Kotły podajnikowe na węgiel

Kotły podajnikowe to ogromny skok jakościowy w technice spalania węgla. Gdzie w takim razie jest przyczyna, że istniejąc na rynku już prawie ćwierć wieku nie tylko nie wyparły starszych technologii, ale wciąż pozostają w mniejszości pod względem sprzedaży? To proste: plusem kotłów podajnikowych jest głównie wygoda, natomiast minusami – znacznie wyższa cena, mniejsza uniwersalność paliw, skomplikowanie przekładające się na większy potencjał do awarii (ale czy tak samo boimy się awarii znacznie bardziej skomplikowanego samochodu, więc wybieramy konia?). A tak się składa, że to koszty i uniwersalność paliw są dla większości Polaków decydujące.

Jak się żyje z kotłem podajnikowym? Jakie problemy likwiduje a jakie stwarza? Jak wygląda kwestia paliwa i realnych kosztów eksploatacji? Te sprawy spróbuję tutaj streścić.

Inna kultura spalania węgla

Palnik retortowy nie bez powodu nazywa się palnikiem – to jest urządzenie, które przy prawidłowej regulacji i dobrym sterowniku stale spala węgiel poprawnie, czyli do przezroczystych spalin. To zupełnie inny świat niż pospolite źle użytkowane kotły zasypowe. Tam ładuje się dużo paliwa na raz i z konieczności trzeba regulować moc dławiąc dopływ powietrza czyli psując a nawet przerywając spalanie. Stąd dym, smród i wybuchy.
W palniku retortowym spalane jest (poprawną techniką współprądową) tylko tyle paliwa, ile akurat potrzeba, więc jest możliwość wszystko dobrze dopalić.

Poniższy filmik pokazuje palnik retortowy w trakcie pracy na wysokich obrotach.

Tu z kolei palnik Batory zamontowany w kotle w normalnym środowisku pracy.

Poniżej z kolei palnik retortowy grzejący z mocą paru kilowatów, czyli sytuacja codziennej pracy w lekko dodatnich temperaturach za oknem.

Kotły retortowe

Historycznie pierwsze kotły retortowe pojawiły się w Polsce w połowie lat 90. w ramach krajowego programu modernizacji technologii ogrzewania. Ściągnięto dobrze znane na Zachodzie palniki retortowe (których techniczny rodowód sięga początków XX wieku) i dostosowano je do spalania węgla kamiennego. Następnie technologia została udostępniona ogółowi firm kotlarskich.

Retorta prosta / "fajkowa" / I generacji

Te pierwsze wersje palników retortowych nazywane są obecnie retortą prostą, "fajkową" lub I generacji. Nadal można je spotkać w nowych kotłach, ale przeważnie tych najtańszych.

Schemat prostego palnika retortowego. Podajnik ślimakowy wypycha tutaj paliwo przez kolano do palnika. Paliwo w kolanie jest ubijane, więc gdyby opał był spiekający, to sklei się w jedną bryłę i palnik przestanie działać. Rysunek: zawijan.wordpress.com

Problemem prostej retorty jest wymóg stosowania wyłącznie dobrego, suchego ekogroszku najlepiej typu 31.x czyli niespiekającego i niekoksującego. W połowie lat 90. taki ekogroszek kosztował ~300zł/t. Ale gdy tylko kotły tego typu się upowszechniły, szybko jego cena poszybowała w kosmos i dziś 1000zł za tonę najlepszego bezproblemowego ekogroszku nie jest niczym dziwnym. Co gorsza pokłady tych typów węgla pomału się kończą.

Retorta II generacji / z przeciwzwojem

Konstruktorzy kotłów podajnikowych zauważyli te problemy i opracowali palniki retortowe II generacji, które mają radzić sobie z gorszymi węglami i miałem. Posiadanie takiego palnika umożliwia spalanie nieco spiekających bez większych problemów, co oczywiście obniża koszty ogrzewania (gorszy groszek czy miał są sporo tańsze) i polepsza komfort życia (mniej czasu spędzone na bojach z kotłem).

Przykład palnika II generacji (choć różni producenci mianują już swoje wyroby generacją czwartą czy piątą). W tego rodzaju palniku zamiast kolana pod paleniskiem znajduje się prosty ślimak zakończony odwrotnie skierowanym zwojem. W ten sposób paliwo jest wypychane do góry, przy okazji rozluźnia się i miesza, co pomaga spalać węgle spiekające. Źródło: palnikbatory.pl

Kotły z podajnikiem tłokowym

Podajnik tłokowy, zwany też szufladowym, wsuwa paliwo na ruszt od boku właśnie z użyciem tłoka. Taki podajnik jest prosty w budowie, trwały, toleruje bardzo różnych rozmiarów opał, ale szuflowanie paliwa dużymi porcjami jest jedną z przyczyn dość brudnego czyli niezbyt efektywnego spalania.

Podajnik tłokowy. Fot. kotlyzywiec.eu

Kotły z podajnikiem tłokowym mają wysokie moce (zwykle od 20kW, rzadko od 15kW wzwyż) i spalają tym gorzej im niżej muszą pracować. Stąd sensownym ich zastosowaniem są duże słabo ocieplone budynki, gdzie stale mają co robić. Bardzo kiepsko nadadzą się do pracy latem przy podgrzewaniu ciepłej wody, gdyż mają wtedy tendencję do wygasania.

Wprowadzenie norm emisji dla nowych kotłów spowodowało, że większość kotłów z podajnikiem tłokowym zniknęła z rynku. Rodzynkiem jest bodaj tylko Iskra Plus Eko firmy Zgoda Wieprz – w 5. klasie na zwykłym miale dzięki elektrofiltrowi.

Kotły z palnikiem rynnowym

Palnik rynnowy miał być połączeniem zalet palnika retortowego (podajnik ślimakowy, dokładne dawkowanie paliwa) i podajnika tłokowego (lepsza tolerancja na niewymiarowe paliwo, mniejsze opory jego przepychania). To się w sumie udało, ale przejął też główną wadę tłokowca, czyli kiepskie dopalanie – lepsze niż w tłokowcu, ale nadal w porównaniu z retortą jest to generator sadzy gdy nie pracuje na pełnych obrotach.

Palnik rynnowy w trakcie pracy. Nie wygląda źle. Ale w czasie postojów i słabszego grzania to generator sadzy podobny do tłokowca.

Nieliczne kotły z palnikiem rynnowym przedostały się jakimś cudem na rynek z certyfikatami 5. klasy. Jeśli nie masz zamiaru eksperymentować z gorszymi paliwami, to palnik rynnowy nie przedstawia istotnych zalet względem retorty. Ma natomiast istotną wadę w postaci kiepskiego dopalania, czego może specjalnie nie zauważysz przesiadając się z kotła zasypowego (będzie może trochę lepiej), ale już w porównaniu z palnikiem retortowym różnica jest wyraźna.

Czym różni się kocioł podajnikowy od zasypowego

Na co trzeba być przygotowanym i czego należy się spodziewać przechodząc z kotła zasypowego na podajnikowy?

Kocioł podajnikowy – nie znaczy całkiem automatyczny

Określenia "kocioł podajnikowy" oraz "kocioł automatyczny" bywają używane zamiennie, choć jest to nadużycie. Automatem jest kocioł gazowy – tam człowiek nie ingeruje w parametry procesu spalania paliwa. W kotle podajnikowym sterownik jest właściwie ślepy – nie ma wglądu w jakość procesu spalania. On tylko podaje paliwo i powietrze w takich proporcjach, jakie ustawił mu operator. Przypomina to sytuację w silnikach spalinowych z gaźnikiem, gdzie ręcznie regulowało się skład mieszanki. Benzyna miała przynajmniej stałe parametry, natomiast węgiel bywa bardzo różny, co utrudnia właściwą regulację.

W najprostszych i najtańszych sterownikach człowiek ustawia po prostu tempo podawania paliwa i siłę nadmuch w taki sposób, aby spalanie przebiegało prawidłowo (ocena jest "na oko"). Ustawień dokonuje się raz i masz spokój póki nie wsypiesz bardzo odmiennego rodzaju paliwa. To jest możliwe, bo na rynku są bardzo różne "ekogroszki" – od czeskiego węgla prawie-że-brunatnego po najmocniejsze węgle koksujące, które pierwotnie nie były przewidziane do palników retortowych, ale dziś takie wyjeżdżają spod ziemi, więc jakoś trzeba sobie z nimi radzić. Każde z tych paliw wymaga skrajnie różnych nastaw i bywa, że dostawa z innego źródła to dłuższy pobyt w kotłowni w celu "nauczenia" kotła nowego paliwa.

Istnieją sterowniki bardziej zaawansowane (i droższe, nawet ~1000zł za sam sterownik), gdzie ustawienia są uproszczone lub przy typowych węglach wprowadza się tylko drobne korekty względem tego, co postanowił algorytm. Nie istnieje jednak żaden sterownik kotła podajnikowego, który wyręczy człowieka zawsze i wszędzie. Każdy właściciel kotła podajnikowego zetknie się z koniecznością zmian w nastawach i po mniejszych lub większych bólach wyczuje o co w tym chodzi.

Ceny kotłów podajnikowych

Kocioł podajnikowy w markecie znajdziesz już w cenie ok. 4000zł. Jeśli natomiast przejrzysz wyroby większych producentów kotłów, to ceny zaczynają się od 5-6 tysięcy. Nie wspominając o kotłach "klasowych" – ich ceny to 8-10 tys. zł.

Skąd takie różnice? Najtańsze kotły podajnikowe zwykle są tak tanie dzięki następującym cechom:

  • najprostsza retorta – I generacji, która bez problemów przyjmie tylko dobry ekogroszek. Jeśli trafi się paliwo spiekające - będą problemy.
  • tani sterownik – jest tani, bo jest prosty. Umie kręcić ślimakiem i dmuchawą, ale jak długo kręcić, jak mocno dmuchać - to wszystko ty musisz mu powiedzieć na podstawie obserwacji.
  • gorsza jakość wykonania – zaawansowanie konstrukcji, grubości blach (także ślimaka, który im cieńszy tym szybciej się ściera), jakość podzespołów prawdopodobnie będą gorsze w tanim kotle, bo na czymś trzeba przecież oszczędzić. Niestety niefachowe oko tego nie wykryje. Rzecz ujawni się dopiero w eksploatacji, gdy np. po 2-3 latach zużyje się ślimak podajnika albo wysypie chińska przekładnia napędu podajnika.

A skąd biorą się ceny w okolicach 10 tysięcy, do niedawna zdawałoby się kosmiczne jak na kotły węglowe?

  • lepsze podzespoły – np. żeliwny ślimak i palnik, które są o wiele trwalsze od stalowych, ale i droższe w produkcji
  • zaawansowany sterownik – sam w sobie potrafi kosztować ok. 1000zł bo opracowanie dobrego algorytmu, który maksymalnie wyręczy człowieka, jest pracochłonne i niełatwe
  • koszty prac rozwojowych – opracowanie kotłów spełniających najwyższe normy emisji kosztowało producentów niemało (mimo że kotły nie wydają się wiele różnić od "zwykłych") i teraz muszą sobie odbić te wydatki
  • dopłaty do wymiany kotłów – jak w każdej branży rozdawnictwo publicznych pieniędzy nakręca wzrost cen

Dodatkowe koszty i wymogi techniczne

Instalacji kotła podajnikowego przeważnie nie towarzyszą dodatkowe koszty i nie trzeba prawie niczego na siłę modernizować (w szczególności grube rury i żeliwne grzejniki nie są żadnym problemem). Ale są ważne wyjątki:

  • Kotły w najwyższych klasach emisji (5. klasa / ecodesign) wymagają komina odpornego na kondensat, bowiem produkują tak zimne spaliny, że zawarta w nich wilgoć i kwasy kondensują w kominie a to grozi z czasem jego zniszczeniem i cuchnącymi wykwitami wewnątrz domu. Możesz ryzykować jazdę bez wkładu i bez dokładnego czyszczenia kotła (temperatura spalin wzrośnie). Możesz zastosować wkład stalowy do spalin z gazu ziemnego, ale nie ma on gwarancji na pracę z kondensatem kwasu siarkowego z węgla i po paru latach skoroduje. Trwałym rozwiązaniem jest rozwiercenie komina i wkład ceramiczny – opcja niestety najdroższa.
  • Kocioł podajnikowy może pracować w instalacji grawitacyjnej (bez pompy), ale z uwagi na częsty wymóg gwarancyjny zabezpieczenia odpowiednio wysokiej temperatury wody powracającej z instalacji, konieczny może być montaż zaworu mieszającego, z którym grawitacja sobie nie poradzi i potrzebna będzie pompa.
  • Przed zakupem kotła podajnikowego sprawdź, czy będzie pasował do twojej kotłowni – nie tylko wymiarami pudła! Skontroluj też: wysokość wylotu spalin, umiejscowienie przyłączy wodnych i odstępy od ścian, szczególnie odstęp od strony podajnika musi wynosić aż ok. 1m, by możliwe było w razie potrzeby wyjęcie ślimaka z podajnika bez wykuwania dziury w ścianie.

Zużycie energii

Wbrew pozorom kotły podajnikowe nie zużywają poważnych ilości prądu. Wentylator i silnik podajnika w kotle retortowym mają moce po 30-50W. W kotłach z podajnikiem tłokowym silnik podajnika miewa nawet i 500W (taka specyfika tego podajnika), ale nie oznacza to dużo większego zużycia energii, gdyż podajnik pracuje krótko i sporadycznie, a i dawka paliwa jest większa. Apetyt na moc współczesnej pompy obiegowej to z kolei raptem kilka-kilkanaście watów.

Paliwa do kotłów podajnikowych

W kotłach podajnikowych ogółem można spalać:

  • "ekogroszek" – węgiel o granulacji zwykle 5-25mm
  • groszko-miał – tańszą mieszankę węgla groszku z grubszą frakcją miału
  • ekomiał – produkt uboczny z produkcji ekogroszku, podobny do niego granulacją, ale w ziarnach znajduje się dużo popiołu
  • zwykły miał

Nie każde paliwo nadaje się do każdego kotła i rodzaju palnika:

  • w retortach I generacji można spalać tylko dobry niespiekający ekogroszek
  • w retortach II generacji można spalać wszystkie w/w rodzaje paliw, naturalnie im tańsze i gorsze tym problemów może być więcej
  • w kotłach z podajnikiem tłokowym również można spalić każdy rodzaj paliwa, ale najbardziej opłacalny jest zwykły miał, gdyż właśnie dla takiego słabego paliwa zaprojektowano te kotły: nie są mistrzami czystego spalania, ale za to przełkną wszystko.

Sporadycznie występujące grubsze kawałki węgla nawet rozmiarów drobnego węgla orzecha nie stanowią poważnego problemu. Mechanizmy podajników mają dość siły, by skruszyć grubsze bryłki węgla (ale im ich więcej tym szybsze zużycie ślimaka a co wrażliwsi będą słyszeć chrupanie niosące się po rurach w całym domu). Nie poradzą sobie natomiast z kamieniami lub dużymi kawałkami metalu – podajnik zablokuje się i będzie konieczna ręczna interwencja.

Kocioł podajnikowy na węgiel kiepsko nadaje się do pelletu

Kotły retortowe zaprojektowane są z myślą o węglu – nie nadają się do spalania pelletu z dwóch przyczyn:

  • Przy paleniu pelletem w trakcie podtrzymania żar z palnika może łatwo cofnąć się do podajnika. Aby temu zapobiec, konieczne jest stosowanie tzw. systemu strażaka, który ugasi cofający się żar w razie potrzeby.
  • Palnik retortowy spali pellet mało efektywnie, gdyż nie jest to paliwo koksujące, a takie właśnie jest potrzebne do podtrzymania żaru w trakcie postojów. Pellet, zamiast się żarzyć, stale gazuje i okleja kocioł smołą.

Wysoką efektywność spalania pelletu zapewniają specjalne kotły na pellet, gdzie paliwo to jest spalane we właściwych warunkach, a podtrzymanie jest wyeliminowane przez zastosowanie automatycznej zapalarki, umożliwiającej wygaszanie kotła gdy nie jest potrzebny i jego samoczynne uruchomienie, gdy ciepło będzie znów potrzebne.

Oczywiście znajdziesz takie kotły retortowe, których producent dopuszcza spalanie pelletu i dodał ku temu stosowne zabezpieczenia. Jak najbardziej możesz tego próbować, ale najpewniej szybko odczujesz, że nie warto.

Ruszt awaryjny naprawdę jest na sytuacje awaryjne

Montowany w kotłach podajnikowych ruszt awaryjny został pomyślany do użytku... właśnie tak: w razie awarii podajnika lub sterownika, by klient nie zamarzł nim przybędzie serwis! Tymczasem działy marketingu niektórych firm kotlarskich zaklinają rzeczywistość nazywając kocioł podajnikowy z rusztem awaryjnym kotłem dwupaleniskowym. Jest to właściwie odpowiedź na zapotrzebowanie ludności, która nierzadko użytkuje kocioł podajnikowy odwrotnie niż został on zaprojektowany: na co dzień palą na ruszcie, a palnik retortowy uruchamiają awaryjnie.

Ruszt awaryjny nie jest pełnowartościowym paleniskiem! Kocioł podajnikowy, w którym palone jest na ruszcie awaryjnym, pracuje gorzej niż tani śmieciuch – kopci i smoli się, szczególnie przy spalaniu drewna, bo nie jest do tego przystosowany. Jeśli przymierzasz się do zakupu kotła podajnikowego licząc, że przeważnie będziesz palić na ruszcie awaryjnym, wtedy ten zakup nie ma dla ciebie sensu! Po co przepłacać za kocioł, który większość żywota przepracuje zupełnie tak jak dwa-trzy razy tańszy zasypowiec?

Jeśli masz stały dostęp do taniego paliwa, np. drewna, a nie chcesz spędzać życia w kotłowni, znacznie lepszym wyjściem będzie zastosowanie kotła z buforem ciepła.

Ten punkt w zasadzie stał się bezprzedmiotowy od lipca 2018 kiedy to rozporządzenie wprowadzające normy emisyjne dla nowych kotłów wprost zakazało montowania rusztu awaryjnego.

Naprawy i konserwacja

Chłopska jak i akademicka teoria niezawodności potwierdza: niezawodne jest tylko takie urządzenie, którego nie ma. W kotle zasypowym nie ma podajnika, więc jest on w pełni bezobsługowy i nie psuje się nigdy. W kotle podajnikowym jest mechanizm podający paliwo, który może się zacinać, zużywać i ulegać awariom. Jednak kiedy działa, wyręcza człowieka w żmudnej robocie. Taki jest sens stosowania wszelkich maszyn.

Najbardziej prawdopodobną awarią w trakcie pracy kotła z podajnikiem ślimakowym jest zablokowanie podajnika. Przyczyną najczęściej będzie kamienny lub stalowy dodatek w węglu. Kocioł wtedy przestaje pracować, trzeba ręcznie wydobyć z podajnika przyczynę problemu (są stosowne wyczystki, tak że nie zawsze trzeba wybierać ponad 100kg węgla z zasobnika) i zamontować nową zawleczkę na wałku ślimaka.

Każdy ślimak – czy to stalowy, czy żeliwny – z biegiem lat zużywa się przez tarcie. Bardziej odporny na to jest masywniejszy ślimak żeliwny. Ślimak stalowy jest tym trwalszy, z im grubszej blachy został nawinięty (~8mm to nie jest za dużo). Tym, co najbardziej skraca życie stalowego ślimaka i zasobnika jest wilgotne paliwo. Duże ilości wilgoci w połączeniu z siarką zawsze obecną w węglu skutkują błyskawiczną korozją stalowego ślimaka w pobliżu palnika, gdzie paliwo ulega podgrzaniu i powstają żrące substancje. W takich warunkach końcówka ślimaka potrafi zniknąć w parę lat.

Końcowy efekt korozji ślimaka stalowego po sześciu latach eksploatacji. Fot. stramaw, forumbudowlane.pl

Aby stalowy ślimak i zasobnik trochę posłużyły zalecane bywa przez producentów, by po każdym sezonie grzewczym zdemontować je, oczyścić i sprawdzić stopień zużycia a zasobnik pomalować od środka farbą antykorozyjną.