ABC ogrzewania. Spalanie rozdrobnione


Reklama

Pompa ciepla Stiebel Eltron

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf 

Każdy z tych systemów posiada swoją specyfikę, jeżeli chodzi o wymagania, zasadę działania oraz uzbrojenie kotła i instalacji.Przedmiotem niniejszego artykułu jest omówienie i porównanie systemów do spalania biopaliw w postaci rozdrobnionej do tradycyjnych kotłowni gazowych lub olejowych. Zasadnicza różnica polega wykorzystywanym paliwie, co z kolei generuje różnice w konstrukcji samego urządzenia oraz ścieżce paliwowej. Ścieżka paliwowa obejmuje drogę paliwa z sieci lub magazynu do kotła oraz drogę produktów spalania. W przypadku kotłów na tradycyjne paliwa, takie jak olej i gaz, podstawowymi produktami spalania są dwutlenek węgla CO2 oraz para wodna H2O. W przypadku paliw stałych produktami, które występują przy spalaniu, są także pyły i popiół. W tym artykule zostaną pominięte kwestie fundamentalne, które bezpośrednio wiążą się z rodzajem paliwa, takie jak różnice w systemach zasilania, konstrukcji palników, magazynowaniu i transporcie paliwa, konstrukcji elementów kotła.

Kotły na biopaliwa zazwyczaj wyposażone są w sterowniki swobodnie programowalne. Wynika to z faktu sterowania złożonymi procesami spalania oraz skomplikowanymi procedurami występującymi w trakcie sterowania i regulacji spalania ciała stałego. W przypadku spalania biopaliw stałych nie bez znaczenia pozostają zagadnienia związane z długimi w czasie procesami. W kotłach na biopaliwa stałe można wyróżnić podstawowe procesy i fazy, takie jak:
* przygotowanie do spalania (czyszczenie palnika, wymienników ciepła, przedmuchanie komory spalania),
* zasyp paliwa,
* zapalanie (aż do momentu zapłonu paliwa),
* rozpalanie (dopiero co zainicjowanego procesu spalania),
* wygrzewanie kotła,
* przekazywanie ciepła do instalacji kotłowej,
* regulacja wydajności (faza podstawowa),
* redukcja wydajności (przygotowanie do wyłączenia kotła),
* odcięcie doprowadzenia paliwa,
* wypalanie rozżarzonego paliwa w komorze spalania,
* przejście w stan czuwania.

Nie wymieniono tu wielu faz przejściowych, występujących lub mogących wystąpić w trakcie pracy urządzenia oraz przemian po stronie paliwa, takich jak podsuszanie, zgazowanie, uplastycznienie i innych).

Te wszystkie fazy zachodzą przy różnych parametrach zasilania w paliwo, powietrze do spalania, przy różnych wartościach podciśnienia w komorze spalania i temperaturach kotła. Ze względu na skomplikowane i rozbudowane procedury startu, pracy, wyłączenia oraz zabezpieczeń przy wielu zmiennych parametrach konieczną rzeczą są sterowniki o dużej mocy obliczeniowej i regulatory charakteryzujące się dobrą dynamiką i niskimi stałymi czasowymi regulacji. Takie warunki spełniają sterowniki przemysłowe, swobodnie programowalne, o mocach obliczeniowych zbliżonych do starszych komputerów klasy PC. Ważną kwestią jest potrzeba stałej optymalizacji procesu sterowania w oparciu o zbierane doświadczenia w trakcie pracy urządzeń. Nie jest rzeczą rzadką, iż w trakcie bieżącej obsługi serwisowej realizowana jest aktualizacja oprogramowania w kotle na oprogramowanie nowszej wersji poprawiające parametry kotła, komfort obsługi i bezpieczeństwo użytkowania. W typowych kotłach gazowych i olejowych ze względu na prostotę procesu spalania znajdują zastosowanie typowe sterowniki kotłowe i układy automatyki przeznaczone do typowych układów sterowania systemami grzewczymi, realizujące typowe strategie sterowania i procedury bezpieczeństwa.

Standardem w przypadku dobrych kotłów na biopaliwa stałe jest sonda lambda, do ciągłego badania składu spalin i optymalizacji procesu spalania oraz diagnostyki pracy palnika. Nowoczesna konstrukcja kotłów na pelet pozwala na redukcję wpływu zmiennej jakości paliwa. Nie dotyczy to zanieczyszczeń powodujących tworzenie się szlaki w normalnej temperaturze spalania, takich jak piasek. Zmienna jakość oznacza także różną wartość opałową peletu, zmienną zawartość wilgoci, zmienną gęstość nasypową. Sonda lambda pozwala na kontrolę zawartości tlenu w spalinach. Znana zawartość tlenu w spalinach oraz temperatura spalin umożliwiają precyzyjną regulację ilości dostarczanego powietrza i paliwa do komory spalania. Przykładowo, niedobór dostarczanego powietrza objawia się podwyższoną temperaturą spalin powyżej 700oC oraz niską zawartością tlenu wynoszącą poniżej 8%. Równocześnie następuje wzrost zawartości CO w spalinach.

Nadmiar powietrza przy zachowaniu mocy chwilowej kotła powoduje obniżenie temperatury spalin poniżej 600oC z jednoczesnym zwiększonym wydzielaniem się CO oraz sadzy. Optymalna temperatura spalania przy minimalnej zawartości CO w spalinach oraz wysokiej sprawności zawiera się w przedziale temperatur 650-700oC. Są to wnioski z pomiarów i obserwacji kotła Biomatic 300 o mocy 300 kW. W przypadku innych kotłów te zakresy mogą się nieznacznie różnić. Przedstawione powyżej obserwacje są namiastką złożonych procesów zachodzących w komorze spalania, zaś algorytm sterowania pracą kotła jest bardziej skomplikowany i powiązany z innymi parametrami pracy kotła.

Konieczność stosowania sondy lambda jest także przy zachowaniu stałej wartości opałowej peletu. Doprowadzenie paliwa do komory spalania ma charakter objętościowy i nie gwarantuje precyzyjnego dozowania masowego. Gęstość nasypowa peletu jest zmienna i uzależniona od warunków sprasowania oraz granulacji. Sonda lambda koryguje dynamicznie ilość dozowanego paliwa lub/i strumień dostarczanego powietrza do komory spalania.

Nowoczesne kotły na biopaliwa stałe mają dużo cech wspólnych z obecnie produkowanymi kotłami gazowymi i olejowymi. Jednakże ze względu na specyfikę paliwa mają także sporo różnic. Jedną z nich jest automatyka sterująca procesami spalania oraz peryferiami instalacji kotłowej.

Grzegorz Ojczyk

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