System odprowadzania spalin

System odprowadzania spalin ma początek na króćcu wylotowym kotła i jego zadaniem jest bezpieczne odprowadzenie do otoczenia spalin powstających w procesie spalania paliw. W skład systemu wchodzą kanały spalinowe wewnątrz i na zewnątrz kotłowni, komin i ewentualne dodatkowe elementy instalacji jak kompensatory, tłumiki hałasu czy klapy spalin.

Wszystkie komponenty instalacji spalania, zaczynając od palnika wraz z wentylatorem przez kocioł, ekonomizer, kanały spalinowe, tłumik hałasu, a kończąc na kominie muszą być starannie dopasowane do siebie. Tylko wtedy system może działać długotrwale bezawaryjnie we wszystkich warunkach roboczych. Niedopasowanie lub nieprawidłowe wykonanie poszczególnych komponentów zakłóca działanie całego systemu np. wywołując drgania, nienormalne hałasy, zwiększoną emisję zanieczyszczeń czy niestabilność procesu spalania.

Systemy odprowadzania spalin muszą być projektowane zgodnie z przepisami krajowymi i lokalnymi oraz odnośnymi normami.

Kanały spalinowe muszą być budowane z materiałów niepalnych i być odporne na działanie spalin i wysokiej temperatury. Cały system odprowadzania spalin z kotła parowego musi być wykonany z materiałów wytrzymałych na temperaturę sięgającą 350 °C. Jeśli kocioł posiada 4. ciąg lub jest kotłem odzysknicowym wykorzystującym ciepło spalin wylotowych z modułu kogeneracyjnego lub turbiny gazowej system odprowadzania spalin musi być przystosowany do najwyższych temperatur, które mogą się pojawić w każdym z tych przypadków.

Systemy odprowadzania spalin i wysokości kominów często muszą spełniać wymogi obowiązujące w poszczególnych krajach. W tym poradniku są opisane tylko najważniejsze zasady funkcjonalnego projektowania systemów.

Rurociąg spalinowy (czopuch)

Rurociąg spalinowy stanowi połączenie między wylotem kotła i wlotem do komina. Powinien być jak najkrótszy, mieć korzystną dla przepływu geometrię i jak najmniej załamań kierunku (kolan, łuków), aby utrzymać niskie straty ciśnienia i ciepła. Redukcje, ale też zwiększenia średnic rur, nie powinny następować skokowo, ale z zachowaniem kąta przejściowego maksymalnie 30°. Rurociąg spalinowy powinien być włączony do komina pod kątem 30 – 45°.

Ogólne wymagania dla rurociągów spalinowych

Wymiarowanie

Rurociąg spalinowy ze wszystkimi komponentami jak klapy spalin, kompensatory i tłumiki hałasu mogą zazwyczaj mieć taką samą średnicę nominalną na całej długości do komina równą średnicy wylotu spalin z kotła.

W obliczeniach nie powinno się przekraczać orientacyjnej prędkości 16,5 m/s w odniesieniu do temperatury spalin na wylocie z kotła. W związku z tym, że prędkość orientacyjna odnosi się do strumienia objętościowego w warunkach roboczych, trzeba najczęściej podawany strumień masowy spalin przeliczyć na strumień objętościowy w warunkach roboczych.

Przeliczenia można dokonać w oparciu o prawo gazu doskonałego:

Wzór: Warunki normalne i warunki standardowe

Przykład dla gazu ziemnego E:

λ = 1,15 Nadwyżka powietrza

ṁ_spal = 10 000 Strumień masowy spalin [kg/h]

p_n,spal = 1,244 Gęstość spalin w warunkach normalnych [kg/m³_n]

T_rob = 250 / 523,15 Temperatura spalin [°C]/[K], za kotłem i przed ekonomizerem

p_rob= p_n = 1,01325 Ciśnienie otoczenia [bar] (pomija się odchyłkę od wartości w warunkach normalnych)

Wartość ciągu kominowego obliczona przez producenta komina może wymagać większych średnic nominalnych przewodów spalinowych, zwłaszcza gdy komin jest niski i przewody spalinowe są długie.

Tłumik hałasu spalin

Tłumiki hałasu spalin mają zmniejszać emisję hałasu towarzyszącego spalaniu paliw. Aby tłumik hałasu działał prawidłowo, musi być dobrany odpowiednio do częstotliwości dźwięku emitowanego przez palnik, mocy kotła i wymaganej przepisami dopuszczalnej emisji hałasu.

Charakterystka korekcyjna częstotliwości A i odpowiadający jej całkowity poziom ciśnienia akustycznego w zależności od mocy cieplnej kotła

Towarzyszący procesowi spalania dźwięk rozprzestrzenia się w powietrzu poprzez powierzchnię systemu odprowadzania spalin i wydostaje się przez komin. Dźwięki emitowane przez instalację kotłową przeważnie mają niską częstotliwość.

Ten hałas mogą skutecznie ograniczać tłumiki hałasu spalin. Tłumiki hałasu należy dobierać na zakres częstotliwości dźwięków emitowanych przez spaliny na wylocie z komina instalacji kotłowej, aby utrzymać emisję hałasu w granicach wymaganych przepisami.

Wykres na rys. 125 przedstawia przeciętny poziom ciśnienia akustycznego emitowanego przez kocioł bez tłumika hałasu spalin mierzony przy wylocie komina. System spalania (konstrukcja palnika, profil strumienia spalin kształtujący się w komorze spalania) i system odprowadzania spalin (zmiany kierunku, długość i średnica przewodów spalinowych) znacząco wpływają na poziom emitowanego hałasu, wobec czego mogą być tu podane jedynie wartości orientacyjne poziomu ciśnienia akustycznego. W przypadku instalacji wielokotłowej należy zsumować wartości ciśnienia akustycznego wszystkich kotłów.

Projektując przewody spalinowe należy wziąć pod uwagę, że w zależności od wymagań może być potrzebny tłumik hałasu o znacznej długości, który musi być umieszczony wewnątrz lub na zewnątrz pomieszczenia kotłowni przed wlotem do komina.

Jeśli emitowany hałas musi być ograniczony w dużym stopniu, np. w okolicach szpitali, zaleca się ze względu na złożoność problematyki skorzystać z pomocy eksperta w dziedzinie emisji hałasu przy projektowaniu konkretnego tłumika hałasu spalin.

Komin

Zadaniem komina jest odprowadzenie spalin i zawartych w nich szkodliwych substancji do otoczenia w sposób bezpieczny oraz zapewniający niezakłócone zmieszanie ze otaczającym powietrzem w celu dostatecznego rozrzedzenia substancji szkodliwych wydalanych wraz ze spalinami. Komin powinien znajdować się blisko kotłowni, aby uniknąć prowadzenia spalin długimi kanałami i odprowadzać spaliny pionowo do góry. Ograniczanie swobodnego wylotu spalin z komina przez zakrzywioną nasadę kominową lub daszek przeciwdeszczowy jest niedopuszczalne.

Wysokość komina

Minimalna wymagana wysokość komina jest określona w krajowych przepisach dotyczących utrzymania czystości powietrza.

Przekrój komina i ciąg kominowy

Spaliny w kominie mają wyższą temperaturę niż powietrze atmosferyczne. Wskutek tego w kominie i wznoszących się odcinkach przewodu spalinowego występuje efekt (ciąg) kominowy. Efekt kominowy powoduje spontaniczny przepływ spalin i wytwarzanie się podciśnienia w kominie i częściach rurociągu spalinowego. Siłą napędową efektu kominowego są różnice gęstości wynikające z różnicy temperatury między powietrzem zewnętrznym i wewnętrznym w kominie.

Przekrój komina musi być na tyle duży, aby siła efektu kominowego mogła pokonać opory przepływu występujące na drodze spalin od wylotu z kotła do komina. Z drugiej strony przekrój nie może być za duży, aby spaliny utrzymywały prędkość co najmniej 6 m/s na wylocie z komina, by nie spowodować powstania zbyt dużego podciśnienia na końcu kotła, co dotyczy przede wszystkim kominów bardzo wysokich.

Przewody spalinowe powinny być w każdym wypadku wymiarowane przez firmę wyspecjalizowaną w budowie systemów odprowadzania spalin i producenta kotła.