Kondenzačný kotol na pelety HERZ pelletstar CONDENSATION

Kondenzačná technika a biomasa

Využitie biomasy na vykurovanie a prípravu teplej vody nie je už ani v podmienkach Slovenska novinkou. Biomasa si našla svoje miesto ako ekologický a ekonomicky výhodný zdroj tepla so širokým spektrom využitia. Novinkou vo využívaní biomasy s prvými úspešnými realizáciami sa stali najmodernejšie zariadenia využívajúce pri spaľovaní peliet a drevnej štiepky kondenzačnú techniku.

Po intenzívnych vývojových prácach bol v roku 2016 predstavený popredným rakúskym výrobcom kotlov na biomasu prvý kotol na pelety pelletstar condesation využívajúci kondenzačnú technológiu. Kotol peletstar condesation je ideálnym riešením vykurovania pre nové budovy a je ho možné použiť aj pri rekonštrukcii a modernizácii stávajúcich objektov, najmä pri nízkoteplotných plošných systémoch (pri podlahovom a stenovom vykurovaní), ale aj pre vysokoteplotné systémy (radiátory). V závislosti od požiadaviek poskytuje kotol požadovanú optimálnu teplotu vykurovacej vody.  

Kondenzačná technika - princíp funkcie

Kotly na biomasu pelletstar condesation využívajú kondenzačnú techniku podobne ako kondenzačné plynové kotly. Princípom funkcie kondenzačného kotla je využitie kondenzačného „latentného“ tepla zo spalín.  Spaliny vznikajúce pri spaľovaní sa ochladzujú až pod teplotu rosného bodu. Tým dochádza ku kondenzácii vodnej pary obsiahnutej v spalinách a uvoľneniu tepelnej energie.

Obr.  1  Využitie kondenzačného tepla

Spalné teplo [kWh/kg, kJ/kg]

Je množstvo tepla, ktoré sa uvoľní dokonalým spálením jednotkového množstvo paliva (v našom prípade peliet) a stechiometrického množstva kyslíka s ochladením spalín. Predpokladá sa, že voda, uvoľnená spaľovaním, skondenzuje. Ide teda o všetko množstvo tepla vzniknuté spálením a zahŕňa aj vo vodnej pare viazané, tzv. latentné teplo.

Výhrevnosť [kWh/kg, kJ/kg]

Výhrevnosť sa rovná spalnému teplu, zmenšenému o teplo uvoľnené kondenzáciou vodnej pary zo spalín, na konci reakcie ostáva voda v plynnom skupenstve. Nezohľadňuje sa energia obsiahnutá vo vodnej pare spalín (u klasických kotlov odchádza toto teplo komínom do ovzdušia).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr.  2  Porovnanie konvenčného a kondenzačného kotla

 

Účinnosť nad 100%

Pri kondenzačných kotloch bol zavedený tzv. normovaný stupeň využitia, ktorý nadobúda hodnoty nad 100% a často býva označovaný ako účinnosť. Používa sa pre porovnanie klasických kotlov s kondenzačnými a vzťahuje sa rovnako ako pri klasických kotloch  k výhrevnosti.

Ak by sme počítali účinnosť kondenzačného kotla zo spalného tepla, dostaneme sa fyzikálne korektným postupom k nižším hodnotám (cca 96%)

Prepočet cez výhrevnosť (klasický kotol):

1 kg peliet  = 4,9 kWh energie (privedenej do kotla) = Q_ZU

namerané množstvo energie získanej z kotla: 4,6 kWh = Q_AB

 

Prepočet cez spalné teplo:

1 kg peliet  = 5,4 kWh energie (privedenej do kotla) = Q_ZU

namerané množstvo energie získanej z kotla: 5,2 kWh = Q_AB

 

Kondenzačný kotol a teploty vykurovacieho systému

Pri ochladzovaní spalín získaných pri ideálnom spaľovaní začne pri teplote rosného bodu (pri spaľovaní peletiet pod 58°C) kondenzovať vodná para.

Z obr. 3 je zrejmé, že kondenzačný kotol pracuje s určitým prebytkom vzduchu a skutočná teplota rosného bodu spalín sa pohybuje medzi 48 - 52°C.

Teplota spalín je previazaná s teplotou vratnej vody vykurovacieho systému. Ak má dochádzať ku kondenzácii, musí sa teplota vratnej vody pohybovať pod touto hodnotou. Ideálne je, ak je teplota spalín o 3-4 K vyššia ako teplota vratnej vody.

Čím dosiahneme nižšiu teplotu vratnej vody, tým je vyšší stupeň účinnosti – z tohto hľadiska sú tieto kotly ideálne ako zdroje tepla pre sálavé systémy, teda nízkoteplotné systémy podlahového alebo stenového vykurovania. Najvyššia účinnosť sa dosahuje pri teplote vratnej vody  ≤ 35 °C.  

Kondenzačnú techniku je samozrejme možné využívať aj v sústavách s vyššími teplotami vykurovacej vody, avšak v určitom časovom období - při veľmi nízkých vonkajších teplotách, bude teplota vratnej vody prekračovať rosný bod spalín a kondenzačné teplo sa nebude dať využiť.

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 3  Teplota rosného bodu spalín v závislosti od prebytku vzduchu

 

Kondenzačný kotol a emisie

Prínosom kondenzačných kotlov na pelety je okrem vyššej účinnosti aj pokles emisií tuhých znečisťujúcich látok (TZL), čiže prachových častíc, do ovzdušia.

V ďalších rokoch sa očakáva ďalšie sprísnenie emisných limitov aj pre kotly na biomasu. Kondenzačné kotly dokážu splniť prísnejšie emisné limity, aké sú v platnosti dnes,  množstvo prachových častíc (TZL) dokážu dostať na úroveň  pod 10 mg/mN³ pri 13% O₂.

 

Kondenzačný kotol na pelety HERZ pelletstar CONDENSATION

Kotly pelletstar CONDENSATION sa dodávajú v 8 výkonových rozsahoch, od 10 do 60 kW menovitého výkonu.

Typ	Menovitý výkon	Rozsah výkonu
pelletstar CONDENSATION 10	10 kW	3,0 – 10,0 kW
pelletstar CONDENSATION 12	12 kW	4,0 – 12,0 kW
pelletstar CONDENSATION 14	14 kW	4,0 – 14,0 kW
pelletstar CONDENSATION 16	16 kW	5,0 – 16,0 kW
pelletstar CONDENSATION 20	20 kW	6,0 – 20,0 kW
pelletstar CONDENSATION 30	30 kW	6,0 – 30,0 kW
pelletstar CONDENSATION 45	45 kW	13,0 – 45,0 kW
pelletstar CONDENSATION 60	60 kW	13,0 – 60,0 kW

 

Konštrukcia kondenzačného peletového kotla

Kotly pelletstar CONDENSATION je možné dodať vo vyhotovení pre napojenie na sklad peliet systémom flexidopravníka, vo vyhotovení pre napojenie na sklad so zásobníkom pre sanie a systémom dopravy peliet vákuovým (sacím) systémom alebo so zásobníkom pre ručné plnenie.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 4  Konštrukcia kotla pelletstar condensation so zásobníkom pre sanie (alt. zásobník pre ručné plnenie – bez sacej turbíny)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 5  Konštrukcia kotla pelletstar condensation pre napojenie na sklad s flexidopravníkom

 

Horák

Horák je vyrobený z ušľachtilej oteruvzdornej ocele odolnej voči vysokým teplotám.  Automatické čistenie ohniska sa vykonáva úplným vyklopením roštu a jeho otretím o matricu počas plnej prevádzky kotla bez nutnosti odstavenia kotla a jeho vychladnutia.

 

                        

Obr. 5  Výklopný horák s čistením o matricu

Výmenník tepla a jeho čistenie

Výmenník tepla je riešený ako stojatý, rúrový. Vzhľadom na to, že je kotol konštruovaný na nízke teploty spalín a dochádza ku kondenzácii, je vyrobený z kvalitnej nerezovej ocele. Konštrukčne je riešený ako dvojťahový. Prvý ťah je skrátený tak, aby v ňom nedochádzalo ku kondenzácii vodných pár obsiahnutých v spalinách. Čistený je systémom turbulátorov. V druhom ťahu výmenníka tepla dochádza ku kondenzácii. Druhý ťah výmenníka tepla je okrem turbulátorov čistený aj preplachom vodou. Orientačná ročná spotreba vody pre preplachovanie výmenníka tepla predstavuje cca 1,5m3 vody / rok pri spotrebe 3,4t peliet / rok.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 6 Dvojťahový výmenník tepla s čistením

 

Kondenzát vznikajúci pri prevádzke kotla v kondenzačnom režime ako aj preplachovacia voda sa odvádzajú cez sifón do kanalizácie. Požadovaný je voľný odtok min. dimenzie DN 50 odolný voči kondenzátu. V prípade potreby je možné použiť na prečerpávanie odpadovej vody zariadenie na prečerpávanie kondenzátu s čerpadlom odolným voči kondenzátu a výstupom pre hlásenie výpadku čerpadla, ktorý sa pripojí na prídavný vstup do regulácie.

 

Prívod spaľovacie vzduchu a odvod spalín

Prívod spaľovacieho vzduchu pre kotol pelletstar CONDENSATION môže byť riešený ako závislý na vzduchu v priestore alebo nezávislý na vzduchu v kotolni. V prípade závislého je potrebné zabezpečiť dostatočné množstvo spaľovacieho vzduchu vetracími otvormi. V druhom prípade je potrebné správne nadimenzovať potrubie pre prívod vzduchu, pričom min. priemer potrubia pre prívod vzduchu je DN 75, resp. DN 100 (L≥ 2m). Pre prívod vzduchu a odvod spalín nesmie byť použitý systém koaxiálneho potrubia „rúra v rúre“ (LAS).

Dymovod a komín musí byť vyhotovený z materiálu vhodného pre odvod spalín pre kotly na tuhé palivá (vysoké teploty spalín pri prevádzke v nekondenzačnom režime), odolný voči vlhkosti a korózii a tesný.  Nie sje dovolené použitie komínových systémov vyrobených na báze plastov.

 

Regulácia T-Control

Kotly pelletstar CONDENSATION sú vybavené centrálnou riadiacou jednotkou T-Control pre reguláciu:

• spaľovacieho procesu (s Lambda sondou)
• prípravu teplej vody
• vykurovacích okruhov
• solárneho systému
• protimrazovú ochranu
• manažment akumulačného zásobníka

Regulácia je modulárne rozšíriteľná až na 60 modulov.

 

Hydraulické zapojenie

Výhodou kondenzačných kotlov je možnosť ich zapojenia do systému bez akumulačného zásobníka. Rovnako nie je potrebné chrániť kotol pred nízkoteplotnou koróziou zdvíhaním teploty vratnej vody.

Obr. 7 Príklad: odporúčaná hydraulická schéma pre zapojenie „Direkt“

Obr. 8 Príklad: odporúčaná hydraulická schéma pre zapojenie s rozdeľovačom

 

Riešenie skladovania a dopravy peliet do kotla

Pelety môžu byť uskladnené v sklade vytvorenom stavebnou konštrukciou, v tkaninovom alebo podzemnom zásobníku a pod. Tri varianty konštrukčného vyhotovenia kotla umožňujú použiť širokú škálu systémov pre dopravu peliet zo skladu do kotla: je možné navrhnúť systém so závitovým dopravníkom (flexidopravníkom), pružinovým miešadlom ako aj niektorý zo systémov dopravu peliet saním (sacia sonda, štvorbodové odsávanie) ako aj ich kombinácie.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 9 Príklady riešenia dopravy peliet zo skladu / zásobníka  do kotla

 

Na základe skúseností s prvými realizáciami kotlov pelletstar CONDENSATION môžeme konštatovať, že využitie kondenzačnej techniky v kotloch na spaľovanie biomasy sa stalo realitou aj na Slovensku a prináša so sebou množstvo ekonomických ale aj ekologických výhod tak pre koncového užívateľa predovšetkým v podobe úspory paliva vďaka vysokej účinnosti a ako aj spoločnosť vďaka nízkym hodnotám emisií.