Analiza procesu spalania w kotłach kondensacyjnych

Konieczna podczas pierwszego uruchomienia i przeglądów

Wraz z wprowadzeniem na rynek kotłów kondensacyjnych zaistniała konieczność stosowania analizatora spalin podczas uruchamiania kotła oraz w czasie przeglądów serwisowych.  Wcześniej – np. w kotłach z otwartą komorą spalania – zdarzało się, że instalator/serwisant mógł twierdzić, że ustawia kocioł „na oko”, bazując na kolorze płomienia oraz na tym, czy w spalinach widać sadzę, czy też nie. Należy zaznaczyć, że w większości kotłów kondensacyjnych ustawienie prawidłowych parametrów podczas spalania nie jest możliwe bez wykonania analizy spalin.

Regulacja procesu spalania

Kotły kondensacyjne wymagają tzw. pierwszego uruchomienia, podczas którego serwisant dokonuje m.in. regulacji procesu spalania i koryguje zawartość CO2 oraz sprawdza poziom CO w spalinach, opierając się na wskazaniach analizatora spalin. Aby pomiar był prawidłowy, należy sondę analizatora umieścić w króćcu do wykonywania analizy spalin [1] w taki sposób, aby nie było możliwości pobierania powietrza z pomieszczenia przez sondę. Wskazane jest, aby sonda analizatora znajdowała się w środku strumienia spalin wychodzących z kotła.

Bardzo ważnym krokiem jest sprawdzenie szczelności komina, a więc np. czy uszczelki w kominie nie są zagięte lub przycięte. Nieszczelność w przewodzie spalinowym będzie skutkowała błędnym ustawieniem pracy kotła i/lub nawet jego zablokowaniem.

W tym przypadku mamy do dyspozycji dwie metody:
pierwsza metoda dotyczy kotłów wyposażonych w standardzie w króciec analizy powietrza (rys.1), w którym umieszczamy sondę analizatora spalin. Następnie uruchamiamy kocioł na maksymalnej mocy, wykorzystując albo funkcję kominiarza, albo – jeżeli mamy kotły dwufunkcyjne – otwierając baterię z c.w.u. na maksymalny przepływ. Przy szczelnym kominie nie pojawią się żadne produkty spalania w tym m.in. CO2 [2]. Tak więc na analizatorze będzie widoczna tylko temperatura powietrza dostarczanego do kotła oraz poziom zawartości tlenu. Metoda ta nie jest doskonała, ponieważ gdy nieszczelność jest niewielka i usytuowana w ten sposób, że spaliny „omijają” sondę, analizator nie pokaże produktów spalania. Dlatego należy dodatkowo korzystać z drugiej metody.
druga metoda polega na przeprowadzeniu analizy spalania (sonda spalin umieszczona w króćcu analizy spalin [1]) na mocy maksymalnej i sprawdzeniu wartości poziomu CO zawartego w spalinach.

 

Ponieważ kotły kondensacyjne utrzymują stałą wartość mieszaniny gazu i powietrza, dlatego też, jeżeli do komory spalania zamiast czystego powietrza dostarczane będą produkty spalania (przez nieszczelność komina), następuje wówczas tzw. „spalanie niezupełne” i jednocześnie zwiększenie ilości wytwarzanego CO przy jednoczesnym zmniejszeniu ilości tlenu O2. Zjawisko to jest spowodowane brakiem tlenu podczas procesu spalania. Wartości graniczne dla pracy kotłów kondensacyjnych są podawane w instrukcjach (niestety nie we wszystkich) i tak np. dla mocy maksymalnej ilość CO może osiągnąć nawet 180 ppm, co jest również wartością prawidłową. Jeżeli w kominie występuje nieszczelność, wartości te mogą sięgnąć nawet kilka tysięcy ppm (rys. 3).

Następnym krokiem jest regulacja poziomu zawartości CO2 w spalinach. Wartości te są różne w zależności od rodzaju gazu (ziemny, płynny) oraz w zależności od tego czy kocioł jest regulowany z mocą maksymalną, czy też minimalną. Standardowo dla kotłów na gaz ziemny poziom ten wynosi ok. 9% przy pracy kotła na mocy maksymalnej [4] i 9,5% dla mocy minimalnej [5]. Jeżeli podczas regulacji wartość CO2 zostanie zaniżona do np. 8,5%, wówczas pierwszym z objawów będzie brak mocy kotła. Niższa zawartość świadczy o uboższej mieszance, a więc i niższej mocy kotła. W skrajnych przypadkach przy rozregulowaniu kotła może dochodzić do emisji basowego dźwięku (charakterystyczne buczenie) wydobywającego się z komory spalania. Świadczy to o konieczności przeprowadzenia analizy spalania. Nadmienię, że nie wolno wówczas uruchamiać analizatora spalin, ponieważ może spowodować to uszkodzenie celi CO i konieczność ponownej kalibracji. Zatem wstępnie należy doregulować kocioł na mocy pośredniej (w momencie gdy kocioł nie buczy), a następnie zmniejszać moc kotła aż do osiągnięcia mocy minimalnej.

Wyższa zawartość poziomu CO2 w spalinach (np. ok. 10%  dla gazu ziemnego) spowoduje powstanie procesu spalania niecałkowitego, tzn. mieszanka gazu i powietrza będzie „za bogata”. Cząsteczki węgla nie będą całkowicie spalane i powstanie efekt uboczny w postaci wydobywającej się sadzy (C). Na kominie możemy to zaobserwować w postaci czarnego nalotu.

Spodziewane zaostrzenie przepisów odnośnie analizy spalin

Obecnie w Polsce nie ma obowiązku badania zawartości tlenków azotu (NOx). Jednak w kolejnych latach spodziewamy się zaostrzenia przepisów dotyczących kotłów gazowych. Najbliższa zmiana (dn. 26.09.2018 r.)  wprowadzi konieczność dostosowania się do limitu wytwarzania NOx przez kotły gazowe. Dyrektywa ErP 2009/125/WE określa ten limit na poziomie 56 mg/kWh. Modyfikacja ta wymusi produkcję, a w konsekwencji stosowanie wyłącznie kotłów kondensacyjnych.

(Grafika: Beretta)

Instalnews - bezpłatny biuletyn e-czasopisma InstalReporter 1/2018 12/2017 4/2017