Regulátory sekundárneho vzduchu v kotloch: Kľúč k efektívnemu spaľovaniu

Regulátory sekundárneho vzduchu hrajú kľúčovú úlohu v efektívnom a ekologickom spaľovaní tuhých palív v kotloch. Ich hlavnou funkciou je riadiť prívod vzduchu, čím sa optimalizuje proces horenia, znižujú tepelné straty a predlžuje sa čas horenia paliva. V tomto článku sa zameriame na rôzne typy regulátorov, ich funkcie a technické parametre, ako aj na moderné elektronické systémy riadenia kotlov.

Proces spaľovania a úloha vzduchu

Spaľovanie je proces, kde sa drevo rozkladá na plyny pôsobením tepla. Správnosť spaľovania určí farba plameňa. Čím je farba plameňa svetlejšia, tým je spaľovanie kvalitnejšie.

Pre optimálny priebeh spaľovania je nevyhnutný prísun vzduchu, ktorý sa delí na primárny, sekundárny a niekedy aj terciárny. Primárny vzduch je pri vykurovacích spotrebičoch na tuhé palivo základným spaľovacím vzduchom. Prívod primárneho vzduchu výrazne ovplyvňuje horenie, tým pádom aj výkon spotrebiča. Privádza sa zo spodnej časti spotrebiča väčšinou cez popolník a rošt. Slúži vo fáze podpálenia paliva v ohnisku, kedy musí byť prísun primárneho vzduchu otvorený a dostupný. Po zohriatí spotrebiča a komína sa prívod postupne zníži pomocou páky alebo regulátora vzduchu.

Sekundárny vzduch umožňuje účinnejšie spaľovanie paliva. Pri sekundárnom spaľovaní dochádza k druhotnému vzplanutiu a spáleniu plynov uvoľnených z paliva. Obvykle prúdi vo vonkajšom plášti a do samotného ohniska cez regulátor. Jeho prítomnosťou dochádza k strhávaniu studeného vzduchu po vnútornej strane čelného skla, čím oplachuje sklo ohniska od sadzí. Je tu aj čiastočná úspora paliva, nakoľko je dym stláčaný znovu do ohniska, kde sa sčasti spaľuje. Sekundárny vzduch je dôležitý pre nízko emisné spaľovanie.

Terciárny prívod vzduchu podporuje sekundárne spaľovanie, čím sa zvýši účinnosť kachlí. Zároveň sa predĺži doba horenia a popritom dojde aj k zníženiu obsahu splodín. Terciárny vzduch sa privádza do spaľovacej komory v hornej oblasti, nad deflektorom zo zadnej steny ohniska, kde je už prehriaty. Vďaka tomu sa vyháňajú ťažké plyny, kde sa pri vysokých teplotách spaľujú.

Prívod vzduchu do kotla sa rozdeľuje na primárny a sekundárny vzdušný kyslík. Množstvo a pomer týchto dvoch zložiek privádzaného vzduchu je dôležitý pre dosiahnutie nízkoemisnej prevádzky, vysokej účinnosti a rovnomerného spaľovania bez výkyvov výkonu. Obidva kanály majú v sebe zabudované rotačné klapky, ktoré môžu byť mechanicky nastaviteľné, alebo nezávisle ovládané servomotormi práve na základe vyhodnotenia, v regulátore, množstva kyslíka v spalinách.

Moderné systémy regulácie prívodu vzduchu

Moderné kotly na tuhé palivá sú často vybavené pokročilými elektronickými regulátormi, ktoré umožňujú presné riadenie spaľovacieho procesu. Okrem elektronických systémov sa však stále používajú aj spoľahlivé mechanické regulátory.

Elektronické regulátory spaľovania

Elektronické regulátory spaľovania sú základom moderných kotlov. Splyňovacie kotly PYROGAS sú riadené elektronickým mikroprocesorovým regulátorom, ktorý spĺňa všetky požiadavky na jednoduchú obsluhu a vysoký komfort. Jedným z príkladov je regulátor s algoritmom Control Smart, ktorý robí z kotla univerzálne zariadenie prispôsobené na ovládanie ventilátora a čerpadla ústredného kúrenia. Tento systém funguje podobne ako PID regulácia, avšak bez priamej kontroly teploty spalín.

Pokročilé funkcie elektronických regulátorov

• Komunikácia s izbovým termostatom: Umožňuje bezdrôtové alebo káblové pripojenie k bežnému izbovému termostatu pre automatické riadenie teploty v miestnosti.
• PID regulácia teploty spalín: Pri aktivácii čidla PT-1000 a nastavení v servisnom menu, kotol po prekročení určitej teploty spalín (napr. 150 °C vo výstupe dymovodu) postupne znižuje výkon ventilátora. Toto znižovanie výkonu prívodu vzduchu pri príliš vysokej teplote spalín zamedzuje tepelným stratám a môže viesť k úspore paliva až cez 20 %.

Programovateľné nastavenia

Elektronické regulátory ponúkajú široké možnosti prispôsobenia prevádzky kotla:

Typy prevádzky ventilátora

Elektronické regulátory často ponúkajú dva režimy prevádzky ventilátora:

• CS (Automatic Control System): Výkon ventilátora je nastavený automaticky. Regulátor sám ovláda otáčky ventilátora počas rastu teploty kotla.
• STD (Standard): Silu fúkania si nastavuje užívateľ manuálne vo voľbách regulátora.

Pre pokročilé nastavenia a konfiguráciu je k dispozícii servisné menu, kde je možné upraviť detailné parametre pre optimálnu prevádzku. Ovládanie je zjednodušené pomocou grafického displeja a tlačidiel pre intuitívnu manipuláciu s nastaveniami a zobrazenie aktuálnych meraných hodnôt.

Lambda sonda pre dokonalé spaľovanie

Tak, ako každý moderný automobil je vybavený lambda sondou, je pre dokonalé spaľovanie vhodné, aby aj moderný splyňovací kotol mohol byť vybavený lambda sondou. Lambda sonda je keramický, elektrochemický analyzátor kyslíka namontovaný vo vyústení dymovodu kotla spojený s elektronickým regulátorom.

Úlohou lambda sondy je merať množstvo kyslíka v tomto potrubí a odovzdávať vo forme elektrického signálu túto hodnotu do elektronického regulátora konštrukčne schopného túto hodnotu počas prevádzky kotla vyhodnocovať a následne riadiť celý proces spaľovania tak, aby k horiacemu palivu - v našom prípade horiacemu palivovému drevu, resp. drevným briketám, bolo dodávané kontinuálne optimálne množstvo vzduchu.

Celý proces prívodu vzduchu, spaľovací proces a tok spalín kotlovým telesom až k dymovodu dokáže kvalitne zabezpečiť najmä kotol vybavený lambda sondou, a to za každých prevádzkových pomerov, t.j. po plnom naložení kotla palivom, jeho postupnej spotrebe počas horenia, dohorievaniu paliva, rôznej kvalite a druhu dreva (vždy však max. 20% vlhkosti), rôznom ťahu komína a pod.

Nato, aby tieto neustále sa meniace vplyvy na proces spaľovania boli eliminované, je nevyhnutné, aby chod kotla bol elektronicky riadený regulátorom, ktorý na základe nepretržitého vyhodnocovania teploty spalín dokáže riadiť otáčky ventilátora a vo výbave s lambda sondou aj množstvo kyslíka v spalinách so sofistikovaným algoritmom, automaticky ovládať aj servomotory tak, aby spaľovanie bolo čo najdokonalejšie. Takémuto spaľovaniu pri kúrení drevom, resp. drevnými briketami zodpovedá priemerný 5,26% zostatkový kyslík, čo predstavuje hodnotu lambdy λ=1,35.

Mechanické a termostatické regulátory

Okrem elektronických systémov sú v praxi rozšírené aj mechanické regulátory, ktoré fungujú na princípe tepelnej rozťažnosti a mechanického prenosu pohybu. REGULUS RT4 S je príkladom termostatického regulátora ťahu pre kotly na tuhé palivá, vybavený pákou do pravého uhla s vyložením 313 mm. Jeho hlavnou funkciou je regulovať výstupnú teplotu pracovnej kvapaliny zo zdroja na hodnotu nastavenú gombíkom.

Princíp fungovania

Pohyb termostatického člena, vyvolaný rastúcou teplotou pracovnej kvapaliny, je pomocou pákového mechanizmu a retiazky prenášaný na klapku prívodu spaľovacieho vzduchu do kotla. Keď teplota stúpa, klapka sa zatvára a kotol znižuje svoj výkon. Pri chladnutí pracovnej kvapaliny pôsobí tlačná pružina proti čidlu, klapka prívodu spaľovacieho vzduchu sa otvára a výkon kotla sa zvyšuje.

Technické údaje REGULUS RT4 S

Ďalšie typy regulátorov REGULUS

Sortiment regulátorov ťahu Regulus zahŕňa aj:

• REGULUS RT4 L: S predĺženou pákou.
• REGULUS RT4 T: S vyšším opláštením.
• REGULUS RT4P: Merací prístroj pre 3/4 kotol.

Tieto regulátory sú určené pre kotly na drevo, uhlie a viacpalivové kotly. Obmedzujú prívod vzduchu, čím regulujú silu horenia a predlžujú čas horenia paliva.

Optimalizácia prívodu sekundárneho vzduchu v kotle

V konštrukcii kotlov na tuhé palivá je dôležitý aj prívod sekundárneho vzduchu. Otvor pre prívod sekundárneho vzduchu sa zvyčajne nachádza v zadnej časti kotlového telesa. Vzduch prúdi do kotla cez kanáliky v žiarobetónových tvarovkách, čím sa predohrieva a vyúsťuje priamo do spaľovacej trysky. Týmto spôsobom sa zabezpečuje ekologickejšie spaľovanie s vyššou účinnosťou.

Odťahový spalinový ventilátor EBM-PAPST zabezpečuje spoľahlivý odvod spalín do dymovodu a konštantný pomer spaľovacieho vzduchu, ktorý je potrebný k ekologickému spaľovaniu s vysokou účinnosťou. Kombináciou regulácie ťahu komína komínovou klapkou a prívodu sekundárneho vzduchu sa podtlak spôsobený ťahom komína dostane len ku komínovej klapke. Nižšie v spotrebiči je už len atmosferický tlak, teda neuniká zbytočne veľa tepla. Horenie je pomalšie, spotrebič má dostatočný prísun vzduchu a produktový plyn z dreva má dostatok času i kyslíka na to, aby v spotrebiči dokonale vyhorel. Takto sa zároveň podporuje aj úspora energie.

Účinnosť a emisie spaľovania

Proces spaľovania je exotermický chemický proces prebiehajúci v spaľovacej žiarobetónovej komore za vysokých teplôt až 1200ºC. Horúce spaliny zo spaľovacej komory prechádzajú priestorom okolo stien teplovodného okruhu kotlového telesa, ktorým sú vodné plochy kotla a vodné lamely až do komína. Takto dochádza postupne k prenosu tepla zo spalín do vodného plášťa kotlového telesa, ktoré je následne odvádzané do vykurovacieho média - radiátory, podlahové kúrenie, zásobník teplej vody, akumulačná nádrž a pod.

Rýchlosť prúdenia spalín, veľkosť vodnej plochy kotlového telesa, robustnosť, tvar a kvalita žiarobetónovej spaľovacej komory a čas, za aký sa spaliny dostanú až k ústiu dymovodu kotla, sú taktiež dôležité pre účinnosť kotla. U moderných kotlov sa strata citeľným teplom spalín /komínová strata/ môže pohybovať na úrovni 6-8%. Pri tejto hodnote, ako hlavnej zložke výpočtu účinnosti kotla, je možné dosiahnuť účinnosť kotla nad 89-93%, čomu zodpovedá výstupná teplota spalín z kotla cca 140 - 180 ºC. Vyššia účinnosť nad cca 93%, resp. nižšia teplota spalín pod 120ºC môže mať na druhej strane za následok zhoršenie komínového ťahu do tej miery, že spaliny prechádzajúce komínom začnú kondenzovať. U dobre skonštruovaných moderných kotlov je možné dosahovať prevádzkové hodnoty emisií výrazne nižšie než uvádza trieda 5 v EN 303.5.

tags: #regulator #sekundarneho #vzduchu #kotol