Załącznik I do części 201
Treść z pięciu książek o spalaniu węgla na ruszcie łuskowym,
w palenisku warstwowym
A. O przebiegu procesu spalania wzdłuż rusztu.
1. Ruszt mechaniczny ruchomy, zwany też rusztem łańcuchowym lub rusztem taśmowym, składa się w zasadzie z rusztowin połączonych między sobą w formie łańcucha zamkniętego, z mechanizmu napędzającego powodującego ruch pokładu rusztowego oraz z konstrukcji nośnej rusztu. Schemat rusztu pokazano na rys. VIII,1.
Paliwo opada z kosza węglowego na rusztowiny posuwające się ruchem jednostajnym i przedostaje się pod warstwownicę, którą reguluje się grubość warstwy paliwa, do komory, gdzie zostaję spalone. Żużel i popiół spadają samoczynnie z rusztu do leja popielnicowego (czytaj: żużlowego) umieszczonego przy końcu rusztu.
Każda cząstka paliwa w miarę posuwania się w głąb komory paleniskowej przechodzi po kolei wszystkie fazy spalania. W odróżnieniu od rusztu nieruchomego, gdzie fazy spalania były (czytaj: są ) przesunięte jedynie w czasie, na ruszcie łańcuchowym fazy spalania przesunięte są nie tylko w czasie ale i w przestrzeni. Przejście paliwa z jednej fazy spalania do następnej jest więc zasadniczo zależne od przebytej na ruszcie drogi. Na początku komory paleniskowej paliwo pod wpływem doprowadzonego ciepła przez rozgrzane części obmurza lub przez bezpośrednie promieniowanie płomienia ulega wysuszeniu. Odparowuje najpierw wilgoć powierzchniowa nabyta, a następnie wilgoć higroskopijna. W miarę posuwania się rusztu w głąb komory paleniskowej i coraz to silniejszego nagrzewania paliwa następuje wydzielanie się z paliwa części lotnych, tj. gazów, a więc druga faza spalania. Na skutek spalania się gazów wytwarzają się znaczne ilości ciepła, które wspólnie z ciepłem doprowadzonym przez promieniowanie powodują trzecią fazę spalania tj. zgazowanie części palnych stałych, a więc przede wszystkim pierwiastka węgla (czytaj: zgazowanie koksu na tlenek węgla). W tej fazie spalania, które przypada mniej więcej na połowie długości rusztu, wywiązuje się najwyższa temperatura 1200 do 1350 0C, a płomień przybiera barwę jasno żółtą. Ostatnia faza spalania tj. spalanie produktów zgazowania odbywa się nie na ruszcie ale ponad rusztem w przestrzeni paleniskowej, na pozostałej części rusztu następuje wypalenie się resztek części palnych oraz wytworzenie żużla i popiołu.
Dzięki rozmieszczeniu poszczególnych faz spalania wzdłuż całego rusztu, można przeprowadzić racjonalną gospodarkę powietrzem potrzebnym do spalania, regulując dopływ do poszczególnych faz spalania. [3]
2. Wzdłuż rusztu łańcuchowego zmienia się grubość warstwy i skład spalin. Na początku, pod wpływem promieniowania ścianek i sklepienia (… wystarczy promieniowanie CO2 i H2O do zapalenia paliwa o małej zawartości wilgoci i bogatego w części lotne), wierzchnia warstwa świeżego paliwa szybko się nagrzewa. Warstwy niżej położone wobec małego przewodnictwa cieplnego, jak również przepływającego przez nie powietrza, nagrzewają się powoli i dopiero z chwilą gdy paliwo przejdzie około 40 % drogi temperatura ich zaczyna szybko rosnąć. Toteż gorące powietrze, zwłaszcza w tej początkowej części rusztu, ma duży wpływ na szybkość nagrzewania.
Spalanie następuje tuż po wysuszeniu i nagrzaniu paliwa. Polega ono na spalaniu się części lotnych, gdyż tylko części lotne, uchodząc z paliwa, łączą się bezpośrednio z tlenem na CO2 i parę wodną, pozostałość koksowa natomiast tylko o tyle się pali o ile przejdzie uprzednio w stan gazowy, tj. w CO (czytaj: zgazowanie koksu na tlenek węgla jest także spalaniem). Aufhaȕser ujął przebieg poszczególnych faz spalania węgla w schemat obrazujący dojrzewanie paliwa do spalania (rys. 6.5 i 7.19) tylko mała część CO spala się jeszcze wewnątrz warstwy paliwa pokrywającego ruszt, głównie zaś CO spala się nad paliwem. Równowaga między CO2 i CO zależy od rożnych czynników, a najważniejsze z nich to grubość warstwy paliwa, temperatura i ruch powietrza. Im warstwa jest grubsza, im wyższa temperatura i im mniejszy przepływ powietrza, tym więcej CO powstaje wewnątrz paliwa (czytaj: tlenku węgla (CO) powstaje w warstwie koksu tym więcej im większy jest przepływ powietrza przez nią i wyższa jest temperatura porównaj podkreślenie niżej). Cienka warstwa, mierne temperatury i intensywny przepływ powietrza sprzyjają tworzeniu się CO2.
Ciężkie węglowodory zaczynają się spalać przy temperaturze 250÷400 0C; wyzwolone ciepło powoduje zapalanie koksu. Ze wzrostem temperatury wzrasta ilość odgazowanych części i spalanie się koksu przebiega szybciej (czytaj: według Rys. 197f jako zgazowanie bez płomienia). O ile części lotne i tlen łatwo się łączą, o tyle spalanie pozostałości koksowej idzie tym trudniej, im dalej posunięte jest odgazowanie.
Właściwą wszakże trudnością przy spalaniu jest nie zapalanie, lecz stworzenie stałej i pewnej szybkości palenia się paliwa. O ile na początku rusztu w miarę postępującego odgazowania paliwa i zgazowania koksu trzeba doprowadzać coraz większe ilości powietrza, o tyle w miarę zbliżania się paliwa do końca rusztu ilość powietrza trzeba zmniejszać, aby tylko dopalić pozostałości i zapewnić dostateczne chłodzenie rusztu. Na tyle rusztu pożądane jest powietrze zimne, a nie nagrzane (rys. 7.19). [4]
B. O doprowadzeniu powietrza podmuchowego
1. W rusztach łańcuchowych oraz starszego typu rusztach taśmowych powietrze zasysane ciągiem kominowym przedostawało się do komory paleniskowej przez szczeliny międzyrusztowe w ilości zależnej od wielkości ciągu oraz od oporów przepływu w szczelinach i w warstwie paliwa.
Jak wiadomo, zapotrzebowanie powietrza nie jest równomierne na całej długości rusztu: najwięcej potrzeba powietrza w pierwszej połowie rusztu, najmniej w końcowej części rusztu. Opory przepływu (czytaj: w ruszcie bezstrefowym) kształtowały się wybitnie niekorzystnie, powodując wzmożony przepływ powietrza w tylnej części rusztu ze szkodą dla pierwszej połowy rusztu. Zastosowanie sztucznego podmuchu powietrza przy pomocy wentylatora tłoczącego powietrze pod ruszt zupełnie nie zmieniło ilościowego rozdziału powietrza. Ułatwiło to jedynie przepływ powietrza przez ruszt i warstwę paliwa, umożliwiając pracę na niższym ciągu w komorze paleniskowej. Dopiero zastosowanie stref powietrznych pozwoliło na racjonalny rozdział powietrza.
Ruszty mechaniczne ze strefowym rozdziałem powietrza umożliwiły racjonalne spalania różnych gatunków paliwa na ruszcie. Obecnie budowane ruszty z reguły wyposażone są w strefową regulację dopływu powietrza. W tym celu w przestrzeni pomiędzy taśmą górną a taśmą dolną rusztu umieszcza się skrzynię blaszaną, podzieloną na kilka części w zależności od długości rusztu, zwykle 4 do 8 (czytaj: stref podmuchowych). Powietrze, wtłaczane za pomocą wentylatora do skrzyni między taśmami rusztu, przedostaje się przez otwory zamykane ruchomymi klapami do komór powietrznych, których przykrycie stanowi taśma pokładu rusztowego. W zależności od stopnia otwarcia klapy do każdej komory powietrznej przepływa mniej lub więcej powietrza, jednak tyle, ile do spalania potrzeba. Na rys. IX,26 pokazano ruszt ze strefową regulacją powietrza. Na rys. IX,27 widoczne są komory strefowe po zdjęciu pokładu rusztowego. Ilość powietrza wtłaczanego reguluje się klapą umieszczoną w przewodzie tłocznym.
Dzięki strefom można regulować dopływ powietrza pod poszczególne odcinki rusztu w zależności od ilości i jasności spalanego paliwa. W tym miejscu rusztu, gdzie odbywa się trzecia faza spalania (czytaj: koksu i gdzie na Rys. 197f nie występuje „strefa płomienia”), a więc gdzie jest potrzebna największa ilość powietrza, klapy regulujące dopływ powietrza do tych stref będą najczęściej całkowicie otwarte; natomiast klapy pod przednią i tylną częścią rusztu będą otwarte tylko częściowo. Na rys. VIII,2 pokazano zapotrzebowanie powietrza wzdłuż rusztu. Konstrukcja rusztu musi być dostosowana do gatunku spalanego paliwa oraz do ilości paliwa, które trzeba spalić dla wywiązania potrzebnej ilości ciepła.
W przestrzeni między górnym i dolnym łańcuchem rusztu umieszczona jest skrzynia powietrzna z kilkoma lub kilkunastoma otworami, którymi poprzez nastawialne klapy powietrze przedostaje się pod rusztowiny. Przestrzenie zawarte między otworami skrzyni powietrznej a pokładem rusztowym noszą nazwę stref. Ruszt wyposażony w strefy nazywamy rusztem strefowym, lub rusztem ze strefowym podmuchem powietrza.
Bardzo ważnym czynnikiem jest ilość i stopień sprężenia powietrza podmuchowego w poszczególnych strefach rusztu oraz prędkość posuwu rusztu i wysokość warstwy paliwa na ruszcie. Opory przepływu powietrza przez przez szczeliny międzyrusztowe oraz przez warstwę paliwa, zależne są od ziarnistości paliwa. [3]
2. Paleniska o rusztach taśmowych (czytaj: bez podmuchu strefowego) miały dopływ powietrza równomierny pod całą taśmą i tym samym nie uwzględniały różnego zapotrzebowania go w stosunku do poszczególnych faz spalania (rys. 47). Paleniska nowoczesne mają tzw. strefowy rozdział powietrza (rys. 48), dzięki czemu spalanie odbywa się bardziej racjonalnie, dając w efekcie mniejsze straty.
Ruszty z podmuchem strefowym mogą mieć urządzenia do regulacji ilości powietrza umieszczone na wylocie z kanału doprowadzającego powietrze do przestrzeni pod rusztem - wspólne lub oddzielne dla wszystkich stref spalania (rys. 54), mogą mieć również urządzenia regulacyjne w miejscu przejścia z komór powietrznych do stref, polegające na działaniu klap położonych w poprzek rusztu (rys. 55), albo też jedno i drugie urządzenie. Regulacja dopływu powietrza tylko za pomocą klap na wlocie do przestrzeni pod rusztem ma tę ujemną stronę, że przymykanie dopływu powietrza do jednej ze stref powoduje wzmożenie dopływu tego powietrza do stref pozostałych, co prawda wtedy tylko, gdy wydajność wentylatora podmuchowego utrzymuje się stała.
Korzyści otrzymane z podziału paleniska na strefy najwyraźniej ilustrują dwa wykresy rys. 47a i 48a. Na wykresach tych krzywe oznaczone linią przerywaną określają ilość powietrza konieczną do spalania w każdym punkcie taśmy rusztowej - krzywe oznaczone liniami ciągłymi określają rzeczywistą ilość powietrza, przechodzącą przez warstwę paliwa do przestrzeni paleniskowej. Pola zakreślone pionowo (-) oznaczają niedomiar powietrza w palenisku, pola zakreślone poziomo (+) oznaczają nadmiar powietrza. Porównując oba wykresy (47a i 48a) widać, że przy zastosowaniu podmuchu strefowego obie krzywe - ilości powietrza zapotrzebowanego i doprowadzonego mają względem siebie przebieg bardziej zbliżony i wielkości pól określających nadmiary i niedomiary powietrza są mniejsze, co z kolei jest podstawą powstawania mniejszych strat.
W strefie wydzielania się części lotnych, szczególnie przy spalaniu węgla kamiennego gazowo płomiennego lub brunatnego, proces spalania odbywa się z niedomiarem powietrza, w wyniku czego w spalinach znajdują się w większości gazy palne. W strefie palenia się koksu wzrost ilości doprowadzonego powietrza zwiększa nieco nadmiar powietrza, jednak na skutek równoczesnego nasilenia się procesu zgazowania koksu nadmiar ten, szczególnie przy paliwach bogatych w części lotne, ostatecznie znika i proces przebiega w dalszym ciągu z niedoborem powietrza.
W strefie przygotowawczej wzmożenie dopływu powietrza może wywołać efekt ujemny i doprowadzić nawet do wychładzania paleniska. Stan ten może ulec polepszeniu przez doprowadzenie powietrza podgrzanego. Jednak podwyższanie temperatury powietrza jest ograniczone możliwością przepalania się rusztowin w strefie palenia się koksu, gdzie taśma rusztu osiąga najwyższą temperaturę. Wysokość temperatury powietrza doprowadzanego pod ruszt przy spalaniu węgla kamiennego nie przekracza 150÷200 0C.
W strefie wypalania żużla wzmożenie dopływu powietrza podnosi wprawdzie intensywność wypalania się cząstek palnych, ale ostatecznie wobec słabego wydzielania się ciepła może doprowadzić do nadmiernego wychładzania tej części paleniska i ostatecznie do zahamowania właściwego procesu.
Podczas spalania węgla chudego, dzięki niewielkiej zawartości części lotnych, utrzymanie w poszczególnych strefach nadmiaru powietrza nie przedstawia specjalnych trudności.
Stwierdzono również ogólnie, że proces odgazowania, szczególnie przy paliwach młodych, bogatych w części lotne, rozprzestrzenia się dalej na strefę palenia się koksu powodując tym większe jeszcze zużycie powietrza.
Przy spalaniu paliw bogatych w części lotne wyrazistość poszczególnych faz na ruszcie zaciera się, np. jeśli chodzi o fazy odgazowania i palenia się koksu, obie prawie do końca przebiegają jednocześnie. Z tych to względów ruszty do paliw młodych nie potrzebują dużej ilości oddzielnych stref powietrznych, ani też nie zachodzi niebezpieczeństwo nadmiernego przechłodzenia paleniska w części odgazowania paliwa, gdyż ruszt jest tu zawsze pokryty dostatecznie grubą warstwą, zdolną do dalszego wydzielania części lotnych. Odwrotnie ma się sprawa ze spalaniem paliw chudych, gdzie nadmierny podmuch w strefach pierwszej i ostatniej może doprowadzić do szybkiego ich wystudzenia. [1]
3. „ … ruszt (czytaj: łuskowy) powinien być zasilany różnymi ilościami powietrza na różnych swych odcinkach; większa ilość powietrza potrzebna jest np. w początkowej części rusztu, mniejsza - w końcowej. W związku z tym powstała myśl zasilania rusztu powietrzem nie tak, by dopływało ono jednym strumieniem pod całą powierzchnię rusztu, następnie rozdzielało się samoczynnie - stosownie do zmiennego oporu przepływu - wzdłuż powierzchni rusztu, lecz wprowadzono kilka oddzielonych od siebie stref rusztu, do których dopływa powietrze w ilości regulowanej stosownie do miejscowego zapotrzebowania. Doprowadzenie powietrza od dołu pod niewielkim nadciśnieniem przez wentylator nazywamy podmuchem strefowym. Podmuch strefowy różnicując dopływ powietrza wzdłuż rusztu udoskonala o tyle proces spalania, że pozwala wzmóc dopuszczalne natężenie rusztu oraz powiększyć wybitnie tzw. elastyczność pracy kotła, tzn. szybkość jego przystosowania. się do zmian obciążenia wyrażoną w ilości czasu potrzebnego do przejścia od połowy do pełnego obciążenia. Nowoczesne duże kotły wykazują elastyczność istotnie zadziwiającą, wymagają bowiem niekiedy zaledwie około 30 sek. na przejście od 50 % obciążenia do 100 % i zaledwie kilka minut na przejście od stanu nieczynnego do pełnego obciążenia. Nie dość tego. Dzięki podmuchowi strefowemu rozszerza się też zakres zastosowania rusztu taśmowego do różnych rodzajów węgla. Przy podmuchu strefowym można spalać korzystnie także węgle chude i drobnoziarniste, a przy odpowiednich rusztowinach nawet miał węglowy, paliwo zwykle najtańsze. Jak widać z powyższego, wprowadzenie podmuchu strefowego było udoskonaleniem nadzwyczaj doniosłym.
Co się tyczy wykonania konstrukcyjnego, to podmuch strefowy realizuje się w ten sposób, że pod górnym pasmem rusztu tworzy się kilka komór( jak to obrazują schematycznie rys. 58 i 59) otwartych od góry i do każdej komory doprowadza się powietrze od wentylatora, regulując oddzielnie dopływ do każdej komory. Każda komora zasila położoną nad nią strefę rusztu.[2]
4. Stopniowe poznanie procesu spalania, konieczność spalania najdrobniejszych sortymentów węgla oraz węgli małowartościowych, konkurencja ze strony palenisk pyłowych spowodowały wielki postęp w budowie rusztów łańcuchowych ( czytaj: bezstrefowych) i doprowadziły do powstania rusztu wędrownego.
Wprowadzono wówczas konstrukcję nośną rusztu ze skrzynką powietrzną pod taśmą rusztu, doprowadzając do tej skrzynki powietrze za pośrednictwem nastawianej obrotnicy (czytaj: klapy). Z kolei skrzynkę podzielono na strefy (do 20); w każdej strefie zastosowano regulację ilości powietrza przez dławienie, a następnie celem ujednostajnienia ciśnienia powietrza w strefach, wprowadzono skrzynki międzystrefowe, z których powietrze dostaje się do właściwych stref (rys. 7.21).
Nadciśnienie powietrza w skrzynkach podmuchowych (rys. 7.26) sięga 50 ÷ 100 mm H2O. Temperatura powietrza podgrzanego tłoczonego pod ruszt sięga 150 0C. Ciąg nad rusztem przy pracy bez podmuchu wynosi 3÷ 7 mm H2O, przy pracy zaś z podmuchem powinien być utrzymywany w granicach 0 ÷ 5 mm H2O podciśnienia. [4]
D. O ilości stref podmuchowych
1. Ponadto poszczególne strefy rusztu wyraźnie dzielą się od siebie potrzebując różnych ilości powietrza. Z omówionych wyżej względów paleniska o niewielkich wahaniach obciążenia przeznaczone do spalania młodych paliw nie wymagają większej liczby oddzielnych stref niż trzy do czterech. Paleniska do paliw chudych i o dużych wahaniach obciążenia mają stref 5÷6. [1]
… ruszty do paliw młodych nie potrzebują dużej ilości oddzielnych stref powietrznych. [1]
2. … w przestrzeni pomiędzy taśmą górną a taśmą dolną rusztu umieszcza się skrzynię blaszaną, podzieloną na kilka części w zależności od długości rusztu, zwykle 4 do 8 (czytaj: stref podmuchowych) [3]
2. Z kolei skrzynkę podzielono na strefy (do 20). [4]
G. Wysokość warstwy węgla wprowadzanego na ruszcie
1. Normalnie stosowane grubości warstw węgla kamiennego na rusztach taśmowych wynoszą: 80 ÷ 120 mm dla ziaren 0 ÷ 10 mm, 100 ÷ 150 mmm dla ziaren 10÷ 40 mm; 140÷220 mm dla ziaren 30÷50 mm; pod warunkiem, że stopień sprężenia powietrza podmuchowego wynosić będzie 80÷90 mm H2O.
Warstwownica służy do regulowania wysokości warstwy paliwa na ruszcie. Zakres regulacji wynosi od 0 do około 200 mm. Dla paliw o większej ziarnistości i o trudniejszym spalaniu (paliwa o dużej zawartości popiołu) stosuje się warstwę grubszą, a dla paliw o dużej zawartości części lotnych oraz dla miału węglowego, warstwę cieńszą (60 do 120 mm).
Ilość spalanego paliwa w jednostce czasu regulować można dwoma sposobami: albo grubością warstwy paliwa na ruszcie albo też prędkością posuwu rusztu. Jako zasadę należy przyjąć, że warstwownicą reguluje się spalanie w zależności od ziarnistości i gatunku węgla, a prędkością posuwu rusztu (czytaj: reguluje się) - wymaganą wydajność cieplną paleniska. Im niższa warstwa paliwa, tym korzystniejsze są warunki spalania. Prędkość posuwu rusztu ograniczona jest zapłonem paliwa - im wolniej następuje zapłon, tym mniejszy posuw rusztu należy stosować. Przy zbyt dużych prędkościach posuwu, może nastąpić urwanie się płomienia, a następnie całkowite wygaśnięcie ognia.
Straty spowodowane porywaniem z komory paleniskowej niespalonych cząstek paliwa (czytaj: lotnego koksiku) przez ciąg, zależne są oczywiście od wielkości tego ciągu, od ziarnistości paliwa i od grubości warstwy paliwa na ruszcie. Dwie pierwsze zależności nie wymagają objaśnień, natomiast odnośnie do grubości warstwy na ruszcie, opieramy się na następującym rozumowaniu: im grubsza jest warstwa, tym większy stopień sprężenia powietrza należy stosować, więc w wypadku utworzenia się w warstwie paliwa gniazd spowodowanych przypadkowym nagromadzeniem się w tym miejscu paliwa o większej szybkości spalania, powietrze korzysta ze zmniejszonych oporów przepływu w gniazdach i w większej ilości oraz z dużą prędkością przedostaje się do komory paleniskowej porywając ziarna niespalone i powiększając przy tym szybko wymiary gniazd. Odbija się to oczywiście niekorzystnie na pozostałej części paliwa zasilanej zmniejszoną ilością powietrza. [3]
2. Regulacja wydajności rusztu następuje przez zmianę grubości warstwy (przeważnie 100÷150 mm), którą stosuje się możliwie najmniejszą, przez zmianę szybkości posuwu taśmy (możliwie największej), oraz przez regulację podmuchu powietrza i regulację ciągu u góry komory paleniskowej. Zmiana grubości warstwy ma powolny wpływ na zmianę intensywności spalania, szybszy wpływ ma zmiana wielkości posuwu. Natomiast od grubości warstwy zależy dobroć spalania, zdolność dopasowania się urządzenia do obciążenia i trwałość rusztu. [4]
H. O wpływie charakterystyk chemicznych i fizycznych węgla na jego spalanie
1. Zgodnie z tym, że zasadniczym czynnikiem określającym maksymalne dopuszczalne obciążenie rusztu (forsowanie) jest zachowanie się warstwy paliwa podczas spalania, ostatecznie zakres forsowania zależy od sortymentu paliwa, tzn. od wielkości jego ziaren oraz od skłonności paliwa do spiekania się. Paliwo niesortowane, w którym ziarna nie mają ustalonego zakresu wymiarów i są bardzo różnych wielkości, a ponadto jeśli paliwo ma duży procent miału, w warstwie paliwa w miejscach, gdzie koncentruje się ten miał, tworzą się tzw. „kratery”. Tworzenie się kraterów (wydmuchów) powoduje, że w miejscach ich powstawania na skutek zmniejszonych oporów, przedostają się przez taśmę rusztu znaczne ilości powietrza. Powietrze to niewykorzystane w bezpośrednim przepływie przez warstwę paliwa powoduje wzrost straty w koksiku lotnym, tworzącym się z unoszonego przez nie drobnego miału oraz wzrost strat w żużlu. Tworzenie się kraterów ma miejsce najczęściej przy węglu niespiekającym się.
Zadaniem palacza w przypadku zauważenia wydmuchów miału, przypominających swą formą kratery, sprowadza się do przegracowania warstwy paliwa. W paliwach o dużej zawartości części lotnych gazowo-płomiennych oraz dla węgla brunatnego o wielkości ziaren 10÷50 mm, ilość miału, przez który rozumie się paliwo o ziarnie od 0 do 10 mm, nie powinna przekraczać 15÷20 %, a w tym ilość ziaren wielkości 0÷5 mm nie powinna przekraczać połowy.
Ogólnie można powiedzieć, że wzrost ilości miału w paliwie powoduje zwiększenie straty przesypu i straty z lotnym koksikiem, wywołuje nadmierne „szlakowanie” paleniska oraz powoduje zanieczyszczanie kanałów spalinowych kotła.
Wilgoć paliwa w podobny sposób sposób wpływa na przebieg procesów, jak zawartość części lotnych, sprzyjając lub hamując rozwój zgazowania paliwa (koksu).[1]
2. Ruszty typu łuskowego przeznaczone są zasadniczo do spalania miału węglowego o ziarnistości 0 do10 mm i zawartości popiołu do 25 %. Spalanie innych gatunków paliwa o większej zawartości popiołu lub o mniejszej zawartości części lotnych jest w zasadzie również możliwe, jednak pod warunkiem odpowiedniego ukształtowania sklepień przednich i tylnych oraz stopnia chłodzenia komory paleniskowej. Im trudniej paliwo się zapala, względnie wypala, tym słabsze powinno być chłodzenie ścian komory paleniskowej w bezpośrednim sąsiedztwie rusztu.
Największe straty przez niewypalone części palne w żużlu oraz przez lotny koksik powstają przy spalaniu węgla o nierównej ziarnistości.[3]
3. Ruszt wędrowny z podmuchem strefowym nadaje się do spalania dowolnego paliwa o ziarnie poniżej 50 mm. Najczęściej jednak spalane są węgle kamienne o pewnej spiekalności. Wskazane jest unikać spalania na ruszcie wędrownym i w ogóle w paleniskach warstwowych węgli niespiekających się oraz pospółki antracytu, frezowanego torfu, trocin, łuski ziaren czy włókien, gdyż występują duże straty w paliwie unoszonym ze spalinami.
Paliwo przeznaczone do spalania na ruszcie wędrownym z podmuchem strefowym powinno odpowiadać warunkom: wartość opałowa > 4000 kcal/kg; zawartość wilgoci W < 15 % ;… zawartość części mineralnych przy układzie bez stref P = 4÷15 %, przy ze strefami P = 4÷25 %.
Żużel o temperaturze topnienia poniżej 1200 0C uważa się za łatwo topliwy, żużel zaś o temperaturze powyżej 1350 0C - za trudno topliwy. Żużle o małym zakresie ciastowatości noszą nazwę żużli krótkich, o dużym zaś zakresie - żużli długich. Jeżeli żużel mięknie, szybko staje się płynny i przecieka między rusztowinami - nie jest to szkodliwe pod warunkiem, że nie zachodzą reakcje chemiczne między materiałem rusztowin a żużlem (FeS2). Ciastowatość żużla powoduje zalepianie prześwitów między rusztowinami, co utrudnia dostęp powietrza i hamuje spalanie W dodatku zaś niechłodzone rusztowiny nagrzewają się, deformują i spalają; w tym przypadku nie należy stosować podgrzewu powietrza doprowadzanego pod ruszt. Mięknący żużel oblepia poza tym cząstki węgla, które dostają się wraz z nim do kosza popielnicowego zwiększając stratę popielnikową. Stąd wynika wniosek, że do palenisk rusztowych nadają się jedynie żużle krótkie. [4].
4. Przy spalaniu na ruszcie pewne gatunki węgli rozsypują się, będą to węgle o niskiej liczbie Rogi. Inne gatunki spiekają się w bryły (o wysokiej liczbie Rogi). Łatwiej jest spalać węgle mało spiekające się. [5]
Nie tylko w kraju, ale na całym świecie panuje tendencja spalania węgli z coraz większą zawartością popiołu (30-40%). [5]
F. O skutkach intensywnego palenia się koksu z przodu rusztu
1.Forsowanie strefy aktywnego spalania, jaką jest strefa palenia się koksu, zależy wyłącznie od zachowania się paliwa w warstwie. W wypadku łatwo płynnego żużla forsowanie może wywołać nadmierne stapianie się paliwa, z drugiej jednak strony intensywny podmuch powietrza będzie sprzyjał granulacji żużla, tak że w efekcie mimo trudnych warunków praca rusztu może przebiegać bez specjalnych trudności. [1]
I. Rola powietrza wtórnego
1. Obecnie często stosowanym środkiem zastępującym lub uzupełniającym działanie sklepień jest wtłaczane powietrze kilkoma otworami do komory paleniskowej na wysokości powyżej sklepienia przedniego. Jest to tak zwane powietrze wtórne. Ma ono do spełnienia dwa zadania: zawirowanie i przemieszanie spalin, a więc przedłużenie czasu pobytu spalin w komorze paleniskowej oraz doprowadzenie dodatkowych ilości tlenu do spalania. Nie należy przyjmować jako zasady twierdzenia, że powietrze jest korzystne dla wszystkich typów komór paleniskowych. Dla kotłów o wysokich komorach paleniskowych i rusztach o wystarczająco dużej powierzchni powietrze wtórne nie tylko nie daje żadnych korzyści, ale jest nawet szkodliwe powodują ochłodzenie spalin, obniżenie zawartości CO2 oraz dodatkowe niepotrzebne zużycie energii elektrycznej na napęd wentylatora. Natomiast dużą poprawę warunków spalania dać może powietrze wtórne stosowane w komorach paleniskowych niskich lub średniej wysokości, zwłaszcza przy spalaniu paliw o dużej zawartości części lotnych. Zwykle stosuje się ciśnienie powietrza od 400 do 500 mmm H2O. Ilość wdmuchiwanego powietrza nie powinna przekraczać 10 % całkowitej ilości powietrza potrzebnego do spalania.
Dla paliw o bardzo dużej ilości części lotnych, wdmuchiwanie powietrza dodatkowego, tzw. wtórnego, może się okazać potrzebne nie tylko dla przemieszania spalin ale i dla doprowadzenia tlenu do niespalonych produktów zgazowania.[3]
2. Ponieważ ze sposobu przesuwania się paliwa w palenisku szybowym (czytaj: z wysoką komorą paleniskową) z rusztem wędrownym wynika równoległy układ strug spalin w stosunku do przedniej ściany paleniska i to strug o różnym składzie gazów, powstała konieczność wymieszania tych strug między sobą, aby uniknąć strat wskutek niezupełnego spalania. W tym celu wprowadzono tzw. wtórne powietrze polegające na wdmuchu do komory paleniskowej pewnych ilości powietrza (około 10 % ogólnej ilości powietrza ) pod ciśnieniem około 300÷500 mm H2O. W rezultacie wskutek powstania wirów następuje wymieszanie gazów z powietrzem i dopalenie części jeszcze niespalonych. Doprowadzenie wtórnego powietrza znajduje zastosowanie w urządzeniach kotłowych o wydajności większej od 10 t/h ; ilość powietrza przeważnie wynosi 10÷12 % ogólnej ilości powietrza, a szybkość jego w dyszach 40÷60 m/sek. Powietrze jest wdmuchiwane przez dysze umieszczone na ścianie, na ścianie przedniej lub na obu ścianach komory. Dysze umieszcza się na tylnej ścianie, gdy ma być spalane paliwo chude lub drobnoziarniste; na ścianie przedniej, gdy przewiduje się spalanie paliw bogatych w części lotne. Strumień powietrza wtórnego wtłaczany do komory paleniskowej jest w stanie wywołać przemieszanie spalin na głębokość do około 2 metrów, licząc od ścianki, przez którą jest wdmuchiwany; przyczyną tak małej skuteczności wtórnego powietrza jest lepkość spalin.[4]
J. Warunki dobrego spalania
1. Aby na ruszcie mechanicznym odbywało się prawidłowe spalanie trzeba dbać o równomierny dopływ powietrza na całej szerokości rusztu. Trzeba uszczelniać boki rusztu dla uniknięcia nadmiaru powietrza w tym miejscu.
Zwracać należy uwagę na prawidłowe doprowadzenie powietrza do skrzyni podmuchowej, aby nie wywołać różnic ciśnień w poszczególnych miejscach, co powoduje nierównomierne doprowadzenie powietrza, a zatem nierównomierne spalanie na ruszcie.[5]
2. Konstrukcja rusztu musi być dostosowana do gatunku spalanego paliwa oraz do ilości paliwa, które trzeba spalić dla wywiązania potrzebnej ilości ciepła. Bardzo ważnym czynnikiem jest ilość i stopień sprężenia powietrza podmuchowego w poszczególnych strefach rusztu oraz prędkość posuwu rusztu i wysokość warstwy paliwa na ruszcie. [3]
K. O sprawności cieplnej paleniska
1. Sprawność paleniska określona jest stosunkiem ilości ciepła rzeczywiście uzyskanego w komorze paleniskowej do ilości ciepła, którą można by uzyskać spalając bez reszty materiały palne zawarte w paliwie. Różnice pomiędzy ilością paliwa narzuconego (czytaj: doprowadzonego do paleniska) a spalonego powodują straty powstałe przez: 1) przesyp; 2) niewypalone części palne w żużlu; 3) lotny koksik. Niewypalone części palne w żużlu są często przyczyną bardzo poważnych strat. Wysokość strat zależy nie tylko od jakości paliwa, ale i od konstrukcji rusztu, obciążenia rusztu oraz od obsługi lub od sposobu prowadzenia ognia. ... przy spalaniu pewnych gatunków paliw na rusztach nieprzystosowanych do ich spalania, względnie przy przeciążeniu rusztu albo przy niewystarczającej ilości i sprężu powietrza podmuchowego, straty mogą wynosić 25 % , a nawet i więcej. [3]
Wydawnictwa książkowe z lat 1952÷1972
[1] Jerzy Zagórski: Kotły parowe, PWSZ, 1952 r.
[2] Czesław Mikulski: Kotły parowe (wytwornice pary), PWN, 1952 r.
[3] Z. Ostrowski, K. Zabłocki, J. Zagórski, A. Zmysłowski: Kotły parowe, PWT, 1956 r.
[4] T. Wróblewski, E. Pepłowski, H. Górecki: Urządzenia kotłowe, PWT, 1960 r.
[5] Piotr Orłowski: Kotły parowe konstrukcja i obliczenia, WNT, 1972 r.
Zebrał, uporządkował i uwagi wstawił: Jerzy Kopydłowski, kwiecień 2012 r.
6