Regulacja mocy kotła

Regulacja mocy kotła

Ciąg na wyciąg
(spalin)

 

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.

Spalanie w komorze 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 1000^oC). 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.

Jak regulować moc? 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.

Zastosuj bufor... 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.

...a może kostkę? 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.

Co z kominem? 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 pojawiły się 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
Źrodło:
"Magazyn Instalatora"
http://www.instalator.pl
Luty 2012