Trwałość wymienników stalowych kotłów węglowych

Wielu użytkowników stając przed koniecznością zakupu nowego kotła, zadaje handlowcom wiele pytań. Przede wszystkim padają pytania o cenę, moc cieplną. Ważne jest zużycie paliwa, pojemność wodna kotła, wielkość, ciężar, dostęp do usług serwisowych, dostępność części. Niektórzy zadają też pytania o trwałość wymiennika kotła. W powszechnej pamięci są sytuacje, kiedy dawniej kotły były spawane z blachy stalowej  różnymi metodami warsztatowymi i pracowały po 15, czy też 20 lat. Wielu użytkowników ma nadzieję, że nowoczesny kocioł węglowy spawany z blachy  będzie pracował podobnie. Lecz… niestety nie jest to  prawdą.

Stare i nowe kotły spawane z blachy stalowej i ich praca w instalacji

Kilkanaście, czy kilkadziesiąt lat temu kotły pracowały najczęściej w układach grawitacyjnych. Oznaczało to, że pojemność wodna kotła musiała być duża. A tym samym masa całego kotła była większa aniżeli kotłów o nowoczesnych konstrukcjach o porównywalnych mocach. Brało się to również z tego, że woda pod wpływem praw fizyki krążyła po instalacji, więc było jej dużo po to, by  zapewnić właściwą pojemność cieplną i możliwość przekazywania ciepła do pomieszczeń. Proces spalania w takich  kotłach był regulowany naturalnie poprzez miarkowniki ciągu lub poprzez ręczne uchylanie drzwiczek. Rzadko stosowano nadmuch wentylatorem. Kotły, z racji dużej pojemności wodnej miały dużą bezwładność cieplną, co było ich zaletą. W połączeniu bowiem z grawitacyjnym układem centralnego  ogrzewania powodowało to, że poszczególne elementy kotła nie były bardzo obciążane termicznie. Poza tym wykonywano je z grubej blachy. Często o grubości przekraczającej 10 mm. Dlatego takie urządzenia potrafiły pracować przez wiele lat.

Eksploatowanie takich  kotłów wiązało się z tym, że  potrafiły podczas ostrych mrozów zużywać duże ilości paliwa, gdyż część energii ze spalania węgla była potrzebna do ogrzania wody zarówno tej w kotle, jak i wody w instalacji – nośnika ciepła do ogrzewania. Pojemności wodne instalacji jak na dzisiejsze standardy były olbrzymie. W instalacji przeznaczonej do ogrzewania 80 m² powierzchni nierzadko znajdowało się ponad 300 litrów wody, którą trzeba było ogrzać. Podłączenia instalacji centralnego ogrzewania były wykonane z rur o przekrojach  dochodzących do  dwóch cali Sprawność samego kotła była niska i  wynosiła około od 40-50 %. Grube ścianki wymiennika zapewniały dużą żywotność kotła, ale z drugiej strony zmniejszały efektywność wymiany ciepła, co przy mało efektywnym spalaniu paliwa było ich wadą. Jednak całość pracowała w miarę stabilnie i przy odpowiedniej obsłudze można było w miarę ekonomicznie wytwarzać ciepło do ogrzewania.

Nowoczesne kotły na paliwo stałe pracujące w układach z wymuszonym obiegiem centralnego ogrzewania budowane są według innej filozofii. Przede wszystkim wielki nacisk jest kładziony na sprawność termiczną, zużycie paliwa i ekologię. W celu obniżenia zużycia paliwa i ograniczenia emisji szkodliwych substancji do atmosfery producenci kotłów zmuszeni byli do podniesienia sprawności wymienników. Nowoczesne kotły osiągają sprawności od 85% (kotły rusztowe) do 92% ( kotły podajnikowe). Sprawność kotłów zwiększono między innymi  poprzez zmniejszenie grubości ścianek wymiennika oraz ograniczenie pojemności wodnej kotła. W układzie wymuszonym nie ma potrzeby stosowania dużych pojemności wodnych w kotłach ponieważ pompa obiegowa jest w stanie zapewnić właściwy przepływ wody przez wymiennik kotła. Kotły są budowane w oparciu o obowiązujące normy, które między innymi narzucają określone gatunki blach oraz ich grubości  w zależności od mocy wymiennika kotła. Grubość blachy została tak zoptymalizowana, aby zapewnić  właściwą wytrzymałość wymiennika. Jednak w wyniku zmniejszenia grubości ścianki, celem podwyższenia sprawności, trwałość wymiennika została obniżona w porównaniu ze starymi kotłami.

 Grubość blachy a żywotność kotła
Niezależne obserwacje i porównania, w oparciu o praktykę serwisową,  przeprowadzone przez Elektromet wykazały, że w normalnych warunkach eksploatacji kotła, blacha P 265 GH „zużywa się” około 0,2-0,4  mm/rok. Natomiast blacha S 235 JRG2 około 0,4-0,5  mm/rok ( w zależności od warunków eksploatacji kotła i strefy wymiennika). Oznacza to, że wymiennik kotła wykonany z blachy o grubości 5 mm eksploatowany w warunkach normalnych będzie pracował (z uwzględnieniem tzw. rezerwy szczelności) od 7 do 11 lat. Praktyka wykazuje, że większą trwałością cechują się wymienniki kotłów podajnikowych. Jest to związane między innymi z tym, że w takich kotłach proces spalania jest o wiele bardziej stabilny aniżeli w kotłach rusztowych i używane jest w miarę jednorodne paliwo.
Dostępne na rynku kotły mają wymienniki o grubościach blach od 4 do 8 mm. Należy się liczyć z tym, że wymienniki wykonane z grubszej blachy będą miały niższą sprawność wykorzystania ciepła.

Co ma wpływ na trwałość wymiennika kotła?

Pomijając kwestie konstrukcyjne, ogromny wpływ na trwałość wymiennika kotła mają warunki eksploatacji. Wymienniki najczęściej zużywają się w obszarze wylotu spalin  z komory spalania lub wylotu spalin do komina – tzw. czopuchu. Tam panują skrajnie niekorzystne warunki związane  z wykraplaniem się kondensatu zawierającego siarkę.

Ważną sprawą jest odpowiedni dobór mocy kotła do zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania i przygotowania c.w.u. Przewymiarowanie kotła będzie powodowało, że przez większą część sezonu grzewczego wymiennik będzie pracował z mocą dużo niższą od nominalnej. To przyspiesza zużycie blachy, ponieważ część wymiennika będzie nadmiernie przechłodzona, w konsekwencji doprowadzając do wykraplania się wilgoci ze spalin. Niebagatelne znaczenie na trwałość wymiennika ma rodzaj stosowanego paliwa. Spalanie paliwa o zawartości siarki na poziomie wyższym od 1% powoduje nadmierne wydzielanie się substancji szkodliwych w spalinach, które w połączeniu ze skondensowaną parą wodną tworzą substancje żrące, przyspieszające korozję wymienników kotła. Podobnie sytuacja wygląda w przypadku spalania wilgotnego lub wręcz mokrego paliwa. Warunkiem związanym z eksploatacją, który ma chyba największy wpływ na wydłużenie trwałości wymiennika jest zabezpieczenie przed tzw. zimnym powrotem. W tym celu wielu producentów nakazuje pod rygorem utraty gwarancji stosowanie zaworów mieszających trójdrogowych lub czterodrogowych w instalacjach centralnego ogrzewania.

Konstrukcja kotła i  grubość ścianki wymiennika mają wpływ na trwałość wymiennika. Nie mniejszy wpływ mają warunki eksploatacji oraz cechy spalanego paliwa. Dzisiejsze kotły węglowe są budowane według innych zasad aniżeli kotły sprzed 15 lub 20 lat. Cechują się wyższą sprawnością, mniejszym zużyciem paliwa niższym poziomem emisji szkodliwych substancji do atmosfery. To z kolei powoduje, że trwałość nowoczesnych kotłów spawanych z blachy stalowej jest niższa od tych, które były budowane 15-20 lat temu.