Odvod spalin od spotřebičů na spalování biomasy

spalinové cesty

Moderní kotle na biomasu musí podle Ekodesignu plnit požadavky na účinnost, která se blíží hranici 90 °C. Toho lze docílit pouze tím, že se oproti dřívějším konstrukcím významně snižuje teplota spalin, vystupujících z kotle při jmenovitém výkonu do spalinové cesty za kotlem. Zatímco dříve byla tato teplota běžně vyšší jak 200 °C, u moderních kotlů se často blíží hranici 100 °C. To ovšem klade nesrovnatelně vyšší nároky na kvalitu provedení spalinové cesty, a to především na odolnost proti potenciálně vznikajícímu kondenzátu. Článek jednoduše a přehledně shrnuje základní požadavky, které jsou kladeny na spalinové cesty, určené pro odvod spalin právě z moderních spalovacích zdrojů na biomasu.

Recenzent: Zdeněk Lyčka

Úvod

Vývoj spotřebičů paliv, vyvolaný požadavky na racionální využití energií a na ochranu životního prostředí, měl a stále má za následek i nový technický vývoj v oblasti komínů a kouřovodů. Proto jsou zde vytvořena pravidla, která tyto požadavky z hlediska funkce, bezpečnosti, životnosti a ochrany životního prostředí respektují. Specifikace základních provozních požadavků je zakotvena v obecné technické normě ČSN EN 1443 – Komíny – Obecné požadavky [1], v platném znění. Při návrhu nové nebo posouzení stávající spalinové cesty pro odvod spalin od spotřebičů na spalování biomasy se zaměřím na ty následující.

V souvislosti s hledáním alternativních náhrad zdrojů energie pro vytápění, ať už jde o ekonomické důvody, či z hlediska okamžité a dlouhodobé dostupnosti nebo ekologie, patří biomasa jednoznačně mezi preferovaná paliva. A to platí nejen pro velké, ale i malé zdroje tepla. Cenným obnovitelným zdrojem energie v našich podmínkách je biomasa. Energetickou biomasu produkuje zemědělství, lesnictví, průmysl. Jestliže hovoříme o biomase jako palivu, je třeba rozlišit jeho původ, složení, formu a následně vlastnosti.
Z hlediska zdrojů jsou nejrozšířenější 4 hlavní skupiny biomasy: dřevní, bylinná, ovocná a směsná. Z hlediska zdrojů – např. u dřeva – rozlišujeme přírodní dřevo, produkty a zbytky dřevozpracujícího průmyslu, použité dřevo, směsi apod.

Požadavky na spalinovou cestu

Navrhování spalinové cesty pro odvod spalin od spotřebičů na spalování biomasy nepatří mezi obzvlášť náročné úlohy, přesto však má svá specifika. Jaké jsou parametry částí spalinové cesty (nejčastěji minimálně komín + kouřovod) vyjadřujeme třídicím znakem podle ČSN EN 1443 [1]. Z tohoto hlediska hovoříme o těchto následujících třídách:

Teplotní třída

Teplotní třída: obecně T 080 až T 600. Udává, pro jakou nejvyšší teplotu spalin je komín nebo kouřovod schopen bezpečného provozu. Teplotní třída musí odpovídat parametrům připojeného spotřebiče. U spotřebičů na spalování biomasy se můžeme setkat s poměrně širokým rozpětím teplot v závislosti na jejich konstrukci. Ale vzhledem k tomu, že se jedná o spotřebiče na pevná paliva, uvažujme jako univerzální řešení teplotní třídu T400 (samozřejmě i vyšší).

Tlaková třída

Obecně rozlišujeme tlakové třídy takto: N1, N2 – pro komíny s přirozeným tahem; dále potom P1, P2 – nízký přetlak do 200 Pa; M1, M2 – střední přetlak do 1500 Pa; H1, H2 – pro vysokopřetlakové komíny do 5000 Pa.
Zde musíme vycházet z konstrukce spotřebiče. U spotřebičů na spalování biomasy můžeme zpravidla požadavek omezit na první 2 skupiny, to je skupina N pro odvod spalin přirozeným tahem nebo P pro odvod spalin v nízkém přetlaku. Mezi laickou veřejností je rozšířený názor, že kotel s ventilátorem nebo přetlakovým hořákem vyžaduje vždy odvod spalin v přetlaku. Tento názor je mylný a vždy záleží na konkrétních podmínkách řešení spalinové cesty (průměry úseků, jejich účinné výšky). Otázku podtlak (přirozený tah) vs. přetlak zodpoví pouze výpočet spalinové cesty podle platné metodiky (ČSN EN 1443–1) [2].

Odvod spalin v přetlaku od malých peletových spotřebičů

Zde byla svého času i v odborných kruzích diskutována a částečně prosazována myšlenka odvodu spalin v přetlaku malými průměry kouřovodu a komína s tím, že toto řešení je řádně podloženo výpočtem spalinové cesty. Argumentace se opírala o předpoklad, že takový návrh je sice v rozporu s požadavky platných technických norem, ovšem technické normy (až na přesně specifikovaná ustanovení – popsaná právními předpisy) nejsou obecně závazné a tak navrhované řešení, podložené výpočtem, je v pořádku.
Opomíjeným faktem ovšem vždy zůstává, zda takový návrh tzv. jiného či „kvalitnějšího“ řešení zajistí uživatelům spolehlivost a provozní bezpečnost v míře stanovené technickými normami. Základním požadavkem je, že každá spalinová cesta musí zajistit spolehlivý odvod spalin a jejich rozptyl za všech provozních podmínek [3]. A právě čistě přetlakové řešení toto nesplňuje. (Poznámka: všechny výpočty spalinových cest vycházejí z předpokladu provozu v ustálených podmínkách [2])

Výrobce peletových spotřebičů je mimo jiné povinen podle ČSN EN 14785:2007 definovat požadavek na podtlak na spalinovém hrdle při jmenovitém i sníženém výkonu spotřebiče a je v jeho zájmu tyto údaje publikovat (i když ne vždy tomu tak v praxi je). Pokud však není takový, zcela obecný a logický, požadavek respektován, nastává v určitých případech nekomfortní až kritická situace. Tou je např. výpadek elektrického proudu. A tento provozní stav přetlakové řešení bez dalších podpůrných technických opatření nezvládne. Absence podtlaku, který se v určitých situacích stává tím jediným „motorem“ spotřebiče, je chybou, která nerespektuje logiku provozních požadavků spotřebiče.

Poznámka: Touto problematikou se podrobněji zabývá také publikace Komentované vydání ČSN 73 4201 ed.2 [6]

Třída odolnosti proti působení kondenzátu

Třídy odolnosti proti působení kondenzátu: D – pro komíny provozované v suchém provozním režimu; W – pro komíny provozované v mokrém provozním režimu.
Provozní režim úzce souvisí s teplotou spalin spotřebiče. Skutečnost, zda se jedná o suchý nebo mokrý provoz ověřujeme výpočtem spalinové cesty podle [2]. Zodpovědné posouzení provozních podmínek úzce souvisí s korozní odolností a v kombinaci obou parametrů ovlivní zásadně volbu materiálu komínové vložky.

Třída odolnosti proti korozi

Třídy odolnosti proti korozi se obecně deklarují v závislosti na použitém palivu, u kovových komínů, kouřovodů a vložek je ještě navíc rozhodující vazba na konkrétní materiál vložky či kouřovodu. Pochopení problematiky korozní odolnosti je naprosto zásadní při rozhodnutí o volbě materiálu komínové vložky. Třídy obecné odolnosti proti korozi jsou uvedeny v tab. 1 (pro přehlednost záměrně zjednodušené).

Z tab. 1 je zřejmé, že komínová vložka druhé třídy korozní odolnosti vyhoví pouze palivům z dřevní biomasy na bázi přírodního dřeva. Třídu 2 korozní odolnosti pokryje bez problémů většina keramických a kovových produktů. Pokud však požadujeme z hlediska použitého paliva třídu korozní odolnosti vyšší, musíme u kovových komínů navíc zohlednit režim provozu spalinové cesty.

Tab. 1 • Třídy odolnosti proti korozi ČSN EN 1443 [1].

Tab. 2 • Třídy odolnosti proti korozi ČSN EN 13384–1 +A1 [2].

V případě mokrého provozu kovové matriály tuto třídu nesplňují a nechceme-li se smířit s nutností výměny komínové vložky v řádu několika jednotek roků, je nutno použít keramiku. Kromě toho, že tuto problematiku řeší evropské technické výrobkové normy pro kovové komíny a kouřovody, byla pracovištěm VŠB Ostrava publikována zajímavá studie [4], která se zabývala právě korozními problémykovových (nerezových) komínových vložek při spalování pevných paliv včetně různých druhů biomasy. Z podrobných analýz vyplynulo, že komínové vložky, i když z předepsaných materiálů, mohou být v případě použití pevných paliv nedostačující.

Tato studie jednoznačně potvrzuje limity použití korozivzdorných materiálů při spalování pevných paliv při mokrém provozu, a to nejen přítomností síry, typické při spalování uhlí, ale především halogenidů a chloridů, jejichž zdrojem může být právě biomasa [5]. Větším problémem se zde ukázal obsah chloridů, které byly rozhodující příčinou bodové koroze, která vedla k rychlému proděravění komínové vložky.

Třída odolnosti při vyhoření sazí

Obecně: O – pro komíny bez odolnosti; G – odolné při vyhoření sazí; (pro úplnost ještě As – pro samostatné příslušenství s odolností při vyhoření sazí).
Komíny, komínové vložky, kouřovody, konstrukční prvky a příslušenství s označením „O“ lze použít pouze ke spotřebičům spalujícím plynná nebo kapalná paliva, v případě biomasy tedy nevyhovují. Komíny, komínové vložky, kouřovody, konstrukční prvky a příslušenství s označením „G“ lze použít ke spotřebičům spalujícím všechny druhy paliv. Je to nutná normativní podmínka [1].

Závěr

Navrhování spalinových cest pro spotřebiče na spalování biomasy nepatří mezi příliš obtížné úkoly. Funkčnost spalinové cesty musí být prokázána tepelně technickým a hydraulickým výpočtem podle platných norem [2]. Jistým úskalím zde může být nedostatek relevantních informací výrobce spotřebiče, neúplnost či věrohodnost poskytovaných údajů.

To je ovšem v praxi obecný problém, který se netýká pouze spotřebičů na spalování biomasy. U spotřebičů s ventilátorem je třeba objektivně vyhodnotit provozní podmínky při výpadku dodávky elektrické energie a při návrhu s touto situací reálně uvažovat. V případě kovových komínů je nutno věnovat pozornost požadavkům na korozní odolnost. Jestliže je zde riziko použití paliva s nárokem na korozní odolnost komínové vložky ve 3. třídě při mokrém provozu, nemohou tyto materiály reálně přežít více než několik málo let.

Podmínkou pro uvedení spalinové cesty do provozu je potom samozřejmě v souladu s platnou legislativou provedení její řádné revize.
Příspěvek zazněl dne 18. května v rámci odborného programu na tradiční konferenci Vytápění Třeboň 2023. Pořadatelem konference je Společnost pro techniku prostředí – odborná sekce Vytápění.

Literatura

[1] ČSN EN 1443. Komíny – Obecné požadavky. 2020–1. ČAS. Praha.
[2] ČSN EN 13384–1+A1. Komíny – Tepelně technické a hydraulické výpočtové metody – Část 1: Samostatné komíny. 2020–11. ČAS. Praha.
[3] ČSN 73 4201 ed. 2. Komíny a kouřovody – Navrhování, provádění a připojování spotřebičů paliv. 2016–12. ÚNMZ. Praha.
[4] BLAHETOVÁ, Marie – HORÁK, Jiří – KUBESA, Petr – LASEK, Stanislav – OCHODEK, Tadeáš: Hodnocení korozního napadení komínových vložek. Koroze a ochrana materiálů. Asociace korozních inženýrů, 2016, 2016/2 (60(2)), s. 50–58. ISSN 1804–1213.
[5] VOLÁKOVÁ, Pavlína: Prvkové složení biomasy. Biom.cz [online]. 2010-09-08 [cit. 2023-09-05]. Dostupné z: https://biom.cz/cz/odborne-clanky/prvkove-slozeni-biomasy>. ISSN: 1801–2655.
[6] JIŘÍK, František: Komentované vydání ČSN 73 4201 ed.2. Komíny a kouřovody, navrhování, provádění a připojování spotřebičů paliv. 1.vyd., Praha: Společenstvo kominíků ČR, 2018, brož., obr., 42 s. ISBN: 978-80-907017-5-5.

Flue gas discharge from biomass combustion appliances

According to the current Eco-design Directive, modern biomass boilers must meet efficiency requirements, which are close to 90 °C limit. This can only be achieved by significantly reducing temperature of flue gas entering the flue gas path behind the boiler at rated output compared to earlier designs. While previously this temperature was normally higher than 200 °C, in modern boilers it often approaches the limit of 100 °C. This, however, places incomparably higher demands on the quality of flue gas path design, and above all on resistance to potentially arising condensate. The article simply and clearly summarizes the basic requirements that are placed on flue gas paths, intended for flue gas discharge from modern biomass combustion sources.

Keywords: renewable sources, biomass combustion boilers, flue gas path, wood fuels, household heating.