Cechą kotłów na paliwa stałe są trudności techniczne przy transporcie paliwa do układu zasilającego i komory spalania. W przypadku kotłów małej i średniej mocy mechanizacja jest możliwa, jeżeli paliwo jest rozdrobnione i zachowuje określone wymiary form geometrycznych. Kotły mogą być zasilane paliwem w postaci peletu drzewnego lub zrębki drzewnej. Pomimo znacznych podobieństw kotłów na pelet i na zrębkę występują między nimi także istotne różnice. Kotły małej mocy opalane tylko peletem produkowane są w wykonaniu lekkim, a kotły na zrębkę są ich wersją w wykonaniu ciężkim. Różnice w rozwiązaniach technicznych kotłów średniej i dużej mocy na pelet i zrębkę zacierają się wraz ze wzrostem mocy. Najczęściej dotyczą one geometrii śruby w podajnikach oraz ustawień automatyki kotła.
Kotły na biopaliwa stałe mają wiele rozwiązań i ograniczeń charakterystycznych dla tego rodzaju paliw. Jednym z nich jest transport realizowany za pomocą podajników ślimakowych oraz konieczność zabezpieczenia kotła przed cofaniem się płomienia z komory spalania do zasobnika paliwa. Sposób realizacji tego zabezpieczenia jest różny i zależy od konstrukcji kotła, rodzaju palnika i krajowych regulacji.
Typowe kotły na pelet i zrębkę drzewną to urządzenia najczęściej stalowe o konstrukcji kompaktowej – małej mocy oraz o budowie modułowej – średniej i dużej mocy. Są to kotły wodne niskotemperaturowe o ciśnieniu pracy nieprzekraczającym 6 barów. Kotły dużej mocy w ciepłowniach lub kotły energetyczne są urządzeniami wysokoparametrycznymi wodnymi lub parowymi. Palniki kotłów są zintegrowane z korpusem i stanowią nieodłączną część kotła, wyposażone są w wentylatory z płynną regulacją wydajności. Kotły na biomasę prawie zawsze mają wentylatory wyciągowe zabudowane na czopuchu. Dzięki takiemu rozwiązaniu kocioł może pracować przy nieznacznym podciśnieniu w komorze spalania. Dodatkowo w zależności od mocy cieplnej kotła palniki wyposażone są w jeden lub więcej wentylatorów nawiewnych. Wentylatory te wprowadzają powietrze podmuchowe do różnych stref komory spalania. Niektórzy producenci stosują jeden wentylator podmuchowy z klapami regulacyjnymi (lub klapą), które rozdzielają strumień powietrza do różnych stref palnika.
Inicjacja płomienia odbywa się z wykorzystaniem zapalarki elektrycznej. Automatyka kotła identyfikuje powstanie płomienia na podstawie wartości temperatury i/lub dynamiki jej wzrostu w komorze spalania albo przez fotokomórkę. Wartości progowe, na postawie których sterownik „stwierdza” rozpoczęcie spalania pomiędzy różnymi kotłami, mogą się nieznacznie różnić. Przyjmuje się, że przekroczenie temperatury 150°C i/lub przy dynamice jej wzrostu powyżej 1°C/s świadczy o zainicjowaniu płomienia.
Komory i palniki
Kotły z mechanicznym załadunkiem paliwa mają indywidualne rozwiązania komory spalania oraz wymiennika ciepła. W zależności od ich mocy możemy wyróżnić kotły z rusztem stałym (najczęściej zmechanizowanym), kotły z palnikiem retortowym oraz z palnikiem schodkowym. Kotły energetyczne lub przeznaczone do spalania nietypowych biopaliw stałych mogą mieć specyficzne rozwiązania w zakresie komory spalania, palnika, wymiennika(ów) ciepła i automatyzacji procesu. Konstrukcja palnika jest przeznaczona najczęściej dla urządzeń z danej grupy mocy cieplnej. Kotły małej mocy mają palniki z rusztem, kotły średniej mocy wyposażone są w palniki retortowe lub schodkowe, a kotły dużej mocy w palniki schodkowe.
Nowoczesne palniki na biopaliwa stałe charakteryzuje rozdział procesu spalania na dwie lub trzy fazy przy automatyzacji wprowadzenia paliwa i powietrza do komory spalania. Istotny wpływ na sprawność energetyczną i niską emisję zanieczyszczeń, zwłaszcza tlenku węgla, ma czas ekspozycji spalin w wysokiej temperaturze w komorze spalania. Zależy on od temperatury panującej w komorze spalania i musi być na tyle długi, aby tlenek węgla zdążył się utlenić do dwutlenku węgla.
W zależności od fazy pracy kotła (zapłon, rozpalanie, wzrost mocy, regulacja, wygaszanie) temperatura w komorze spalania ulega zmianie. W stabilnych warunkach pracy przy pełnym obciążeniu jej wartość może się wahać od 650 do ponad 700°C i nie powinna spadać poniżej 600°C. W nowszych jednostkach dąży się do osiągnięcia wyższych temperatur, ograniczeniem jest wzrost emisji NOx, spiekanie się popiołu oraz termiczne obciążenie elementów komory spalania.
Aby można było kontrolować proces spalania, oprócz pomiaru temperatury w komorze spalania na wylocie spalin montuje się sondę Lambda, która stosowana jest do pomiaru w nich stężenia tlenu. Jest to rozwiązanie służące zwiększeniu sprawności energetycznej kotłów oraz ograniczeniu emisji zanieczyszczeń związanych ze spalaniem biopaliw stałych.
Sonda Lambda zabudowywana jest najczęściej na ciągu spalinowym za wymiennikiem ciepła, zwykle jest to czopuch. Umożliwia ona procentowe określenie zawartości tlenu w spalinach. Znajomość składu spalin pozwala na optymalne sterowanie procesem spalania, co poprawia sprawność energetyczną kotła i redukuje do minimum emisję zanieczyszczeń do środowiska produktami spalania.
 |
| Rys. 1. Sonda Lambda |
Pożądana zawartość tlenu w spalinach zależy od obciążenia oraz fazy pracy kotła. Optymalne wartości określa się na podstawie badań w trakcie tworzenia charakterystyk pracy kotła. Podczas pracy kotła automatyka porównuje m.in. rzeczywistą (chwilową) zawartość tlenu w spalinach z wartością referencyjną dla danej fazy i obciążenia (rys. 2). Na podstawie tego porównania i w oparciu o algorytm sterowania automatyka koryguje ilość doprowadzanego paliwa i/lub powietrza. Wartości referencyjne można korygować w trakcie pierwszego uruchomienia i mogą one zależeć od rodzaju paliwa. Mimo prób ujednolicenia parametrów biopaliw stałych ich zróżnicowanie w zakresie gęstości nasypowej ma istotny wpływ na przedziały rekomendowanej zawartości tlenu przy różnym obciążeniu. Szacunkowe wartości mogą wynosić od 10 do 8%, odpowiednio od mocy minimalnej i maksymalnej.
 |
| Rys. 2. Referencyjna zawartość tlenu w spalinach [‰] w zależności od mocy kotła [%] [1] |
Podczas spalania biopaliwa stałego oprócz gazowych produktów spalania powstaje popiół, który pochodzi z mineralnych składników paliwa oraz zanieczyszczeń w nim zawartych. Cięższa część popiołu jest usuwana bezpośrednio z komory spalania przez ruszty, systemy czyszczące palnik, systemy odpopielające do popielników lub zbiorników zewnętrznych popiołu. Oczyszczanie palnika może być realizowane na różne sposoby i zależy od jego typu. Stosowane rozwiązania konstrukcyjne w zakresie odpopielania zależą od mocy kotła, rodzaju paliwa itp.
Czytaj też: Kotły kondensacyjne – innowacje i nowości >>
---
Literatura
- Materiały techniczne firmy Herz.
- Materiały techniczne firmy Hargassner.
- Materiały techniczne firmy Rakoczy.
- Materiały techniczne firmy Z.P.D. SKIEPKO Wiesław Skiepko.
- Materiały techniczne firmy Ogniwo.
W artykule:
• Komory i palniki
|
streszczenieW artykule opisano podstawowe parametry, budowę, wyposażenie i zasadę działania typowego kotła na pelety. Scharakteryzowano ponadto wyposażenie mające istotny wpływ na wysoką efektywność energetyczną kotłów oraz niską emisję, takie jak sonda Lambda oraz systemy automatycznego czyszczenia palnika i wymiennika ciepła. Opisano kocioł kondensacyjny, kocioł dwupaliwowy na pelety i polana oraz kocioł z palnikiem niezintegrowanym. abstractThe article describes the basic parameters, construction, equipment and principle of operation of a typical pellet boiler. In addition, equipment with significant impact and high energy efficiency and low emissions, such as the Lambda sond, automatic burner and heat exchanger cleaning systems have been described. The article describes a condensing boiler, a dual-fuel boiler for pellets and logs and a boiler with a non-integrated burner. |
| Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter! |
[kotły, kotły na pelet, kotły stałopalne małej mocy, biopaliwa stałe, kotły na pelety, kotły na biomasę, efektywność energetyczna]
