- Jakie są warunki prawidłowego procesu spalania węgla, drewna czy gazu?
- Jak określić strumień powietrza potrzebnego do spalania w kotle?
- Jakie są systemy doprowadzenia powietrza do spalania?
Warunki prawidłowego spalania
Spalanie pod względem chemicznym to proces utleniania energonośnych składników paliwa. W przypadku większości paliw, głównymi składnikami ulegającymi utlenianiu są węgiel (C) i wodór (H). Do przeprowadzenia tego procesu niezbędny jest tlen zawarty w powietrzu atmosferycznym.
Zapotrzebowanie na tlen waha się w zależności od rodzaju paliwa i jego składu. Dla bezpiecznego i efektywnego spalania ilość dostarczanego tlenu powinna zapewniać poziom stechiometryczny. Określa on niezbędną ilość tlenu do przeprowadzenia reakcji chemicznej podczas spalania w stosunku do masy lub objętości paliwa. Zapewnia to utlenienie wszystkich palnych składników paliwa.
W praktyce większość procesów spalania przebiega w warunkach nadmiaru powietrza, a więc i tlenu, którego zawartość w powietrzu atmosferycznym wynosi około 21%. Nadwyżkę tlenu określa się współczynnikiem nadmiaru powietrza (λ), przyjmowanym najczęściej w granicach 1,1-1,3. Stosowanie nadmiaru powietrza zapewnia zachodzenie zupełnego spalania, co zabezpiecza przed wytworzeniem niezwykle niebezpiecznego dla ludzi tlenku węgla, czyli czadu. Tlenek węgla powstaje w warunkach niedostatecznego dopływu powietrza niezbędnego do spalania.
Orientacyjne zapotrzebowanie na powietrze na poziomie stechiometrycznego spalania dla popularnych paliw wykorzystywanych w instalacjach domowych wynosi:
- dla węgla: 7-9 m3/kg paliwa
- dla drewna i paliw drewnopochodnych: 6-8 m3/kg
- dla gazu ziemnego: 10 m3/m3 gazu
Oczywiście rzeczywiste zapotrzebowanie na powietrze będzie zależeć od konstrukcji palnika lub paleniska. Jego dopływ do strefy spalania powinien być nawet większy, również po uwzględnieniu współczynnika λ.
W praktyce dopływ powietrza do spalania realizowany jest na dwa sposoby:
- Bezpośrednie doprowadzenie do pomieszczenia: Powietrze jest doprowadzane do pomieszczenia, w którym zachodzi proces spalania.
- Doprowadzenie bezpośrednio do strefy spalania: Powietrze jest doprowadzane rurą bezpośrednio do strefy spalania umieszczonej w zamkniętej komorze.
Istnieje również pośrednia forma doprowadzenia powietrza: Powietrze jest doprowadzane kanałem wyprowadzonym na zewnątrz i dochodzącym w pobliże paleniska.
Jak określić strumień powietrza potrzebnego do spalania w kotle?
Przyjmując bazowe jednostkowe zapotrzebowanie na powietrze przy spalaniu stechiometrycznym, możemy w przybliżeniu określić minimalny, wymagany jego dopływ do konkretnego urządzenia. Do obliczeń przyjmujemy jego maksymalną moc i wynikające z tego zużycie paliwa.
Przykład:
Kocioł gazowy o mocy 25 kW i sprawności 90% będzie zużywał ok. 30 m3 gazu na godzinę, co odpowiada - po przyjęciu współczynnika λ o wartości 1,2 - zapotrzebowaniu na powietrze w ilości 360 m3/h (30 m3/h x 10 m3/m3 x 1,2 = 360 m3/h).
Ponieważ dopływ powietrza realizowany jest najczęściej w sposób grawitacyjny, uzależniony między innymi od warunków atmosferycznych, jego intensywność napływu wyznacza przekrój wlotu i kanału doprowadzającego powietrze zewnętrzne. W praktyce przyjmuje się te wymiary podobne do wielkości kanałów spalinowych lub dymowych, co przy korzystaniu z domowych kotłów odpowiada średnicy 130-150 mm lub przekrojowi do 200 cm2.
W gazowych urządzeniach z zamkniętą komorą spalania powietrze z zewnątrz doprowadzane jest bezpośrednio do strefy spalania. Jednak ze względu na zbyt mały ciąg kominowy powstający w kotłach niskotemperaturowych, jego dopływ wymuszany jest wentylatorem. Nad zapewnieniem wymaganych parametrów spalania czuwa układ elektroniczny, koordynując ilość dostarczanego powietrza i gazu zależnie od aktualnie potrzebnej mocy grzewczej.
Systemy doprowadzenia powietrza do spalania
Klasyczny sposób zapewnienia dopływu powietrza do kotłowni zlokalizowanej najczęściej w podpiwniczeniu realizowany jest przez tzw. zetkę. Jest to blaszany kanał wyprowadzony na zewnątrz ponad poziom terenu, który wewnątrz kotłowni posiada wylot umieszczony nisko nad podłogą.
Takie tradycyjne rozwiązanie doskonale funkcjonuje przy użytkowaniu kotłów na paliwo stałe. Strumień powietrza zewnętrznego kieruje się bezpośrednio do nisko umieszczonego paleniska, ułatwiając również cyrkulację powietrza wewnątrz kotłowni i usuwanie zadymienia. Rozwiązanie to jest również korzystne przy korzystaniu z innych rodzajów kotłów z otwartą komorą spalania, choćby ze względu na wentylację tego pomieszczenia.
W przypadku instalowania kotłów z zamkniętą komorą spalania dopływ powietrza realizowany jest przy użyciu dwuściennych rur powietrzno-spalinowych. Rury te są wyprowadzane ponad dach budynku lub przez jego ścianę przy mocy nominalnej kotła nieprzekraczającej 21 kW. Oczywiście kotły takie mogą być instalowane również w innych pomieszczeniach, w których jednak trzeba zapewnić wentylację.
W przypadku realizacji dopływu powietrza za pomocą rury dwuściennych należy zwrócić uwagę na wymagania producenta kotłów co do ich długości i przebiegu. Wynika to z konieczności uzyskiwania wymaganej wydajności przez wentylator, która zmniejsza się na skutek oporów przepływu na długich i krętych przewodach powietrzno-spalinowych.
Niekiedy korzystnym rozwiązaniem doprowadzenia powietrza do kotłów z zamkniętą komorą spalania będzie rozdzielenie kanału powietrznego i spalinowego za pomocą odpowiedniego adaptera. W takiej konfiguracji powietrze można doprowadzać oddzielną rurą wyprowadzoną na zewnątrz domu, a nawet pobierać je bezpośrednio z pomieszczenia. Należy jednak pamiętać, że pobieranie powietrza z pomieszczenia nie jest dobrym sposobem ze względu na zmniejszoną efektywność energetyczną takiego rozwiązania.
Obecnie coraz częściej kotły i podgrzewacze gazowe instalowane są w wersji z zamkniętą komorą spalania, do których doprowadzenie powietrza można zapewnić w wyżej opisany sposób. Jednak znaczna część użytkowanych urządzeń pracuje z otwartą komorą spalania, co wymaga doprowadzenia dostatecznej ilości powietrza do pomieszczenia, w którym są zamontowane.
Zależnie od lokalizacji kotła powietrze doprowadza się np. nawiewnikiem umieszczonym w ścianie domu lub kanałem dochodzącym w pobliże kotła. Istotne jest również zapewnienie funkcjonowania instalacji wentylacyjnej, aby działający kocioł nie wywoływał np. wstecznego ciągu w kanałach wentylacyjnych.
Odpowiedniej regulacji wymaga też mechaniczna instalacja wentylacyjna. W takiej instalacji nawiew powinien wytwarzać nadciśnienie, a ilość dostarczanego powietrza powinna pokrywać zapotrzebowanie na jego odprowadzenie jak i dopływ do spalania w wymaganej ilości oraz uwzględniać również inne paleniska, np. kuchenkę gazową.
Redakcja BudujemyDom
Dodaj komentarz