Limitní výkon peletového kotle pro dodržení podmínky minimální střední rychlosti spalin 0,5 m/s
Pro zachování funkčnosti a bezpečnosti provozu spalinové cesty určené pro odvod spalin ze spotřebičů na pevná paliva stanoví komínová norma ČSN 73 4201 minimální povolený průřez komínového průduchu a minimální rychlost spalin v něm. Jak se s touto podmínkou vyrovnají moderní peletové kotle?
Norma ČSN 73 4201 (navrhování a provádění komínů a připojování spotřebičů paliv) stanovuje minimální povolený průřez komínového průduchu a minimální rychlost spalin v něm. Jakým způsobem limitují tyto minimální požadavky na průřez komínového průduchu a minimální rychlost spalin ve spalinové cestě peletové kotle? Napovědět může jednoduchý výpočet provedený pro obecné normativní podmínky, při reálných provozních podmínkách budou výsledky poněkud odlišné. Nicméně na uvedených výpočtech lze s velkou přesností deklarovat, jak limitní „komínové“ podmínky limitují minimální výkon peletového kotle.
Normativní podklady
Obr. Orientační výpočet spalinové cesty
Minimální průřez komínového průduchu a minimální rychlost spalin v tomto průduchu (limitní podmínky) při provozu spotřebiče na pevná paliva jsou uvedeny v ČSN 73 4201 následovně:
Čl.5.4.3 Střední rychlost proudění spalin ve spalinové cestě, při nejnižším jmenovitém výkonu spotřebičů paliv, nesmí být nižší než 0,5 m/s.
Čl.6.4.5 Nejmenší dovolený rozměr komínového průduchu s přirozeným tahem je 120 mm pro spotřebiče na pevná paliva, přičemž plocha průřezu průduchu nesmí být menší než 0,015 m2. Nejmenší možný průměr kruhového průduchu nesmí být menší než 140 mm. Jednovrstvý zděný komín bez ochranného pouzdra nesmí mít rozměr průduchu menší než 150 × 150 mm.
Z limitních podmínek vyplývá, že pro jejich splnění je zapotřebí určitého množství spalin, a tedy že existuje jakýsi limitní výkon spotřebiče na pevná paliva, za kterého je ještě možné dosáhnout splnění těchto podmínek. Čím nižší je totiž výkon, tím menší je objem vzniklých spalin a tím samozřejmě klesá také rychlost jejich proudění v komínovém průduchu určitého průřezu. Rychlost proudění spalin je závislá na průřezu průduchu a chci-li rychlost zvýšit, musím průřez zmenšit. Nesmím ovšem průřez zmenšit pod normou danou hranici 0,015 m2. Kde je tedy hranice pro minimální výkon peletového kotle? Peletový kotel jsem zvolil z toho důvodu, že právě v moderních peletových kotlích je možné stanovit obecné základní parametry spalin vzniklých při spalování dřevních pelet s poměrně vysokou přesností. Důvodem jsou stabilní parametry kvalitních dřevních pelet jako paliva i vysoký provozní standard samotných peletových kotlů.
Hmotnostní průtok spalin na 1 kW výkonu kotle, hustota spalin
Problematikou výpočtu objemu a hmotnostního průtoku spalin z peletového kotle jsme se na TZB-info podrobně zabývali v článku o bilančních výpočtech. Jsou v něm popsány základní technické podmínky a parametry pro bilanční výpočet, tedy odhadované parametry paliva, účinnosti kotle, koncentrace CO2 i hodnota použitého referenčního přebytku vzduchu. Z výpočtů v tomto článku vyplývá, že na 1 kW svého výkonu vyprodukuje dobře fungující peletový kotel spaliny, jejichž hmotnostní průtok je přibližně
Stejně tak byl v článku popsán výpočet hustoty spalin ρs vzniklých při spalování dřevních pelet v peletovém kotli pro různé teploty spalin (konkrétní hodnoty jsou v tabulce níže).
Limitní hmotnostní průtok spalin pro limitní podmínky
Pro limitní podmínky, tedy minimální průměr komínového průduchu 140 mm (plocha A = 0,0154 m2) a minimální rychlost spalin w = 0,5 m/s) lze stanovit limitní objemový průtok spalin Vlim :
Vlim = 0,5 ‧ 0,0154 = 0,0077 m3/s
Pro přepočet na limitní hmotnostní průtoky mlim pro různé teploty spalin Ts při jejich známé hustotě ρs při těchto teplotách použijeme vztah:
Limitní výkon peletového kotle pro jednotlivé teploty spalin
Pokud tedy známe hodnotu limitního hmotnostního průtoku spalin mlim pro jejich jednotlivé teploty Ts a hodnotu hmotnostního průtoku spalin při provozu na 1 kW výkonu mkW, jsme schopni stanovit orientační limitní minimální výkon peletového kotle Plim, za jehož provozu jsou ještě dodrženy limitní podmínky, podle následujícího vztahu
| Ts [°C] | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 |
| ρs [kg/m3] | 1,07 | 1,01 | 0,95 | 0,9 | 0,86 | 0,81 |
| mlim [g/s] | 8,2 | 7,8 | 7,3 | 6,9 | 6,6 | 6,2 |
| Plim [kW] | 10,8 | 10,3 | 9,6 | 9,1 | 8,7 | 8,2 |
Rekapitulace
Normativní limitní podmínky platí pro střední rychlost spalin, tedy průměrnou rychlost v celé spalinové cestě. Toto stanovit je obecně nemožné, pokud neznám vlastnosti konkrétní spalinové cesty. Proto byl výpočet proveden pro rychlost spalin a s teplotou spalin na spalinovém hrdle spotřebiče, což je limitní stav. Pokud je rychlost spalin nižší na výstupu z kotle, bude nižší i v celé spalinové cestě. Neboť spalinová cesta:
- nesmí být ve svém průběhu seškrcena na menší průřez
- a při průchodu spalinovou cestou se objem spalin z důvodu jejich chladnutí postupně snižuje.
Zjištěné limitní výkony platí pro napojení na komín o průměru 140 mm. Pro větší průměry se spodní hranice výkonů samozřejmě zvyšují.
Z vypočtených údajů vyplývá, že pro splnění podmínek normy je za zvolených teplotních podmínek nutný minimální výkon peletového kotle v řádu 8 až 11 kW. Přitom moderní peletové kotle s plynulou regulací výkonu umožňují povoz i s mnohem menšími výkony a po celé Evropě jsou již mnoho let na nízké výkony také provozovány.
Dřevní peleta je výjimečné pevné palivo, neboť má pro spalování předvídatelné a „výhodné“ vlastnosti. Především vlhkost pelet z technologických důvodů nemůže být vyšší než 10 % (při vyšší vlhkosti by se velice rychle po vyrobení opět rozpadla), což značně omezuje míru potenciálního dehtování spalinové cesty za kotlem. I díky normalizovanému rozměru (průměr 6, max. 8 mm, převládající délka do 4 mm) lze ve spalovacím zařízení nastavit poměrně stabilní proces hoření, což má vliv na omezené zanášení spalinové cesty. Peletové kotle mají ve srovnání s ručně přikládanými kotli navíc podstatně nižší požadavky na minimální komínový tah. I z těchto důvodů lze předpokládat, že při spalování dřevních pelet v teplovodních kotlích malých výkonů existuje nižší riziko havárie spalinové cesty, než je tomu u kotlů uhelných, či kotlů na kusové dřevo. Stále ovšem jednoznačně platí základní pravidlo, že čím nižší je průměrný sezónní výkon peletového kotle, tím vyšší by měly být nároky na kontrolu a údržbu spalinové cesty. Tzn. u kotlů do 50 kW v trvalém provozu raději častější čistění spalinové cesty než jen 3krát ročně, jak to předepisuje legislativa.
In order to maintain the functionality and safety of the operation of the flue gas path intended for the discharge of flue gases from solid fuel appliances, the chimney standard ČSN 73 4201 stipulates the minimum permitted cross-section of the chimney flue and the minimum speed of flue gases in it. How do modern pellet boilers cope with this condition?