Kotły komorowe – jaki wybrać i jak go eksploatować?

Kotły z załadunkiem ręcznym można podzielić w zależności od rodzaju konstrukcji wymiennika ciepła oraz materiału, z którego wykonany został korpus kotła. Konstrukcje wymienników ciepła najczęściej określają kocioł jako kocioł górnego spalania, dolnego spalania lub spalania mieszanego. Ten ostatni poprzez drobną zmianę konstrukcyjną wykonaną przez użytkownika kotła pozwala na korzystanie z kotła albo jako kocioł górnego spalania albo jako kocioł dolnego spalania. Zmiana ta najczęściej jest wywołana zamknięciem lub/i otwarciem pewnego kanału spalinowego, który właśnie określa rodzaj kotła poprzez przepływ spalin względem paliwa.

Spalanie w kotłach z górnym i dolnym spalaniem

Kotły z górnym spalaniem cechują się przeciwprądowym przepływem spalin w stosunku do wypalanego, załadowanego wcześniej od góry paliwa. Komora załadowcza kotła z górnym spalaniem jest komorą, w której następuje spalanie paliwa. Kotły z dolnym spalaniem opisać można jako współprądowo wypalające załadowane paliwo w stosunku do kierunku przepływu spalin, również dostarczanego do spalania powietrza podawanego pod ruszt. Spaliny w takiej konstrukcji nie przenikają przez złoże załadowanego paliwa, co jest bardzo korzystne. Komora załadowcza nie jest w pełni komorą spalania, ponieważ sam proces realizowany jest w dolnej części zasypanego paliwa. Czynny udział w spalaniu bierze tylko cienka warstwa paliwa znajdującego się na ruszcie, po czym spaliny kierowane są do następnego kanału konwekcyjnego oraz dalej w kierunku czopucha.

Paliwo a rodzaj kotła

Kotły górnego spalania spalają większość dostępnych paliw na rynku, w tym miał, flot, węgiel kamienny i brunatny, koks oraz drewno.Kotły z dolnym spalaniem niezawodnie pracują tylko i wyłącznie na paliwach granulowanych.

Miał węglowy oraz flot będzie powodować pewne problemy w eksploatacji kotła wskutek zapychania się kanału nawrotnego spalin między komorą załadowczą paliwa (częściowo komorą spalania), a także komorą kolejnego ciągu konwekcyjnego. Paliwa w kotle dolnego spalania powinny być sypkie i suche, aby nie powodowały zawieszania się w komorze załadowczej paliwa. Drewno powinno być ułożone odpowiednio, w taki sposób, aby zapewnić ciągłość palenia bez powstawania przestrzeni między załadowanymi kawałkami drewna.

Stalowe kontra żeliwne

Kotły górnego jak i dolnego spalania mogą być wykonane jako kotły stalowe lub żeliwne. Konstrukcje stalowe charakteryzują proste, ale i wielokanałowe, rozbudowane wymienniki ciepła, co jest wynikiem łatwej i taniej w wykonaniu technologii. Kotły stalowe są produkowane przez każdego producenta kotłów grzewczych.
Kotły żeliwne zazwyczaj, ale nie w każdym przypadku, cechuje prostsza budowa wymiennika ciepła. Kotły żeliwne zbudowane są z elementów korpusu nazywanych członami. Najczęściej kocioł, niezależnie od mocy, zbudowany jest z 3 rodzajów członów: przedniego, tylnego oraz środkowego. W zależności od mocy kotła ilość środkowych członów wzrasta. Kotły żeliwne zatem wraz ze wzrostem mocy wymiennika ciepła nie różnią się wysokością czy szerokością kotła, a jedynie głębokością która jest właśnie uzależniona od ilości zastosowanych elementów korpusu. Prosta konstrukcja kotłów żeliwnych między innymi wywołana jest faktem, iż wymiana ciepła od spalanego paliwa do wody kotłowej w dużej mierze następuje poprzez promieniowanie w pojemnej komorze paleniskowej, a w mniejszym stopniu przez konwekcję. Bardziej skomplikowane konstrukcje kotłów żeliwnych składają się z co najmniej 4 różnych członów wymiennika ciepła.

Kotły żeliwne są droższe w produkcji, ponieważ wymagają wykonania kosztownej formy odlewniczej, której w przyszłości nie można modernizować. W przypadku zmiany konstrukcji kotła żeliwnego należy wykonać nową formę każdego z członów wchodzących w skład kotła.

Gwarancja na stalowy krótsza, na żeliwny dłuższa

W praktyce stosowanej przez producentów kotłów wymienniki kotłów stalowych objęte są gwarancją 2-4 lat, wyjątkami są kotły, na które producent udziela 5-latniej gwarancji. Warto jest dobrze poznać warunki gwarancji, czy obejmuje ona w pełni szczelność wymiennika ciepła, czy jest to tylko gwarancja na spoiny korpusu kotła, co niestety często jest nadużywane przez producentów kotłów. Kotły komorowe żeliwne charakteryzują się dłuższym okresem gwarancji, zwykle 10 lat. Gwarancja ta obejmuje szczelność korpusu kotła. Gwarancja na podzespoły kotła inne niż wymiennik ciepła (kotła stalowego lub żeliwnego) najczęściej dotyczy okresu 2 lat.

Kilka uwag praktycznych

Kotły żeliwne umożliwiają w dowolnym czasie ich naprawę, np. wymianę przepalonych drzwiczek, czopucha kotła czy jednego z członów żeliwnych wymiennika ciepła. Naprawa kotła stalowego zwykle jest utrudniona, a prawie że niemożliwa w przypadku np. wymiennika ciepła. Chyba że w własnym zakresie. Podsumowując, należy dodać, iż kotły żeliwne są droższe w zakupie od kotłów stalowych.

Dostępne są jednak konstrukcje kotłów stalowych w tej samej klasie co kotły żeliwne, których cena przewyższa cenę kotłów żeliwnych. Kotły stalowe mogą charakteryzować się bardziej dogodnymi wymiarami zewnętrznymi, np. mniejszą głębokością, ale i większą wysokością. W przypadku małych kotłowni oraz dużego zapotrzebowania na moc cieplną kotły żeliwne mogą osiągać głębokość nawet do 1,4 m przy mocy 55 kW.

Sposób rozpalania oraz palenia

Kotły komorowe górnego spalania dodatkowo umożliwiają ich rozpalanie oraz eksploatowanie od góry jak i od dołu. Przez rozpalanie/spalanie od dołu rozumiemy taki proces, w którym na ruszt wpierw nakładamy rozpałkę oraz niewielką ilość węgla, a po rozpalaniu całość zasypujemy kolejną dużą dawką paliwa. Takie spalanie jest nieekologiczne oraz nieekonomiczne, ponieważ w każdej chwili realizowania procesu spalania dawka powietrza do spalania nie jest odpowiednia. Początkowo, przy dużej ilość świeżego paliwa, ilość powietrza do spalania jest zbyt mała, co objawia się niecałkowitym oraz niezupełnym spalaniem, wydymaniem się spalin do wnętrza kotłowni, widocznymi niedopalonymi spalinami wydobywającymi się z komina oraz szybkim zabrudzaniem wewnętrznych powierzchni wymiennika ciepła oraz przewodu dymowego wraz z systemem odprowadzania spalin. Gdy ilość paliwa uległa już w większości wypaleniu, ilość powietrza potrzebna do spalania jest zbyt duża, co obniża sprawność kotła poprzez wychładzanie kotła oraz tworzenie się węglowodorów w postaci sadzy. Nadmiar powietrza zarazem wychładza palenisko czego skutkiem jest spalanie prowadzone w nieodpowiedniej temperaturze. Aby ekologicznie eksploatować kocioł rozpalając od dołu należałoby zastosować pomiar zawartości tlenu w spalinach oraz odpowiednie urządzenie, które zmniejszałoby lub zwiększało ilość powietrza do spalania. Mogłoby to być realizowane np. przy użyczy sondy lambda. Problem jednak polega na tym, że koszt sondy lambda oraz odpowiedniego regulatora pracy kotła mógłby przewyższyć cenę samego kotła.

Rozwiązaniem jest zatem prowadzenia spalania od góry, tzn. w kotle o takiej samej konstrukcji jak to opisano wyżej, ale przy innej kolejności przeprowadzanych czynności podczas rozpalania. Na ruszt kotła wpierw należy załadować paliwo a następnie rozpalić jego wierzchnią część. Taki proces spalania jest stabilny, spalaniu ulega mniej więcej stała ilość (warstwa) paliwa co umożliwia regulację doprowadzania takiej ilości powietrza, która skutkuje całkowitym oraz zupełnym spalaniem, a co za tym idzie wysoką sprawność spalania oraz wymiany ciepła od spalin do wody kotłowej. Powierzchnie wymiennika ciepła kotła oraz systemu odprowadzania spalin są czyste, a podczas eksploatacji kotła nie są widoczne spaliny wydobywające się z komina. Przy tak prowadzonym procesie spalania zwiększona jest wydajność spalania w postaci mniejszej ilości niespalonego paliwa w popielniku. Dodatkowo znacznie wydłuża się czas pracy kotła przy jednym załadunku – stałopalność kotła – która może sięgać nawet do 24h.

Wyższa sprawność kotła rozpalanego od góry w stosunku do kotła rozpalanego od dołu spowodowana jest lepszym wypalaniem paliwa, dłuższym zachowaniem wymiennika ciepła w czystości, co zwiększa wymianę ciepła od spalin do wody kotłowej oraz niższą temperaturą spalin, która podczas spalania od dołu jest bardzo wysoka. Wysoka temperatura spalin w kotle rozpalanym od dołu wywołana jest całkowitym zapłonem załadowanego wcześniej paliwa oraz brakiem możliwości pełnej wymiany ciepła od spalin do wody kotłowej. Spaliny mogą wtedy przekraczać nawet 350^oC, co grozi uszkodzeniem systemu odprowadzania spalin oraz innych elementów budynku. Wadą eksploatacyjną kotła rozpalanego od góry jest brak możliwości dokładania paliwa podczas pracy kotła. Dopiero po całkowitym wypaleniu się paliwa kocioł należy rozpalić ponownie. Aby ułatwić sobie rozpalanie, można do tego wykorzystać resztki żaru pozostałe w kotle, które po wyjęciu z kotła i załadowaniu go świeżym paliwem, można włożyć na wierzchnią warstwę paliwa jako rozpałkę.