Jak vybírat nový kotel na pevná paliva (1)

Kusové dřevo či uhlí lze v krajním případě skladovat i venku pod plachtou, pelety a brikety již v suchém přístřešku a pro štěpku potřebujeme sklad velkých rozměrů a manipulační techniku. Automatický kotel je třikrát dražší než obyčejný, ale ročně může ušetřit více než 20 % paliva. Pokud mi to dovolí prostor, stojí za to uvažovat o kombinaci kotle na pevná paliva s jiným doplňkovým zdrojem tepla, především se solárními panely. V tomto případě zvolit akumulační provoz. Těch otázek je spousta a odpovědi závisí na mnoha konkrétních faktorech, které by měl u konkrétního objektu vždy zhodnotit odborník. Takže v prvé řadě by měla „proběhnout“ alespoň základní projektová příprava.

Na začátku je tedy nutné zvolit si optimální palivo a technologii jeho spalování, čili vhodnou konstrukci kotle. V dobách levných paliv platilo pravidlo, že si zákazník vybíral kotel podle dostupnosti paliva (popř. možnosti ho skladovat) a technologie moc nerozhodovala. V současnosti se „karta“ obrací. Rozhodující je technologie (pořizovací a provozní náklady) a významnou roli hraje palivová univerzálnost, tedy možnost kombinace více druhů paliv. Proto se v tomto příspěvku zaměřím na popis základních technologií spalování pevných paliv.

Pro laika může být v současnosti trochu problém orientovat se v nabízených technologiích spalování. S tím, jak se objevují neustále nové technologie a nové druhy paliv, je také stále obtížnější provést jednoduché „zaškatulkování“ kotlů do jednotlivých kategorií. To co platilo před deseti léty, již neplatí dnes. Pokusím se proto o nejjednodušší rozdělení kotlů podle základních identifikačních kritérií z hlediska technologie spalování a úrovně řízení spalovacího procesu.

Nejdůležitější vlastností kotle je jeho schopnost řízení spalovacího procesu, tedy kontrola nad přísunem paliva a spalovacího vzduchu do ohniště. Čím více je kotel sám schopen optimálně řídit tento proces bez zásahu obsluhy, tím vyšší má předpoklad pro kvalitnější spalování.

Přísun spalovacího vzduchu může být:

• přirozený – závislý pouze na tahu komína, který vytváří v ohništi podtlak, díky kterému je vzduch do ohniště nasáván speciálními otvory, více či méně mechanicky (termostaticky) regulovatelnými
• nucený – podtlak v ohništi je vytvářen a regulován odtahovým ventilátorem, popřípadě je spalovací vzduch tlačným ventilátorem do ohniště přímo vháněn. Nucený přísun vzduchu znamená samozřejmě vyšší kontrolu nad spalovacím procesem.

Také u přísunu paliva, tedy dávkování, můžeme hovořit o dvou možných způsobech. Zde použiji přímo „normativní“ rozdělení dle ČSN EN 303-5 [2]:

• Kotel s ruční dodávkou paliva – palivo je dodáváno ručně v intervalech závisejících na rychlosti hoření nebo tepelném výkonu
• Kotel se samočinnou dodávkou paliva – palivo je dodáváno samočinně v závislosti na tepelném výkonu

Z definicí je zřejmé, že samočinná dodávka znamená řízený přísun paliva, tedy vyšší stupeň regulace a tedy také vyšší úroveň spalování.

Tím jsem se dostal konečně k jednotlivým technologiím spalování. Více jak 100 let stačilo pro malé teplovodní kotle následující základní dělení technologií.

• Prohořívací kotel – kotel, v němž probíhá postupné spalování, a spaliny procházejí přes vrstvu paliva [3].
• Odhořívací kotel – kotel, v němž probíhá postupné spalování paliva ve vrstvě plynule doplňované, přičemž spaliny neprocházejí přes vrstvu paliva [3].

Jedná se o technologie s ručním přikládáním paliva a přirozeným přívodem spalovacího vzduchu, tedy technologie s minimální možností řízení průběhu spalování. Výkon je do značné míry dán množstvím a kvalitou přiloženého paliva a velikostí komínového tahu, který ovlivňuje množství přisávaného spalovacího vzduchu.

U prohořívacího kotle dochází poměrně rychle k nahoření celé vrstvy paliva v palivové šachtě a tím i ke spontánnímu a těžko kontrolovatelnému uvolňování prchavé hořlaviny. Proto je regulace výkonu a celého procesu hoření značně omezená. Tradičním představitelem této technologie jsou litinové kotle, původně konstruované pro spalován koksu, při kterém lze u některých konstrukcí dosáhnout emisí třídy 3. Při spalování kusového dřeva a černého uhlí dosahují maximálně emisní třídy 2, hnědé uhlí v nich spalovat nelze! Takže podle zákona o ochraně ovzduší [4] je bude možné prodávat (pro tato paliva) do konce roku 2013 a po roce 2022 nebudou moci být provozovány vůbec. Litinové prohořívací kotle jsou velice oblíbeny, protože se v nich dá spálit cokoliv (včetně domovního odpadu), nicméně v případě kontroly bude provozovatel nucen doložit, že spaluje palivo deklarované výrobcem. Pokud se přeci jen rozhodnete prohořívací kotel pořídit, je velice důležité před jeho koupí překontrolovat návod k použití. Do některých litinových kotlů lze nainstalovat peletový hořák, se kterým je kotel certifikován a dosáhne emisní třídy 3, ale to neznamená, že se tato třída automaticky vztahuje na celý kotel. Při spalování dřeva má stále třídu 1 nebo 2, tedy po roce 2022 jej nebude možné podle zákona o ochraně ovzduší [4] na spalování kusového dřeva provozovat!

U odhořívacího kotle palivo odhořívá postupně ve spodní části násypky, takže lze s mírnou nadsázkou hovořit o jisté regulaci přísunu paliva (je dosti závislá na roštování – uvolňování popela z roštu). Navíc prchavá hořlavina uvolněná z paliva v násypce prochází zónou vysokých teplot ve spalovací komoře, takže využití hořlaviny je o něco vyšší než u prohořívacích kotlů. Starší konstrukce kotlů odhořívacích dosahovaly emisní třídy 2, ale po jistých úpravách některé z nich při certifikaci nově dosáhly hodnot emisí třídy 3, takže budou moci být prodávány do konce roku 2017 a provozovány i po roce 2022 (dle [4]). U těchto kotlů je však nutné dobře si prostudovat výrobní štítek a návod k použití, zda konkrétní kotel třídy 3 opravdu dosáhl.

Základní normativní rozdělení na kotle prohořívací a odhořívací dlouho stačilo také pro obchodní účely. Ovšem s tím, jak se objevovaly nové a účinnější technologie spalování, bylo nutné přidat také nové kategorie, které by zákazníkovi blíže přiblížily konkrétní technologii spalování. U kotlů s ručním přikládáním se objevily kotle zplyňovací.

• Zplyňovací kotel – druh odhořívacího kotle s ručním přikládáním, ve kterém je vyšší úrovně spalování docíleno řízeným přísunem spalovacího vzduchu ventilátorem.

Přidáním ventilátoru pro kontrolovaný přívod spalovacího vzduchu byl do značné míry eliminován vliv komínového tahu na kvalitu spalování. Regulátor provozu kotle tak může na základě různých požadavků přesněji regulovat průběh spalování i jeho výkon. U těchto kotlů je spalovací komora vytvořena z žárobetonových tvarovek, což napomáhá kvalitnímu vyhoření prchavé hořlaviny. Ke zplyňování (uvolňování prchavé hořlaviny) dochází při jakémkoliv spalování paliva! Tedy i u klasických prohořívacích a odhořívacích kotlů. U klasických technologií však k němu dochází ve větší či menší míře živelně a část prchavé hořlaviny v některých fázích hoření „prchne“ komínem bez využití. Označení nové technologie jako zplyňovací vyjadřuje schopnost podstatně vyšší kontroly nad uvolňováním prchavé hořlaviny a nad jejím dokonalým vyhořením díky řízenému přísunu spalovacího vzduchu. Proto by označení zplyňovací měly nést pouze kotle s ventilátorem. Kotle této technologie dosahují běžně emisní třídy 3, takže by neměly mít problém s provozem po roce 2022.

Nejmodernější technologií spalování pevných paliv jsou pak automatické kotle.

• Automatický kotel – kotel se samočinnou dodávkou paliva a ventilátorem řízeným přísunem spalovacího vzduchu

O automatických kotlích na pevná paliva, tedy kotlích, u kterých „…přísun paliva na rošt děje se samočinným strojním zařízením…“ psal již v roce 1940 Prof. Pokorný [5]. Jednalo se však o velké horkovodní a parní kotle. V malých domovních kotelnách se tato technologie u nás začala objevovat až na konci 20. století. Proto se také definice samočinné (automatické) přikládání objevila také v nové evropské normě EN 303-5 pro malé teplovodní kotle, přijaté u nás v roce 2000. U těchto kotlů je vliv obsluhy oproti předešlým technologiím eliminován řízeným přísunem paliva, takže přísun spalovacího vzduchu i paliva řídí regulátor kotle automaticky podle zadaného programu bez nutnosti obslužného zásahu.

Při spalování uhlí automatické kotle dosahují emisní třídy 3 a 4, při spalování pelet lze dosáhnou absolutního emisního vrcholu, tedy třídy 5.

Technologie spalování definuje potenciál kotle, ať již z hlediska produkovaných emisí, tak i z hlediska dosahovaných účinností (což zákazníka zajímá samozřejmě nejvíce). Jaký tento potenciál doopravdy je, nám naznačí tabulka, ve které jsou uvedeny limitní hodnoty emisí CO, prachu a účinnosti, kterých jednotlivé technologie mohou dosáhnout v běžném provozu při spalování nejrozšířenějších paliv. Upozorňuji, že se jedná o hodnoty dlouhodobě dosažitelné v běžném provozu, a proto se liší od hodnot naměřených v „laboratorních podmínkách“ při certifikaci.

	hnědé uhlí	dřevní pelety	nedřevní pelety	kusové dřevo
	emise CO [mg/m3] při referenčních 10 % O2
automatický	200–1000	100–600	300–4000	–
zplyňovací	200–7000	–	–	200–6000
odhořívací	5000–15000	–	–	4000–15000
prohořívací	20000–30000	–	–	5000–25000
	emise TZL [mg/m3] při referenčních 10 % O2
automatický	10–80	10–100	30–150	–
zplyňovací	30–150	–	–	20–150
odhořívací	50–200	–	–	50–250
prohořívací	200–300	–	–	50–350
	účinnost [%]
automatický	75–85	80–90	75–85	–
zplyňovací	70–80	–	–	75–85
odhořívací	60–75	–	–	60–75
prohořívací	40–60	–	–	55–65

To je tedy základní dělení kotlů na pevná paliva podle technologií spalování. Další „rozmělňování“ na kotle dvakrát či třikrát zplyňující, více či méně automatické, je dělení spíše obchodní, ale se samotnou technologií spalování to zpravidla nemá již nic společného.

Výběr technologie spalování je do značné míry ovlivněn pořizovacími náklady. Čím nižší úroveň řízení spalovacího procesu, tím jednodušší zdroj a tím samozřejmě i nižší pořizovací náklady. Vyšší provozní účinnost „moderních“ technologií znamená sice nižší roční náklady na palivo, na druhou stranu zpravidla vyšší náklady spojené se servisem a nákupem náhradních dílů. To je však zpravidla vykoupeno nesrovnatelně vyšší tepelnou pohodou ve vytápěném objektu a „volností“ obsluhy, která není otrokem svého kotle. Rozhodně se vyplatí přistupovat k výběru technologie spalování individuálně podle daných možností budoucího majitele i podle konkrétního kotle (respektive výrobce). A především se nespoléhat pouze na informace z internetových diskuzí (které skrytě stejně řídí prodejci), ale snažit se získat informace pokud možno „přímo z terénu“, popřípadě od solidního energetického poradce.

Poděkování

Podklady pro tento článek byly čerpány z knihy „Malé teplovodní kotle na pevná paliva“, kterou v roce 2012 vydalo LING Vydavatelství s.r.o. za finanční podpory Státního programu na podporu úspor energie a využití obnovitelných zdrojů energie pro rok 2012 – Program EFEKT.

Literatura

• [1] Lyčka Z.: Malé teplovodní kotle na pevná paliva, LING Vydavatelství, Krnov, 2012.
• [2] ČSN EN 303-5:2013 Kotle pro ústřední vytápění – Část 5: Kotle pro ústřední vytápění na pevná paliva, s ruční nebo samočinnou dodávkou, o jmenovitém tepelném výkonu nejvýše 500 kW – Terminologie, požadavky, zkoušení a značení, ÚNMZ, Praha, 2013.
• [3] ČSN 07 0240 Teplovodní a nízkotlaké parní kotle – Základní ustanovení, FÚNM, Praha, 2003.
• [4] Zákon č. 201/2012 Sb. o ochraně ovzduší.
• [5] Pokorný V.: Vytápění a větrání, Zatímní učební texty, Praha, 1941.
• [6] Pokorný V.: Vytápění a větrání, Ústav pro učebné pomůcky průmyslových a odborných škol, Praha, 1940.

Text je ukázkou obsahu knihy Malé teplovodní kotle na pevná paliva z vydavateleství LING.