Dążenie producentów do oferowania kotłów spełniających warunki ekoprojektu io najwyższej sprawności prowadzi do obniżenia temperatury spalin. Wiąże się to ze zwiększonym ryzykiem tworzenia się smoły, ponieważ niska temperatura spalin może nie być wystarczająca do wytworzenia wymaganego ciągu kominowego, pogarszają się warunki spalania. Konsekwencją niedoskonałego spalania jest powstawanie substancji smolistych, których osiadanie wspomagane jest przez kondensat, który powstaje przy spadku temperatury spalin poniżej punktu rosy. Pojawienie się sytuacji problemowej przemawia za zlekceważeniem konieczności weryfikacji przydatności istniejącej ścieżki spalin dla potrzeb nowego kotła.
Dzięki dotacjom rządowym wzrosła również liczba nowych, zwłaszcza automatycznych kotłów na paliwa stałe (drewno, pelety, węgiel kamienny i brunatny) w gospodarstwach domowych.
Celem tych programów dotacji jest zmniejszenie zanieczyszczenia powietrza z małych źródeł spalających paliwa stałe. Dotacje przeznaczone są na wymianę starych nieekologicznych kotłów na ręczną aplikację na nowe, niskoemisyjne kotły.
Istnieje wiele obsługiwanych kotłów, preferowane są kotły, które teoretycznie wytwarzają najmniej szkodliwych emisji, które są obecnie kotłami spełniającymi wymagania dyrektywy w sprawie ekoprojektu.
Chociaż ten ekologiczny program ma na celu poprawę stanu powietrza, to jednak eksploatacja tego typu kotłów powoduje problemy z smołą w ścieżce spalin, co stwarza potencjalne ryzyko ograniczenia funkcjonalności drogi spalin, co może prowadzić do pożaru przez zapłon smoły.
Główną przyczyną smolowania komina jest głównie niedoskonałe spalanie materiałów palnych w związku ze stosunkowo wysokim punktem rosy spalin w stosunku do temperatury spalin w kotłach, które osiągają wysoką sprawność, ale temperaturę spalin na króćcu spalin jest stosunkowo niski. Gdy temperatura spalin spada poniżej punktu rosy, w kominie tworzy się kondensat, który w obecności węgla i węglowodanów zawartych w spalinach tworzy mieszaniny i związki, zwane ogólnie smołą. Zwiększa się ilość resztkowego węgla i węglowodanów, zwłaszcza gdy dopływ powietrza (tlenu) do spalania jest nieprawidłowy.
1. Problem – TEMPERATURA SPALIN
Producenci kotłów oprócz ograniczania emisji muszą także zwiększać sprawność kotłów, jeśli mają osiągnąć parametry pozwalające na zaklasyfikowanie swoich produktów jako dotowanych obiektów ekoprojektu, co najłatwiej osiągnąć poprzez obniżenie temperatury spalin i zmniejszenie zużycia paliwa.
Sprawność kotłów jest w zasadzie zdeterminowana stosunkiem włożonej w nie energii i energii z niej uzyskanej. Oznacza to, że spalając w kotle 1 kg drewna w idealnych warunkach, teoretycznie można uzyskać około 4 kWh energii cieplnej. Przy wydajności na przykład 85% praktycznie uzyskuje się mniej niż 3,4 kWh. Różnica 15% to straty.
Istnieje kilka rodzajów strat, ale w przypadku kotłów za najistotniejsze można uznać stratę przez oddawanie ciepła do otoczenia oraz stratę przez ciepło jawne spalin (stratę kominową). Straty poprzez oddawanie ciepła do otoczenia można zminimalizować poprzez zaizolowanie kotła, dzięki czemu strata kominowa pozostaje decydująca. Praktycznie najczęściej określa się to poprzez pomiar zawartości O 2 lub CO 2 w spalinach oraz na podstawie różnicy temperatur spalin i powietrza wlotowego. Oczywiste jest, że obniżenie temperatury spalin jest ważnym sposobem na zwiększenie sprawności kotła, a cel ten jest osiągany przede wszystkim poprzez konstrukcję kotła, a w drugiej kolejności poprzez regulację dopływu powietrza i paliwa.
I tu pojawia się zasadniczy problem, ponieważ, mówiąc prościej, im niższa temperatura spalin, tym większe ryzyko powstania kondensatu w kominie, a w połączeniu z mniej doskonałym spalaniem, komin zostanie następnie zatkany smołą. Ważnym warunkiem redukcji smoły jest to, aby temperatura spalin na całej długości ścieżki spalin była wyższa niż punkt rosy spalin wytworzonych z danego paliwa, przy czym najniższą temperaturą punktu rosy ma pelet (ok. 35°C). C), w dalszej kolejności następuje kawał drewna (ok. 45°C). ) a węgiel ma najwyższą temperaturę punktu rosy, w zależności od zawartości siarki (temperatura punktu rosy węgla może wynosić do 150°C – patrz wykres 1). Jeżeli ścianka ścieżki gazów spalinowych jest w pewnym miejscu niewystarczająco izolowana, wewnętrzna powierzchnia ochładza się poniżej punktu rosy gazów spalinowych i tworzy się kondensacja. Wtedy to tylko kwestia czasu, zanim zacznie się tworzyć smoła.
Jednocześnie znacznie pogarsza się sytuacja ze spalaniem węgla, ze względu na zawartość siarki (ok. 0,5 – 2%). Siarka wchodząca do procesu spalania z jednej strony w sposób niepożądany podwyższa punkt rosy spalin, ale jednocześnie po wtórnym utlenieniu do SO 3 i reakcji z parą wodną H 2 O tworzy kwas siarkowy H 2 SO 4 . To z kolei ma fatalnie niszczący wpływ na całą drogę spalin, począwszy od wymiennika kotła, ponieważ kondensacja kwasu siarkowego zachodzi już w okolicach 160°C.
Przy wymianie kotła warunki dofinansowania nie wymagają wprost oceny nowopowstałego układu pod kątem drogi spalin. Prowadzi to do tego, że problem kompatybilności starej ścieżki spalin z nowo instalowanym kotłem często nie jest rozwiązany, chociaż należy go rozwiązywać zgodnie z obowiązującym rozporządzeniem. Ze względu na to, że w większości przypadków stare programy, które były podłączone do oryginalnego komina murowanego są wymieniane w ramach programów dotacyjnych, najczęściej spotykanym rozwiązaniem jest pozostawienie oryginalnego komina w stanie niezmienionym lub po prostu wyłożenie go wkładem ze stali nierdzewnej i podłączenie nowego kocioł do takiego zrekonstruowanego komina. Jednak zrealizowana w ten sposób droga spalin generalnie nie jest odpowiednia z punktu widzenia eksploatacji, zwłaszcza dla kotłów węglowych, ponieważ komin murowany (z wkładem lub bez) nie ma wystarczającej odporności termicznej (ok. 0,25 m 2.K / W) i spaliny za bardzo się ochłodzą. Zatem nawet jeśli kocioł pracuje w trybie pełnym (na najwyższej mocy) i zostanie osiągnięta deklarowana przez producenta temperatura spalin (np. 130°C), to przynajmniej w zewnętrznej części komina temperatura spalin będzie prawdopodobnie poniżej punkt rosy spalin, kondensacja i stopniowa degradacja konstrukcji komina aż do jej rozpadu.
Wykresy 2 i 3 pokazują konkretne przykłady, gdzie w kotle o deklarowanej temperaturze spalin na szyjce 130°C spalany jest w pierwszym przypadku węgiel kamienny, a w drugim kawał drewna. W przypadku spalania drewna kawałkowego, temperatura spalin przy ujściu komina jest nadal wyższa od punktu rosy spalin, pomimo tego, że stan temperaturowy pogarsza się poprzez zwiększenie efektywnej wysokości komina. W przypadku spalania węgla kamiennego temperatura spalin przy ujściu komina nigdy nie osiąga temperatury punktu rosy spalin węglowych i oczywiście stan temperatury również pogarsza się wraz ze wzrostem komina. W obu przypadkach do obliczeń uwzględniono wkład stalowy DN160 w jednowarstwowym kominie murowanym oraz stalowy czopuch. Warunki spalania węgla brunatnego zależą od zawartości siarki, która w granicach dopuszczalnego limitu dla tego rodzaju paliwa może się znacznie różnić.
Dla uproszczenia w obliczeniach uwzględniono tylko stan ustalony, kiedy kocioł pracuje stabilnie z pełną mocą, czyli stan możliwy do osiągnięcia w praktyce tylko w części pracy. Zwłaszcza jeśli kocioł nie pracuje z podtrzymaniem energii w zasobniku, użytkownik zazwyczaj reguluje zapotrzebowanie na energię ilością spalonego paliwa. Kocioł pracuje wtedy przez część czasu pracy w trybie zmniejszonej mocy lub w trybie podtrzymania, dodatkowo z częstymi cyklami rozruchu i dobiegu, kiedy temperatura spalin jest daleka od maksymalnej pracy i dlatego może również wystąpić kondensacja.
Rozwiązaniem warunku temperatury jest:
- zawsze łączyć kocioł z pętlą grzewczą i w połączeniu z zasobnikiem całkowicie ograniczyć pracę przy zmniejszonej mocy,
- szczególnie w przypadku kotłów węglowych stosunkowo znaczny wzrost temperatury spalin, co jednak prowadzi do obniżenia sprawności pracy,
lub - zgodnie z deklarowanymi wartościami cieplnymi, tylko dodatek izolacji termicznej. Przy obliczaniu grubości tej izolacji napotykamy jednak problem praktycznej wykonalności, ponieważ grubość określona w obliczeniach jest ogromna.
2. Zadanie – WYCIĄG KOMINOWY
Innym bezpośrednio związanym problemem jest fakt, że producenci kotłów również mają wysoki ciąg kominowy, zwykle 12-20 Pa, w przypadku niektórych kotłów do 30 Pa, podczas gdy poprawę stanu ciśnienia można po prostu osiągnąć zasadniczo tylko poprzez zwiększenie komina (patrz wykresy 4 i 5 ), ale jednocześnie prawdą jest, jak widać z powyższego, że im wyższy komin, czyli dłuższy, tym gorszy stan temperaturowy. Sytuacja ta wpada w błędne koło, zwłaszcza techniki inspekcyjne kominiarzy i kominiarzy, którzy mają sporządzić protokół z przeglądu lub kontroli wykonanych w ten sposób dróg spalinowych. Znajdują się w sytuacji nie do rozwiązania, ponieważ już z góry wiedzą, że obliczenie drogi spalin nie spełni wymagań normy.
Powszechnym, ale nieskutecznym z punktu widzenia eksploatacji sposobem na obejście problemu jest zastosowanie materiału (wkładki) posiadającego atest do pracy na mokro (W). Operację na mokro można wtedy obliczyć prosto, ale niepoprawnie w obliczeniach, a obliczenia „teoretycznie się sprawdzają”. Ale fakt, że materiał jest certyfikowany do pracy na mokro z pewnością nie oznacza, że komin nie będzie smoły. Niestety o tym rozwiązaniu wspomina się dość często, ale techniki rewizyjne nie powinny być akceptowane, ponieważ nie rozwiązuje praktycznego problemu. Pozwala jedynie na dokonanie pozytywnej kalkulacji w odniesieniu do normy. Wyjątkiem są kotły z wentylatorem na nawiewie lub odciągu spalin (zwłaszcza kotły na pelety), gdzie można obliczyć drogę spalin (lub jej część) w nadciśnieniu.
W przykładowych obliczeniach warunków ciśnieniowych zastosowano te same parametry kotła i komina, co w przykładach dotyczących wpływu wysokości komina na stan temperaturowy (temperatura spalin na szyjce 130°C, wkład ze stali kwasoodpornej DN160). W obliczeniach wybrano min. wymagany ciąg 18 Pa. Z wykresów 4 i 5 widać, że przy wyższej efektywnej wysokości komina poprawiają się warunki ciśnieniowe, ale aby był spełniony, komin musiałby mieć efektywną wysokość min. 9,5 m, w przypadku spalania węgla kamiennego i min. 8,5 mw przypadku spalania drewna.
Problemu tego nie można lekceważyć, choćby dlatego, że obliczenia pokazują, że droga spalin nie jest wykonywana prawidłowo. Nawet w praktyce okazuje się, że po kilku miesiącach eksploatacji rozwiązanych w ten sposób rozwiązań spalinowych, kominy ulegają utwardzeniu, co prowadzi do problemów funkcjonalnych, takich jak zapychanie się czy zmniejszony ciąg przy zaniedbaniu konserwacji.
3. Problem – ZMIANA PALIWA
Nie bez znaczenia jest również problem optymalizacji pracy kotła dla konkretnego stosowanego paliwa. Choć wielu producentów deklaruje kotły jako uniwersalne z możliwością spalania zarówno drewna kawałkowego jak i węgla brunatnego i kamiennego, należy zauważyć, że proces spalania drewna i węgla różni się znacząco i do osiągnięcia optymalnego stanu wymagane są różne ustawienia kotła, często kształt komora spalania, jakość i dawkowanie paliwa.
Różnice dotyczą już kaloryczności i składu pierwiastkowego. Drewno na ogół ma niższą wartość opałową ze względu na niższą zawartość węgla i wyższą zawartość tlenu. Jednocześnie ma wyższy udział lotnych materiałów palnych (gazy uwalniane po podgrzaniu paliwa i spalane nad warstwą paliwa stałego). Optymalne spalanie tych gazów wymaga długiego płomienia, a co za tym idzie innego dopływu powietrza do spalania. Przy spalaniu węgla kamiennego prawie całe powietrze dostarczane jest pod ruszt (powietrze pierwotne), natomiast przy spalaniu drewna większość powietrza musi być doprowadzona nad paliwem (powietrze wtórne), ponieważ niespalone składniki mogą ponownie być źródłem smoły. Przy spalaniu węgla brunatnego, który zawiera już ponad 50% lotnych materiałów palnych, konieczne jest równomierne rozdzielenie powietrza spalania na pierwotne i wtórne.
Chociaż węgiel ma wyższą wartość opałową niż drewno, problemem jest zwykle wysoka zawartość siarki (patrz wyżej).
Z powyższego jasno wynika, że praca kotła musi być zawsze ustawiona na określone paliwo. Na przykład, jeśli wielkość komory spalinowej jest „dostrojona” do spalania węgla kamiennego, bardzo trudno jest osiągnąć optymalny przebieg spalania drewna. Rezultatem jest między innymi tworzenie się smoły.
4. Jak więc zapobiegać tworzeniu się osadów smołowych?
Operatorom kotłów z ekstremalnie niską temperaturą spalin można generalnie polecić, aby przedkładali spalanie kawałków drewna, a zwłaszcza pelletu drzewnego nad węgiel, aby instalowali kotły z pętlą grzewczą, aby kotły pracowały z pełną mocą. Osiągnąć wyższą temperaturę spalin, a ze względu na to, że podczas tej operacji występuje nadmiar ciepła, wskazane jest zainstalowanie zasobnika. Jednocześnie zwiększ właściwości termoizolacyjne komina dzięki dodatkowej izolacji.
Jako poważne podejście, zarówno ze strony producentów kotłów, jak i kominiarzy, wydaje się w pełni informować użytkowników, którzy zamierzają wymienić stary kocioł na nowy. Przede wszystkim przed zainstalowaniem kotła należy ostrzec użytkownika o możliwych niebezpieczeństwach związanych z eksploatacją przewodów spalinowych oraz zalecić jakie środki należy przedsięwziąć, aby przewód spalinowy działał jak najlepiej w danych warunkach .
Osady smoły, zwłaszcza podczas spalania kawałków drewna i węgla, mogą być niebezpieczne ze względu na możliwość pożaru, jeśli nie zostaną odpowiednio usunięte. Niewielu kominiarzy skupia się na usuwaniu tych osadów, a wielu operatorów kotłów pomija ten problem. Jednak zagrożenie smołą jest duże, ponieważ smoła może zapalić się po podgrzaniu, a następnie spływać po wewnętrznej powierzchni komina w warstwie palącej się i palić nawet przez kilka godzin. Temperatury i ciśnienia wewnątrz komina są tak duże, że istnieje duże prawdopodobieństwo zniszczenia jakiejś części ścieżki spalin. Wtedy łatwo jest rozprzestrzenić się poza przewód kominowy.
Jeśli operator komina lub kominiarza podczas regularnej kontroli stwierdzi, że przewód kominowy jest uszkodzony przez smołę, należy skontaktować się z ekspertami i jak najszybciej rozwiązać problem. Należy spróbować usunąć smołę mechanicznie lub chemicznie, następnie sprawdzić przede wszystkim izolację komina, następnie jakość drewna i wreszcie dopływ powietrza. Ale najlepszą miarą jest nadal prawidłowe działanie.
5. Jaka jest opinia rzemieślnika z praktyki?
Rzemieślnik prowadzący praktykę kominiarską komentuje ten temat:
„ Zajmując się tym tematem, widziałem wiele skrajności i czasami ludzie nawet o tym nie wiedzieli.
Wiele osób uważa, że smoła nie jest już aktualnym problemem, ale jest odwrotnie. Wciąż jest dużo kominów, które są niewłaściwie użytkowane, ludzie często ogrzewają mokre drewno nawet w nowych kominach, ale przede wszystkim spotykam się z osadami smoły w starych kominach ceglanych. Są to najgorsze dla osadzania się smoły, ponieważ zimne spoiny są idealnym miejscem do tworzenia się smoły. Nawet kominiarz nie pomoże już uszczelnić połączeń w kominie, ponieważ szczotka kominowa nie dostanie się w te miejsca.
