Dehtování komínů při provozu nízkoemisních kotlů na tuhá paliva

S vládními dotacemi stoupl v domácnostech i počet nových, především automatických kotlů spalujících pevná paliva (kusové dřevo, dřevní pelety, černé a hnědé uhlí).

Cílem těchto dotačních programů je snížení znečištění ovzduší z malých zdrojů, které spalují právě tuhá paliva. Dotace jsou určeny na výměnu starých neekologických kotlů s ručním přikládáním za nové, nízkoemisní kotle.

Podporovaných kotlů je celá řada, přičemž zvýhodněny jsou kotle, které teoreticky produkují nejméně škodlivých emisí, což jsou v současné době kotle splňující podmínky směrnice o Ekodesignu.

Jakkoliv má tento ekologický program sloužit ke zlepšení stavu ovzduší, dochází při provozu těchto typů kotlů k problémům s dehtováním ve spalinové cestě, čímž vzniká potencionální nebezpečí snížení funkčnosti spalinové cesty, které může vést až k požáru způsobeného vzplanutím dehtu.

Hlavní příčinou dehtování komínů je především nedokonalé spalování hořlavin ve spojení s relativně vysokým rosným bodem spalin vůči teplotě spalin v kotlích, které sice dosahují vysoké účinnosti, ale teplota spalin na spalinovém hrdle je poměrně nízká. Při poklesu teploty spalin pod rosný bod dochází v komínu ke vzniku kondenzátu, který za přítomnosti uhlíku a uhlovodanů obsažených ve spalinách, vytváří směsi a sloučeniny, které se obecně nazývají dehet. Množství zbytkového uhlíku a uhlovodanů přitom stoupá zejména při nesprávném přívodu vzduchu (kyslíku) pro spalování.

1. Problém – TEPLOTA SPALIN

Výrobci kotlů, pokud chtějí dosáhnout parametrů pro zařazení svých produktů mezi dotovaná zařízení splňující podmínky ekodesignu musí vedle snižování emisí také zvyšovat účinnost kotlů, čehož lze nejjednodušeji dosáhnout právě snížením teploty spalin a snížením spotřeby paliva.

Účinnost kotlů je v principu dána poměrem energie do něj vložené a energie z něj získané. To znamená, že pokud se v kotli za ideálních podmínek spálí 1 kg dřeva, lze teoreticky získat cca 4 kWh tepelné energie. Při účinnosti např. 85 % se prakticky získá necelých 3,4 kWh. Rozdíl 15 % tvoří ztráty.

Ztrát je několik druhů, ale u kotlů lze za nejvýznamnější považovat ztrátu sdílením tepla do okolí a ztrátu citelným teplem spalin (komínovou ztrátu). Ztráty sdílením tepla do okolí lze minimalizovat izolací kotle a jako rozhodující tedy zůstává ztráta komínová. Ta se prakticky nejčastěji určuje měřením obsahu O₂ nebo CO₂ ve spalinách a z rozdílu teplot spalin a vstupního vzduchu. Je patrné, že snížení teploty spalin je významná cesta ke zvýšení účinnosti kotle, přičemž se tohoto cíle dosahuje primárně konstrukcí kotle a sekundárně regulací přívodu vzduchu a přísunu paliva.

A zde dochází k zásadnímu problému, protože, zjednodušeně řečeno, čím nižší teplotu spaliny mají, tím větší je riziko, že v komíně bude vznikat kondenzát a ve spojení s méně dokonalým spalováním bude komín následně zanášen dehtem. Důležitou podmínkou pro omezení dehtování je, aby teplota spalin po celé délce spalinové cesty byla vyšší, než je rosný bod spalin vzniklých z konkrétního paliva, přičemž nejnižší teplotu rosného bodu mají peletky (cca 35 °C), následuje kusové dřevo (cca 45 °C) a nejvyšší teplotu rosného bodu má uhlí, a to v závislosti na podílu síry (teplota rosného bodu uhlí může být až 150 °C - viz. graf 1). Pokud je stěna spalinové cesty na určitém místě nedostatečně izolována, vnitřní povrch se ochladí pod rosný bod spalin a vytváří se kondenzace. Poté je jen otázkou času, kdy se začne tvořit dehet.

Výrazně zhoršená je přitom situace při spalování uhlí, a to vzhledem k obsahu síry (cca 0,5 – 2 %). Síra vstupující do procesu spalování jednak nežádoucím způsobem zvyšuje rosný bod spalin, ale současně, po sekundární oxidaci na SO₃ a reakcí s vodní párou H₂O, vytváří kyselinu sírovou H₂SO₄. Ta má následně fatálně devastující účinky na celou spalinovou cestu, počínaje již výměníkem kotle, protože ke kondenzaci kyseliny sírové dochází již okolo teploty 160 °C.

Graf 1: Vliv obsahu síry v palivu a součinitele přebytku vzduchu na rosný bod
Autor grafu: Přemysl Kól

Při výměně kotle není v dotačních podmínkách výslovně požadováno posouzení nově vzniklé soustavy z hlediska spalinové cesty. To vede k tomu, že problém kompatibility staré spalinové cesty s nově osazeným kotlem není často řešen, ačkoliv řešen být má i podle platné vyhlášky. Vzhledem k tomu, že v rámci dotačních programů jsou ve většině případů nahrazovány staré kotle, které byly napojeny do původního zděného komínu, bývá nejčastějším řešením ponechání původního komínu bez úprav, nebo pouze jeho vyvložkování nerezovou vložkou a připojení nového kotle do takto rekonstruovaného komínu. Tímto způsobem realizovaná spalinová cesta ovšem není z provozního hlediska obecně vhodná, a to zejména pro kotle spalující uhlí, protože zděný komín (ať už s vložkou nebo bez ní) nemá dostatečný tepelný odpor (cca 0,25 m².K/W) a spaliny se v něm příliš ochlazují. Takže i když bude kotel provozován v plném režimu (na nejvyšší výkon) a bude dosažena výrobcem deklarovaná teplota spalin (např. 130°C), minimálně v exteriérové části komínu bude teplota spalin pravděpodobně pod teplotou rosného bodu spalin, bude docházet ke kondenzaci a postupné degradaci konstrukce komína až k jeho rozpadu.

Grafy 2 a 3 znázorňují konkrétní příklady, kdy v kotli s deklarovanou teplotou spalin na hrdle 130 °C, je spalováno v prvním případě černé uhlí a v druhém případě kusové dřevo. V případě spalování kusového dřeva je teplota spalin v ústí komínu stále nad rosným bodem spalin a to přesto, že zvyšováním účinné výšky komínu se teplotní podmínka zhoršuje. V případě spalování černého uhlí teplota spalin v ústí komínu nikdy ani zdaleka nedosáhne teploty rosného bodu spalin uhlí a samozřejmě se teplotní podmínka rovněž zhoršuje se zvyšováním komínu. V obou případech byla do výpočtu dosazena ocelová vložka DN160 v jednovrstvém zděném komínu a ocelový kouřovod. Podmínky při spalování hnědého uhlí závisí na obsahu síry, který se u tohoto druhu paliva může dost podstatně měnit v rámci přípustného limitu. V praxi však bohužel nelze vyloučit ani překročení limitu obsahu síry u některé dodávky hnědého uhlí vzhledem k metodice jeho ověřování.

Graf 2: Závislost teploty spalin v ústí na výšce komínu při spalování černého uhlí

Graf 3: Závislost teploty spalin v ústí na výšce komínu při spalování dřeva

Při výpočtu byl pro zjednodušení uvažován pouze ustálený stav, kdy kotel pracuje stabilně na plný výkon, tedy stav, který je v praxi dosažitelný pouze v části provozu. Zejména pokud není kotel provozován se zálohováním energie v akumulační nádobě, reguluje většinou uživatel potřebu energie množstvím spalovaného paliva. Kotel potom část provozního času pracuje v režimu sníženého výkonu nebo v udržovacím režimu, navíc s častými cykly náběhu a doběhu, kdy teplota spalin zdaleka nedosahuje stavu při maximálním provozu a může tedy rovněž docházet ke kondenzaci.

Řešením teplotní podmínky tedy je:

• vždy zapojovat kotel s natápěcí smyčkou a v kombinaci s akumulačním zásobníkem zcela omezit provoz při sníženém výkonu,
• zejména pro kotle spalující uhlí poměrně značné navýšení teploty spalin, což ovšem vede ke snížení provozní účinnosti,
  nebo,
• při dodržení deklarovaných tepelných hodnot, již pouze přidání tepelné izolace. Při výpočtu tloušťky této izolace, ovšem narážíme na problém praktické realizovatelnosti, neboť tloušťka stanovená výpočtem bývá enormní.

2. Problém – TAH KOMÍNU

Dalším přímo souvisejícím problémem je skutečnost, že výrobci kotlů mají současně vysoký požadavek na tah komínu, obvykle 12-20 Pa, u některých kotlů až 30 Pa, přičemž zlepšení tlakové podmínky lze jednoduše dosáhnout v podstatě pouze zvýšením komínu (viz. graf 4 a 5), ale zároveň platí, jak je patrno z výše uvedeného, že čím je komín vyšší, tedy delší, tím se zhoršuje teplotní podmínka. Tato situace dostává do začarovaného kruhu zejména revizní techniky komínů a kominíky, kteří mají vystavit revizní nebo kontrolní zprávu na takto provedené spalinové cesty. Ti se dostávají do neřešitelné situace, protože již dopředu vědí, že výpočet spalinové cesty nebude splňovat požadavky normy.

Častým, ale z hlediska provozu, nic neřešícím způsobem, jak obejít problém, je použití materiálu (vložky), který je atestován pro mokrý provoz (W). Ve výpočtu lze potom jednoduše, ale nesprávně počítat s mokrým provozem a výpočet „teoreticky vyjde“. Ale to, že je materiál atestován pro mokrý provoz rozhodně neznamená, že komín nebude dehtovat. Toto řešení je bohužel poměrně často zmiňováno, ale revizními techniky by nemělo být akceptováno, protože neřeší praktický problém. Pouze umožňuje provedení pozitivního výpočtu vzhledem k normě. Výjimku tvoří kotle s ventilátorem na přívodu vzduchu nebo odvodu spalin (zejména peletkové kotle), kdy spalinová cesta (nebo její část) v přetlaku být počítána může.

V příkladech výpočtu tlakové podmínky byly dosazeny stejné parametry kotle a komínu jako v příkladech týkajících se vlivu výšky komínu na teplotní podmínku (teplota spalin na hrdle 130 °C, nerezová vložka DN160). Ve výpočtu byl zvolen min. požadovaný tah 18 Pa. Z grafů 4 a 5 je patrné, že s vyšší účinnou výškou komínu se tlaková podmínka zlepšuje, ale aby byla splněna, musel by mít komín účinnou výšku min. 9,5 m, v případě spalování černého uhlí a min. 8,5 m v případě spalování dřeva.

Graf 4: Závislost disponibilního tahu na výšce komínu při spalování černého uhlí

Graf 5: Závislost disponibilního tahu na výšce komínu při spalování dřeva

Tento problém nelze podceňovat, a to nejenom proto, že výpočty dokazují, že spalinová cesta není provedena správně. I v praxi se ukazuje, že po několika měsících provozu takto řešených spalinových cest jsou komíny zadehtované, což při zanedbání údržby vede k funkčním problémům typu ucpávání nebo snížení tahu.

3. Problém – ZMĚNA PALIVA

Nezanedbatelný je i problém optimalizace provozu kotle pro konkrétní použité palivo. Přestože mnoho výrobců deklaruje kotle jako univerzální s možností spalování jak kusového dřeva, tak hnědého i černého uhlí, je třeba si uvědomit, že proces spalování dřeva a uhlí se významně liší a pro dosažení optimálního stavu je potřebné rozdílné nastavení kotle, často i tvar spalovací komory, kvalita a dávkování paliva.

Rozdíly jsou již ve výhřevnosti a v prvkovém složení. Dřevo má obecně nižší výhřevnost způsobenou nižším podílem uhlíku a vyšším podílem kyslíku. Současně má vyšší podíl prchavé hořlaviny (plyny uvolněné po zahřátí paliva a spalované nad vrstvou pevného paliva). Optimální vyhoření těchto plynů vyžaduje dlouhý plamen, a tudíž jiný přívod vzduchu pro spalování. Při spalování černého uhlí se téměř všechen vzduch přivádí pod rošt (primární vzduch), naopak při spalování dřeva se většina vzduchu musí přivést nad palivo (sekundární vzduch), protože nespálené složky opět mohou být zdrojem dehtování. Při spalování hnědého uhlí, které obsahuje již více jak 50 % prchavé hořlaviny, je zapotřebí spalovací vzduch rovnoměrně dělit mezi primární s sekundární.

Uhlí má sice proti dřevu vyšší výhřevnost, ale problémem je obvykle značný obsah síry (viz.výše).

Z výše uvedeného je zřejmé, že provoz kotle musí být nastaven vždy na konkrétní palivo. Pokud je například rozměr spalinové komory „vyladěn“ pro spalování černého uhlí, lze jen velmi obtížně dosáhnout optimálního průběhu spalování kusového dřeva. Výsledkem je potom, mimo jiné, i vznik dehtu.

4. Jak tedy zabránit tvorbě dehtových usazenin?

Provozovatelům kotlů s extrémně nízkou teplotou spalin lze obecně doporučit upřednostňovat spalování kusového dřeva, ale zejména dřevních pelet před uhlím, osazovat kotle natápěcí smyčkou, provozovat kotle při plném výkonu. Dosahovat tak vyšší teploty spalin, přičemž vzhledem k tomu, že při tomto provozu dochází k přebytku tepla, je vhodné instalovat akumulační nádrž. Současně zvýšit tepelně izolační vlastnosti komínu přídavnou izolací.

Jako seriózní přístup, jak ze strany výrobců kotlů, tak i ze strany kominíků, se jeví plně informovat uživatele, kteří mají v úmyslu vyměnit starý kotel za nový. Především je potřeba, ještě před osazením kotle, upozornit uživatele na možná úskalí provozu spalinových cest a doporučit, jaká opatření se mají učinit, aby spalinová cesta fungovala za daných podmínek co nejlépe.

Dehtové usazeniny vzniklé zejména při spalování kusového dřeva a uhlí mohou být nebezpečné vzhledem k možnosti vzniku požáru, pokud nejsou pečlivě odstraňovány. Na odstranění těchto usazenin se zaměřuje jen málo kominíků, a velké množství provozovatelů kotlů tento problém přehlíží. Nebezpečí dehtu je ale velké, jelikož dehet může po zahřátí vzplanout a následně v hořící vrstvě stékat po vnitřním povrchu komínu dolů a hořet až několik hodin. Teploty a tlaky uvnitř komínu jsou přitom tak veliké, že je vysoká pravděpodobnost destrukce některé části spalinové cesty. Poté je snadné, aby se požár rozšířil i mimo spalinovou cestu.

Pokud provozovatel spalinové cesty nebo kominík při pravidelné kontrole zjistí, že spalinová cesta je poškozena dehtem, je potřeba se obrátit na odborníky a problém co nejdříve vyřešit. Je třeba pokusit se mechanickou nebo chemickou cestou dehet odstranit, následně zkontrolovat především izolaci komínu, poté kvalitu dřeva a v neposlední řadě i přívod vzduchu. Nejlepším opatřením je ale stále správný provoz.

5. Jaký je názor řemeslníka z praxe?

K problematice se vyjadřuje řemeslník provozující kominickou praxi:
„Při věnování se tomuto tématu jsem viděl hodně extrémů a občas o tom lidé ani nevěděli.

Mnoho lidí si myslí, že dehet už není aktuální téma, ale opak je pravdou. Stále je velké množství komínů, které jsou nesprávně používané, lidé často topí mokrým dřívím i v nových komínech, ale hlavně se s nánosy dehtu setkávám u starých cihelných komínů. Ty jsou na usazení dehtu nejhorší, jelikož studené spáry jsou ideálním místem, kde se může dehet vytvořit. Při zadehtování spár v komínu nepomůže už ani kominík, protože do těchto míst se kominická štětka nedostane.

Jeden můj zákazník měl instalován systémový vícevrstvý komín, na který na doporučení kominíka osadil nástavcem pro regulaci tahu. Komín vedl přes nevytápěnou půdu, nebyl dodatečně izolován a přidáním nástavce se spaliny ještě víc ochlazovaly. Komín byl extrémně zadehtovaný. Potom, co jsem odsunul kotel, zjistil jsem, že chybělo jen málo k tomu, aby se úplně ucpal kouřovod (foto).

Řešil jsem i běžný zděný komín s průduchem 15x15 cm, který byl natolik zadehtovaný, že se celý ucpal. Po 30-ti minutách prošťuchování komínu koulí se nám podařilo spalinovou cestu uvolnit a z vybíracích dvířek následně vyndat několik kusů dehtu o velikosti cca 15x5 (foto)

Poměrně častý je i problém zadehtování výměníku kotle. Zákazník mě kontaktoval s problémem nefunkčního výměníku, který přestal ohřívat vodu do topení. Po poměrně složité demontáži jsem zjistil, že trubkový výměník je plný dehtu. Docela mě to šokovalo. Lidé nevidí dehet jako hrozbu, ale měli by si uvědomit, že dehet ve spalinové cestě je jako časovaná bomba.

Jako poslední příklad uvedu problém usazeného dehtu v otevřeném krbu, kdy mě pohled do krbu zděsil, protože byl kompletně zadehtovaný (viz foto níže) souvislou 5ti centimetrovou vrstvou, kterou nebylo možné manuálně odstranit. Aplikoval jsem přípravek Cre-Away, který způsobil, že velké kusy samy opadaly a ty další šly snadno štětkou dolů. Na fotografii je patrné, o jak velkou vrstvu šlo.“