Cyrkulacja naturalna

Tradycyjne kotły płomienicowe są całkowicie uzależnione od naturalnej cyrkulacji termicznej wody wewnątrz kotła. Determinuje to ich najważniejsze cechy.

Ruchy konwekcyjne unoszą wodę pomiędzy rurami (plomienicami) zwykle znacznie szybciej w tylnej części kotła niż w przedniej. Zimniejsza woda płynie w dół przy ścianach powłoki kotła a po podgrzaniu unosi się do góry wokół komory spalania i przewodów płomienicowych. Cyrkulacja jest wywołana różnicą gęstości pomiędzy wodą a mieszaniną wodno-parową. Po uformowaniu pęcherzyki pary unoszą się do powierzchni wody i uwalniają do przestrzeni parowej kotła.

W systemie tym ma miejsce charakterystyczna bezwładność, która ogranicza elastyczność pracy przy zmiennych poborach, uniemożliwiając szybki rozruch oraz szybkie wyłączenie. Dla przykładu - prędkość cyrkulacji jest inna przy minimalnym i maksymalnym poziomie spalania. Wymaga to określonego czasu od momentu ustalania założonego poziomu spalania do uzyskania równowagi stabilizującej cyrkulację, osiągnięcia temperatury równowagi ścian komory spalania i innych wskaźników.

Pojemność magazynowa pary i wody w kotle jest ogromna. Powierzchnia lustra wody jest również ogromna, co ogranicza możliwość kontroli porywania przez parę zanieczyszczonych cząsteczek wody. Porywanie cząstek wody jest maksymalne przy pełnej wydajności (2-3%) a przy gwałtownych wzrostach poboru osiąga wyższe wartości. W niektórych sytuacjach niezbędne jest stosowanie zewnętrznego separatora pary i cząstek wody dla utrzymania żądanej jakości pary.

Ogromna pojemność wody utrzymywana w temperaturze wrzenia stanowi ryzyko eksplozji. Z tego powodu utrzymanie w dobrym stanie powłoki kotła oraz jego komory spalania jest sprawą krytyczną a rewizje stanu kotła muszą być prowadzone regularnie. Konieczna silna konstrukcja stalowa oraz znaczna pojemność wody powodują w rezultacie dużą wagę i wymiary urządzenia.

Nierównomierny rozkład temperatur w rurach płomienicowych jaki pojawia się przy gwałtownych zmianach poboru pary czy rozruchu powoduje wysokie naprężenia termiczne powodujące odkształcenia powierzchni tylnych wrót kotła i ogólne skrócenie czasu życia urządzenia.

W różnych komorach spalania, tylna lub przednia ściana kotła (W zależności od przyjętego rozwiązania) jest wyłożona termoodpornym betonem, co wpływa na dodatkowy wzrost wagi urządzenia i zwiększenie strat ciepła podczas rozruchu.