Kotły zasypowe

W kotłach komorowych zasypowych paliwo spala się na ruszcie stałym, w dużej komorze spalania, mieszczącej porcję paliwa wystarczającą na okres pracy kotła od kilku do kilkunastu godzin, z cyklicznym ręcznym uzupełnianiem paliwa w komorze spalania. Kotły te wymagają pracochłonnej obsługi. Kilka razy dziennie (kiedy jest zimno – częściej, kiedy jest ciepło – rzadziej) trzeba dosypać paliwo do komory kotła oraz przegrabić żar na ruszcie (aby usunąć popiół i żużel oraz zapewnić odpowiedni przepływ powietrza przez złoże paliwa). Regulacja procesu spalania w takim kotle praktycznie nie istnieje, toteż ich sprawności nie są wysokie.

Kotły komorowe zasypowe, zwane również kotłami rusztowymi komorowymi, potocznie dzielone są na kotły ze spalaniem górnym i dolnym. Taki podział nie jest poprawny z technicznego punktu widzenia, dlatego też często te same kotły zaliczane są do jednej lub do drugiej grupy, w zależności od indywidualnej interpretacji osoby oceniającej.

zwykłyW kotle rusztowym komorowym o najprostszej konstrukcji, przedstawionym na pierwszym rysunku, paliwo spala się na ruszcie znajdującym się w dolnej części komory paliwowej (powietrze doprowadzane jest od dołu pod ruszt), zaś spaliny – po przejściu przez całe złoże paliwa – odprowadzane są do wymiennika ciepła znad złoża paliwa, u góry kotła. Po rozpaleniu kotła (po uzyskaniu odpowiednio dużej warstwy żaru na ruszcie), napełnia się paliwem pozostałą część komory paliwowej. Paliwo pali się początkowo tylko u dołu kotła. W miarę odgazowania paliwa, strefa żaru stopniowo rozszerza się do góry, aż po pewnym czasie obejmuje całą objętość złoża. Dla kotła tego typu potocznie stosowane bywa zarówno pojęcie kocioł z górnym spalaniem (częściej), jak i kocioł z dolnym spalaniem (rzadziej), w zależności od tego, co oceniający postrzega jako dominujący element procesu spalania – doprowadzenie powietrza do dolnej części złoża paliwa, czy odprowadzenie spalin z górnej części złoża paliwa. Z technicznego punktu widzenia, dla tego typu kotła poprawne jest pojęcie kocioł ze spalaniem w całej objętości złoża. W kotle pali się węglem w sortymencie „orzech” lub „kostka”.

Kotły ze spalaniem w całej objętości złoża były w przeszłości stosowane do spalania koksu. Absolutnie nie powinny być stosowane do spalania paliw o wysokiej zawartości części lotnych (jak węgiel energetyczny), ze względu na niskie sprawności spalania i wysokie wskaźniki emisji szkodliwych zanieczyszczeń (w tym szczególnie związków rakotwórczych), chociaż znajdują jeszcze nabywców ze względu na niskie ceny. Mocno ograniczone są w nich również możliwości operatywnego dostosowania chwilowej mocy kotła do aktualnego zapotrzebowania ciepła przez ogrzewane obiekty.

dolnyKotły ze spalaniem w całej objętości złoża zastąpione zostały przez kotły ze spalaniem w części złoża, które charakteryzują się wyższą efektywnością spalania i niższymi wskaźnikami emisji zanieczyszczeń. W kotle, którego schemat przedstawiono na drugim rysunku, paliwo spala się na ruszcie znajdującym się w dolnej części komory paliwowej (powietrze doprowadzane jest od dołu pod ruszt), zaś spaliny odprowadzane są do wymiennika ciepła z dolnej części złoża paliwa, u dołu kotła. Stosowane potocznie dla tego typu kotła pojęcie kocioł z dolnym spalaniem nie budzi wątpliwości, jednakże z technicznego punktu widzenia poprawne jest pojęcie kocioł ze spalaniem w dolnej części złoża. Kotły tego typu wykorzystywane są do spalania węgla w sortymencie „orzech” lub „groszek” .

Do spalania węgla w sortymencie „groszek” lub „miał” wykorzystywane są kotły o zasadzie działania przedstawionej na rysunku trzecim.

górnyPaliwo spala się w górnej części komory paliwowej (powietrze doprowadzane jest do górnej części złoża paliwa), zaś spaliny odprowadzane są do wymiennika ciepła z górnej części złoża paliwa, u góry kotła. Stosowane potocznie dla tego typu kotła pojęcie kocioł z górnym spalaniem również nie budzi wątpliwości, jednakże z technicznego punktu widzenia poprawne jest pojęcie kocioł ze spalaniem w górnej części złoża.

W nowoczesnych kotłach ze spalaniem w części złoża stężenia związków węglowodorowych i tlenku węgla w spalinach wylotowych są wielokrotnie niższe. Znacząco wyższe są uzyskiwane sprawności spalania oraz możliwości operatywnego dostosowania chwilowej mocy kotła do aktualnego zapotrzebowania ciepła przez ogrzewane obiekty. Szczególnie dużym powodzeniem cieszą się kotły zasilane miałem węglowym. Współczesne kotły tego typu dorównują – pod względem ekonomiki – kotłom z podajnikiem automatycznym.

Wśród kotłów zasypowych występuje tak ogromna rozmaitość rozwiązań konstrukcyjnych, że często napotyka się na trudności z jednoznacznym określeniem ich typu (dolnego, czy górnego spalania). Dobrym przykładem jest schemat działania jednego z kotłów miałowych, który przedstawiamy na rysunku poniżej.

palenie w kotle mia_owym2

Po napełnieniu komory paliwowej, złoże zapala się od góry. Powietrze rozdmuchowe doprowadza się od dołu pod ruszt. Powietrze rozpala górną część złoża paliwa, od której nagrzewają się stopniowo niższe warstwy, uzyskując szybko temperaturę początku odgazowania. W miarę spalania się wydzielanych gazów rozkładowych, warstwa żaru przesuwa się w dół, aż do rusztu, po czym odgazowane złoże paliwa spala się od dołu. Nad złoże doprowadzane jest powietrze wtórne, dopalające tlenek węgla, który powstaje w wyniku redukcji dwutlenku węgla na powierzchni rozżarzonych kawałków koksu. Przedstawiony schemat działania zawiera elementy zarówno górnego, jak i dolnego spalania, co – szczerze mówiąc – uniemożliwia jego jednoznaczne zakwalifikowanie.

W kotłach komorowych zasypowych (zwanych też kotłami rusztowymi komorowymi) ze spalaniem w dolnej części złoża spalanie paliwa odbywa się na ruszcie, przez który od dołu doprowadzane jest powietrze potrzebne do spalania. W kotłach o takiej konstrukcji 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).

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 wewnątrz materiałowych 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.

Obserwuj

Otrzymuj każdy nowy wpis na swoją skrzynkę e-mail.

Dołącz do 68 obserwujących.

%d bloggers like this: