Strona główna » finansowanie » Ogrzewanie i palenie w piecu: podstawy

Ogrzewanie i palenie w piecu: podstawy

Archiwum

Kolejny tydzień, kolejny tekst. Tym razem z myślą o jak największej przydatności dla sporej grupy ludzi. Sezon grzewczy co prawda się kończy, ale podstawowa wiedza o spalaniu w domowym piecu tak szybko się nie zdezaktualizuje.

Spalanie jest reakcją chemiczną

W najogólniejszym zapisie polega na reakcji węglowodorów (związków węgla i wodoru) z tlenem. Jeśli reakcja zostanie przeprowadzona całkowicie, jej produktami są dwutlenek węgla i woda. Takie spalanie dostarcza maksymalną ilość energii. Poza tym w paliwach stałych mogą być i są inne pierwiastki chemiczne. Przede wszystkim tlen, ale też azot, siarka, krzem, chlor, itp. Z tego wszystkiego tlen wychodzi sobie spokojnie przez komin w postaci właśnie tego samego CO2 i H2O. Jedyna różnica polega na tym, że to własnie reakcja łączenia wodoru z tlenem i w drugiej kolejności węgla z tlenem dostarcza energii. Jeśli tlen już w paliwie jest związany, wartość opałowa jest odpowiednio niższa.

Związki azotowe przy pełnym spalaniu rozkładają się do cząsteczki azotu (N2), z których głównie składa się powietrze, czyli faktycznie znikają. Niewielka część, nawet przy dobrym spalaniu, ulatnia sie w formie tlenków azotu. Dopóki ich stężenie w otoczeniu nie sięga jakichś strasznych wartości, zbytnio nie szkodzą i ulegają rozkładowi pod wpływem UV. Choć z drugiej strony są to dość agresywne wobec życia biologicznego związki.

Siarka jest większym problemem

Podstawowym produktem spalania paliw zawierających siarkę jest dwutlenek siarki (SO2), który w kontakcie z wodą zamienia się w kwas siarkawy. W małych stężeniach niezbyt przyjazdy elewacjom domów. W dużych niezbyt przyjazny jakiemukolwiek życiu, metalom i właściwie cywilizacji. Stąd zawartość siarki ma pewne znaczenie. Jeszcze zabawniej jest przy wysokich temperaturach spalania w sytuacji nadmiaru tlenu, a zwłaszcza, jeśli w paliwie lub kotle znajdzie się trochę wanadu. W takim zestawie okoliczności powstaje trójtlenek siarki, a w kontakcie z wodą kwas siarkowy. Psuje to samo co siarkawy, ale szybciej.
Na skalę przemysłową emisja tlenków siarki była bardzo poważnym problemem w późnym PRLu, dziś juz właściwie nie jest. Filtry zrobiły trochę, znacznie więcej instalacje odsiarczania spalin. Rozwiązań jest kilka różnych, większość nadaje się tylko do zastosowania na skalę przemysłową. Na szczęście nie wszystkie. Jedna metoda to piece kondensujące spaliny, gdzie odzyskuje się także energię skraplania pary wodnej, będącej efektem spalania (lub wilgotności paliwa). W takim kondensacie rozpuszczają się tlenki siarki, razem z niektórymi tlenkami azotu. Oczywiście, jakaś część nadal wychodzi przez komin.
Jeśli koncentrujemy się na samej siarce, sprawę częściowo rozwiązuje domieszanie kredy do paliw stałych (czyli drewna węgla, czy śmieci). W takim przypadku część siarki w trakcie spalania przereaguje z wapniem tworząc bezwodnik gipsu. Zresztą właśnie ze spalin pochodzi olbrzymia większość gipsu używanego w Europie.
Następna część pierwiastków, czyli krzem, glin, żelazo, magnez i inne metale są relatywnie mało problemowe. Po prostu pozostają w popiele. Dopóki spalamy biomasę, ten popiół najrozsądniej jest po prostu użyć do nawożenia, przywracając glebie te pierwiastki. Przy węglu lub śmieciach sytuacja nie jest niestety taka prosta. Do tej listy pierwiastków dochodzą jeszcze metale ciężkie, np. juz wspomniany wanad odpowiedzialny za katalizowanie powstania trójtlenku siarki. Nikomu nie zalecałbym diety opartej na produkcji z terenu nawożonego popiołem węglowym.

W interesujących nas paliwach mogą występować jeszcze mniej przyjemne pierwiastki. Są to na przykład rtęć i chlor. Oba można potraktować wspólnie, bo nieważne co by się chciało robić i tak raczej wylecą przez komin. Z czego chlor w piecu kondensacyjnym ma pewną szansę rozpuścić się w kondensacie i zamienić w kwas solny. Jest to zupełnie dobre rozwiązanie.

Z rtęcią nie ma żadnej nadziei

W domowych warunkach właściwie całość pójdzie w komin i najbliższe otoczenie. Oczywiście, techniczne możliwości zawsze są, ale filtry z węgla aktywowanego na każdym domu to rzecz całkowicie nierealna.
Jak ktoś ma wątpliwości, należy dokładnie przypomnieć czym rtęć jest. Jest to metal, jako jedyny płynny w temperaturze pokojowej, skrajnie toksyczny, powoduje uszkodzenia głównie układu nerwowego, hormonalnego i upośledzenie rozwoju płodu i co za tym idzie oczywiście opóźnienia rozwojowe dzieci. Jedyna możliwością jest ograniczenie ilości rtęci w paliwie. Stąd rtęć praktycznie nie występuje w biomasie (bo drzewom też szkodzi). W śmieciach — oczywiście bardzo różnie. Za to w węglu jest jej całkiem sporo. W Polsce średnio 0,2 gramów na tonę. Ale średnio nic nie mówi. W węglu brunatnym znacznie więcej, średnio 0,45 grama. Za to w procesie obróbki węgla jest koncentrowana w mniejszych asortymentach. Groszku, miale, a w szczególności mule. W tym ostatnim mówimy o zawartości, która może przekroczyć 2 gramy na tonę, czyli dziesięciokrotnie więcej. Zawartość chloru zaś zależy od wilgotności i dokładności płukania i znów w mule, jako odpadzie jest ona podwyższona w stosunku do „prawdziwego” węgla.

Stąd apel:

Drodzy Rodacy, jeśli chcecie, aby wasze dzieci były jeszcze głupsze od was,

dalej palcie w piecach mułem węglowym.

Sprawa jest całkiem poważna, palenie w piecach domowych mułem węglowym to po prostu recepta na problemy na skalę społeczną.

Czyli jak z tym paleniem?

Z powyższego opisu wynika, że aby mniej truć środowisko, spalanie powinno być możliwie kompletne, a układ kondensacji spalin znakomicie pomaga w usuwaniu innych zanieczyszczeń znajdujących się w paliwie, takich jak siarka, powstałe przy spalaniu tlenki azotu, chlor a nawet, w drobnym stopniu rtęć. Czyli spaliny sa tak czyste jak to tylko możliwe w niewielkim piecu bez skomplikowanej instalacji oczyszczania spalin.
Kompletnie przez przypadek (a może i nie?) jest to dokładnie sposób efektywnego spalania i uzyskania jak największej ilości energii z paliwa.
W skrócie: paliwo należy spalać tak, aby produktem spalania były wyłącznie dwutlenek węgla i woda. Związki chemiczne powstałe ze spalania pozostałych pierwiastków można dość łatwo rozpuścić w wodzie. Wodę w spalinach najłatwiej uzyskać kondensując tą, która jest produktem spalania. Przy okazji ciepło kondensacji jest tak duże, że znacząco podwyższy sprawność każdego pieca.
Przy zasilaniu paliwem pochodzenia biologicznego (drewnem, ale nie tylko) kondensat ze spalin, po zobojętnieniu za pomocą wapna palonego będzie bardzo dobrym nawozem. Popiół tak samo. Przy spalaniu węgla jedno i drugie będzie tym bardziej toksyczne, im mniejszy i wilgotniejszy asortyment węgla użyjemy. W przypadku mułu poflotacyjnego mówimy o trujących spalinach niezależnie od jakości spalania i nawet kondensacji.

Ale jak to właściwie rozpoznać?

Otóż bardzo prosto. Zarówno dwutlenek węgla jak też para wodna są gazami bezwonnymi i bezbarwnymi. Czyli, jeśli w trakcie palenia w piecu widać dym i czuć jakieś zapachy to znaczy, że jest palone źle. I taką sytuację mamy w większej części Polski. Przez kominy unoszą się różne węglowodory, także zawierające inne pierwiastki, czyli cały zestaw trucizn organicznych. I co? I nic. Nikogo to nie obchodzi.
A przecież problem nie polega na paleniu śmieciami, czy jakichś oszczędnościach!!! Problem polega na nieumiejętnym paleniu. Wraz z truciznami i smrodem przez komin ucieka energia, za którą się zapłaciło w paliwie. Umiejętne palenie, nawet śmieci, produkuje w najgorszym trochę związków siarki, chloru i rtęci. Nieumiejętne palenie — cały zestaw związków aromatycznych i chloroorganicznych, czyli jednych z mocniejszych trucizn. I za to wszystko jeszcze się płaci…

To jak palić dobrze?

Po pierwsze: w wysokiej temperaturze.
Wysoka temperatura oznacza kompletność reakcji i jej odpowiednią szybkość. Ale do tego potrzeba odpowiedniego odbiornika tej energii. Palenie pełną mocą paleniska po to, aby większość szła w komin powoduje oczywistą chęć oszczędzania i używania pieca na 10 czy 50% mocy. Niestety z przeciętnym piecem na paliwa stałe tak się nie da. Albo pali się 70-110% mocy nominalnej i pali się dobrze, albo próbuje się głupio oszczędzać i pali się źle. Albo odbiornikiem ciepła jest bufor ciepła i piec możemy mieć taki, aby całą energię oddać do bufora i mieć święty spokój z paleniem nawet na kilka dni.

Jakie są rozwiązania?

Pierwszym i najważniejszym wrogiem są piece zbyt dużej mocy. To oczywiste, jeśli maja być użytkowane z możliwie pełną mocą, to ta moc musi w jakimś stopniu mieć związek z potrzebami grzewczymi. Stąd, nieco wbrew normom budowlanym, należy celować z mocą pieca tak, aby dom był nieco niedogrzany w największe mrozy. Te największe mrozy nie trwają długo, można się nieco wspomóc dogrzewaniem elektrycznym, tak wiem, drogie i niewydajne, ale jeśli kosztem paru dni grzałek poprawiamy wydajność przez cały sezon to inna sprawa. A z drugiej strony, przy dodatnich temperaturach używać pomp ciepła, czyli klimatyzatorów. Tanie i proste urządzenie, a bardzo tanio ogrzeje. Ale poniżej temperatury +2 C zaczyna działać bardzo źle i to jest czas na piec. Co prawda ten zakres potrzebnych mocy grzewczych, od powiedzmy -15 C, kiedy piec sam wystarcza do + 2 C, kiedy dopiero jest włączany to i tak zbyt wiele jak na możliwości dobrego spalania przez przeciętny piec węglowo – śmieciowy. Ale już sporo. Smród i smog na wioskach i przedmieściach byłby ograniczony w praktyce do okolic 0 C. To i tak olbrzymi postęp.
Za to nadal dość tanim i doskonałym rozwiązaniem tego problemu w całości jest po prostu akumulator ciepła.
Jest to zbiornik, o pojemności co najmniej 1000 litrów, który jest po prostu włączony w instalację centralnego ogrzewania. W taki sposób, że odbiera ciepło z pieca, tak aby piec pracował jak najsprawniej, a potem jest ono przekazywane do obiegu, wtedy gdy jest potrzebne. W najprostszej wersji to po prostu wielka beczka i nic więcej. Dobra izolacja jest bardzo pożądana. I tyle. Palimy w piecu aż huczy, piec ogrzewa wielki zbiornik z wodą. Spaliny z pieca są schładzane poniżej 100 C, woda z nich się kondensuje, to ciepło także ogrzewa nasz zbiornik, kondensacja następuje już w rurze kwasoodpornej, bo w kondensacie rozpuszczają się tlenki siarki i azotu oraz chlorowodór (czyli powstają odpowiednie kwasy), kondensat spływa do pojemnika i neutralizujemy go za pomocą wapna, a potem spokojnie wylewany do ogródka. Razem zużywamy około dwu- trzykrotnie mniej paliwa, nie smrodzimy w okolicy i nie trujemy siebie i sąsiadów.

Brakuje tylko wiedzy

To jest prawdziwy problem. Zwyczajna nauka palenia w piecu. Relatywnie tanie ulepszenia instalacji. Przecież wymiana pieca na mniejszy, kiedy już to trzeba robić, to czysta oszczędność. Klimatyzator do ogrzewania prawdopodobnie zwróci się w 2-3 lata. Akumulator ciepła, jak się wie czego szukać na złomowisku zwróci się w dwa miesiące. Jak zamówimy nowy z fabryki to też 2-3 lata. Ale nie, lepiej truć dioksynami, rtęcią, węglowodorami aromatycznymi oraz związkami siarki i chloru…

A konkluzja jest taka, że od nieszczęsnego mułu węglowego lepsze jest wszystko, nawet śmieci w piecu. Tylko jeden podstawowy warunek — niech ten piec ma temperaturę. Jak to rozpoznać? prosto: jeśli widać dym z komina to znaczy, że jest palone źle. Nieważne czym, ale źle. I w normalnym państwie to powinien być od razu materiał na grzywnę. Co najmniej. Ale w polskiej skali problemu bez powszechnych kursów palenia w piecu na skalę całego społeczeństwa raczej się nie obędzie. Takich jak akcja likwidacji analfabetyzmu.

A z drugiej strony poprawne palenie, piec, który pozwala na długi płomień i pełne spalanie, a potem dobre schłodzenie spalin, aż do kondensacji i spływu kondensatu i można palić najgorszymi śmieciami, nawet PVC, które zawiera sporo chloru. Nie jest to do końca legalne, jak wiadomo, ale zrobione porządnie nie truje ani własnej rodziny, ani sąsiadów, ani przechodniów. A paliwa potrzeba nawet kilkukrotnie mniej.

A prawda o polskich śmierdzących palonymi śmieciami wioskach i przedmieściach jest jeszcze straszniejsza:

To nie bieda — to nieuctwo

P.S. Jak ktoś sobie chce zobaczyć jak w ogóle wygląda porządny piec, który ma wystarczająco długie palenisko do palenia drewnem, to bardzo ładne zdjęcia są tutaj.  Przy okazji większość z nich kosztowała sporo mniej niż przeciętna instalacja grzewcza w polskim domu. Np. taki:

rocketmassheater1

Reklamy

7 Komentarzy

  1. Marek W. pisze:

    True, true…
    Na pełnej mocy, z dużą ilością powietrza. Dodałbym jeszcze palenie w piecu od góry, żeby paliwo spalało się porcjami, a nie jednocześnie uwalniało węglowodory z całej objętości.

    Jedna uwaga – grzejąc bufor, wcale nie potrzeba mniejszego pieca. Wręcz przeciwnie. U mnie dom potrzebuje ok 7 kW przy temp. obliczeniowej -17C, a piec mam 20 kW. Grzeję nim bufor 2000 litrów przerobiony z zezłomowanego zbiornika z hydroforni. Dzięki temu palenie na max mocy trwa ok 4-6 godzin (ok 2 pełne ładunki drewna) i na 2 dni mam spokój z zaglądaniem do kotłowni.

    Z komina leci wyłącznie para wodna i układ jest maksymalnie bezobsługowy.

  2. Tak, jasne, przy buforze piec dobieramy pod bufor (albo odwrotnie), a nie jak by wynikało pod wielkość domu.
    Przeredaguję dla jasności, dzięki za uwagę.
    Przykład tez się innym przyda, tak można coś zrobić dla kraju i środowiska.

  3. wenek pisze:

    Jednak nie da się przy obecnych realiach ekonomicznych wyeliminować węgla z palenisk polskich. Drewno jest po prostu za drogie jako materiał energetyczny, a wszelkie inne metody ogrzewania w Polsce (przypominam, sezon grzewczy trwa 200 dni) typu „warme pumpe” wymagają dużego wkładu finansowego. Co nie znaczy, że popieram ogrzewanie mułem węglowym. W Polsce popularne jest ogrzewanie MIAŁEM WĘGLOWYM, a właściwie tzw niesortem, który też jest drogi (tona na Wybrzeżu 500 – 600 złotych) i który równie jak muł zanieczyszcza środowisko. Większość zasobów mieszkaniowych w Polsce są wysoko energochłonne, mimo modnej izolacji zewnętrznej styropianem. Domy pasywne to jeszcze nowinki w polskim budownictwie.
    Pomysł z akumulatorem ciepła w postaci izolowanego zbiornika uważam za bardzo dobry. Podłączenie do zbiornika dodatkowych źródeł ciepła z OZE jeszcze bardziej uczyni inwestycję w akumulację ciepła opłacalną. Zresztą już gdzieś o tym na Twoim portalu czytałem.

  4. Co do węgla. Na dłuższą metę się, ale dziś nie i to jest prawda. Bardzo chętnie bym zobaczył koniec używania węgla w Polsce, to jednak nie nastąpi i nie może nastąpić przez najbliższe kilkanaście lat, niestety. Dlatego napisałem ten tekst i będzie jeszcze kilka jak uzyć tego węgla mniej i jak palić lepiej.
    A niesort i miał to naprawdę pół biedy, rtęć i inne metale ciężkie koncentrują się własnie w mule. Przy miale problemem jest prawidłowe palenie. Przy mule nawet przy doskonałym paleniu truje się metalami ciężkimi.
    Pompy ciepła to też temat rzeka. Powietrzne pompy ciepła to po prostu klimatyzatoy z funkcją grzania i w temepraturach dodatnich bardzo dobrze działają, są tanie i polecam każdemu do ogrzewania przy +5 czy +10 st. C. Gruntowe pompy ciepła dla pojedynczego domu to kompletna pomyłka i czyste naciągactwo, rozprawię się z tematem w dłuższym tekście.

  5. Rafał pisze:

    Myślę,że z tym poniższym zdaniem to nieco pojechałeś:
    „i można palić najgorszymi śmieciami, nawet PVC, które zawiera sporo chloru. „
    Czy czegoś nie zrozumiałem czy chcesz przez to powiedzieć, że w warunkach dobrego spalania w piecu uzyskasz temperaturę 1200 deg C, która to dopiero powoduje rozpad chlorowcopochodnych (dioksyn)?.

    Norma o współspalaniu odpadów jasno określa czasy i temp spalania.

    BTW. miny debili gdy się ich przekonuje, że płyta meblowa to nie drewno, a 10 % wagowych żywic mocznikowo-formaldehydowych oraz inne cuda zawarte w laminatach, a spalanie jej to samobójstwo i morderstwo – bezcenne.

  6. Przyznam, że mi się wydaje trochę inaczej. Polimery zawierające chlor zawsze są rozłożone, a dioksyny i furany lubią się formować przy spalaniu w niskich temperaturach (400-800 C) oraz w gorących spalinach (200- 400 C) z atomowym węglem, oczywiście typowe katalizatory pomagają. To o czym ty piszesz to kwestia spalenia ich jeśli już są. Ale nie palimy dioksynami, palimy polimerami.
    Zaznaczyłem wyraźnie, że ta propozycja jest na bakier z przepisami i nie polecam, ale jak nie ma innej możliwości..
    Wracając- spalanie powyżej 800 C, czyli poprawne, minimalizuje pierwotne powstawanie, brak sadzy i szybkie chłodzenie spalin minimalizuje wtórne. Przy najpierw zgazowaniu potem długim i turbulentnym płomieniu emisja powinna być absolutnie minimalna. Tak przynajmniej mi się wydaje.

  7. Juzef pisze:

    Dobrze napisane. Przyznam, że np. o rtęci w mule nie wiedziałem. Wszystkie „eksperty” gardłowały głównie o pyłach.
    Świetne jest to porównanie do analfabetyzmu. Ale nie nazywałbym tego stanu nieuctwem, bo nie chodzi o to, że ludzie nie są w stanie pojąć, jak należy palić. Problem w tym, że nikt nawet nie próbował ich tego nauczyć!

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s

Follow rewolucja energetyczna on WordPress.com
%d blogerów lubi to: