Kotły na paliwo stałe.
Kotły na paliwo stałe są ciągle popularnym sposobem ogrzewania domów jednorodzinnych jaki
większych obiektów. Podstawową ich zaletą są niskie koszty ogrzewania, jednocześnie przy
stosunkowo niskich kosztach inwestycji. Wymagają jednak w mniejszym lub większym stopniu
obsługi oraz paliwa o odpowiedniej jakości. Szczególnie jakość paliwa wpływa bezpośrednio na
trwałość kotła, jego bezawaryjną pracę i sprawność, co przekłada się bezpośrednio na
rzeczywiste koszty ogrzewania.
Kocioł HS 70-P.LC firmy Heitzmann
Kotły mogą być zasilane różnymi paliwami: węglem, drewnem, ziarnami zbóż, słomą itp. Niektóre,
wyposażone np. w dodatkowy ruszt, pozwalają spalać węgiel i drewno. W innych można przejść na gaz lub
olej po zamontowaniu palnika. Kotły wielopaliwowe to kompromisowe rozwiązanie. Każdy rodzaj paliwa
wymaga innej konstrukcji kotła aby zapewnić optymalne warunki jego pracy. Możliwość wyboru paliwa
w danym urządzeniu odbywa się najczęściej kosztem sprawności kotła, która będzie niższa niż w urządzeniu
zaprojektowanym dla jednego konkretnego rodzaju paliwa.
Kocioł na paliwo stałe zamienia energię paliwa na ciepło, które następnie przekazywane jest do instalacji
grzewczej. Ogrzewanie budynku wiąże się z duża zmiennością zapotrzebowania na ciepło w zależności od
temperatur zewnętrznych. Dlatego, kotły umożliwiają regulację mocy grzewczej, która odbywa się w sposób
ręczny lub automatyczny. Regulatory kotłów sterują pracą urządzenia, ale również mogą regulować ilość
dostarczanego ciepła do ogrzewanego budynku w zależności od zapotrzebowania. Mogą również chronić
kocioł przed zbyt niską temperaturą wody grzewczej, która może prowadzić do korozji jego elementów
konstrukcji.
Rodzaje kotłów
Kocioł z seri UWT firmy SAS Kocioł VIKING K-WRM25 firmy NIBE-BIAWAR
Najprostszymi urządzeniami są kotły z obsługa ręczną i rusztem stałym. Paliwo uzupełniane jest ręcznie
i wystarcza zazwyczaj od kilku do kilkunastu godzin  w zależności od zapotrzebowania budynku na ciepło.
Regulacja wydajności tych kotłów odbywa się za pomocą przymykania lub otwierania klapy powietrza
i przepustnicy po stronie spalin.
Kotły z dolnym spalaniem  podczas spalania żarzy się tylko dolna warstwa paliwa. Po wypaleniu się,
następna cześć paliwa z zasobnika zajmuje jej miejsce.
Można powiedzieć, że w kotłach z dolnym spalaniem paliwo dozowane jest samoistnie, w zależności od
potrzebnej mocy grzewczej. Tutaj również moc grzewczą kotła reguluje ilość powietrza dostarczanego do
spalania. Ten rodzaj pracy stosowany jest najczęściej przy zasilaniu węglem, ze spalania którego powstaje
znaczna ilość części lotnych. Kotły z górnym spalaniem  paliwo spalane jest w całej swojej objętości, moc
kotła zależy od stanu jego napełnienia paliwem i ilością doprowadzanego powietrza.
Obsługa kotła związana z uzupełnianiem paliwa może być uciążliwa dla wielu użytkowników. Ale i tutaj
można znalez
ć rozwiązanie, jakim są kotły z podajnikiem paliwa (kotły retortowe), nazywane też
 automatycznymi . Mimo wyższej ceny od typowych kotłów zapewniają wygodniejszą obsługę, gdyż
załadunek paliwa może odbywać się raz na kilka dni. W tego rodzaju kotłach paliwo magazynowane jest w
zasobniku, z którego podawane jest do kotła podajnikiem ślimakowym lub tłokowym. Następnie trafia do
palnika gdzie zostaje spalone. Specjalnymi kanałami dostarczane jest powietrze do strefy spalania przez
wentylator. Wydajnością wentylatora i ilością paliwa dostarczanego do kotła przez podajnik steruje
elektroniczny regulator, który w ten sposób kontroluje warunki spalania i reguluje moc grzewczą urządzenia.
Kotły tego typu pracują z wysoką sprawnością przy małym jak i dużym obciążeniu oraz z niższą emisją
zanieczyszczeń w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami.
Nowoczesne kotły wyposażone są w układy automatycznie rozpoznające wartość opałową paliwa. Powietrze
do spalania doprowadzane jest bezstopniowym wentylatorem z regulowaną prędkością obrotową.
Temperatura kotła, spalin i zawartość tlenu resztkowego w spalinach mierzone są sondą lambda i czujnikami
znajdującymi się w kanale spalinowym i w samym kotle. Na podstawie pomiarów ilość dostarczanego
powietrza do spalania zostaje automatycznie skorygowana, tak aby zapewnić optymalne warunki pracy kotła
z maksymalnÄ… jak i minimalnÄ… mocÄ… grzewczÄ….
Moc i sprawność kotła
Nowe budynki potrzebują stosunkowo mało ciepła do ich ogrzania. Również starsze, po modernizacji
i ociepleniu przegród zewnętrznych będą potrzebować mniej ciepła niż pierwotnie, co pozwoli na
zastosowanie kotła o mniejszej mocy grzewczej. Często producenci podają współczynniki (np.
zapotrzebowania na ciepło na podstawie powierzchni budynku), za pomocą których łatwo można dobrać
kocioł o odpowiedniej mocy grzewczej dla danego budynku. Ale, łatwo wcale nie oznacza dobrze. Należy
pamiętać, że takie obliczenia mają jedynie charakter orientacyjny. Każdy budynek wymaga indywidualnego
podejścia do sposobu jego ogrzewania i tylko dokładne obliczenia zapotrzebowania na ciepło pozwolą
zastosować urządzenie o odpowiedniej mocy oraz optymalnie rozwiązać instalację grzewczą.
Moc kotła pracującego na potrzeby ogrzewania budynku powinna być równa lub większa od
zapotrzebowania na ciepło budynku o maksymalnie 10 %. Dotyczy to sytuacji, w której używane jest paliwo
o odpowiedniej jakości  zalecane przez producenta. Stosowanie paliwa o niskiej jakości może obniżyć moc
kotła nawet o 50 % w stosunku od mocy nominalnej.
Jeśli kocioł ogrzewa budynek i wodę użytkową należy to uwzględnić. Jeśli zapotrzebowanie na ciepło do
c.w.u. nie przekracza 20 % zapotrzebowania na ciepło budynku, to można ją pominąć. Jeśli jest większe, to
moc kotła powinna być większa lub równa sumie zapotrzebowania budynku na ciepło i ciepła potrzebnego
do ogrzewania wody użytkowej.
Przez okoÅ‚o 95 % okresu grzewczego temperatury zewnÄ™trzne oscylujÄ… w okolicach 0°C. W tym okresie
kocioł będzie pracował z mocą niższą od nominalnej  przy obciążeniu częściowym. Jedynie przez kilka do
kilkunastu dni występują obliczeniowe temperatury zewnętrzne gdzie wykorzystana zostanie moc kotła
ę ą ętrzne
ę ą obliczeniowe temperatury zewnę gdzie wykorzystana zostanie moc kotła
zbliżona do nominalnej, której może odpowiadać ść kotła. Właściwe dopasowanie
że ć ść ś
ż odpowiadać maksymalna sprawność kotła. Właś
Przebieg sprawności wybranych kotłów zasilanych paliwem stały w zależ ś ąż
ści wybranych kotłów zasilanych paliwem stały w zależ ś ąż
ści wybranych kotłów zasilanych paliwem stały w zależności od obciążenia
kotła do potrzeb cieplnych budynku nie tylko obniż wszystkim, zapewni niższe
kotła do potrzeb cieplnych budynku nie tylko obniży koszt inwestycji, ale przede wszystkim, zapewni niż
koszty ogrzewania, ponieważ kocioł będzie pracował z wyższą sprawnością również przy obciążeniu
ż ę ż ą ś ą ż ąż
ż kocioł bę ż ą ścią również ąż
częściowym, czyli przez zdecydowanie wię ą ęść okresu grzewczego. Kotły zasilane paliwem stałym
ęściowym, czyli przez zdecydowanie większą część okresu grzewczego. Kotły zasilane paliwem stałym
ęś ę ą ęść
osiągają najwyższą sprawność zazwyczaj przy znamionowej lub zbliżonej od niej mocy grzewczej
ą ą ż ą ść zazw żonej od niej mocy grzewczej
urządzenia. Szczególnie w starych i prostych kotłach sprawność znacznie spada przy zmniejszonym
ądzenia. Szczególnie w starych i prostych kotłach sprawność znacznie spada przy zmniejszonym
ą ść
obciążeniu. Dotyczy to również kotłów obecnie oferowanych o najprostszej i najtań
ąż ż kotłów obecnie oferowanych o najprostszej i najtań
ąż ż kotłów obecnie oferowanych o najprostszej i najtańszej konstrukcji. Oprócz
jakości paliwa, na sprawność i trwałość ą ż znaczny wpływ jego cechy konstrukcyjne oraz sposób
ś ść ść ą ż
ś ść i trwałość kotła mają też znaczny wpływ jego cechy konstrukcyjne oraz sposób
regulacji i właściwa eksploatacja.
Przykładowy schemat instalacji z kotłem firmy HKS Lazar
Wymiennik
Głównym elementem kotła decydującym o jego trwałości jest wymiennik, w którym spaliny przekazują
ciepło wodzie grzewczej. Zastosowane materiały użyte do budowy wymiennika i jego konstrukcja decydują
o skuteczności przekazywania ciepła i trwałości urządzenia. Wymienniki wykonywane są ze stali lub z
żeliwa.
Wymiennik ciepła kotłów żeliwnych składa się z pojedynczych członów połączonych ze sobą. Pojedyncze
człony można łatwo transportować co ułatwia wstawienie kotła do pomieszczenia kotłowni. Moc grzewczą
kotła można zwiększyć przez dołożenie dodatkowego członu. W przypadku uszkodzenia któregoś z członów
żeliwnych można go łatwo wymienić.
Kotły stalowe mają wymiennik spawany ze stali kotłowej. Ich konstrukcja jest lżejsza od kotłów żeliwnych.
Stal pozwala na lepsze dopasowanie geometrii wymiennika ciepła do optymalnych warunków spalania dla
danego rodzaju paliwa. Jest też mniej wrażliwa od żeliwa na nagłe i częste zmiany temperatury wody w
kotle.
Na powierzchni wymiany ciepła, po stronie spalin i wodnej wymiennika żeliwnego z mniejszą
intensywnością tworzą się osady niż w kotłach stalowych. Żeliwo jest również bardziej odporne na korozję.
Kotły żeliwne są mniej wrażliwe na niską temperaturę spalin i wody grzewczej, niż kotły stalowe.
Regulacja
Układy regulacji kotłów mają zapewnić optymalne wykorzystanie paliwa zgodnie z zapotrzebowaniem.
Mają również podnieść komfort obsługi kotła i instalacji grzewczej, oraz zapewnić ochronę kotła przed
uszkodzeniem. W kotłach o prostej konstrukcji regulacja temperatury wody grzewczej odbywa się za
pomocą tzw. miarkowników ciągu  przy pomocy dz
wigni i łańcuszka termostat otwiera bądz
przymyka
przepustnicę powietrza regulując w ten sposób ilość powietrza dostarczanego do spalania, tym samym
utrzymuje zadanÄ… temperaturÄ™ wody grzewczej w kotle.
W kotłach z wentylatorem powietrza regulator elektroniczny zwiększa lub zmniejsza wydajność
wentylatora. Przez zmianę jego prędkości obrotowej dostarczana jest odpowiednia ilość powietrza do
spalania. W ten sposób regulowana jest moc grzewcza kotła, który może pracować z mocą np. od 30 do 100
% swojej znamionowej mocy grzewczej.
Najbardziej złożone układy regulacji sterują pracą wentylatora, ilością podawanego paliwa, kontrolują czy
nie cofa się płomień z palnika do zasobnika paliwa, kontrolują i regulują temperaturę wody grzewczej
powracającej z instalacji do kotła, oraz mogą sterować pracą pomp obiegowych i zaworów mieszających w
zależności od temperatury na zewnątrz budynku (regulacja pogodowa) i temperatury w pomieszczeniu.
Niektóre kotły wyposażane są w dodatkowy wymiennik ciepła, który chroni urządzenie przed nadmiernym
wzrostem temperatury wody grzewczej, np. przy braku zasilania energii elektrycznej. Wymiennik
schładzający wykonany jest w formie wężownicy (wężownica schładzająca). Po przekroczeniu
dopuszczalnej temperatury wody w kotle, zawór termostatyczny otwiera się i zimna woda wodociągowa
przepływa przez wężownicę. Po odebraniu ciepła z kotła ogrzana w wężownicy woda wyrzucana jest
następnie do kanalizacji.
Wężownica schładzająca jest dodatkowym elementem, który chroni kocioł przed przegrzaniem
i uszkodzeniem jego elementów konstrukcji.
Wyższy komfort i oszczędność
Dla zapewniania maksymalnego wykorzystania energii zawartej w paliwie (wysokiej sprawności kotła), oraz
dla poprawienia komfortu obsługi stosowane są zasobniki wody grzewczej, które pełnią również funkcję
akumulatora ciepła. Niezależnie od zapotrzebowania na ciepło budynku kocioł może pracować ze swoją
optymalną mocą grzewczą i najwyższą sprawnością. Nadmiar wyprodukowanego ciepła gromadzony jest w
zasobniku, z którego instalacja grzewcza pobiera tyle ciepła ile w danej chwili potrzebuje aby ogrzać
budynek.
Dzięki zasobnikowi wydłuża się czas pomiędzy kolejnymi załadunkami paliwa. Kocioł może pracować
zawsze z optymalną mocą grzewczą obniżając zużycie paliwa nawet o 30 % w ciągu roku.
Obsługa
Wybór rodzaju kotła będzie zależał od ceny danego paliwa i jego dostępności w danym rejonie kraju.
Obecne kotły na paliwo stałe charakteryzują się lepszym wykorzystaniem paliwa. Pracują z wyższą
sprawnością od starszych konstrukcji.
Każdy kocioł w mniejszym lub większym stopniu wymaga obsługi, która związana jest z uzupełnianiem
paliwa i jego regularnym czyszczeniem. Tak więc, udział użytkownika kotła ma olbrzymie znaczenie dla
zapewnienia właściwej pracy urządzenia. To użytkownik decyduje o tym jakie paliwo stosuje  o dobrej czy
niskiej jakości. Co będzie mieć duży wpływ na koszty ogrzewania oraz na trwałość i niezawodność kotła.
Szczególnie okresowe czyszczenie ma duże znaczenie na efektywne wykorzystanie paliwa. Gdyż osady na
powierzchni wymiany ciepła powodują znaczny spadek sprawności urządzenia lub nawet uszkodzeniem
jego elementów. W niektórych przypadkach, również obsługa i odpowiednie ustawianie regulatora kotła
może sprawiać trudności. Jednak decydując się na ogrzewanie kotłem na paliwo stałe, mimo konieczności
jego obsługi, można zapewnić sobie jedne z najniższych kosztów ogrzewania przy stosunkowo niskich
kosztach inwestycji. WybierajÄ…c urzÄ…dzenia zasilane paliwami ekologicznymi jak drewno, pelet itp.,
możemy również przyczynić się do ochrony środowiska naturalnego.
Krzysztof Gnyra