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.

 

 
Information

Ogólne wymagania dla systemów odprowadzania spalin są zawarte w normie EN 1443. Wykonanie systemów odprowadzania spalin musi być zgodne z lokalnie obowiązującymi przepisami prawa budowlanego oraz przepisami z zakresu budowy kominów spalinowych.

Kominy wolnostojące muszą spełniać oprócz wymogów zawartych w przepisach prawa budowlanego także wymagania dotyczące kominów przemysłowych, kominów stalowych oraz wymagania określone w normie EN 13084-1.

Metody obliczeń przepływowych są podane w normach EN 13384 dla kominów wewnętrznych i zewnętrznych w budynkach oraz EN 13084-1 dla kominów wolnostojących.

 

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°.

 

Wymóg

Wykonanie

Utrzymanie stałych warunków
w komorze spalania

Obliczanie na +0/-1 mbar na końcu kotła
Zalecany jeden ciąg kominowy na każdy kocioł

Mała strata ciśnienia

Przewody krótkie, mało zmian kierunku (kolan), geometria korzystna
dla przepływu

Mała strata ciepła

Izolacja przewodów

Odwadnianie

Spusty kondensatu, neutralizacja kondensatu

Zapewniony swobodny przelot
przez przewód

Wykonać otwory rewizyjne i wyczystkowe

Pomiar emisji

Zainstalować króćce do pomiaru emisji

Czyszczenie i inspekcja

Wykonać otwory rewizyjne i wyczystkowe w każdym punkcie
zmiany kierunku

Kompensacja wydłużeń termicznych

Zastosować kompensatory

Wytrzymałość

Temperatura do 350 °C, odporność na korozję wywoływaną
przez kondensat

Wytrzymałość na ciśnienie

Dla pracy w warunkach nadciśnienia i podciśnienia

Gazoszczelność

Gazoszczelność zgodnie z EN 1856

Zagrożenie przez brak powietrza

Zainstalowane klapy spalin i powietrza dolotowego z wyłącznikiem
krańcowym z funkcją bezpieczeństwa

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:

 

 
Berechnung

Przestawione równanie gazu doskonałego do obliczania gęstości gazów w warunkach roboczych

ρrob

Gęstość w warunkach roboczych

ρn

Gęstość w warunkach normalnych

Trob

Temperatura w warunkach roboczych [K]

Tn

Temperatura w warunkach normalnych (273,15 K)

prob

Ciśnienie w warunkach roboczych [bar]

pn

Ciśnienie w warunkach normalnych (1,01325 bar)

 

Przykład dla gazu ziemnego E:

λ = 1,15 Nadwyżka powietrza

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

pn,spal = 1,244 Gęstość spalin w warunkach normalnych [kg/m³n]

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

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

 

 
Berechnung

Przykład obliczenia gęstości spalin w warunkach roboczych

ρrob = kg mn³ 273,15 K K ⋅ 1 = 0,649 kg

 

Wzór na obliczenie wymaganej średnicy nominalnej przewodu spalinowego

DN

Średnica nominalna rury

V·

Strumień objętościowy [kg/h]

Strumień masowy [kg/s]

ρ

Gęstość [kg/m³]

u

Orientacyjna prędkość według tabeli [m/s]

 

Przykład obliczenia wymaganej średnicy nominalnej rurociągu spalinowego

DN ≥
4 ⋅
V̇ (Strumień objętościowy [kg/h])
kgh
π ⋅
ρ (Gęstość [kg/m³])
kgu (Orientacyjna prędkość według tabeli [m/s])
ms
1 h 3 600 s ⋅ ( 1 000 mm 1 m
= 574 mm

→ Min. średnica nominalna DN 630

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

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

 

Moc cieplna kotła

[kW]

≤ 600

≤ 1 350

≤ 2 500

≤ 5 000

≤ 10 000

≤ 15 000

> 15 000

Oczekiwana wartość całkowitego
poziomu ciśnienia akustycznego

[dB(A)]

75

81

85

87

94

100

107

 

Information

Wartości przedstawione na rys. 125 są jedynie wartościami orientacyjnymi, odnoszącymi się do poszczególnych kotłów bez tłumików hałasu. Pomiary wykonano przy wylocie komina w odległości 1 m pod kątem 45°.

 

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.