Kotły płomienicowo-płomieniówkowe

W Polsce funkcjonuje wiele kotłów płomienicowo-płomieniówkowych opalanych węglem kamiennym, biomasą oraz innymi mniej kalorycznymi paliwami. Z uwagi na spalane paliwo i wysokie temperatury spalin, kotły te dosyć często są odstawiane do czyszczenia. W instalacjach termicznej utylizacji odpadów zabrudzanie się wymienników ciepła następuje jeszcze szybciej. Czy można temu jakoś zaradzić? Jak uniknąć częstych odstawień?

Istnieją sprawdzone rozwiązania pozwalające w znaczący sposób ograniczyć ilość wspomnianych odstawień. Jednym z takich rozwiązań jest zastosowanie tzw. generatorów fal uderzeniowych. Jak sprawdza się to w praktyce, pokazuje poniższy przykład.

W grudniu 2012 roku został uruchomiony system czyszczenia wymiennika ciepła wchodzącego w skład instalacji termicznej utylizacji odpadów zabudowanej w Zakładzie Utylizacji Odpadów Sp. z o.o. w Koninie.

Opis techniczny wymiennika ciepła

W celu obniżenia temperatury spalin w instalacji termicznej utylizacji odpadów został zabudowany parowy wymiennik ciepła o wydajności pary 3 185 kg/h, ciśnieniu maksymalnym wynoszącym 24 bary oraz temperaturze maksymalnej pary wylotowej 224°C.

FOT. 1 Parowy wymiennik ciepła holenderskiej firmy HKB KELELBOUW.

FOT. 1 Parowy wymiennik ciepła holenderskiej firmy HKB KELELBOUW.

Gorące spaliny płyną wewnątrz płomieniówek o średnicy 44,5 mm i długości 3 380 mm. Średnica zewnętrzna części ciśnieniowej wymiennika wynosi 2 200 mm. W jednej połówce wymiennika zabudowanych jest 250 szt. płomieniówek. W centralnej części drzwi na wlocie spalin do płomieniówek zabudowany jest wziernik, przez który można obserwować stan ich zabrudzenia.

Zabrudzanie się płomieniówek wymiennika ciepła

W czasie wstępnej eksploatacji zmodernizowanej instalacji termicznej utylizacji odpadów zaobserwowano bardzo intensywne zabrudzanie płomieniówek przez osady, które powodowały zwiększenie oporów przepływu spalin. Zjawisko zalepiania się płomieniówek następowało w strefie wysokich temperatur. Praktycznie po 48 godzinach pracy (dwa dni) należało instalację wyłączać i ręcznie udrażniać zaślepione osadami płomieniówki. Jedną z przyczyn tak intensywnego zabrudzania się płomieniówek były bardzo wysokie temperatury spalin dochodzące do 1 050°C oraz rodzaj spalanych odpadów. Popioły ze spalania niesortowanych odpadów medycznych oraz weterynaryjnych charakteryzują się niskimi temperaturami mięknięcia i topnienia. Przepisy dotyczące utylizacji odpadów nie pozwalają na obniżenie temperatury spalania. Jedną z metod ograniczenia procesu zabrudzania się jest dossanie fałszywego powietrza i obniżenie temperatury spalin na wlocie na powierzchnie wymiany ciepła. W przypadku spalarni w Koninie, ze względów finansowych i technicznych, wariant ten nie był rozważany. W wyniku dossania powietrza zwiększyłby się strumień czyszczonych spalin, przez co należałoby zmodernizować system ich czyszczenia.

Na fot. 2 widoczne są osady ograniczające całkowicie przepływ spalin przez płomieniówki. Z informacji uzyskanych od użytkownika osady w niektóry obszarach tworzyły zwartą powierzchnię o grubości dochodzącej do 15 cm. W wyniku wysokich temperatur nie istniała żadna możliwość usunięcia osadów w czasie pracy instalacji. Obserwując płomieniówki przez wziernik już po dziesięciu minutach od podania odpadów obserwowano żarzące się cząstki popiołu przylepione do dna sitowego. Po godzinie można było zobaczyć kilkumilimetrową warstwę osadów zalegających całe dno sitowe. Osady po ostudzeniu miały tendencję do kruszenia się. Kilkukrotne próby ręcznego czyszczenia płomieniówek pokazały, że ich znaczne zabrudzenie spowodowane wymiennikiem w strefie najwyższych temperatur, na długości ok. 300 mm. Zabrudzenie wymiennika nie powodowało znacznego wzrostu temperatury spalin na wylocie, a jedynie wzrost oporu przepływu spalin.

FOT. 2 Zalepione osadami płomieniówki.

FOT. 2 Zalepione osadami płomieniówki.

Instalacja czyszczenia

W dniu 7 grudnia 2012 roku została uruchomiona instalacja czyszczenia płomieniówek oparta o dwa generatory fal uderzeniowych GFU-24/8.

FOT. 3 Wymiennik ciepła z instalacją czyszczenia.

FOT. 3 Wymiennik ciepła z instalacją czyszczenia.

Na przednich drzwiach w strefie najwyższych temperatur zabudowano dwa generatory fal uderzeniowych GFU-24/8, które bezpośrednio oddziaływują na powierzchnie najszybciej zabrudzające się. Do zasilania generatorów wykorzystano istniejącą instalację sprężonego powietrza i przewoźny kompresor. Zadziałanie generatorów następowało co 10 minut. Po uruchomieniu instalacji utylizacji odpadów medycznych obserwowano działanie generatorów. Nie stwierdzono żadnego negatywnego wpływu pracujących generatorów na działanie instalacji. Dzięki zabudowanemu wziernikowi, obserwowano zabrudzanie się dna sitowego i skuteczność fali uderzeniowej. Już po godzinie widoczne były żarzące się osady przylepione do dna sitowego w obszarze zmniejszonego działania fali uderzeniowej. W bezpośrednim obszarze działania fali uderzeniowej osady były odrywane i unoszone przez przepływające spaliny do komory nawrotnej. Aby zwiększyć skuteczność czyszczenia po trzech dniach zwiększono częstotliwość działania generatorów – co 6 minut. Po jedenastu dniach pracy instalacji utylizacji odpadów podjęto decyzję o odstawieniu i przeprowadzeniu przeglądu wymiennika. Należy podkreślić, że wcześniej udało się pracować z wymiennikiem ciepła maksymalnie jeden lub dwa dni. Z uwagi na brak dostatecznego podciśnienia w piecu obrotowym spowodowanego zwiększonymi oporami spalin przez zabrudzony wymiennik, użytkownik był zmuszony wyłączyć całą instalację utylizacji odpadów medycznych na czas ręcznego czyszczenia. Na przednich drzwiach w strefie najwyższych temperatur zabudowano dwa generatory fal uderzeniowych GFU-24/8, które bezpośrednio oddziaływują na powierzchnie najszybciej zabrudzające się. Do zasilania generatorów wykorzystano istniejącą instalację sprężonego powietrza i przewoźny kompresor. Zadziałanie generatorów następowało co 10 minut. Po uruchomieniu instalacji utylizacji odpadów medycznych obserwowano działanie generatorów. Nie stwierdzono żadnego negatywnego wpływu pracujących generatorów na działanie instalacji. Dzięki zabudowanemu wziernikowi, obserwowano zabrudzanie się dna sitowego i skuteczność fali uderzeniowej. Już po godzinie widoczne były żarzące się osady przylepione do dna sitowego w obszarze zmniejszonego działania fali uderzeniowej. W bezpośrednim obszarze działania fali uderzeniowej osady były odrywane i unoszone przez przepływające spaliny do komory nawrotnej. Aby zwiększyć skuteczność czyszczenia po trzech dniach zwiększono częstotliwość działania generatorów – co 6 minut. Po jedenastu dniach pracy instalacji utylizacji odpadów podjęto decyzję o odstawieniu i przeprowadzeniu przeglądu wymiennika. Należy podkreślić, że wcześniej udało się pracować z wymiennikiem ciepła maksymalnie jeden lub dwa dni. Z uwagi na brak dostatecznego podciśnienia w piecu obrotowym spowodowanego zwiększonymi oporami spalin przez zabrudzony wymiennik, użytkownik był zmuszony wyłączyć całą instalację utylizacji odpadów medycznych na czas ręcznego czyszczenia.

FOT. 4 Generatory fal uderzeniowych GFU-24/8.

FOT. 4 Generatory fal uderzeniowych GFU-24/8.

Po pięciu dniach pracy instalacji

Na zdjęciu piątym widoczne są (przez wziernik) płomieniówki w komorze wlotowej spalin. W tym obszarze panuje temperatura przekraczająca 1 000°C. Na zdjęciu widoczny jest obszar działania dolnego i górnego generatora oraz świecące się osady na brzegach płomieniówek. Dzięki działaniu fali uderzeniowej dno sitowe utrzymywane jest w czystości i nie następuje tak intensywne zabrudzanie się płomieniówek.

FOT. 5 Płomieniówki wymiennika w czasie pracy instalacji.

FOT. 5 Płomieniówki wymiennika w czasie pracy instalacji.

FOT. 6 Obszar działania dolnego generatora.

FOT. 6 Obszar działania dolnego generatora.

Przegląd po jedenastu dniach

W dniu 18 grudnia 2012 roku został przeprowadzony przegląd wymiennika ciepła po jedenastu dniach eksploatacji, który rozpoczęto od komory wlotowej w strefie najwyższych temperatur.

Komora wlotowa spalin

FOT. 7 Wymiennik ciepła na wlocie spalin do płomieniówek.

FOT. 7 Wymiennik ciepła na wlocie spalin do płomieniówek.

Na zdjęciu siódmym widoczna jest bezpośrednia strefa działania generatorów na wlocie spalin do wymiennika.

FOT. 8 Obszar działania generatora górnego.

FOT. 8 Obszar działania generatora górnego.

FOT. 9 Obszar działania generatora dolnego.

FOT. 9 Obszar działania generatora dolnego.

Przegląd komory wlotowej spalin do wymiennika nie wykazał uszkodzenia lanego obmurza zabezpieczającego elementy metalowe ściany zewnętrznej. Zaobserwowano znaczne zabrudzenie dolnych dwóch rzędów płomieniówek oraz płomieniówek w prawym górnym rogu wymiennika.

Komora nawrotna

Po otwarciu komory nawrotnej zaobserwowano zabrudzenie osadami sypkimi, trwale nieprzylegającymi do płomieniówek.

 

FOT. 10 Komora nawrotna wymiennika.

FOT. 10 Komora nawrotna wymiennika.

Osady można było w łatwy sposób usunąć. Część czyszczona bezpośrednio falą uderzeniową była mniej zabrudzona. Na drzwiach komory nawrotnej zaobserwowano znaczne ilości osadów. W dolnej części komory zalegał popiół wyrzucony falą uderzeniową z płomieniówek. W tej części wymiennika nie zaobserwowano żadnych uszkodzeń wynikających z działania fali uderzeniowej.

FOT. 11 Cienka warstwa osadów na ściankach płomieniówek.

FOT. 11 Cienka warstwa osadów na ściankach płomieniówek.

FOT. 12 Płomieniówki w komorze nawrotnej.

FOT. 12 Płomieniówki w komorze nawrotnej.

FOT. 13 Zalegające osady w komorze nawrotnej.

FOT. 13 Zalegające osady w komorze nawrotnej.

FOT. 14 Zabrudzenie osadami komory nawrotnej.

FOT. 14 Zabrudzenie osadami komory nawrotnej.

Komora wylotowa

W komorze wylotowej zaobserwowano znaczne ilości pyłu wytrącanego przy zmianie kierunku przepływu spalin.

FOT. 15 Komora wylotowa spalin – lewa część wymiennika.

FOT. 15 Komora wylotowa spalin – lewa część wymiennika.

Aktualnie prowadzone są dalsze prace optymalizacyjne służące do zwiększenia długości pracy instalacji termicznej utylizacji odpadów medycznych bez czyszczenia ręcznego wymiennika.

Instalacja czyszczenia płomieniówek za pomocą generatorów fal uderzeniowych GFU-24/8 pozwoliła zwiększyć czasookres ręcznego czyszczenia wymiennika oraz przeprowadzić optymalizację pracy całej instalacji termicznej utylizacji odpadów. Po dwumiesięcznej eksploatacji instalacji czyszczenia płomieniówek, opartej o generatory fal uderzeniowych, wydłużono czas pracy instalacji utylizacji odpadów medycznych do trzech tygodni.

Zastosowanie generatorów fal uderzeniowych do czyszczenia płomieniówek pozwala na pracę kotła z wysoką sprawnością, bez konieczności odstawiania do ręcznego czyszczenia. Dodatkowo poprawiono warunki BHP, nie narażając obsługi na szkodliwe działanie pyłu podczas procesu czyszczenia. Za pomocą generatorów fal uderzeniowych mogą być czyszczone od strony spalin wszystkie wymienniki rurowe, gdzie czynnikiem podgrzewanym może być powietrze lub woda. Utrzymując w czystości powierzchnie grzewcze zmniejsza się zużycie paliwa, koszty wytworzenia ciepła oraz zwiększa się żywotność urządzeń. Zastosowanie generatorów fal uderzeniowych do czyszczenia elementów wymiany ciepła eliminuje wiele problemów eksploatacyjnych oraz zwiększa dyspozycyjność całych instalacji.

autor: Andrzej Zuber, prezes zarządu EKOZUB Sp. z o.o.

fot.: Andrzej Zuber

czytaj także: