Aktualne problemy z obsługą kotłów z automatycznym podawaniem paliwa (1). Spalanie pod kontrolą.

Dodatkowym utrudnieniem jest stan jakości oraz dostępność ekogroszku, przeznaczonego pierwotnie do kotłów retortowych.

Statystyki wykazują, iż najczęściej kupowanymi kotłami na paliwa stałe są kotły komorowe, tzn. klasyczne zasypowe, oraz kotły z automatycznym podawaniem paliwa, głównie retortowe. Dzięki prostej budowie oraz niskiemu stopniu zaawansowania w dodatkowe urządzenia pomocnicze, jak podajnik, wentylator nadmuchowy itp., kotły komorowe są wciąż cenione i mile widziane w kotłowniach. Problemem natomiast staje się obsługa tego kotła, która niestety wymaga stałego nadzoru. Dlatego właśnie dużą popularność wśród użytkowników odniosły kotły z automatycznym podawaniem paliwa, które nie wymagają stałego nadzoru, ale przeważnie nie są w pełni kotłami bezobsługowymi. O tym trzeba pamiętać! Konstrukcja oraz opcje regulatora kotła umożliwiają pozostawienie kotła na kilka dni bez specjalnego dozoru jego pracy. Kotły tego typu popularne są wśród osób młodych oraz przebywających większość czasu poza domem. W pełni zautomatyzowany regulator sterujący pompami, zaworami mieszającymi z siłownikiem czy termostatem pomieszczeniowym z pełnym systemem pogodowym sprawiają, iż kontrola nad uzyskiwanymi temperaturami wody instalacji grzewczej, ciepłej wody użytkowej czy temperatury w pomieszczeniu są niemal w 100% uzyskiwane zgodnie z naszymi oczekiwaniami. Wszystko to składa się na to, że ograniczamy straty ciepła wynikające z nadmiaru choćby i temperatury panującej w pomieszczeniu, co jest trudne do osiągnięcia w przypadku kotłów z ręcznym zasypem. Coraz częściej do kotłów komorowych stosowane są elektroniczne regulatory wyposażone w wentylator nadmuchowy. Opcja taka, oczywiście, daje więcej możliwości pod względem sterowania w porównaniu do klasycznego miarkownika ciągu, niemniej jednak nigdy nie będzie to tak zaawansowany stopień regulacji jak w przypadku kotłów z automatycznym, regulowanym małymi dawkami, dozowaniem paliwa.

Jakie paliwa wybieramy? Obecnie na naszym rynku najczęściej stosowane paliwa to węgiel kamienny, węgiel brunatny, różnego pochodzenia (często również importowany), miał, flot, oraz biomasa w postaci drewna, szczap drewna, peletów, trocin i ziaren zbóż (przede wszystkim owsa). Wciąż często stosowane jest również ogrzewanie gazowe, którego zastosowanie jest, niestety, w wielu przypadkach ograniczone z uwagi na dostępność sieci gazowych. Brak możliwości zastosowania tego typu ogrzewania obejmuje najczęściej nowo wybudowane domy usytuowane na uboczach miast. W miejscach zwanych „zielonymi osiedlami” dozwolone do zastosowania paliwa coraz częściej wykluczają opalanie węglem i paliwami węglopodobnymi. Pozostaje nam wtedy ogrzewanie gazowe bądź, jeśli nie ma do tego warunków, opalanie biomasą, najczęściej w postaci peletów drzewnych.

Przed wyborem sposobu ogrzewania oraz paliwa, a co za tym idzie – rodzaju i typu kotła, warto jest się zastanowić. Nie kierowałbym się jednak tylko ceną samego paliwa w zakupie, ponieważ niejednokrotnie może się to okazać zgubne bądź uciążliwe podczas eksploatacji kotła. Rozważając wybór, np. między opalaniem w postaci węgla kamiennego czy gorszego jakościowo paliwa, np. miału węglowego, należy wziąć pod uwagę kaloryczność paliwa wraz z zawartością popiołu oraz przeliczoną na ich podstawie krotność w ilości zużycia miału w porównaniu do zużycia węgla. W przypadku węgli w postaci ekogroszku najważniejszymi parametrami paliwa, na które należy zwrócić uwagę, są wartość opałowa podawana w MJ/kg, stopień spiekalności paliwa (liczba RI) oraz zawartość popiołu, która będzie wyznacznikiem ilości odpadu po spaleniu paliwa. Ten drugi parametr najczęściej nie jest brany pod uwagę, w związku z czym może być główną przyczyną niepoprawnego spalania, które ma najczęściej miejsce w kotłach retortowych, czyli przy szybkim spalaniu w wysokich temperaturach płomienia. Sytuację taką można po prostu nazwać złym doborem paliwa do kotła. Obowiązkiem każdego producenta kotła jest scharakteryzowanie dozwolonego paliwa do spalania w zależności od typu kotła oraz palnika. Informacje takie powinny być zawarte w instrukcji obsługi kotła.

Stosowanym w coraz większym zakresie paliwem są pelety drzewne. Ze względu na ich postać oraz w przybliżeniu stałą jakość (granulacja, kaloryczność) możliwości tego paliwa są bardzo duże. Do zalet peletów, w porównaniu do węgli, należy niska zawartość popiołu oraz łatwe sterowanie kotłem poprzez automatyczne rozpalanie oraz wygaszanie palników peletowych, jak i pełną modulację mocy palnika w zależności od zapotrzebowania na podgrzew systemu grzewczego. Automatyczny zapłon kotła, w specjalnie dedykowanych do tego palnikach na biomasę, eliminuje pracę w podtrzymaniu w momencie, gdy zadane temperatury na regulatorze oraz w pomieszczeniu są uzyskane zgodnie z naszymi oczekiwaniami. Czystość spalania peletów, dzięki niskiej zawartości popiołu w paliwie, tym samym brak szybkiego zanieczyszczania powierzchni grzewczych wymiennika kotła oraz wspomniana wcześniej automatyczna zmiana mocy palnika powodują, iż nawet pomimo niższej, w porównaniu do węgli, kaloryczności pelety stają się olbrzymim konkurentem paliwowym względem ekogroszku. Obecnie, biorąc pod uwagę pogorszoną jakość węgli, często o niżej kaloryczności niż na opakowaniu, np. 20-24 MJ/kg, oraz niecałkowitemu spalaniu wynikającemu ze spiekania węgla, warto rozważyć opcję opalania peletami. Zużycie opału bardzo dobrze wyregulowanego kotła na ekogroszek (niska temperatura spalin) o sprawności około 85% w nowo wybudowanym budynku, dobrze ocieplonym, o powierzchni ok. 130 m2 (przy temperaturze zewnętrznej -10oC) sięga 20-30 kg/dobę. W przypadku peletów ogrzewanie kotłem z modulacją mocy palnika budynku o podobnej kubaturze, przy tych samych warunkach zewnętrznych, będzie wahało się w granicach 25-30 kg/dobę (sprawność kotła około 88-90%).

Na rynku dostępne są paliwa stosowane w kotłach retortowych również w postaci węgli brunatnych oraz groszku miałowego. Należy liczyć się z tym, iż węgiel brunatny, w porównaniu do kamiennego, zawiera większą wilgotność, w związku z czym niższą wartość opałową, często poniżej 21 MJ/kg. Niemal to samo dotyczy groszku miałowego, którego kaloryczność jest także niższa wskutek dużej zawartości popiołu w paliwie.

Do spalania paliw stałych o dużej liczbie RI, w celu wydajniejszego procesu utleniania, zaleca się spalanie na retortach obrotowych. Ważnym elementem jest przygotowanie paliwa do spalania, wysuszenie węgla przed wsypaniem go do zasobnika kotła. Przy zakupie ekogroszku workowanego wystarczy otworzyć opakowanie i odstawić aż do momentu pełnego odparowania nadmiaru wilgoci. Mokry ekogroszek szkodzi elementom mało odpornym na korozję, np. podajnikom ślimakowym, wewnętrznej części zasobnika kotła.

Pomiary spalin oraz ciągu Mając wieloletnie doświadczenie na stanowisku konsultanta technicznego, mogę wyrazić swoją opinię, iż większość awarii zgłaszanych do serwisu spowodowana jest nieprawidłową regulacją samego procesu spalania. Wpływ na to mają przede wszystkim cztery parametry: dobór czasu podawania paliwa, przerwy między podawaniem paliwa, ilości podawanego przez wentylator powietrza do spalania oraz jakości paliwa. Dwa pierwsze parametry powinny być ustawiane proporcjonalnie do zapotrzebowania budynku na ciepło. Oznacza to, iż dla kotłów o mocy np. 25 kW, ogrzewających 130 m2 powierzchni domu, nie należy ustawiać mocy palnika 25 kW. W takim przypadku w zupełności wystarczy moc około 15 kW w zależności od stopnia docieplenia budynku oraz istniejącej instalacji grzewczej. Nastawa 15 kW obniży stratę wylotową (kominową), zmniejszając przy tym zużycie paliwa wskutek obniżenia mocy w stosunku do powierzchni grzewczej kotła. Nie można regulować palników również w taki sposób, by ogrzewać 200 m2 nieocieplonego budynku przy mocy palnika, np. 12 kW, ponieważ kocioł taki prawdopodobnie nie wejdzie w stan podtrzymania, będzie tylko „połykał” paliwo bez końca. Trzeci parametr, powietrze do spalania oraz jego regulacja, ma zapewnić spalanie całkowite i zupełne, czyli w pełni bez nadmiernego wytrącania się sadzy. Dobrze dobrana dawka powietrza zapewnia spalanie bez przesypywania na palniku oraz bez tworzenia się spieków czy kołnierza żużlu spowodowanego przekroczeniem temperatury mięknięcia popiołu danego paliwa.

Aby prawidłowo wyregulować kocioł, oprócz opcjonalnych nastaw czasów podawania i przerwy między podawaniem oraz tlenu do spalania, potrzebny jest pomiar temperatury spalin wraz z ciągiem kominowym wykonanym przez serwisanta. Pomiar temperatury spalin świadczy o ilości ciepła traconego przez kocioł poprzez instalację kominową. Nadmiar temperatury spalin względem wartości podanej w instrukcji obsługi przez producenta może być spowodowany zbyt dużą ilością tlenu potrzebnego do spalania lub dużym ciągiem kominowym (efekt wyrywania spalin). Oczywiście nie jest wykluczone, że temperatura spalin będzie niska, a kocioł będzie spalał dużo opału. Może być tak w sytuacji wychładzania kotła oraz spalin za kotłem, np. wskutek nieszczelności połączenia kotła z kołnierzem. Dlatego właśnie wymagany jest pomiar ciągu kominowego w celu oszacowania sytuacji. Pomiar temp. spalin jest nam również pomocny, gdy chcemy z grubsza dokonać oceny kaloryczności węgla. Gdy dla nastaw podanych przez producenta dla mocy maksymalnej, podanej dla typu kotła, temperatura spalin nie może osiągnąć minimalnej wartości opisanej w instrukcji obsługi urządzenia, to pomiar taki staje się „podejrzany”. Wówczas możliwości mogą być dwie, tzn. instalacja dobrze odbiera temperaturę od spalin do wody lub kaloryczność paliwa jest tak niska, że zalecane przez producenta nastawy nie będą w stanie uzyskać żądanej mocy.

Serwis Coraz bardziej rozbudowane programy regulatorów kotłów obsługują szereg urządzeń zewnętrznych, między innymi siłowniki jednego lub więcej zaworów mieszających czterodrogowych bądź trójdrożnych oraz termostaty pomieszczeniowe. Niestety podłączenie tych urządzeń pozostawia jeszcze wiele do życzenia. Stopień komplikacji niekoniecznie idzie w parze z podnoszeniem przez serwisantów swoich kwalifikacji na szkoleniach. Uruchamiając kocioł z zaworem mieszającym, trzeba posiadać wiedzę w zakresie pracy zaworu czterodrogowego sterowanego siłownikiem. Istnieje kilka warunków, przy których siłownik zaworu mieszającego będzie w sposób wymuszony przez kocioł otwierał się czy zamykał. Przykładowo, na zamykanie zaworu (siłownika) ma wpływ zbyt niska temperatura powrotu względem zadanej przez serwisanta (opcja ochrony kotła), osiągnięcie wymaganej temperatury w pomieszczeniu czy zadanej temperatury instalacji grzewczej. Otwieranie siłownika zwykle będzie się odbywać w momencie potrzeby grzania instalacji lub w przypadku awaryjnego wyrzutu ciepła na instalację (w sytuacji przekroczenia alarmowej temperatury kotła, co zwykle jest rzadkim przypadkiem). Raczej częściej zdarzyć się to może podczas opalania w trybie ręcznym w kotłach dwupaleniskowych typu Duo.

Powracając jeszcze do paliw kiepskiej jakości, o dużej liczbie RI lub niskiej kaloryczności, trzeba wyjaśnić jak należy sobie radzić w sytuacji powstawania niepożądanego żużlu lub braku temperatury na kotle. Zadawszy na regulatorze nastawy czasów podawania paliwa, kolejnym krokiem jest dobór powietrza – minimalnej ilość dla poprawnego pełnego spalania. Ale co zrobić, gdy dla określonych nastaw podczas regulacji palnika węgiel zamienia nam się w żużel? Nie ma na to innej metody, jak obniżenie temperatury płomienia poprzez zmniejszenie mocy palnika. Obniżenie mocy uzyskujemy, zmniejszając dawkę paliwa, wydłużając przerwę między podawaniem oraz koniecznie ujmując powietrze do spalania. Na każdy 1 kg paliwa przypada określona dawka powietrza, np. dla węgli o kaloryczności 27 MJ/kg teoretyczne zapotrzebowanie na powietrze wynosi około 7 m3n/kg. W przeciwnym razie spora część węgla, w postaci żużlu bądź spieków na palniku, wyląduje w popielniku nie jako popiół, lecz jako odpad. Dla paliw małokalorycznych, o prawidłowej liczbie RI, w celu podniesienia mocy palnika zaleca się skracać przerwę między podawaniem paliwa do momentu otrzymania prawidłowej mocy na palniku. Mówi się o nastawach, że trzeba regulować czasy podawania 1/3 lub 1/5. Nic bardziej zgubnego. Ilość podawanego paliwa zależy od prędkości zastosowanego motoreduktora oraz gabarytów układu podającego (ślimak, rura podajnika), gdyż to decyduje o ilości podawanego paliwa w jednostce czasu, czyli mocy wyprodukowanej podczas spalania podanego na palnik paliwa. Podawanie paliwa powinno być jak najkrótsze. Moc palnika musi być odpowiednio dobrana do typu kotła oraz powierzchni grzewczej budynku. Prawidłowo wyregulowany palnik kotła objawia się dobrym spalaniem (brak przesypu na palniku), niską temperaturą spalin (ale powyżej 130oC na pełnej mocy kotła) oraz szybkim wzrostem temperatury kotła, nie przekraczającym 5 min dla 1oC więcej. Dla niskich temperatur kotła (po rozruchu) po rozpaleniu wzrost taki będzie szybszy, np. w granicach 1oC/1 min.

Na rynku pojawiają się również regulatory, które nie wymagają ingerencji w nastawy użytkownika lub serwisanta. Takie programowanie regulatorów na „sztywno”, z małą korektą pracy samego regulatora poprzez sprzężenie zwrotne, jest czasem bardzo zgubne. Jakiś czas temu zostałem poproszony o konsultację pewnego kotła w sprawie jakości spalania, które nie było zadawalające. Niemiły zapach oraz nadmiar pyłu unosiły się po kotłowni. Na pytanie zadane producentowi regulatora, jak można regulować choćby ilością powietrza do spalania, nie mówiąc o jakiejkolwiek innej modyfikacji czasów podawania, odpowiedziano mi, iż należy dosypać i zmieszać z miałem obecnie spalane paliwo. Rozumiem zamysł producentów kotłów (regulatorów), by dążyć do wygody dla użytkownika. Ale przy tak skromnie dostępnej regulacji zadowolonym użytkownikiem będzie tylko ten, który opalać będzie paliwem zbliżonym do paliwa używanego podczas badań kotła. Stąd też wnioskuję, znając dostępność naszych węgli na rynku, że nie jest w 100% możliwe dobranie na „sztywno” nastaw palnika dla prawidłowego spalania. W opcjach regulatora powinna pojawić się korekta parametrów (przynajmniej ilości powietrza do spalania).

Kominy i wentylacja nawiewno-wywiewna Ostatnimi elementami, na które warto zwrócić uwagę, są systemy odprowadzania spalin. Do głównych zadań komina należy odprowadzenie spalin na zewnątrz budynku oraz doprowadzenie powietrza do paleniska potrzebnego do spalania paliwa. Powietrze do komory paleniskowej dostarczane jest poprzez podciśnienie wytwarzane właśnie przez komin. Oczywiście, aby komin mógł zassać powietrze do spalania, wymagana jest instalacja nawiewna w postaci niezamykanego otworu o powierzchni co najmniej 200 cm2, umiejscowionego na wysokości do 0,5 m od podłoża posadzki (dla mocy kotłów do 25 kW). Pomieszczenia kotłowni powinny mieć również kanał wywiewny o przekroju nie mniejszym niż 14 x 14 cm, z otworem wlotowym pod sufitem pomieszczenia, wprowadzony ponad dach i umieszczony koło komina. Podłączanie kotłów komorowych oraz kotłów z automatycznym podawaniem paliwa do instalacji kominowych bez nawiewu, czyli doprowadzenia świeżego powietrza, może być powodem nieprawidłowego spalania paliwa, któremu towarzyszyć będzie nieprzyjemny zapach oraz powstawanie tzw. wstecznego ciągu. Podczas eksploatacji kotła są to sytuacje bardzo groźne, których zdecydowanie należy unikać. Niedopuszczalne jest opalanie kotłem z przytkanym nawiewem, nawet podczas niskich temperatur panujących na zewnątrz. Pretekst, że nawiew wychładza kotłownię usytuowaną na piętrze mieszkalnym czy piwnicę, jest słabym argumentem w porównaniu do mających miejsce przypadków zaczadzenia się tlenkiem węgla. Przypominam, iż tlenek węgla (czad) jest gazem bezbarwnym, bezwonnym i niedrażniącym, a wykrywalnym jedynie poprzez czujniki, detektory czadu.

Wyjaśnijmy jeszcze dobór kominów, który daje wiele do myślenia. Częstym źródłem problemów z kotłami jest wydymanie spalin z kotła wskutek niewystarczającego ciągu kominowego lub zbyt dużego zdławienia wylotu spalin z kotła poprzez fabrycznie montowany szyber lub zanieczyszczenia w kanale kominowym. Minimalne średnice kanałów kominowych oraz przybliżone wysokości zwykle podaje producent kotłów. Jeśli tego nie podaje, to na pewno opisuje wymagane do poprawnej pracy kotła podciśnienie w postaci ciągu kominowego. Na podstawie ciągu oraz średnicy można dobrać roboczą wysokość komina.

Innym problemem jest zbyt duży ciąg kominowy. Głównie w nowo powstałych budynkach instalowane są wkłady kominowe o średnicy 200-220 mm, które wytwarzają często zbyt duże podciśnienie w stosunku do potrzeb. Dla domków o powierzchni np. 150-200 m2, gdzie do ogrzania wstawiony jest kocioł o mocy 12-25 kW, wylot spalin kotła zwykle nie przekracza Ø 160 mm (maksymalnie Ø 180 mm). Spaliny są wówczas z takiego kotła wręcz wyrywane, co często objawia się większym zużyciem paliwa. Klient jest niezadowolony i zdziwiony kosztami ogrzewania. Ale czy ktoś dobierał komin do potrzeb kotła? To pytanie zostawiam bez odpowiedzi. Taka sytuacja przewymiarowanego komina jest często opisywana na różnego rodzaju forach internetowych. Jednak na zapytanie użytkownika, jaka jest temperatura spalin, zwykle pada odpowiedź – nie wiem. Tylko taki pomiar jest w stanie pomóc podczas szacowania stanu pracy kotła.

Do ograniczania ciągów kominowych służą wszelkiego rodzaju regulatory ciągu typu klapkowego z odważnikiem. Działanie takiego regulatora jest bardzo proste, komin, zamiast tylko wyrywać spaliny z kotła, zasysa dodatkowo powietrze z kotłowni (tzw. fałszywe) w celu zmiany prędkości wylotu spalin z samego kotła. Tym oto sposobem spaliny mają większe szanse na oddanie ciepła w korpusie kotła poprzez wydłużenie czasu pobytu w samym wymienniku kotła.

Marcin Kupka
Zobacz artykuł w wersji pdf pdfpdf

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