Pohledem znalce: Definice zplyňovacího kotle

Ještě relativně nedávno bylo běžné používat pojmy pyrolýzní či zplyňovací teplovodní kotle a nikdo se nad tím nepozastavoval. Ovšem doba se mění. Přiblížilo se předpokládané období, kdy odpady nebude možné ukládat na skládku, ale budou v masivním rozsahu termicky zpracovávány a druhotně využity technologiemi pyrolýzy a zplyňování, tedy technologiemi značně odlišnými od běžného spalování. A čím více se o této možnosti zplyňování odpadů veřejně hovoří, tím více se množí i kuriózní dotazy typu: “Pokud mám zplyňovací kotel na dřevo, budu v něm moci po změně legislativy zpracovávat i odpad?“. Navíc byl pojem zplyňovací teplovodní kotel zaveden do legislativy aplikací zákona o ochraně ovzduší. Obecně je vžitá představa, že zplyňovací typ kotlů je technologicky na podstatně vyšší úrovni, než běžné kotle prohořívací a odhořívací.

Poslední dobou se množí také dotazy na to, jak lze jednoduše popsat zplyňovací kotel. Tato diskuze není vedena jen mezi laiky, ale i dodavateli, ve státní správě aj. Jako příklad uvedu stížnost provozovatele, který svůj starý odhořívací kotel nahradil kotlem novým, který se sice konstrukčně podobal tomu starému, ale výrobce jej nazývá zplyňovacím. Proto provozovatel předpokládal, že se mu výrazně sníží spotřeba paliva. Ovšem žádný výrazný pokles spotřeby se nekonal. Takže se domnívá, že byl podveden a uvažuje i o tom, zda se nemá se svou stížností obrátit na soud. Základní otázkou tedy je, zda lze jednoznačně říci, co je a co již není zplyňovací kotel? Jak se dozvíme dále, jednoznačně bohužel odpovědět nelze.

Základní pojmy

Začněme malou teorií. Předem upozorňuji, že se bude jednat o velice zjednodušený výklad, protože podrobný popis jednotlivých technologií termického rozkladu pevných paliv by obsahově zabral malou knihu.

Pokud hovoříme o termickém rozkladu paliv, máme na mysli jeho zahřívání s cílem přeměnit energii chemicky vázanou v palivu na jiný druh energie, lépe využitelný především v energetice. Existují tři základní typy termické přeměny paliva:

• spalování
• zplyňování
• pyrolýza

Spalování

Úkolem teplovodního kotle na pevná paliva je spálením přeměnit energii chemicky vázanou v palivu na tepelnou energii předanou teplonosné látce – otopné vodě. K maximální možné přeměně dojde v případě, že jsou za ideálních (stechiometrických) podmínek spáleny veškeré spalitelné složky paliva, především je to uhlík a vodík. Spalování je oxidační proces. Aby došlo k ideální oxidaci paliva (oxidaci všech látek, které jsou oxidovatelné a tedy k maximálnímu uvolnění v palivu chemicky vázané energie), je nutné přivést do spalovacího procesu ideální (stechiometrické) množství kyslíku. V jednoduchém zařízení, jakým je domácí teplovodní kotel, to není možné, proto je s vědomím jistých ztrát přiváděno tzv. nadstechiometrické množství kyslíku. To znamená více, než je teoreticky zapotřebí, aby ho bylo dostatek pro co nejdokonalejší vyhoření uhlíku na oxid uhličitý CO₂ a vodíku na vodu H₂O. Spalování tedy chápeme velice zjednodušeně jako termický proces, při kterém je za přívodu nadstechiometrického množství kyslíku z pevného paliva produkováno teplo. Tento proces je tedy čistě exotermický (uvolňuje se při něm tepelná energie).

Zplyňování

Zplyňování pevných látek je termický proces, při kterém je do reaktoru přiváděno podstechiometrické množství kyslíku (méně než je potřebné k jeho spálení). Protože záměrně není k dispozici dostatečné množství kyslíku, neprobíhá úplná oxidace veškerého uhlíku a vodíku na oxid uhličitý a vodu. Z nezoxidované části paliva vzniká plyn, který obsahuje především oxid uhelnatý CO, metan CH₄ a vodík. Teplo, které se uvolňuje během zplyňování pouze částečnou oxidací uhlíku a vodíku je v generátoru využito k ohřevu paliva, tedy jako teplo reakční (z energetického hlediska je proces zplyňování vyrovnaný). Cílem zplyňování není přeměna energie paliva na teplo, ale produkce tzv. generátorového plynu (tedy přeměna chemického složení paliva na jiné, změna druhu chemicky vázané energie). Přeměna na plyn umožňuje mnohem přesněji řídit spalovací proces, při spalování plynu nevzniká popel aj. Vzniklý generátorový plyn lze následně využit například i v kogeneračních jednotkách. Podrobně se o zplyňování můžete dozvědět zde.

Známým příkladem využívání zplyňovacích generátorů bylo jejich používání pro pohon vozidel, kdy plyn produkovaný v generátorech byl používán například za 2. světové války jako náhrada za nedostatková kapalná paliva ve spalovacích motorech, ale na tento způsob náhrady kapalných paliv lze narazit v některých oblastech i v současnosti.

Pyrolýza

Pyrolýza je termický proces rozkladu pevných paliv, který probíhá, na rozdíl od zplyňování, zcela bez přístupu kyslíku. Přesné chemické označení procesu pyrolýzy je suchá destilace. Vedle pyrolýzního plynu je produktem pyrolýzy také pyrolýzní olej. K masivnímu využití pyrolýzy docházelo například opět za 2. světové války v Německu, které z uhlí suchou destilací vyrábělo benzín. Z energetického hlediska se jedná o proces endotermický. Tedy k jeho realizaci je nutné dodat energii z vnějšího prostředí (zahřívání generátoru).

Pyrolýza a zplyňování v teplovodních kotlích

Z výše popsaného je zřejmé, používání pojmů pyrolýzní či zplyňovací teplovodní kotel je přísně technicky vzato nepřesné. V těchto kotlích dochází ke spalování paliva za nadstechiometrického přívodu kyslíku a cílem jejich provozu není finální tvorba generátorového plynu či pyrolýzních olejů. Z tohoto pohledu je jediným logickým a také naštěstí i legislativním označením teplovodních kotlů jako „stacionární spalovací zdroje tepla“ (zákon o ochraně ovzduší). Přesto se oba pojmy, pyrolýzní a zplyňovací, v kategorii teplovodních kotlů hojně používají. Je to dáno historickým vývojem těchto zdrojů tepla. Teplovodní vytápění se u nás začalo masivně rozšiřovat v druhé polovině šedesátých let. V počátcích bylo jako zdrojů tepla pro ústřední vytápění bytů a menších objektů využíváno jednoduchých prohořívacích a odhořívacích kotlů s minimálním stupněm regulace a tedy i poměrně nízkou efektivitou provozu. S rostoucími cenami energie se především počátkem let osmdesátých začal klást důraz také na vyšší účinnost nových teplovodních kotlů. Vznikaly technologie, ve kterých byl již zvýšen stupeň regulace spalovacího procesu přívodem spalovacího vzduchu ventilátorem, a také se začalo podstatně více využívat žárobetonových materiálů k odstínění spalovací komory od studených ploch kotlového tělesa, čímž se zvýšil stupeň vyhořívání plynných složek paliva. Pro ideální vyhořívání plynných složek vznikaly speciální žárobetonové spalovací komory, do kterých byla prchavá hořlavina vháněna speciálně navrženými tryskami, které umožnily jednak vhodné „dávkování“ množství hořlaviny do komory a jednak její optimální smísení se sekundárním spalovacím vzduchem.

Co se týče procesu spalování pevných paliv, pak základem je uvolnění prchavé hořlaviny (to je látek, které se z paliva při působení tepla, zvýšení jeho teploty, uvolní a teprve pak probíhá jejich oxidace, hoření) – plynu – z paliva. Prchavá hořlavina pak vyhořívá plamenem ve spalovací komoře, zatím co tuhé zkoksovatělé zbytky paliva žhnou na roštu kotle. Zvláště biomasa má více jak 70 % podíl prchavé hořlaviny, tudíž je účelné její postupné, řízené, uvolňování z paliva. A to umožnily právě nové konstrukce kotlů na spalování kusového dřeva. Zatím co u běžných kotlů se prchavá hořlavina uvolňuje více méně živelně a její vyhoření je tudíž těžko regulovatelné, u kotlů s ventilátorem se dá „dávkovat“ přívod spalovacího vzduchu a jeho vhodnou distribucí i do značné míry regulovat uvolňování prchavé hořlaviny. Díky speciálním tryskám se plynná hořlavina přiměřeně dávkuje do speciální spalovací komory, kde postupně vyhořívá. Tyto nové technologie bylo nutné nějak odlišit od běžných kotlů, proto se pro ně začalo používat označení zplyňovací, či pyrolýzní. Toto označení vyjadřovalo podstatně vyšší míru využívání uvolněné prchavé hořlaviny (plynu). I když v těchto kotlích dochází k rozkladu za nadstechiometrického přívodu kyslíku a následně i k vyhoření z paliva uvolněného plynu, úvodní fáze uvolňování prchavé hořlaviny z paliva jsou značně podobné těm fázím, které probíhají ve zplyňovacích a pyrolýzních generátorech. K těmto fázím sice dochází i u obyčejných kotlů, ovšem u opravdu moderních konstrukcí „zplyňováků“ právě vysoká míra regulace procesu uvolňování hořlaviny a jejího vyhořívání dovoluje přirovnání k oněm sofistikovanějším technologiím. Proto bylo používání těchto pojmů hlavně v obchodním styku zavedeno jako přijatelné a smysluplné, i když neodpovídá přesně svému obsahu.

Zplyňovací kotel a platná legislativa

První problémy s definicí pojmu zplyňovací kotel se objevily s přijetím novely zákona o ochraně ovzduší, která zaváděla mimo jiné také pravidelné kontroly malých teplovodních kotlů na pevná paliva v domácnostech. Při kontrole má být také definován typ kontrolovaného kotle, přičemž podle příslušné vyhlášky vydané k tomuto zákonu (vyhláška č. 415/2012 Sb.) jsou kotle s ručním přikládáním paliva rozděleny na prohořívací, odhořívací a zplyňovací. A začalo se řešit, co je to vlastně zplyňovací kotel, neboť žádná oficiální (normativní) definice neexistovala. V současně platném znění vyhlášky je nově uvedena také definice zplyňovacího kotle následovně: „spalovací stacionární zdroj s ruční dodávkou paliva, obvykle s nuceným přívodem spalovacího vzduchu ventilátorem a speciální žáruvzdornou spalovací komorou se speciální spalovací tryskou nebo roštem.“ Definice v podstatě vyjadřuje to, co jsem o zplyňovacích kotlích uvedl výše. Nicméně ji prakticky nelze použít pro přesné určení konkrétního kotle. Důvod naznačují tučně zvýrazněné části definice. Jak jsem již uvedl, podstatným znakem zplyňovacího kotle je řízený přívod spalovacího vzduchu ventilátorem. To je uvedeno i v oficiální definici. Ovšem tím, že je v definici uvedeno „obvykle“, je vyloučeno striktní požadování ventilátoru pro stanovení zplyňovacího kotle. Podobně tak je zmíněno, že podstatným znakem je speciální žáruvzdorná spalovací komora a speciální spalovací tryska. Ovšem bez upřesnění, co je to speciální. Pro řekněme „méně férové“ výrobce může znamenat speciální komoru pár šamotových cihliček před výměníkem a speciální tryskou může být v podstatě cokoliv, kudy prochází spaliny, aniž by byl řešen průřez trysky či přívod sekundárního vzduchu. A vskutku, na trhu se občas objeví „zplyňovací“ kotle, které se od svých starších odhořívacích příbuzných liší pouze tím, že mají o pár šamotových cihel víc a dříve běžný přechod ze spalovací komory do výměníkové části („vystlané“ nyní oněmi cihličkami) je nyní nazýván tryskou.

Zde je nutné připomenout, že vedle této velmi vágní „legislativní“ definice neexistuje žádná technicky normativní, takže pokud výrobce či obchodník nazve svůj obyčejný odhořívací kotel bez ventilátoru se šamotovou vyzdívkou kotlem zplyňovacím, je z pohledu znalce a soudu prakticky nemožné mu prokázat, že tomu tak není.

Jedinou obranou proti mírně či více klamavé reklamě je tak vzdělání, aneb úroveň znalostí zájemce o „pyrolýzní“ nebo „zplyňovací“ kotel. Ostatně případy částečně klamavých obchodních informací se najdou i jinde.