Własności węgla
Najważniejszy jest węgiel i jego poprawne spalanie. Zainteresowanie użytkowników kotłów rusztowych uzyskaniem max sprawności kotła jest w pełni uzasadnione i zrozumiałe. Poniżej omawia się wszystkie czynniki mające wpływ na efekt spalania decydującym o sprawności kotła.
Do cech mających zasadnicze znaczenie dla przebiegu procesów paleniskowych należą:
-
Zawartość części lotnych
Części lotne składają się głównie z węglowodorów, które przy spalaniu tworzą płomień widoczny nad rusztem. Proces ten rozpoczyna się od temperatury powyżej 100°C, osiąga swoje najwyższe nasilenie w granicach temperatur 400-500°C. Przy tej samej wartości opałowej większa ilość części lotnych to mniejsza ilość koksu, co przyczynia się do skrócenia czasu spalania. Wówczas zapłon paliwa jest szybszy, a długi płomień powoduje wzrost natężenia wymiany ciepła drogą promieniowania.
Starsze węgle zwierają więcej węglowodorów, a co istotne posiadają jaśniej świecące węglowodory ciężkie o większej wartości opałowej i dłuższym czasie spalania. - Spiekalność
Spiekalność – jest to zdolność tworzenia brył podczas procesu odgazowania. Do określania tej cechy stosowany jest wskaźnik Rogi (RI - liczba Rogi). Cecha ta ma duże znaczenie w paleniskach rusztowych – szczególnie wówczas, gdy spalane są drobne sortymenty. Słaba spiekalność (20-30 RI) jest wówczas cechą korzystną, gdyż powoduje zespalanie drobnych frakcji w większe bryły, wskutek czego maleje strata przesypu, i strata lotnego koksiku. Słaba spiekalność dotyczy węgli starszych. Spalany koks nie kruszy się na ruszcie tworzy dostateczny opór dla przepływu powietrza, aby nadmiar powietrza był relatywnie niski. -
Kaloryczność węgla
Jak wiadomo, spalanie węgli gorszej jakości (<21MJ/kg) wywiera negatywny wpływ na: osiągi, sprawność, stan techniczny kotła, awaryjność, dyspozycyjność i koszty remontów. Spalanie wegla o wysokiej wartości opałowej (>25MJ/kg) w kotle powoduje wzrost temperatury jądra płomienia, a co za tym idzie wzrost emisji tlenków azotu. Może też doprowadzić do powstania uszkodzeń w wyniku nadmiernych lokalnych temperatur. -
Wilgotność
Poziom wilgoci w węglu jest ważnym parametrem wpływającym na jakość spalania i odbiór ciepła w komorze paleniskowej. Zawartość wody ma wpływ na jakość spalanie węgla.
Z punktu widzenia spalania i wymiany ciepła, korzystna jest taka ilość wody zawartej w paliwie, którą nie obniża jakości spalania, toteż opłaca się ją odparować i wprowadzić do komory paleniskowej.
Praktyka wykazuje, że optimum zawiera się pomiędzy 10 a 12, tzn. do momentu, gdy nadmiar wody zaczyna opóźniać zapłon węgla. Można zadać pytanie: Po co woda w węglu? skoro trzeba energii na jej odparowanie w komorze paleniskowej.
Para wodna jako gaz trójatomowy - świeci (uczestniczy w promieniowaniu). Jeśli wody jest mało płomień jest słabszy. Obsługa wie o tym, że suchy węgiel „słabo się pali”.
Nadmiar wody powoduje obniżenie temperatury w dużej części komory paleniskowej poniżej temperatury zapłonu węglowodorów (szczególnie tych ciężkich). Początek zapłonu węgla przesuwa się do przodu. Wówczas obsługa mówi, że nie da się nic wyciągnąć z rusztu.
Zawartość wody na poziomie >15% prowadzi do kłopotów z transportem węgla (lepienie się do leja, podajnika celkowego), nie mówiąc o wyraźnym obniżeniu osiągów kotła (wydajność, sprawność). Jeśli z węgla można ulepić kulkę, lub co gorzej woda cieknie z rusztu zawartość wody jest dużo za duża.
W okresach letnich długotrwałych upałów, gdy zawartość wody spada poniżej 8%, zraszanie węgla jest jak najbardziej uzasadnione i stosowane w wielu kotłowniach węglowych. Równie uzasadnione jest kilkudniowe zadaszone składowisko na okres długotrwałych opadów. oże się ono przydać również w lecie.
Pilnowanie wilgoci w paliwie podawanym na ruszt jest niezwykle prostym sposobem dbania o stabilną sprawność spalania w przekroju rocznym. -
Zawartość popiołu oraz jego własności
Do istotnych własności popiołu należy: temperatura mięknięcia i temperatura topnienia. Wysokość tych temperatur zależna jest od składu chemicznego popiołu. Składnikami wpływającymi na wzrost temperatury topnienia są: krzemionka SiO2 oraz korund Al2O3. Rolę topnika, obniżającego temperaturę topnienia, spełnia tlenek żelaza Fe2O3.Ponadto w popiele występują tlenki wapnia CaO i magnezu MgO oraz siarczany np. CaSO4.
Temperaturę mięknięcia najlepiej wyznaczyć bezpośrednim pomiarem metodą Bunte-Baumana.
Temperatura mięknięcia popiołu <1100oC grozi oblepieniem kotła mięknącym popiołem strefy wysokich temperatur (komora paleniskowa, wlot do drugiego ciągu). Konsekwencją jest szybkie zanieczyszczenie kotła skutkujące zmniejszeniem sprawności ruchowej (zwiększenie temperatury spalin na wylocie z kotła). -
Zawartość siarki
Zawartość siarki palnej – 0,6%, spełnia dopuszczalny poziom emisji 1300mg/m3n (w przeliczeniu na 6% tlenu).
W warunkach paleniska w wyniku utlenienia siarki otrzymuje się SO2. Obecność tego gazu nie jest groźna dopóty, dopóki nie wejdzie on w związek z wodą, tworząc kwas siarkawy. Kwas ten ma silne własności korozyjne w stosunku do stali.
Temperatura kwasowego punktu rosy w spalinach określona na drodze pomiarów dla zawartości siarki 0,6% wynosi ~ 45oC.
Zagrożenie korozją kotła podczas pracy nie istnieje. Podczas rozruchu nie jest duże, szczególnie jeśli jest on wyposażony w obejście po stronie wody pierwszego stopnia podgrzewacza wody. Oddzielną sprawą jest odcinek kocioł/komin. Stąd nie bez znaczenia jest izolacja Instalacji Oczyszczania Spalin oraz przewodów spalin. Warte rozważenia jest wprowadzenie pomiaru temperatury spalin na wylocie z komina. -
Ziarnistość
Warunki pracy palenisk rusztowych pogarsza przede wszystkim ilość podziarna. Podziarnem nazywa się ziarno o średnicy mniejszej od 1mm, nadziarnem – ziarno o średnicy większej od 10mm. Ziarnistość powoduje wzrost straty przesypu, a jednocześnie przyczynia się do zatykania drogi powietrza między ziarnami spalanej warstwy paliwa. Jeśli paliwo cechuje się ponadto niska spiekalnością, wówczas drobne frakcje mogą być unoszone do kanałów spalinowych kotła (szczególnie przy dużym natężeniu rusztu), powodując zarówno straty koksiku lotnego, jak również zanieczyszczenia powierzchni ogrzewalnych kotła. Wszystkie te zjawiska wpływają niekorzystnie na sprawność kotła. Najkorzystniej, zatem byłoby oddzielić podziarno (w szczególności o ziarnistości 0-1mm) i zużytkować je np. w paleniskach pyłowych.
