Kotły na paliwa stałe

Współczesne kotły na paliwa stałe są energooszczędne i ekologiczne. Zużywają 30% mniej paliwa, a dopalacze spalin zmniejszają do minimum emisję szkodliwych substancji do atmosfery. Niemal całkowite spalanie załadowanego paliwa zmniejsza do minimum czynności oczyszczania i pozwala na odprowadzanie gazów spalinowych bez dymu i sadzy.
Kotły takie uzyskują sprawność rzędu 85%, co jest wielkością porównywalną z kotłami gazowymi i olejowymi. Paliwa stałe występują jako naturalne (węgiel kamienny, brunatny, biomasa) i uszlachetnione (koks, brykiety węglowe, węgiel drzewny). Każde paliwo stałe ma inną wartość opałową (energetyczną), która znacznie wpływa na pozyskaną z kotła energię.
W Polsce najczęściej stosowany jest węgiel kamienny ze względu na jego wysoką wartość opałową i dużą dostępność. Konstrukcja kotła na paliwo stałe zależy od rodzaju paliwa, jakie spalane jest w kotle.

Kotły z górnym spalaniem
Są najpopularniejsze na rynku. Produkują je zarówno małe zakłady rzemieślnicze, jak i więksi producenci krajowi i zagraniczni. Są stosunkowo niedrogie. Mają zazwyczaj komorę spalania połączoną z komorą zasypową, jeden lub dwa ciągi spalania (kanały konwekcyjne w wymienniku ciepła kotła, przez które przechodzą spaliny - im więcej ciągów, tym lepszy odzysk ciepła ze spalin i wyższa sprawność kotła) oraz stały ruszt paleniska. Spalaniu ulega cała objętość zasypowa paliwa, a spaliny przechodzą ciągami spalinowymi przez wymiennik ciepła w kotle do kanału spalinowego.

Ważne! Kotły na paliwa stałe są na ogół kotłami jednofunkcyjnymi. Kotły instalowane w domach jednorodzinnych muszą być (według PN-91/B-02413) zamontowane w instalacji c.o. systemu otwartego z otwartym naczyniem wzbiorczym. Instalacja c.o. z kotłem na paliwo stałe może być zaprojektowana jako grawitacyjna (wykorzystująca zjawisko zmiany gęstości wody wywołane zmianą jej temperatury) lub pompowa (wyposażona w pompę zamontowaną na przewodzie zasilającym lub powrotnym).

Kotły z dolnym spalaniem
W kotłach z dolnym spalaniem spala się paliwa zawierające dużo składników lotnych (węgiel, drewno). Załadowane w określonej ilości paliwo, spala się stopniowo, a strefa płomienia obejmuje tylko niewielką część paliwa załadowanego w komorze zasypowej. Jednakowa ilość paliwa w strefie spalania pozwala na uzyskanie stałej wydajności spalania. Dodatkowo moc kotła reguluje się ilością powietrza doprowadzanego do komory spalania. W droższych modelach, pracujących z wentylatorem, powietrze rozprowadzane jest po całej komorze spalania, co zapewnia równomierne spalanie. Pracą wentylatora sterują regulatory, które umożliwiają zmianę jego prędkości obrotowej, a więc i ilości doprowadzanego powietrza. Regulatory te mogą również pracować według nastawionej temperatury wody w kotle, przy stałych obrotach wentylatora. Kotły z dolnym spalaniem mają ruchomy lub stały ruszt. Ruszt ruchomy jest stalowy lub żeliwny, ruszt stały to zazwyczaj tak zwany „ruszt wodny”. Kotły te są niestety droższe. Różnica w cenie zakupu zwraca się przeważnie po jednym sezonie grzewczym. W odróżnieniu od kotłów gazowych i olejowych, kotły na paliwa stałe są trudniejsze w eksploatacji. Wymagają ręcznego załadunku paliwa. Niektóre kotły ładuje się od góry, a inne z przodu. Istnieją także kotły zaopatrzone w specjalny podajnik, który mechanicznie reguluje doprowadzenie paliwa. Kotły takie wymagają również okresowego oczyszczania. Czyścić powinno się raz na kilka tygodni, w przypadku opalania węglem lub drewnem dobrego gatunku, albo co 10 dni, jeśli opalamy koksem. Zapominanie o regularnym czyszczeniu może znacznie pogorszyć parametry eksploatacyjne kotła. Osadzająca się na wewnętrznych ściankach kanałów spalinowych sadza powoduje zmniejszenie pracy kotła o 30% i tym samym zwiększa zużycie paliwa.

Słoma do kotła
Podczas zbiorów zbóż słoma zbierana jest i od razu zwijana na polach w postaci balotów. Kotły małej mocy przystosowane są do spalania balotów o ciężarze do 12 kg. Obsługa jest prosta, bowiem do kotła o mocy do 100 kW ładuje się ręcznie baloty od 2 do 6 sztuk i nie częściej niż trzy razy na dobę. W lecie jeden wsad słomy zapewnia wystarczającą energię do produkcji ciepłej wody. Aby zminimalizować obsługę, w układzie centralnego ogrzewania konieczny jest zbiornik akumulacyjny, gromadzący ciepłą wodę na potrzeby c.o. i c.w.u. Wielkość zbiornika dobiera się do wielkości kotła. Bardzo ważne jest, aby w tego typu kotłach słoma przeznaczona do spalania była dobrze wysuszona. Wilgotność balotu nie może przekroczyć 20%. Baloty nadmiernie wilgotne będą bowiem spalane jedynie częściowo. Ponadto wartość energetyczna zawilgoconych balotów może się zmniejszyć nawet do 8 MJ/kg (czyli prawie o 50%).

Drewno do kotła
W nowoczesnych kotłach do spalania drewna wykorzystuje się proces suchej destylacji (pyrolizy, zgazowania) drewna. W tym wypadku wilgotność ma duże znaczenie. Do tego rodzaju kotłów zalecane jest wyłącznie drewno drzew liściastych (np. buk, dąb), sezonowane co najmniej 18 miesięcy. Nie ma sensu stosowanie drewna wilgotnego, gdyż następuje wtedy zupełny zanik procesu zgazowania, co z kolei znacznie zmniejsza sprawność kotła i skraca żywotność wymiennika. Kotły spalające drewno w procesie pyrolizy charakteryzują się możliwością precyzyjnej regulacji temperatury wody na wyjściu z kotła. Istotną częścią konstrukcji kotła na gaz drzewny jest dolna komora spalania wraz z dyszą gazową.

Brykiety i pelety do kotła
Pelety (używa się też terminu: pellets) to granulat produkowany z odpadów drzewnych (trzcin, wiórów, zrębków) sprasowanych pod ciśnieniem, bez żadnych dodatków (jak lakiery, lepiszcza). Są więc czyste ekologicznie. Brykiety również produkuje się ze sprasowanych odpadów drzewnych, ale z dodatkiem lepiszcza. Mają one postać regularnych brył: cegiełek, płytek, kulek. Najbardziej efektywne spalanie tego rodzaju paliwa następuje w kotłach wyposażonych w specjalne palniki. Odpowiednie proporcje paliwa i powietrza dostarczane do palnika powodują, że zgazowane pelety i brykiety palą się intensywnym płomieniem porównywalnym do płomienia w palnikach gazowych lub olejowych. Palniki takie mają możliwość regulacji mocy. Ich konstrukcja zapobiega cofaniu się ognia. Poza tym są one samoczyszczące. Wymagania dla kotłowni Kotłownie wbudowane na paliwo stałe powinny spełniać wymagania normy PN-87/B-02411 „Kotłownie wbudowane na paliwo stałe”. Norma ta wprowadza podział na kotłownie o mocy cieplnej do 25 kW i od 25 kW do 2 MW. Dla małych kotłowni o mocy do 25 kW powinny być spełnione następujące wymagania:

- podłoga w kotłowni powinna być wykonana z materiałów niepalnych lub obita blachą stalową grubości 0,7 mm na odległości minimum 0,5 m od krawędzi kotła,
- kocioł powinien znajdować się na fundamencie wykonanym z materiałów niepalnych, wystającym 0,05 m ponad poziom podłogi i ze stalowymi kątownikami na krawędziach,
- kocioł powinien być tak usytuowany, aby był do niego swobodny dostęp podczas czyszczenia i konserwacji: odległość tyłu kotła od ściany nie powinna być mniejsza niż 0,7 m, boku kotła – nie mniejsza niż 1,0 m, natomiast przodu kotła od ściany przeciwległej – nie mniejsza niż 2,0 m,
- wysokość pomieszczenia kotłowni powinna wynosić co najmniej 2,2 m. W istniejących budynkach dopuszcza się wysokość pomieszczenia kotłowni minimum 1,9 m, przyzapewnionej poprawnej wentylacji (nawiewno– wywiewnej),
- wentylacja nawiewna powinna odbywać się za pomocą niezamykalnego otworu o przekroju minimum 200 cm2, o wylocie umieszczonym na wysokości maksymalnie1,0 m nad poziomem podłogi. Wentylacja wywiewna
– kanałem wywiewnym o przekroju minimalnym 14 x 14 cm z otworem wlotowym pod stropem pomieszczenia kotłowni. Kanał wywiewny powinien być wyprowadzony ponad dach i umieszczony w pobliżu komina.
- przekrój komina powinien być nie mniejszy niż 20 x 20 cm,
- w podłodze pomieszczenia kotłowni powinien znajdować się wpust podłogowy,
- w pobliżu pomieszczenia kotłowni powinien znajdować się skład paliwa, najlepiej w wydzielonym pomieszczeniu. Powierzchnia składu opału powinna być taka, aby można zgromadzić opał na cały sezon grzewczy.