Základní parametry ovlivňující kvalitu spalování

28.12.2015

Co nejvíce ovlivní tvůj kouř? Přibližně 20 % českých domácností je vytápěno spalováním tuhých paliv v malých spalovacích zařízeních, které se významně podílí na znečištění ovzduší v období topné sezóny. Zjednodušeně můžeme říci, že existují čtyři základní parametry, které zásadním způsobem ovlivní množství emisí znečišťujících látek, tedy náš kouř. Jde o to, v čem topíme, čím topíme, kdo topí a jak se o spalovací zařízení (kotel, kamna) a komín staráme.

1. V čem topíme? – kvalita spalovacího zařízení

Pro většinu uživatelů je spalovací zařízení „krabice,“ do které se jedním otvorem dává palivo a jiným vybírá popel. Když starý kotel či kamna doslouží, často to vypadá tak, že zákazník jen ví, z jakého materiálu má být jeho nový kotel vyroben, ale nemá žádnou představu o tom, že existuje více typů spalovacích zařízení. Protože právě typ užívaného zařízení zásadním způsobem ovlivní kvalitu spalovacího procesu, je tedy žádoucí před nákupem nového důkladně zvážit jeho typ, velikost, používané palivo a způsob přikládání paliva. Níže uvedené základní rozdělení spalovacích zařízení je založeno právě na rozdílném způsobu dopravy paliva:

a) Ruční jednorázová doprava paliva do ohniště

Prohořívání

Ústřední vytápění – teplovodní kotle. Jedná se o roštové ohniště, kde se nová dávka paliva přikládá do spalovací komory na již hořící vrstvu, která leží na roštu. Spaliny procházejí přes celou vrstvu nově přiloženého paliva. Jedná se o nejstarší typ kotlů, který byl určen pro spalování paliva s malým obsahem prchavé hořlaviny, tedy koksu. Většina těchto zařízení byla vyrobena z litiny, takže přestože je jejich provoz dost nekvalitní (dehtování a vysoké CO), jedná se o jeden z nejpoužívanějších spalovacích zařízení. Je to dáno jeho cenou a životností.
V ČR cca 50% zastoupení.

Lokální vytápění – krb, krbová kamna, kachlová kamna, krbové vložky. Jde o roštové a v poslední době také bezroštové provedení. Princip je shodný s popisem pro ústřední vytápění s tím rozdílem, že přední část zařízení je často prosklená tak, aby byl umožněn pohled na hořící palivo a ve většině případů je jako palivo použito kusové dřevo.
V ČR cca 1% zastoupení.

Odhořívání

Ústřední vytápění – teplovodní kotle. Palivo (dřevo, uhlí) se přikládá do zásobníku paliva (palivová šachta), který je umístěn nad ohništěm.

Ve spalovací komoře hoří palivo na roštech (otočné, posuvné), ale spaliny neprocházejí celou vrstvou přiloženého paliva, takže tento kotel je také vhodný pro paliva s větším obsahem prchavé hořlaviny (hnědé uhlí).

Během provozu dochází k postupné dopravě (sesouvání) paliv z palivové šachty do prostoru spalovací komory.
V ČR cca 36% zastoupení.

Zplyňování

Ústřední vytápění – teplovodní kotle. Kvalitně spalovat plynné palivo je výrazně jednodušší než spalovat tuhé palivo. Proto se ve zplyňovacích kotlích převádí tuhé palivo na plynné – „zplyňování“.

Palivo se přikládá do zásobníku paliva, který je umístěn nad spalovací tryskou a spalovací komorou, kde je plyn spálen.

V ČR cca 10% zastoupení.

b) Automatická doprava paliva do ohniště (v ČR cca 3% zastoupení)

Šnekový dopravník

Ústřední vytápění – teplovodní kotle. Palivo  je obsluhou dopraveno do zásobníku paliva, jehož objem je výrazně větší než u výše uvedených kotlů.

Palivo je ze zásobníku dopravováno do hořáku, který je umístěn ve spalovací komoře. V hořáku hoří jen malé množství paliva, které je potřebné pro dosažení požadovaného výkonu.

Lokální vytápění – automatická krbová kamna. Palivo (pelety) je dopravováno ze zásobníku do hořáku.

Otočný rošt

Teplovodní kotle. Palivo je dopraveno do zásobníku paliva, který je nad otočným roštem. Pootočením roštu se část paliva dopraví do spalovací komory, kde dojde k jeho spálení.

Z pohledu kvality spalování je nejlepších výsledků dosaženo u kotlů s automatickou dopravou paliva do spalovací komory a u zplyňovacích

kotlů. Spalování v prohořívacím kotli je velmi problematické, a pokud jde o množství vypouštěných emisí, tak patří do minulého století a jen stěží splní požadavky nového zákona o Ochraně ovzduší. Odhořívací kotle představují vývojový mezistupeň, z pohledu kvality spalování jsou lepší než prohořívací kotle, ale jen výjimečně dosahují parametrů automatických kotlů a kotlů zplyňovacích.

2. Čím topíme? – kvalita paliva

Obecně můžeme říci, že palivo je látka, která hoří a že při tomto procesu se uvolňuje teplo, které využíváme pro naše potřeby. Palivo se skládá z hořlaviny (h) a balastu. Hořlavina je ta část, kterou v palivu chceme, protože je nositelem energie. Balastem nazýváme tu část paliva, která je v palivu obsažena, ale nepřináší žádný energetický zisk, hovoříme o vodě (W) a popelovině (A). Se snižujícím se obsahem vody a popeloviny se zvyšuje kvalita paliva, snáze a účinněji se spaluje, obsahuje více energie. Se snižujícím se obsahem popeloviny se zmenšují emise tuhých znečišťujících látek a zmenšuje se náročnost údržby spalovacího zařízení.

Každé spalovací zařízení bylo certifikováno pro předepsané palivo. V návodech k obsluze zařízení je toto palivo uvedeno a „nemělo“ by se v něm spalovat nic jiného. Např. rozšířené spalování hnědého uhlí v prohořívacích kotlích jde proti pokynům výrobce. Hnědé uhlí do takového kotle nepatří, prohořívací kotel je certifikován na koks, černé uhlí a dřevo. Stejně tak žádné malé spalovací zařízení nebylo certifikováno pro spalování uhelných kalů nebo dokonce odpadků.

Dalším důležitým parametrem je rozměr (granulometrie) paliva. Pokud hovoříme o uhlí, do malých spalovacích zařízení patří tříděné uhlí, které obsahuje jen omezené množství „prachových“ – jemných částic. Se zvyšujícím se obsahem této jemné složky se zhoršuje kvalita spalování a také se zmenšuje účinnost provozu.

Při spalování biomasy je nejdůležitějším parametrem jeho vlhkost. Pokud moudrý člověk topí dřevem, nechá jej aspoň dva roky vysušit, protože ví, že bude mít více tepla, spálí méně dřeva, méně se mu bude kouřit z komína a spalovacímu zařízení prodlouží životnost.

Již mnohokrát jsme vyzkoušeli spalování odpadků v krbových kamnech. Pár igelitových sáčků, plastových lahví, koberců a podobného odpadu způsobilo navýšení emisí prachu ve srovnání se spalováním suchého dřeva v průměru o 2 000 až 10 000 %. Odpad tedy jistě není dobré palivo pro malá spalovací zařízení. Ne, že by v nich odpad neshořel, ale proces je doprovázen velkou tvorbou znečišťujících látek, které se dostávají do ovzduší.

3. Kdo topí? – kvalita obsluhy

Aby hořlavina, která je obsažena v palivu, kvalitně shořela, musí se v oblasti vyšších teplot (cca 600–1100 °C) potkat se vzdušným kyslíkem a musí mít dostatek času k tomu, aby oxidace proběhla. Tomuto požadavku se snaží výrobce vyhovět konstrukcí vlastního spalovacího zařízení. Obsluha spalovacího zařízení, tedy vy, může ovlivnit množství přivedeného spalovacího vzduchu a množství přiloženého paliva. Poměr mezi těmito parametry souvisí s přebytkem spalovacího vzduchu, který má výrazný vliv na kvalitu spalování.

Lépe je přikládat častěji menší dávku paliva a nechat palivo rozhořet a až poté omezovat přívod vzduchu. Touto činností můžete naprosto dominantně ovlivnit tvorbu znečišťujících látek. Proto se vývoj ubírá směrem k minimalizaci zásahu obsluhy a u zplyňovacích a automatických kotlů se stav posunul do situace, kdy je zásah obsluhy nežádoucí.

4. Jak se o zařízení staráme? – kvalita údržby a instalace

Spalovací zařízení je „stroj,“ o který se musíme starat a také jako většina strojů nejlépe pracuje při jmenovitých podmínkách. U veřejnosti se setkáváme s rozšířeným názorem, že čím větší instalovaný výkon, tím lepší topení. Opak je spíše pravdou. Během topné sezóny se dle venkovní teploty výrazně mění požadavek na potřebný topný výkon. U spalovacích zařízení na tuhá paliva platí, že pokud spalovací zařízení pracuje na nižší než jmenovitý výkon, jeho účinnost se snižuje a emise znečišťujících látek rostou. Proto je třeba při výběru spalovacího zařízení správně navrhnout jeho výkonovou úroveň.

U automatických kotlů je po dosažení požadované teploty v místnosti možné tepelný výkon regulovat velmi snadno (zastaví se přísun paliva, přechod do útlumového stavu nebo vyhasnutí), což se nedá říci o zařízeních s ruční jednorázovou dopravou paliva. V této situaci je již hořící palivo v kotli či kamnech a není možné jej přemístit jinam. V takovém případě je nutné výrazně omezit přísun spalovacího vzduchu, ale to je provázeno značným zhoršením kvality spalovacího procesu.

Údržba spalovacího zařízení se soustředí hlavně na tyto činnosti:

• Čištění teplosměnných ploch (výměníku) – pokud je výměník zanesen, výrazně se snižuje účinnost zařízení = zvyšuje se množství tepla, které „vyletí“ komínem = komínová ztráta. Při dlouhodobém zanášení výměníku může také docházet ke zvyšování tlakové ztráty, což může postupně omezit provoz zařízení.
• Čištění spalinových cest – komín včetně jeho napojení, revize. Spalinové cesty slouží k bezpečnému odvodu spalin, a pokud nebudou v pořádku, nejenže negativně ovlivní kvalitu provozu, ale mohou také ohrozit bezpečnost. Velký ani malý tah komínu není vhodný, důležitý je optimální tah dle požadavku výrobce zařízení. Existuje rozšířený názor, že čím je komín vyšší a širší, tím je to lepší. Je pravda, že tah komínu bude vyšší, ale není pravda, že je to vždy lepší. U většiny zařízení vysoký tah způsobuje vyšší komínovou ztrátu, a tedy nižší účinnost.
• Odstraňování popele, čištění ohniště.
• Čištění skla.

Problematika emisí znečišťujících látek z malých spalovacích zařízení je ve většině zemí Evropy velmi aktuální, protože spalování tuhých paliv výrazně ovlivňuje kvalitu ovzduší v období topné sezóny. Bilance emisí se potýká s její důvěryhodností mimo jiné právě proto, že množství znečišťujících látek je zásadně ovlivněno všemi výše uvedenými parametry. Kombinace těchto parametrů představuje výraznou variabilitu, která se jen velmi složitě dá zahrnout do metodiky bilance, a proto se aplikuje spíše na úrovni odborných odhadů.

Každý z nás, kdo doma topí, může zásadně ovlivnit, co jde z jeho komína. Jeden dům za topnou sezónu může vyprodukovat cca 10 až 1000 kg prachu, který vyletí komínem, a to je již rozdíl, který stojí za pozornost, co říkáte?

Zdroj: Ing. Jiří Horák, Ph.D. a kolektiv: Co nejvíce ovlivní Tvůj kouř? (TZB-info, 14.1.2013)