Kotły grzewcze – rodzaje, budowa, wady i zalety

Kotły grzewcze – rodzaje, budowa, wady i zalety

Kotły grzewcze zwane też kotłami centralnego ogrzewania należą do najbardziej rozpowszechnionych źródeł ciepła stosowanych w ogrzewnictwie indywidualnym lokalnym i komunalnym. Według normy (dotyczącej nazw i określeń) kotłem grzewczym jest urządzenie z paleniskiem przeznaczone do podgrzewania wody lub wytwarzania pary ciepłem wyzwalającym się w procesie spalania paliw, którego moc cieplna nie przekracza 1 MW. W kotłach wodnych temperatura wody na wylocie (na zasilaniu instalacji c.o.) nie przekracza 115°C, a w kotłach parowych ciśnienie pary nie przekracza 70 kPa. Wszystkie elementy wyposażenia kotła trwale z nim związane i dostarczane w formie agregatu stanowią części składowe kotła, np. palenisko, osprzęt, płaszcz ochronny. Kilka innych norm dotyczących kotłów grzewczych, przystosowanych do różnych paliw, precyzuje górny limit mocy cieplnej kotła grzewczego następująco:

 Norma dotycząca kotłów wodnych na paliwa stałe i biomasę podaje moc cieplną 1MW (ciśnienie wody do 6 bar, temperatura wody do 100°C);
 Norma dotycząca kotłów wodnych z palnikami nadmuchowymi (olejowymi i gazowymi) podaje moc cieplną 1 MW (ciśnienie wody do 8 bar, temperatura wody do 100°C);
 Normy dotyczące kotłów wodnych gazowych (z palnikami atmosferycznymi, typu C i kondensacyjnych) oraz olejowych z palnikami nadmuchowymi podają moc cieplną 0,07 MW (ciśnienie wody 6 bar, temperatura wody 95°C);
 Norma  dotycząca kotłów wodnych gazowych typu B podaje moc cieplną w przedziale 0,07-0,3 MW.

W dalszych omówieniach kotłami grzewczymi nazywamy kotły o mocach cieplnych do 1,0 MW (także i o mocach większych, jeśli należą do danych typoszeregów kotłów grzewczych). Kotły grzewcze mogą być opalane paliwami stałymi, biomasą, olejem i gazami. Kotły grzewcze są głównie kotłami wodnymi dostarczającymi podgrzaną wodę do różnych instalacji centralnego ogrzewania. Kotły grzewcze parowe niskociśnieniowe stosuje się w przypadkach, w których oprócz ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej istnieje zapotrzebowanie na parę dla potrzeb wielkich kuchni, pralni, szpitali itp.

Kotły grzewcze mogą mieć wbudowane lub dobudowane przepływowe i pojemnościowe podgrzewacze wody, czyli grzejniki ciepłej wody użytkowej (wtedy nazywane są kotłami dwufunkcyjnymi) lub mieć dodatkowo przyłączane podgrzewacze wody pojemnościowe.

Przy kotłach grzewczych wodnych, oprócz opisanych elementów osprzętu i armatury, stosowane są: zawory mieszające i ograniczniki temperatury bezpieczeństwa. Zawór mieszający ma za zadanie zmieniać strumień wody przepływającej przez kocioł przez skierowanie części wody powrotnej z instalacji c.o. do rurociągu zasilającego tę instalację z pominięciem kotła. Wykorzystywany jest zazwyczaj w kotłach z podgrzewaczami ciepłej wody użytkowej, przy czym może być nastawiany ręcznie lub regulowany automatycznie.

Ogranicznik temperatury bezpieczeństwa jest urządzeniem działającym samoczynnie, które po osiągnięciu nastawionej najwyższej granicznej temperatury wody przerywa dopływ powietrza i/lub paliwa (jeśli jest podawane automatycznie). Po obniżeniu się temperatury wody do temperatury niższej niż dolna graniczna wartość zadana samoczynnie włącza dopływ powietrza i układ doprowadzania paliwa. Ponadto należy dodać, żc w kotłach opalanych koksem miarkownik spalania spełnia rolę regulatora temperatury, a przy kotłach parowych także regulatora ciśnienia pary.

Kotły grzewcze mogą być projektowane jako jednopaliwowe, przestawialne, np. na paliwo stałe z dodatkowo zamontowanym palnikiem, lub dwupaliwowe z palnikiem dwupaliwowym olejowo-gazowym. Przejście z jednego rodzaju paliwa na inny może być dokonane przez obsługującego bez konieczności przebudowy paleniska (ewentualnie np. po dokonaniu wymiany dysz lub elementów regulacyjnych w palniku).

Kotły grzewcze można podzielić na żeliwne i stalowe.

Kotły żeliwne mają z reguły budowę członową i są montowane z elementów zwanych członami i półczłonami. Członem kotła jest wymienny, powtarzalny element stanowiący część komory paleniskowej, kanałów konwekcyjnych przestrzeni ciśnieniowej i ewentualnie rusztu. Półczłonem nazywa się podobny element dzielony. Przez zmianę liczby członów uzyskuje się większą lub mniejszą powierzchnię ogrzewalną kotła. Każdy z członów ma wewnątrz oddzieloną przestrzeń wodną (w kotłach parowych w górnej przestrzeni tworzy się para wodna), natomiast kanałami utworzonymi pomiędzy poszczególnymi członami przepływają spaliny. Zastosowanie różnego rodzaju użebrowań zewnętrznych powierzchni członów zwiększa współczynnik przejmowania ciepła. Połączenie członów dokonuje się specjalnymi złączkami zapewniającymi szczelność. Człony skrajne mają inną budowę i służą jako zamknięcie komory paleniskowej. Kotły żeliwne są odporne na korozję i ponadto mają wiele zalet, np.: łatwość wprowadzania do kotłowni wbudowanych (możliwość montażu u użytkownika kotła dostarczonego w częściach), usuwanie awarii przez wymianę uszkodzonych członów, formowanie kształtu członu o jednakowej grubości ścianek i dłuższą żywotność niż kotły stalowe (12-20 lat wobec 8-12 lat dla kotłów stalowych).

Do wad kotła żeliwnego zalicza się kruchość tworzywa (konieczność zachowania ostrożności podczas transportu i przy czyszczeniu kotła) i mniejszą odporność na gwałtowne zmiany temperatury wody. Grzewcze kotły żeliwne mogą mieć paleniska rusztowe z górnym lub dolnym spalaniem. W przypadku paleniska z górnym spalaniem powietrze i spaliny przenikają warstwę paliwa przez całą jej grubość (wysokość), a następnie spaliny odprowadzane są do bocznych kanałów. Na ogół w takie paleniska wyposażane są kotły mniejszych mocy cieplnych, przy czym uzyskuje się łatwiejsze rozpalanie paliwa, kotły te dają się przeciążać i wymagają niewielkiego ciągu. W paleniskach ze spalaniem dolnym, strefa spalania jest ograniczona do przestrzeni zawartej między rusztem a dolnym zakończeniem leja zasypu paliwa. Paleniska te stosuje się w kotłach większych mocy cieplnych. Są one trudniejsze do rozpalania, ale łatwiej jest je regulować. Mają elementy doprowadzenia powietrza wtórnego, a całość rusztu jest przedzielona na dwie części z rusztowinami chłodzonymi wodą. W niektórych konstrukcjach kotłów żeliwnych stosowane są komory spalania wykonane ze stali odpornej na wysoką temperaturę. Są to tzw. gorące komory spalania, których powierzchnia otaczająca przekazuje strumień ciepła przez promieniowanie do użebrowanej powierzchni żeliwnej.

Kotły stalowe budowane są w różnych układach konstrukcyjnych, zarówno z powierzchnią ogrzewalną w postaci płaszczowej, jak i z wykorzystaniem
płomieniówek i płomienicy w układach dwu- i trzyciągowych z komorami nawrotnymi lub składają się z zespołów opłomek ustawianych w różnych konfiguracjach w kanałach spalinowych. Wyposażane są w ruszty stałe w paleniskach komorowych z górnym lub dolnym spalaniem, w ruszty ruchome lub mechaniczne (taśmowe z podmuchem strefowym umieszczone w płomienicy lub w odpowiedniej skrzyni ogniowej), w ruszty z podajnikiem ślimakowym oraz w nowszych rozwiązaniach (np. w kotłach z paleniskiem retortowym) w układy z ciągłym, automatycznym sterowaniem podawanego paliwa oraz regulowaną i kontrolowaną ilością powietrza wprowadzanego do komory spalania. Nowe konstrukcje kotłów grzewczych na paliwa stałe mają za zadanie poprawienie ich walorów technicznych, którymi mogą konkurować z kotłami spalającymi olej i paliwa gazowe.

Dość dużą grupę stanowią kotły stalowe przystosowane do wykorzystania drewna w paleniskach umożliwiających prowadzenie dwustopniowego procesu spalania. Mają one dzieloną komorę paleniskową. W komorze wstępnej (będącej zasobnikiem paliwa) przy ograniczonym dopływie powietrza następuje ogrzanie, częściowe utlenienie i wydzielenie składników gazowych z masy drewna, a w drugiej części komory paleniskowej wytworzony gaz palny mieszany jest z dodatkowym powietrzem i ulega spalaniu.

Kotły grzewcze wodne i parowe na olej opalowy to kotły przewidziane do spalania oleju opałowego wykonywane są z żeliwa lub stali, a w przypadku kotłów kondensacyjnych część końcowa powierzchni ogrzewalnej wykonana jest z odpornych na korozję stopów lekkich na bazie aluminium z dodatkiem
magnezu i krzemu.

Kotły żeliwne składają się z członów bez elementu rusztu. Człony są odpowiednio ukształtowane, tworząc kanały spalinowe z żebrami, co umożliwia wykonywanie kotłów w układach dwuciągowych i trzyciągowych z zamontowanymi przed komorą paleniskową palnikami nadmuchowymi. W zależności od potrzeb użytkowników część kotłów ma zabudowane podgrzewacze ciepłej wody użytkowej, często w formie spiralnej wężownicy.

Kotły stalowe budowane są zazwyczaj w układach plomienicowo-płomieniówkowych z chłodzoną wodą komorą nawrotną. Kotły olejowe wyposażane są z zasady w palniki nadmuchowe (z wentylatorem, pompą olejową, rozpylaczem oleju i wieloma urządzeniami zabezpieczającymi, sterowania i regulacji). Obecnie stosowane palniki olejowe odznaczają się wysokim poziomem technicznym z możliwością włączeń i wyłączeń od impulsów podawanych przez regulatory temperatury zewnętrznej (tzw. pogodowe) lub temperatury ogrzewanego pomieszczenia oraz mogą być sterowane zdalnie lub włączać się w określonych porach dnia i przedziałach czasowych.
Ze względu na celowość ograniczenia liczby włączeń palnika podczas eksploatacji instalacji c.o. w całym sezonie grzewczym preferowane są palniki olejowe z regulacją modulowaną mocy cieplnej. Są one droższe niż palniki z regulacją dwustopniową, ale ich zastosowanie ogranicza straty postojowe i poprawia uzyskiwaną roczną sprawność cieplną, a tym samym obniża koszty ogrzewania.

Kody żeliwne i stalowe z gazowymi palnikami nadmuchowymi są konstrukcji podobnej do poprzednio omówionych kotłów opalanych olejem. Najbardziej rozpowszechnione wśród bardzo dużej liczby drobnych użytkowników są wodne kotły niskotemperaturowe budowane w różnych rozwiązaniach konstrukcyjnych. Kotły te mogą być wyposażane zarówno w palniki atmosferyczne (inżektorowe), jak i w palniki nadmuchowe.

Kotły z otwartą komorą paleniskową, pracujące z palnikami atmosferycznymi konwencjonalnymi lub ze wstępnym zmieszaniem i wentylatorem, wymagają stosowania przerywaczy ciągu i umieszczonych w strefie wyptywu spalin czujników zabezpieczenia przed zanikiem ciągu i powstaniem ciągu wstecznego.
Przerywacz ciągu jest elementem usytuowanym w układzie wylotowym spalin z kotła, którego zadaniem jest utrzymanie stabilności spalania przy występujących nieprawidłowościach przepływu spalin. W kotłach z zamkniętą komorą paleniskową i w kotłach z palnikami nadmuchowymi nie stosuje się przerywaczy ciągu (w kanałach spalinowych panuje wtedy nadciśnienie).

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.