ABC instalacji z kotłami na paliwa stałe. Ekologia i ekonomia

Dlaczego kocioł, a ściślej mówiąc cała instalacja grzewcza, która przeszła badania w akredytowanym laboratorium tak naprawdę nie jest ekologiczna? Taką tezę można śmiało postawić, ponieważ większość aktualnie pracujących kotłów ma już certyfikaty, a dymu za wiele nie ubyło. Nie twierdzę, że nie ma poprawy, ale powinno być znacznie lepiej.

Jeżeli wczytać się w dane techniczne kotła, a jeszcze lepiej w sprawozdania z badań, to powinno być super! Dlaczego tak nie jest? Badania kotła były wykonywane w warunkach, które są nie do powtórzenia w rzeczywistości. Stanowisko badawcze jest wyposażone w optymalny system odprowadzenia spalin, wykonany perfekcyjnie. Zazwyczaj taki komin jest wspomagany specjalnym wentylatorem z regulowaną wydajnością, za pomocą którego dobiera się wymaganą wielkość podciśnienia kominowego. Paliwo jest też najlepszego gatunku i aby uzyskać efekt ekologiczny utrzymuje się w czasie prób optymalną temperaturę itd. Tego w rzeczywistych kotłach nie jesteśmy w stanie uzyskać, bowiem sytuacja w palenisku jest bardzo dynamiczna i nie da się w pełni przewidzieć, jak przebiega spalanie opału. Stąd wątpliwości, czy taki kocioł jest ekologiczny. Skoncentrujemy się na elemencie, który w całym systemie pełni kluczową rolę i jest odpowiedzialny za całkowite, czyli ekonomiczne i ekologiczne spalanie. Tym parametrem jest temperatura spalania opału w komorze paleniska.

Wiadomo, że aby mogło się palić, trzeba trzech rzeczy: opału, powietrza i temperatury. Od tej temperatury zależy przebieg procesu spalania. Aby spalanie odbywało się całkowicie i nie pozostawiało resztek niespalonego opału oraz by nie ulatywał kominem dym, który jest oznaką niecałkowitego spalania, trzeba palenisku, a dokładniej każdej cząstce opału zapewnić odpowiednią temperaturę (dla węgla około 1000oC). Tę temperaturę wytwarzamy i utrzymujemy poprzez odpowiednie dozowanie opału i powietrza. Do tego służą sterowniki, które to regulują procesem spalania. Jeżeli założymy, że ekologia jest najważniejsza, to priorytetem jest temperatura w palenisku. I tak powinny być zorientowane procesory sterowników.

Nie bez znaczenia są rozwiązania konstrukcyjne samej komory spalania. Otóż aby spełnić kryterium ekologiczne, w palenisku nie mogą znajdować się elementy wychładzające spalanie. Powinno się unikać rusztów wodnych i płaszcza wodnego, a w zamian palenisko obudować kształtkami żaroodpornymi z izolacją zewnętrzną. W ten sposób łatwo uzyska się i utrzyma żądaną temperaturę. Zaś oddawanie ciepła powinno odbywać się w specjalnym wymienniku już poza komorą spalania.

Powyższe uwagi nie dotyczą w zasadzie kotłów z paleniskiem retortowym, pod warunkiem że na retorcie będzie utrzymywana temperatura optymalna dla procesu spalania ekologicznego. Ta temperatura jest szczególnie ważna w czasie odgazowywania węgla i tak powinien być ustawiony procesor sterownika, aby ten cykl nie został przerwany i doprowadzony do końca.

Nasuwa się pytanie: jak regulować mocą kotła i jednocześnie utrzymywać wysoką temperaturę spalania? Wiadomo, że są okresy, gdy zapotrzebowanie na ciepło jest ograniczone i odwrotnie, gdy aura serwuje niskie temperatury, wtedy należy operować maksymalną mocą. Aby utrzymać parametry ekologiczne, należałoby palić stale „na pełny gaz” i byłoby to marnotrawstwo. Niestety do tej pory nie opracowano jeszcze kotłów z regulowaną mocą cieplną z zachowaniem ekologicznych parametrów. Regulacja odbywa się z reguły ograniczeniem dopływu powietrza do komory spalania, a to jest najgorszy sposób, gdyż w dymach pojawiają się substancje, które są wynikiem niedopalenia opału. Głównym składnikiem jest tlenek węgla (czad), sadza, pyłki węgla unoszone przez dymy. Dodatkowo na wewnętrznej powierzchni komina osadzają się różne smoły i wilgoć zmieszana z sadzą, które powodują przyspieszoną erozję materiałów budowlanych oraz często katastrofalne pożary komina.

Jest kilka sposobów, aby się przed tym uchronić. Jednym ze sposobów jest stosowanie zbiornika buforowego, w którym akumulowałoby się nadmiar wytworzonego ciepła. Palenie odbywa się cyklicznie z przerwami do czasu, aż będzie potrzebna pełna moc kotła. Częstotliwość gaszenia i ponownego rozpalania zależy od pojemności buforu. Z praktyki wiadomo, że taki zbiornik dla przeciętnego domu jednorodzinnego nie może być mniejszy aniżeli 2000 l. Im większy, tym lepszy – cykle będą rzadsze.

Drugim sposobem, najtańszym i najprostszym, jest ograniczenie wymiarów paleniska poprzez wyłożenie rusztu kształtkami szamotowymi. Palenie będzie się odbywało na mniejszej przestrzeni, ale przy pełnej temperaturze spalania ekologicznego. W miarę jak zapotrzebowanie będzie rosło, kształtki będą sukcesywnie usuwane. Czynności te można wykonywać przy okazji czyszczenia paleniska z nagromadzonych popiołów.

Wypada wspomnieć o elemencie, który „napędza” ten cały proces, a mianowicie o kominie. Z jednej strony chcielibyśmy, aby kocioł był maksymalnie ekonomiczny, tzn. aby wyprodukowane ciepło w palenisku w całości zostało przekazane do instalacji grzewczej, a z drugiej – potrzebny jest „porządny” ciąg kominowy. Energia w postaci ciepła może być przekazana do wody obiegowej jedynie kosztem obniżenia temperatury spalin, a co za tym idzie – osłabieniem ciągu kominowego. Dla przypomnienia: wartość podciśnienia w kominie (ciąg kominowy) zależy bezpośrednio od temperatury spalin.

Współczesne kotły, a chodzi właśnie o ekonomiczne, ze sprawnością powyżej 80%, niemal całe „wyprodukowane” ciepło w procesie spalania opału oddają wodzie, która rozprowadza je po ogrzewanym obiekcie. Do komina ulatuje zwykle niewielka część tego ciepła. I bardzo dobrze! Tylko aby uzyskać odpowiedni ciąg kominowy (różnicę ciśnień), trzeba, aby spaliny miały wysoką temperaturę. I tu mamy sprzeczność! Z jednej strony mamy schłodzone spaliny, bo ekonomia, a z drugiej – trzeba gorących spalin, aby wytworzyć dobry ciąg.

Niedobory ciągu kominowego sięgają niekiedy 100 Pa. Zimny komin to około 5-7 Pa (dlatego się kopci przy rozpalaniu). Po nagrzaniu mamy 20-30 Pa. Czy to wystarcza? Gdy ruszt w palenisku nie jest jeszcze zawalony popiołem, to potrzeba 30 Pa, ale po dłuższym paleniu, gdy na ruszcie zalega spora warstwa popiołu i niespalonego opału, to nawet 80 Pa nie wystarcza. Te dane są bardzo przybliżone, ponieważ nie uwzględniają wielu innych czynników wpływających na wartość ciągu, takich jak: wysokość komina, jego przekrój, usytuowanie i warunki zewnętrzne. Jedno jest pewne – wychłodzone spaliny ciągu nie dają.

W tej sytuacji trzeba uciec się do innych środków, które zapewnią odpowiednie parametry komina. Najlepszym rozwiązaniem jest wytworzenie sztucznego ciągu kominowego. W zawodowych kotłowniach przemysłowych jest to rozwiązanie standardowe, dlaczego zatem nie zastosować go w przypadku małych kotłowni domowych?

W handlu dostępne są różne urządzenia dla rozwiązania tego problemu. Ważne jest, aby producenci i dystrybutorzy określali, jakie parametry mają te konstrukcje. Istotne jest, aby wartości wytwarzanego ciągu mogły być regulowane (ile minimum, a ile maksimum Pa, jakie moce kotłów można tym obsługiwać, jaka jest wartość przepływu spalin itd.). Wszystko to pozwala dobrać odpowiednie rozwiązanie dla danej kotłowni. Najlepszy i jednocześnie najbardziej uniwersalny jest bezpośredni wyciąg spalin napędzany mechanicznie, np. silnikiem elektrycznym, który daje duże podciśnienie i instalowany jest na wylocie komina (podmuch nie jest dobrym rozwiązaniem w przypadku niedostatecznego ciągu naturalnego, ponieważ nieszczelnościami w połączeniach i obmurzu wydostają się dymy, pyły i gazy). Rozwiązania oparte na napędzie od siły wiatru działają tylko wtedy, gdy wieje wiatr. A gdy jest cisza, wtedy zwykle nie chce się palić i co wtedy? Ponadto wzrost podciśnienia uzyskiwany tym sposobem jest znikomy.

Reasumując, dobry kocioł to kocioł ekologiczny i ekonomiczny z właściwą temperaturą spalania, ale często potrzebne jest wspomaganie ciągu kominowego. Coś za coś!

Andrzej Bulanda

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