Kotły zasypowe

Kotły zasypowe

Kotły zasypowe to takie w których paliwo spala się na ruszcie stałym, w komorze spalania która mieści porcję paliwa wystarczającą na okres pracy kotła od kilku do kilkunastu godzin wraz z cyklicznym ręcznym uzupełnianiem paliwa w komorze spalania. Takie kotły są pracochłonne i wymagają odwiedzin kotła nawet kilka razy i dosypywać węgiel do komory kotła oraz przegrabienia żaru na ruszcie. Takowe piece nie posiadają możliwości regulacji procesu spalania.

Kotły komorowe można podzielić na kotły ze spalaniem górnym i dolnym. Najprostszej konstrukcji kocioł rusztowy spala paliwo na ruszcie znajdującym się w dolnej części komory czyli powietrze odprowadzane jest od dołu pod ruszt. Spaliny w takim kotle odprowadzane są do wymiennika ciepła znajdującego się nad złożem paliwa u góry kotła. Po uzyskaniu odpowiednio dużej warstwy żaru pozostałą sześc komory należy napełnić węglem. Węgiel spala się na początku tylko u dołu kotła jednak podczas odgazowania paliwa, strefa żaru stopniowo rozszerza się do góry aż po pewnym czasie obejmuje całą część złoża. Ten rodzaj kotła jest różnie określany, zarówno jako kocioł z górnym spalaniem jak i kocioł z dolnym spalaniem. Należy podkreślić fakt ze z technicznego punktu widzenia prawidłowym pojęciem który określa ten rodzaj kotła jest kocioł ze spalaniem w całej objętości złoża. 

Kotły ze spalaniem w całej objętości złoża kiedyś używano do spalania paliw o wysokiej zawartości koksu, nie powinny być stosowane do spalania węgla energetycznego. Ograniczenie to wynika z faktu na niską sprawność spalania i wysoki wskaźnik emisji szkodliwych zanieczyszczeń. Ciężko również ustalić i dostosować moc kotła do aktualnych zapotrzebowań na ciepło.

Kotły ze spalaniem w całej objętości złoża zastąpiono kotłami ze spalaniem części złoża. Te piece mają wyższą efektywność spalania oraz nie wydzielają aż takiej ilości zanieczyszczeń. Węgiel w tych kotłach spala się na ruszcie umieszczonym w dolnej części komory paliwowej – powietrze doprowadzane jest od dołu pod ruszt, spaliny natomiast odprowadzane są do wymiennika ciepła z dolnej części złoża paliwa u dołu kotła. Z technicznego punktu widzenia ten kocioł określany jest jako jako kocioł ze spalaniem w dolnej części złoża. W tego typu kotłach spala się węgiel sortymentu „orzech” i „groszek”.

Jeśli chodzi o spalanie węgla „groszek „ oraz „miał” proces ten zachodzi na zasadzie takiej że węgiel spala się w górnej części komory paliwowej czyli powietrze odprowadzane jest do górnej części złoża paliwa, spaliny natomiast transportowane są do wymiennika ciepła z górnej części złoża paliwa u góry kotła. Piec ten nazywamy określany jest jako kocioł ze spalaniem w górnej części złoża, potocznie natomiast używana jest nazwa – kocioł z górnym spalaniem. W najnowocześniejszych kotłach ze spalaniem w części złoża stężenia związków węglowodorowych i tlenku węgla w spalinach wylotowych są wiele niższe, wyższe natomiast są sprawności spalania które osiąga kocioł, jak również wyższe jest dysponowanie operatywnym dostosowaniem chwilowej mocy kotła do aktualnego zapotrzebowania ciepła przez ogrzewane obiekty. Bardzo popularne są kotły w których spala się miał węglowy które dorównują w zakresie ekonomiki kotłom z podajnikiem automatycznym.

 Kotły zasypowe różnią się rozwiązaniami konstrukcyjnymi, dlatego częstokroć napotyka się na trudności z oceną jaki jest typ danego kotła – dolnego czy też górnego spalania. Na rysunku poniżej znajduje się schemat działania jednego z kotłów miałowych.

 Gdy napełnimy komorę paliwową złoże zapala się od góry, powietrze rozdmuchowe transportowane jest od dołu pod ruszt i rozpala górną część złoża paliwa. Na tym etapie zaczynają nagrzewać się niższe warstwy i uzyskują szybko temperaturę początku odgazowania. Żar przesuwa się w dół aż do rusztu podczas spalania się gazów rozkładowych, następnie odgazowane złoże paliwa spala się od dołu. Powietrze wtórne doprowadzane jest nad złoże które dopala tlenek węgla powstający poprzez redukcję dwutlenku węgla na powierzchni rozżarzonych kawałków koksu. Ten schemat działania cechuje się zarówno elementami górnego oraz dolnego spalania, z tego względu nie jest możliwe jego jednoznaczne zakwalifikowanie. 

W kotłach zasypowych komorowych ( kotły rusztowe komorowe) ze spalaniem w dolnej części złoża, węgiel spalany jest na ruszcie przez który od dołu transportowane jest powietrze potrzebne do spalenia. Kotły które mają tą samą konstrukcję warstwa z żarem ma najwyższe temperatury przy ruszcie, gdzie jest strefa intensywnego napowietrzania. Na górze rusztu temperatury mogą osiągać nawet wartości powyżej 1000st C, w ten sposób powstaje zagrożenie deformacji rusztowin oraz topnienia i spiekania się popiołu wraz z wytwarzaniem się w szczelinach między rusztowaniami zatorów żużlowych. Rozwiązanie tego problemu następuje dwojako, po pierwsze stosuje się ruszt składany z żeliwnych rusztowin sztabkowych łatwo wymienialnych w razie potrzeby, pomijając zagrożenie naruszenia konstrukcji kotła ( ruszt ruchomy). Drugi sposób polega na zastosowaniu rusztu chłodzonego wodą który zrobiony jest z rusztowin w postaci stalowych rur ( przekrój kołowy, eliptyczny lub trapezowy) wpasowanych na stałe do przestrzeni wodnej kotła ( ruszt stały).

Pozytywną cechą rusztu sztabkowego jest jego niski koszt, łatwość samodzielnej wymiany przez operatora kotła jak również łatwość zamiany na rusztowiny o innej wielkości szczelin, wadą takiego rusztu jest jednak krótka żywotność eksploatacyjna, ponieważ ruszt jest podatny na deformacje pod wpływem wysokiej temperatury. 
Należy podkreślić, że zaletą rusztu chłodzonego jest obniżenie temperatury powierzchni rusztowin oraz temperatury przy rusztowej części strefy żaru przez wodę przepływającą wewnątrz rusztowin. Ze względu na wahania temperatur zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni ścianki rusztu wodnego, powstają w nim znaczne naprężenia mechaniczne które przyspieszają zużycie korozyjne. Samodzielna wymiana rusztowin wodnych jest niemożliwa przez użytkownika kotła ponieważ wymaga specjalistycznej pracy polegającej na rozcinaniu powłok wodnych.
W ruszcie wodnym trzeba również wykonać w powłokach wodnych kotła dodatkowe otwory i położenie dodatkowych spoin. Każda taka powierzchnia to potencjalne miejsce korozji i osłabienie konstrukcji wymiennika ciepła. Spoiny umieszczone na niewielkiej powierzchni w dużej ilości mają za zadanie uzyskanie szczelnych przestrzeni wodnych, doprowadzają one do wystąpienia dużej ilości naprężeń wewnątrz materiałowych wywołanych skurczem spawalniczym oraz zmiany struktury materiału których powodem jest działanie ciepła w strefie wpływu ciepła spoin. Duże naprężenia konstrukcji mają negatywny wpływ na jej żywotność i są powodem zwiększonej korozyjności zmęczeniowej materiału. W wyniku kontaktu z płomieniem i produktami spalania paliw konstrukcje stalowe nadmiernie się nawęglają co wpływa na zmianę ich wytrzymałości mechanicznej i kruchość, jest to jedna z powodów występowania rozszczelnień przestrzeni wodnych kotłów stalowych – następuje pękanie spoin.
Ruszty chłodzone mogą posiadać również wady konstrukcyjne w postaci poziomego ustawienia rusztowin wodnych w kotle (rusztowiny wodne w kotle powinny posiadać pochylenie osiowe w stosunku do podstawy kotła ), w ten sposób następuje ograniczony odpływ pęcherzyków pary wodnej z rusztowiny i punktowe przegrzewanie jej górnej powłoki, które znacznie przyspiesza korozję.