[ Zamknij ]

Nowe zasady dotyczące cookies
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów na stronie Polityka Prywatności.


rejestracja

Ruszty wodne w kotłach węglowych. Spalanie bez zatorów

Opublikowano: 08.03.2010
image

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 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 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 po przez 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).


Wady i zalety rusztów
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 we-wnątrzmateriałowych (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 ko-rozyjność 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. Jak widać - po obu stronach są argumenty za i przeciw, a wyboru i tak dokona klient, kierując się własnymi racjami. Ważne, żeby otrzymał dobre i pełne informacje.


Ruszt awaryjny
Innym przypadkiem jest dodatkowy ruszt wodny w kotle z podajnikiem automatycznym, tzw. ruszt awaryjny. Rozwiązanie to pojawiło się zaledwie kilka lat temu i od samego początku jest tematem kontrowersyjnym, wywołującym niekończące się dyskusje wśród użytkowników i producentów kotłów. Dyskusje te koncentrują się wokół dwóch podstawowych pytań. Pierwsze: czy dodatkowy ruszt awaryjny jest rzeczywiście rusztem awaryjnym? Drugie: Czy lepszy jest dodatkowy ruszt stalowy wodny (stały), czy żeliwny sztabkowy (ruchomy).


Absurd pierwszego pytania jest tylko pozorny. Jak wynika z naszych osobistych doświadczeń - to, co obecnie jest nazywane rusztem awaryjnym, rodziło się z początku jako ruszt dodatkowy do spalania odpadków palnych powstających w gospodarstwach domowych. Kotły retortowe, które w tym czasie przebojem zdobywały krajowy rynek kotłów, nie dawały takiej możliwości utylizacji odpadków domowych. Szerokie i ciągle rosnące grono użytkowników, którzy kotły zasypowe zamienili na retortowe, tworzyło więc poważną grupę nacisku na producentów tych kotłów. Konflikt, który w naturalny sposób powstał na linii użytkownicy kotłów i instytucje finansujące proekologiczne modernizacje kotłowni (kotły retortowe były zalecane jako kotły, w których nie da się spalać odpadków), stał się początkiem działań, które doprowadziły do obecnej - mówiąc szczerze - poważnie wynaturzonej sytuacji.


Dodatkowe ruszty do spalania odpadków domowych były początkowo kamuflowane pod postacią deflektorów (ruszty ceramiczne i żeliwne) lub elementów wymiennika ciepła (ruszty stalowe wodne) , bez ujawniania tego faktu w dokumentacjach technicznych kotłów. Dla niepoznaki drzwiczki zasypowe (nad rusztem dodatkowym) nazywano „wy-czystkowymi". Dopiero po pewnym czasie zrodził się pomysł nazywania rusztu dodatkowego „rusztem awaryjnym", co pozwoliło rozwinąć oficjalną intensywną działalność marketingową, która - jak to często bywa w przypadku rozwiązań odległych od racjonalności technicznej -doprowadziła do wylansowania zdecydowanie najgorszego rozwiązania z technicznego punktu widzenia, tzn. awaryjnego rusztu wodnego.


Z czasem dodatkowy ruszt wodny wędrował coraz niżej - bo użytkownicy chcieli mieć coraz większą pojemność komory paliwowej, a ruszt awaryjny nie musiał już udawać wymiennika ciepła. Aż zawędrował tak nisko, że w istotny sposób zaczął psuć efektywność spalania paliwa.
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 jest niezbędne dobre wymieszanie paliwa z powietrzem, odpowiedni czas kontaktu i temperatura wyższa od temperatury zapłonu substancji palnych (w tym przypadku powyżej 750°C). Jeśli niedopalone produkty spalania z paleniska trafią na zimną (poniżej 150°C) powierzchnię rusztu wodnego - spalanie zostaje przerwane i 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 spolimery-zowaną - w miarę upływu czasu - smołą tworzą trudne do usunięcia osady o silnie izolacyjnych właściwościach.


Przykłady
Na fotografiach 1 i 2 pokazujemy, jak wyglądały powierzchnie wymiennika w kotle retortowym z awaryjnym rusztem wodnym po dwudniowej pracy kotła w warunkach mocy nominalnej (a więc w optymalnych dla kotła warunkach). Narosty sadzy z pyłem zarysowano specjalnie pogrzebaczem, aby pokazać, jak grube warstwy nagromadziły się w tak krótkim czasie. Na fotografii 3 pokazujemy taki sam kocioł po dokonanej przez producenta przeróbce   -   usunięciu   awaryjnego rusztu wodnego. Kocioł przepracował w trakcie badań taki sam okres jak poprzedni. Ścianki kotła po przeróbce pokryte są cienką warstwą pyłu popiołowego. Wyraźnie widać także brak narostu sadzy na poziomej rurze wymiennika w górnej części komory. Spaliny z kotła przed przeróbką zawierały 500 mg/m3 tlenku węgla i 180 mg/m3 pyłu. Po przeróbce - 220 mg/m3 tlenku węgla i 60 mg/m3 pyłu. Bez wielkiego błędu można twierdzić, że 180 - 60 = 120 mg/m3 spalin to sadza ulatująca kominem z kotła wyposażonego w awaryjny ruszt wodny. A ile sadzy zostało w kotle? Fotografie 1 i 2 pokazują wyraźnie, że niemało.




Fot. 1. Kocioł retortowy z awaryjnym rusztem wodnym - widok na ruszt wodny.




Fot. 2. Kocioł retortowy z awaryjnym rusztem wodnym - widok powierzchni wymiennika nad rusztem.



Fot. 3. Kocioł z usuniętym awaryjnym rusztem wodnym.



Korozja
Należy podkreślić jeszcze jedną rzecz. Dodatkowy ruszt wodny - to dodatkowe ilości spoin spawalniczych. Wiadomo, że najwcześniej zjawiska korozyjne pojawiają się w bezpośredniej bliskości spawów (zjawisko to występuje wszędzie, nie tylko w kotle), bo proces spawania to dla blachy ogromny szok termiczny, skutkujący nieodwracalnymi zmianami strukturalnymi. I to jest jeszcze jedna wada rusztu wodnego, pomijana jakoś milczeniem przez wytwórców, dla których spawanie jest podstawową operacją technologiczną. Wszystkie uwagi na ten temat, dotyczące rusztów wodnych w kotłach zasypowych, które zawarte są w początkowej części artykułu, mają zastosowanie także do przypadków rusztu dodatkowego w kotle z palnikiem automatycznym.


Agresywny marketing, kierowany do użytkowników kotłów, którzy w przeważającej większości nie posiadają wystarczającej wiedzy technologicznej, aby należycie ocenić jego rzetelność, wytworzył u nich przekonanie, że posiadanie kotła automatycznego z awaryjnym rusztem wodnym wiąże się z samymi korzyściami. Negatywy takiego rozwiązania są - świadomie lub nieświadomie - pomijane. Spora część klientów kupujących takie kotły podjęłaby inną decyzję, gdyby posiadała rzetelną informację techniczną na temat ich wad.


Oczywiście, będą i tacy, którzy pozostaną zwolennikami rusztu awaryjnego. My - żeby sprawa była jasna - nie występujemy przeciwko „idei rusztu awaryjnego". Kto chce mieć taki ruszt - niech go ma, także ruszt wodny. Występujemy jednak o to, żeby użytkownicy kotłów byli rzetelnie informowani o pozytywach i negatywach każdego rozwiązania (każdego - nie tylko awaryjnego rusztu wodnego), bo tylko wtedy będą mogli podejmować decyzje zgodne z ich interesem.

 



Autor: dr ini. Jacek Zawistowski, Sławomir Janiszewski
 



Katalog Firm

  • ZMK SAS Sp.z o.o.

    ZMK SAS od 1980 roku produkuje kotły grzewcze na paliwa stałe. W ofercie znaj…
    ZMK SAS Sp.z o.o.
  • METAL-FACH Technika Grzewcza

      Producent kotłów c.o. METAL-FACH Technika Grzewcza Wieloletni…
    METAL-FACH Technika Grzewcza
  • Vitcas

    VITCAS Polska jest częścią grupy VITCAS producenta materiałów ogniotrw…
    Vitcas

Kotły na paliwa stałe