Spalanie węgla w technologii AnLen®, a przepływ powietrza przez stos paliwa (dmuch)

Do napisania tego artykułu skłoniło mnie pewne doświadczenie, które przeprowadziła osoba zajmująca się serwisowaniem kotłów retortowych. Umówiliśmy się, że w jej kotle (kocioł retortowy z podajnikiem ślimakowym) przeprowadzony zostanie test spalania węgla bez aktywatora oraz węgla zadanego aktywatorem AnLen®. Warunki spalania (nastawy kotła) miały być dokładnie takie same. Ilość węgla przeznaczonego do spalenia to dwie porcje po 10kg każda (chodziło o szybkie uzyskanie wyników).

Otrzymane wyniki wyglądały następująco. Węgiel bez AnLen® spalał się 10,5 godziny, węgiel z aktywatorem 10,0 godzin. Wynik jak najbardziej niekorzystny. Nie zaobserwowano żadnych dodatkowych ilości wytworzonej energii (takie same temperatury w kominie, rzędu około 240⁰C). Ogólnie klapa i koniec tematu.

Wyniki testu faktycznie mogą zastanawiać. Technologia, która ma doprowadzić do wydzielenia większej ilości ciepła i oszczędności paliwa, okazała się kompletnie nieprzydatna.

W czym tkwi problem?

Odpowiedź jest tylko jedna. Problemem są nasze przyzwyczajenia i zebrane do tej pory doświadczenia. Każdy palacz w pierwszym podejściu będzie obchodził się z węglem zadanym AnLen® w sposób zgodny ze swoimi dotychczasowymi doświadczeniami. Jednak węgiel z AnLen® to zupełnie nowe paliwo. Paliwo dające nowe możliwości ale trzeba zrozumieć zasadę działania aktywatora.

Biorąc pod uwagę powyższe należy uwzględnić nastawy kotła.
Oto one:

• temperatura wody na wyjściu z kotła 48⁰C
• czas podawania paliwa 6 sekund, czas przestoju 18 sekund (stosunek jednej wielkości do drugiej 1:3)
• wysokość stożka paliwa nad górną powierzchnią retorty 30÷40mm
• nadmuch: wentylator stałoobrotowy, przysłona powietrza w pozycji maksymalnego wychylenia (maksymalna wydajność wentylatora).

Poniżej wyjaśnienie problemu.

W celu maksymalnego aktywowania AnLen® konieczne jest ustawienie tzw. dmuchu nominalnego, o czym nie wiedziała osoba prowadząca test. Dlatego też zastosowała nastawy dla „zwykłego” węgla i wyniki okazały się niezadowalające.

Dmuch nominalny to ciśnienie powietrza, w którym kocioł uzyskuje maksymalną sprawność i pracuje na maksymalnej mocy (sprawność nominalna kotła) przy minimalnym rozchodzie paliwa.

Z punktu widzenia optymalnego spalania (uzyskiwanie maksymalnych ilości ciepła z jednostki paliwa,) prowadzonego na nominalnej sprawności kotła, głównym parametrem wpływającym na jego jakość jest ciśnienie powietrza, a nie jego ilość. Producenci kotłów nie podają ciśnienia nominalnego z jakim należy wprowadzać powietrze do retorty, jednak podają podciśnienie w kominie wymagane dla odprowadzenia spalin. Możemy tą wielkość z dobrym przybliżeniem przyjąć jako ciśnienie nominalne ponieważ dla właściwego odprowadzenia spalin z paleniska wystarczy podciśnienie rzędu 2,0Pa. Wartości ciągu spalin można odszukać na stronach producentów.

Na wykresie poniżej przedstawiono przykład kształtowania się ciśnienia powietrza [Pa] w komorze powietrznej palnika retortowego napełnionego węglem w sortymencie “groszek”, w zależności od wydajności/obrotów wentylatora w [%] – wentylator 10-cio stopniowy – nastawa od 1 do 10.

Na lewej osi odczytujemy wartość ciśnienia [Pa] wytwarzanego przez dmuchawę (żółty wykres).
Na lewej osi odczytujemy moc dmuchawy [%] (czarny wykres). Na prawej osi stopnie dmuchawy.

 źródło: http://zawijan.wordpress.com/regulatory-kotlow/algorytm-spalania/

Przykładowo dla retortowego kotła Defro Duo firmy DEFRO mamy podane następujące zakresy podciśnienia w kominie (ciąg spalin):

Wyszczególnienie/typ	Jednostka	15	20	25	35	50	75
Zakres mocy	[kW]	4,5÷15	6,0÷20	7,5÷25	10,5÷35	15÷50	22,5÷75
Wymagany ciąg spalin	[Pa]	24	26	28	31	34	38

Źródło: http://www.defro.pl/kotly/seria-defro-duo/defro-duo

Zestawmy wartości odczytane z wykresu z wymaganiami producenta odnośnie ciągu spalin:

Wyszczególnienie/typ	Jednostka	15	20	25	35	50	75
Zakres mocy kotła	[kW]	4,5÷15	6÷20	7,5÷25	10,5÷35	15÷50	22,5÷75
Wymagany ciąg spalin	[Pa]	24	26	28	31	34	38
Wartości odczytane z wykresu
Ciśnienie wytworzone przez wentylator	[Pa]	24	26	28	31	34	38
Moc wentylatora (Mw)	[%]	Mw<35	Mw<35	Mw<35	Mw<35	Mw=35	35<Mw<40

Jak widać z powyższych zestawień dmuch nominalny dla kotłów o mocy do 35kW znajduje się poniżej 35% nastawy wydajności wentylatora. Dmuch nominalny zależy od wielu czynników. Między innymi od pola przekroju poprzecznego komina, sposobu podłączenia urządzenia grzewczego do komina, ciśnienia atmosferycznego itd. Dlatego wielkość ta jest inna dla KAŻDEGO kotła. Metodykę znalezienia dmuchu nominalnego opisujemy w naszej instrukcji obsługi dla kotłów retortowych zasilanych podajnikiem ślimakowym.

Brak dmuchu nominalnego prowadzi do nieaktywowania AnLen® co uniemożliwia uzyskanie wszystkich pozytywnych rezultatów działania środka.

Ogromna złożoność mechanizmów procesu spalania paliw stałych, przy ciągłej dynamice zmian wzajemnego oddziaływania na siebie poszczególnych parametrów (wzmacnianie lub tłumienie reakcji), powoduje, że ujęcie ich w proste formuły matematyczne jest praktycznie niemożliwe, a co za tym idzie nie jest możliwym opracowanie algorytmów dla regulatorów kotłów – sterowników elektronicznych. Dokładny opis zagadnienie można znaleść na blogu zawijan.wordpress.com (http://zawijan.wordpress.com/regulatory-kotlow/algorytm-spalania/).

Technologia AnLen® wychodzi naprzeciw tym trudnościom. Wpływa na stabilizację procesu spalania poprzez stworzenie odpowiednich warunków do zajścia tylko i wyłącznie wysokoegzotermicznej reakcji spalania węgla w tlenie oraz maksymalizuje transfer i pochłanianie powstałej z tej reakcji energii przez wodę. Stosując AnLen® mamy możliwość ustabilizowania zachodzących reakcji, a co za tym idzie poprawnego sterowania procesami. Jednak spełnione muszą być warunki prawidłowego doboru dmuchu. Zagadnienie to jest kluczowe z punktu widzenia prawidłowego działania AnLen®.

Opisane na początku artykułu parametry ustawienia kotła (dmuch pełną wydajnością dmuchawy) są doskonałe dla uzyskania efektu przegrzania stosu palącego się paliwa, jednak prowadzą do szybkiego usunięcia z urządzenia grzewczego spalin niosących energię cieplną (stąd w kominie temperatura 240⁰C, przy zadanej na kotle temperaturze wody 48⁰C). Duża szybkość przepływu spalin przez wymiennik ciepła znacznie ogranicza możliwość przekazania ciepła do czynnika grzewczego (funkcja przekazania ciepła przez spaliny przepływające przez wymiennik jest odwrotnie proporcjonalna do szybkości spalin, z czego wynika, że dużej prędkości towarzyszy mniejsze przekazanie ciepła do urządzenia). Praca pełną wydajnością wentylatora jest wskazana dla kuźni, gdzie umieszczamy w stosie paliwa elementy, które chcemy przegrzać, w przypadku kotłów dmuch powinien być dobrany w sposób umożliwiający skuteczne rozgrzanie stosu spalanego paliwa i jednocześnie najwyższe przekazanie ciepła przez spaliny na wymienniku – dmuch nominalny.

W przypadku spalania węgla zadanego aktywatorem AnLen® dmuch nominalny bardzo często ma wartość około 20% wydajności wentylatora (szczelina otwarta na 1/5). Dla węgla spalanego bez AnLen® ten parametr jest niewystarczający i palenisko zagaśnie. Na wymienniku ciepła osiądzie sadza w postaci tzw. włosów.
Podkreślamy tu, że węgiel zadany AnLen® to zupełnie inna jakość i nowe możliwości.

To co niemożliwe, z AnLen® staje się możliwe.

• minimalne dmuchy
• kontrolowane spalanie
• przewidywalność zachodzących zjawisk,
• krótkie czasy pracy podajnika
• długie czasu przerwy w podawania
• długie czasy podtrzymania
• doskonała wymiana ciepła z czynnikiem ogrzewanym
• wygrzana komora spalania,
• temperatura stosu paliwa wyższa o około 250⁰C
• dopalone lotne produkty spalania
• brak dymu
• mniej sadzy
• obniżenie emisji substancji szkodliwych.

To wszystko jest możliwe z AnLen® przy właściwym doborze dmuchu.

Moc pobieraną z kotła regulujemy wykorzystując dmuchawę.

Pozycja	Moc maksymalna	Dmuch nominalny	Ilość paliwa
1.	100%	100%	Ustawienia doświadczalne na podstawie kombinacji czasu pracy i przestoju podajnika. Stożek paliwa nie powinien erodować ani przesypywać retorty.
2.	90%	90%	-10% w stosunku do ustawienie z poz.1.
3.	80%	80%	-20% w stosunku do ustawienie z poz.1.
4.	70%	70%	-30% w stosunku do ustawienie z poz.1.
5.	65%	65%	-35% w stosunku do ustawienie z poz.1.

Praca kotła w zakresie mocy do 65% mocy nominalnej nie wymaga już regulacji dmuchu. Zmiana dmuchu nie spowoduje już obniżenia mocy uzyskiwanej z kotła. Praca w tak niskim zakresie mocy wymaga regulacji mocy kotła za pomocą ilości paliwa na retorcie. Producenci kotłów nie zalecają pracy w zakresie poniżej 50% mocy nominalnej.

Oczywiście w gospodarstwach domowych kotły pracują z mocą nominalną najwyżej kilkanaście dni w roku (tylko przy dużych mrozach, a co za tym idzie dużym zapotrzebowaniu na energię). Najczęściej rozpoczynamy sezon grzewczy wykorzystując tylko częściowo moc kotła w tzw. okresie przejściowym. Poniżej omówimy zupełnie przykładowe ustawienia, żeby uzmysłowić czytelnikowi skalę regulacji między pełną mocą kotła, a pracą na tzw. „pół gwizdka”.

Załóżmy, że rozpoczynamy sezon grzewczym w okresie gdy potrzebujemy 65% (nie będziemy zgłębiać regulacji mocy kotła ilością paliwa ze względu na temat artykułu). Paliwo w naszym kotle mamy ustawione tak, że stożek paliwa ma stałą wysokość. Załóżmy, że dmuch nominalny wyznaczyliśmy dla 25% wydajności wentylatora (przysłona powietrza odsłania 1/4 pola otworu wlotu powietrza na wentylatorze). W takiej sytuacji dmuch konieczny założonej ograniczonej mocy kotła będzie wynosił:

25% x 0,65 = 16,25%
całkowitej mocy dmuchawy,

Wynika z powyższego, że ograniczenie dmuchu tylko o 8,75% (25%-16,25%=8,75%) powoduje zmianę mocy kotła ze 100% do 65%. UWAGA wielkość tej regulacji to 8,75%, w przybliżeniu 10% całkowitej wydajności dmuchawy.

Dla szczelinowej przesłony wentylatora regulacja wygląda jeszcze ciekawej.

1/4 x 65/100 = 65/400 = 13/80 = 0,1625
całkowitego pola powierzchni otworu wlotu powietrza do wentylatora

Praktycznie ujmując powyższy wynik pole szczeliny musimy ograniczyć do 0,1625, czyli poruszamy przesłoną wentylatora w bardzo niewielkim zakresie (wielkość ta jest zależna od geometrii przesłony zabudowanej na wentylatorze). Obliczmy teraz zakres regulacji.

 1/4 – 13/80 = 7/80 ≈ 0,10

UWAGA zakres regulacji to około 0,10 powierzchni szczeliny dla dmuchu nominalnego. Tak niewielka regulacja powoduje zmianę mocy kotła ze 100% do 65%.

Znamy już zakresy regulacji dmuchu, załóżmy, że temperatura na zewnątrz spada, stąd nasze zapotrzebowanie na energię będzie rosło. Dokonujemy więc przeregulowań posuwając się w przedstawionej powyżej tabelce „pod górę”. Minimalnie zwiększamy dmuch, dodając paliwa. Regulacji dokonujemy w zależności od naszego zapotrzebowania na energię.

Analizując opisany przykład można zrozumieć dlaczego zalecamy pracę kotłów przy minimalnych dmuchach i bardzo drobne regulacje na urządzeniach sterujących dmuchem.

Niewłaściwa regulacja tego ważnego parametru prowadzi do zupełnie niepotrzebnych strat wyprodukowanego ciepła i uniemożliwia skuteczne zadziałanie aktywatora AnLen®, o czym przekonał się nasz eksperymentator.

Węgiel zadany AnLen® daje nowe możliwości, wystarczy tylko z nich skorzystać.