ABC ogrzewania. Spiekanie węgla

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf 

Duże spieki (większe od największych ziaren stosowanego paliwa węglowego), po pierwsze – zmniejszają powierzchnię kontaktu paliwa z powietrzem (im większy kawałek paliwa, tym mniejsza jego powierzchnia w stosunku do masy), po drugie – zwiększają objętości wolnych przestrzeni międzyziarnowych w złożu paliwa, tworząc kanały uprzywilejowanego przepływu (zmniejszonego oporu przepływu), którymi przepływają zwiększone ilości powietrza, nie biorąc udziału w spalaniu (tzw. fałszywe powietrze). Na przedstawione powyżej problemy, wynikające ze złożoności chemizmu i hydrodynamiki procesu spalania paliw stałych, nakładają się problemy wynikające ze spadku ciśnienia powietrza podawanego przez wentylator w miarę obniżania wydajności wentylatora (zmniejszania chwilowej mocy kotła).
Na wykresie przedstawiono przykład kształtowania się ciśnienia powietrza [Pa] w komorze powietrznej palnika retortowego napełnionego węglem w sortymencie „groszek”, w zależności od wydajności/obrotów wentylatora [%]. Wykres pochodzi z internetowego poradnika „kotły co – poradnik użytkownika”, gdzie można zapoznać się również z innymi wykresami, obrazującymi efekty spalania węgla w różnych wariantach technologicznych. Jak widać na przedstawionym wykresie, pełne ciśnienie utrzymuje się w zakresie obrotów wentylatora 100-70%, potem zaczyna spadać. Przy obrotach wentylatora 50% ciśnienie wynosi tylko połowę ciśnienia wyjściowego, przy obrotach 40% wynosi już tyko kilka Pa, a przy obrotach 35% spada do zera.


To wszystko, o czym napisano powyżej, dzieje się w warunkach określonych przyjętymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi paleniska i komory spalania, które w poszczególnych typach kotłów są różne. Do spalania potrzebne jest powietrze (ściślej – tlen znajdujący się w powietrzu). Reakcja spalania wymaga kontaktu powietrza z substancją palną. Jednak sam fakt kontaktu nie wystarcza. Niezbędna jest równocześnie odpowiednia temperatura – wyższa od temperatury zapłonu substancji palnej. Nie wolno zapominać, że reakcje spalania zachodzące w palenisku nie są nieodwracalne.

W każdej chwili przebiegają tam równocześnie reakcje spalania węgla do dwutlenku węgla (C+O2=CO2) i rozkładu dwutlenku węgla do tlenku węgla na rozżarzonym koksie (CO2+C=2CO) oraz spalania wodoru do pary wodnej (2H2+O2=2H2O) i rozkładu wody do wodoru i tlenku węgla na rozżarzonym koksie (H2O+C=H2+CO).
W wyniku powyższych procesów, spaliny uchodzące z paleniska zawsze zawierają niedopalone substancje palne (gazy i opary smół), toteż proces spalania nie kończy się w palenisku, ale przebiega jeszcze przez pewien czas w przestrzeni nad paleniskiem (nazywanej komorą spalania lub komorą dopalania). Spalanie gazowych substancji palnych w komorze spalania wymaga dotrzymania takich samych warunków, jak przedstawiono wcześniej – kontaktu substancji palnych z powietrzem (dobrego wymieszania spalin z powietrzem) oraz temperatury wyższej od temperatury zapłonu niedopalonych substancji palnych.
Jeśli temperatura środowiska, w którym przebiega proces spalania, spadnie poniżej temperatury zapłonu substancji palnej – spalanie zostanie przerwane. Zadaniem kotła jest wytwarzanie na bieżąco takiej ilości ciepła (w postaci wody podgrzanej), jakiej potrzebują ogrzewane obiekty. Ponieważ w rzeczywistych warunkach zapotrzebowanie (odbiór) ciepła przez ogrzewane obiekty jest zmienne w czasie – w zależności od warunków pogodowych oraz trybu życia i upodobań użytkowników ogrzewanych obiektów – kocioł musi pracować ze zmienną mocą. Tak ogromna złożoność mechanizmów procesu spalania paliw stałych, przy ciągłej dynamice zmian wzajemnego oddziaływania na siebie poszczególnych parametrów (wzmacnianie lub tłumienie reakcji), powoduje, że ujęcie ich w proste formuły matematyczne jest praktycznie niemożliwe. Regulacja mocy kotła i efektywności spalania paliwa jest więc bezdyskusyjnie najtrudniejszym procesem realizowanym w kotle.

dr inż. Jacek Zawistowski, Sławomir Janiszewski

Wykres. Zależność ciśnienia powietrza w komorze palnika retortowego od wydajności wentylatora (źródło: Zawistowski J., Janiszewski S. „Kotły c.o. – poradnik użytkownika” http://zawijan.wordpress.com)

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