Jestem za, a nawet przeciw… Ciepło z rusztu (albo bez…)

Produkt produktowi nierówny – wiedzą o tym dobrze Czytelnicy „Magazynu Instalatora”, np. z lektury artykułów ringowych. Dlatego warto dyskutować… Tym razem „za i przeciw” w branżowym dwugłosie dotyczy kotłów na paliwa stałe. Czy stosować kotły z rusztem wodnym czy bez? Kiedy warto, a kiedy nie? Dlaczego? Między innymi na te pytania postarają się odpowiedzieć eksperci…

Kotły bez rusztu wodnego …

Ruszty wodne są stosowane w kotłach:

* z okresowym zasypem paliwa (zwanych też rusztowymi, komorowymi lub zasypowymi),

* z palnikiem automatycznym (jako tzw. ruszty awaryjne).

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 w kotłach stalowych 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).

Niewątpliwą zaletą rusztu wodnego jest obniżenie temperatury powierzchni rusztowin oraz temperatury w rusztowej 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, które przyspieszają 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.

Bezdyskusyjnie pozytywnym rozwiązaniem jest tylko ruszt wodny w kotłach żeliwnych, wykonywanych technikami odlewniczymi, gdzie wyeliminowane są niekorzystne zjawiska związane ze stosowaniem technik spawalniczych.

Innym przypadkiem jest dodatkowy ruszt wodny w kotle z podajnikiem automatycznym, tzw. ruszt awaryjny. Pomijając toczące się od lat dyskusje, czy jest to rzeczywiście ruszt awaryjny, czy też zakamuflowany ruszt dodatkowy do spalania odpadów, rozwiązanie takie ma istotne wady z punktu widzenia technologii spalania paliw stałych.

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, dobrego wymieszania paliwa z powietrzem i odpowiedniego czasu kontaktu, niezbędna jest 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. 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, pogarszające istotnie efektywność wymiany ciepła. Zdecydowanie wyższe są także wskaźniki emisji pyłu, który zawiera w sobie znaczne ilości sadzy.

Wymowne są wyniki badań emisji pyłu z kotła retortowego z wodnym rusztem awaryjnym (zawartość pyłu w spalinach 180 mg/m³) oraz tego samego kotła po przeróbce polegającej na usunięciu awaryjnego rusztu wodnego (zawartość pyłu w spalinach 60 mg/m³). Bez wielkiego błędu można twierdzić, że 180-60 = 120 mg/m³ spalin to sadza ulatująca kominem z kotła wyposażonego w awaryjny ruszt wodny.

dr inż. Jacek Zawistowski


… z rusztem wodnym

Popularne w ostatnich latach automatyczne kotły grzewcze na paliwa stałe wyposażone w stały ruszt wodny są przykładem rozwiązania technologicznego łączącego wymagania użytkowników oraz wiedzę i doświadczenie producentów kotłów. Choć cały czas wzrasta liczba użytkowników kotłów z automatycznym podawaniem paliwa, ciągle jeszcze pokutuje stare przeświadczenie, że lepiej mieć na tzw. wszelki wypadek dodatkową możliwość tradycyjnego spalenia paliwa poprzez zasypanie jego porcji na ruszt w kotle. Co prawda długotrwałe awarie zasilania w energię elektryczną zdarzają się niezmiernie rzadko, ale pamięć o takich sytuacjach nie pozwala pozbyć się obawy przed nimi. Częste powoływanie się użytkowników na taki właśnie argument nie mogło pozostać bez wpływu na podejście producentów. Stąd też w ofercie producentów, poza kotłami z klasyczną retortą, pojawiły się najpierw kotły wyposażone w awaryjny, wkładany ruszt stalowy lub żeliwny, a później w stały ruszt wodny.

Zwolenników logicznego użytkowania w sposób automatyczny kotłów z podajnikiem może dziwić fakt stosowania „udziwnienia” w postaci rusztu wodnego. Jednak czasami to rozwiązanie pomaga w ekonomicznym zagospodarowaniu odpadów drzewnych, np. w gospodarstwach sadowniczych czy w innej produkcji rolno-leśnej. W czasach podporządkowanych ściśle ekonomii to argument nie do przecenienia. Dotyczy to także gospodarstw domowych, gdzie chętnie w okresach poza właściwym sezonem grzewczym korzysta się z rusztu wodnego do tzw. przepalania. Oczywiście nie mówimy tu o spalaniu śmieci szkodliwych dla otoczenia i dla samego kotła. Z pewnością spalanie na ruszcie jest mniej ekonomiczne, mniej wygodne, wymaga większej kontroli i nie pozwala osiągnąć tych samych sprawności co podczas palenia automatycznego, ale ma swoich zwolenników. Jeśli nastawiamy się na palenie tylko automatyczne (np. eko-groszek, pelety) i nie posiadamy żadnej działki z drzewostanem, montowanie kotła z dodatkowym rusztem wydaje się zbędne.

Można zadać sobie pytanie, czy rozwiązanie konstrukcyjne z rusztem wodnym nad retortą jest bezpieczne dla prawidłowej pracy i żywotności kotła? Jak to wygląda? Konstrukcja samego rusztu wodnego (przynajmniej u producentów stawiających na jakość i solidność swoich urządzeń) została tak rozwiązana, by nie zaburzać normalnej pracy kotła w trybie automatycznym.

Użyte do produkcji kotłów materiały wysokiej jakości i z odpowiednimi atestami materiałowymi to odpowiedź na liczne wątpliwości, m.in. palenisko dodatkowe wykonane z rur stalowych bezszwowych w gatunku P265GH produkcji polskiej o wymiarze Ø 60,3 oraz grubości ścianki 6,3 mm, rury paleniska dodatkowego łączone ze ścianą wymiennika przy zastosowaniu spoiny pachwinowej wykonanej automatami spawalniczymi metodą Mag – jak całość wymiennika. Ponadto usytuowanie pod kątem rur paleniska zapewnia łatwiejsze usunięcie pęcherzyków powietrza (odpowietrzenie kotła).

Argument, że ruszt wodny wymaga zastosowania połączeń spawanych, co może mieć wpływ na żywotność wymiennika kotła, nie do końca jest prawdziwy. Cały wymiennik jest konstrukcją spawaną i zmiana struktury materiału (wywołana działaniem ciepła w tzw. strefie wpływu ciepła spoin) nie jest tak narażona działaniem samego płomienia, jak kondensatu, zawilgocenia, które występuje w tylnej części wymiennika z powodu przewymiarowania kotła lub słabego ciągu kominowego. Bardzo ważne jest stosowanie deflektora nad paleniskiem automatycznym (retortą) ze względu na rozbicie płomienia, który opływa cały ruszt wodny, a nie nagrzewa go punktowo. Zastosowanie dodatkowego rusztu wodnego i jego prawidłowe działanie wiąże się z rozwiązaniami konstrukcyjnymi, materiałami zastosowanymi oraz sposobem wykonania.

Jeśli te działania producenta pokryją się z zastosowaniem się klienta do zaleceń dotyczących obsługi i czyszczenia wymiennika, kocioł będzie służył nam lata.

Marcin Barański, ZMK SAS

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