Rodzaje kotłów węglowych

Najogólniej domowe kotły na węgiel i drewno dzielą się na te, do których opał ładuje palacz szuflą oraz takie wyposażone w podajnik. W obu tych grupach istnieją jednak bardziej szczegółowe podziały ze względu na konstrukcję, a co za tym idzie technikę spalania paliwa, a co za tym idzie: sprawności i emisje zanieczyszczeń. Musisz wiedzieć, jaki rodzaj kotła masz w piwnicy, aby móc poprawnie w nim palić.

Kotły i piece z ręcznym załadunkiem paliwa

Istnieją trzy rodzaje pieców / kotłów bez podajnika:

  • górnego spalania (górnociągowy),
  • dolnego spalania (dolnociągowy),
  • górno-dolne.

Podstawą tego podziału jest kierunek przepływu powietrza przez palenisko: do góry, w dół albo i tak, i tak. To jest cecha konstrukcyjna kotła. Determinuje ona właściwy sposób palenia w nim. Nie na odwrót, jak to bywa błędnie rozumiane: "pali się na dole, więc to jest kocioł dolnego spalania".

Powyższe nazewnictwo jest mylące. Znacznie lepsza jest terminologia anglosaska: updraft / downdraft to dosłownie górny / dolny ciąg (a właśnie o kierunek ciągu się tu rozchodzi; gdzie i jak się pali, to rzecz wtórna). Dlatego dla (mam nadzieję) rozjaśnienia dalej będą stosowane obie te nazwy równolegle.

Obecnie na rynku dostępne są jedynie kotły dolnego spalania, jako że tylko one są w stanie spełnić współczesne normy emisji Ecodesign.

Kotły górnego spalania (górnociągowe)

Absolutna większość kotłów, prawie wszystkie kominki i piece stojące w polskich kotłowniach lub mieszkaniach zaliczają się do urządzeń górnego spalania (górnociągowych). Wylot spalin z paleniska znajduje się w nich u góry paleniska a wlot powietrza do spalania (powietrze pierwotne) znajduje się zawsze pod rusztem (nawet gdy jest wentylator na wierzchu kotła). Oznacza to, że przepływ powietrza przez palenisko następuje z dołu do góry.

Kotły górnego spalania swoją popularność zawdzięczają następującym cechom:

  • prostota budowy – to niewiele więcej niż stalowy prostopadłościan, który da radę wyspawać pierwszy lepszy garażowy spawacz (i często tak właśnie te kotły powstawały).
  • niska cena – kocioł o mocy 10kW można było kupić za około 2000zł lub mniej.
  • wszystkopalność – te kotły były w stanie spalić wszystko, co dało się porąbać na kawałki, które zmieszczą się przez drzwiczki. W sytuacji niskich dochodów i niepewnego zatrudnienia była to podstawowa, ogromna zaleta umożliwiająca biologiczne przeżycie zimy milionom Polaków. Doskonale pamiętam jak ponad 20 lat temu, gdy bezrobocie w okolicy przekraczało 20%, w domu rąbaliśmy na opał stare meble.

Podstawową wadą kotłów górnego spalania (górnociągowych) jest ich fatalna jakość spalania, która przekłada się na kiepską sprawność (~50%) i horrendalne emisje zanieczyszczeń. To konsekwencja powyższych zalet: im prostsze konstrukcyjnie jest urządzenie, tym bardziej wykwalifikowany operator jest potrzebny, aby uzyskać dobre efekty. A ponieważ przez całe lata nikt Polaków nie uczył poprawnego palenia w piecach, to w większości takich kotłów/pieców było i jest palone jak najgorzej, co czyni je rzygającymi dymem wulkanami. Nagminnie palono i pali się w nich w niepoprawny sposób. O istnieniu poprawnego sposobu palenia mało kto wie. Ten portal jest nieomal jedyną partyzancką próbą prowadzenia edukacji w tym temacie. Nikt inny nie jest tym zainteresowany.

Kocioł górnego spalania (górnociągowy) niepoprawnie rozpalany.

Wprowadzenie obowiązkowych norm emisyjnych dla nowych kotłów na jesieni 2017 spowodowało zniknięcie kotłów górnego spalania (górnociągowych) z legalnego obrotu. Nawet jeśli gdzieś taki kupisz i zainstalujesz – w większości województw już jest to nielegalne a kotły zainstalowane dawno temu za chwilę trzeba będzie wysłać do huty.

Kotły dolnego spalania (dolnociągowe)

Kotły dolnego spalania (dolnociągowe) są znane od paru stuleci. Powstały w celu poprawy jakości spalania węgla i drewna. Na zachodzie są standardem, u nas niespecjalnie się rozwinęły i przyjęły. Przyczyny są dość elementarne; w porównaniu z kotłami górnego spalania:

  • nie są proste – to już nie jest byle skrzynia na czarne kamienie. Zbudowanie dobrego kotła dolnego spalania wymaga wiedzy o spalaniu węgla/drewna, której większość producentów kotłów nigdy nie miała.
  • nie są tanie – sam fakt, że trzeba pospawać trochę bardziej skomplikowaną stalową skrzynię już czynił te kotły wyraźnie droższymi od najprostszych pudeł; a to zaledwie początek komplikacji: na pokładzie takiego kotła mogą być elementy ceramiczne i automatyka (sterownik, wentylator wyciągowy) przez co najbardziej zaawansowane kotły mogą niewiele się różnić ceną od kotłów podajnikowych.
  • nie spalą psa z budą – są wyspecjalizowane pod konkretny rodzaj paliwa, które musi trzymać godziwą jakość.

Na skutek powyższego niewiele ich na rynku było, jak już były to raczej kiepskie – więc i klient nie widział sensu ani celu, by za taki kocioł płacić więcej, bo nie było widać korzyści lub nie mógł sobie na wyższą cenę pozwolić.

Kocioł dolnego spalania (dolnociągowy) to jest po prostu odwrócenie do góry nogami tego, co się dzieje w kotle górnego spalania rozpalonym od góry, aby można było palić na okrągło, dokładając co jakiś czas paliwa. Również stwarza to możliwość wydzielenia palnika – izolowanej ceramiką ogniotrwałą komory, do której podawane jest powietrze wtórne – gdzie zachodzi ostateczne dopalenie palnych gazów wyprodukowanych z paliwa stałego. Skutkuje to bardzo dobrym, dokładanym spalaniem, nieosiągalnym w kotle górnego spalania.

Pracę kotła dolnego spalania (dolnociągowego) świetnie przedstawił autor poniższego filmu.

Kotły górno-dolne

Z próby zaradzenia wadom kotłów górnego i dolnego spalania powstał trzeci rodzaj: kotły górno-dolne. Miały łączyć zalety obu tych rodzajów – w praktyce połączyły ich wady.

Kotły dolnego spalania w eksploatacji bywały mało przyjemne:

  • przy kiepskim kominie o słabym ciągu trudno było je rozpalić.
  • otwarcie drzwiczek zasypowych w trakcie jazdy kończyło się uwolnieniem chmury dymu do kotłowni.

Ktoś wymyślił, że zaradzi obu tym problemom poprzez dodanie drugiego wylotu spalin u góry paleniska. To było po prostu genialne: teraz chmura dymu z komory zasypowej jest stale wypuszczana w komin! To jest pomysł z gatunku tych, jakie ma w głowie małpa z brzytwą – ale powstał w czasach, gdy żadne smogi i normy emisyjne jeszcze nie istniały, więc lokalnie takie kotły były klepane i znajdowały nabywców, bo nabywca nie przejmował się, że kocioł smoli i rzyga dymem – wszystkie to robiły!

 

Konstrukcja kotła górno-dolnego pozornie bardziej przypomina kocioł dolnego spalania, ale nie ma w niej żadnych bajerów poprawiających jakość spalania, które można znaleźć w kotłach dolnego spalania: ani żadnego palnika, ani zazwyczaj nawet powietrza wtórnego. Sprawia to, że kocioł jest tańszy w produkcji, ma szerszy zakres tolerancji na dziadowskie paliwa – ale zarazem spala podobnie kiepsko co kocioł górnego spalania. Jedyny plus, że dymi po trochu, ale dłużej – podczas gdy kocioł górnego spalania wyrzygiwał wielką chmurę dymu w krótkim czasie.

Kotły górno-dolne na szczęście są już tylko zgagą historii. Zniknęły z rynku analogicznie do kołów górnego spalania a niedługo poznikają także z kotłowni.

Kotły podajnikowe

Historycznie było kilka rodzajów kotłów podajnikowych różniących się zastosowanym mechanizmem podawania i techniką spalania paliwa. Przez sito współczesnych norm emisji zdołał przejść prawie wyłącznie jeden z nich. Plus pojawił się jeden nowy.

Kotły z palnikiem retortowym

W palniku retortowym paliwo podawane jest od dołu do "garnka", w którym pali się tylko wierzchnia jego warstwa. Popiół spada górą poza palnik.

Schemat palnika retortowego.

Na poniższym filmie widać jak pracuje palnik retortowy:

Kotły z palnikami retortowymi pojawiły się w Polsce w połowie lat 90. XX wieku. Jednak ani nie zostały wtedy wynalezione, ani nie dokonali tego Polacy.

Obecnie palniki retortowe są głównym rodzajem palników stosowanych w kotłach podajnikowych na węgiel – znów jest to sprawka norm emisji, które w 2017 roku poczyniły ogromne przemeblowanie na rynku.

 

Kotły z palnikiem rynnowym

Nazwa palnika rynnowego bierze się stąd właśnie, że przypomina on rynnę, przez którą paliwo przejeżdża. Z jednej strony wpychane jest przez podajnik ślimakowy, z drugiej popiół spychany jest do popielnika. Powietrze podawane jest od spodu owej rynny, przez szereg otworów w jej końcowej części.

W porównaniu do retorty, palnik rynnowy nie posiada 90-stopniowego zakrętu na drodze paliwa, który powoduje w retortach trochę problemów. Brak owego kolana czyni pracę ślimaka lżejszą, ale zarazem sprawia, że spalanie nie zachodzi już współprądowo lecz poprzecznie (ładna angielska nazwa: crossdraft): paliwo podawane jest w poziomie a powietrze - w pionie. W rynnie nie ma gwarancji, że wszystkie substancje lotne spotkają się z żarem. Dlatego palniki te mają tendencję do kopcenia na mniejszych mocach, gdy nie są w pełni rozgrzane, zaś przy wytężonej pracy łatwo szlakują, bo powietrze przedmuchiwane jest tu przez żar z dużym natężeniem.

Palnik rynnowy w trakcie pracy

Palnik rynnowy w trakcie pracy

Zaletą palnika rynnowego jest większa tolerancja na kiepskie paliwa. Rynna bez problemu przyjmie to, co zdoła przejść przez podajnik ślimakowy (miał, zrębkę) choć czystość spalania będzie daleka od tego, co osiągają retorty.

Kotły z podajnikiem tłokowym

Podajnik tłokowy to coś pomiędzy kotłem zasypowym a palnikiem rynnowym. Jest tutaj nieduży ruszt lub perforowana płyta z nadmuchem od spodu, o większej powierzchni niż to jest w palniku rynnowym. Paliwo jest dosuwane z boku jak w "rynnie", lecz nie przez ślimak a za pomocą tłoka. Podajnik tłokowy najlepiej toleruje niewymiarowy opał, ale też szalenie nieprecyzyjnie dawkuje opał w porównaniu do ślimaka. Nie bez powodu zwany jest szufladowym.

Idea budowy podajnika tłokowego, rys. zawijan.wordpress.com

Idea budowy podajnika tłokowego.

Podajnik tłokowy w stosunku do wszystkich innych rodzajów palników ma największą tolerancję na kiepski i niewymiarowy opał. Zarazem jest to najprymitywniejsze palenisko niewiele różniące się od rusztu kotła zasypowego, gdzie substancje lotne w większości nie mają kontaktu z żarem, więc będzie produkować najwięcej sadzy. Kopcenie i problemy z precyzyjnym sterowaniem mocą są tym większe im niższa moc, do samoczynnego wygasania włącznie gdyby chcieć grzać CWU takim kotłem. Dlatego kotły z podajnikiem tłokowym trzeba rozsądnie stosować tam, gdzie się sprawdzą: w starych, dużych budynkach, zasilając je czymś tanim, np. miałem.

Palnik SV200

W odpowiedzi na nadciągające normy emisji i trudności w ich spełnieniu za pomocą klasycznych palników, polska myśl techniczna z okolic Pleszewa opracowała nowy rodzaj palnika: SV200.

Palnik SV200 najbardziej przypomina palnik rynnowy – z tą różnicą, że nad rynną jest dach, który umożliwia lepsze zmieszanie i dopalenie gazów w wysokiej temperaturze, zanim opuszczą one palnik. Dzięki temu palnik SV200 w odróżnieniu od palnika rynnowego jest bardzo czysty a w przeciwieństwie do retorty radzi sobie świetnie także z pelletem.

Palnik SV200

Na poniższym filmie widać palnik SV200 w trakcie pracy: