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)

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 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)

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

Zasilanie olejem

Moduł zasilania olejem OSM

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 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 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

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 NO_x i CO₂
• umożliwia lepsze wykorzystanie ciepła kondensacji.

Zasilanie gazem

Przykładowy schemat instalacji palnika gazowego (wysokociśnieniowego)

Moduł regulacji gazu GRM

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 odzysknicowym