1

Wielkości opisujące kocioł (1)

• moc kotła (wydajność cieplna) – ilość ciepła oddawana

użytecznie czynnikowi grzewczemu w jednostce czasu

• moc znamionowa kotła – moc kotła podawana przez

wytwórcę, uzyskiwana trwale przy spalaniu paliwa w
warunkach ustalonych, określana jest dla projektowej
temperatury wody na wypływie z kotła (zasilanie) i
dopływie do kotła (powrót) oraz znamionowego strumienia
przepływającej wody

• kotły grzewcze niskotemperaturowe (orientacyjne moce

znamionowe):

– kotły żeliwne, w zakresie mocy 12 - 2000 kW,
– kotły stalowe płomienicowo-płomieniówkowe 15 – 20 000 kW
– kotły wiszące kompaktowe jedno- i dwufunkcyjne (potrzeby c.o. i

przygotowania c.w.u.), z wymiennikami z żeliwa, stali nierdzewnej i
stopów lekkich, w zakresie mocy do 100 kW

2

Wielkości opisujące kocioł (2)

• obciążenie kotła - stosunek uzyskiwanej mocy do mocy

znamionowej kotła podawany w procentach mocy
znamionowej

• obciążenie częściowe kotła - obciążenie kotła mniejsze od

100% mocy znamionowej.

• przeciążenie kotła - obciążenie kotła większe od 100%

mocy znamionowej

• obciążenie ekonomiczne – przy którym kocioł osiąga

najwyższą sprawność

3

Wielkości opisujące kocioł (3)

• powierzchnia ogrzewalna kotła - suma tych

powierzchni kotła, które z jednej strony stykają się z
czynnikiem grzewczym, a z drugiej strony z
ośrodkiem przekazującym ciepło (gazy spalinowe)
lub podlegają działaniu promieniowania cieplnego;
powierzchnię ogrzewalną liczy się po stronie
ośrodka przekazującego ciepło.

– obciążenie cieplne powierzchni ogrzewalnej kotła -

ilość ciepła przejmowanego przez jednostkę powierzchni
ogrzewalnej w jednostce czasu

– obciążenie cieplne komory spalania kotła - ilość ciepła

przejmowanego przez jednostkę objętości ogrzewalnej w
jednostce czasu

4

Wielkości opisujące kocioł (4)

• ciśnienie robocze (ciśnienie dopuszczone) - wynika z rozwiązań

konstrukcyjnych kotłów i zastosowanego materiału. Jest
parametrem decydującym o wykorzystaniu kotła w określonej
konfiguracji hydraulicznej instalacji grzewczej

– kotły żeliwne niskotemperaturowe ok. 400 - 600 kPa

– kotły stalowe niskotemperaturowe, płomienicowo-płomieniówkowe o mocy

60 - 2000 kW, ok. 0,5 - 0,6 MPa

– kotły stalowe niskotemperaturowe dużych mocy do 1,6 MPa

– kotły wysokotemperaturowe na temp. wody poniżej 230

o

C - do 3,0 MPa

• temperatura zasilania i temperatura powrotu

– kotły tradycyjne (stałotemperaturowe) pracują przy wyższych temp., np.

90/70

o

C

– kotły o obniżonych parametrach pracują przy temp. niższych, np. 70/50

o

C,

przy czym wysokość temp. wody w kotle zmienia się w zależności od potrzeb

– kotły kondensacyjne są przeznaczone do pracy wodą o temp. poniżej temp.

punktu rosy, np. 40/30

o

C, a temp. wody w kotle jest zmienna

5

Wielkości opisujące kocioł (5)

•

znamionowa sprawność brutto, w kotłach gazowych przy dobrym
wyregulowaniu palnika występują tylko dwie straty:

–

strata wylotowa (S

w)

związana z temperaturą spalin oraz strata ciepła do

otoczenia (przez izolację korpusu kotła)

– strata ciepła do otoczenia (S

ot)

zawiera się pomiędzy 0,2% (kotły o dużej

mocy cieplnej) a 1,5% (małe kotły). Sprawność kotła wodnego:

•

sprawność optymalna kotła - największa sprawność cieplna
uzyskiwana w obszarze technicznie i ekonomicznie uzasadnionej mocy
kotła

•

sprawność maksymalna kotła - największa sprawność cieplna
uzyskiwana w całym obszarze pracy kotła

ot

w

S

S

%

100











i

d

H

B

Q

η



%

100







i

u

H

B

Q

η



6

Wielkości opisujące kocioł (6)

• sprawność kotła netto określa się uwzględniając moc

konieczną do napędu wentylatora powietrza do spalania.
Sprawność kotła netto powinna być uwzględniana w analizie
ekonomicznej, podobnie jak sprawność średnioroczna

• średnioroczna sprawność użytkowa – decyduje o

ekonomii eksploatacji systemu grzewczego, odniesiona jest
do całego okresu eksploatacji systemu uwzględniająca stratę
postojową kotła oraz ilość godzin eksploatacji palnika w
sezonie (strata postojowa kotła jest związana z oddawaniem
ciepła w czasie wyłączenie palnika i nagrzewaniem kotła po
ponownym uruchomieniu palnika).

7

Sprawność energetyczna urządzeń kotłowych (1)

•

Do oceny jakości pracy kotła w warunkach eksploatacyjnych

wykorzystuje się równanie bilansu strumienia ciepła:

Q

o

= Q

u

+ S  B·H

i

= m(h

z

– h

p

) + S

Q

o

– strumień ciepła doprowadzonego z paliwem

Q

u

– użyteczna moc cieplna kotła (strumień ciepła użytecznego)

B – strumień masy paliwa

H

i

– wartość opałowa paliwa

m – strumień masy nośnika ciepła wypływającego z kotła

h

z

– entalpia właściwa nośnika ciepła wypływającego z kotła

h

p

– entalpia właściwa nośnika zasilającego kocioł



S – suma strat mocy cieplej

8

Sprawność energetyczna urządzeń kotłowych (2)

•

Równanie bilansu strumienia ciepła w kotłach wodnych:

B·H

i

= mc

w

(t

z

– t

p

) + S

c

w

– średnie ciepło właściwe w przedziale temperatury t

z

i t

p

t

z

i t

p

– odpowiednio temperatura wody wypływającej i powracającej do

kotła

B – strumień masy paliwa

H

i

– wartość opałowa paliwa

m – strumień masy nośnika ciepła wypływającego z kotła



S – suma strat mocy cieplej

9

Sprawność energetyczna urządzeń kotłowych (3)

•

Miarą skuteczności działania urządzenia energetycznego jest

sprawność

•

Można ją wyznaczyć znając strumień energii doprowadzonej do kotła i

strumień ciepła użytecznego:

 = Q

u

/Q

o

 m(h

z

– h

p

)/B·H

i

 mc

w

(t

z

– t

p

)/ B·H

i

•

Lub też znając strumień energii doprowadzonej do kotła i straty mocy

cieplnej

 = (Q

o

- S) /Q

o

10

Sprawność energetyczna urządzeń kotłowych (4)

Podział strat w zależności od miejsca i sposobu powstawania

• Straty paleniska

– popielnikowa, przesypu, wskutek niezupełnego spalania, w żużlu,

w koksiku lotnym i sadzy, wskutek promieniowania i konwekcji
(straty rozproszenia)

• Straty w kanałach spalinowych

– wskutek promieniowania i konwekcji (straty rozproszenia)

– wskutek zasysania powietrza (tzw. fałszywego)

• Straty odlotowe

– kominowa

• Straty kotła właściwego

– odmulania

– odsalania (w kotłach parowych)

– na skutek nieszczelności obmurza kotła (zaliczana do kominowej)

11

Sprawność energetyczna urządzeń kotłowych (5)

•

W praktyce przy bilansowaniu kotła podział strat jest upraszczany.
Wynika to z warunków pomiarowych oraz z niemożności określenia
oddzielnie pewnych grup strat. Często do badań przyjmuje się podział
strat następujący:

– popielnikowa,

– przesypu,

– wskutek niezupełnego spalania,

– w żużlu,

– w koksiku lotnym i sadzy,

– kominowa,

– odsalania i odmulania,

– pozostałe (wskutek promieniowania i konwekcji, nieszczelności

rurociągów w obrębie kotłowni, dosysania powietrza
„fałszywego”)

12

Sprawność energetyczna urządzeń kotłowych (6)

• Strata popielnikowa

– powstaje wskutek usuwania poza obręb komory paleniskowej (do

popielnika) nie spalonych części paliwa

– przyczyny: nazbyt krótkie przebywanie paliwa na ruszcie lub też

odcięcie dopływu powietrza do cząstek palnych wskutek otoczenia
ich żużlem

• Strata przesypu

– występuje w paleniskach rusztowych wskutek wypadania cząstek

paliwa przez szczeliny rusztowe poza komorę paleniskową

• Niezupełnego spalania

– wskutek spalania węgla C do CO, a nie do CO

2

– przyczyny: niedobór powietrza do spalania, złe wymieszanie

paliwa z powietrzem

13

Sprawność energetyczna urządzeń kotłowych (7)

• Strata w żużlu

– jest wynikiem usuwania, poza obręb kotła, żużla o temperaturze

wyższej od temperatury otoczenia; o wielkości tej straty decyduje
pojemność cieplna masy żużla

• Strata w koksiku lotnym i sadzy

– jest wynikiem unoszenia przez spaliny nie spalonych cząstek

paliwa w postaci tzw. koksiku lotnego (odgazowane drobiny
węgla) oraz sadzy (produktów rozpadu i niewłaściwego spalania
węglowodorów)

• Kominowa

– powstaje wskutek uchodzenia do atmosfery gazów spalinowych,

cieplejszych od temperatury otoczenia

– ta strata jest konieczna, gdyż jest to najlepszy sposób usunięcia

spalin na zewnątrz

14

Sprawność energetyczna urządzeń kotłowych (8)

• Strata odsalania i odmulania

– strata odsalania występuje w kotłach parowych, gdzie odprowadza

się z kotła nadmiar zasolonej wody (w temperaturze wrzenia), by
utrzymać wymagane stężenie soli w wodzie kotłowej

– odmulanie kotłów (średnich i dużych mocy) odbywa się okresowo

i polega na usuwaniu osadów wytrąconych z wody kotłowej; osady
znajdują się zwykle w najniższej części kotła i używa się w tym
celu zaworów spustowych

• Pozostałe straty, czyli straty rozproszenia

– ze względu na trudności wykonania pomiaru nie są mierzone

bezpośrednio, stanowią uzupełnienie bilansu kotła

– wraz ze wzrostem mocy kotła rośnie ich wartość bezwzględna, ale

maleje ich udział w sumie strat

Straty: popielnikowa, przesypu oraz w koksiku lotnym i

sadzy stanowią tzw. stratę niecałkowitego spalania

15

Sprawność energetyczna urządzeń kotłowych (9)

Przykładowy bilans energetyczny kotła WR-25

Parametr kotła

Jedn.

Pomiar nr 1

Pomiar nr 2

Moc użytkowa kotła

kW

27 060,8

20 267,1

Strata kominowa kotła

kW/%

3 691,9

11,0

3 682,1

14,5

Strata do otoczenia

kW/%

671,2

2,0

509,1

2,0

Strata niecałkowitego spalania

kW/%

2 062,6

6,1

991,7

3,9

Strata niezupełnego spalania

kW/%

74,2

0,2

4,8

0,0

Sprawność kotła

%

80,6

79,6

Współczynnik lambda

-

1,47

1,82

16

Wymagania stawiane kotłom (1)

Minimalna temperatura wody powracającej do kotła

• związana jest z wykraplaniem się pary wodnej ze spalin (tzw.

roszeniem kotła),

• zapewnienie t

p min

dotyczy kotłów tradycyjnych i kotłów o

obniżonych parametrach, które nie mają budowy
zabezpieczającej przed wykraplaniem się pary wodnej,

• wartość t

p min

powinna być podana przez producenta urządzenia,

• dotrzymanie warunku może być realizowana poprzez:

– domieszanie strumienia gorącej wody z kotła do przewodu

powrotnego (za pomocą pompy mieszającej, trójdrogowego lub
czterodrogowego zaworu mieszającego),

– wykorzystanie sprzęgieł hydraulicznych.

17

Wymagania stawiane kotłom (2)

Minimalna temperatury wody w kotle

• również związane jest z zabezpieczeniem kotła przed

wykraplaniem się pary wodnej ze spalin,

• konieczność dotrzymania tego warunku zachodzi zwykle w

momencie rozruchu kotła, gdy instalacja c.o. jest schłodzona
(np. po przerwie nocnej lub weekendowej),

• realizowane jest to poprzez ograniczenie przepływu przez

kocioł, wody powracającej z instalacji, co powoduje szybsze
nagrzewanie powierzchni wymiany ciepła w kotle,

• stosuje się:

– przelotowe zawory regulacyjne, zmniejszające strumień wody

kotłowej,

– pompy kotłowe o kilku stopniach regulacji,
– wyłączanie poszczególnych obiegów grzewczych (zatrzymanie

pomp lub odcięcie za pomocą trójdrogowych zaworów
mieszających).

18

Wymagania stawiane kotłom (3)

Maksymalny strumień wody płynącej przez kocioł

• za duży strumień wody:

– powoduje znaczny wzrost oporów przepływu przez kocioł, co

pociąga za sobą gorsze chłodzenie powierzchni ogrzewalnych
kotła,

– zwiększa hałas przy przepływie wody,

– powoduje erozję przewodów hydraulicznych wewnątrz kotła i w

armaturze.

• przy braku wymagań w danych technicznych kotła, można

wyznaczyć z następującej zależności:

Δt

ρ

c

Q

3600

V

p

k

max













[m

3

/h]

19

Wymagania stawiane kotłom (4)

Minimalny strumień wody płynącej przez kocioł

• za mały strumień powoduje, że:

– w bardzo krótkim czasie osiągana jest wymagana temperatura wody

w kotle i czujnik temperatury wyłącza kocioł (palnik) przed
osiągnięciem przez kocioł wymaganej mocy cieplnej,

– w kotle mogą powstawać miejscowe przegrzania i korki parowe, a

czujnik temperatury wody w kotle oraz ogranicznik temperatury
mogą tego nie zarejestrować.

• nie powinien być mniejszy niż 2530% strumienia nominalnego:

• Warunek zapewnienia minimalnego i maksymalnego

strumienia wody płynącej przez kocioł dotyczy zwykle
kotłów o małej pojemności wodnej.

/h]

[m

Δt

ρ

c

Q

3600

0,3)

(0,25

V

3

nom

p

k

min













