Z procesem tym nieodłącznie związane są straty ciepła,
Zobacz artykuł w wersji pdf
z którymi prowadzimy nieprzerwaną walkę już od pierwszego rozpalenia kotła.
Nadmiar powietrza Do spalania potrzebny jest tlen. Na nasze nieszczęście dysponujemy tylko tlenem zawartym w powietrzu, gdzie jest go jedynie 21%. Pozostałe 79% to balast, który nie bierze udziału w procesie spalania, natomiast ogrzewa się od temperatury otoczenia (z 
taką temperaturą wchodzi do kotła) do temperatury spalin wylotowych, będąc pierwszym i nieuniknionym źródłem strat ciepła wyprodukowanego w palenisku (tzw. strata kominowa). W dodatku do spalenia paliwa stałego w kotle niezbędne jest dostarczanie tego powietrza w nadmiarze w stosunku do tzw. ilości stechiometrycznej, czyli wynikającej teoretycznie z podstawowego równania reakcji chemicznej spalania C + O2 = CO2. Praktycznie współczynnik nadmiaru powietrza dla interesujących nas kotłów małej mocy oscyluje w okolicy λ = 2, czyli do spalania paliwa w palenisku trzeba doprowadzić około dwa razy więcej powietrza, niż wynika to z zapotrzebowania teoretycznego. Zatem już z założenia tracimy kilka procent energii z paliwa, bez możliwości jakiejkolwiek reakcji zapobiegawczej.
Straty Następne źródło strat to sam proces spalania. Niestety w kotłach węglowych nie da się spalić paliwa w 100%. Zawsze jakaś ilość niespalonych stałych części palnych przepadnie do popiołu (tzw. strata niecałkowitego spalania), a także zawsze jakaś ilość niespalonych gazowych części palnych pozostanie w spalinach wylotowych z kotła (tzw. strata niezupełnego spalania). To kolejne kilka procent strat energii z paliwa. Nie jesteśmy w stanie temu zapobiec.
Wyprodukowane w procesie spalania ciepło musi zostać przekazane wodzie, która przeniesie je do grzejników zainstalowanych w ogrzewanych obiektach. Ten proces realizowany jest w wymienniku ciepła, który generuje kolejne straty sprawności kotła. Najbardziej istotnym czynnikiem operacyjnym, wpływającym na efektywność procesu wymiany ciepła, jest stan powierzchni wymiennika, na który użytkownik/operator może wpływać poprzez sposób eksploatacji kotła. Powierzchnie wymiennika korodują (są zrobione z żelaza) oraz zarastają produktami spalania (pyły, sadza, wykroplone substancje smołowe). Zjawiska te występują niezależne od woli operatora kotła, jednakże niepoprawne spalanie paliwa w palenisku i komorze spalania, zbyt niskie temperatury spalin i wody oraz nieregularne i zbyt rzadkie lub niedokładne czyszczenie powierzchni wymiennika znacząco intensyfikują ich niekorzystny wpływ, prowadząc – w mniejszym lub większym stopniu – do narastania skutków nieodwracalnych. Kamień kotłowy i narosty pyłowo-smołowe mają współczynniki przewodzenia ciepła kilkadziesiąt razy mniejsze od stali czy żeliwa, toteż sprawność kotła maleje w trakcie eksploatacji, szczególnie szybko w przypadku naruszania jej zasad.
Teoretycznie i efektywnie Niezbędne jest rozróżnienie sprawności teoretycznej kotła od jego sprawności efektywnej.
* Sprawność teoretyczna jest to sprawność uzyskana w badaniach atestacyjnych nowego (nieużywanego wcześniej) kotła, wykonanych na specjalnym stanowisku badawczym, w warunkach trwałej pracy kotła z mocą nominalną. W trakcie tych badań kocioł jest regulowany i prowadzony przez pracowników badawczych o dużym doświadczeniu praktycznym, z wykorzystaniem specjalistycznej aparatury kontrolno-pomiarowej.
* Sprawność efektywna kotła jest to sprawność uzyskana w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych.
W warunkach eksploatacyjnych kocioł niezmiernie rzadko pracuje z mocą nominalną. Rzeczywista moc, z jaką pracuje kocioł w danym okresie, wynika z aktualnego zapotrzebowania (odbioru) ciepła przez ogrzewane obiekty. Zapotrzebowanie to w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych jest silnie zmienne, w zależności nie tylko od warunków pogodowych, ale także od trybu życia i upodobań użytkowników ogrzewanych obiektów. Efektywne parametry pracy kotła, uzyskane w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych, są zawsze gorsze od teoretycznych, uzyskanych w badaniach atestacyjnych. Wpływają na nie zmienne warunki pracy kotła, wahania jakości paliwa, umiejętności technologiczne obsługi kotła itp.
Badania W tabeli przedstawiam przykładowe wyniki badań atestacyjnych kotła retortowego nowej generacji o mocy nominalnej 16 kW oraz wyniki badań eksploatacyjnych tego samego kotła po okresie jednego miesiąca eksploatacji. W trakcie badań eksploatacyjnych kocioł był sterowany ręcznie przez badacza oraz sterownikiem automatycznym eCoal.pl.
Zasoby dokumentacji z badań efektywności pracy kotłów w warunkach zmiennej mocy i zmiennej jakości paliwa są znikome. Branża kotlarska dotychczas tylko sporadycznie zlecała badania tego rodzaju, zadowalając się świadectwami badań atestacyjnych na „znak bezpieczeństwa ekologicznego”, które dają istotne korzyści marketingowe, gdyż urzędy i instytucje dysponujące środkami pomocowymi na realizację przedsięwzięć proekologicznych opierają swoje decyzje właśnie na wynikach tych badań. Dzięki temu użytkownicy, którzy nabyli kotły z pozytywnym atestem IChPW, mogą otrzymać zwrot części kosztów poniesionych na zakup kotła.
dr inż. Jacek Zawistowski
