Ekologia a ekonomia kotła na paliwa stałe. Ciąg na wyciągu

 W artykule przedstawiono zależność między ekonomią a ekologią w procesie spalania w kotłach na paliwo stałe. Ogólnie można stwierdzić, że każde zmniejszenie ilości produktów spalania prowadzi nie tylko do poprawy ekologii, ale również do ekonomii kotła, bowiem całkowite spalenie opału ogranicza emisję niepożądanych gazów (nie do końca wypalonych) oraz zminimalizuje pozostałości produktów niepalnych, takich jak popiół. W tym tkwi istota ekonomiczności systemu grzewczego.

Nieustanny wzrost zainteresowania ekologią oraz procesy z nią związane doprowadziły do sytuacji, w której większość obecnie konstruowanych i produkowanych urządzeń grzewczych na paliwa stałe poddaje się badaniom. Ujmują one tematy objęte normą EN 303-5, do których należą między innymi pomiar mocy, sprawności oraz ilości emitowanych szkodliwych gazów powstałych podczas procesów spalania.

Certyfikat ekologiczny, potocznie zwany „śliweczką” (OTGS Łódź) lub „jabłuszkiem” (IChPW Zabrze), wystawiony przez ośrodek badawczy jest potwierdzeniem możliwości techniczno-emisyjnych badanego urządzenia. Certyfikat taki wystawiany jest w sytuacji, gdy wszystkie wymagane parametry mieszczą się w podanych w normie granicach. Często jest on przepustką do wzięcia udziału w organizowanych indywidualnie przez miasta/gminy programach ograniczania niskiej emisji (PONE). Program polega na wymianie kotłów z kotła niskosprawnego energetycznie, starszej konstrukcji lub zużytego, na nowoczesny kocioł grzewczy. Procesowi temu zwykle towarzyszy dofinansowanie do nowo zakupionego urządzenia. Aby kocioł mógł osiągać parametry jak na wydanym przez laboratorium certyfikacie, powinny być zachowane takie same warunki pracy – spalania jak w trakcie badań.

Kocioł – montaż

Zazwyczaj głównym zainteresowaniem elementów instalacji grzewczej cieszy się kocioł i zgodnie z powszechną opinią to od niego zależy, czy grzanie będzie skuteczne, ekonomiczne i ekologiczne. Niestety, takie twierdzenie jest niezupełnie prawdziwe. Jednym z podstawowych czynników decydujących o pracy kotła jest instalacja doprowadzająca powietrze do paleniska oraz odprowadzająca spaliny. Ma ona kapitalne znaczenie w procesie spalania opału. Jeżeli nie doprowadzimy odpowiedniej ilości powietrza do paleniska, wówczas:

* spalanie będzie odbywało się bardzo powoli, przy bardzo niskiej mocy cieplnej,

* spalanie będzie niezupełne, tzn. pozostaną reszki niespalonego opału,

* w trakcie spalania będą powstawały niebezpieczne gazy zatruwające środowisko, a niekiedy zagrażające wybuchem,

* z komina będą wydobywały się kłęby gęstego dymu, co oznacza, że wiele produktów ulatujących kominem jest niespalonych,

* konieczne będzie stałe rusztowanie, aby zapewnić przynajmniej tę minimalną ilość powietrza do spalania,

* jako produkt spalania pozostanie bardzo duża ilość popiołu, w której poważną część będzie stanowił niespalony opał.

O tym, czy w procesie spalania będzie wymagana ilość powietrza decyduje nie tylko konstrukcja kotła, ale przede wszystkim instalacja kominowa, wytwarzająca odpowiedni ciąg kominowy, która zapewni wciąganie do paleniska dostatecznej ilości powietrza.

Komin – instalacja odprowadzania spalin

Podczas podłączenia kotła do komina należy skontrolować, czy komin będzie funkcjonował poprawnie, tzn. czy w prawidłowy sposób „odprowadzać” będzie powstałe podczas spalania spaliny. Przekrój poprzeczny komina nigdy nie powinien być mniejszy niż przekrój poprzeczny czopucha kotła. Wartość podciśnienia zwanego ciągiem kominowym powinna mieścić się w granicach podanych przez producenta kotła.

Ogólnie wiadome jest, że dużą rolę odgrywają opory przepływu, które obniżają efektywność komina. Kierunek przemieszczania się spalin z dołu ku górze nigdy nie jest prostoliniowy. Zawsze ma postać przepływu turbulentnego. Porównując przekroje okrągłe i prostokątne można stwierdzić, że wydajniejsze są kominy okrągłe ze względu na mniejsze opory związane z przepływem. Dzieje się tak nawet wtedy, gdy pole przekroju poprzecznego obu tych kanałów jest takie samo. Winne są narożniki kanału prostokątnego, w których to tworzą się dodatkowe zawirowania utrudniające przepływ spalin ku górze.

Sam komin decyduje również o stopniu doprowadzania (zasysania) powietrza do paleniska, co przekłada się na jakość samego spalania oraz emisyjność procesu. Aby komin mógł swobodnie zassać powietrze do paleniska, należy stosować wentylację nawiewno-wywiewną zgodnie z obowiązującymi normami.

Wentylacja – przykładowe wymagania

Wentylacja nawiewna w kotłowni do 25 kW – „w pomieszczeniu kotła powinien znajdować się otwór niezamykany o powierzchni co najmniej 200 cm2” – PN-89/B-10425.

Wentylacja wywiewna w kotłowni do 25 kW – „pomieszczenie kotła powinno mieć kanał wywiewny o przekroju nie mniejszym niż 14 x 14 cm, z otworem wlotowym pod sufitem pomieszczenia, wyprowadzony ponad dach i umieszczony obok komina. Otwór wlotowy do kanału wywiewnego powinien mieć wolny przekrój równy przekrojowi kanału. Kanał wywiewny i otwór wlotowy do niego nie mogą mieć urządzeń do zamykania. Stosowanie wentylacji wyciągowej mechanicznej jest niedopuszczalne” – PN-89/B-10425.

Jak stwierdzić wydatek komina?

Pomiary określające wartość ciągów kominowych mają kapitalne znaczenie w ocenie sprawności systemów kominowych zintegrowanych z urządzeniami grzewczymi. Producenci kotłów na podstawie przeprowadzonych certyfikacji podają wymagania dla ciągów kominowych. Tylko na podstawie pomiarów można określić, czy dana instalacja będzie pracowała prawidłowo, czy też należy przedsięwziąć odpowiednie kroki dla zagwarantowania wymaganych parametrów ciągu kominowego. Często zdarza się, że winą za nieprawidłową pracę kotła obarcza się producenta kotła, podczas gdy sprawcą jest niesprawny system kominowy. Tego nie da się jednoznacznie stwierdzić bez pomiarów podciśnienia (ciągu) w kanale kominowym.

Pomiaru ciągu można dokonać dowolnym przyrządem wskazującym pomiar w [Pa]. Dla przykładu posłużę się mikromanometrem MM500. Urządzenie jest małych gabarytów (patrz rysunek 1). Jest w stanie z dokładnością do 1 Pa podać wartość podciśnienia lub nadciśnienia. Biorąc pod uwagę sposób pomiaru oraz fakt, że o kilka paskali zmienia się wartość ciągu tylko podczas zmiany warunków zewnętrznych, należy stwierdzić, iż pomiar ww. urządzeniem jest bardzo precyzyjny.

Nowoczesne kotły, charakteryzujące się wysoką sprawnością, powiązane są z mocno wychłodzonymi spalinami. Kominy w takich systemach nie będą pracowały należycie ze względu na niskie temperatury spalin. Będzie to skutkowało między innymi dymieniem w kotłowni, niecałkowitym spalaniem opału oraz zaniżoną mocą kotła. W efekcie kocioł będzie nieekonomiczny i nieekologiczny. W takim przypadku należy skorzystać z pomocy służb kominiarskich, które zalecą bądź przebudowę komina lub zainstalowanie specjalnych środków wspomagających ciąg kominowy (np. wentylator wyciągowy spalin, który skutecznie odprowadzi spaliny i wytworzy duży ciąg kominowy).

Ciąg kominowy

W praktyce możemy spotkać kominy o zbyt małych ciągach kominowych, szczególnie wtedy, gdy budynek jest niski (np. parterowy) i posiada dużą powierzchnię użytkową. Rzeczywiście, kominy wytwarzają podciśnienie na poziomie 3 do 15 Pa (zabudowa parterowa), dopiero wysokie budynki wielokondygnacyjne mogą dać podciśnienie 20-40 Pa i to jeszcze w stanie silnego nagrzania komina. Certyfikaty zaś określają wymagane podciśnienie na poziomie 15 do 35 Pa. Wielkości te zależą od wielu czynników (mocy kotła, oporów przepływu kotła).

Mówiąc o ciągu naturalnym, będącym wynikiem różnicy temperatur (gęstości) pomiędzy wlotem a wylotem z komina, wartość ta często jest niższa niż wymagana. Co wtedy zrobić? Jednym z rozwiązań jest zastosowanie wentylatora wyciągowego spalin. Wentylator wyciągowy zapewnia dostateczny ciąg kominowy w każdych okolicznościach (niezależnie od pogody, usytuowania budynku, przekroju komina czy rodzaju opału).

Jako przykład wentylator wyciągowy WWSK instaluje się na wylocie spalin komina dymnego. Jest on posadowiony na silikonowych podpórkach tłumiących drgania napędu elektrycznego oraz jest uszczelniony poduszką z waty mineralnej. Nie wymaga przeprowadzenia żadnych prac budowlanych lub instalacyjnych w kotłowni. Oferowane często różne nasady kominowe bez wspomagania mechanicznego poprawiają tylko w nieznacznym stopniu wielkość ciągu kominowego (rzędu kilku Pa) i to wtedy, gdy wieją wiatry (akurat wtedy na ogół ciągi są poprawne).

Spaliny są zasysane otworem znajdującym się w podstawie wentylatora i obracającym się wirnikiem, a następnie wyrzucane na zewnątrz. Cały wentylator jest wykonany z blachy kwasoodpornej, co gwarantuje jego długą żywotność.

Dla wentylatorów do kotłów rusztowych zalecane jest stosowanie termometru bimetalowego w kanale kominowym, umożliwiającego kontrolę temperatury spalin. Celem tego jest ochrona konstrukcji wentylatora przed skutkami nadmiernego przegrzania, ochrona konstrukcji budowlanej komina przed pękaniem oraz zmniejszenie nadmiernej ucieczki ciepła przez komin – ograniczenie straty wylotowej kotła. Kabel przyłączowy jest prowadzony kanałem wentylacyjnym do kotłowni, gdzie poprzez sterownik lub ręczny regulator obrotów doprowadza się zasilanie do silnika wentylatora.

Stosowanie wentylatora wyciągowego spalin powoduje duży wzrost podciśnienia w kanale kominowym oraz komorze paleniskowej w każdych okolicznościach niezależnie od warunków atmosferycznych, jego geometrii i wysokości, wpływu otoczenia itd. Jest to równoznaczne ze znacznym powiększeniem ciągu kominowego. Można wymienić następujące korzyści:

* zaprzestanie dymienia i pylenia w kotłowni zwłaszcza w czasie rozpalania kotła oraz przy pracy kotła przy niskich parametrach – małej mocy,

* zapewnienie dostatecznego ciągu w takich okolicznościach jak: krótki komin (niska zabudowa),

* możliwość stosowania mniejszego przekroju komina (minimalna średnica 100 mm),

* możliwość regulacji wielkości ciągu, a przez to wpływanie na moc kotła i intensywność spalania (w skład wentylatora wchodzi elektroniczny regulator obrotów. Pokrętłem można ustawić obroty takie, jakie w danej chwili są potrzebne – fot. 2),

* umożliwienie spalania opałów o niskiej wartości kalorycznej,

* ograniczenie ilości popiołów oraz zmniejszenie zużycia opału poprzez całkowite jego spalenie,

* poprawa komfortu obsługi kotła dzięki rzadszej konieczności rusztowania.

Szacunkowe zużycie energii elektrycznej w skali jednego sezonu grzewczego wynosi około 100 kWh. W stosunku do korzyści uzyskiwanych w wyniku stosowania wentylatora, koszt ten jest mały. Samo zmniejszenie zużycia opału ocenia się na około 30% (w stosunku do kotłów z niewydolnym systemem kominowym).

Co do efektów ekologicznych, to ocena jest bezspornie pozytywna. Sam fakt spalania opału z dostateczną ilością powietrza i przy nominalnej temperaturze paleniska daje gwarancję całkowitego i zupełnego spalania. W tym tkwi źródło oszczędności opału, zmniejszenia ilości odpadów popiołu i znacznego zmniejszenia emisji szkodliwych substancji, zwłaszcza tlenku węgla (czadu).

Warto przy okazji podkreślić, że dzięki wentylatorowi z komina nie unosi się charakterystyczny gęsty dym, zatruwający otoczenie. Jest to ze wszech miar instalacja proekologiczna.

Aby spalanie odbywało się ekologicznie i ekonomicznie, tzn. z minimalną zawartością szkodliwych niespalonych gazów, proces spalania powinien być prowadzony w określonej temperaturze, np. drewno w temp. ok. 500oC, węgiel kamienny ok. 900 do 1000oC. Dzięki wentylatorowi wyciągowemu można również ochronić komin przed przedwczesną erozją i oblepianiem różnymi złogami wnętrza komina.

Ponieważ wentylator wyciągowy wytwarza bardzo duże podciśnienie, które w normalnych warunkach jest niepotrzebne, a nawet szkodliwe, można je ograniczyć, dostosowując do aktualnych potrzeb dwoma sposobami, tj. zmniejszając obroty wentylatora i równocześnie przymykając wszystkie wloty powietrza (w razie konieczności trzeba przeprowadzić uszczelnienie całego kotła, aby powietrze wlotowe do komory spalania było prowadzone jedynie kontrolowaną przysłoną), a osłabienie ciągu przeprowadzić przy pomocy fałszywego powietrza.

Pierwsza czynność zmniejsza pobór mocy wentylatora i nie dopuszcza do zbyt szybkiego rozpalania paleniska, druga nie dopuszcza do dalszego wzrostu temperatury po wyłączeniu wentylatora. Czynności regulacyjne są zależne od indywidualnych warunków u użytkownika kotła.

A co zrobić, gdy nasz komin wytwarza podciśnienie wyższe niż to, które potrzebne jest nam do poprawnej eksploatacji kotła? Zbyt duży ciąg kominowy może objawiać się między innymi podwyższoną temperaturą spalin oraz przegrzewaniem komina. Oznacza to, oczywiście, że wraz ze wzrostem temperatury spalin rośnie strata wylotowa. Tym samym maleje sprawność urządzenia oraz wzrasta zużycie opalu. Ciąg kominowy można ograniczać za pomocą regulatora ciągu typu klapowego z odważnikiem do regulacji uchyłu pracy. Cały proces polega na odpowiednim doprowadzeniu fałszywego powietrza powyżej czopucha kotła. Powiększenie objętości spalin o fałszywe powietrze umożliwia ograniczenie wyrywania spalin z kotła zgodnie z ciągłością strugi, ochłodzenie obmurza komina i jego osuszanie. Ilość doprowadzonego fałszywego powietrza zmniejszy wyrywanie spalin o tę sama ilość.

Przyczyny trucia

Dlaczego nadal zatruwamy siebie i naszą atmosferę?

1. Źle opalane kotły grzewcze (niepoprawne nastawy regulatora, nieodpowiednie paliwo).

2. Niewystarczające wyciągi spalin – kominy za słabe, nieodpowiedniej średnicy (przekroju) i/lub wysokości.

3. Niewystarczająca wentylacja nawiewno-wywiewna.

4. Brak wymagań dotyczących szczątkowej corocznej kontroli procesu spalania w postaci pomiaru emisji CO, jak to odbywa się w innych krajach.

Warto jeszcze wspomnieć o kardynalnym błędzie popełnianym przez użytkowników kotłów, polegającym na codziennym wygaszaniu kotła, w imię rzekomego oszczędzania opału. Nic błędniejszego! Każdorazowe wygaszanie kotła powoduje wychładzanie się budynku, który waży wiele dziesiątków ton. Ponowne nagrzanie tej masy murów w krótkim czasie procentuje: dużym zużyciem opału, przekraczaniem dopuszczalnych parametrów kotła, skracaniem jego żywotności oraz nieekonomicznym i nieekologicznym spalaniem.

Marcin Kupka, Andrzej Bulanda
Literatura:

* Materiały pomocnicze firmy BB Trinik s.c.: instrukcja obsługi wentylatora wyciągowego spalin typ WWSK, instrukcja obsługi mikromanometru typ MM500.

* PN-89/B-10425 „Przewody dymowe, spalinowe i wentylacyjne murowane z cegły. Wymagania techniczne i badania przy odbiorze”.

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij