Dym i sadza a jakość spalania

Dym ze spala­nia węgla lub drew­na może wyglą­dać bard­zo różnie — od gęstej, cuch­nącej zasłony dym­nej po zupełnie przezroczyste spaliny jak z kotła gazowego. Również sadza niejed­ną ma for­mę — od asfal­towego dywanu, który trze­ba mozol­nie zdrapy­wać i wynosić wiadra­mi, po szary proszek w iloś­ci kilku garś­ci rocznie.

Skąd tak duży rozrzut w efek­tach spala­nia tych samych paliw? Kocioł zasy­powy to proste urządze­nie, bo samo w sobie o niewielu rzeczach decy­du­je. Ale pro­cesy, jakie w nim zachodzą, byna­jm­niej nie są proste. Dlat­ego cała odpowiedzial­ność za jakość pra­cy kotła spoczy­wa na gar­bie palacza
Gdy zna on pod­stawy swo­jej robo­ty, to spali dowol­ny opał w dowol­nym kotle bez dymu i sadzy. Ale jeśli wiedzy mu brak, to zapłaci za to stra­conym opałem i opinią kop­ci­ucha.

Rodzaje dymu

Jak było wspom­ni­ane w artykule na tem­at tech­ni­ki spala­nia węgla i drew­na, dym pow­sta­je z oparów smół (lub żywic w przy­pad­ku drew­na) wydzielanych z opału przed jego zapłonem i na początkowym etapie spala­nia.

etapy-spalania-wegla

Ilość, gęs­tość, kolor i zapach dymu z iden­ty­cznego pali­wa mogą się bard­zo różnić zależnie od tego, przez które z etapów spala­nia dym przeszedł. To z kolei zależy od panu­ją­cych w palenisku tem­per­atur.
Gdy tem­per­atu­ra paleniska nie umożli­wia zapłonu sub­stancji lot­nych (opał kisi się), wtedy są one wysyłane w komin w formie surowej. Tak pow­sta­je twar­da sadza i smoła.
Im tem­per­atu­ra paleniska jest wyższa, tym dymu jest mniej i nie jest to już gęs­ta chmu­ra oparów smoły, lecz coraz rzad­sza zaw­iesina sadzy. Dym może zniknąć całkowicie, ale to wyma­ga prze­puszczenia go przez żar.

Pod kątem jakoś­ci spala­nia moż­na podzielić dym na trzy rodza­je (nazwane umown­ie od miejsc ich “nat­u­ral­nego” wys­tępowa­nia):

  • dym wędzar­niczy — gęsty, nieprze­jrzysty, siwo-bury dym, który pow­sta­je jeszcze zan­im kawałek pali­wa ule­ga zapłonowi, w bard­zo nis­kich tem­per­at­u­rach — skła­da się z odd­esty­lowanych surowych sub­stancji lot­nych, które nie miały szans się zapal­ić
  • dym parowozowy — czarny, półprze­jrzysty dym zaw­ier­a­ją­cy reszt­ki sub­stancji lot­nych, które w więk­szoś­ci uległy spale­niu w wysok­iej tem­per­aturze
  • brak dymu — przezroczyste spaliny oznacza­ją, że sub­stanc­je lotne są spalane w całoś­ci

Dym wędzarniczy

Wędzar­nia to urządze­nie, które z drew­na ma wypro­dukować dym. Spec­jal­nie budu­je się je w taki sposób, aby palenisko nie osią­gało wyso­kich tem­per­atur. Wtedy z drew­na uwal­ni­ane są pożą­dane sub­stanc­je kon­ser­wu­jące mię­so. Bez dymu wędze­nie nie miało­by sen­su.

Nieste­ty wiele domowych kom­inów kop­ci zupełnie jak wędzarnie. A nie powin­ny, bo w końcu kocioł jest urządze­niem służą­cym do pro­dukcji ciepła.

od-gory-vs-od-dolu

Opary smoły z węgla roz­palonego od dołu (po prawej). Po lewej leni­wie żarzy się węgiel roz­palony od góry.

Dym wędzar­niczy to surowe opary smół węglowych, które nie miały kon­tak­tu z wysoką tem­per­aturą, jaka umożli­wiła­by im choć częś­ciowe spale­nie. Dym taki moż­na uzyskać pod­grze­wa­jąc bryłkę węgla na patel­ni (lep­iej niech to pozostanie ekspery­ment myślowy). Do zapłonu nie dojdzie, ale węgiel zacznie wściek­le dymić. Włas­nie taka sytu­ac­ja zachodzi na powyższym zdję­ciu: garść surowego węgla pod­grze­wa się na żarze, ale tem­per­atu­ra całoś­ci spadła na tyle, że nie dochodzi do zapłonu dymu.

To samo dzieje się, gdy świeży węgiel wrzu­cany jest na roz­palony żar. Dołoże­nie opału zawsze powodu­je nagły spadek tem­per­atu­ry całego paleniska. Jeśli nowa por­c­ja jest zbyt duża w sto­sunku do obję­toś­ci żaru, to całość schładza się poniżej tem­per­atu­ry zapłonu smół i rozpoczy­na się wędze­nie. Znasz doskonale ten widok i smród — pier­wsze sko­jarze­nie z węglem.

Witamy w Polsce

Kocioł grzew­czy użytkowany jako wędzar­nia

To właśnie ten rodzaj dymu wydoby­wa­ją­cy się z tysię­cy domowych kom­inów odpowia­da za fatal­ny wiz­erunek węgla i drew­na, jest przy­czyną moc­no zawyżonych kosztów ogrze­wa­nia i zanieczyszczenia powi­etrza rakotwór­czy­mi sub­stanc­ja­mi smolisty­mi oraz pyła­mi.

Wiesza się psy na starych kotłach, złym opale i spala­niu śmieci, a prze­cież takie wściekłe kopce­nie to sprawka palacza — jego braku wiedzy w kwestii, którą się zaj­mu­je. Kocioł zasy­powy może kop­cić, ale może też spalać bez dymu. Prob­lem w tym, że o tej drugiej opcji niewielu wie, za to kopce­nie z racji powszech­noś­ci zostało uznane za jedyną dostęp­ną opcję, z której ratu­je tylko dro­gi kocioł lub przyłącze gazowe.

Jak można lepiej?

Aby pozbyć się tego typu dymu nie trze­ba nawet pal­ić od góry. Wystar­czy dobier­ać por­cję dosypy­wanego opału stosown­ie do iloś­ci żaru na rusz­cie — im mniejsza por­c­ja dosypy­wana tym zawsze lep­iej. Po dosy­pa­niu świeżego pali­wa nad zasypem pojaw­ią się długie, pomarańc­zowe płomie­nie. Jeśli ich nie ma, a zami­ast tego robi się siwo — to znak, że por­c­ja była za duża i spalanie przeszło w wędze­nie.

Dym parowozowy

Czarny, niemal prze­jrzysty dym świad­czy o dobrych warunk­ach spala­nia (wysok­iej tem­per­aturze). Pow­sta­je gdy surowe opary smoły — po uwol­nie­niu z opału — mają okazję znaleźć się w wysok­iej tem­per­aturze, która umożli­wia ich zapłon. Stan ten moż­na osiągnąć także paląc od dołu, ale warunk­iem jest dokładanie naprawdę mały­mi por­c­ja­mi (garść węgla orzecha na raz).

Jako przykład najlep­szy będzie dym z kom­i­na parowozu. Warun­ki spala­nia w jego kotle (tem­per­atu­ra) zawsze są na tyle dobre, że nie ma możli­woś­ci pro­dukcji dymu wędzar­niczego. Inaczej parowóz nie ruszył­by z miejs­ca. Oczy­wiś­cie dym z parowozu bywa różnej gęs­toś­ci i koloru na co ma wpływ:

  • czas jaki upłynął od ostat­niego dorzuce­nia węgla do kotła
  • na ile umiejęt­nie wyko­nano dorzuce­nie — gdy jed­no­ra­zowa por­c­ja świeżego węgla jest duża, to czarny dym będzie gęsty i w dużych iloś­ci­ach (nie jest to korzystne, ale cza­sem konieczne dla szy­bkiego zwięk­szenia mocy, innym razem w celach poka­zowych)

Nawet gdy dym z kom­i­na parowozu jest gęsty i siwy, nigdy nie jest to dym wędzar­niczy. Gęs­tość dymu wyni­ka z fak­tu, że do kom­i­na odprowadzana jest część odpad­owej pary wod­nej w celu wzmoc­nienia ciągu. Przykład poniżej: im dalej od kom­i­na, tym bardziej dym robi się siwy i gęsty. To efekt kon­den­sacji domieszanej do niego pary wod­nej.

Poniższe zdję­cie pokazu­je praw­idłowy dym z paleniska węglowego (jak na kocioł górnego spala­nia palony od dołu) świad­czą­cy o naprawdę dobrych warunk­ach pra­cy. U wylo­tu z kom­i­na widać, że dym jest niemal prze­jrzysty. To już nie gęste opary smoły, ale zaw­iesina cząsteczek suchej, syp­kiej sadzy. Również zapach tego dymu nie jest już tak obrzy­dli­wie wun­glowy lecz przy­pom­i­na spaliny ze starego dies­la. Taki efekt osią­ga się spala­jąc węgiel w wyso­kich tem­per­at­u­rach, dokłada­jąc świeży opał mały­mi por­c­ja­mi.

Mimo że domowy kocioł górnego spala­nia i kocioł parowozu dzi­ała­ją na podob­nej zasadzie, to uzyskanie w warunk­ach domowych równie poprawnego spala­nia paląc od dołu jest bard­zo trudne i w prak­tyce wyma­gało­by zau­tomaty­zowanego podawa­nia pali­wa bard­zo mały­mi por­c­ja­mi. Tylko wtedy uda­je się utrzy­mać zawsze wysoką tem­per­aturę paleniska mimo dokłada­nia. Ręczne wyko­nanie tej pra­cy jest sza­le­nie niewygodne, dlat­ego ludzie zasy­pu­ją roz­palone od dołu kotły do peł­na, by mieć jak najdłużej spokój — i takim sposobem okoli­ca tonie w dymie wędzar­niczym.

Ten rzad­ki czarny dym, który w kotle górnego spala­nia palonym od dołu jest niemałym wyczynem, moż­na bez trudu uzyskać nawet w kiep­sko wyreg­u­lowanym iden­ty­cznym kotle roz­palonym od góry lub w kotle dol­nego spala­nia.

Brak dymu

Zupełny brak widocznego dymu oznacza, że częś­ci lotne pali­wa są w całoś­ci spalane (lub w kotle jest już wyłącznie żar, który spala się bezdym­nie z natu­ry). Jest to stan jak najbardziej pożą­dany, jed­nak jego osiąg­nię­cie jest prak­ty­cznie niemożli­we gdy pali się od dołu. Do całkowitego spale­nia częś­ci lot­nych trze­ba przepuś­cić je przez żar, jak to dzieje się przy roz­pala­niu od góry, w kotle dol­nego spala­nia czy w kotle retor­towym.

Zupełny brak dymu nie powinien być celem samym w sobie. Lek­ki, czarny odcień w niemal prze­jrzystych spali­nach to zupełnie zdrowa sytu­ac­ja. Ślepa pogoń za ide­al­nie bezdym­nym spalaniem może skutkować prowadze­niem kotła na zbyt małej daw­ce powi­etrza, w efek­cie czego w przezroczystych spali­nach uciekać będzie nad­mier­na ilość tlenku węgla.

Rodzaje sadzy

Ponieważ dym jest zaw­iesiną cząstek stałych, to przepły­wa­jąc przez wnętrze kotła i kom­i­na pozostaw­ia po sobie część tego, co niesie. Tak jak różne są rodza­je dymu, tak i różne będą rodza­je sadzy.

Również patrząc na sadzę w kominie i kotle moż­na ocenić, na ile poprawnie kocioł jest obsługi­wany. Kisze­nie opału daje duże iloś­ci moc­no czarnej, twardej sadzy, niekiedy prze­chodzącej w smołę. Im lep­sze są warun­ki spala­nia, im mniej sub­stancji lot­nych jest wyrzu­cane bez pożytku w komin, tym sadzy jest mniej, kon­sys­tencją zaczy­na ona przy­pom­i­nać cuki­er pud­er, a nawet kolorem prze­chodzi z czarnego w brunatny.

Sadza szklista, smoła

Z dymu wędzar­niczego pow­sta­je w dużych iloś­ci­ach czarna twar­da sadza wyglą­da­ją­ca jak asfalt. To kon­den­sat węglowej smoły, która została odparowana i wyd­muchana w komin w niezmienionej postaci. Jej obec­ność świad­czy o kiep­s­kich warunk­ach pra­cy kotła spowodowanych co najm­niej pale­niem od dołu z dokładaniem zbyt duży­mi por­c­ja­mi (częs­to także dusze­niem kotła w imię wyimag­i­nowanych oszczęd­noś­ci).

Sadza smolista - brudne palenie od dołu

Sadza smolista z kom­i­na

Grani­ca między sadzą szk­listą a smołą nie jest wyraź­na. Im pali­wo bogat­sze w wilgoć oraz bardziej węd­zone niż spalane, tym dywan z sadzy sta­je się mniej kruchy i porowaty, a bardziej zlepia się w twardą, ale elasty­czną sko­rupę smoły, którą nie sposób usunąć mechan­icznie.

Doro­bić się takiego stanu jak na zdję­ciu poniżej jest szczegól­nie łat­wo gdy kisi się drewno, zwłaszcza iglaste (niekoniecznie niese­zonowane, bo para wod­na pow­sta­je w reakcji spala­nia drew­na, nawet suchego na pieprz). Spala­jąc węgiel trze­ba się dla takiego efek­tu bardziej wysil­ić, tj. wstaw­ić kocioł o mocy co najm­niej dwa razy za dużej, a najlepiej dusić w nim 50kg zwilżonego miału roz­palone od dołu.

Smolista breja

Smolista bre­ja

Jak­by mało było tego, że sadza szk­lista i smoła są uciążli­we do usunię­cia, a zanied­bane potrafią zatkać komin, to na dodatek są skra­jnie łat­wopalne i przy każdym roz­pale­niu ist­nieje groź­ba, że taki komin się zapali. W porząd­nie zarośnię­tym kominie jest tego pali­wa kilka­set kilo­gramów a tem­per­atu­ra spala­nia przekracza 1000 st.C! Oto przy­padek z koń­ca wrześ­nia 2014 roku, gdzie pier­wsze jesi­enne przepale­nie spowodowało pożar zarośniętego kom­i­na, w wyniku którego zginęła mat­ka z dwójką dzieci.

Sadzę szk­listą i smołę bard­zo trud­no jest usunąć, ale banal­nie pros­to moż­na zapo­biec jej dal­sze­mu pow­stawa­niu. Wystar­czy usunąć przy­czyny jej pow­stawa­nia.

Sadza sypka

O dobrych warunk­ach spala­nia świad­czy obec­ność sadzy syp­kiej, która towarzyszy dymowi parowozowe­mu. Sadza ta nie jest już dywanem ze smoły, lecz mieszanką czys­tego (no, praw­ie) węgla i popi­ołu. Ma kon­sys­tencję cukru pudru a jej kolor jest bardziej szary niż czarny, bo istot­ny jej skład­nik stanow­ią drobiny lot­nego popi­ołu. Jej iloś­ci w porów­na­niu do sadzy szk­lis­tej są sym­bol­iczne, a żeby ją usunąć wystar­cza zwykła zmiotka do podłóg.

Na zdję­ciu poniżej widocz­na jest por­c­ja sadzy syp­kiej z kom­i­na. Jaśniejsze domiesz­ki to czysty popiół lot­ny z wyczys­t­ki komi­nowej.

Sadza sypka

Sadza syp­ka z kotła górnego spala­nia roz­palanego od góry (kawałek węgla ma pokazać, że ta sadza nie jest całkiem czarna)

Sadza syp­ka wys­tępu­je też w kotle, ale tutaj trud­no jest pozbyć się zupełnie sadzy szk­lis­tej. Po doczyszcze­niu kotła do gołej blachy, przez krót­ki czas po roz­pale­niu na ściankach kon­den­su­je wilgoć ze spalin i niedopalone sub­stanc­je lotne (z dymu, którego zawsze trochę jest na etapie roz­pala­nia) powodu­jąc tworze­nie cie­ni­utkiej warst­wy sadzy szk­lis­tej. Dopiero gdy ta warstewka odi­zolu­je nieco blachę uniemożli­wia­jąc dal­szą kon­den­sację wilgo­ci, na jej powierzch­ni zbiera się już wyłącznie sadza syp­ka.

Sytu­ację dobrze obrazu­je poniższe zdję­cie. Na ściankach kotła są miejs­ca, gdzie widać czarną, błyszczącą warstewkę sadzy szk­lis­tej. Lecz tam, gdzie sadzy zebrało się już więcej, została ona przykry­ta przez sadzę syp­ką.

Sadza sypka w kotle

Różne rodza­je sadzy w kotle naraz

Popiół lotny

Gdy­by całkiem pozbyć się niedopalonego węgla ze spalin, to na wymi­en­niku i w kominie zbier­ał­by się wyłącznie biały popiół lot­ny. Osiągnąć taki stan w kotle zasy­powym jest raczej niere­alne. Nawet kotły poda­jnikowe pro­duku­ją sadzę. Jed­nak im mniejsza zawartość niedopalonego węgla w sadzy, tym bardziej zauważal­na jest obec­ność w niej popi­ołu lot­nego.

W tym miejs­cu przy­da się zdję­cie próbek różnych rodza­jów sadzy autorstwa Last Rico:

Próbki sadzy, fot. Last Rico

Prób­ki sadzy, fot. Last Rico

Prób­ka nr 1 to czysty popiół lot­ny, jaki moż­na znaleźć w wyczystce kom­i­na przed jego czyszcze­niem.
Prób­ka nr 2 to sadza syp­ka z kom­i­na, który nie kop­ci. Taki rodzaj sadzy wys­tępu­je np. przy pale­niu w kotle górnego spala­nia od góry.
Prób­ka nr 3 to sadza szk­lista z kotła górnego spala­nia roz­palanego od dołu.