Účinnost a hospodárnost topného systému s kotlem na tuhá paliva přímo závisí na druhu paliva. Kromě palivového dřeva a dřevozpracujícího odpadu se jako nosič energie aktivně využívá uhlí různých typů. Teplota spalování uhlí je jedním z důležitých ukazatelů, ale měla by být zohledněna při výběru paliva do topeniště nebo kotle?
Uhlí: odrůdy a vlastnosti
Uhlí se liší především původem. Jako zdroj energie se využívá dřevěné uhlí, které se získává spalováním dřeva, a také fosilní paliva.
Fosilní uhlí jsou paliva vytvořená přírodou. Skládají se z pozůstatků prastarých rostlin a živičných hmot, které prošly řadou proměn v procesu klesání pod zem do velkých hloubek. Přeměna výchozích látek na účinné palivo probíhala za vysokých teplot a v podmínkách nedostatku kyslíku pod zemí. Mezi fosilní paliva patří hnědé a černé uhlí a také antracit.
hnědé uhlí
Mezi fosilními uhlími jsou nejmladší hnědé uhlí. Palivo dostalo svůj název podle své hnědé barvy. Tento typ paliva se vyznačuje velkým množstvím těkavých nečistot a vysokým obsahem vlhkosti – až 40 %. V tomto případě může množství čistého uhlíku dosáhnout 70%.
Díky vysoké vlhkosti má hnědé uhlí nízkou teplotu spalování a nízký přenos tepla. Palivo se vznítí při 250°C a spalovací teplota hnědého uhlí dosahuje 1900°C. Výhřevnost je přibližně 3600 kcal/kg.
Jako nosič energie je hnědé uhlí ve své přirozené formě horší než palivové dřevo, takže se zřídka používá pro kamna a jednotky na tuhá paliva v soukromých domech. Ale briketované palivo je trvale žádané.
Hnědé uhlí v briketách je palivo, které prošlo speciální přípravou. Snížením vlhkosti se zvyšuje jeho energetická účinnost. Přenos tepla briketovaného paliva dosahuje 5000 kcal/kg.
černé uhlí
Černá uhlí jsou starší než uhlí hnědé, jejich ložiska se nacházejí v hloubce až 3 km. V tomto typu paliva může obsah čistého uhlíku dosáhnout 95% a těkavých nečistot – až 30%. Tento nosič energie neobsahuje více než 12 % vlhkosti, což má pozitivní vliv na tepelnou účinnost minerálu.
Teplota spalování uhlí za ideálních podmínek dosahuje 2100°C, ale v topné peci je palivo spalováno maximálně při 1000°C. Přenos tepla uhelného paliva je 7000 kcal/kg. Je obtížnější zapálit – k zapálení vyžaduje zahřátí až na 400°C.
Energie uhlí se nejčastěji využívá k vytápění obytných budov a dalších budov.
Antracit
Nejstarší pevné fosilní palivo, které neobsahuje prakticky žádnou vlhkost a těkavé nečistoty. Obsah uhlíku v antracitu přesahuje 95 %.
Měrný přenos tepla paliva dosahuje 8500 kcal/kg – to je nejvyšší ukazatel mezi uhlím. Za ideálních podmínek hoří antracit při 2250°C. Vznítí se při teplotě minimálně 600°C – to je ukazatel pro nejnižší kalorické typy. Zapálení vyžaduje použití dřeva k vytvoření potřebného tepla.
Antracit je především průmyslové palivo. Jeho použití v peci nebo kotli je iracionální a drahé. Mezi výhody antracitu patří kromě vysokého prostupu tepla i nízký obsah popela a nízká kouřivost.
Vlastnosti dřevěného uhlí
Dřevěné uhlí je zařazeno do samostatné kategorie, protože se nejedná o fosilní palivo, ale o vyrobený produkt. K jeho získání se dřevo zpracovává speciálním způsobem, aby se změnila struktura a odstranila se přebytečná vlhkost. Technologie výroby účinného a snadno použitelného nosiče energie je známá již od starověku – dříve se dřevo spalovalo v hlubokých jámách, které bránily přístupu kyslíku, a dnes se používají speciální pece na dřevěné uhlí.
Za normálních skladovacích podmínek je obsah vlhkosti v dřevěném uhlí asi 15 %. Palivo se vznítí při zahřátí na 200°C. Specifická výhřevnost nosiče energie je vysoká – dosahuje 7400 kcal/kg.
Teplota hoření dřevěného uhlí se liší v závislosti na druhu dřeva a podmínkách spalování. Březovým uhlím lze například rozžhavit kovárnu a vykut kov – při intenzivním přívodu vzduchu budou hořet při 1200-1300°C. V kamnech nebo topném kotli dosáhne teplota při spalování 800-900 °C a při použití uhlí v grilu venku – 700 °C.
Palivo vyrobené ze spáleného dřeva je ekonomické – jeho spotřeba je výrazně nižší ve srovnání s palivovým dřevem. Kromě vysokého prostupu tepla se vyznačuje nízkým obsahem popela.
Vzhledem k tomu, že dřevěné uhlí hoří s malým množstvím popela a produkuje rovnoměrné teplo bez otevřeného plamene, je ideální pro vaření masa a jiných potravin na otevřeném ohni. Dá se využít i pro vytápění krbem nebo vaření na kamnech.
Vlastnosti spalování uhlí
Při zvažování, při jaké teplotě konkrétní druh paliva hoří, je třeba mít na paměti, že uvedené hodnoty jsou dosažitelné pouze za ideálních podmínek. Vytvořit takové podmínky v domácím sporáku nebo kotli na tuhá paliva není možné a není to nutné. Cihlový nebo kovový generátor tepla není určen pro tuto úroveň vytápění a chladicí kapalina v okruhu se rychle vaří.
Teplota spalování paliva je tedy dána jeho režimem spalování, tedy množstvím vzduchu přiváděného do spalovací komory. Fosilní a dřevní paliva hoří nejlépe, když přívod vzduchu dosáhne 100 %. K omezení proudění vzduchu se používá ventil nebo klapka, čímž se udržuje teplota spalování paliva, která je pro topeniště optimální – asi 800-900°C.
Při spalování energie v kotli nesmíte nechat vřít chladicí kapalinu ve vodním plášti – pokud pojistný ventil nefunguje, dojde k výbuchu. Směs páry a vody má navíc škodlivý vliv na oběhové čerpadlo v topném systému.
Pro řízení spalovacího procesu se používají následující metody:
- nosič energie je vložen do topeniště a je regulován přívod vzduchu;
- uhelné štěpky nebo kusy paliva jsou dodávány v dávkách (podle stejného schématu jako u kotlů na pelety).
Vlastnosti spalování
Uhlí se liší typem plamene. Hořící tvrdé a hnědé uhlí má dlouhé plameny, antracit a dřevěné uhlí jsou nosiče energie s krátkým plamenem. Palivo s krátkým plamenem hoří prakticky beze zbytku a uvolňuje velké množství tepelné energie.
Spalování nosičů energie s dlouhým plamenem probíhá ve dvou fázích. Nejprve se uvolňují těkavé frakce – hořlavý plyn, který hoří a stoupá do horní části spalovací komory. V procesu uvolňování plynů uhlí koksuje a po vyhoření těkavých látek začne výsledný koks hořet a tvoří krátký plamen. Uhlík vyhoří a zanechá za sebou strusku a popel.
Závěr
Při výběru toho, který nosič energie je nejlepší použít pro kotel na tuhá paliva nebo kamna, byste měli věnovat pozornost fosilním palivům a dřevěnému uhlí. Teplota spalování není důležitá, protože v každém případě bude muset být omezena, aby byl zachován optimální provozní režim generátoru tepla.
Je důležité vyhodnotit dostupnost energie a její cenu, tepelnou účinnost a snadnost použití. Pro kotelní jednotky se nejčastěji používá kámen nebo hnědé uhlí. Spalování černého uhlí v pyrolýzní peci je nejlepší možností, která umožňuje využít maximální tepelnou energii, snížit spotřebu paliva a snížit množství škodlivých emisí.
Pec nebo kotel musí být navrženy pro práci s vysokoteplotními nosiči energie.
