27 lipiec 2023
W drugiej części Pytań i Odpowiedzi kontynuujemy analizę kluczowych parametrów związanych z procesem spalania. Tym razem skupimy się na omówieniu istotnych aspektów związanych ze sprawnością kotła grzewczego. Zapraszamy do lektury artykułu, gdzie szczegółowo wyjaśniamy zagadnienia związane z tym tematem.
Jeśli nie zapoznałeś się z pierwszą częścią, w której odpowiadamy na pytania:
- Co to jest nadmiar powietrza?
- Co oznacza wartość lambda (λ)?
- W jaki sposób analizator spalin wyznacza nadmiar powietrza?
- Jakich wartości nadmiaru powietrza można się spodziewać?
- Dlaczego wartość nadmiaru powietrza nie może być zbyt wysoka?
to gorąco zachęcamy do lektury pod tym adresem:
Co to jest sprawność kotła?
Sprawność kotła jest kluczowym wskaźnikiem, który informuje nas, jak skutecznie kocioł przekształca dostarczone paliwo w ciepło. Głównym celem kotła jest wytwarzanie energii cieplnej poprzez proces spalania, w którym cząsteczki węgla oraz związki wodoru zawarte w paliwie reagują z tlenem dostarczonym z atmosfery.
Sprawność kotła jest wyrażana jako procent i wskazuje, ile procent energii zawartej w paliwie jest rzeczywiście zamieniane na ciepło, a ile procent ulega stratom. Im wyższa wartość sprawności, tym bardziej efektywny jest kocioł w wykorzystywaniu dostarczonej energii.
W przypadku kotłów kondensacyjnych, sprawność kotła kondensacyjnego jest zazwyczaj wyższa dzięki odzyskiwaniu ciepła utajonego z pary wodnej. Oznacza to, że mniej energii jest tracone w postaci niewykorzystanego ciepła, co przyczynia się do niższych kosztów ogrzewania oraz bardziej ekologicznego korzystania z dostępnych zasobów.
W jaki sposób analizator oblicza sprawność kotła?
Analizator spalin oblicza sprawność kotła na podstawie pomiarów takich jak temperatura spalin oraz zawartość tlenu lub dwutlenku węgla w spalinach opuszczających kocioł.
Proces ten obejmuje:
- Pomiar temperatury spalin: Temperaturę spalin mierzy się, aby określić, ile ciepła jest tracone przez komin.
- Pomiar zawartości tlenu i dwutlenku węgla: Stężenie tych gazów jest kluczowe dla określenia, jak efektywnie paliwo jest spalane.
- Wprowadzenie parametrów paliwa: Analizator uwzględnia specyficzne parametry paliwa, takie jak jego skład chemiczny, wartość opałowa, i inne charakterystyczne właściwości, które wpływają na proces spalania i wydajność kotła.
Na podstawie tych pomiarów analizatory spalin wykorzystują wbudowane algorytmy do obliczenia sprawności kotła, czyli stosunku użytecznego ciepła do energii dostarczonej przez paliwo. Dokładne obliczenie wymaga uwzględnienia wszystkich tych parametrów, co pozwala na precyzyjne określenie efektywności energetycznej kotła.
Jakie powinny być poziomy tlenu w spalinach, aby utrzymać wysoką sprawność kotła?
Teoretycznie w idealnych warunkach najwyższa sprawność byłaby osiągnięta przy zerowej zawartości tlenu w spalinach i minimalnej różnicy między temperaturą spalin a temperaturą powietrza wykorzystanego w procesie spalania.
W rzeczywistości jednak, aby zapewnić pełne spalanie i skuteczne odzyskanie całej energii z dostarczonego paliwa, konieczne jest dostarczenie większej ilości powietrza niż wynikałoby to z teoretycznych (tzw. stechiometryczne) warunków spalania. To dlatego pewna zawartość tlenu w spalinach jest pożądana.
Gdy poziom tlenu jest zbyt niski, dochodzi do tak zwanego “bogatego spalania”, w którym część węgla z dostarczonego paliwa nie ulega pełnemu utlenieniu, co z kolei prowadzi do wysokiej zawartości toksycznego i niebezpiecznego tlenku węgla (CO) w spalinach.
Z drugiej strony zbyt wysoka zawartość tlenu w spalinach prowadzi do znacznych strat ciepła i co za tym idzie, znacznego spadku sprawności kotła.
Typowe odczyty tlenu w spalinach, które pozwalają zachować wysoką sprawność dla kotła zasilanego gazem ziemnym powinny wynosić od 3% do 5%, dla kotła olejowego od 5% do 8%, a dla kotła opalanego węglem od 8% do 10%.
Czym się różni sprawność spalania netto od sprawności spalania brutto?
Obliczenia wydajności spalania netto i brutto różnią się głównie sposobem traktowania energii zawartej w parze wodnej, która powstaje podczas spalania.
- Sprawność spalania netto uwzględnia odzyskiwanie ciepła utajonego z pary wodnej, co jest charakterystyczne dla kotłów kondensacyjnych. Te kotły wykorzystują dodatkowy wymiennik ciepła, aby skroplić parę wodną zawartą w spalinach, co zwiększa ich efektywność. Dzięki temu osiągają sprawność nawet do 95%.
- Sprawność spalania brutto odnosi się do starszych kotłów tradycyjnych, gdzie energia zawarta w parze wodnej nie jest odzyskiwana, co oznacza, że kotły te tracą więcej energii. Wartość sprawności brutto jest zazwyczaj niższa o około 8% w porównaniu do sprawności netto.
Dzięki kotłom kondensacyjnym, które wykorzystują technologię odzyskiwania ciepła utajonego, można osiągnąć wyższą efektywność energetyczną. Obecnie większość producentów urządzeń grzewczych podaje sprawności kotłów w oparciu o sprawność spalania netto.
Czy sprawność spalania netto może przekroczyć 100%?
Kotły kondensacyjne mają wyższą sprawność spalania dzięki wykorzystaniu dodatkowego wymiennika ciepła, który odzyskuje energię z gazów spalinowych tuż przed ich wylotem. W konwencjonalnych kotłach spaliny opuszczają system przy wysokiej temperaturze, co oznacza utratę znacznej ilości ciepła.
Natomiast w kotłach kondensacyjnych spaliny schładzają się poniżej punktu rosy, co prowadzi do kondensacji pary wodnej. W tym procesie uwalniane jest utajone ciepło, które zostaje odzyskiwane i ponownie wykorzystywane, co znacząco zwiększa efektywność kotła, osiągając sprawność do 95%, podczas gdy tradycyjne kotły grzewcze mają sprawność ok. 70-80%.
Dodatkowy wymiennik ciepła, który posiada kocioł kondensacyjny umożliwia wykorzystanie ciepła z kondensacji pary wodnej zawartej w spalinach, co prowadzi do oszczędności energii i wyższej sprawności. W praktyce oznacza to, że więcej energii ze spalania paliwa jest przekształcane w ciepło użytkowe, a mniej jest marnowane jako ciepło w spalinach. Dzięki temu kotły kondensacyjne są bardziej ekonomiczne i ekologiczne.
Dlaczego kotły kondensacyjne mają wyższą sprawność spalania?
Jeśli szukasz profesjonalnego analizatora spalin do swoich kotłów Firma Merserwis, jako oficjalny dystrybutor analizatorów spalin marek Kane International i Sauermann, oferuje szeroką gamę produktów, w tym serwis, wsparcie techniczne, prezentacje i szkolenia. Nasze analizatory spalin dokładnie mierzą takie czynniki jak między innymi temperatura spalin oraz zawartość tlenu i dwutlenku węgla, co pozwala na precyzyjne obliczenie sprawności kotła. Przekonaj się:
Antoni Klonowski