Kotły na paliwo stałe

Kotły na paliwo stałe są ciągle popularnym sposobem ogrzewania domów jednorodzinnych jaki większych obiektów. Podstawową ich zaletą są niskie koszty ogrzewania, jednocześnie przy stosunkowo niskich kosztach inwestycji. Wymagają jednak w mniejszym lub większym stopniu obsługi oraz paliwa o odpowiedniej jakości. Szczególnie jakość paliwa wpływa bezpośrednio na trwałość kotła, jego bezawaryjną pracę i sprawność, co przekłada się bezpośrednio na rzeczywiste koszty ogrzewania.

Kotły mogą być zasilane różnymi paliwami: węglem, drewnem, ziarnami zbóż, słomą itp. Niektóre, wyposażone np. w dodatkowy ruszt, pozwalają spalać węgiel i drewno. W innych można przejść na gaz lub olej po zamontowaniu palnika. Kotły wielopaliwowe to kompromisowe rozwiązanie. Każdy rodzaj paliwa wymaga innej konstrukcji kotła aby zapewnić optymalne warunki jego pracy. Możliwość wyboru paliwa w danym urządzeniu odbywa się najczęściej kosztem sprawności kotła, która będzie niższa niż w urządzeniu zaprojektowanym dla jednego konkretnego rodzaju paliwa.
Kocioł na paliwo stałe zamienia energię paliwa na ciepło, które następnie przekazywane jest do instalacji grzewczej. Ogrzewanie budynku wiąże się z duża zmiennością zapotrzebowania na ciepło w zależności od temperatur zewnętrznych. Dlatego, kotły umożliwiają regulację mocy grzewczej, która odbywa się w sposób ręczny lub automatyczny. Regulatory kotłów sterują pracą urządzenia, ale również mogą regulować ilość dostarczanego ciepła do ogrzewanego budynku w zależności od zapotrzebowania. Mogą również chronić kocioł przed zbyt niską temperaturą wody grzewczej, która może prowadzić do korozji jego elementów konstrukcji.

{jumi [plugins/content/jumi/porady.html]}

Rodzaje kotłów

Najprostszymi urządzeniami są kotły z obsługa ręczną i rusztem stałym. Paliwo uzupełniane jest ręcznie i wystarcza zazwyczaj od kilku do kilkunastu godzin – w zależności od zapotrzebowania budynku na ciepło.
Regulacja wydajności tych kotłów odbywa się za pomocą przymykania lub otwierania klapy powietrza i przepustnicy po stronie spalin.
Kotły z dolnym spalaniem – podczas spalania żarzy się tylko dolna warstwa paliwa. Po wypaleniu się, następna cześć paliwa z zasobnika zajmuje jej miejsce.
Można powiedzieć, że w kotłach z dolnym spalaniem paliwo dozowane jest samoistnie, w zależności od potrzebnej mocy grzewczej. Tutaj również moc grzewczą kotła reguluje ilość powietrza dostarczanego do spalania. Ten rodzaj pracy stosowany jest najczęściej przy zasilaniu węglem, ze spalania którego powstaje znaczna ilość części lotnych. Kotły z górnym spalaniem – paliwo spalane jest w całej swojej objętości, moc kotła zależy od stanu jego napełnienia paliwem i ilością doprowadzanego powietrza.
Obsługa kotła związana z uzupełnianiem paliwa może być uciążliwa dla wielu użytkowników. Ale i tutaj można znaleźć rozwiązanie, jakim są kotły z podajnikiem paliwa (kotły retortowe), nazywane też „automatycznymi”. Mimo wyższej ceny od typowych kotłów zapewniają wygodniejszą obsługę, gdyż załadunek paliwa może odbywać się raz na kilka dni. W tego rodzaju kotłach paliwo magazynowane jest w zasobniku, z którego podawane jest do kotła podajnikiem ślimakowym lub tłokowym. Następnie trafia do palnika gdzie zostaje spalone. Specjalnymi kanałami dostarczane jest powietrze do strefy spalania przez wentylator. Wydajnością wentylatora i ilością paliwa dostarczanego do kotła przez podajnik steruje elektroniczny regulator, który w ten sposób kontroluje warunki spalania i reguluje moc grzewczą urządzenia. Kotły tego typu pracują z wysoką sprawnością przy małym jak i dużym obciążeniu oraz z niższą emisją zanieczyszczeń w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami.
Nowoczesne kotły wyposażone są w układy automatycznie rozpoznające wartość opałową paliwa. Powietrze do spalania doprowadzane jest bezstopniowym wentylatorem z regulowaną prędkością obrotową. Temperatura kotła, spalin i zawartość tlenu resztkowego w spalinach mierzone są sondą lambda i czujnikami znajdującymi się w kanale spalinowym i w samym kotle. Na podstawie pomiarów ilość dostarczanego powietrza do spalania zostaje automatycznie skorygowana, tak aby zapewnić optymalne warunki pracy kotła z maksymalną jak i minimalną mocą grzewczą.

Moc i sprawność kotła

Nowe budynki potrzebują stosunkowo mało ciepła do ich ogrzania. Również starsze, po modernizacji i ociepleniu przegród zewnętrznych będą potrzebować mniej ciepła niż pierwotnie, co pozwoli na zastosowanie kotła o mniejszej mocy grzewczej. Często producenci podają współczynniki (np. zapotrzebowania na ciepło na podstawie powierzchni budynku), za pomocą których łatwo można dobrać kocioł o odpowiedniej mocy grzewczej dla danego budynku. Ale, łatwo wcale nie oznacza dobrze. Należy pamiętać, że takie obliczenia mają jedynie charakter orientacyjny. Każdy budynek wymaga indywidualnego podejścia do sposobu jego ogrzewania i tylko dokładne obliczenia zapotrzebowania na ciepło pozwolą zastosować urządzenie o odpowiedniej mocy oraz optymalnie rozwiązać instalację grzewczą.

Moc kotła pracującego na potrzeby ogrzewania budynku powinna być równa lub większa od zapotrzebowania na ciepło budynku o maksymalnie 10 %. Dotyczy to sytuacji, w której używane jest paliwo o odpowiedniej jakości – zalecane przez producenta. Stosowanie paliwa o niskiej jakości może obniżyć moc kotła nawet o 50 % w stosunku od mocy nominalnej.
Jeśli kocioł ogrzewa budynek i wodę użytkową należy to uwzględnić. Jeśli zapotrzebowanie na ciepło do c.w.u. nie przekracza 20 % zapotrzebowania na ciepło budynku, to można ją pominąć. Jeśli jest większe, to moc kotła powinna być większa lub równa sumie zapotrzebowania budynku na ciepło i ciepła potrzebnego do ogrzewania wody użytkowej.
Przez około 95 % okresu grzewczego temperatury zewnętrzne oscylują w okolicach 0°C. W tym okresie kocioł będzie pracował z mocą niższą od nominalnej – przy obciążeniu częściowym. Jedynie przez kilka do kilkunastu dni występują obliczeniowe temperatury zewnętrzne gdzie wykorzystana zostanie moc kotła zbliżona do nominalnej, której może odpowiadać maksymalna sprawność kotła. Właściwe dopasowanie kotła do potrzeb cieplnych budynku nie tylko obniży koszt inwestycji, ale przede wszystkim, zapewni niższe koszty ogrzewania, ponieważ kocioł będzie pracował z wyższą sprawnością również przy obciążeniu częściowym, czyli przez zdecydowanie większą część okresu grzewczego. Kotły zasilane paliwem stałym osiągają najwyższą sprawność zazwyczaj przy znamionowej lub zbliżonej od niej mocy grzewczej urządzenia. Szczególnie w starych i prostych kotłach sprawność znacznie spada przy zmniejszonym obciążeniu. Dotyczy to również kotłów obecnie oferowanych o najprostszej i najtańszej konstrukcji. Oprócz jakości paliwa, na sprawność i trwałość kotła mają też znaczny wpływ jego cechy konstrukcyjne oraz sposób regulacji i właściwa eksploatacja.

Wymiennik

Głównym elementem kotła decydującym o jego trwałości jest wymiennik, w którym spaliny przekazują ciepło wodzie grzewczej. Zastosowane materiały użyte do budowy wymiennika i jego konstrukcja decydują o skuteczności przekazywania ciepła i trwałości urządzenia. Wymienniki wykonywane są ze stali lub z żeliwa.
Wymiennik ciepła kotłów żeliwnych składa się z pojedynczych członów połączonych ze sobą. Pojedyncze człony można łatwo transportować co ułatwia wstawienie kotła do pomieszczenia kotłowni. Moc grzewczą kotła można zwiększyć przez dołożenie dodatkowego członu. W przypadku uszkodzenia któregoś z członów żeliwnych można go łatwo wymienić.
Kotły stalowe mają wymiennik spawany ze stali kotłowej. Ich konstrukcja jest lżejsza od kotłów żeliwnych. Stal pozwala na lepsze dopasowanie geometrii wymiennika ciepła do optymalnych warunków spalania dla danego rodzaju paliwa. Jest też mniej wrażliwa od żeliwa na nagłe i częste zmiany temperatury wody w kotle.
Na powierzchni wymiany ciepła, po stronie spalin i wodnej wymiennika żeliwnego z mniejszą intensywnością tworzą się osady niż w kotłach stalowych. Żeliwo jest również bardziej odporne na korozję.
Kotły żeliwne są mniej wrażliwe na niską temperaturę spalin i wody grzewczej, niż kotły stalowe.

Regulacja

Układy regulacji kotłów mają zapewnić optymalne wykorzystanie paliwa zgodnie z zapotrzebowaniem. Mają również podnieść komfort obsługi kotła i instalacji grzewczej, oraz zapewnić ochronę kotła przed uszkodzeniem. W kotłach o prostej konstrukcji regulacja temperatury wody grzewczej odbywa się za pomocą tzw. miarkowników ciągu – przy pomocy dźwigni i łańcuszka termostat otwiera bądź przymyka przepustnicę powietrza regulując w ten sposób ilość powietrza dostarczanego do spalania, tym samym utrzymuje zadaną temperaturę wody grzewczej w kotle.
W kotłach z wentylatorem powietrza regulator elektroniczny zwiększa lub zmniejsza wydajność wentylatora. Przez zmianę jego prędkości obrotowej dostarczana jest odpowiednia ilość powietrza do spalania. W ten sposób regulowana jest moc grzewcza kotła, który może pracować z mocą np. od 30 do 100 % swojej znamionowej mocy grzewczej.
Najbardziej złożone układy regulacji sterują pracą wentylatora, ilością podawanego paliwa, kontrolują czy nie cofa się płomień z palnika do zasobnika paliwa, kontrolują i regulują temperaturę wody grzewczej powracającej z instalacji do kotła, oraz mogą sterować pracą pomp obiegowych i zaworów mieszających w zależności od temperatury na zewnątrz budynku (regulacja pogodowa) i temperatury w pomieszczeniu.
Niektóre kotły wyposażane są w dodatkowy wymiennik ciepła, który chroni urządzenie przed nadmiernym wzrostem temperatury wody grzewczej, np. przy braku zasilania energii elektrycznej. Wymiennik schładzający wykonany jest w formie wężownicy (wężownica schładzająca). Po przekroczeniu dopuszczalnej temperatury wody w kotle, zawór termostatyczny otwiera się i zimna woda wodociągowa przepływa przez wężownicę. Po odebraniu ciepła z kotła ogrzana w wężownicy woda wyrzucana jest następnie do kanalizacji.
Wężownica schładzająca jest dodatkowym elementem, który chroni kocioł przed przegrzaniem i uszkodzeniem jego elementów konstrukcji.

Wyższy komfort i oszczędność

Dla zapewniania maksymalnego wykorzystania energii zawartej w paliwie (wysokiej sprawności kotła), oraz dla poprawienia komfortu obsługi stosowane są zasobniki wody grzewczej, które pełnią również funkcję akumulatora ciepła. Niezależnie od zapotrzebowania na ciepło budynku kocioł może pracować ze swoją optymalną mocą grzewczą i najwyższą sprawnością. Nadmiar wyprodukowanego ciepła gromadzony jest w zasobniku, z którego instalacja grzewcza pobiera tyle ciepła ile w danej chwili potrzebuje aby ogrzać budynek.
Dzięki zasobnikowi wydłuża się czas pomiędzy kolejnymi załadunkami paliwa. Kocioł może pracować zawsze z optymalną mocą grzewczą obniżając zużycie paliwa nawet o 30 % w ciągu roku.

Obsługa

Wybór rodzaju kotła będzie zależał od ceny danego paliwa i jego dostępności w danym rejonie kraju. Obecne kotły na paliwo stałe charakteryzują się lepszym wykorzystaniem paliwa. Pracują z wyższą sprawnością od starszych konstrukcji.
Każdy kocioł w mniejszym lub większym stopniu wymaga obsługi, która związana jest z uzupełnianiem paliwa i jego regularnym czyszczeniem. Tak więc, udział użytkownika kotła ma olbrzymie znaczenie dla zapewnienia właściwej pracy urządzenia. To użytkownik decyduje o tym jakie paliwo stosuje – o dobrej czy niskiej jakości. Co będzie mieć duży wpływ na koszty ogrzewania oraz na trwałość i niezawodność kotła.
Szczególnie okresowe czyszczenie ma duże znaczenie na efektywne wykorzystanie paliwa. Gdyż osady na powierzchni wymiany ciepła powodują znaczny spadek sprawności urządzenia lub nawet uszkodzeniem jego elementów. W niektórych przypadkach, również obsługa i odpowiednie ustawianie regulatora kotła może sprawiać trudności. Jednak decydując się na ogrzewanie kotłem na paliwo stałe, mimo konieczności jego obsługi, można zapewnić sobie jedne z najniższych kosztów ogrzewania przy stosunkowo niskich kosztach inwestycji. Wybierając urządzenia zasilane paliwami ekologicznymi jak drewno, pelet itp., możemy również przyczynić się do ochrony środowiska naturalnego.

Krzysztof Gnyra