Jak się spala węgiel

Jak się spala węgiel

Spalanie węgla jest procesem skomplikowanym i złożonym, którego powodem jest różnorodność zjawisk fizyko-chemicznych zachodzących w fazie gazowej i stałej i na granicy faz. Wraz z procesem spalania w piecu zachodzą zjawiska zgazowania węgla( tworzy się lenek węgla i wodór), zjawiska pirolizy ( rozkład substancji węglowej wraz z wydzielaniem się gazowych produktów rozkładu), zjawiska związane z przepływem ciepła od gazu do ciała stałego. Te wszystkie procesy powstają jednocześnie w różnych strefach, w szerokich rozpiętościach temperaturowych, a niektóre na siebie nachodzą.

Efektywność procesu spalania zależy od stopnia wymieszania powietrza i paliwa co jest mieszanką niejednorodną. Kotły małej mocy wymagają spalanie węgla w warstwie nieruchomej co polega na tym, że opał jest względem siebie nieruchomy lub ziarna paliwa przemieszczają się z niewielkimi prędkościami a powietrze dopływa poprzez szczeliny między cząstkami paliwa.

Ze względu na rodzaj spalania możemy podzielić kotły na :

 kotły ze spalaniem przeciwprądowym – powietrze dostarczane jest do gorącej strony złoża paliwa, spaliny odprowadzane są z przeciwnej (zimnej) strony złoża paliwa,. Powietrze dostaje się do gorącej strefy złoża paliwa, spaliny natomiast wydalane są z z zimnej strony złoża paliwa.

kotły ze spalaniem współprądowym – Powietrze dostaje się do gorącej strony złoża paliwa, a spaliny również są wyprowadzane z gorącej strony złoża paliwa.

 Ten pierwszy rodzaj kotła jest charakterystyczny dla konwencjonalnych rusztowych kotłów z okresowym podawaniem paliwa od strony gorącej do strony zimnej wsadu paliwa. Spaliny wydostają się w kierunku zimnej części paliwa i podnosząc powoli temperaturę warstw wsadu. Spaliny przedostają się przez strefę zgazowania, strefę pirolizy oraz strefę suszenia paliwa co skutkuje obniżeniem temperatury spalin. W celu ostatecznego spalenia składników palnych unoszących się ze spalinami potrzebna jest odpowiednia ilość tlenu, temperatura środowiska przekraczająca temperaturę zapłonu składnika palnego oraz odpowiedni czas kantaku z tlenem. Stopniowe obniżanie się temperatury spalin prowadzi do powstrzymania spalania zanim wszystkie składniki zostaną całkowicie spalone. Niska sprawność spalania i wysoka emisja szkodliwych zanieczyszczeń jest wynikiem wysokiego stężenia składników palnych w spalinach wylotowych.

 

Takie kotły nie są przystosowane do spalania węgla wysokoenergetycznego, ponadto mają niską sprawność spalania oraz wykazują wysokie wskaźniki produkcji szkodliwych zanieczyszczeń i związków rakotwórczych.

Obecnie stosowane są komorowe kotły rusztowe z okresowym podawaniem paliwa, gdzie stosuje się technikę spalania współprądowego w dolnej części złoża. W tych kotłach spaliny które wydalane są z gorącej strony złoża paliwa muszą przejść ze strefy pirolizy przez strefę żaru gdzie dzięki najwyższej temperatury bardzo dobrze się spalają. Efektem takiego sposobu palenia jest znacznie niższe stężenie szkodliwych związków węglowodorowych i tlenku węgla, sprawność spalania natomiast jest znacznie wyższa. Proces kontrolowanego podawania powietrza pierwotnego do komory spalania i powietrza wtórnego do spalin opuszczających strefę żaru daje dużą efektywność energetyczną i ekologiczną.

Istnieją również kotły miałowe komorowe które są przystosowane do stosowania techniki spalania współprądowego w górnej części złoża. Ten rodzaj kotła posiada dużą komorę która jest napełniana miałem,powietrze natomiast jest odprowadzane do górnej warstwy paliwa poprzez system dysz, które dbają o odpowiedni dopływ powietrza podczas obniżania się poziomu paliwa. Spaliny w tym układzie również są odprowadzane ze strefy żaru. Kocioł wymaga wypalenia całej ilości węgla oraz wygarnięcia powstałego popiołu, by móc ponownie napełnić komorę spalania i rozpalić opał od góry powtarzając ten proces cyklicznie. Zmienna wydajność cieplna i przestoje w wytwarzaniu ciepła prowadzą do przymusu stosowania układów co najmniej kotłowych układów z przesuniętym w czasie cyklem załadunku komory spalania lub instalowania dużych zbiorników akumulacyjnych.

Spalanie współprądowe stosowane jest też w kotłach z podajnikiem automatycznym polegających na paleniu małymi dawkami paliwa węglowego podawanymi z częstotliwością od kilku do kilkudziesięciu sekund. Taka technika w pełni wykorzystuje potencjał spalania współprądowego i dodatkowo praktycznie nie wymaga obsługi kotłów.