Kotły stałopalne i paliwa stałe (7). W gorącym strumieniu

zobacz artykuł w formie pdf zobacz pdfa  zobacz pdfa

W ciągu ostatnich lat w kotłach z mechanicznym załadunkiem paliwa największe zmiany objęły konstrukcję komór spalania oraz rozwiązania w zakresie palników. W zależności od mocy kotłów możemy wyróżnić kotły z ruchomym rusztem, kotły z palnikiem retortowym oraz palnikiem schodkowym. Zmiana jakościowa w konstrukcji nowych palników w stosunku do starych polegała na rozdzieleniu procesu spalania na dwa lub trzy etapy oraz na optymalnym wprowadzeniu paliwa i powietrza do spalania do komory spalania. Kotły z ruchomym rusztem małej mocy zostały omówione w poprzednim artykule.

Palnik retortowykotły na paliwa stałe
W przypadku kotłów średniej i dużej mocy stosuje się palniki retortowe,
gdzie paliwo wprowadzane jest od dołu komory spalania.
Paliwo do spalania pobierane jest z zasobnika pośredniego przez podajnik ślimakowy, znajdujący się w dolnej części palnika, zwany „stokerem”.
Palnik retortowy  jest w postaci walcowego naczynia z podwójnymi ściankami, otwartego od góry (jak naczynie do gotowania mleka), z dużym centralnym otworem w dnie, który tworzy podstawę palnika. W dnie znajdują się otwory, które pełnią funkcję dysz powietrza pierwotnego.
Powietrze wtórne wprowadzane jest przestrzenią pierścieniową.
Na wewnętrznej pobocznicy części cylindrycznej (pierścienia) występują dysze powietrza wtórnego.
W nowoczesnych kotłach z palnikami retortowymi powietrze wtórne doprowadzane jest na dwóch poziomach przez niezależne grupy dysz powietrza wtórnego.
Dysze powietrza wtórnego pierwszego są w dolnej wewnętrznej części cylindrycznej palnika, dysze powietrza wtórnego drugiego znajdują się w górnej części palnika.
Pobrane paliwo przez stoker wypychane jest do komory spalania przez centralny otwór w dnie palnika. Wypychane paliwo tworzy kopiec, na pobocznicy którego odbywa się spalanie. Popiół osypuje się przestrzenią pomiędzy podstawą palnika a częścią cylindryczną. W nowoczesnych kotłach występują co najmniej dwa lub trzy ciągi powietrza podmuchowego, tzw. powietrze pierwotne i wtórne lub powietrze pierwotne, wtórne pierwsze i wtórne drugie. Powietrze wtórne wprowadzane przestrzenią pierścienia chłodzi palnik z boku oraz stanowi izolację dla ciepła wytwarzanego w komorze spalania.kotły na paliwa stałe

Powietrze pierwotne wprowadzane jest od dołu, analogicznie jak paliwo, przez dysze w dnie palnika (perforacja podstawy palnika). Powietrze pierwotne służy do spulchnienia paliwa oraz wstępnego spalenia i zgazowania. Powietrze pierwotne chłodzi podstawę palnika oraz stanowi izolację od dołu dla ciepła wytwarzanego w komorze spalania.

W strumień gorących spalin wdmuchiwane jest powietrze wtórne pierwsze poprzez dysze zabudowane w dolnej cylindrycznej części palnika. W dolnej części palnika następuje spalanie wtórne części palnych, uchodzących znad pobocznicy kopca paliwa. W górnej części palnika następuje całkowite dopalenie uchodzących gorących spalin, które następnie kierowane są do wymiennika ciepła. Strumień powietrza wtórnego drugiego korygowany jest w zależności od zawartości tlenu w spalinach, jeśli kocioł jest wyposażony w sondę lambda.

Palniki schodkowe
Powietrze do spalania wprowadzane jest trzema ciągami nawiewnymi powietrza podmuchowego, regulacja strumienia wprowadzanego powietrza odbywa się w sposób ciągły, niezależny dla każdego ciągu, zgodnie z algorytmem sterownia. Podział procesu spalania na trzy etapy pozwala na spalanie z wysoką sprawnością i efektywnością energetyczną biopaliw stałych. Kotły dużych i średnich mocy z palnikami retortowymi osiągają sprawność powyżej 92%. W kotłach średniej i dużej mocy znajdują zastosowanie także palniki schodkowe.
Zostały one zaprojektowane z myślą o spalaniu paliwa gorszej jakości, takiego jak zrębka drzewna, która może zawierać znaczne ilości zanieczyszczeń stałych oraz dużą zawartość wilgoci.kotły na paliwa stałe

Jak nazwa sugeruje, palnik posiada ruchome schodki, po których zsuwa się paliwo od góry do dołu. Paliwo zaś wprowadzone jest do komory spalania za pomocą ślimakowego podajnika wznośnego.
Osuwające się paliwo po schodkach w dół przemieszcza się przeciwprądowo do kierunku ruchu spalin.
Rozwiązanie to pozwala na spalanie paliwa o dużym zawilgoceniu, ponieważ sposób wprowadzania paliwa do komory spalania umożliwia jego wstępne osuszenie przed spaleniem.
Należy nadmienić, iż osuszenie paliwa w komorze spalania odbywa się kosztem energii cieplnej, zawartej w spalinach.
Dlatego nie zaleca się spalać wilgotnego paliwa, jednak gdy zdarzy się taka sytuacja, kocioł jest w stanie pracować przy bardzo wilgotnym paliwie kosztem niższej mocy i przy większym zużyciu paliwa.
Palnik schodkowy jest palnikiem z ruchomymi płytami żaroodpornymi w postaci schodków, które napędzane są silnikiem elektrycznym i mechanizmem posuwisto-zwrotnym lub siłownikiem hydraulicznym.
Takie rozwiązanie pozwala na spalanie paliwa zawierającego małe zanieczyszczenia mechaniczne (typu piasek) oraz zanieczyszczenia o większych wymiarach (jak małe kamienie).
Jest to ważna zaleta w przypadku spalania zrębki drzewnej, która jest przygotowywana często w warunkach polowych, w lesie. Sam proces spalania przy kotłach z palnikami schodkowymi zachodzi także trójfazowo, doprowadzanie paliwa odbywa się w sposób „quasi-ciągły”, sprawność spalania w kotłach z tymi palnikami jest także wysoka (powyżej 90%), nawet przy wilgotności paliwa do 40%.

Czyszczenie
Wysoka sprawność energetyczna kotłów dużej i średniej mocy na biopaliwa stałe wynika nie tylko ze stosowania nowoczesnych i wysokoefektywnych palników. Podniesienie sprawności jest wynikiem stosowania między innymi mechanicznego czyszczenia palników. W przypadku kotłów retortowych czyszczenie ma charakter wibracyjny. Do podstawy palnika, na której odbywa się spalanie i gdzie gromadzi się popiół, zamocowany jest wibrator, który powoduje zsypywanie się popiołu i drobnych zanieczyszczeń do pierścienia zsypowego. W kotłach z palnikami schodkowymi naturalny ruch paliwa, które ulega stopniowemu spaleniu, powoduje jednoczesne osypywanie się zanieczyszczeń i popiołu w kierunku popielnika, a wiec także stałe czyszczenie palnika.

W kotłach, oprócz mechanizmów automatycznego czyszczenia palników, stosuje się mechaniczne, automatyczne czyszczenie wymienników ciepła. Realizowane jest ono poprzez ruchome (wahliwe) mocowanie turbulatorów spalin w płomieniówkach wymiennika ciepła napędzanych mechanizmem posuwisto-zwrotnym. W przypadku kotłów średniej i dużej mocy turbulator zbudowany jest z tulei dzielonej cylindrycznej, wprowadzonej do płomieniówki, na pobocznicy której znajduje się zwinięty drut po linii śrubowej, wykonany ze stali sprężynowej.

W trakcie pracy kotła część popiołu z komory spalania osypuje się do popielnika, natomiast popiół lotny jest unoszony przez spaliny. Część popiołu unoszonego przez spaliny osiada na elementach wewnętrznych wymiennika ciepła, co pogarsza warunki wymiany ciepła. Dzięki zastosowaniu ruchomych turbulatorów przy ich ruchu posuwisto-zwrotnym góra-dół, następuje oczyszczanie powierzchni wymiany ciepła. Zgarnięty popiół opada swobodnie do komory osadczej pod wymiennikiem ciepła. Zwinięty drut w postaci sprężyny wymusza ruch spalin po linie śrubowej, co wydłuża drogę spalin w wymienniku oraz czas kontaktu z powierzchnią wymiany ciepła. Odpowiednio zaprojektowana przestrzeń pierścieniowa pomiędzy turbulatorem oraz płomieniówką zwiększa prędkości spalin, wywołuje zwiększoną turbulencję gazów spalinowych, poprawiając warunki wymiany ciepła poprzez redukcję grubości warstwy izolacyjnej Prandtla oraz zwiększoną konwekcję mechaniczną. Dzięki jednoczesnemu zastosowaniu kilku rozwiązań poprawiających jednostkowe wskaźniki pracy elementów kotłów na biopaliwa stałe, można uzyskać dalsze zwiększanie ich sprawności energetycznej.

Przedmiotem następnego artykułu będą nowoczesne kotły stałopalne opalane węglem kamiennym.

Grzegorz Ojczyk

Fot. Palnik retortowy – widok z góry.

Rys. 1. Kocioł z palnikiem retortowym dużej mocy.

Rys. 2. Palnik schodkowy – widok z boku.

 

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