Górniaki kontra dolniaki

Mówiąc o kotłach komorowych z zasypem ręcznym często nie jesteśmy świadomi różnorodności dostępnych na rynku konstrukcji. Różnią się one materiałami, z jakich są wykonane (są to przede wszystkim stal i żeliwo), przeznaczeniem czy szczegółami konstrukcyjnymi, przede wszystkim jednak – sposobem ich eksploatacji. Pod tym względem kotły komorowe dzielą się na kotły z górnym oraz dolnym spalaniem.

Fot.1. Pellets Fuzzy Logic 15 kW, 25 kW, 40 kW, 50 kW, 75kW, 100 kW – automatycznie rozpalane kotły z wbudowaną automatyką pogodową przystosowane do spalania: pelet, owsa, groszku węglowego,drewna (tryb ręczny).
Fot.: Kostrzewa

Najczęściej spotykane kotły stalowe, zarówno z górnym jak i dolnym spalaniem, charakteryzują się wymiennikami wielociągowymi, co jest wymuszone ilością zastosowanych przegród wodnych lub suchych oraz nawrotów przepływu spalin (tzw. przewałów). Konstrukcje stalowe charakteryzują się zaawansowanym przepływem spalin, co wynika z łatwości wytwarzania oraz spawania takich wymienników. Kotły żeliwne to najczęściej konstrukcja składająca się z odlewów żeliwnych zwanych członami – członu czołowego (z oknem załadunkowym kotła oraz drzwiczkami popielnika) członu tylnego (z podłączeniem do instalacji i wylotem spalin) oraz członów środkowych. Od ilości zastosowanych członów środkowych zależy moc kotła. Dzięki segmentowej budowie kotła można łatwo zwiększyć lub zmniejszyć jego moc (zwiększając lub zmniejszając liczbę członów środkowych) czy wymienić uszkodzoną część (w przypadku awarii jednego z członów wymienia się go na sprawny, bez potrzeby kupowania nowego kotła). Jest to możliwe, gdyż odlewy żeliwne, w przeciwieństwie do konstrukcji stalowych spawanych ręcznie, są powtarzalne i w pełni zamienne. Kotły te posiadają proste konstrukcje ścian wewnętrznych wymiennika. Przepływ spalin w takich kotłach nie jest skomplikowany, można go jednak poddawać modyfikacjom w celu zwiększenie efektywności kotła. Spaliny mogą być zawracane lub turbulizowane poprzez akcesoria dodatkowe, takie jak zawirowywacze spalin czy elementy szamotowe lub ceramiczne wpływające na wydłużenie drogi przepływu spalin wewnątrz kotła.

Kotły o konstrukcji, w skład której wchodzą materiały mieszane, zwykle są kotłami stalowymi z niewielką ilością elementów żeliwnych, takich jak ruszt paleniska, elementy zawirowywaczy (turbulizatorów) czy samych drzwiczek.

Różnice pomiędzy kotłami z górnym i dolnym spalaniem

Kotły z górnym spalaniem cechują się przeciwprądowym przepływem spalin w stosunku do wypalanego, załadowanego wcześniej od góry paliwa. Komora załadowcza kotła z górnym spalaniem jest miejscem, w którym następuje spalanie paliwa. Kotły z dolnym spalaniem opisać można jako współprądowo wypalające załadowane paliwo w stosunku do kierunku przepływu spalin oraz dostarczanego do spalania powietrza. Spaliny w takiej konstrukcji nie przenikają przez złoże załadowanego paliwa. Komora załadowcza nie jest w pełni komorą spalania, ponieważ realizowane jest ono w dolnej części zasypanego paliwa. W takich kotłach paliwo obsuwa się w trakcie spalania w dół, w stronę rozpalonego żaru stanowiącego tylko dolną część całego wsadu. Aby paliwo swobodnie obsuwało się w dół jedna ze ścian komory załadowczej pochylona jest w stronę ułatwiającą jego zsyp.

Fot. 2. POPTER DS/POPTER D – kotły węglowe z dolnym spalaniem. Przedłużona dolna półka wymiennika pozwala lepiej odbierać ciepło i kontrolować proces spalania. Paliwo spala się w dolnej – tylnej części kotła, co umożliwia uzupełnianie opału bez konieczności ponownego rozpalania w kotle. Wyposażone są w ruszt wodny z ruchomym przegarniaczem. Dostępne są w wersji z elektronicznym sterowaniem lub bez. Niewielkie gabaryty ułatwiają montaż w kotłowni.
POPTER GS/POPTER G – Kotły uniwersalne z górnym spalaniem. Obszerna komora spalania i zastosowanie nadmuchu umożliwiają efektywne spalanie szerokiej gamy paliw: węgiel/drewno. Prosta konstrukcja sprawia, że kotły są łatwe w czyszczeniu. Kotły typu wyposażone są w ruszt wodny z ruchomym przegarniaczem. Dostępne w wersji z elektronicznym sterowaniem lub bez. Niewielkie gabaryty ułatwiają montaż w kotłowni.
Fot.: Rakoczy

Firmy zajmujące się produkcją kotłów oferują również urządzenia, w których proces spalania paliwa można przeprowadzać zarówno od dołu jak i od góry. Najczęściej jest to konstrukcja typowa dla kotła z górnym spalaniem, natomiast o tym, czy spalanie prowadzone będzie od góry czy od dołu decyduje miejsce rozpalenia paliwa. W rzeczywistości nie ma to większego znaczenia, ponieważ z upływem czasu i tak cała warstwa paliwa ulega zapłonowi. Niektóre konstrukcje pozwalają na szybkie przezbrojenie kotła z górnego spalania na dolne za pomocą zmiany położenia zasuwy bądź przegrody znajdującej się w komorze załadowczej kotła.

Paliwo dedykowane

Kotły górnego spalania przystosowane są w zasadzie do spalania wszystkich dostępnych paliw o różnej granulacji. Niektórzy nazywają je kotłami niskotemperaturowymi lub miałowymi. Nazwy te wynikają z możliwości dławienia spalanego miału lub flotu przy utrzymywaniu niskiej temperatury paleniska.

Fot. 3. Przekroje kotłów z odmiennymi systemami spalania: kocioł żeliwny VIADRUS LIGNATOR wyposażony w regulator elektroniczny oraz wentylator wyciągowy z dolnym spalaniem (z lewej) oraz kocioł stalowy z górnym spalaniem KLIMOSZ SMART II w opcji z regulatorem kotła oraz nadmuchem.
a)Fot.: Viadrus, b)Fot.: Klimosz

Kotły z dolnym zasypem powinny być opalane wyłącznie paliwem o wielkości ziarna większym niż 20 mm lub odpowiednią mieszanką paliwową wykluczającą opalanie samym miałem węglowym. Brak możliwości opalania miałem i flotem jest uzasadniony wysokim prawdopodobieństwem zapchania się przewału kotła nad rusztem. Brak drożności w miejscu spalania wywołany opalaniem zbyt drobnego paliwa lub paliwa o dużej zawartości popiołu powodować może wygaszenie kotła oraz, w nielicznych sytuacjach, wybuch zagazowanego paliwa.

Stałopalność

Stałopalność to czas pracy urządzenia bez uzupełniania opału. W przypadku „dolniaków” na długość stałopalności największy wpływ ma wielkość granulatu paliwa. Najlepsze efekty można uzyskać używając węgla kamiennego (typu orzech bądź groszek), łatwo odpalającego się od żaru. W takim przypadku stałopalność jednego zasypu można ocenić na 12 – 24 h. Czas ten jest proporcjonalny do obciążenia kotła. Wartość ta zależy także od jakości i konstrukcji elementów wchodzących w skład kotłowni, jakimi są instalacja nawiewno-wywiewna oraz komin (jego rodzaj i wielkość). Ważna jest również okresowa konserwacja i czyszczenie wymiennika kotła.

Fot. 4. Kotły SKD to kotły uniwersalne dolnospalające. Mogą być wykonane z wymiennym rusztem żeliwnym (wersja R) lub – dla podniesienia komfortu obsługi – z wodnym rusztem wyposażonym w mechaniczny przegarniacz paleniska napędzany funkcjonalną dźwignią nożną (wersja P).
Kocioł SKG PLUS jest uniwersalnym kotłem przystosowanym do pracy w systemie górnego i dolnego spalania. Kocioł przystosowany jest do pracy bez dodatkowych urządzeń elektrycznych z zastosowaniem naturalnego ciągu kominowego, jak również dla podniesienia komfortu użytkowania i efektywności pracy z zastosowaniem elektronicznego sterownika regulującego pracę wentylatora nadmuchowego i pompy cyrkulacyjnej.
Fot.: Krzaczek

Na czas stałopalności dodatkowo ma wpływ jakość stosowanego paliwa. W przypadku węgla bardzo ważna jest zawartość popiołu w paliwie. Duża zawartość popiołu wymuszać będzie częste przerusztowanie paliwa, w przeciwnym razie kocioł będzie prędzej wygasał.

Stałopalność na poziomie 24 h można także uzyskać w kotłach z górnym spalaniem, częściej jednak są to czasy w zakresie do 12 h.

Sposób sterowania kotłem

Niezależnie od tego, czy użytkowany kocioł jest kotłem z automatycznym podawaniem paliwa czy zasypowym, jego pracę należy kontrolować przynajmniej raz dziennie. Jest to dobry zwyczaj zapobiegający wielu niekorzystnym, a nawet niebezpiecznym sytuacjom. Przede wszystkim pozwala jednak na precyzyjne, dopasowane do naszych potrzeb wyregulowanie pracy kotła.

Fot. 5 Idea kotła z dolnym spalaniem.
Fot.: Klimosz

Kotły z górnym, jak i dolnym spalaniem regulowane mogą być za pomocą miarkownika ciągu lub regulatora elektronicznego. Miarkownik ciągu odpowiedzialny jest za ilość wprowadzanego do paleniska powietrza zasysanego przez podciśnienie wytwarzane za pomocą komina. Ilość dostarczonego do paliwa powietrza wpływa na szybkość spalania paliwa, co przekłada się na moc chwilową kotła. Sterowanie temperatury pracy kotła za pomocą miarkownika ciągu jest bardzo proste – polega ono na ustawieniu zadanej temperatury na samym miarkowniku. W zależności od różnicy temperatury uzyskanej na kotle i temperatury zadanej przez użytkownika otwiera się lub przymyka klapka doprowadzająca powietrze. W ten sposób zmienia się ilość dostarczanego do komory spalania powietrza, a więc podsyca lub zmniejsza spalanie.

W przypadku regulacji elektronicznej podstawowym elementem sterującym ilością dostarczanego do paleniska powietrza jest wentylator nadmuchowy bądź wyciągowy. Dzięki niemu, wraz ze zmieniającą się temperaturą spalania regulowana jest ilość dostarczanego powietrza.

Regulatory elektroniczne pozwalają na działania dużo bardziej skomplikowane. Oprócz sterowania temperaturą umożliwiają obsługę pompy obiegowej, pompy c.w.u, siłownika zaworu mieszającego, termostatu pomieszczeniowego czy kontrolę temperatur pracy całej instalacji. Niektóre z tych czynności można wykonać zdalnie, poprzez Internet czy korzystając z telefonu komórkowego.

Fot. 6. Kocioł SAS UWT. Zastosowanie: ogrzewanie c.o.,c.w.u. Typ: zasyp ręczny, uniwersalny, dolne i górne spalanie. Paliwo: węgiel/orzech, miał, zastępczo: drewno sezonowane. Moc: 14 – 200 kW. Sprawność: 79,1 – 85,9 %. Konstrukcja: zapewnia pracę w systemie dolnego i górnego spalania, komora paleniskowa wyposażona w system wielopunktowej dystrybucji powietrza, ruchomy ruszt do odpopielania paleniska. Sterowanie: regulacja procesu spalania; regulator pokojowy opcjonalnie.
Kocioł SAS NWT. Zastosowanie: ogrzewanie c.o.,c.w.u. Typ: zasyp ręczny, dolne spalanie, uniwersalny. Paliwo: węgiel/orzech, zastępczo: z domieszką miału, drewno sezonowane. Moc: 12,5 – 200 kW. Sprawność: 79,4 – 85,0 %. Konstrukcja: zapewnia pracę w systemie dolnego spalania, trójciągowy, przegrodowy układ komór spalinowych, ruchomy ruszt do odpopielania paleniska. Sterowanie: regulacja procesu spalania; regulator pokojowy opcjonalnie.
Fot.: SAS

Porównanie kotłów z dolnym i górnym spalaniem

Główną zaletą kotłów z dolnym spalaniem jest wolniejsze zanieczyszczanie wymiennika substancjami smolistymi powstałymi podczas procesu spalania. Taki kocioł jest także bardziej sterowalny pod względem generowanej mocy oraz jego temperatury. Dotyczy to nawet sytuacji, w których kocioł jest przewymiarowany w stosunku do zapotrzebowania budynku na ciepło. Jest to efektem palenia się jedynie warstwy żaru, a nie całego załadowanego paliwa, jak w przypadku kotłów z górnym spalaniem. Dłuższa jest również stałopalność „dolniaków“.

Przewagą kotłów z górnym spalaniem jest uniwersalność stosowanego w nich paliwa oraz niższa wrażliwość na zbyt niskie podciśnienie wytwarzane przez komin. Kotły z górnym spalaniem wymagają mniejszego ciągu kominowego, choć zdarzają się wyjątki.

Marcin Foit