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.