Komponenty

 

Spalanie i ogrzewanie

Zadaniem paleniska jest spalanie zawartych w paliwie węgla, wodoru i ewentualnie siarki całkowicie do CO2, H2O i SO2. Aby proces spalania był jak najczystszy, w komorze spalania musi znajdować się mieszanka paliwa i powietrza w odpowiednich proporcjach w czasie i przestrzeni.

W kotłach płomienicowo-płomieniówkowych są stosowane prawie wyłącznie paleniska nadciśnieniowe. To oznacza, że wentylator palnika musi wytworzyć nadciśnienie od 5 do ≤ 50 mbar na pokonanie oporów kotła i ewentualnie zainstalowanych za nim wymienników ciepła. Stąd w komorze spalania zawsze panuje lekkie nadciśnienie.

Informacja Techniczna: dla palników dostarczanych na miejscu

Paliwa

Gaz ziemny i olej opałowy są najczęściej stosowanymi paliwami. Każde z tych paliw standardowych ma swoje zalety i wady w biorąc pod uwagę tryb eksploatacji kotła parowego, wymaganą moc czy emisję szkodliwych substancji i nadaje się do różnych zastosowań.

Informacje o Kryteria wyboru paliwa: olej opałowy czy gaz ziemny?

 

O czystości spalania przede wszystkim decyduje prawidłowy dobór paliwa, palnika i komory spalania.

Oprócz paliw standardowych kotły płomienicowo-płomieniówkowe mogą spalać również inne paliwa gazowe i ciekłe. Opalanie rozmaitymi paliwami może być, w zależności od wybranych paliw, przedsięwzięciem łatwym do zrealizowania albo wymagającym znacznych nakładów. W każdym razie ewentualność stosowania paliw niestandardowych należy dokładnie rozważyć na etapie projektowania, gdyż poza dodatkowymi kosztami inwestycyjymi bardziej rygorystyczne mogą być także wymagania dotyczące nadzoru i konserwacji.

Informacje o Inne paliwa

 

Przykłady niestandardowych paliw ciekłych:

  • biodiesel
  • tłuszcz zwierzęcy
  • olej rzepakowy
  • olej sojowy
  • olej/tłuszcz palmowy

Przykłady niestandardowych paliw gazowych:

  • biogaz
  • gaz ziemny bio
  • gaz z oczyszczalni ścieków
  • gaz ze zgazowania biomasy
  • gazy ziemne o wysokiej zawartości wodoru

Paliwa niestandardowe mogą być spalane jako paliwa samodzielne, np. przez palnik dwupaliwowy na gaz ziemny i niestandardowe paliwo ciekłe albo w postaci dodatku do paliwa standardowego (współspalanie), np. gaz ziemny z dodatkiem biogazu.

 

Warianty nadmuchu w systemach palnikowych

Palnik monoblokowy

Przekrój palnika monoblokowego (Weishaupt)

Przekrój palnika monoblokowego (Weishaupt)

Palnikami monoblokowymi są nazywane palniki znajdujące się w jednej obudowie z wentylatorem. Palniki monoblokowe mogą spalać olej opałowy, paliwa gazowe i w wariancie dwupaliwowym dwa rodzaje paliw: gaz i olej. Główną zaletą palników monoblokowych jest ich kompaktowa budowa, dzięki czemu nie zajmują wiele miejsca oraz możliwość zamontowania bezpośrednio na kotle. Mogą być stosowane w kotłach o mocy do 10 MW. Ich konstrukcja nie pozwala jednak na pracę z wstępnym podgrzewaniem powietrza.

Palniki duoblokowe

Palnikami duoblokowymi nazywa się palniki, w których wentylator (na ilustracji zamontowany na kotle) jest instalowany oddzielnie od korpusu palnika. Wentylator jest połączony z palnikiem kanałem powietrza. Palniki duoblokowe są stosowane szczególnie w kotłach o dużych mocach oraz w układach z systemem wstępnego podgrzewania powietrza.

Palnik duoblokowy z wentylatorem zabudowanym na szczycie kotła i kanałami powietrza do spalania (Saacke)

Palnik duoblokowy z wentylatorem zabudowanym na szczycie kotła i kanałami powietrza do spalania (Saacke)

Palniki do spalania paliw ciekłych

W dalszej części są omówione główne elementy palników oraz cechy charakterystyczne poszczególnych typów palników.

Rozpylanie ciśnieniowe

Przekrój i zdjęcie palnika olejowego (Weishaupt)

Przekrój i zdjęcie palnika olejowego (Weishaupt)

W tym typie olej opałowy jest doprowadzany do dyszy, przez którą jest rozpylany w komorze spalania. Wymagane ciśnienie oleju na wlocie dyszy wynosi 6 – 30 bar. Opuszczając dyszę olej rozpada się na mikrocząsteczki, które tworzą duży przekrój czynny reakcji. Warunkiem jest, aby lepkość paliwa mieściła się w zakresie 5 – 8 mm²/s w temperaturze otoczenia. W przeciwnym wypadku olej musi być podgrzany.

Palniki mogą być wyposażone w różne systemy regulacji. Palniki stopniowe posiadają kilka dysz wbudowanych w głowicy. W zależności od wymaganej mocy dysze są załączane przez sterowanie zaworami elektromagnetycznymi. Palniki mogą posiadać maksymalnie trzy dysze.

Płynną zmianę mocy umożliwiają palniki wyposażone w dyszę olejową z obiegiem powrotnym, nazywane modulowanymi. Zawór regulacyjny zainstalowany na powrocie oleju reguluje ilość paliwa dostarczaną do komory spalania. Zawór ten jest sprzężony w automatyce z klapą powietrza do spalania.

 

Rozpylanie obrotowe

Ciekłe paliwo jest podawane za pośrednictwem szybkoobracającego się wydrążonego wału pod niewielkim ciśnieniem na wirujący element w kształcie stożkowego kubka. Pod wpływem sił odśrodkowych olej rozprowadza się po wnętrzu kubka cieniutką warstwą. Warstwa ta wędruje do krawędzi kubka zwróconego w stronę komory spalania. Na krawędzi kubka warstwa oleju odrywa się rozpadając się na mikroskopijne kropelki. Kropelki kierują się do komory spalania wirując pod wpływem pędu nadanego im przez rozpylacz.

Część powietrza jest podawana do kubka, pozostała część przepływa przez szczeliny wokół kubka wirując w kierunku przeciwnym. Sposób napływu i podział powietrza na częściowe strumienie ma wpływ na strukturę wytwarzanego płomienia. W rezultacie uzyskuje się intensywne mieszanie oleju z powietrzem.

Ogromną zaletą rozpylania obrotowego jest większa niezależność od lepkości paliwa niż w przypadku rozpylania ciśnieniowego. Palniki z rozpylaniem obrotowym mogą spalać również paliwa o zmiennej jakości. Dodatkowa kontrola rotacji kubka zapewnia spalanie bez powstawania tlenku węgla i sadzy.

Przekrój palnika z rozpylaczem obrotowym (Saacke)

Przekrój palnika z rozpylaczem obrotowym (Saacke)

Zasilanie olejem

Przykładowy schemat instalacji palnika na olej opałowy lekki z rozpylaczem obrotowym

Przykładowy schemat instalacji palnika na olej opałowy lekki z rozpylaczem obrotowym

 

BA

Czujnik płomienia

FI

Przepływomierz

PI

Manometr

PZA-

Zabezpieczenie przed brakiem powietrza

PZA+

Ogranicznik ciśnienia maksymalnego

Instalacja paleniskowa

Palnik       Zawór elektromagnetyczny: drugie odcięcie na powrocie oleju
Pompa oleju do palnika: wytwarza potrzebne o rozpylenia oleju ciśnienie 12 – 30 bar   Czujnik płomienia: wyłącza palnik, gdy po określonym czasie od rozruchu brak jest stabilnego spalania w komorze spalania
Zawór elektromagnetyczny: pierwsze dcięcie zasilania paliwem na zasilaniu olejem   Wentylator palnika: dostarcza powietrze do spalania
Zawór elektromagnetyczny: drugie odcięcie zasilania paliwem na zasilaniu olejem   Zabezpieczenie przed brakiem powietrza: wyłącza palnik jeśli ciśnienie powietrza dostarczanego przez wentylator jest zbyt niskie
Zawór elektromagnetyczny: pierwsze odcięcie na powrocie oleju   Klapa powietrza: reguluje stosunek paliwo/powietrze
Regulator ciśnienia oleju: reguluje ciśn. powrotu oleju do palnika w zależności od aktualnego zapotrzebowania mocy   Manager palnikowy/łańcuch zabezpieczeń
Ogranicznik ciśnienia maksymalnego: wyłącza palnik gdy ciśnienie oleju jest za wysokie   Przewód zasilania olejem
Zasilanie olejem      
Moduł zasilania olejem OSM   Moduł regulacji ciśnienia oleju ORM
Moduł cyrkulacji oleju OCM   Przewód obiegowy oleju / ring olejowy

Moduł zasilania olejem OSM

Moduł zasilania olejemModuł zasilania olejem

Moduł zasilania olejem

PI

Manometer

Moduł zasilania olejem tłoczy paliwo z zewnętrznego zbiornika oleju przewodem obiegowym/ringiem olejowym do poszczególnych modułów cyrkulacji oleju zasilających indywidualnie każdy z zainstalowanych palników.

Moduły montuje się w fabryce w pojedyncze lub podwójne stacje ze 100 % rezerwą zapewniającą bezpieczeństwo zasilania, także na czas wymiany filtrów oleju, ze wszystkimi niezbędnymi armaturami, w wannach olejowych w celu maksymalnego uproszczenia zabudowy modułów w ringu olejowym.

Moduł regulacji ciśnienia oleju ORM

Moduł regulacji ciśnienia olejuModuł regulacji ciśnienia oleju Moduł regulacji ciśnienia oleju

PI

Manometr

Moduł regulacji ciśnienia oleju służy do utrzymania stałego ciśnienia oleju na zasilaniu przewodu obiegowego/ ringu olejowego. Składa się z regulatora ciśnienia oleju, zainstalowanych przed i za nim zaworów odcinających umożliwiających wymontowanie regulatora ciśnienia oleju, manometru (PI) i armatury obejściowej. Moduł instaluje się zawsze za ostatnim przewodem zasilania olejem palnika.

Moduł cyrkulacji oleju OCM

Moduł obiegu oleju

Moduł obiegu oleju

Moduł obiegu oleju

FI

Przepływomierz oleju

Moduł cyrkulacji oleju ma za zadanie filtrację paliwa płynnego i odseparowanie zawartego w nim powietrza oraz pomiar przepływu objętościowego oleju. Przeznaczony do palników na olej opałowy lekki i ciężki z rozpylaniem obrotowym oraz palników wyposażonych w dyszę olejową z obiegiem powrotnym. Wykonany jako gotowy moduł do montażu w układach cyrkulacyjnych oleju o ciśnieniu zasilania ≥ 1,5 bar, zamontowany na ramie nośnej i zamknięty pokrywą ochronną.

W obrębie modułu znajduje się dwukomorowy zbiornikiem oleju do bezpośredniego zasilania olejem palnika i odbioru oleju powracającego z palnika. Przewody mogą być podpięte bezpośrednio do przewodów olejowych palnika.

Moduł jest wyposażony w filtr, przepływomierz oleju (FI), zawory odcinające, ogranicznik ciśnienia, odpowietrznik i zatyczki do spustu. Do pracy na oleju ciężkim posiada dodatkowo izolację pod metalową okładziną.

Moduł podgrzewania oleju OPM

Moduł podgrzewania oleju

Moduł podgrzewania oleju

Moduł podgrzewania oleju

TC

Regulator temperatury

Przy stosowaniu jako paliwa oleju średniego i ciężkiego konieczne jest podgrzanie oleju, ponieważ paliwa te w temperaturze otoczenia nie są wystarczająco płynne, by nadawać się do rozpylenia w palniku. Olej musi być najpierw podgrzany, by zmniejszył swoją lepkość. W zależności od palnika i paliwa olej może wymagać podgrzania do temperatury 100 – 180 °C, aby było zapewnione jego dobre spalanie.

Podgrzewanie oleju odbywa się w wymienniku ciepła z wysuwanym pęczkiem rur, który może być, w zależności od wyboru, ogrzewany parowo albo parowo/elektrycznie. Należy tu zwrócić uwagę na to, aby wszystkie przewody rurowe i armatury były także wyposażone w ogrzewanie. Przy rozruchu olej jest najpierw podgrzewany elektrycznie, a później, już podczas normalnej pracy instalacji, regulator temperatury (TC) utrzymuje stałą jego temperaturę. Moduł jest fabrycznie zmontowany, z regulacją ogrzewania, izolacją cieplną i kompletną armaturą i gotowy do podłączenia.

 

Palniki do spalania paliw gazowych

Gaz ziemny jest dzisiaj dostępny w większości miejsc i zwykle tańszy od oleju. Nie dziwi zatem fakt, iż w ostatnich latach palniki gazowe zyskują coraz większą popularność.

Informacje o Kryteria wyboru paliwa: olej opałowy czy gaz ziemny?

 

Oprócz korzystniejszej ceny gaz ma szereg innych zalet:

  • nie wymaga magazynowania w zbiornikach,
  • spalanie gazu pozostawia mniej zanieczyszczeń na powierzchniach ogrzewalnych kotła,
  • rzadsze są awarie z udziałem gazu,
  • niższe emisje NOx i CO2
  • umożliwia lepsze wykorzystanie ciepła kondensacji.
Palnik gazowy monoblokowy (Dreizler)

Palnik gazowy monoblokowy (Dreizler)

Przekrój palnika gazowego (Weishaupt)

Przekrój palnika gazowego (Weishaupt)

 

Zasilanie gazem

Przykładowy schemat instalacji palnika gazowego (wysokociśnieniowego)

Przykładowy schemat instalacji palnika gazowego (wysokociśnieniowego)

Zasilanie gazem

           

BA

Czujnik płomienia

 

PRZA-

Ogranicznik minimalnego ciśnienia gazu

FI

Przepływomierz gazu

 

PRZA+

Ogranicznik maksymalnego ciśnienia gazu

PI

Manometr

 

TI

Wskaźnik temperatury

PZA-

Urządzenie zabezpieczające przed brakiem powietrza

     

Zawór odcinający bezpieczeństwa: odcina
dopływ gazu w razie usterki i wyłączenia
awaryjnego (umieszczony na zewnątrz
pomieszczenia kotłowni)

     

Zawór odcinający bezpieczeństwa:
wstrzymuje dopływ gazu przy
niedopuszczalnym wzroście ciśnienia gazu

Bezpiecznik termiczny: odcina dopływ
gazu w razie pożaru w kotłowni

 

Regulator ciśnienia gazu: zapewnia
stałe ciśnienie gazu do spalania

Moduł regulacji gazu

 

Zawór upustowy gazu: otwiera się przy
wystąpieniu niedopuszczalnego nadciśnienia
za regulatorem ciśn. gazu

Ręczny zawór odcinający

 

Manometr (PI)

Filtr gazu: chroni wrażliwe części
przed zanieczyszczeniami

 

Kompensator: kompensacja
rozszerzalności rur

Moduł gazomierza: gazomierz z pomiarem
temperatury i ciśnienia do przeliczania
strumienia objętościowego z m³/h w warunkach
roboczych na m³/h w warunkach normalnych
     

 

Palenisko

     

Palnik

 

Czujnik płomienia (BA): wyłącza palnik
gdy w określonym czasie od rozruchu
brak jest stabilnego spalania w palenisku

Ogranicznik minimalnego ciśnienia gazu (PRZA-):
wyłącza palnik gdy ciśnienie gazu jest za niskie

 

Wentylator: dostarcza powietrze do spalania

Ogranicznik maksymalnego ciśnienia gazu (PRZA+):
wyłącza palnik gdy ciśnienie gazu jest za wysokie

 

Zabezpieczenie przed brakiem powietrza (PZA-):
wyłącza palnik gdy ciśnienie powietrza
dostarczanego przez wentylator jest zbyt niskie

Podwójny zawór elektromagnetyczny: podwójne
odcinanie dopływu gazu gdy palnik nie pracuje

 

Klapa powietrza: reguluje reguluje stosunek paliwo/powietrze

Kontrola szczelności (PRZA+): kontrola szczelności
zaworów elektromagnetycznych

 

Manager palnikowy/łańcuch zabezpieczeń

Klapa regulacyjna gazu: reguluje ilość gazu

     

 

Moduł regulacji gazu GRM

Moduł regulacji gazuModuł regulacji gazu Moduł regulacji gazu

FI

Przepływomierz

     

PI

Manometr

     

TI

Wskaźnik temperatury

Moduł regulacji gazu zawiera wszystkie regulatory i urządzenia bezpieczeństwa niezbędne do bezpiecznego i niezakłóconego spalania. Przepływ gazu i powietrza są regulowane przez elektroniczny lub pneumatyczny układ regulacji z zachowaniem prawidłowego stosunku składników mieszaniny paliwo-powietrze dla zapewnienia całkowitego, bezpiecznego i efektywnego spalania w całym zakresie obciążenia palnika.

Wbudowany regulator gazu zapewnia stałe ciśnienie gazu przed palnikiem niezależnie od poziomu ciśnienia wejściowego i strumienia przepływającego gazu. Przy zmiennym ciśnieniu gazu zmieniałby się również stosunek składników mieszaniny paliwo-powietrze, co spowodowałoby niestabilność płomienia albo spalanie z dużą ilością tlenku węgla i sadzy. Jeżeli ciśnienie wejściowe gazu może być większe niż dopuszczalne ciśnienie robocze komponentów ścieżki gazowej, to przed regulatorem muszą być zainstalowane odcinający zawór bezpieczeństwa (SAV) i zawór upustowy gazu (SBV).

Czujniki ciśnienia kontrolują minimalne i maksymalne dopuszczalne ciśnienie gazu, gdyby regulator ciśnienia gazu przestał działać. Podczas przestoju oraz przewietrzania przed zapłonem palnika gaz nie może być obecny w komorze spalania, w przeciwnym razie mógłby nastąpić wybuch. Dlatego zawory elektromagnetyczne w rampie gazowej muszą być szczelne. Ze względów bezpieczeństwa instaluje się podwójne zawory elektromagnetyczne, a w ramach sekwencji startowej palnika sprawdza przed każdym zapłonem palnika, czy zawory są szczelne (kontrola szczelności).

 

Kotły ogrzewane ciepłem odpadowym

Ciepło zawarte w gorących spalinach pochodzących z wcześniejszych procesów, np. generacji energii elektrycznej i odzysku ciepła z użyciem modułu kogeneracyjnego lub turbiny gazowej, przemysłowych procesów metalurgicznych czy termicznego przetwarzania odpadów nadaje się do ogrzewania kotłów płomienicowo-płomieniówkowych.

Informacje o Skojarzone wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej

 

Wydajność wytwarzania pary przez kocioł opalany spalinami jest determinowana przez trzy główne czynniki:

  • temperaturę wykorzystywanych spalin
    Im wyższa temperatura spalin, tym większa możliwa do uzyskania wydajność wytwarzania pary. Temperatura spalin wylotowych z mikroturbin gazowych może sięgać 300 °C, z silników 360 – 550 °C, z procesów przemysłowych takich jak wytapianie czy kucie lub z termicznego przetwarzania odpadów 1000 °C.
  • ilość spalin i czas, w jakim spaliny są dostępne
    Istotną kwestią jest, czy spaliny są dostępne stale, czy tylko o określonych porach. Poza tym ważna jest ilość spalin.
    Dla porównania, generacja energii elektrycznej i odzysk ciepła z użyciem turbiny gazowej, ze względu na spalanie z dużym nadmiarem powietrza, może dostarczyć nawet 5 razy więcej spalin od silnika spalinowego tej samej mocy elektrycznej.
  • ciśnienie, jakie ma mieć para wytwarzana z użyciem spalin
    Im wyższe musi być ciśnienie, a więc i temperatura pary nasyconej w kotle, tym mniejszy jest gradient temperatury wykorzystany do przeniesienia ciepła od spalin do pary. Przy temperaturze spalin ≤ 330 °C najlepiej nadaje się ciśnienie robocze < 5 bar. Przy wyższych temperaturach spalin może być wytwarzana para o odpowiednio wyższym ciśnieniu.

Wybierając kocioł należy wziąć pod uwagę dalsze parametry brzegowe, takie jak zawartość siarki, zawartość substancji stałych i działających korozyjnie (np. chloru) w spalinach.

Ze względu na wielość możliwych rodzajów spalin/ciepła odpadowego zawsze zaleca się tu sporządzenie szczegółowego opracowania technicznego we wstępnej fazie projektu instalacji z kotłem odzysknicowym, aby uzyskać optymalne wykorzystanie ciepła odpadowego.

Moduł kogeneracyjny z 4-ciągowym kotłem odzysknicowymModuł kogeneracyjny z 4-ciągowym kotłem odzysknicowym