Dziennik budowy kot?a c.o. na paliwo sta?e.

[Bio]

Zostałem zachęcony do zbudowania kotła c.o. na paliwo stałe, na forum Muratora. A więc do dzieła! Gorąco zapraszam forumowiczów do wspólnej pracy. Może wspólnymi siłami zbudujemy urządzenie grzewcze naszych marzeń?
Moim marzeniem jest to, aby forumowicz będąc w sklepie sam mógł podjąć decyzję, że właśnie ten, a nie inny kocioł c.o. jest dobry. Reklamą nie ogrzejemy swojego domku, tylko solidnie wykonanym kotłem. Nie wygląd zewnętrzny jest ważny. Najważniejsze jest to, co kryje się " pod maską ".
Bardzo bym prosił o nie zadawanie pytań dotyczących konkretnych konstrukcji (chodzi oczywiście o nazwę kotła, nazwę producenta). Sądzę, że dojdziemy do tego, że sami zostaniecie ekspertami. Aby nie zapeszyć, zaczynamy od poniedziałku :)

[Bio]

Witam.
Tak jak obiecałem ruszamy jutro. Jako ciekawostkę mogę powiedzieć, że nie spotkałem do chwili obecnej na polskim rynku wydawniczym literatury dotyczącej tego tematu. Jedynym źródłem wiedzy z jakiej korzystałem są ogólnie dostępne poradniki, praktycznie nic nie wnoszące. Zawierają pobieżne opisy kotłów przez kogoś produkowanych z podstawowymi danymi technicznymi.
Ulotki reklamowe, też nie są wiarygodne, wiadomo z jakiego powodu. Trudno sie temu dziwić.
I jeszcze jedno. Obiecuję, że postaram sie być obiektywny. Nie bedę opisywał własnej produkcji. Moim wyrobom też tego i owego brakuje. Nie mam zakładu XXII wieku :)

[Trapp]

Bierzemy trochę blachy kotłowej, parę elektrod i szczyptę wiedzy oraz parę uncji doświadczenia....
A tak poważnie - dobrze jest jeżeli kocił na paliwa stałe może pracować na weglu i pochodnych oraz na drewnie opałowym. Budowa: Kocioł ze spalaniem dolnym i doprowadzeniem powietrza wtórnego. OK. Wszystko pięknie działa gdy pracujemy z mocą powiedzmy 60-100%. Jak pogodzić efektywne spalanie z mocą obniżoną? 2 sprawa - Drewno wymaga wysokich temperatur wody kotłowej - podczas spalania węgla wygląda na to że pali się "ekonomiczniej" przy niskich temperaturach.

[Bio]

Spalanie

Witam!

Musimy na początek poznać mechanizm spalania paliw stałych. Wiedza ta pozwoli zrozumieć zjawiska zachodzące w kotle.

Spalanie każdego paliwa stałego składa sie z trzech podstawowych etapów, których nie możemy zamieniać miejscami.
1) Suszenie.
Trudno wyobrazić sobie mokrą kartkę papieru, którą chcemy podpalić i udaje nam się to natychmiast. Zużyjemy kilka zapałek zanim pojawi się anemiczny płomień. Ponieśliśmy jakieś koszty. Spaliliśmy nie jedną, a kilka zapałek. Próbowalismy zapalić cienką kartkę. Proces suszenia przebiegał w miarę szybko. Duża powierzchnia, przy małej masie. W kotle c.o. masa opału jest o wiele większa, a więc koszty suszenia poniesiemy duże. Faktem jest, że mokre drewno pali sie dłużej, ale efekty marne, no i te koszty dodatkowo spalonego opału straconego bezpowrotnie na suszenie. Sprawy związane z niszczeniem urządzenia przy paleniu mokrym opałem pomijam w tej chwili.
Wniosek: opał musi być jak najbardziej suchy.

2) Odgazowanie paliwa.
Te nieszczęsne odgazowanie wokół którego jest tyle niejasności. Weźmy znowu tę kartkę papieru. Tym razem już suchą. Zapalmy ją. Jest płomień. Palą się gazy tej kartki, a nie sam papier jako taki. Kartka jest cienka, ma małą masę, a więc ogień zapałki podgrzał ją bardzo szybko. Bardzo szybko z kartki zaczęły ulatniać się palne gazy. Nastąpiło zapalenie tych gazów. Przeprowadźmy to samo doświadczenie np. z książką(nie jestem zwolennikiem palenia książek!). Książka ma tych kartek ileś tam, a więc masę dużą. Trudno jest zapałką podpalić książkę, bo trudniej jest małym płomieniem podgrzać tak dużą masę. Do odgazowania potrzebna jest dość wysoka temperatura opału, a tej nie uzyskamy ze względu na tę masę. Inną sprawą jest to, że poszczególne kartki tworzą ekrany utrudniające wydostanie się gazów na zewnątrz. Książka z "rozcapierzonymi" kartkami spali sie dosyć szybko. Zwarte kartki nie. Tak samo jest z innym opałem stałym. Zawsze palą się gazy tego opału. Dowodem niech będzie fakt, że po zdmuchnięciu płomienia czegoś co sie pali widzimy więcej dymu, niż wtedy kiedy to coś się paliło. Ten dym to właśnie palne gazy. Nie operuję tutaj terminologią chemiczną. Chcę przedstawić problem po chłopsku :). Muszę jednak wtrącić ciut chemii. Głównym składnikiem każdego opału (niezaleznie od tego co tym opałem jest- każdego) jest węgiel i wodór. Te palne gazy to tlenek węgla(czad), metan, wyższe grupy węglowodorów (a więc jak mówiłem węgiel i wodór w róznych związkach chemicznych).
Różne paliwa zaczynają odgazowywać w różnych temperaturach. Czym ta temperatura jest niższa, tym szybciej następuje odgazowanie. Szybciej zaczyna następować drugi, właśnie opisywany proces spalania. Drewno ma niższą temperaturę odgazowania od węgla kamiennego. Dlatego do podpalenia drewna wystarczy sam papier, węgla zaś już drewno. Benzynę łatwo podpalić, bo ogazowuje w temperaturze otoczenia. Olej opałowy należy podgrzać.

Wniosek: spalając paliwo stałe, spalamy jego gazy, nie zaś samo paliwo jako takie. Proces ten nazywamy odgazowaniem. Jest to drugi etap spalania. Oczywiście procesowi temu towarzyszy wysoka temperatura.
Terminem tym będę posługiwał się opisując konstrukcję kotła. Dlatego piszę tutaj o tym, bo bez znajomości tych procesów nie można przejrzyście mówić o kotle. Sądzę, że będziemy jeszcze wielokrotnie do tego wracać.

3) Zgazowanie paliwa. Etap ostatni spalania.

Najlepiej zaobserwować możemy to paląc ognisko. Bucha sobie płomień żwawo. Bucha bo drewno odgazowuje. Spalają się różnej maści palne gazy. No i następuję przykry koniec. Spaliło się wszystko. Czyżby? Widzimy czerwony żar. Ten żar to palący się czysty węgiel. Praktycznie taki sam jak ten, który stosujemy do grilla. Spala nam się na tlenek i dwutlenek węgla. Po pewnym czasie i to nam gaśnie. Zostaje sam balast (popiół) no i miłe wspomnienia :)
Zgazowanie jest spalaniem czystego węgla na tlenek i dwutlenek węgla.

Te zjawiska następują wszędzie tam, gdzie coś się pali. Musiałem zacząć od tego. Przeniesiemy to do kotła. Jeżeli ognisko regulujemy ilością dokładanego opału, to to samo ognisko w kotle regulujemy jego konstrukcją.

[Bio]

Materiał do budowy kotła


W poście wyżej przedstawiłem w zarysie proces spalania. Obecnie zastanowimy się jak efektywnie wykorzystać ten proces do naszych celów grzewczych. Służy do tego kocioł c.o. Na początek może rozpatrzmy materiał z którego są ogólnie wykonywane.

-żeliwne z powierzchnią grzewczą wykonaną z żeliwa
-stalowe z powierzchnia grzewczą wykonana ze stali

Kotły zeliwne jeszcze nie tak dawno były najpospolitrzym typem kotłów stosowanych w ogrzewnictwie. Obecnie pomimo niezaprzeczalnych pewnych walorów są wypychane z rynku na rzecz kotłów stalowych. Dlaczego?
Pierwszy tego typu kocioł powstał w 1892 roku. Powstały dwa podstawowe typy różniące się sposobem spalania, czyli ze spalanie dolnym i górnym. Może tutaj jestem w błędzie, ale każdy z wymienionych typów nie ma wiecej jak kilka różnych rozwiązań konstrukcyjnych. Spowodowane jest to, pomimo rozwoju technik odlewniczych, ograniczeniami technicznymi. Zaryzykuję twierdzenie, że konstrukcja tych kotłów praktycznie nie zmieniła się od stu kilkudziesięciu lat. Jedynie pakowane są w coraz to bardziej wymyślne opakowania. Jednak były przez długie lata jedynymi praktycznie kotłami. Należy się konstruktorom wielki szacunek.
Zaletami są:
-niskie koszty produkcji, gdyż łatwo jest ustawić produkcję seryjną (mało to jednak interesuje użytkownika),
-prosta obsługa (palenie w kotle)
-duża pewność działania,
-duża odporność na działanie korozji,
-prosty sposób tworzenia róznych wielkości kotła poprzez dodanie lub ujęcie powtarzalnych elementów (członów).
Podstawowe wady to:
-utrudniona modernizacja konstrukcji spowodowana ograniczeniami odlewniczymi,
-mniejsza wydajność cieplna z jednostki powierzchni grzejnej spowodowana konstrukcją ( zazwyczaj scianki kotła żeliwnego są grubsze od ścianek kotła stalowego). Możliwości odlewnicze narzucają konstrukcję. Konstruktor jest bardzo ograniczony w swojej pracy.
-przystosowane są zazwyczaj do spalania węgla, koksu oraz mieszanek węgla z koksem. Palenie w nich drewnem jest jakimś nieporozumieniem.
Typowa pewna konstrukcja( swego czasu bardzo w Polsce popularna) przystosowana do spalania koksu, na węglu sprawowała się tragicznie. Teraz widzę, że producent dopuszcza nie tylko węgiel, ale także drewno.
-mała odporność na szoki termiczne. Uzupełnienie wody podczas pracy kotła może zakończyć się jego uszkodzeniem,
-mała odporność na uszkodzenia mechaniczne,
-wymagają lepszych (wyższych kominów),
-utrudnione czyszczenie kanałów spalinowych, zwłaszcza przy stosowaniu niewłasciwego paliwa,
-utrudniona naprawa ze względu na żeliwo. Można co prawda wymienić uszkodzony element na nowy, ale jakie to jest uciążliwe mogą powiedzieć osoby to wykonujące,
-wg mnie konstrukcje żeliwne są przestarzałe, chociaż mają nadal zwolenników (podobno, bo sam osobiście nie znam).

Jednak przy wszystkich tych wadach kocioł żeliwny przy prawidłowej eksploatacji ma jedną ważną zaletę. Wolniej koroduje niż kocioł stalowy. Jednak eksploatowany nieprawidłowo potrafi zepsuć humor każdemu. Może ktoś powiedzieć, że stalowy też. Jednak żeliwny potrafi być wyjątkowo złośliwy. Mówimy tutaj tylko i wyłącznie o kotłach na paliwa stałe. Olej, gaz to już inna sprawa.

Producenci kotłów stalowych mają niesamowite pole do popisu. Stal daje takie możliwości. Trzeba szczerze powiedzieć, że kotły stalowe są generalnie mniej trwałe, ale zrekompensujemy to większą sprawnością urządzenia. Mniej wydamy na opał. Możemy stosować opał tani, np.drewno opałowe.

PS Przedstawiłem powyżej zalety i wady kotłów żeliwnych. Proszę forumowiczów o zajęcie stanowiska. Piszę tutaj o kotłach tych małych. Do naszych domów, opartych na konstrukcji Strebla.

[Bio]

Kotły ze spalaniem górnym


Niezależnie od materiału z jakiego kocioł został wykonany rozróżniamy dwie metody spalania paliwa. Mamy więc kotły ze spalaniem górnym i dolnym. Ze względu na łatwiejszą konstrukcję, mniejsze wymagania kominowe, często też niską cenę, kotły ze spalaniem górnym królowały na rynku. Z założenia są przystosowane do spalania koksu. Nie wiem kiedy dokładnie i jak to się stało, że zaczęto dopuszczać spalanie w nich węgla, a ostatnio nawet drewna.
Po czym poznać konstrukcję ze spalaniem górnym. Najprościej można odpowiedzieć, że spaliny z komory załadowczej, która jest też komorą spalania, opuszczają ją górą. Pali się tyle paliwa, ile w danym momencie jest w kotle. Tutaj przyda się właśnie znajomość procesów spalania. Suszenie, odgazowanie i zgazowanie. Wiemy już co te terminy oznaczają. Paliwo zostało wysuszone, następuje w kotle ze spalanie górnym odgazowanie. Do prawidłowego odgazowania niezbędna nam jest oprócz temperatury, odpowiednia ilość powietrza. Za mało spowoduje nieprawidłowe spalanie. Część wytworzonych gazów nie spali się. Nie ma możliwości ich dopalenia ze względu na brak powietrza wtórnego. Nie ma gdzie go podać (omówię te powietrze wtórne przy kotłach ze spalaniem dolnym). Zawarta w nich energia cieplna uleci nam do atmosfery przez komin. Za dużo spowoduje wychładzanie kotła. Też strata. Ta właśnie konstrukcja górnego spalania, nie pozwala nam na precyzyjne dodanie powietrza. Pali się nam cała warstwa włożonego paliwa. Damy powietrza dużo, to rozpali się nam intensywnie wszystko na raz, grzejniki gorące na maksa. Po odgazowaniu tego powietrza będzie już za dużo. Następuje zgazowanie z nadmiarem powietrza. Instalacja stygnie. Za mało, to będzie nam się pichcić w tym kotle, będzie niepełne spalanie. I tak niedobrze i tak. Dlatego tego typu kotły powinny być opalane tylko koksem. Koks to sam węgiel po obróbce termicznej. Paliwo wcześniej odgazowane w specjalnym urządzeniu. Produkty tego odgazowania zostaną wykorzystane do innych celów (np.gaz). Mówiłem, że zgazowanie to ostatni etap spalania. Spalanie czystego węgla. Koks spala się więc z pominięciem fazy odgazowania. Do samego zgazowania można więc jako tako dobrać ilość powietrza w kotle z górnym spalaniem. Koks i tylko koks jest paliwem do kotła ze spalaniem górnym. Chcąc utrzymać stabilną temperaturę takiego kotła na innym paliwie np. węglu, musimy liczyć się ze znacznymi stratami opału, a to rzutuje na sprawność całego urządzenia. Dlatego kotły ze spalaniem górnym mają takie marne sprawności na innym opale poza koksem. Twierdzenie, że taki kocioł na drewnie ma sprawność ponad 80% jest nieprawdą. Fizycznie jest to niemożliwe. Wyobraźmy sobie taką sytuację. W kotle mamy warstwę żaru (następuje ostatni etap spalania-zgazowanie). Jest ten żar, jest wysoka temperatura w palenisku. Zasypujemy ten żar świeżą warstwą opału. Następuje odgazowanie całej tej warstwy. Część gazów zapali się, ale część już nie. Dym strasznie wali z komina. Ten dym to nie spalony węgiel- sadza. Takie samo zjawisko można zaobserwować, jeżeli położylibyśmy kawałek węgla na rozgrzanej patelni. Też będziemy mieli pełno w kuchni dymu. Pisząc to mam na myśli odwiedzenie Was od zakupu kotła ze spalanie górnym. No chyba, że bedziecie palić koksem. I nic tutaj nie pomoże. Stosowanie wentylatora i elektroniki, to tylko naciąganie klienta na dodatkowe koszty. Wentylator mija sie z celem. Niektórzy producenci wiedząc, że era kotłów ze spalaniem górnym ma się ku końcowi, stosują kłamliwą reklamę. Twierdzą, że ich kocioł (typowy górniak) jest ze spalanie dolnym, bo spaliny uchodzą już z samego kotła dołem. Nie jest istotne, gdzie wychodzi z kotła czopuch. Istotne tutaj jest w którym miejscu wychodzą spaliny z komory zasypowo-paleniskowej. Górą-górne spalanie. Dołem-dolne spalanie. Czasami jest to tak skonstruowane, że wychodzą i górą, i dołem. Taki kocioł należy traktować jako ze spalaniem górnym.
Podsumowując ten może przydługi mój wywód należy zapamiętać, że w kotle ze spalaniem górnym brak jest możliwości prawidłowego spalenia paliwa (poza koksem). Trudno, a wręcz czasami niemożliwe ustawienia kotła na odpowiednią moc. Jeżeli nam to cudem uda się, to sprawność spalania drastycznie spada, do żenująco niskiego poziomu. Wg mnie nie należy takiej konstrukcji brać nawet pod uwagę przy zakupie. Lansuję pogląd, że najlepsza konstrukcja kotła ze spalaniem górnym jest gorsza od najgorszej konstrukcji ze spalaniem dolnym. Dziwnie to trochę brzmi, ale tak jest. Jeżeli decydujemy się na zakup kotła, to tylko z dolnym spalaniem, o czym w następnym odcinku :)

[Bio]

Kotły ze spalaniem dolnym.


Kotły stalowe na paliwo stałe, wypierają konsekwentnie kotły żeliwne. Tak samo kotły ze spalaniem dolnym, wypierają kotły ze spalaniem górnym. Jestem zwolennikiem kotłów ze spalaniem dolnym.
Faktem jest, że płomień i żar ma mniejszy kontakt ze ścianami kotła, gdyż część komory załadowczej odbiera ciepło w ograniczonym zakresie. Kocioł ze spalaniem dolnym ma to do siebie, że spaliny opuszczają komorę spalania dolem, w niewielkiej wysokości ponad rusztem. W komorze zasypowej, zwanej często lejem zasypowym, paliwo jest zimne i osuwa się w miarę wypalania warstwy leżącej na ruszcie. Komora zasypowa jest więc magazynem paliwowym. W kotle ze spalaniem górnym zaczęłoby się palić niezwłocznie po załadunku wszystko na raz, bardzo chaotycznie jak zaznaczyłem w poprzednim poście. Tutaj pali się tylko część tego paliwa, ale bardzo "rozważnie". Tutaj możemy całkowicie zapanować nad tym procesem. Panujemy nad szybkością spalania i wykorzystujemy niekorzystne zjawiska z kotła ze spalanie górnym. Tutaj jest to nawet wskazane. W górniaku, chcąc opanować szybkość spalania paliwa, tłamsiliśmy powietrze. Odgazowanie następowało z niedoborem tlenu, a więc część niedopalonych gazów uciekała nam w komin. W dolniaku też to robimy, ale sprawa przedstawia się o wiele korzystniej. W dobrze wykonanej konstrukcji kotła ze spalaniem dolnym, spaliny są kierowane dołem do przewężenia, zwanym palnikiem. Tutaj dostają dodatkową porcję powietrza, które nie bierze udziału w odgazowywaniu. Następuje dopalenie tych spalin. Kocioł dostaje dodatkową porcję energii cieplnej. To dodatkowe powietrze nazywa się powietrzem wtórnym. Producenci niektórzy twierdzą w reklamach, że ten drugi etap spalania (pierwszy suszenie, drugi odgazowanie), to piroliza. Piroliza w takim razie następuje w każdym kotle ze spalanie górnym i każdym z dolnym. Jest to bzdurą, gdyż piroliza to rozkład opału w wysokiej temperaturze bez dostępu powietrza. Można to sprawdzić w pierwszej lepszej encyklopedii.

Przebrnęliśmy przez pierwszy etap budowy kotłów. Etap taki bardziej poglądowy. W następnych postach postaram sie to naświetlić bardziej szczegółowo. Opisać poszczególne fragmenty kotła.