Proces spalania w kotle gazowym z zamkniętą komorą spalania i otwartą – dlaczego tak ważny jest rodzaj kotła i dostęp do powietrza?

Z tekstu dowiesz się:

• jak działa kocioł z otwartą komorą spalania i jakie są wymagania dotyczące kotłowi z tym urządzeniem,
• jak działają kotły z zamkniętą komorą spalania i jak sterować spalaniem,
• na czym polega pomiar jonizacji płomienia i dostosowanie ilości gazu w kotle z zamkniętą komorą spalania.

Do spalania są potrzebne dwie substancje – paliwo oraz tlen. W idealnych, laboratoryjnych warunkach w trakcie tego procesu można uzyskać nawet 100% energii. Ma tu bowiem miejsce utlenienie wszystkich palnych składników paliwa, czyli spalanie zupełne. Jeżeli w spalinach nie znajdują się żadne składniki palne, czyli tlenek węgla, spalanie to nazywamy całkowitym. W rzeczywistości musimy jednak podać powietrze z pewnym nadmiarem, aby uzyskać optymalną mieszankę. Określa ją współczynnik nadmiaru powietrza λ. Wynika to z niedoskonałego wymieszania paliwa z tlenem. Zastanawiasz się, jakie są różnice między otwartą a zamkniętą komorą spalania? Dowiedz się jak najwięcej o uzyskiwaniu ciepła zarówno w kotle gazowym z otwartą komorą spalania (potoczenie: piecu gazowym z otwartą komorą spalania), jak i otwartą.

Przeczytaj też: Jak wybrać projekt domu z ogrzewaniem gazowym?

Kocioł z otwartą komorą spalania – o czym warto pamiętać?

W najprostszych instalacjach grzewczych zasilanych przez kotły atmosferyczne powietrze jest dostarczane do komory paleniskowej z pomieszczenia, a jednocześnie urządzenie musi też dostarczyć powietrze do tego samego miejsca. W takiej sytuacji mamy do czynienia z otwartą komorą spalania.

Przepisy jasno określają najważniejsze rzeczy związane z funkcjonowaniem tego typu urządzeń:

• minimalna powierzchnia nawiewu musi wynosić 200 cm2,
• na 1 kW mocy kotła do spalania powinno się zapewnić co najmniej 1,6 m3 powietrza,
• na 1 kW powietrza dla wentylacji kotłowi powinno się zapewnić co najmniej 0,5 m3 powietrza.

Oprócz dostarczenia odpowiedniej ilości powietrza konieczne też jest zapewnienie odpowiedniego ciągu kominowego. Połączenie wymaganego nawiewu i ciągu kominowego daje optymalny przepływ przez komorę paleniskową i spalanie nie jest zbyt szybkie ani zbyt wolne. Zbyt szybkie spalanie powoduje tzw. stratę kominową, czyli część ciepła ucieka z paleniska razem ze spalinami i nie trafia do wymiennika. Zbyt mały przepływ powoduje natomiast spadek jakości mieszanki i powstawanie tlenku węgla w spalinach, a także obniża sprawność kotła, np. kotła gazowego dwufunkcyjnego z otwartą komorą spalania.

Istotne też jest, aby w pomieszczeniu z kotłem z otwartą komorą paleniskową nie znajdowały się agresywne chemikalia, jak np. proszki do prania, a także pyły, które dostając się do paleniska, prowadzą do uszkodzenia wymiennika, palnika i układu odprowadzania spalin.

Lepszą sytuację mamy w przypadku kotłów z zamkniętą komorą paleniskową. Powietrze do spalania jest dostarczane oddzielnym przewodem z zewnątrz budynku. Tu wydatkiem powietrza sterujemy przez zadanie odpowiedniej prędkości obrotów wentylatora.

Kotły z zamkniętą komorą spalania – wymagania i wskazówki

Obecnie jedynym rodzajem kotłów z zamkniętą komorą paleniskową obecnym na rynku są kotły kondensacyjne. Pracując z niższą niż w klasycznych kotłach temperaturą, odzyskują one ciepło przy skraplaniu pary wodnej zawartej w spalinach. Do kotłowni z kotłem z zamkniętą komorą paleniskową nie musimy dostarczać powietrza do spalania. Konieczna jest tylko wywiewna wentylacja kotłowni gazowej z zamkniętą komorą spalania ze względu na obecność instalacji gazowej.

Jak wygląda sterowanie spalaniem w kotłach gazowych kondensacyjnych?

1. W najprostszych urządzeniach, np. ecoTEC pro, sterowanie odbywa się przez pneumatyczne sprzężenie podawanego gazu i powietrza. Zadając odpowiednie obroty wentylatora, powodujemy przepływ przez dyszę Venturiego i pobieranie gazu przez umieszczony tam króciec. W ten sposób zależnie od przepływu powietrza proporcjonalnie pobierany jest gaz i tworzona mieszanka.

2. W kotłach stojących, np. ecoCOMPACT, zastosowano rozwiązanie ELGA, które pozwala na uzyskanie optymalnej mieszanki. Polega to na wprowadzenie pomiaru natężenia masowego przepływu powietrza i sterowanie na tej podstawie otwarciem zaworu gazowego.

3. W urządzeniach może być też zastosowana analiza składu spalin. Wbudowany analizator spalin za pośrednictwem elektroniki kotła steruje podawaniem gazu i tworzeniem mieszanki.

4. Najnowsza metoda sterowania spalaniem polega na pomiarze jonizacji płomienia i jest najdokładniejszą metodą pozwalającą na bieżące dostosowanie podawania gazu do jego jakości. W dotychczasowych kotłach umożliwia to tylko wykrycie płomienia.

Przeczytaj też: Efektywniejsze ogrzewanie domu dzięki odzyskowi ciepła ze spalin kotła – jak to działa?

Kocioł kondensacyjny z zamkniętą komorą spalania a podawanie gazu

Jak działa system pomiaru jonizacji i dostosowywania ilości gazu? Powietrze to izolator, natomiast płomień to gaz zjonizowany, czyli przewodnik. Po pojawieniu się płomienia między elektrodą jonizacyjną a palnikiem pojawia się napięcie zależne od przewodności płomienia. Przewodność zależy z kolei od składu zjonizowanego gazu, a więc od ilości jonów, co daje najdokładniejszą kontrolę, ponieważ kontroluje się już nie skład spalin czy przepływ powietrza i gazu, a sam finał – płomień.

Na podstawie tego pomiaru system IoniDetect kotła ecoTEC exclusive i ecoTEC plus potrafi optymalnie wysterować skład mieszanki. Daje to możliwość sterowania mocą palnika w zakresie od 10 do 100%, niespotykaną w dotychczasowych kotłach.

Jak widać, cały czas dążymy do uzyskania doskonałej mieszanki paliwa z powietrzem i w miarę postępu technik sterowania jesteśmy coraz bliżej tego rozwiązania. Dostarczenie powietrza do spalania jest kluczowym elementem zarówno przy projektowaniu kotłowni, budowie samego kotła, jak i automatyki sterującej.

Przeczytaj też: Jak określa się sprawność kotła kondensacyjnego i innych urządzeń grzewczych?