Różnorodność kotłów na paliwa stałe jest o wiele większa niż wszystkich pozostałych kotłów razem wziętych. Wynika to zarówno z rozmaitości dostępnych na rynku paliw, jak też ze zróżnicowanych potrzeb użytkowników. Pod względem zaawansowania rozwiązań technicznych nowoczesne konstrukcje są przy tym tak odległe od dawnych "śmieciuchów", jak prom kosmiczny od samolotu braci Wright.
Data publikacji: 2015-04-10
Data aktualizacji: 2018-07-24
W wielu polskich domach spala się byle co (w tym często śmieci) w byle czym, a wskazują na to choćby kłęby śmierdzącego dymu, snujące się w sezonie grzewczym nad większością siedlisk w naszym kraju.
Budujące jest jednak to, że coraz większym popytem cieszą się kotły nowoczesne, które są nie tylko dużo mniej kłopotliwe w codziennym użytkowaniu, lecz także o wiele bardziej przyjazne środowisku, ze względu na lepszą sprawność i dostosowanie do paliw ze źródeł odnawialnych, a więc pelletów czy innej biomasy.
KOTŁY GÓRNEGO SPALANIA
Najbardziej rozpowszechnionym w Polsce typem kotła na paliwo stałe jest konstrukcja określana przez fachowców mianem kotła górnego spalania. Pochodzi ona jeszcze z początków ubiegłego wieku, lecz wciąż znajduje wielu zwolenników, przede wszystkim ze względu na niezawodność, stosunkowo niską cenę i możliwość spalania właściwie każdego rodzaju paliwa stałego, w tym miału, węgla brunatnego oraz drewna.
Trzeba jednak podkreślić, że największą efektywność w tego typu urządzeniach uzyskuje się przy spalaniu grubego węgla kamiennego lub koksu.
Schemat budowy kotła górnego spalania
Kotły zasypowe górnego spalania cechuje prosta konstrukcja i niezawodność. Wyposażone bywają w miarkownik ciągu albo wentylator z odpowiednim sterownikiem do regulacji procesu spalania. (fot. GALMET)
Najpopularniejsza metoda korzystania z kotła górnego spalania polega na tym, że najpierw rozpala się na ruszcie podpałkę (np. szczapy drewniane), a potem, kiedy wytworzy się już warstwa żaru, zasypuje go warstwą paliwa zasadniczego, np. węgla.
W rezultacie, po krótkim czasie żar obejmuje cały ładunek paliwa, które spala się bardzo szybko, w warunkach niesprzyjających sterowaniu mocą kotła– regulacja polega jedynie na ograniczaniu dopływu powietrza przy użyciu miarkownika ciągu – i z niską sprawnością energetyczną (czasami na poziomie zaledwie 30–40%).
Z drugiej strony ze względu na wysoką temperaturę spalin ciąg kominowy jest z reguły co najmniej wystarczający, co większość użytkowników odbiera jako dużą zaletę. Nie ma też ryzyka powstawania skroplin, nie trzeba więc stosować wkładów kominowych.
Niestety, w spalinach opuszczających kocioł znajduje się jeszcze dużo substancji palnych, co bardzo obniża sprawność kotła (właśnie z tego powodu lepiej sprawdzają się jako urządzenia do spalania węgla niż drewna, z którego uwalnia się ich bardzo dużo).
Klasyczny kocioł górnego spalania można jednak obsługiwać w sposób dużo efektywniejszy od tradycyjnego: najpierw należy załadować paliwo (np. węgiel) do komory paleniskowej, a dopiero potem rozpalić podpałkę (np. warstwę drewna) na górze.
W takiej sytuacji, paliwo spala się warstwowo, tzn. żar powoli przemieszcza się w kierunku rusztu. Czas pracy na jednej porcji węgla (czyli tzw. stałopalność) zdecydowanie rośnie, podobnie jak i sprawność energetyczna urządzenia, która może sięgać ponad 70%.
Dużo mniej toksyczne są też spaliny, ponieważ produkty termicznego rozkładu węgla są wypalane niemal do końca. Niestety – takie prowadzenie kotła wymaga większego nakładu pracy. Nie można po prostu dorzucić paliwa (bo wtedy zajmie się ono w całej swojej masie i będziemy mieli do czynienia z paleniem w tradycyjny sposób. Trzeba wypalić do końca raz załadowany kocioł, potem wyczyścić go, załadować nowy ładunek paliwa i powtórzyć proces rozpalania na górze.
KOTŁY DOLNEGO SPALANIA
Mniej rozpowszechnione są nowocześniejsze, bardziej skomplikowane konstrukcyjnie (a więc i droższe) kotły dolnego spalania. Proces spalania przebiega w nich (w zależności od budowy) albo w wydzielonej komorze spalania albo w dolnej/tylnej części komory zasypowej, a powstałe spaliny są następnie dopalane.
Kotły takie są znacznie wygodniejsze w obsłudze, bo węgiel w komorze zasypowej można uzupełniać w dowolnej chwili bez straty na sprawności. Mają wyższą sprawność (nawet do 80%) i łatwiej sterować ich pracą, gdyż ogień utrzymywany jest tylko w warstwie żaru, a nie w całej objętości załadowanego paliwa).
Są też mniej toksyczne dla środowiska, mają jednak większe wymagania wobec paliwa – niezbędne jest paliwo dobrej jakości (suche i sypkie, takie jak węgiel kamienny typu orzech czy groszek, albo sezonowane drewno).
Schemat budowy kotła dolnego spalania
Z reguły wyposażenie kotła z dolnym spalaniem obejmuje ruchomy ruszt, szufladę na popiół i sterowniki pomp obiegowych (a dość często nawet zaworów mieszających).
Warto jednak podkreślić, że kocioł dolnego spalania wcale nie jest urządzeniem zwalniającym użytkownika z myślenia i staranności. Przy nieumiejętnej obsłudze jego sprawność może być bardzo niska, a ilość sadzy i innych niepożądanych produktów spalania – bardzo duża.
Typowym wyposażeniem kotłów dolnego spalania jest poruszany dźwignią ruchomy ruszt, pozwalający na zrzucenie popiołu podczas pracy. (fot. SAS)
KOTŁY ZASYPOWE
W praktyce wciąż bardzo popularne są kotły zasypowe górnego spalania, których konstrukcja niemal nie zmieniła się od czasów, kiedy to w domach palono koksem (z tą różnicą, że dawne kotły tego typu budowano z elementów żeliwnych, a dziś, ponieważ koksu już się praktycznie nie używa, z oszczędności wykonuje się je z blachy stalowej). Wyposażone są najczęściej w mechaniczny system sterowania prędkością spalania, tzw. miarkownik ciągu.
Nie wymagają więc podłączenia do sieci elektrycznej, dzięki czemu (szczególnie w połączeniu z grawitacyjnym obiegiem w instalacji c.o.) idealnie sprawdzają się w rejonach, gdzie przerwy w dopływie prądu nie są codziennością. Są tanie w eksploatacji, ale mają niską sprawność (do 60%), a obsługa jest dość kłopotliwa.
KOTŁY Z WENTYLATOREM NADMUCHOWYM
Droższą odmianą tradycyjnych kotłów górnego spalania są modele z wentylatorem nadmuchowym. W przypadku spalania paliwa dobrej jakości ich wyższość nad zwykłymi kotłami jest co najmniej dyskusyjna (wielu użytkowników twierdzi, że wentylator niepotrzebnie "pcha ciepło w komin"), jednak o wiele lepiej sprawdzają się w sytuacji, kiedy mają spalać marne paliwo, na przykład miał węglowy.
I właśnie ze względu na relatywnie niską cenę miału oraz innych paliw drobnoziarnistych – są obecnie bardzo popularne. W kotłach tych paliwo również rozpalać można od góry i od dołu, co niektórzy wytwórcy próbują przedstawić jako spalanie górne i dolne (jednak w rzeczywistości żaden wentylator nie sprawi, że kocioł tego typu stanie się kotłem dolnego spalania).
Niektóre urządzenia tego rodzaju mają nieco bardziej skomplikowaną budowę (np. dodatkowe dysze powietrza w komorze paleniskowej) i bywają określane jako wielopaliwowe, a jeszcze częściej – miałowe (bo to kusi najbardziej oszczędnych). Można w nich spalać, podobnie jak w tradycyjnych, miał, węgiel i – zastępczo – drewno opałowe, a w praktyce – wszystko, co się pali.
Nierzadko są wyposażone w sterowniki mikroprocesorowe. Takie parametry, jak sprawność i stałopalność (nawet do 24 h), bywają znacznie lepsze niż w urządzeniach tradycyjnych, bo można bardziej precyzyjnie regulować temperaturą czynnika grzewczego. Wciąż jednak trzeba się liczyć z obsługą przynajmniej raz na dobę.
Bez wątpienia interesującą propozycją są kotły z wentylatorem wyciągowym w czopuchu (czyli przewodzie łączącym kocioł z kanałem kominowym). Gwarantują one wysokie bezpieczeństwo eksploatacji, szczególnie przy słabym ciągu kominowym, jednak posądzenia o niepotrzebne wyrzucanie ciepła w komin także w tym przypadku nie są bezpodstawne, choć wiele zależy od zastosowanego sterownika, nadzorującego pracę kotła, i staranności użytkownika.
ZASYPOWE KOTŁY DOLNEGO SPALANIA
Zasypowe kotły dolnego spalania, choć nowocześniejsze i sprawniejsze (nawet pow. 70%, oczywiście na dobrym paliwie), są mniej popularne. Zapewniają stabilniejszą temperaturę wody grzewczej, bo łatwiej jest sterować prędkością procesu spalania, jednak trzeba za nie zapłacić więcej, a nadają się tylko do spalania droższych paliw.
Ponadto, ze względu na bardziej skomplikowaną konstrukcję, są z reguły większe (na głębokość) od kotłów górnego spalania. Wymagają też silniejszego ciągu kominowego i z tego względu w praktyce często dostępne są w odmianie z wentylatorem wspomagającym ciąg.
Na rynku występuje też sporo rozmaitych konstrukcji określanych jako uniwersalne (lub dolno-górne), które są mniej lub bardziej udanymi próbami połączenia wyższej efektywności (cechującej kotły dolnego spalania) ze zdolnością do spalania miału i innych paliw marnej jakości (typową dla kotłów górnego spalania). Jedne bardziej przypominają te pierwsze, inne – te drugie, a ich sprawność zwykle bardzo zależy od tego, czym się pali i jak skutecznie wykorzystuje się możliwości urządzenia o nietypowej konstrukcji (kompetentna obsługa).
KOTŁY ZGAZOWUJĄCE DREWNO
Inna, tym razem ściśle wyspecjalizowana odmiana urządzeń z dolnym spalaniem to kotły zgazowujące drewno (zwane często kotłami na holzgas). Są stosunkowo drogie, ale mogą być idealnym wyborem dla osób mających dostęp do taniego drewna opałowego. W kotłach takich drewno trafia najpierw do komory wstępnej (zgazowania), gdzie jest suszone, a potem poddawane wstępnemu procesowi spalania, w wyniku którego wydziela się gaz drzewny, którego głównym składnikiem jest metan.
Następnie gaz ten kierowany jest do palnika, w którym miesza się z powietrzem wtórnym, wtłaczanym za pomocą wentylatora nadmuchowego. Tam płonie razem z innymi produktami niepełnego spalania – zachodzi wówczas spalanie główne. Spaliny, które wtedy powstają, są później dopalane. Kotły te osiągają bardzo wysoką sprawność – do 90%, a spalanie jednego załadunku drewna trwa od kilku do kilkunastu godzin, paliwo trzeba więc uzupełniać tylko raz na dobę, bez potrzeby wygaszania kotła.
Nowoczesne kotły zgazowujące, wyposażone w automatykę w pełni nadzorującą proces spalania drewna. (fot. BUDERUS)
Wadą tych urządzeń jest dość wysoka cena i konieczność ładowania drewna przyzwoitej jakości i wstępnie wysuszonego (w przeciwnym razie dużo energii cieplnej będzie zużywane na jego dosuszenie). Nie wolno wrzucać do tych kotłów drewna lakierowanego, klejonego ani zabezpieczonego środkami chemicznymi.
Budowa i zasada działania kotła zgazowującego drewno
Najbardziej wyrafinowane modele kotłów zgazowujących drewno od zwykłych kotłów dolnego spalania (w których – jeśli tylko mają odpowiednio dużą komorę załadunkową – też można spalać drewno z dość wysoką sprawnością) odróżnia przede wszystkim wyrafinowana automatyka, sterująca nawiewem powietrza. Od niej zależy bowiem szybkość procesu spalania i efektywność spalania gazu drzewnego.
Jednak niezależnie od tego, ze względu na dużą szybkość spalania drewna, urządzenie sprawdzi się najlepiej w instalacji z akumulacyjnym zasobnikiem ciepła (buforem). To zaś – pomimo bardzo wysokiej sprawności – poważnie ogranicza popyt na kotły tego typu.
KOTŁY Z PODAJNIKIEM
Schemat funkcjonalny kotła z zasobnikiem i podajnikiem paliwa
Najszybciej chyba rosnący obecnie segment rynku to kotły z podajnikiem, zwane potocznie kotłami na ekogroszek.
Spalanie granulowanego paliwa (najczęściej węgiel sortymentu groszek), dozowanego przez podajnik ślimakowy lub tłokowy, odbywa się w nich pod nadzorem automatyki, sterującej zarówno podawaniem paliwa, jak i pracą wentylatora tłoczącego powietrze.
Standardowym elementem składowym jest zasobnik na opał, wielkość którego przesądza o częstości obsługi – im większy zasobnik i lepsza jakość opału, tym rzadziej trzeba zaglądać do kotłowni.
Kotły z podajnikiem należą do najbardziej zautomatyzowanych wśród wszystkich kotłów na paliwo stałe. Od sterownika kierującego pracą kotła zależy w znacznym stopniu jego sprawność i komfort obsługi. Kocioł tego rodzaju rozpalamy bowiem ręcznie, ale potem nadzór nad jego pracą przejmuje sterownik, który okresowo włącza podajnik oraz wentylator.
W prostych sterownikach nastawy fabryczne korygować musi (aby dostosować je np. do parametrów paliwa) użytkownik, lecz są i takie, które nadzorują proces spalania na podstawie danych otrzymywanych np. od czujnika temperatury żaru czy też sondy lambda umieszczonej w przewodzie wylotowym spalin.
Sterowniki nowoczesnych kotłów retortowych mają poza tym coraz częściej moduł pozwalający na pogodową regulację temperatury wody grzewczej w jednym lub kilku obiegach (również mieszaczowych).
Kotły z podajnikiem na węgiel typu groszek to szybko rosnący segment rynku. Niektóre modele wyposażane są w dodatkowy ruszt żeliwny lub wodny, pozwalający doraźnie spalać inne paliwa, jak gruby węgiel czy drewno. (fot. PROTECH (po lewej), SAS (po prawej))
KOTŁY NA PELLETY
W wielu kotłach retortowych, oprócz węgla, można spalać także inne paliwa, jak węgiel z domieszką miału, zrębki czy pellety. Jednak do spalania tych ostatnich bez wątpienia najlepiej nadają się wyspecjalizowane kotły na pellety, wyposażone w podajniki ślimakowe lub pneumatyczne oraz specjalny palnik z elektryczną zapalarką.
Nowoczesne kotły na pellety wyposażone są w elektryczną zapalarkę, dzięki temu funkcjonalnie nie ustępują praktycznie kotłom olejowym. (fot. PROTECH)
Kocioł taki zużywa paliwo tylko wtedy, gdy jest zapotrzebowanie na ciepło, nie ma przy tym konieczności ręcznego rozpalania i nie występują straty paliwa na podtrzymanie żaru w palenisku.
Obsługa urządzenia – jeśli tylko paliwo jest dobrej jakości – staje się porównywalna do obsługi kotła olejowego, bo sprowadza się do opróżniania popielnika raz na 2–3 tygodnie i kontrolowania zapasu opału.
Do tego pellety są paliwem mało brudzącym w kotłowni, a ewentualny zapach podczas pracy urządzenia bardziej przypomina ognisko czy kominek niż typowy kocioł na paliwo stałe.
PODSUMOWANIE
Nie można jednoznacznie określić, który z kotłów jest lepszy. Generalnie, najlepszy dla użytkownika jest taki, który gwarantuje mu największy komfort obsługi w zestawieniu z kosztami, jakie jest w stanie ponieść na zakup urządzenia oraz opału w czasie całego okresu eksploatacji.
Wybierając kocioł, nie zapominajmy, że oprócz danych techniczno-eksploatacyjnych, deklarowanych przez producenta, ważne są również:
wielkość pomieszczenia, które możemy przeznaczyć na kotłownię (kotły z podajnikiem potrzebują 2–3 razy więcej miejsca niż kotły zasypowe);
możliwości składowania opału i pozostałości po spalaniu, czyli popiołu i żużlu (albo koszty ich wywozu);
cena i dostępność paliwa (do ceny paliwa należy doliczyć cenę transportu opału) (pamiętajmy przy tym, że nawet najlepszy kocioł z nowoczesnym sterownikiem nie będzie dobrze pracował na tanim paliwie marnej jakości!).
Zawsze miejmy na względzie, że sprawność energetyczna kotła, podawana w tabeli z danymi technicznymi urządzenia, odnosi się do zasilania paliwem najwyższej jakości, a nie tym kupionym w promocji w supermarkecie. Na jakość paliwa są w szczególności wrażliwe wszystkie kotły z podajnikiem – w skrajnych warunkach marne paliwo może prowadzić do awaryjnego wyłączenia kotła.
Bezwzględnie należy kupować jedynie taki kocioł, dla którego wybrane przez nas paliwo przewidziano jako podstawowe. Najlepiej sprawdzić to w tzw. danych techniczno-ruchowych (DTR), a nie opierać się tylko na informacji sprzedawcy. Nawet jeśli producent kotła dopuszcza stosowanie innego paliwa, np. pelletów zamiast węgla-groszku, to na paliwie zastępczym kocioł zawsze będzie pracował znacznie gorzej.
Akurat ceny zgazowujących idą mocno w dół (zresztą taki atmos, mora - tańsze znacznie od niemieckich a z tymi samymi funkcjami) i zwracają się coraz szybciej. No i jest dużo czyściej jak w zwykłych śmieciuchach.
1
