Proces spalania – dlaczego tak ważny jest rodzaj kotła i dostęp do powietrza?
Odkąd człowiek nauczył się rozpalać ogień, ogrzewał się zawsze przez spalanie. Nie inaczej jest i teraz. Większość budynków wciąż jest ogrzewana urządzeniami spalającymi paliwo: drewno, olej i gaz. W tym tekście podpowiadamy, jak sprawić, żeby ten proces przebiegał jak najsprawniej, i o co warto zadbać, kiedy dysponujemy właśnie takim urządzeniem.
Z tekstu dowiesz się:
- o czym pamiętać przy kotle z otwartą komorą spalania,
- co warto wiedzieć o kotłach z zamkniętą komorą spalania,
- jak kontroluje się podawanie gazu do kotła z zamkniętą komorą.
Do spalania potrzebne są dwie substancje: paliwo i powietrze, a konkretnie tlen. W idealnych, laboratoryjnych warunkach można uzyskać aż 100% energii ze spalanego paliwa. Ma tu bowiem miejsce utlenienie wszystkich palnych składników paliwa, czyli spalanie zupełne. Jeżeli w spalinach nie znajdują się żadne składniki palne, czyli tlenek węgla, spalanie to nazywamy całkowitym. W rzeczywistości musimy jednak podać powietrze z pewnym nadmiarem, aby uzyskać optymalną mieszankę. Określa ją współczynnik nadmiaru powietrza λ. Wynika to z niedoskonałego wymieszania paliwa z tlenem.
Kocioł z otwartą komorą spalania – o czym warto pamiętać?
W najprostszych urządzeniach, takich jak kotły atmosferyczne, powietrze do komory paleniskowej dostarczane jest z pomieszczenia, w którym znajduje się kocioł z otwartą komorą spalania, a tym samym musi też być dostarczane do tegoż pomieszczenia. Przepisy określają minimalną powierzchnię nawiewu jako 200 cm². Powinno się zapewnić co najmniej 1,6 m³ powietrza na 1 kW mocy kotła do spalania oraz 0,5 m³ na 1 kW powietrza dla wentylacji kotłowni. Oprócz dostarczenia odpowiedniej ilości powietrza konieczne też jest zapewnienie odpowiedniego ciągu kominowego. Połączenie wymaganego nawiewu i ciągu kominowego daje optymalny przepływ przez komorę paleniskową i spalanie nie jest zbyt szybkie ani zbyt wolne. Zbyt szybkie spalanie powoduje tzw. stratę kominową, czyli część ciepła ucieka z paleniska razem ze spalinami i nie trafia do wymiennika. Zbyt mały przepływ powoduje natomiast spadek jakości mieszanki i powstawanie tlenku węgla w spalinach, a także obniża sprawność kotła, np. kotła gazowego dwufunkcyjnego z otwartą komorą spalania.
Istotne też jest, aby w pomieszczeniu z kotłem z otwartą komorą paleniskową nie znajdowały się agresywne chemikalia, jak np. proszki do prania, a także pyły, które dostając się do paleniska, prowadzą do uszkodzenia wymiennika, palnika i układu odprowadzania spalin.
Lepszą sytuację mamy w przypadku kotłów z zamkniętą komorą paleniskową. Powietrze do spalania dostarczane jest oddzielnym przewodem z zewnątrz budynku. Tu wydatkiem powietrza sterujemy przez zadanie odpowiedniej prędkości obrotów wentylatora.
Kotły z zamkniętą komorą spalania – przepisy i wskazówki
Obecnie jedynym rodzajem kotłów z zamkniętą komora paleniskową obecnym na rynku są kotły kondensacyjne. Pracując z niższą niż w klasycznych kotłach temperaturą, odzyskują one ciepło przy skraplaniu pary wodnej zawartej w spalinach. Do kotłowni z kotłem z zamkniętą komorą paleniskową nie musimy dostarczać powietrza do spalania. Konieczna jest tylko wentylacja wywiewna ze względu na obecność instalacji gazowej.
Sterowanie spalaniem w najprostszych kotłach gazowych kondensacyjnych, takich jak ecoTEC pro firmy Vaillant, odbywa się przez pneumatyczne sprzężenie podawanego gazu i powietrza. Zadając odpowiednie obroty wentylatora, powodujemy przepływ przez dyszę Venturiego i pobieranie gazu przez umieszczony tam króciec. W ten sposób zależnie od przepływu powietrza proporcjonalnie pobierany jest gaz i tworzona mieszanka.
Następnym krokiem było wprowadzenie pomiaru natężenia masowego przepływu powietrza i sterowanie na tej podstawie otwarciem zaworu gazowego. Rozwiązanie to zwane ELGA pozwala na uzyskanie bardziej optymalnej mieszanki. Stosowane jest w kotłach stojących ecoCOMPACT firmy Vaillant.
W następnym rozwiązaniu zastosowano analizę składu spalin. Wbudowany analizator spalin za pośrednictwem elektroniki kotła sterował podawaniem gazu i tworzeniem mieszanki.
Najnowsza metoda sterowania spalaniem polega na pomiarze jonizacji płomienia i jest najdokładniejszą metodą pozwalającą na bieżące dostosowanie podawania gazu do jego jakości. W dotychczasowych kotłach umożliwia to tylko wykrycie płomienia.
Kocioł z zamkniętą komorą spalania a podawanie gazu
Jak działa system pomiaru jonizacji i dostosowywania ilości gazu? Powietrze jest, jak wiadomo, izolatorem. Płomień jest gazem zjonizowanym, czyli przewodnikiem. Po pojawieniu się płomienia między elektrodą jonizacyjną a palnikiem pojawia się napięcie zależne od przewodności płomienia. Przewodność zależy z kolei od składu zjonizowanego gazu, a więc od ilości jonów, co daje najdokładniejszą kontrolę, ponieważ kontroluje się już nie skład spalin czy przepływ powietrza i gazu, a sam finał – płomień.
Na podstawie tego pomiaru system IoniDetect kotła ecoTEC exclusive i ecoTEC plus potrafi optymalnie wysterować skład mieszanki. Daje to możliwość sterowania mocą palnika w zakresie od 10 do 100%, niespotykaną w dotychczasowych kotłach.
Jak widać, cały czas dążymy do uzyskania doskonałej mieszanki paliwa z powietrzem i w miarę postępu technik sterowania jesteśmy coraz bliżej tego rozwiązania. Dostarczenie powietrza do spalania jest kluczowym elementem zarówno przy projektowaniu kotłowni, budowie samego kotła, jak i automatyki sterującej.
Przeczytaj również: Brak wentylacji w domu zimą – jak sobie poradzić z prawidłową dystrybucją powietrza w domu?