Odprowadzenie spalin i skroplin z kotłów kondensacyjnych

Dodano: wtorek, 05 grudnia 2017 12:37

Kotły kondensacyjne zasilane gazem ziemnym, propanem czy niekiedy również z palnikiem olejowym zastępują coraz częściej tradycyjne urządzenia, głównie ze względu na znacznie wyższą sprawność. Do ich popularności przyczynia się też lepsza izolacja cieplna budynków jak i upowszechnienie się systemów ogrzewania powierzchniowego - głównie w formie ciepłej podłogi.

Ich instalacja wymaga jednak dostosowania sposobu odprowadzenia spalin zapewniającego odpowiednią intensywność przepływu jak i zabezpieczenie kanałów spalinowych przed agresywnym oddziaływaniem kwaśnych związków powstałych w wyniku spalania paliwa oraz usuwania skroplin.

Sprawność kotłów kondensacyjnych powyżej 100%?

Podstawową informacją podawaną przez producentów kotłów kondensacyjnych jest ich nieprawdopodobna sprawność sięgająca 106 - 110%, co u osób obeznanych z techniką może budzić zdziwienie. W rzeczywistości wartość ta wynika z pewnych formalnych zawiłości jak i tradycyjnego przedstawiania parametrów energetycznych paliw.

W praktyce przy porównywaniu efektywności pracy kotłów spalających różne paliwa jako wielkość bazową przyjmowano wartość opałową, która odpowiada energii pozyskanej bez uwzględnienia ciepła "ukrytego" w spalinach. Jej część pozostaje utajona w wyniku zamiany wody - która jest jednym z produktów spalania - w parę, co pochłania energię wyzwalaną w procesie spalania paliwa.

Obniżenie temperatury spalin pozwala na skroplenie pary wodnej i w efekcie odzyskanie zawartej w nich energii. Zwiększa to wartość opałową, a taki parametr energetyczny określany jest jako ciepło spalania paliwa i obecnie przyjmowany do rozliczeń np. z dostawcą gazu ziemnego. Wielkość ciepła ukrytego w spalinach uzależniona jest od udziału wodoru w paliwie, który z procesie spalania łączy się z tlenem tworząc wodę. Reakcja spalania przebiega wg schematu:

CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O

Z wykorzystywanych paliw największym udziałem wodoru charakteryzuje się gaz ziemny i właśnie w kotłach nim zasilanych uzyskuje się wysoki przyrost efektywności. Teoretyczny wzrost możliwej do pozyskania energii wyniesie 11% co odpowiada 111% sprawności, w porównaniu z wartością przyjmowanego dotychczas ciepła spalania.

W przypadku innych paliw "sprawność" będzie mniejsza - dla gazu płynnego 108%, a dla oleju opałowego 106%. Przyjmując jako podstawę wartości opałowe paliwa, rzeczywista sprawność kotłów kondensacyjnych wyniesie 95 - 97%, a kotłów tradycyjnych 84 - 86 %. Dlatego przy porównywaniu sprawności - głównie w odniesieniu do kotłów na paliwo stałe - trzeba ustalić dla jakich parametrów paliwa są one podawane, aby uzyskać miarodajne wartości.

Kiedy wystąpi kondensacja w spalinach?

Skroplenie pary wodnej zawartej w spalinach wymaga obniżenia ich temperatury do wartości zależnej od rodzaju paliwa. Dla gazu ziemnego początek skraplania wystąpi poniżej 57o C, gazu płynnego ok. 50o C, a oleju opałowego 46o C. W rezultacie dla zapewnienia możliwości wykorzystania energii kondensacji musi być ograniczona temperatura zasilania - co najmniej do powyższych wartości - w instalacji grzewczej, co wymaga odpowiedniego doboru grzejników czy innych elementów przekazujących ciepło do pomieszczeń. Przy korzystaniu z tradycyjnych grzejników muszą mieć one znacznie większą powierzchnię.

Dla uzyskania efektu kondensacji parametry instalacji grzewczej przyjmowane są na poziomie 55/45/20o C, co sprawia że grzejniki powinny być ok. dwukrotnie większe niż w przypadku pracy przy typowych temperaturach 75/65/20o C. W nowych obiektach współpracę z takimi kotłami najkorzystniej zapewni ogrzewanie płaszczyznowe - głównie zakładane jako podłogowe, które może pracować nawet znacznie poniżej temperatur kondensacji.

System kominowy bez korozji

Zgodnie z wymaganiami jakim powinny odpowiadać przewody spalinowe w przypadku odprowadzania spalin o wysokiej agresywności chemicznej, wewnętrzne powierzchnie kanałów muszą być odporne na takie oddziaływanie. W praktyce zabezpieczenie uzyskuje się dzięki montowaniu kanałów z rur ze stali kwasoodpornej, bądź rur z polipropylenu.

Ze względu na niską temperaturę spalin wychodzących z kotła kondensacyjnego trudno osiągnąć wymagany ciąg kominowy na drodze grawitacyjnej. Dlatego kotły kondensacyjne pracują w układzie wentylatorowym i z zamkniętą komorą spalania, co uniezależnia je od dopływu powietrza z pomieszczenia, niezbędnego do spalania paliwa. Wyposażane są więc w przewód powietrzno-spalinowy - o budowie dwuściennej - którym doprowadza się powietrze z zewnątrz i usuwa spaliny.

Rozwiązanie takie - w przypadku kotłów gazowych - pozwala na ich instalację niemal w dowolnym pomieszczeniu, a przewód powietrzno-spalinowy może być podłączony do prefabrykowanego komina typu turbo, samodzielnego wyprowadzenia rurami dwuściennymi ponad dach lub, w przypadku domów jednorodzinnych i przy mocy do 21 kW, również przez ścianę domu, zaś w budynkach niemieszkalnych ograniczeń mocy nie ma.

W przypadku dostosowania sposobu odprowadzenia spalin do istniejących kominów możliwe są warianty polegające na rozdzieleniu przewodu powietrznego od spalinowego za pomocą odpowiedniego adaptera. Wtedy kanał spalinowy podłączany jest do wkładu kominowego np. ze stali nierdzewnej, a powietrze dopływa oddzielną rurą wyprowadzoną na zewnątrz. Inne rozwiązanie to wykorzystanie szachtu kominowego jako kanału doprowadzającego powietrze zewnętrzne.

Komin, w którym rozdzielono kanał powietrzny od spalinowego za pomocą specjalnego adaptera
Komin prefabrykowany umożliwiający podłączenie przewodu powietrzno-spalinowego z kotła kondensacyjnego


Kłopotliwy kondensat

Skroplenie pary wodnej i zawartej w spalinach związków chemicznych tworzy w samym kotle kondensat, który musi być odprowadzony na zewnątrz. Przeciętnie przy pozyskaniu 1 kWh energii z paliwa powstaje ok. 0,16 litra skroplin gdy spalany jest gaz ziemny, 0,13 litra w przypadku gazu płynnego i ok. 0,08 litra przy wykorzystaniu oleju opałowego. W efekcie w ciągu 1 godziny przy pracy kotła gazowego z mocą 10kW uzyskamy ok. 1,6 litra kwaśnego płynu, który z reguły odprowadzany jest bezpośrednio do kanalizacji.

W przypadku niewielkich kotłów użytkowanych w domach jednorodzinnych kondensat można traktować jako ścieki bytowe, które nie powodują negatywnych skutków w instalacji kanalizacyjnej jak i w procesie ich oczyszczania. Kwasowość skroplin z kotłów gazowych jest stosunkowo niewielka - pH zawiera się w granicach 4 - 5, zatem są one bezpieczne dla tworzywowych rur kanalizacyjnych nawet przy przepływie bez rozcieńczenia.

Wyższą kwasowością charakteryzują się skropliny wytwarzane w kotłach olejowych - pH może nawet wynosić poniżej 2 - i zależy głównie od zawartości siarki w spalanym paliwie, z której powstaje najbardziej agresywny kwas siarkowy.

W praktyce odprowadzany kondensat ulega zobojętnieniu po zmieszaniu ze ściekami bytowymi które z reguły mają odczyn zasadowy (proszki do prania, mydło itp.).

Również w przypadku przydomowych oczyszczalni ścieków nie zauważa się negatywnego wpływu skroplin na proces ich uzdatniania chyba, że przez dłuższy czas nie ma dopływu innych rozcieńczających je płynów, a kocioł pracuje z dużą mocą. W razie potrzeby instalowane są neutralizatory kondensatu, w których dzięki dolomitowemu wsadowi następuje zobojętnienie kwaśnego ich odczynu. Stosuje się je np. w razie konieczności przetłaczania skroplin za pomocą pompki lub przy dużych kotłach zasilanych olejem opałowym.

autor: Cezary Jankowski
oprac.: Maja Wychowaniec
zdjęcia: De Dietrich (marka Baxi), Redakcja