Kotły na paliwo stałe

Tradycyjny układ większości kotłów węglowych niskiej mocy, jakie się stosuje w domach jednorodzinnych, jest na ogół dobrze znany ludziom starszym.
Przypomnijmy jak wyglądają takie kotły na paliwa stałe - komora spalania z drzwiczkami załadunkowymi od przodu, odprowadzeniem do czopucha (przewodu łączącego z kominem) z tyłu, rusztem (żeliwną kratką, na której spoczywa paliwo) u dołu i instalacją wodną wewnątrz lub wokół; pod rusztem zaś druga komora, popielnikowa (tradycyjny popielnik), z drzwiczkami do usuwania popiołu oraz doprowadzania powietrza.

Ta prosta konstrukcja nadal bywa używana. Sprawdza się, kiedy paliwem jest koks, spalający się spokojnie.Zasadniczy zespół ruszt-komora paleniskowa, czyli palenisko warstwowe, w zwykłych piecach pozostał prawie bez zmian. Tyle, że coraz częściej wykonuje się go nie z żeliwa lub stali zwykłej, lecz ze stali kwasoodpornej spawanej laserowo. Jest lżejszy niż żeliwny, a wysoka gładkość jego powierzchni zapobiega osiadaniu sadzy i smoły. Odpornością na korozję zaś żeliwu dorównuje lub nawet je przewyższa.W dawnych czasach gospodyni co jakiś czas przegarniała węgiel pogrzebaczem. Ta czynność, fachowo zwana przerusztowaniem zładu, pozwala zwiększyć stopień wykorzystania paliwa. Mniejsza jego ilość pozostaje niespalona. W nowoczesnych kotłach czynność tę wykonuje ruszt ruchomy. Przy okazji zapobiega przegrzewaniu rusztu. Innym sposobem na to ostatnie jest ruszt wodny. Stanowi go zespół rurek różnie profilowanych. Przepływająca przez nie woda z układu grzejnego chłodzi ruszt. Ciepło, przez nią przy tym pobrane, trafia do instalacji c.o.

Kotły ze spalaniem górnym

W piecach tradycyjnych na paliwa stałe węgiel dokłada się od góry. Powietrze dopływa od strony popielnika przez otwory (szczeliny) rusztu. Spalanie przebiega w całej warstwie węgla. Taki system pracy kotła nazywa się spalaniem górnym. Jego intensywność można regulować sterując dopływem powietrza. Służy do tego proste urządzenie - mechaniczny miarkownik ciągu (regulator paleniska). Umieszcza się go w albo otworze dopływowym w drzwiczkach popielnika, albo w miejscu wypływu spalin z komory paleniskowej, czyli w czopuchu. Nie jest to regulacja precyzyjna. Co gorsza, w strefie spalania stale znajduje się duża ilość paliwa, którego nie można natychmiast zgasić w razie przegrzania kotła, np. w wyniku awarii. Kolejna niedogodność: nowe porcje paliwa dokłada się do rozpalonego, co może powodować drobne wybuchy wydzielanego gazu (tzw. fukanie)

Kotły ze spalaniem dolnym

Dlatego coraz powszechniej przechodzi się na spalanie dolne. Odprowadzenie spalin do czopucha następuje w nim nie z górnej części komory paleniskowej, lecz spod niej, z popielnika. Oczywiście, spaliny przechodzą przez układ komór wodnych, którym po drodze oddają ciepło. Powietrze zaś przy użyciu wentylatora jest poziomo kierowane niemal punktowo w dolną część warstwy paliwa, przy ruszcie, zwykle przy tylnej ścianie komory paleniskowej. Pali się więc tylko dolna warstwa paliwa, albo nawet tylko niewielka jej część. Reszta pozostaje nienaruszona.W miarę jak spopielona dolna warstwa osypuje się do popielnika, na jej miejsce osuwa się świeża partia paliwa. W strefie spalania pozostaje stała jego ilość, bez względu na to, ile się go załaduje. Pozwala to zmniejszyć częstotliwość dokładania opału, a więc usunąć jedną z dokuczliwszych wad kotłów piecowych.

Kocioł retortowy

Konstrukcją jeszcze nowocześniejszą, uznawaną za najsprawniejszą (sprawność powyżej 88%), jest kocioł retortowy.

Kocioł o mocy 25 kW z paleniskiem retortowym; obsługa sprowadza się do napełniania kosza zasypowego paliwem – podstawowe: węgiel kamienny groszek 8–20 mm, zastępcze: groszek 8–31,5 – oraz usuwania co jakiś czas popiołu (ZGM Zębiec)

Zasadę spalania dolnego realizuje się w nim w szczególny sposób. Nie ma rusztu tradycyjnie rozumianego. Jego funkcję spełnia palnik retortowy - blok żeliwny lub ze stali nierdzewnej, z lejowatym zagłębieniem, zaopatrzonym w otwory doprowadzające powietrze. Paliwo o drobnej granulacji (miał węglowy, minibrykiety drewniane zwane peletami) jest do niego doprowadzone od dołu - zwykle podajnikiem ślimakowym (takim jak w maszynce do mięsa). Ma on napęd elektryczny. Umożliwia to bardzo precyzyjne i zautomatyzowane sterowanie procesem spalania. To z kolei zapewnia wysoką czystość spalin, a więc daje korzyści ekologiczne.Zasobnik na paliwo może pomieścić zapas na kilka dni, a w niektórych wypadkach nawet na cały sezon grzewczy.


Kocioł na słomę

Specyficznym bezrusztowym urządzeniem ze spalaniem dolnym jest kocioł na słomę. Obok komory spalania znajduje się w nim pionowa komora załadowcza, oddzielona przegrodą. W tej komorze umieszcza się baloty słomy. Przegroda dzieląca ma w dolnej części otwór. Naprzeciw niego znajduje się dmuchawa, która tłoczy powietrze prostopadle do balotów.

Kocioł opalany słomą w postaci balotów

W tym miejscu następuje spalanie słomy. Gazy lotne uchodzą do komory paleniskowej, w kierunku przeciwnym do nadmuchiwanego powietrza. W komorze się dopalają. W miarę jak słoma balotu najniższego się wypala, pozostałe osuwają się pod własnym ciężarem. Naprzeciw dmuchawy pojawia się paliwo świeże.

Kotły zgazowujące

Inny układ elementów mają tzw. kotły zgazowujące. Służą one do dwustopniowego spalania drewna, czasem też węgla brunatnego. W kotle zgazowującym komora spalania jest umieszczona pod górną - załadowczą, w której zarazem następuje zgazowanie paliwa (piroliza). Komory są połączone dyszą, przez którą z górnej przechodzą gazowe produkty pirolizy. W dolnej się spalają. Powietrza dostarcza wentylator umieszczony zwykle na przedniej ściance urządzenia.

Wentylator

Jak z tych opisów wynika, w nowoczesnym kotle z reguły działa wentylator. Zastosowań tego urządzenia jest więcej. Można wymienić chociażby wentylator nadmuchowy. Dostosowuje on kotły na paliwa stałe do spalania miału węglowego. To zaś paliwo tanie, ale trudne do wykorzystania w palenisku rusztowym z naturalnym ciągiem powietrza.Z kolei wentylator wyciągowy, zamontowany w czopuchu, dodatkowo zwiększa bezpieczeństwo użytkowania. Nie zapewni tego nadmuchowe zasilanie w powietrze. Przy nim, w razie zmniejszenia przepustowości komina (np. wskutek "zarośnięcia" sadzą) substancje lotne byłyby wytłaczane do pomieszczenia.


Elementy kotłów na paliwa stałe

Jak w każdym kotle, ciepło ze spalania powinno być możliwie sprawnie przekazane wodzie grzewczej. W kotle węglowym wymiennik ciepła miał postać układów rurkowych - opłomkowych lub płomieniówkowych. W opłomkach płynie woda, spaliny omywają je z zewnątrz, płomieniówki zaś prowadzą spaliny, a na zewnątrznich znajduje się ogrzewana woda. Układy te stosuje się nadal.Rozwój techniki spawalniczej jednak pozwolił na szerokie wprowadzenie wymienników płaszczyznowych. Warstwa wody przepływa w nich między zespawanymi blachami stalowymi. Może to być podwójna obudowa kotła. Wówczas mówimy o płaszczu wodnym. Pojedyncze płaskie przegrody nazywa się ścianami wodnymi. Jedną z zalet takiego rozwiązania jest zmniejszenie możliwości miejscowego zagotowywania się wody, powodującego tzw. warczenie kotłów.Automatykę wykorzystuje się także w kotłach na paliwo stałe. Najprostszym jej przykładem jest regulator dopływu powietrza. Wśród polskich producentów szczególnym uznaniem cieszy się urządzenie firmy Honeywell. Regulator taki chroni np. przed zagotowaniem się wody w kotle. Pozwala też utrzymać wymagane parametry jego pracy w razie przerwy w dostawie prądu, co powoduje zatrzymanie pompy obiegowej, wymuszającej przepływ wody w instalacji grzewczej.Standardem stają się układy termostatyczne, które na podstawie wskazań czujników temperatury dostosowują moc kotła do bieżących potrzeb - np. sterując obrotami wentylatora. W kotłach nowoczesnych rozbudowane układy mikroprocesorowe nie tylko sterują pracą urządzenia, ale także informują o jego stanie i ewentualnych przyczynach zakłóceń.Tak więc najnowsze rozwiązania umożliwiają bardzo precyzyjne sterowanie spalaniem w kotłach na paliwo stałe. Niektórzy producenci kotłów węglowych zapewniają, że ich wyroby pod tym względem nie ustępują gazowym. Nadal jednak w użytku pozostają kotły na paliwa stałe bez tych cudów techniki. Nawet zresztą w tych nowoczesnych trudno sobie wyobrazić natychmiastowe wyłączenie grzania - jak to bez trudu można zrobić w przypadku palnika gazowego czy olejowego, przez proste odcięcie dopływu paliwa. Stąd ograniczenia dotyczące ich współpracy z niektórymi typami instalacji grzewczych, np. zamkniętych. Nieuniknione zmiany objętości wody, towarzyszące zmianom jej temperatury, są w takiej instalacji wyrównywane w przeponowym naczyniu wzbiorczym. Jednakże jego możliwości są pod tym względem ograniczone. Nadmierny wzrost temperatury, a w ślad za tym ciśnienia, zagroziłby wybuchem. Toteż kotły na paliwo stałe mogą współpracować tylko z instalacjami otwartymi, z naczyniem wzbiorczym przelewowym. Ewentualny nadmiar wody po prostu z niego wypływa. Drugi przypadek to instalacje z tworzyw sztucznych, mniej odpornych na wysokie temperatury. Kocioł, który miałby z nimi pracować, musi być zatem niezawodnie zabezpieczony przed przegrzaniem. Takie urządzenia są dostępne.Podobnie jak w kotłach gazowych czy olejowych, można wytworzyć pewien nadmiar wody ciepłej i ją przechować. Służy do tego zbiornik buforowy - dodatkowe naczynie, dobrze zaizolowane cieplnie. Wodę przechowuje dość długo bez strat ciepła. Można ją pobierać stopniowo. Nie zachodzi zatem potrzeba bardzo rygorystycznego sterowania ogrzewaniem. Taki zbiornik jest przydatny także, kiedy w jednej instalacji łączymy kilka źródeł ciepła różnego rodzaju. Typowym takim zespołem jest kombinacja: kocioł na biomasę - kolektor słoneczny. Taka ich synchronizacja, żeby jedno od razu reagowało na zmianę mocy drugiego, w praktyce nie wchodzi w grę. Zbiornik buforowy przejmuje nadmiar ciepła, kiedy działają oba, oddaje, kiedy dostarczają go za mało.

Układ instalacji grzewczej z przelewowym naczyniem wzbiorczym

* źródło " Budujemy Dom"