kotła, wykonanych na specjalnym stanowisku badawczym, w warunkach trwałej pracy kotła z mocą nominalną. W trakcie tych badań kocioł jest regulowany i prowadzony przez pracowników badawczych o dużym doświadczeniu praktycznym, z wykorzystaniem specjalistycznej aparatury kontrolno-pomiarowej.

* Sprawność efektywna kotła jest to sprawność uzyskana w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych.

W warunkach eksploatacyjnych kocioł niezmiernie rzadko pracuje z mocą nominalną. Rzeczywista moc, z jaką pracuje kocioł w danym okresie, wynika z aktualnego zapotrzebowania (odbioru) ciepła przez ogrzewane obiekty. Zapotrzebowanie to w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych jest silnie zmienne, w zależności nie tylko od warunków pogodowych, ale także od trybu życia i upodobań użytkowników ogrzewanych obiektów. Efektywne parametry pracy kotła, uzyskane w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych, są zawsze gorsze od teoretycznych, uzyskanych w badaniach atestacyjnych. Wpływają na nie zmienne warunki pracy kotła, wahania jakości paliwa, umiejętności technologiczne obsługi kotła itp.

Badania W tabeli przedstawiam przykładowe wyniki badań atestacyjnych kotła retortowego nowej generacji o mocy nominalnej 16 kW oraz wyniki badań eksploatacyjnych tego samego kotła po okresie jednego miesiąca eksploatacji. W trakcie badań eksploatacyjnych kocioł był sterowany ręcznie przez badacza oraz sterownikiem automatycznym eCoal.pl.

Zasoby dokumentacji z badań efektywności pracy kotłów w warunkach zmiennej mocy i zmiennej jakości paliwa są znikome. Branża kotlarska dotychczas tylko sporadycznie zlecała badania tego rodzaju, zadowalając się świadectwami badań atestacyjnych na „znak bezpieczeństwa ekologicznego”, które dają istotne korzyści marketingowe, gdyż urzędy i instytucje dysponujące środkami pomocowymi na realizację przedsięwzięć proekologicznych opierają swoje decyzje właśnie na wynikach tych badań. Dzięki temu użytkownicy, którzy nabyli kotły z pozytywnym atestem IChPW, mogą otrzymać zwrot części kosztów poniesionych na zakup kotła.

dr inż. Jacek Zawistowski

Prenumerata Magazynu Instalatora

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