Menu

Zabezpieczenia kotłów na biomasę

Specyfika pracy kotła na biomasę niesie ze sobą nowe wyzwania, także w dziedzinie bezpieczeństwa pracy kotłowni. Ogólnie zabezpieczenia kotła na paliwo z biomasy można podzielić na:
- zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem ciśnienia
- zabezpieczenie przed cofnięciem się płomienia
- zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem temperatury w instalacji
- zabezpieczenie przed niezupełnym spalaniem
- zabezpieczenie przed zatkaniem podajnika paliwa
- zabezpieczenie przez "zimnym" rozruchem kotła
- zabezpieczenie przed brakiem wody w kotle

Zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem ciśnienia

Kotły na biomasę są tutaj traktowane podobnie jak kotły na paliwo stałe, a więc wymagają montażu naczyń wzbiorczych systemu otwartego umieszczonych w najwyższym punkcie instalacji. Obecnie Warunki techniczne jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie w §133, p.7 mówi że "  Zabrania się stosowania kotła na paliwo stałe do zasilania instalacji ogrzewczej wodnej systemu zamkniętego, wyposażonej w przeponowe naczynie wzbiorcze, z wyjątkiem kotła na paliwo stałe o mocy nominalnej do 300 kW, wyposażonego w urządzenia do odprowadzania nadmiaru ciepła." Oznacza to, że kotły na biomasę o mocy do 300kW nie musza posiadać naczynia wzbiorczego otwartego, pod warunkiem zabezpieczenia ich naczyniem przeponowym i dodatkowo urządzeniem do odprowadzania nadmiaru ciepła. W praktyce urządzenie takie stanowi zawór STS, czyli termiczny zawór upustowy. Poniżej zostaną omówione tylko zawory STS, dobór naczyń wzbiorczych otwartych został szczegółowo omówiony w folderze projektowania instalacji c.o.

Fot. Zawór termiczny upustowy STS firmy Watts.

 

Zawory STS wyposażone są w sondę pomiarową, z czujnikiem termicznym połączoną z elementem wykonawczym za pomocą kapilary. Sonda posiada gwint zewnętrzny (zwykle 1/2") umożliwiający zamocowanie  w części wodnej kotła.

 

Zasada działania

Pod wpływem wzrostu temperatury następuje wzrost objętości czynnika termicznego sondy. Czynnik poprzez kapilarę oddziaływuje hydraulicznie na mieszek w elemencie wykonawczym powodując jego odkształcenie i przesunięcie popychacza, który otwiera grzybek zaworu. Przy spadku temperatury sprężyna powrotna powoduje przymknięcie grzybka. zawory STS są wyskalowane fabrycznie na stałą temperaturę otwarcia która wynosi (dane dla zaworu Watts):

- 55, 85, 93, 97 lub 103ºC. Rzeczywista temperatura otwarcia jest nieco wyższa (tabela poniżej)

Rys. Budowa zaworu STS firmy Watts.

Ozn. 1. Sonda pomiarowa z podwójnym czujnikiem termostatycznym
2. Osłona sondy pomiarowej
3. Gwint przyłączeniowy sondy pomiarowej
4. Osłona kapilary
5. Przycisk ręcznego wyzwalania spustu
6. Mieszki rozszerzalne
7. Zawleczka blokująca część termostatyczną
8. Korpus zaworu
9. Korek spustowy
10. Sprężyna dociskowa grzyba zaworu
11. Grzyb zaworu
12. Fabryczne oznaczenie nastawy temperatury na przycisku

Poniżej wygląd zaworu od strony korka spustowego

Zasady montażu zaworu

Termiczny upustowy zawór bezpieczeństwa, zamontowany w instalacji zasilanej kotłem na paliwo stałe, służy do rozproszenia nadmiaru energii powstałej w wyniku wzrostu temperatury wody kotłowej. Może on być stosowany zarówno w systemach grzewczych z zamkniętym jak i otwartym naczyniem wzbiorczym.

kotlza19.jpg

Rys. Zasady montażu zaworu STS. Ozn.1. Źródło ciepła - kocioł, 2. Zasobnik wewnętrzny, 3. Wymiennik ciepła
4. Sonda pomiarowa, 5. Termiczny upustowy zawór bezpieczeństwa, 6. Lejek spustowy serii IS, 7. Zasilanie z instalacji wodnej, 8. Wylot ciepłej wody użytkowej

 

Termiczny upustowy zawór bezpieczeństwa należy zainstalować w pobliżu kotła, zaś sondę pomiarową należy zanurzyć w wodzie kotłowej. Korpus zaworu należy podłączyć do:
A. Wylotu ciepłej wody użytkowej, w przypadku kotłów z zasobnikowym podgrzewaczem ciepłej wody użytkowej.

B. Króćca awaryjnego wymiennika ciepła, doprowadzającego zimną wodę, w przypadku kotłów bez zasobnikowego
podgrzewacza c.w.u.

Zawór może być zainstalowany w dowolnej pozycji, z zachowaniem kierunku przepływu wody wskazanym przez strzałkę na korpusie zaworu

Przycisk ręcznego wyzwalania spustu powinien być widoczny, aby w każdej chwili możliwe było otwarcie zaworu.
W celu ochrony przed poparzeniem, spust powinien być skierowany do odpowiedniego lejka spustowego (model IS). W celu zapewnienia prawidłowego działania zaworu, nie należy instalować kolan na rurze odpływowej. Zamiennie
należy zastosować wygiętą rurę o promieniu gięcia równym co najmniej 3 krotnej średnicy rury. Ze względów bezpieczeństwa zaleca się zamontowanie zaworów odcinających przed i za zaworem.

 

Konserwacja zaworu STS

W celu zapewnienia długotrwałej bezawaryjnej pracy termicznego upustowego zaworu bezpieczeństwa, wymagane jest okresowe (co najmniej raz w roku) jego uruchomienie awaryjne. W celu przeprowadzenia takiej operacji, należy nacisnąć i przytrzymać przycisk ręcznego wyzwalania spustu, umieszczony w części termostatycznej. Wykonanie tej czynności pozwala na oczyszczenie uszczelek zaworu, na których zwykle osadzają się zanieczyszczenia.

Rys. Sposób ręcznego uruchomienia zaworu STS w celu jego okresowej konserwacji.

 

Zabezpieczenie termiczne firmy SYR 5067

 

W odróżnieniu do powyższego rozwiązania zawór firmy SYR ma podwójne przyłącze, jednym dopływa woda zimna z wodociągu, drugim odprowadzana jest woda gorąca do kanalizacji. Szczególnie polecane jest do kotłów, które nie są wyposażone w wymiennik chłodzący. Na rys. poniżej pokazano zasadę montażu, w bliskiej odległości od kotła, szczególnie zwracając uwagę na takie prowadzenie i zwymiarowanie przewodów, aby nie występowały żadne straty ciśnienia.

Termiczne urządzenie zabezpieczające jest sterowane przez niezależne od siebie dwa zawory: napełniający i wyrzutowy. Korpus urządzenia jest wytłoczony z mosiądzu, pozostałe części mające kontakt z wodą wykonano z nierdzewnej stali i odpornego na temperaturę plastiku. Wszystkie elementy uszczelniające wykonane są ze sprężystego i odpornego na wysoką temperaturę i procesy zużywania materiału - elastomeru. Sprężyny wykonane są z nierdzewnej stali sprężynowej. Czujnik i rurka kapilarna z miedzi, dodatkowo tulejka jest niklowana. Sterowanie otwarciem zaworu jest wykonywane przez podwójny czujnik temperatury. Armatura odpowietrza się samoistnie. Elementy zaworu, siedzisko i uszczelnienie, mogą być demontowane i oczyszczone bez zmiany nastawy temperatury otwarcia. Kompaktowa głowica temperaturowego czujnika może być dla wygody demontowana na czas montażu korpusu zaworu. Rurka kapilarna od czujnika do elementu wykonawczego jest chroniona specjalnym metalowym wężem elastycznym.

kotlza23.jpg

Rys. Zabezpieczenie termiczne firmy SYR. 1-zawór zwrotny, 2-reduktor ciśnienia, 3-sterowany termicznie zawór napełniający, 4-zawór wyrzutowy

Zasada działania zaworu SYR 5067

Reduktor (2) jest połączony z siecią wodną, wyjście sterowanego termicznie zaworu napełniającego (3) podłączone jest do przewodu powrotnego kotła. Przewód zasilający do wejścia sterowanego termicznie zaworu wyrzutowego (4), którego strona wyjściowa prowadzi do odpływu. Czujnik temperatury montuje się w najcieplejszym miejscu, najlepiej w górnej części kotła. Zawór redukcyjny ustawiony jest trwale na 1,2 bar, stąd ciśnienie robocze w urządzeniu grzewczym powinno być o 0,2 - 0,3 bar wyższe. Dzięki temu zapobiega się otwarciu zaworu bezpieczeństwa w instalacji. Zaleca się stosowanie zaworu bezpieczeństwa o nastawie co najmniej 2 bar. Przy przekroczeniu nastawionej temperatury otwarcia ok. 90o C zaczyna się otwierać zawór napełniający (3). Aby utrzymać stabilne ciśnienie w instalacji grzewczej, zawór wyrzutowy otwiera się przy 97o C. Po otwarciu zaworu wyrzutowego z instalacji grzewczej wypływa gorąca woda, a zimna woda może wpływać z przewodu zasilającego, dzięki czemu ochładza się kocioł. Przy obniżeniu temperatury kotła do 94o C zostaje zamknięty zawór wyrzutowy. Dzięki sterowanemu termicznie zaworowi napełniającemu oraz czujnikowi temperatury przywrócone zostaje właściwe ciśnienie przepływu w instalacji grzewczej. Kiedy temperatura wody w kotle osiąga 88o C zamyka się również zawór napełniający

Zabezpieczenie przed cofnięciem płomienia -  przy zaburzonej pracy wentylatora, czy braku prądu może teoretycznie wystąpić niebezpieczeństwo cofnięcia się żaru do rury zasypowej lub urządzenia ślimakowego. Na rozprzestrzenianie się ognia wskazuje zwykle:
- przyrost temperatury w podajniku paliwa o więcej niż 20K w stosunku do normalnej temperatury pracy
- przyrost temperatury zewnętrznych części podajnika ponad 85C
- gromadzenie się spalin w zespole zasobowym podajnika
 Aby  zapobiec zapłonowi paliwa w podajniku lub nawet w zasobniku, stosowane są różne systemy zabezpieczeń, jak np.:
- zabezpieczenie wodne
- zabezpieczenie termiczne
- śluza zabezpieczająca

Zabezpieczenie wodne (urządzenie gaśnicze)– zbudowane jest w postaci zbiornika z wodą lub instalacji wodociągowej podłączonej do chłodnicy podajnika paliwa. Przy wzroście temperatury w podajniku  powyżej dopuszczalnej wartości (np. wskutek cofania się płomienia), zawór termostatyczny otwiera dopływ wody która grawitacyjnie lub pod ciśnieniem wodociągu przepływa przez chłodnicę schładzając podajnik. 

kotlza6.jpg

   Rys. Schemat kotła na biomasę z urządzeniem gaśniczym. (rys. u dołu)

1 – głowica żeliwna 20kW, 2 – zbiornik paliwa, 3 – motoreduktor - wałek, 4 – wał ślimakowy, 5 – system przeciwpożarowy, 6 – dmuchawa, 7 – siłownik napędowy rusztu, 8 – koło zruszające, 9 – otwór rewizyjny.

Zasady montażu

Zbiornik na wodę powinien być zamocowany na ścianie kotłowni lub bezpośrednio na kotle (jeśli wynika to z konstrukcji kotła).

W niektórych kotłach możemy też spotkać mocowanie zbiornika na zasobniku paliwa, chociaż takie rozwiązanie nie jest zalecane. Minimalna różnica wysokości między dnem zbiornika a podajnikiem powinna wynosić 50cm.

Zabezpieczenie przeciwpożarowe (strażak) oprócz zbiornika składa się z elastycznego przewodu doprowadzającego wodę na końcu którego znajduje się korek z wosku pszczelego lub zawór z czujnikiem temperatury. W pierwszym rozwiązaniu króciec z woskiem podłączony jest do przewodu podajnika w odpowiedniej odległości od paleniska. W sytuacji, gdy płomień przedostanie się do przewodu podajnika podgrzewa jego obudowę oraz króciec z woskiem. G dy króciec osiągnie temperaturę ok. 50 oC wosk się roztapia i woda ze zbiornika zalewa podajnik gasząc ogień w podajniku.                                                                                                                                                                       Po zadziałaniu systemu przeciwpożarowego należy 

 − odłączyć króciec od podajnika i przewodu elastycznego
− napełnić króciec woskiem pszczelim (zalać płynnym woskiem)
− podłączyć króciec do podajnika i przewodu elastycznego
− napełnić zbiornik wodą

Rys. System przeciwpożarowy (po lewej)

1 – uchwyt zbiornika na wodę, 2 – zbiornik na wodę, 3 – zawór, 4 – przewód elastyczny, 5 – wosk pszczeli,
6 – otwór odpowietrzający.

 

System strażak z zaworem termostatycznym posiada czujnik termiczny zamocowany na obudowie podajnika. Przy wzroście temperatury powyżej dopuszczalnej wartości np. 95ºC, zawór termiczny zostaje otwarty i woda grawitacyjnie spływa na podajnik ochładzając go i gasząc zarzewie ognia.

Rys. System strażak z zaworem termicznym BVTS i czujnikiem temperatury.

Zamiast zbiornika wody zawór BVTS można podłączyć do instalacji wodociągowej. W tym rozwiązaniu zawór działa bezprądowo otwierając się na zasadzie termostatu przy wzroście temperatury czujnika powyżej nastawy fabrycznej.

UWAGA - większości konstrukcji kotłów i instrukcji DTR, zadziałanie systemu strażak uznaje za bardzo istotną usterkę w działaniu kotła i wymaga jego ponownego uruchomienia przez autoryzowany serwis. usługa jest zwykle płatna.

Rys. Typowe miejsce montażu zaworu BVTS, po lewej na podajniku paliwa jako zabezpieczenie przed cofnięciem się płomienia. u góry - jako zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem temperatury wody w kotle.

Zabezpieczenie termiczne – polega na automatycznym uruchomieniu podajnika przy przekroczeniu dopuszczalnej temperatury paliwa dla wypchnięcia żaru do kotła. Zgodnie z normą PN-EN 303-5 zabezpieczenie to powinno zadziałać przy wzroście temperatury o co najmniej 20K powyżej normalnej temperatury pracy lub przy temperaturze >95C. W praktyce przy braku prądu zabezpieczenie to jest nieskuteczne.

Śluza zabezpieczająca - rozwiązanie stosowane w kotłach LAZAR, polega na stosowaniu na podajniku paliwa elementu pośredniego w postaci śluzy, który przepuszcza paliwo z podajnika bezpośrednio do komory wrzutowej. Brak prądu unieruchamia śluzę, która stanowi skuteczną barierę przed przenikaniem płomienia do podajnika i zasobnika.

 

 Fot. Po lewej śluza zabezpieczająca, u dołu kocioł LAZAR

Zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem temperatury wody w instalacji – w kotłach z podajnikiem jest to najczęściej tzw. zabezpieczenie STB które polega na automatycznym wyłączeniu pracy podajnika i wentylatora nadmuchowego do czasu wychłodzenia wody. System STB może być pojedynczy lub podwójny. W drugim rozwiązaniu wykonywany jest osobno dla sprzętu (STB sprzętowe – tzn. wyłączanie pracy wentylatora i podajnika) i osobno dla sterownika kotła (STB analogowe – po przekroczeniu temp. +95°C całkowicie wyłącza proces spalania, wymaga ręcznego resetowania).

 

 

kotlza4.jpg

 Zabezpieczenie przed niezupełnym spalaniem – stanowi tzw. „sonda lambda”, sonda ta umieszczana jest w przewodzie kominowym i mierzy poziom tlenu w spalinach, jeśli jest go za mało,   wysyła sygnał do wentylatora nadmuchowego zwiększając dopływ powietrza. Uzyskuje się dzięki temu optymalne spalanie i najwyższą sprawność kotła.

Zabezpieczenie przed zatkaniem podajnika paliwa - stanowi czujnik pojemnościowy umieszczony w podajniku ślimakowym. Czujnik sprawdza na bieżąco (metodą zbliżeniową) ilość paliwa w podajniku. Jeśli pojawi się jego nadmiar (np. na skutek błędnej detekcji zapłonu) czujnik wyłącza podawanie paliwa, chroniąc tym samym podajnik przed trwałym zablokowaniem. Czujnik pojemnościowy podłączany jest szeregowo do obwodu obsługującego wyłącznik krańcowy drzwi kotła. Regulator kotła reaguje na zadziałanie czujnika pojemnościowego identycznie, jak na wykrycie przez wyłącznik krańcowy otwarcia drzwi kotła - wyświetlając komunikat „ROZSZCZELNIENIE KOTŁA” oraz zatrzymując pracę układu podawania paliwa i wentylatora wyciągowego.

kotlza7.jpg

Fot. Czujnik zbliżeniowy w kotle na pellet LAZAR.

Zabezpieczenie przez zimnym rozruchem

Kotły na biomasę dość wolno ulegają rozgrzaniu do temperatury, powyżej której nie występuje już tzw. "punkt rosy",  (wykraplanie się na zimnych ściankach kotła pary wodnej zawartej w spalinach). Pojawienie się roszenia jest niebezpieczne z punktu widzenia korozji kotła, dlatego dąży się do jak najszybszego jego rozgrzania. Przy dużych kotłach o znacznej pojemności, jak też w kotłach ze zgazowaniem drewna, zabezpieczenie przed zimnym rozruchem realizowane jest zwykle przez wytworzenie tzw. "krótkiego obiegu" kotła, tzn. z pominięciem instalacji. Woda ogrzewana w kotle krąży w tym wypadku tylko pomiędzy kotłem a zaworem czterodrogowym zamocowanym w jego pobliżu, lub pomiędzy kotłem a specjalną armaturą zwrotną, tzw. laddomatem.

kotlza8.jpgkotlza12.jpg

Fot. Laddomat zamocowany pomiędzy kotłem a zasobnikiem ciepła. 1- pompa, 2 zawór termostatyczny, 3 zawór zwrotny

kociol08.jpg

Rys. Schemat instalacji.

Laddomat - zasada działania

  

Faza 1 rozruch kotła                                                         Faza 2 - robocza

Faza 1 - rozruch kotła

Po zainicjowaniu procesu spalania czujnik uruchamia pompę laddomatu, zawór termostatyczny jest jeszcze zamknięty i do kotła powraca tylko woda z krótkiego obiegu, tym samym następuje szybkie podwyższenie jej temperatury.

Faza 2 - robocza

Wraz z osiągnięciem przez kocioł temperatury roboczej, zawór termiczny otwiera się i wtłacza zimną wodę z zasobnika. Początkowo zawór jest otwarty tylko częściowo, dzięki czemu zimna woda z zasobnika miesza się z gorąca wychodząca z kotła.  Im wyższa jest temperatura wody wychodzącej z kotła, tym zawór jest bardziej otwarty i więcej zimnej wody jest doprowadzane jest z dna zbiornika. 

  

Rys. Faza 3 - końcowa                                                  Faza 4 - cyrkulacja przy wyłączonej pompie (brak prądu)

Faza 3 - końcowa

Zawór termostatyczny jest całkowicie otwarty, jednocześnie zostaje zamknięty by-pass,  w wyniku czego cała gorąca woda z kotła kierowana jest na zasobnik.

Faza 4 - cyrkulacja grawitacyjna

Jeżeli podczas opalania pieca nastąpi przerwa w dopływie prądu, zostaje uruchomiona automatyczna cyrkulacja grawitacyjna dzięki łatwo otwierającemu się zaworowi zwrotnemu  (pod warunkiem, że w zbiorniku woda jest zimniejsza niż w kotle). Automatyczna cyrkulacja grawitacyjna tworzy się na skutek różnicy w wadze pomiędzy lżejszą wodą gorącą a cięższą wodą zimną. Kiedy zbiornik jest całkowicie wypełniony aż do dna, cyrkulacja grawitacyjna jest niewielka, a kocioł mimo to może wrzeć. Wrzeniu można zapobiec poprzez doprowadzenie niewielkiej ilości zimnej wody bezpośrednio do dolnej części kotła za pomocą kranu służącego do napełniania systemu. W przypadku dłuższych przerw w dostawie prądu można ogrzewać cały budynek wykorzystując cyrkulację grawitacyjną, jeżeli instalacja rurowa i średnica rur zostały do tego dostosowane. 

Zabezpieczenie przed brakiem wody w kotle

WMS-WP6 jest elektromechanicznym czujnikiem niskiego poziomu wody z pływakiem, do zamkniętych instalacji grzewczych zgodnych z PN-EN 12828, mającym za zadanie chronić kocioł przed nadmiernym spadkiem poziomu wody. Jeśli poziom wody spadnie poniżej minimum pływak uruchamia przełącznik. Przełącznik odcina zasilanie kotła. Mechanizm zabezpieczający (blokada) uniemożliwia ponowne automatyczne jego uruchomienie. Dźwignia kontrolna
umożliwia przesunięcie pływaka w dół aby zasymulować stan alarmowy. Wersja WMS-WP6 bez blokady przeznaczona jest do odblokowania urządzenia zdalnie z szafy sterującej. Zgodnie z normą PN-EN 12828, systemy o mocy powyżej 300kW muszą być obowiązkowo wyposażone w czujniki niskiego poziomu wody. Jednakże montaż czujników niskiego poziomu wody zalecany jest we wszystkich instalacjach grzewczych, a w szczególności
w instalacjach gdzie źródło ciepła (kocioł) znajduje się powyżej odbiorników, np. na ostatniej kondygnacji budynku.
WMS-WP6 jest urządzeniem kontrolującym poziom wody w instalacji w sposób ciągły.

 kotlza24.jpg  

Fot. Zabezpieczenie przed zbyt niskim poziomem wody w instalacji WMS-WP6 (afriso).

Rys. 1. Tabliczka znamionowa, 2. Przycisk odblokowania, 3. Pływak, 4. Spust zanieczyszczeń, 5. Dźwignia kontrolna
6. Pokrywka, 7. Śruba odpowietrzająca, 8. Poziom zadziałania, (przełączania) 88mm, 9. Korpus, 10. Króćce przyłączeniowe

Zasady montażu

Elektromechaniczny czujnik niskiego poziomu wody WMS-WP6 przeznaczony do montażu w pozycji pionowej.
W celu przyspawania, należy odłączyć króćce od czujnika. Urządzenie należy montować zgodnie ze schematem
aplikacyjnym. Urządzenie umiejscawiać tak, aby poziom zadziałania znajdował się 10cm powyżej
najwyższej części kotła. Podłączenie elektryczne wykonać zgodnie ze schematem.

Rys. zasady montażu zabezpieczenia przed ubytkiem wody w instalacji. 1- zasilenie, 2- powrót

Aby uruchomić urządzenie należy nacisnąć przycisk "odblokowanie" po napełnieniu i odpowietrzeniu instalacji.

Sprawdzenie poprawności działania

Nie trzeba obniżać poziomu wody w celu wykonania kontroli poprawności działania czujnika.
1. Nacisnąć dźwignię kontrolną. Patrz rys. 1,  element 5.
Palnik zostaje wyłączony.
2. Uruchomić instalację ponownie poprzez naciśnięcie przycisku
„Odblokowanie”.
 

Rys. Błędny montaż czujnika. Przy prawidłowym czujnik zamocowany jest zawsze na części przepływowej instalacji a nie na boczniku.

 

 

 

 

 

 

 

Rys. Po prawej, zabezpieczenie firmy SYR.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});