- 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
Proces spalania pod względem chemicznym to nic innego jak utlenianie energonośnych składników każdego paliwa - głównie węgla C i wodoru H - zatem do jej przeprowadzenia konieczne jest dopływ tlenu zwartego w powietrzu atmosferycznym. Zależnie od rodzaju paliwa i jego składu zapotrzebowanie na tlen waha się w dość szerokich granicach, przy czym dla bezpiecznego i efektywnego procesu spalania jego dostarczana ilość powinna zapewniać uzyskanie poziomu stechiometrycznego. Określa on niezbędną ilość dostarczanego tlenu do przeprowadzenia w reakcji chemicznej podczas spalania w stosunku do masy czy objętości paliwa, która zapewni utlenienie wszystkich jego palnych składników.
Jednak w praktyce większość procesów spalania przebiega w warunkach nadmiaru powietrza, a więc i tlenu, którego zawartość wynosi ok. 21% jego objętości. Jego nadwyżkę określa współczynnik nadmiaru powietrza λ przyjmowany najczęściej w granicach 1,1-1,3. Dzięki temu uzyskujemy pewność zachodzenia zupełnego procesu spalania, co zabezpiecza m.in. przed wytworzeniem niezwykle niebezpiecznego dla ludzi gazu - tlenku węgla czyli czadu, który powstaje w warunkach niedostatecznego dopływu powietrza niezbędnego do spalania.
Orientacyjnie zapotrzebowanie powietrza 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 zależeć będzie od konstrukcji palnika czy paleniska, a jego dopływ do strefy spalania powinien być nawet większy, również po uwzględnieniu współczynnika λ.
W praktyce dopływ powietrza do spalania realizowany jest w dwojaki sposób - poprzez jego doprowadzenie do pomieszczenia, w którym następuje spalanie lub bezpośrednio rurą w strefę spalania umieszczoną w zamkniętej komorze. Niekiedy stosowana jest pośrednia forma doprowadzenia powietrza, gdy jego dopływ odbywa się 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 maksymalna moc i wynikające z tego zużycie paliwa. Przykładowo 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 w 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, ale ze względu na zbyt mały ciąg kominowy powstający w kotłach niskotemperaturowych, jego dopływ wymuszany jest wentylatorem, a 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, blaszany kanał wyprowadzony na zewnątrz ponad poziomem terenu, który wewnątrz kotłowni ma wylot umieszczony nisko nad podłoga. Takie tradycyjne rozwiązanie doskonale funkcjonuje przy użytkowaniu kotłów na paliwo stałe, gdyż strumień powietrza zewnętrznego kieruje się bezpośrednio do nisko umieszczonego paleniska, a także ułatwia cyrkulację powietrza wewnątrz kotłowni i usuwanie zadymienia. Również przy korzystaniu z innych rodzajów kotłów z otwartą komorą spalania rozwiązanie takie jest korzystne, choćby ze względu na wentylację tego pomieszczenia.
Natomiast w przypadku instalowania kotłów z zamkniętą komorą spalania dopływ powietrza realizowany jest przy użyciu dwuściennych rur powietrzno-spalinowych wyprowadzonych ponad dach budynku lub przez jego ścianę przy mocy nominalnej 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 takich kotłów będzie rozdzielenie kanału powietrznego i spalinowego za pomocą odpowiedniego adaptera. Można wtedy powietrze doprowadzać oddzielną rurą wyprowadzoną na zewnątrz domu, a nawet pobierać je bezpośrednio z pomieszczenia, choć nie jest to dobry sposób ze względu zmniejszoną efektywności energetyczną takiego rozwiązania.
Obecnie kotły czy podgrzewacze gazowe coraz częściej instalowane są w wersji z zamkniętą komorą spalania, do których doprowadzenie powietrza można zapewnić w wyżej opisany sposób, to jednak znaczna część użytkowanych urządzeń pracuje z otwartą komorą spalania, co wymaga doprowadzenia dostatecznej ilości powietrza do pomieszczenia gdzie są zamontowane. Zależnie od ich lokalizacji 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 której nawiew powinien wytwarzać nadciśnienie, a ilość dostarczanego powietrza 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