Kotły na pelet. Nowoczesne urządzenia o małej mocy

Cechą kotłów na paliwa stałe są trudności techniczne przy transporcie paliwa do układu zasilającego i komory spalania. W przypadku kotłów małej i średniej mocy mechanizacja jest możliwa, jeżeli paliwo jest rozdrobnione i zachowuje określone wymiary form geometrycznych. Kotły mogą być zasilane paliwem w postaci peletu drzewnego lub zrębki drzewnej. Pomimo znacznych podobieństw kotłów na pelet i na zrębkę występują między nimi także istotne różnice. Kotły małej mocy opalane tylko peletem produkowane są w wykonaniu lekkim, a kotły na zrębkę są ich wersją w wykonaniu ciężkim. Różnice w rozwiązaniach technicznych kotłów średniej i dużej mocy na pelet i zrębkę zacierają się wraz ze wzrostem mocy. Najczęściej dotyczą one geometrii śruby w podajnikach oraz ustawień automatyki kotła.

Kotły na biopaliwa stałe mają wiele rozwiązań i ograniczeń charakterystycznych dla tego rodzaju paliw. Jednym z nich jest transport realizowany za pomocą podajników ślimakowych oraz konieczność zabezpieczenia kotła przed cofaniem się płomienia z komory spalania do zasobnika paliwa. Sposób realizacji tego zabezpieczenia jest różny i zależy od konstrukcji kotła, rodzaju palnika i krajowych regulacji.

Typowe kotły na pelet i zrębkę drzewną to urządzenia najczęściej stalowe o konstrukcji kompaktowej – małej mocy oraz o budowie modułowej – średniej i dużej mocy. Są to kotły wodne niskotemperaturowe o ciśnieniu pracy nieprzekraczającym 6 barów. Kotły dużej mocy w ciepłowniach lub kotły energetyczne są urządzeniami wysokoparametrycznymi wodnymi lub parowymi. Palniki kotłów są zintegrowane z korpusem i stanowią nieodłączną część kotła, wyposażone są w wentylatory z płynną regulacją wydajności. Kotły na biomasę prawie zawsze mają wentylatory wyciągowe zabudowane na czopuchu. Dzięki takiemu rozwiązaniu kocioł może pracować przy nieznacznym podciśnieniu w komorze spalania. Dodatkowo w zależności od mocy cieplnej kotła palniki wyposażone są w jeden lub więcej wentylatorów nawiewnych. Wentylatory te wprowadzają powietrze podmuchowe do różnych stref komory spalania. Niektórzy producenci stosują jeden wentylator podmuchowy z klapami regulacyjnymi (lub klapą), które rozdzielają strumień powietrza do różnych stref palnika.

Inicjacja płomienia odbywa się z wykorzystaniem zapalarki elektrycznej. Automatyka kotła identyfikuje powstanie płomienia na podstawie wartości temperatury i/lub dynamiki jej wzrostu w komorze spalania albo przez fotokomórkę. Wartości progowe, na postawie których sterownik „stwierdza” rozpoczęcie spalania pomiędzy różnymi kotłami, mogą się nieznacznie różnić. Przyjmuje się, że przekroczenie temperatury 150°C i/lub przy dynamice jej wzrostu powyżej 1°C/s świadczy o zainicjowaniu płomienia.

Komory i palniki

Kotły z mechanicznym załadunkiem paliwa mają indywidualne rozwiązania komory spalania oraz wymiennika ciepła. W zależności od ich mocy możemy wyróżnić kotły z rusztem stałym (najczęściej zmechanizowanym), kotły z palnikiem retortowym oraz z palnikiem schodkowym. Kotły energetyczne lub przeznaczone do spalania nietypowych biopaliw stałych mogą mieć specyficzne rozwiązania w zakresie komory spalania, palnika, wymiennika(ów) ciepła i automatyzacji procesu. Konstrukcja palnika jest przeznaczona najczęściej dla urządzeń z danej grupy mocy cieplnej. Kotły małej mocy mają palniki z rusztem, kotły średniej mocy wyposażone są w palniki retortowe lub schodkowe, a kotły dużej mocy w palniki schodkowe. Nowoczesne palniki na biopaliwa stałe charakteryzuje rozdział procesu spalania na dwie lub trzy fazy przy automatyzacji wprowadzenia paliwa i powietrza do komory spalania. Istotny wpływ na sprawność energetyczną i niską emisję zanieczyszczeń, zwłaszcza tlenku węgla, ma czas ekspozycji spalin w wysokiej temperaturze w komorze spalania. Zależy on od temperatury panującej w komorze spalania i musi być na tyle długi, aby tlenek węgla zdążył się utlenić do dwutlenku węgla.

W zależności od fazy pracy kotła (zapłon, rozpalanie, wzrost mocy, regulacja, wygaszanie) temperatura w komorze spalania ulega zmianie. W stabilnych warunkach pracy przy pełnym obciążeniu jej wartość może się wahać od 650 do ponad 700°C i nie powinna spadać poniżej 600°C. W nowszych jednostkach dąży się do osiągnięcia wyższych temperatur, ograniczeniem jest wzrost emisji NOx, spiekanie się popiołu oraz termiczne obciążenie elementów komory spalania.

Aby można było kontrolować proces spalania, oprócz pomiaru temperatury w komorze spalania na wylocie spalin montuje się sondę Lambda, która stosowana jest do pomiaru w nich stężenia tlenu. Jest to rozwiązanie służące zwiększeniu sprawności energetycznej kotłów oraz ograniczeniu emisji zanieczyszczeń związanych ze spalaniem biopaliw stałych.

Sonda Lambda zabudowywana jest najczęściej na ciągu spalinowym za wymiennikiem ciepła, zwykle jest to czopuch. Umożliwia ona procentowe określenie zawartości tlenu w spalinach. Znajomość składu spalin pozwala na optymalne sterowanie procesem spalania, co poprawia sprawność energetyczną kotła i redukuje do minimum emisję zanieczyszczeń do środowiska produktami spalania.

Pożądana zawartość tlenu w spalinach zależy od obciążenia oraz fazy pracy kotła. Optymalne wartości określa się na podstawie badań w trakcie tworzenia charakterystyk pracy kotła. Podczas pracy kotła automatyka porównuje m.in. rzeczywistą (chwilową) zawartość tlenu w spalinach z wartością referencyjną dla danej fazy i obciążenia (rys. 2). Na podstawie tego porównania i w oparciu o algorytm sterowania automatyka koryguje ilość doprowadzanego paliwa i/lub powietrza. Wartości referencyjne można korygować w trakcie pierwszego uruchomienia i mogą one zależeć od rodzaju paliwa. Mimo prób ujednolicenia parametrów biopaliw stałych ich zróżnicowanie w zakresie gęstości nasypowej ma istotny wpływ na przedziały rekomendowanej zawartości tlenu przy różnym obciążeniu. Szacunkowe wartości mogą wynosić od 10 do 8%, odpowiednio od mocy minimalnej i maksymalnej.

Podczas spalania biopaliwa stałego oprócz gazowych produktów spalania powstaje popiół, który pochodzi z mineralnych składników paliwa oraz zanieczyszczeń w nim zawartych. Cięższa część popiołu jest usuwana bezpośrednio z komory spalania przez ruszty, systemy czyszczące palnik, systemy odpopielające do popielników lub zbiorników zewnętrznych popiołu. Oczyszczanie palnika może być realizowane na różne sposoby i zależy od jego typu. Stosowane rozwiązania konstrukcyjne w zakresie odpopielania zależą od mocy kotła, rodzaju paliwa itp.

Wymienniki i ich ochrona

Część lotna popiołu jest porywana i unoszona przez spaliny, po czym osadza się w częściach gazowych kotła wzdłuż ścieżki spalin, w takich miejscach jak popielnik, wymiennik ciepła i inne zakamarki. Osadza się także na wewnętrznych powierzchniach płomienic, pogarszając warunki wymiany ciepła poprzez tworzenie warstwy izolacyjnej, dlatego należy ją usuwać na bieżąco. Oczyszczanie wymiennika ciepła z pionowymi płomienicami najczęściej realizowane jest dzięki ruchomym (wahliwym), mocowanym pionowo turbulatorom spalin w płomienicach. Napędzane są one mechanizmem posuwisto-zwrotnym przez silnik elektryczny. Turbulatory zgarniają popiół zbierający się na wewnętrznych ściankach płomienic, a ten opada do popielnika pod wymiennikiem ciepła. Spaliny w przestrzeni pomiędzy płomieniówkami a turbulatorami poruszają się po linii śrubowej. W ten sposób turbulatory poprawiają warunki wymiany ciepła przez wydłużenie drogi spalin i zwiększenie ich prędkości, co powoduje zmniejszenie warstwy izolacyjnej Prandtla, a w konsekwencji zmniejszenie oporu wnikania ciepła.

W wymiennikach ciepła z poziomym ułożeniem płomienic czyszczenie może przebiegać hydrodynamiczne lub impulsowo. Metoda hydrodynamiczna, zwana HV (High Volume), polega na tym, że wentylator zabudowany w kotle ma duży zapas wydajności. Jest on zwykle 3–4 razy większy niż zapotrzebowanie komory spalania na cele spalania paliwa. W trakcie czyszczenia wymiennika wentylator pracuje przy maksymalnej wydajności, dzięki czemu prędkość gazu (spalin) zwiększa się w płomieniówkach do ok. 20 m/s. Przy tak dużej prędkości wszelkie zanieczyszczenia i popiół są porywane i usuwane z wymiennika.

Drugą metodą oczyszczania poziomych wymienników ciepła jest metoda impulsowa, gdzie odpowiednio umieszczone dysze ze sprężonym powietrzem cyklicznie przedmuchują rury wymiennika ciepła, usuwając zalegający popiół i/lub zanieczyszczenia. Głowice z dyszami zasilane są sprężonym powietrzem o ciśnieniu rzędu 7–10 barów. W momencie otwarcia zaworu ze sprężonym powietrzem powstaje mocny impuls pneumatyczny, który odrywa popiół i zanieczyszczenia od powierzchni wewnętrznych płomienic. Poruszony materiał unoszony jest przez spaliny. Cykle włączenia czyszczenia palnika i wymiennika ciepła nadzoruje automatyka kotła. Czyszczenie wykonywane jest przed uruchomieniem kotła oraz w trakcie jego pracy, co kilka godzin. Okres ten jest ustawialny i można go dopasować do rodzaju paliwa w zależności od stopnia jego zanieczyszczenia.

Tradycyjne kotły na biopaliwa stałe muszą być chronione przed wykropleniem się wilgoci na powierzchni wymiennika ciepła z tych samych powodów co kotły niekondensacyjne gazowe lub olejowe. Dodatkowo należy unikać kondensacji, aby nie doprowadzić do powstania szlamu na powierzchni gazowej wymiennika. Kontakt zwilżonej powierzchni wymiennika z lotnym popiołem zawieszonym w spalinach powoduje mokre odpylanie spalin. Popiół osadzający się w ten sposób na zwilżonej powierzchni rur powoduje powstanie szlamu, który pod wpływem temperatury ulega zapieczeniu (przywarciu do wymiennika). Tak powstała warstwa zapieczonego popiołu pogarsza wymianę ciepła oraz klinuje systemy mechanicznego czyszczenia wymiennika. Nie dotyczy to biomasowych kotłów kondensacyjnych, które niedawno pojawiły się na rynku. Zabezpieczenie przed zaklinowaniem systemów czyszczenia przez wydzielający się szlam realizowane jest w nich w specjalny sposób.

Charakterystycznym dodatkiem do kotłów na biopaliwa stałe zmechanizowane jest bufor ciepła. Część producentów deklaruje, że nie jest to konieczne wyposażenie, ale praktyka wskazuje inaczej. Wyjątek od tej zasady mogą stanowić kotły kondensacyjne na biomasę.

Kotły małej mocy na pelet

Nowoczesne kotły małej mocy na pelet mają stały ruszt, który jest zmechanizowany (rys. 3). Podczas normalnej pracy ruszt jest nieruchomy, natomiast w trakcie cyklu czyszczenia mechanizm zmienia jego położenie w celu usunięcia resztek popiołu oraz szlaki. Przy dobrej jakości paliwa i normalnej pracy sypki popiół przelatuje przez perforację wzdłużną rusztu. W przypadku paliwa zanieczyszczonego (np. piasek, kora itp.) lub z dodawanymi chemikaliami w procesie produkcji paliwa może się pojawić szlaka lub zbrylony popiół, który pozostanie na powierzchni rusztu. Szlakowanie lub zbrylenie może wystąpić także w efekcie zbyt wysokiej temperatury w komorze spalania, przy niepoprawnie prowadzonym procesie spalania.
Na nieruchomy ruszt od góry mechanicznie wprowadzane jest paliwo, w przeciwprądzie do wprowadzanego powietrza. Z magazynu paliwa lub zbiornika pośredniego podajnikiem ślimakowym wznośnym paliwo podnoszone jest do rynny zsypowej, z której pelet grawitacyjnie zsypuje się do komory spalania i opada na ruszt. Powietrze do spalania doprowadzane jest dwiema drogami. Powietrze pierwotne wprowadzane jest od dołu, pod ruszt, analogicznie jak w prostych kotłach z nieruchomym rusztem. Powietrze to służy do wstępnego spalania paliwa na ruszcie. Na ruszcie następuje także zgazowanie paliwa oraz dopalenie się pozostałości po zgazowaniu w postaci węgla drzewnego. Powietrze wtórne wprowadzane jest nad rusztem, specjalnymi dyszami do spalania wtórnego i dopalenia lotnych części palnych. Proporcja powietrza wtórnego do pierwotnego w przypadku kotłów małej mocy jest ustawiana najczęściej „na sztywno” na etapie pierwszego uruchomienia z wykorzystaniem analizatora spalin.

W nowoczesnych kotłach do spalania biopaliw modyfikacji uległa nie tylko konstrukcja komór spalania, ale także sposób podawania powietrza, zastosowano też płynną regulację ilości wprowadzanego paliwa. Ze względu na zmienne zapotrzebowanie na strumień ciepła oraz zróżnicowaną jakość paliwa nieodzowna stała się płynna regulacja wydajności powietrza wprowadzanego do komory spalania w zakresie od 0 do 100%. Nierówne zapotrzebowanie na czynnik grzewczy wymusza stosowanie zmiennego i regulowanego precyzyjnie strumienia objętości paliwa wprowadzanego do komory spalania. Paliwo doprowadzane jest w trybie on/off (włącz/wyłącz podajnik), a odstępy w czasie pomiędzy stanem on i off są znacznie krótsze od czasu potrzebnego do spalenia najmniejszej porcji paliwa. Ze względu na inercję w całkowitym spaleniu paliwa w praktyce przebiega ono jak przy regulacji ciągłej.

Ruch spalin wymusza wentylator zabudowany na czopuchu kotła. Gorące spaliny idą ku górze wprost z komory spalania, a następne kierowane są ku dołowi. Tam przepływają przez płomieniówki wymiennika płaszczowo-rurowego pierwszego ciągu. W dolnej części wymiennika spaliny są kierowane ku górze i przepływają płomieniówkami drugiego ciągu, uchodząc do komina dzięki pracy wentylatora zabudowanego na czopuchu. Przy zmianie kierunku przepływu wskutek działania siły odśrodkowej następuje częściowe odpylenie spalin wprost do popielnika pod wymiennikiem. Przepływ wody w płaszczu wodnym jest zbliżony do przeciwprądowego w stosunku do spalin. Zastosowanie wymiennika dwuciągowego zapewnia wydłużenie drogi spalin i ich jednostajne wychłodzenie, co ułatwia efektywne przekazanie ciepła do nośnika ciepła.

W kotłach małej mocy jednym z rozwiązań umożliwiających utrzymanie czystości rusztu jest jego mechanizacja oraz zabudowa grzebienia czyszczącego (rys. 4). Podczas czyszczenia ruchomy ruszt wykonuje ruch wahadłowy wzdłuż poziomej osi mocowania, od pozycji horyzontalnej do wertykalnej. Pozycja horyzontalna to położenie w trakcie normalnej pracy kotła, pozycja wertykalna to skrajna pozycja w trakcie czyszczenia. Wszystkie zanieczyszczenia, które zebrały się na ruszcie podczas normalnej pracy kotła, przy obrocie naturalnie opadają do popielnika poniżej rusztu. Zanieczyszczenia, które przykleiły się do rusztu, takie jak szlaka, przy przejściu rusztu do skrajnego położenia wertykalnego zostają odklejone i wypchnięte przez grzebień czyszczący zamocowany pionowo (rys. 5). W trakcie czyszczenia ruszt jest omiatany przez grzebień czyszczący, który usuwa zanieczyszczenia.

Zanieczyszczenia, które nie przeleciały przez ruszt lub przywarły do niego grawitacyjnie, opadają w dół do popielnika. Popiół, który przelatuje swobodnie przez ruszt, także opada i gromadzi się w popielniku usytuowanym w najniższej części gazowej kotła.

Gorące spaliny po opuszczeniu komory spalania, unosząc lotny popiół, przechodzą przez płomieniówki. Na ich wewnętrznej powierzchni następuje osadzanie się popiołu. Odpowiedzialne za jego usunięcie są pionowe turbulatory spalin wewnątrz płomieniówek. Cyklicznie wykonują one ruch posuwisto-zwrotny (wahliwy), w trakcie którego przywarty do rur popiół osypuje się do popielnika. Turbulatory wykonane są ze zwiniętej blachy lub płaskownika.

W zależności od rzeczywistego obciążenia obydwa popielniki (komory spalania i wymiennika ciepła) należy opróżniać raz na dwa lub trzy tygodnie. Przykładowe parametry małego kotła na pelet drzewny: moc min. 3,9 kW i maks. 13 kW, maks. temp. pracy 90°C, maks. ciśnienie 3 bary, pojemność wodna 94 dm³, masa 248 kg [1].

Kotły małej mocy z podajnikiem poziomym i dozownikiem celkowym

Na podobnej zasadzie działa kocioł na pelet drzewny z podajnikiem śrubowym poziomym oraz dozownikiem celkowym. Poza różnicami konstrukcyjnymi dot. rozwiązań szczegółowych oraz zastosowanych materiałów na uwagę zasługuje rozwiązanie w zakresie podajnika i dozownika.

Zadaniem podwójnego dozownika celkowego jest skuteczne dozowanie paliwa w zależności od zapotrzebowania oraz skuteczne mechaniczne oddzielenie komory spalania od magazynu paliwa. W poprzednio opisanym rozwiązaniu zabezpieczenie przed cofnięciem się żaru do magazynu paliwa stanowiła konstrukcja ścieżki paliwowej. Przerwanie ciągłości paliwa w ścieżce paliwowej wywołane było jej ułożeniem. W pierwszej fazie transportu paliwo podnoszone było z magazynu paliwa przez podajnik ślimakowy, a w drugiej fazie opadało swobodnie rynną zsypową wprost na ruszt. Skuteczne przerwanie ciągłości paliwa w ścieżce paliwa stanowiła rynna zsypowa.

W kotle z podajnikiem śrubowym poziomym (rys. 7) przerwanie ciągłości paliwa realizuje podajnik (07), który może podawać paliwo do komory spalania (01) aż do jego wyczerpania. Dodatkowo podwójny dozownik celkowy (13) mechanicznie odcina przestrzeń podajnika (07) od magazynu paliwa (12).

Kondensacyjne kotły małej mocy na pelet

Kotły kondensacyjne na biopaliwa mają wiele cech wspólnych z kotłami niekondensacyjnymi. Najczęściej są ich rozwinięciem, a wiele rozwiązań konstrukcyjnych mają identycznych jak ich protoplaści (rys. 3). Występują jednak różnice konstrukcyjne i tym samym kotły te mają różne parametry pracy. Na rynku są dostępne kotły kondensacyjne, które zostały zaadaptowane do pracy z kondensacją spalin, oraz kotły zaprojektowane od początku jako kondensacyjne. Te pierwsze są kotłami zwykłymi z wymiennikiem o zwiększonej powierzchni wymiany ciepła lub wręcz z dodatkowym wymiennikiem ciepła, nazywanym dochładzaczem lub ekonomizerem. Zasadnicze różnice pomiędzy zwykłymi kotłami a kotłami kondensacyjnymi to materiał wymiennika ciepła (specjalna stal stopowa z wysoką zawartością chromu), powierzchnia wymiany ciepła oraz parametry pracy. W kotłach kondensacyjnych wymiennik ciepła pracuje „na mokro” i musi być odporny na korozyjne działanie mokrych spalin. W kotłach adaptowanych tylko wymiennik lub dodatkowy wymiennik ciepła (dochładzacz lub ekonomizer) wykonany jest ze stali szlachetnej odpornej na korozję. W typowych kotłach kondensacyjnych najczęściej cały korpus jest wykonany ze stali szlachetnej (rys. 8).

Drugą zasadniczą różnicą jest zdecydowanie większa powierzchnia wymiany ciepła niż w tradycyjnych kotłach. Trzecia różnica dotyczy parametrów pracy – aby możliwa była kondensacja pary w spalinach, temperatura nośnika ciepła (wody) wpływającego do kotła musi być dostatecznie niska (im niższa, tym lepiej; zdecydowanie poniżej 50°C).

Organizacja systemu zasilania w paliwo jest prawie identyczna jak w przypadku kotła zwykłego (rys. 3), tak samo konstrukcja palnika oraz sytemu oczyszczania. Pierwszą istotną różnicą jest kierunek ruchu spalin. W kotłach kondensacyjnych spaliny o wysokiej temperaturze przepływają ku górze i wprost z komory spalania wpływają do pierwszego rzędu rur, stanowiącego pierwszy ciąg wymiennika ciepła. Jest to część wysokotemperaturowa wymiennika ciepła. Następnie spaliny zawracane są ku dołowi i wpływają do dwóch rzędów rur drugiego ciągu wymiennika. Ta część wymiennika jest niskotemperaturowa i ze względu na niski gradient temperatury, który stanowi moduł napędowy wymiany ciepła, powierzchnia wymiany ciepła jest powiększona za pomocą dwóch rzędów rur zamiast jednego, jak ma to miejsce w części wysokotemperaturowej. W trakcie przepływu ku dołowi spaliny oddają resztę ciepła jawnego i zawarta w nich para wodna ulega wykropleniu, oddając ciepło utajone. W dolnej części kotła znajduje się wentylator wyciągowy, który wprowadza spaliny do komina. Krople kondensatu spływają po wewnętrznych ścianach płomienic, zmywając osadzający się popiół ze spalin. Oczyszczanie ze szlamu w części niskotemperaturowej i oczyszczanie z osadzającego się popiołu w części wysokotemperaturowej realizują turbulatory w formie walca z nawiniętą sprężyną i, jak w poprzedniej konstrukcji, zawieszone wahliwie oraz napędzane mechanicznie mechanizmem korbowym. Poruszająca się w pionie sprężyna zgarnia szlam i popiół, który przywarł do rur wymiennika. Należy nadmienić, że kotły kondensacyjne oprócz wysokiej sprawności i efektywności energetycznej umożliwiają odpylanie spalin na mokro, znakomicie redukując emisję zanieczyszczeń pyłowych do atmosfery.

Przykładowe parametry kotła kondensacyjnego na pelet drzewny małej mocy o wielkości nominalnej 10 [1]: moc min. 3 kW, maks. 10 kW, sprawność dla pracy nominalnej w warunkach kondensacji > 106%, sprawność kotła dla pracy częściowej w trybie grzania > 96%, stężenie pyłu (dla 13% O2) < 10 mg/m³, temp. pracy kotła min. 25°C, maks. 90°C, pojemność wodna 57,5 dm³, masa 348 kg.

Hybrydowe kotły małej mocy na pelet i drewno kawałkowe

Zaletą kotłów na pelet jest wysoka automatyzacja, a więc komfort użytkowania, wadą jest natomiast koszt paliwa. Z kolei zaletą kotła zgazowującego jest tanie paliwo, a wadą konieczność ręcznego załadunku. Istnieją kotły (rys. 9) będące hybrydą obu tych konstrukcji – na pelet i na drewno kawałkowe.

Hybryda taka to dwa kotły ze wspólnym wymiennikiem ciepła, ścieżką spalinową i automatyką. Automatyka realizuje funkcje związane ze sterowaniem obu części kotłowych, które wzajemnie się uzupełniają. Urządzenie może pracować samodzielnie jako kocioł zgazowujący lub jako kocioł na pelet – nie mogą pracować jednocześnie obie jednostki. Kocioł na pelet jest kotłem szczytowym, asekuracyjnym. Jeżeli kocioł zgazowujący rozpocznie pracę i po pewnym czasie wypali się w nim paliwo, kocioł na pelet automatycznie rozpoczyna – w razie potrzeby – pracę. Jeżeli użytkownik ma możliwość uzupełniania paliwa, to kocioł zgazowujący może pracować w sposób ciągły, gdy zaś skończy się paliwo lub użytkownik będzie przebywał poza domem, wówczas kocioł automatycznie przejdzie na spalanie peletu. Zasada działania obu kotłów omówiona była poprzednio. Przykładowe parametry kotła na pelet drzewny i drewno kawałkowe [3]: moc cieplna nominalna przy zgazowaniu 17 kW, temp. spalin 160°C, pojemność komory załadunkowej 108 l, moc cieplna nominalna przy spalaniu peletu 17 kW, temperatura spalin 150°C, sprawność spalania dla obu paliw 89%, masa kotła 673 kg, pojemość wodna 72 dm³.

Kotły z palnikami zewnętrznymi na pelet

Odrębną grupę kotłów na pelet stanowią urządzenia z palnikami zewnętrznymi, które konstrukcyjnie są ogniwem pośrednim pomiędzy kotłami na gaz lub olej i typowymi kotłami na pelet. Palniki te nazywane są rynnowymi (rys. 10) ze względu na kształt rusztu, który przypomina rynnę. Palniki zewnętrzne na pelet niejednokrotnie były montowane w miejsce palników nadmuchowych gazowych, a najczęściej olejowych w tradycyjnych kotłach gazowych lub olejowych. Takie rozwiązanie nie jest korzystne ze względu na konieczność częstego czyszczenia wnętrza kotła i niewygodne usuwanie popiołu. Najlepszym rozwiązaniem jest zabudowa w kotle stałopalnym, który jest do tego przystosowany. Palnik zewnętrzny stanowi samodzielny zespół technologiczny, który służy do spalania peletu drzewnego (rys. 11). Można w nim spalać także inny pelet, np. typu agro.

Elementy składowe palnika rynnowego są analogiczne do palnika na pelet drzewny z rusztem, są to: podajnik ślimakowy zabudowany w płycie stokera z napędem, ruszt w zespole rusztu, palenisko w komorze spalania, zapalarka elektryczna, automatyczne czyszczenie (rys. 11 i 12). Dodatkowe komponenty to: wentylator podmuchowy, regulator z czujnikami temperatury kotła, czujnikiem zabezpieczającym i czujnikiem c.w.u. oraz fotokomórka (rys. 11 i 12).

Praca palnika szufladowego jest analogiczna jak palnika z rusztem. Podajnik wznośny (rys. 13) pobiera paliwo z zasobnika i podnosi z rynny zsypowej, z której swobodnie opada ono do wnętrza ścieżki paliwowej. Ze ścieżki paliwowej podajnik palnika (stoker, rys. 12) podaje paliwo na ruchomy ruszt, który znajduje się w specjalnie zaprojekowanej rynnie. Dużą zaletą tego palnika jest sposób jego automatycznego czyszczenia w zespole ruchomego rusztu, który wykonuje ruchy posuwisto-zwrotne w odpowiednich przedziałach czasowych i pozwala na utrzymanie oczekiwanych warunków spalania w ciągu całej pracy [3]. Popiół po spaleniu paliwa opada do popielnika w kotle. Automatyka palnika realizuje wszystkie funkcje, takie jak: rozpalanie, palenie, wygaszanie, czuwanie, zapewniając sprawność ok. 94%. Ponadto w palniku zastosowane są systemy innowacyjne, takie jak [3]: CCS (Complete Combustion System) – system pełnego spalania z systemem dystrybucji powietrza i dopalania gazów; TCS (Total Cleaning System) – system całkowitego czyszczenia – urządzenie czyści się systematycznie w czasie pracy i całkowicie na koniec cyklu palenia; ERS (Easy Review System) – system łatwej rewizji – łatwy sposób kontroli stanu rusztu bez użycia narzędzi, zespół ruchomego rusztu palnika wersji VIP wyjmuje się do kontroli i czyszczenia bez otwierania kotła, ruszt umieszczony jest w specjalnie zaprojektowanej szufladzie; ASS (Automatic Security System) – system bezpieczeństwa na drodze podawania paliwa – automatyczna klapa przeciwpożarowa niewymagająca regulacji.

Pozostałe komponenty kotła wraz z zasadą działania są analogiczne jak w kotłach przeznaczonych do spalania peletu, tj. gorące spaliny z palnika kierują się do góry, następnie są zawracane ku dołowi i przepływają przez kanały pierwszego ciągu wymiennika płaszczowo-rurowego, oddając ciepło do nośnika ciepła. W najniższej części spaliny ponownie są zawracane i następuje częściowe odpylanie dzięki siłom odśrodkowym – poruszają się ku górze drugim ciągiem wymiennika i uchodzą na zewnątrz. Charakterystyczna dla kotłów z palnikiem zewnętrznym jest praca przy nieznacznym nadciśnieniu w komorze spalania. Kocioł nie ma sondy Lambda, gdzie sterowanie pracą palnika oparte jest na czujnikach temperatury i fotokomórce. Przykładowe parametry pracy takiego kotła to [5]: moc min. 5,4 kW, maks. 18 kW, maks. temperatura pracy 90°C, temp. spalin przy mocy nominalnej 140,8°C, a przy mocy minimalnej 78,5°C, masa 310 kg.
W kolejnym artykule opisane zostaną kotły średniej i dużej mocy.

Literatura

1. Materiały techniczne firmy Herz.
2. Materiały techniczne firmy Hargassner.
3. Materiały techniczne firmy Rakoczy.
4. Materiały techniczne firmy Z.P.D. SKIEPKO Wiesław Skiepko.
5. Materiały techniczne firmy Ogniwo.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!