Instalacje rozpałkowe w kotłach energetycznych
Głównym zadaniem palników rozpałkowych jest rozgrzanie komory paleniskowej kotła (tzw. „rozpalenie ze stanu zimnego”) do momentu osiągnięcia takiej temperatury, w której będzie możliwe podanie i spalanie pyłu węglowego. W przypadku włożenia węgla do zimnej komory paleniskowej bez procesu rozruchu nie będzie zapłonu węgla, ponieważ będzie on miał zbyt wysoką temperaturę zapłonu. Pod względem technicznym i ekonomicznym najkorzystniej do tego zadania użyć palników rozpałkowych zasilanych mazutem lub olejem lekkim (rys.1).
Olej lekki (olej opałowy lekki) to paliwo wysokoenergetyczne, o niskiej zawartości siarki używane do opalania pieców, kotłów oraz jako paliwo w starych silnikach diesela. Posiada dobre właściwości niskotemperaturowe, co gwarantuje odpowiednią płynność nawet w niskich temperaturach [1]. Mazut (olej opałowy ciężki) jest pozostałością po destylacji ropy naftowej lub mieszaniną resztek ropy z frakcjami olejowymi. Jest stosowany jako paliwo kotłów centralnego ogrzewania, kotłów parowych, pieców przemysłowych oraz do celów technologicznych [2,3].
Rys. 1. Palnik rozpałkowy podczas remontu
Aby uruchomić kocioł, mazut i olej lekki muszą zostać wcześniej odpowiednio przygotowane. We wstępnej fazie zostają one oczyszczone z frakcji stałych w filtrach o granulacji dobranej specjalnie dla danego paliwa (mazut również musi zostać podgrzany). Następnie, są one wtłaczane poprzez sieć rurociągów do kotłowni. Podanie następuje bezpośrednio do palników rozpałkowych, gdzie zostają rozpylone i spalone. Jako medium rozpylające stosuje się powietrze lub parę, a urządzeniem inicjującym zapłon paliwa najczęściej jest zapalarka elektryczna iskrowa.
Operator podczas rozpalania kotła (rys.2), poprzez regulację przepływu oleju, parametrów podawanego powietrza oraz ciśnienia w komorze paleniskowej kontroluje długość i kształt płomienia, gradient przyrostu temperatury. Dopiero przy temperaturze około 650oC (w zależności od typu paleniska wartość ta może się zmieniać) można zacząć podawanie węgla do kotła. Stopniowo przy coraz wyższej temperaturze w komorze paleniskowej pojedynczo wyłącza się palniki rozpałkowe, a w ich miejsce wprowadza się coraz większą ilość pyłu węglowego.
Rys. 2 Wnętrze komory paleniskowej podczas rozpalania kotła
Operator używa również palników jako dodatkowego źródła ciepła przy problemach z pracą kotła („uruchomienie ze stanu tzw. gorącego”). Nieprawidłowa praca kotła może być spowodowana przez nagłe zatrzymanie podajnika/młyna węglowego, awaryjne odstawienie wentylatorów lub urządzeń pomocniczych. W znacznym stopniu ułatwia to pracę kotła, a w sytuacji awaryjnej pomaga w utrzymaniu parametrów pary świeżej, którą jest zasilana turbina.
Palniki są również stosowane do procesów technologicznych takich jak: gotowanie i dmuchanie. W obu tych procesach chodzi o przygotowanie wewnętrznych części wymienników ciepła do dalszej prawidłowej eksploatacji.
Niektóre materiały wewnątrz kotła (w szczególności wymurówka – stosowana w dużej ilości w kotłach z paleniskiem fluidalnym) muszą być rozgrzewane lub chłodzone ze ściśle ustaloną temperaturą. Dlatego palniki rozpałkowe używane się również podczas gaszenia kotła. Emitowane ciepło przeciwdziała drastycznym spadkom temperatury w komorze, co powoduje zapobieganie pękania różnych elementów, np. obmurza.
W średniej wielkości kotłach stosowanych w polskiej energetyce konwencjonalnej komora paleniskowa ma ponad 60 m wysokości, 10 m szerokości i długości. Przy 8 palnikach rozpałkowych (po 4 na ścianie przedniej i tylnej stronie komory paleniskowej) do odpowiedniego „rozgrzania” kotła potrzeba 10 ton oleju lekkiego. Aby utrzymać jednakową temperaturę w kotle ilość dostarczanego oleju oraz kolejność uruchamianych palników jest ściśle określona i musi być przestrzegana przez operatorów.
Aby utrzymać zapas paliwa niezbędny do rozpalania kotłów lub podtrzymywania ich pracy potrzebne są zbiorniki o bardzo dużej objętości, w których będą przechowywane te substancje. (rys.3). By uniknąć jakichkolwiek komplikacji, czy skażeń podczas awarii lub remontu zbiorników buduje się aż dwie takie instalacje, żeby w momencie kryzysu pracowała chociaż jedna z nich.
Rys. 3. Zbiornik oleju lekkiego, o objętości 3000 m3
Ze względu na coraz bardziej rygorystyczne wymogi dotyczące ochrony środowiska producenci energii elektrycznej oraz ciepła częściej decydują się na budowanie instalacji rozpałkowych opalanych tylko olejem lekkim. Jest on droższy od mazutu, ale nie powoduje zanieczyszczeń powietrza oraz nie zatyka dysz palników. Przebudowa instalacji działających na mazutu na oleje lekkie wiąże się z dużymi wydatkami, gdyż konieczna jest modernizacja obiektów i przynależących do niej kilometrów rurociągów.
System palników rozpałkowych z instalacją na olej lekki znacząco przyczynia się do zmniejszania negatywnego wpływu energetyki konwencjonalnej na środowisko.
[1] KARTA CHARAKTERYSTYKI, OLEJ NAPĘDOWY GRZEWCZY EKOTERM PLUS
IDENTYFIKACJA SUBSTANCJI/MIESZANINY I IDENTYFIKACJA PRZEDSIĘBIORSTWA, ORLEN POŁUDNIE, 2015
[2] KARTA CHARAKTERYSTYKI, OLEJ OPAŁOWY CIĘŻKI 1,
IDENTYFIKACJA SUBSTANCJI/MIESZANINY I IDENTYFIKACJA PRZEDSIĘBIORSTWA, ORLEN POŁUDNIE 2015r
[3] http://www.orlen.pl/PL/DlaBiznesu/Paliwa/OlejeOpalowe/Strony/OlejOpalowyCiezkiC3.aspx
autor: Michał Chodała
