ABC ogrzewania. Ruszty w kotle

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf pdf

W kotłach rusztowych komorowych warstwa żaru osiąga najwyższe temperatury przy ruszcie, w strefie intensywnego napowietrzania. Temperatury na powierzchni rusztu mogą osiągać wartości powyżej 1000°C, stwarzając zagrożenie deformacji rusztowin oraz topienia i spiekania się popiołu, z tworzeniem w szczelinach między rusztowinami zatorów żużlowych.

Ten nieunikniony problem rozwiązuje się dwojako – poprzez zastosowanie rusztu składanego z żeliwnych rusztowin sztabkowych, które są łatwo wymienialne w razie potrzeby, bez naruszania konstrukcji kotła (ten typ rusztu nazywany jest potocznie rusztem ruchomym), lub poprzez zastosowanie rusztu chłodzonego wodą, wykonanego z rusztowin w postaci stalowych rur (o przekroju kołowym, eliptycznym lub trapezowym) wbudowanych na stałe do przestrzeni wodnej kotła (ten typ rusztu nazywany jest potocznie rusztem stałym).

* Wady i zalety rusztów
Zaletą rusztu sztabkowego jest niski koszt, duża łatwość samodzielnej wymiany przez użytkownika kotła oraz możliwość łatwej zamiany na rusztowiny o innej wielkości szczelin (w przypadku zmiany sortymentu stosowanego paliwa), natomiast wadą – krótka żywotność eksploatacyjna w wyniku podatności na deformacje pod wpływem wysokiej temperatury.

Niewątpliwą zaletą rusztu chłodzonego jest obniżenie temperatury powierzchni rusztowin oraz temperatury w przyrusztowej części strefy żaru przez wodę przepływającą wewnątrz rusztowin. Niestety, ze względu na znaczną różnicę temperatur zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni ścianki rusztu wodnego, występują w nim znaczne naprężenia mechaniczne przyspieszające zużycie korozyjne, zaś wymiana rusztowin wodnych, w przeciwieństwie do sztabkowych, nie jest możliwa do samodzielnego wykonania przez użytkownika kotła (wymaga wykonania dużego zakresu prac ślusarsko-spawalniczych, w tym rozcięcia powłok wodnych kotła).

Konstrukcja rusztu wodnego wymaga także wykonania w powłokach wodnych kotła dodatkowych otworów i położenia dodatkowych spoin. Każde takie miejsce to potencjalne źródło korozji oraz osłabienie konstrukcji wymiennika ciepła. Duża ilość spoin ułożonych na niewielkiej powierzchni w celu uzyskania szczelnych przestrzeni wodnych powoduje występowanie bardzo dużych naprężeń wewnątrzmateriałowych (wywołanych skurczem spawalniczym) oraz zmiany struktury materiału (wywołane działaniem ciepła w tzw. strefie wpływu ciepła spoin). Znaczne naprężenia w konstrukcji wpływają ujemnie na jej żywotność i powodują zwiększoną korozyjność zmęczeniową materiału. W kontakcie z płomieniem i produktami spalania paliw konstrukcje stalowe ulegają nadmiernemu nawęgleniu, co skutkuje zmianą ich wytrzymałości mechanicznej i kruchością oraz stanowi jedną z przyczyn występowania rozszczelnień przestrzeni wodnych kotłów stalowych (pękanie spoin).

W przypadku rusztu chłodzonego może wystąpić również wada konstrukcyjna w postaci poziomego ustawienia rusztowin wodnych w kotle (rusztowiny wodne w kotle powinny posiadać pochylenie osiowe w stosunku do podstawy kotła), co powoduje utrudniony odpływ pęcherzyków pary wodnej z rusztowiny i punktowe przegrzewanie jej górnej powłoki, przyśpieszające zużycie korozyjne. Jak widać – po obu stronach są argumenty za i przeciw, a wyboru i tak dokona klient, kierując się własnymi racjami. Ważne, żeby otrzymał dobre i pełne informacje.

* Ruszt awaryjny
Innym przypadkiem jest dodatkowy ruszt wodny w kotle z podajnikiem automatycznym, tzw. ruszt awaryjny. Rozwiązanie to pojawiło się zaledwie kilka lat temu i od samego początku jest tematem kontrowersyjnym, wywołującym niekończące się dyskusje wśród użytkowników i producentów kotłów. Dyskusje te koncentrują się wokół dwóch podstawowych pytań. Pierwsze: Czy dodatkowy ruszt awaryjny jest rzeczywiście rusztem awaryjnym? Drugie: Czy lepszy jest dodatkowy ruszt stalowy wodny (stały), czy żeliwny sztabkowy (ruchomy).

Absurd pierwszego pytania jest tylko pozorny. Jak wynika z naszych osobistych doświadczeń – to, co obecnie jest nazywane rusztem awaryjnym, rodziło się z początku jako ruszt dodatkowy do spalania odpadków palnych powstających w gospodarstwach domowych. Kotły retortowe, które w tym czasie przebojem zdobywały krajowy rynek kotłów, nie dawały takiej możliwości utylizacji odpadków domowych. Szerokie i ciągle rosnące grono użytkowników, którzy kotły zasypowe zamienili na retortowe, tworzyło więc poważną grupę nacisku na producentów tych kotłów. Konflikt, który w naturalny sposób powstał na linii użytkownicy kotłów i instytucje finansujące proekologiczne modernizacje kotłowni (kotły retortowe były zalecane jako kotły, w których nie da się spalać odpadków), stał się początkiem działań, które doprowadziły do obecnej – mówiąc szczerze – poważnie wynaturzonej sytuacji.

Dodatkowe ruszty do spalania odpadków domowych były początkowo kamuflowane pod postacią deflektorów (ruszty ceramiczne i żeliwne) lub elementów wymiennika ciepła (ruszty stalowe wodne), bez ujawniania tego faktu w dokumentacjach technicznych kotłów. Dla niepoznaki drzwiczki zasypowe (nad rusztem dodatkowym) nazywano „wyczystkowymi”. Dopiero po pewnym czasie zrodził się pomysł nazywania rusztu dodatkowego „rusztem awaryjnym”, co pozwoliło rozwinąć oficjalną intensywną działalność marketingową, która – jak to często bywa w przypadku rozwiązań odległych od racjonalności technicznej – doprowadziła do wylansowania zdecydowanie najgorszego rozwiązania z technicznego punktu widzenia, tzn. awaryjnego rusztu wodnego.

Z czasem dodatkowy ruszt wodny wędrował coraz niżej – bo użytkownicy chcieli mieć coraz większą pojemność komory paliwowej, a ruszt awaryjny nie musiał już udawać wymiennika ciepła. Aż zawędrował tak nisko, że w istotny sposób zaczął psuć efektywność spalania paliwa.

Z paleniska retortowego uchodzą produkty spalania, zawierające zawsze pewne ilości tlenku węgla i substancji smołowych, które powinny dopalić się w komorze spalania nad palnikiem. Do spalenia – jak wiadomo – oprócz tlenu jest niezbędne dobre wymieszanie paliwa z powietrzem, odpowiedni czas kontaktu i temperatura wyższa od temperatury zapłonu substancji palnych (w tym przypadku powyżej 750ºC). Jeśli niedopalone produkty spalania z paleniska trafią na zimną (poniżej 150ºC) powierzchnię rusztu wodnego – spalanie zostaje przerwane i niedopalone spaliny trafiają do wymiennika, co skutkuje wytrącaniem się sadzy oraz kondensacją (skraplaniem) smoły na powierzchniach chłodzących. Na smole bardzo łatwo osadza się pył i sadza, które ze spolimeryzowaną – w miarę upływu czasu – smołą tworzą trudne do usunięcia osady o silnie izolacyjnych właściwościach.

*Przykłady
Na fotografii 1 pokazujemy, jak wyglądały powierzchnie wymiennika w kotle retortowym z awaryjnym rusztem wodnym po dwudniowej pracy kotła w warunkach mocy nominalnej (a więc w optymalnych dla kotła warunkach). Narosty sadzy z pyłem zarysowano specjalnie pogrzebaczem, aby pokazać, jak grube warstwy nagromadziły się w tak krótkim czasie. Na fotografii 2 pokazujemy taki sam kocioł po dokonanej przez producenta przeróbce – usunięciu awaryjnego rusztu wodnego. Kocioł przepracował w trakcie badań taki sam okres jak poprzedni. Ścianki kotła po przeróbce pokryte są cienką warstwą pyłu popiołowego. Wyraźnie widać także brak narostu sadzy na poziomej rurze wymiennika w górnej części komory. Spaliny z kotła przed przeróbką zawierały 500 mg/m³ tlenku węgla i 180 mg/m³ pyłu. Po przeróbce – 220 mg/m³ tlenku węgla i 60 mg/m³ pyłu. Bez wielkiego błędu można twierdzić, że 180 – 60 = 120 mg/m³ spalin to sadza ulatująca kominem z kotła wyposażonego w awaryjny ruszt wodny. A ile sadzy zostało w kotle? Fotografia 1 pokazuje wyraźnie, że niemało.

* Korozja
Należy podkreślić jeszcze jedną rzecz. Dodatkowy ruszt wodny – to dodatkowe ilości spoin spawalniczych. Wiadomo, że najwcześniej zjawiska korozyjne pojawiają się w bezpośredniej bliskości spawów (zjawisko to występuje wszędzie, nie tylko w kotle), bo proces spawania to dla blachy ogromny szok termiczny, skutkujący nieodwracalnymi zmianami strukturalnymi. I to jest jeszcze jedna wada rusztu wodnego, pomijana jakoś milczeniem przez wytwórców, dla których spawanie jest podstawową operacją technologiczną. Wszystkie uwagi na ten temat, dotyczące rusztów wodnych w kotłach zasypowych, które zawarte są w początkowej części artykułu, mają zastosowanie także do przypadków rusztu dodatkowego w kotle z palnikiem automatycznym.

dr inż. Jacek Zawistowski, Sławomir Janiszewski

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