W Polsce jest ponad 200 producentów kotłów, których jednostkowe zdolności produkcyjne kształtują się na poziomie od 600 sztuk do 20 tys. sztuk rocznie.
Występujące na rynku krajowym małe kotły węglowe − przeznaczone dla ogrzewnictwa indywidualnego − charakteryzują się znacznym zróżnicowaniem pod względem rozwiązań konstrukcyjnych i technologii wytwarzania. Dominują kotły stalowe spawane ręcznie, co wynika ze słabego wyposażenia maszynowego większości producentów.
Pod względem rozwiązań konstrukcyjno-technologicznych, decydujących o funkcjonalności i efektywności, kotły można podzielić na dwie grupy:
Kotły zasypowe ręczne – paliwo spala się na ruszcie stałym, w dużej komorze spalania, mieszczącej porcję paliwa wystarczającą na okres pracy kotła od kilku do kilkunastu godzin, z cyklicznym ręcznym uzupełnianiem paliwa w komorze spalania. Kotły te wymagają pracochłonnej obsługi. Kilka razy dziennie (kiedy jest zimno – częściej, kiedy jest ciepło – rzadziej) trzeba dosypać paliwa do komory kotła oraz przegrabić żar na ruszcie (aby usunąć popiół i żużel oraz zapewnić odpowiedni przepływ powietrza przez złoże paliwa). Regulacja procesu spalania w takim kotle praktycznie nie istnieje, toteż ich sprawności nie są wysokie.
Fot. 1. Kocioł na stanowisku badawczym
Kotły automatyczne – paliwo spala się w sposób ciągły w małym palniku zasilanym niewielkimi porcjami paliwa, podawanymi automatycznie z częstotliwością od kilku do kilkudziesięciu sekund z zasobnika mieszczącego porcję paliwa wystarczającą nawet na kilka dni pracy kotła. Pracochłonność obsługi jest zdecydowanie mniejsza (używa się nawet wobec nich – trochę na wyrost – określenia kotły bezobsługowe). Przy dobrze wyregulowanym palniku i łagodnej zimie kocioł można obsługiwać co kilka dni, wybierając popiół z popielnika i uzupełniając paliwo w zasobniku. Przy bardzo mroźnej pogodzie obsługa kotła nie powinna być częstsza niż raz na dobę. Dzięki układom automatycznej regulacji sprawności kotłów są istotnie wyższe.
Biorąc pod uwagę ceny sprzedaży, kotły można podzielić na trzy grupy:
Grupa cenowa NISKA, w której występują kotły zasypowe ręczne z ciągiem naturalnym, z górnym lub dolnym odprowadzeniem spalin, zasilane węglem kawałkowym w sortymencie orzech lub kostka. Najlepsze kotły z tej grupy uzyskują sprawność teoretyczną do 70%.
Grupa cenowa ŚREDNIA, w której występują kotły zasypowe ręczne z wentylatorowym nadmuchem powietrza, z dolnym odprowadzeniem spalin – zasilane węglem kawałkowym w sortymencie orzech lub kostka, lub z górnym odprowadzeniem spalin – zasilane węglem w sortymencie miał lub groszek. Najlepsze kotły z tej grupy uzyskują sprawność teoretyczną do 85%.
Grupa cenowa WYSOKA, w której występują kotły automatyczne z wentylatorowym nadmuchem powietrza, zasilane węglem w sortymencie groszek lub miał. Najlepsze kotły z tej grupy uzyskują sprawność teoretyczną do 90%.
Sprawność teoretyczna jest to sprawność uzyskana w badaniach kotła wykonanych na specjalnym stanowisku badawczym, w warunkach trwałej pracy kotła z mocą nominalną, przy czym kocioł jest regulowany i prowadzony przez pracowników badawczych o dużym doświadczeniu praktycznym. Efektywna sprawność kotła (sprawność uzyskana w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych) jest zawsze niższa od sprawności teoretycznej, gdyż wpływają na nią zmienne warunki pracy kotła, wahania jakości paliwa, umiejętności technologiczne obsługi kotła itp. Ocenia się, że sprawności efektywne kotłów automatycznych z grupy cenowej WYSOKIEJ są niższe od teoretycznych średnio o około 10%, kotłów ręcznych z grupy cenowej ŚREDNIEJ – o 15–25%, a najbardziej prymitywnych konstrukcyjnie kotłów z grupy cenowej NISKIEJ – o 20–30%.
Fot. 1. Wzór świadectwa dla kotła. Na stronie internetowej IChPW publikowana jest aktualna ewidencja wydanych świadectw oraz szczegółowa informacja o kryteriach oceny (http://www.ichpw.zabrze.pl/?p=pl/menu/h/h01/index)
W obecnych warunkach cenowych najmniejszy koszt zużytego paliwa występuje w przypadku kotłów automatycznych miałowych. Jeśli przyjąć go jako 100% – to koszt zużytego paliwa w kotłach automatycznych groszkowych wynosi 136%, w kot-łach zasypowych wentylatorowych miałowych – 123%, w zasypowych wentylatorowych zasilanych orzechem – 151%, a w kot-łach z ciągiem naturalnym zasilanych orzechem aż 218%.
Obecnie ekonomika eksploatacji kotłów z poszczególnych grup cenowych (łączne koszty zakupu kotła i zużytego paliwa) przedstawia się następująco:
W stosunku do kotłów ręcznych z ciągiem naturalnym wydatek z tytułu wyższej ceny zakupu kotła ręcznego wentylatorowego zwraca się już w pierwszym roku eksploatacji, kotła automatycznego miałowego – po 2 latach eksploatacji, a kotła automatycznego groszkowego – po 3 latach, a więc sporo przed granicą żywotności kotła.
W stosunku do kotłów ręcznych wentylatorowych zasilanych orzechem wydatek z tytułu wyższej ceny zakupu kotła wentylatorowego miałowego zwraca się już w pierwszym roku eksploatacji, a kotła automatycznego miałowego po 4 latach eksploatacji, także sporo przed granicą żywotności kotła. Szansa zwrotu wydatku z tytułu wyższej ceny zakupu kotła automatycznego groszkowego przed końcem okresu żywotności kotła jest w tym przypadku nierealna.
W stosunku do kotłów ręcznych wentylatorowych zasilanych miałem wydatek z tytułu wyższej ceny zakupu kotła automatycznego miałowego zwraca się po 8 latach eksploatacji, czyli na granicy żywotności kotła. Szansa zwrotu wydatku z tytułu wyższej ceny zakupu kotła automatycznego groszkowego przed końcem okresu żywotności kotła jest w tym przypadku nierealna.
Niska ekonomika kotła automatycznego groszkowego w stosunku do kotła ręcznego wentylatorowego miałowego może się wydawać zaskakująca, gdyż dotychczasowe oceny i opinie były odwrotne. Wyjaśnienie jest jednak proste. Przez wiele lat ceny węgla w sortymencie groszek kształtowały się na poziomie o 10–15% wyższym od cen węgla w sortymencie miał i 10–20% niższym od cen węgla w sortymencie orzech. Teraz ceny groszku są o ponad 35% wyższe od cen miału i o ponad 10% wyższe od cen orzecha. Przyczyną jest deficyt węgla w sortymencie groszek na rynku krajowym, obserwowany już od sezonu grzewczego 2007/2008, spowodowany dynamicznym rozwojem w ostatnim 10-leciu sprzedaży kotłów automatycznych zasilanych groszkiem (tzw. kotłów retortowych) i wzrostem zużycia tego węgla.
Fot. 2. Palnik retortowy BRUCER
Wysoka ekonomika kotłów ręcznych miałowych idzie jednak w parze – niestety – z najwyższą pracochłonnością i wyjątkowo niskim komfortem obsługi, toteż najkorzystniejsza wydaje się decyzja o zakupie kotła miałowego automatycznego. Ekonomika tego kotła (koszty zakupu plus koszty eksploatacji) jest porównywalna z kotłem ręcznym miałowym wentylatorowym. Z punktu widzenia komfortu obsługi automatyczne kotły miałowe dorównują groszkowym. Na rynku krajowym dostępne są kotły miałowe z palnikami rusztowymi zasilanymi podajnikiem ślimakowym lub tłokowym (nazywanym również szufladowym) oraz z palnikami retortowymi kilku rodzajów. W razie potrzeby mogą one być zasilane także groszkiem lub mieszankami groszku i miału. Jest więc w czym wybierać.
Efektywność energetyczno-emisyjna automatycznych kotłów węglowych jest bardzo wysoka. W tabeli poniżej przedstawiono wyniki badań energetyczno-emisyjnych wybranych najlepszych kotłów węglowych z typowych grup konstrukcyjnych (wyniki pochodzą z archiwum Laboratorium Spalania Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu).
W praktyce wykonywane są dwa rodzaje badań kotłów, do których zmuszają producentów wymogi prawa lub mechanizmy rynkowe. Pierwszy – to obligatoryjne badania w celu określenia sprawności cieplnej kotła i poziomu emisji tlenku węgla, narzucone normą europejską, PN-EN 12809 Kotły grzewcze na paliwa stałe. Nominalna moc cieplna do 50 kW. Wymagania i badania – która posiada status normy zharmonizowanej z dyrektywami UE (w myśl dyrektywy budowlanej kocioł o mocy do 50 kW traktowany jest jako wyrób budowlany). Drugi – to dobrowolne badania energetyczno-emisyjne na „znak bezpieczeństwa ekologicznego” wg procedur i kryteriów Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla (IChPW), które mają dużą moc marketingową, gdyż urzędy i instytucje dysponujące środkami pomocowymi na realizację przedsięwzięć proekologicznych opierają swoje decyzje właśnie na wynikach tych badań. Dzięki temu użytkownicy, którzy nabyli kotły z pozytywnym atestem IChPW, mogą otrzymać zwrot części kosztów poniesionych na zakup kotła, co automatycznie kieruje znaczną część popytu w stronę producentów z takim atestem.
Fot. 3. Kocioł doświadczalny IChPW
Norma PN-EN 12809 określa klasy kotłów węglowych, opierając się na granicznych poziomach emisji tlenku węgla – klasa 1 do 0,3%, klasa 2 powyżej 0,3% do 0,8% i klasa 3 powyżej 0,8% do 1% (przy zawartości tlenu w spalinach 13%). Określa ona również minimalne sprawności cieplne kotłów w zależności od ich mocy nominalnej na poziomie od 70% dla mocy 5 kW do 74% dla mocy 50 kW.
Badania na „znak bezpieczeństwa ekologicznego” – wykonywane systematycznie od 2001 r. – określają klasy kotłów węglowych według kryteriów ustalonych w 1999 r. przez IChPW, które są znacznie ostrzejsze od kryteriów normy PN-EN 12809 – klasa A: sprawność minimalna 80% i emisja tlenku węgla do 1200 mg/m3
(przy zawartości tlenu w spalinach 10%), klasa B: sprawność minimalna 75% i emisja tlenku węgla do 5000 mg/m3 (emisja tlenku węgla do 5000 mg/m3 odpowiada klasie 1 według PN-EN 12809). Ponadto kryteria na „znak bezpieczeństwa ekologicznego” normują również zawartości w spalinach tlenków azotu, pyłu, zanieczyszczeń organicznych oraz wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych i benzo (a) pirenu (nienormowane przez PN-EN 12809). Do lipca 2009 r. wystawiono ponad 870 świadectw dla kotłów, które spełniły kryteria tego atestu.
(przy zawartości tlenu w spalinach 10%), klasa B: sprawność minimalna 75% i emisja tlenku węgla do 5000 mg/m3 (emisja tlenku węgla do 5000 mg/m3 odpowiada klasie 1 według PN-EN 12809). Ponadto kryteria na „znak bezpieczeństwa ekologicznego” normują również zawartości w spalinach tlenków azotu, pyłu, zanieczyszczeń organicznych oraz wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych i benzo (a) pirenu (nienormowane przez PN-EN 12809). Do lipca 2009 r. wystawiono ponad 870 świadectw dla kotłów, które spełniły kryteria tego atestu.
Trzeba jednak podkreślić, że tylko część krajowych producentów kotłów, dysponująca odpowiednim zapleczem warsztatowym i kulturą techniczną pracowników, decyduje się na przeprowadzenie badań atestacyjnych i uzyskuje pozytywny atest na „znak bezpieczeństwa ekologicznego”. Spora część kotłów sprzedawanych w kraju nie jest zgłaszana do badań energetyczno-emisyjnych (ze względu na brak przymusu prawnego w tym zakresie). Praktyka wskazuje, że często wskaźniki emisyjne tych urządzeń znacznie odbiegają na niekorzyść od stosowanych w kraju kryteriów. Rozpiętość jakości w grupie kotłów, które uzyskały pozytywne świadectwo badania na „znak bezpieczeństwa ekologicznego”, także jest dość duża. Część producentów kotłów w ostatnich latach znacząco udoskonaliła technologie wytwarzania i podwyższyła poziom jakości wyrobów. Najwyższa pora, aby z grupy produktów spełniających podstawowe standardy techniczne wyróżnić produkty, które wykażą najwyższe walory funkcjonalne i zapewnią użytkownikowi najwyższe korzyści ekonomiczne.
Fot. 4. Palnik retortowy konwencjonalny
Najnowszym rozwiązaniem są palniki retortowenowej generacji o nazwie handlowej BRUCER (produkowane według licencji IChPW), które pojawiły się na krajowym rynku w 2008 r. Wszystkie elementy palnika wykonane są z żeliwa o podwyższonej żywotności, wielokrotnie większej od stosowanych do tej pory spawanych palników stalowych (fot. 1). Dzięki wykonaniu palnika w postaci monobloku żeliwnego maksymalnie zredukowano drgania, zmniejszając do minimum poziom głośności pracy. Żeliwny ślimak to wielokrotnie większa trwałość i odporność na korozję, brak efektu zmęczenia materiału, odporność na wstrząsy cieplne i związane z nimi deformacje kształtu. Specyficzna konstrukcja paleniska umożliwia efektywne spalanie także węgli „trudnych”, o nadmiernej zdolności do spiekania się i szlakowania (fot. 2), które nie nadają się do stosowania w retortach konwencjonalnych stosowanych do tej pory.
Więcej informacji o kotłach dla domów jednorodzinnych można znaleźć m.in. na stronie internetowej „kotły co – poradnik użytkownika” (http://zawijan.wordpress.com).
dr inż. Jacek Zawistowski
dyrektor Centrum Innowacji Technologicznych Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu
Fot. 5. Palenisko
|
Typ kotła
|
Sprawność cieplna
[%]
|
Wskaźniki emisji *
|
|||||
|
CO
[mg/m3]
|
NO2 **
[mg/m3]
|
PYŁ
[mg/m3]
|
TOC
[mg/m3]
|
16WWA
[mg/m3]
|
B(a)P
[µg/m3]
|
||
|
Kocioł zasypowy ręczny z ciągiem naturalnym
Paliwo: węgiel energetyczny, sortyment „orzech”
|
70
|
5500
|
220
|
190
|
170
|
15
|
150
|
|
Kocioł zasypowy ręczny z ciągiem naturalnym
Paliwo: węgiel antracytowy lub koks, sortyment „orzech”
|
80
|
2200
|
210
|
20
|
40
|
0,1
|
5
|
|
Kocioł zasypowy ręczny z nadmuchem wentylatorowym
Paliwo: węgiel energetyczny, sortyment „orzech”
|
80
|
1000
|
260
|
30
|
60
|
0,3
|
15
|
|
Kocioł zasypowy ręczny z nadmuchem
wentylatorowym Paliwo: węgiel energetyczny, sortyment „miał”
|
80
|
1200
|
200
|
65
|
80
|
0,3
|
15
|
|
Kocioł z automatycznym palnikiem retortowym
Paliwo: węgiel energetyczny, sortyment „groszek”
|
89
|
140
|
340
|
20
|
30
|
0,1
|
0,5
|
|
Kocioł z automatycznym palnikiem rusztowym
Paliwo: węgiel energetyczny, sortyment „miał”
|
87
|
210
|
280
|
80
|
30
|
0,1
|
5
|
Tab. 1. * Dopuszczalne ilości zanieczyszczeń w suchych gazach odlotowych w warunkach normalnych, przy zawartości tlenu 10%.
** Tlenki azotu w przeliczeniu na NO2.
TOC – całkowite zanieczyszczenia organiczne.
WWA – wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, 16 WWA wg EPA.
B(a)P – benzo(a)piren.
** Tlenki azotu w przeliczeniu na NO2.
TOC – całkowite zanieczyszczenia organiczne.
WWA – wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, 16 WWA wg EPA.
B(a)P – benzo(a)piren.
Skomentuj ten artykuł na forum.
