Spalinový systém

Zařízení na odvod spalin začíná na výstupu z kotle a má za úkol spaliny vzniklé při spalování bezpečně odvést do okolního prostředí. K tomu patří spalinové cesty uvnitř a vně prostoru kotle, komín a přídavné vestavěné prvky jako kompenzátory, tlumiče nebo kouřové klapky.

Všechny komponenty spalovacího zařízení počínaje hořákem a příslušným ventilátorem přes kotel, ekonomizér, spalinové cesty, tlumiče až po komín, musí být na sebe vzájemně pečlivě odladěny. Teprve pak je ve všech provozních stavech a trvale zaručen bezvadný provoz. Chybějící odladění nebo chybné provedení jednotlivých komponentů vedou v celém systému k vibracím, hlukům, zvýšeným emisím nebo nestabilnímu spalování.

Spalinový systém musí být dimenzován způsobem odpovídajícím národním a místním předpisům, stejně jako příslušným normám.

Spalinové cesty musí být v provedení z nehořlavých materiálů a být odolné vůči působení spalin a tepla. Materiál kompletního spalinového systému pro parní kotle musí být vhodný pro teploty do 350 °C. Pokud je kotel vybaven čtvrtým tahem, resp. u spalinových kotlů k využívání odpadního tepla spalin z kogenerace, resp. plynové turbíny, musí být spalinový systém vhodný pro příslušnou nejvyšší teplotu.

Na dimenzování spalinového systému a výšky komínu jsou často kladeny specifické požadavky dané země. Proto jsou zde popsány pouze nejdůležitější funkční zásady pro plánování.

Spalinové cesty

Spalinová cesta představuje spojení mezi koncem kotle a vstupem do komína. Měla by být pokud možno přímá, příznivá z hlediska proudění a s co nejméně koleny, aby byly tlakové a tepelné ztráty udržovány co nejmenší. Redukce nebo také rozšíření nemají být skokové, nýbrž vždy s přechodovým úhlem maximálně 30°. Napojení spalinové cesty na komín by mělo být mimo to provedeno napojením v úhlu 30 ... 45°.

Všeobecné požadavky na spalinové cesty

Dimenzování

Spalinové cesty se všemi komponenty jako spalinovými klapkami, kompenzátory a tlumiči mohou většinou pokračovat ke komínu ve stejné jmenovité světlosti přípojného spalinového hrdla na kotli.

Při dimenzování by přitom neměla být překročena orientační rychlost 16,5 m/s ve vztahu k výstupní teplotě z kotle. Protože se orientační rychlost vztahuje k provoznímu objemovému proudu, musí být většinou uváděný hmotnostní proud spalin ještě přepočítán na provozní objemový proud.

Pro přepočet může být použita ideální stavová rovnice plynu.

Vzorec: Normovaný stav a standardní stav

Příklad zemní plyn H:

λ = 1,15 Přebytek vzduchu

ṁ_AG = 10 000 Hmotnostní proud spalin [kg/h]

p_n,AG = 1,244 Normovaná hustota spalin [kg/m³_n]

T_b = 250 / 523,15 Teplota spalin [°C]/[K], za kotlem a před ekonomizérem

p_b= p_n = 1,01325 Okolní prostorový tlak [bar] (od normovaných podmínek je zanedbatelná)

Především u malých výšek komínů a dlouhých spalinových cest může výpočet tahu výrobce komína vyžadovat i větší jmenovitou světlost.

 

Tlumič spalin

Tlumiče spalin mají za úkol redukovat hlukové emise spalování. Aby byla zaručena účinnost, musí být tlumič dimenzován na frekvence emitované hořákem, výkon kotle a předepsané přípustné emise hluku.

A-hodnocená analýza frekvence a odpovídající celková hladina akustického tlaku v závislosti na tepelném výkonu kotle

Hluk vznikající při spalování je vyzařován jako zvuk šířící se vzduchem po povrchu spalinového systému a vystupuje na hlavě komína. Zvuky kotlového zařízení obsahují převážně nízkofrekvenční složky zvuku.

Tyto hlukové emise je možno účinně snížit tlumičem spalin. Aby byly předepsané hlukové emise dodrženy, musí být k dimenzování spalinového tlumiče zohledněno frekvenční spektrum hluku spalin na zaústění do komína kotlového zařízení.

Znázorněný diagram na obrázku (A-hodnocená analýza frekvence a odpovídající celková hladina akustického tlaku v závislosti na tepelném výkonu kotle) představuje průměrnou hladinu akustického tlaku kotle měřenou na zaústění komína bez tlumiče spalin ve spalinovém systému. Protože spalovací systém (např. konstrukce hořáku nebo nastavený profil proudění v prostoru hořáku) a spalinový systém (např. počet kolen, délka a průměr spalinových cest) mají značný vliv na vzniklé hodnoty, mohou zde být uvedeny pro hladinu akustického tlaku pouze orientační hodnoty. V případě vícekotlového zařízení musí být hlukové hodnoty všech kotlů sečteny.

Při plánování spalinových cest je třeba respektovat, že k redukci hlukových emisí dle příslušných požadavků je nezbytná značná délka tlumiče, který musí být umístěn v kotelně nebo mimo kotelnu před vstupem do komína.

Při vysokých požadavcích na hlukové emise, např. v oblasti nemocnic, se z důvodu komplexnosti tematiky doporučuje do konkrétního dimenzování tlumiče spalin zapojit znalce.

Komín

Komín má za úkol odvádět spaliny a v nich obsažené škodliviny bez nebezpečí do okolního prostředí tak, aby bylo zajištěno nerušené odvádění volným prouděním vzduchu a dostatečné naředění škodlivin. Měl by se nacházet v bezprostřední blízkosti kotelny, aby bylo zabráněno dlouhým spalinovým cestám a odvádění spalin by mělo probíhat kolmo směrem vzhůru. Omezení volného proudění tvarovkami nebo ochranami proti dešti není přípustné.

Výška komína

Minimální potřebná výška pro komín vyplývá z národních požadavků na ochranu ovzduší.

V Německu je to stanoveno v Technickém návodu k ochraně ovzduší (TALuft). K tomu je pro určení výšky komína mimo jiné vytvořen kvocient z hmotnostního proudu emisí Q [kg/h] a faktoru S dle přílohy 7 TALuft pro určování výšek komínů.

Hodnoty pro S dle přílohy 7 TA-Luft

Pro parní kotle jsou pro výpočet výšky komínu téměř vždy rozhodující oxidy dusíku.

Pokud je hodnota Q/S > 10 [kg/h], pak musí být výška komína stanovena normogramem dle TALuft 5.5.4 a 5.5.5. Při malých hmotnostních proudech emisí s hodnotou Q/S < 10 [kg/h] je možné nezbytnou minimální výšku pro komín zjistit zjednodušeným postupem dle směrnice VDI 2280 nebo VDI 3781 list 4.

Pro palivo plyn s limitní hodnotou emisí NO_x ve výši 0,1 [g/Nm³] dle TALuft toto platí do výkonu spalovacího zařízení zhruba 10 400 kW.

Pro palivo topný olej s limitní hodnotou emisí NO_x ve výši 0,17 [g/Nm³] pro kotle s maximálním provozním přetlakem 18 barů dle TALuft toto platí až do výkonu spalovacího zařízení zhruba 6 600 kW.

Výška komína pak může být určena dle následujících pravidel:

• Minimálně 10 m nad zemí
• Minimálně 3 m nad hřebenem budovy
• Pro ploché střechy se vypočte virtuální hřeben s 20° sklonem střechy na úzké straně budovy
• K lepšímu rozložení spalin je snaha o výstupní rychlost minimálně 6 m/s kolmo směrem vzhůru.

Minimální výška komína dle TA-Luft pro spalovací zařízení s nízkými emisemi škodlivin, sedlovou střechou (vlevo), plochou střechou s „virtuálním hřebenem“ (vpravo)

Pro ploché střechy musí být aplikováno takzvané 20° pravidlo. Vytvoří se výška střechy s virtuálním hřebenem střechy s 20° sklonem střechy pro úzkou stranu budovy.

Průřez komína a komínový tah

Spaliny v komíně mají vyšší teplotu než vzduch ve volném prostoru. Tím vzniká v komíně a ve stoupajících částech spalinových cest vztlak, takzvaný komínový tah. Ten podporuje odvod spalin a vytváří v komíně a částech spalinových cest podtlak. Velikost komínového tahu je přes hustotu propojena také na teplotní rozdíl vůči okolnímu prostředí.

Průřez komína přitom musí být zvolen tak velký, aby odpor proudění v komíně mohl být od konce kotle překonán vztlakem. Na druhé straně by neměl být průřez zvolen příliš velký, aby rychlost výstupu spalin na ústí komína činila ještě minimálně 6 m/s a nevytvářel se příliš vysoký podtlak na výstupu z kotle, především pak u velmi vysokých komínů.

Výpočet spalinových cest by měl být v každém případě prováděn odborníkem na konstrukce spalinových systémů, resp. výrobcem.