Sekundárne spaľovanie - princíp

Skôr ako sa budeme venovať problému sekundárneho spaľovania, bude užitočné pozrieť sa podrobnejšie na palivo, ktoré sa v krboch používa najčastejšie, teda drevo.

Z chemického hlediska se dřevo skládá z látek spalitelných a nespalitelných.

Hlavné spáliteľné zložky dreva:

• Celulóza - je základným stavebným materiálom rastlinných buniek, z chemického hľadiska ide o polysacharid.
• Lignín - významná zložka dreva, jednou z jeho funkcií je mechanické spevnenie bunkových stien a tiež tvoria súčasť kapilár, ktoré v rastlinách a teda aj stromoch vedú vodu a živiny.
• Živica - je obsiahnutá v dreve ihličnatých stromov. Vzhľadom k tomu, že uhľovodíky obsiahnuté v živici majú znateľne vyššiu výhrevnosť ako celulóza alebo lignín, má drevo ihličnatých stromov obsahujúcich živicu o niečo vyššiu výhrevnosť ako drevo stromov listnatých.

Výhrevnosť rôzneho druhu dreva

Nespáliteľné zložky dreva:

• Anorganické látky - tvoria nespáliteľný zvyšok spaľovania - popol.
• Voda - vlhkosť obsiahnutá v dreve.

Celkovú výhrevnosť dreva ovplyvňuje podiel nespáliteľných zložiek, hlavne vlhkosti. Voda obsiahnutá v dreve ako chemická zlúčenina má určité výparné teplo (množstvo tepla potrebného na premenu vody v páru). Čím viac je v dreve obsiahnuté vody, tým viac tepla (energie) je potrebné na jej premenu v páru (vysušenie). Rastúci obsah vody v palive teda všeobecne zhoršuje energetickú bilanciu samotného procesu spaľovania.

Vlhkosť dreva sa vyjadruje ako hmotnostný podiel vody k celkovej hmotnosti vlhkého dreva:

Závislosť výhrevnosti dreva na obsiahnuté vlhkosti

Spaľovanie dreva je chemický proces. Chemické reakcie, ktoré pri tomto procese vznikajú, sú ako endotermné (pre ich uskutočnenie je potrebné teplo priviesť) tak exotermické (ich reakciou je teplo uvoľnené).

Pri zahrievaní dreva musí najprv dôjsť k odparení vody v ňom obsiahnuté. Odparením vody sa spotrebuje veľa tepla a drevo sa ochladí. Až po odparení vody vzrastie teplota a začne dochádzať k uvoľňovaniu ďalších prchavých látok a k tepelnému rozkladu jednotlivých látok v dreve obsiahnutých. Vzniká tak zmes horľavých plynov a na rošte zostáva drevené uhlie.

Horľavé plyny so vzduchom privádzaným cez rošt (primárny vzduch) horí vo forme dlhého plameňa - primárne spaľovanie. Pri tomto procese však nedôjde k spáleniu všetkých horľavín, pretože k tomu spravidla nie je dostatok kyslíka alebo dostatočne vysoká teplota.

Z toho dôvodu sú dôležité dve veci.

Je potrebné zabezpečiť, aby spaľovacia komora v ktorej horenie prebieha, mala dostatočnú teplotu. Táto podmienka je zaistená konštrukciou uzatvoreného liatinového či oceľového tela krbovej vložky.

Druhou podmienkou je prívod dostatočného množstva vzduchu do priestoru nad horiacimi plameňmi. Prívod vzduchu pre podporu ďalšieho tzv. sekundárneho spaľovania je riešený konštrukciou vložky a každý výrobca túto problematiku rieši odlišne, spravidla však systémom kanálov vo vnútri tela vložky, ktorými prúdi vzduch nad plameňmi.

Podporu sekundárneho spaľovania rovnako zaisťuje vzduch určený k oplachu skla vložky. Oplach výrobcovia riešia tak, že po celej dĺžke skla pri jeho hornom okraji privádzajú vzduch. U starších typov vložiek to výrobcovia riešia tak, že sklo v dvierkach neutěsňují tesniacou šnúrou na hornej hrane (tesnenie je len na spodnej hrane a po oboch bokoch skla). Takto vzniknutú škárou potom do telesa vložky neustále prúdi vzduch z interiéru.

Prívod sekundárného vzduchu u starších typov vložiek - Blanzek 700

U modernejších typov vložiek je tento vzduch privádzaný spravidla z exteriéru systémom kanálikov v tele krbovej vložky. V oboch prípadoch prúd vzduchu pozdĺž skla dvierok vložky zamedzuje jeho nadmernému zanášaniu a dechtovaniu.

Prívod sekundárneho vzduchu u moderných vložiek - Romotop

Tento vzduch, ktorý niekedy výrobcovia nepresne označujú ako terciárny, potom napomáha procesu sekundárneho spaľovania.

Sekundárny vzduch teda umožní dohorenie zvyšných doteraz nespálených plynov, čím sa uvoľní zvyšná energia obsiahnutá v palive a do komína odchádza v ideálnom prípade len oxid uhličitý, vodná para a dusík. Sekundárnym spálením prchavých plynov a emisných častíc, čiže ich splyňovaním dôjde k významnej úspore paliva (až 50%) a dochádza tým pochopiteľne k výraznému zvýšeniu účinnosti procesu spaľovania v krbovej vložke či kachliach. V neposlednom rade má sekundárne spaľovanie významný prínos v minimalizácii emisie splodín vypúšťaných do ovzdušia z Vášho komína.

Pozn.

Prívodom terciárneho vzduchu v pravom slova zmysle rieši niektorí výrobcovia krbových vložiek plnenie prísnych emisných noriem v Nemecku, Rakúsku atď. Podstatou je privedenie ďalšieho vzduchu opäť systémom kanálikov tesne pred výstupné hrdlo, kadiaľ spaliny opúšťajú telo vložky. Dochádza tu k dodatočnému okysličeniu a následnému spáleniu zvyšku častíc obsiahnutých v spalinách. Týmto spaľovaním sa uvoľní minimálne množstvo tepla, ktoré spravidla zahŕňame do tzv. komínovej straty. Jeho účelom nie je získať zo spalín ďalšie teplo pre samotné vykurovanie, ale znížiť podiel emisií v spalinách.

Na princíp sekundárneho spaľovania alebo ako sme si už povedali na princíp splyňovania emisných častíc a ich následné spálenie sa teraz pozrieme podrobnejšie. Celý proces spaľovania prebieha v štyroch etapách:

 

• 1. etapa - zahriatie paliva a jeho vysušení (odparení vody obsiahnutej v dreve)

Prebieha pri teplotách do 100 ° C.

 

• 2. etapa - rozklad štruktúry paliva (pyrolýza)

Prebieha pri teplotách okolo 400 ° C. Dochádza k uvoľneniu plynov, pár a kvapalín, na rošte zostáva drevené uhlie a popol.

 

• 3. etapa - reakcia dreveného uhlia s kyslíkom, oxidom uhličitým a vodou (redukcia uhlíka)

Prebieha pri teplotách okolo 700 ° C.

• 4. etapa - oxidácia - reakcia metánu a kyslíka (horenie) za vzniku oxidu uhličitého a vodnej pary a uvoľnenie tepla

Exotermická reakcia, ktorá je zdrojom dodatočného tepla uvoľneného sekundárnym spaľovaním, súčasne je potom zdrojom tepla pre endotermické hlavné splyňovacie reakcie.

Zaverom

Energetický prínos sekundárneho spaľovania si vysvetlíme na princípe základných 2 typov ohnísk krbov. Historicky staršie prevedenie krbu je tzv. otvorený krb. Pri tomto spôsobe spaľovania dreva dochádza iba k tzv. primárnemu spáleniu, všetky prchavé plyny a emisné častice unikajú bez úžitku do komína. K sekundárnemu spaľovaniu nedochádza z toho dôvodu, že pri tomto type ohniska nie sú splnené skôr spomínané podmienky, a síce nedostatočná teplota a nedostatok kyslíka k začatiu splyňovanie emisných častíc a ich následnému spaľovaniu. Účinnosť takého procesu sa pohybuje cca do 30%. Ide teda o celkom veľkú obeť pôžitku z pohľadu do otvoreného ohniska na plápolajúce plamene, ktoré nezakrýva sklo.

Z toho dôvodu dnes dominujú krby, kde je ohnisko realizované prostredníctvom krbové vložky alebo krbové kachle, ktoré eliminujú zásadnú nevýhodu otvorených krbov. Účinnosť procesu spaľovania vnútri krbovej vložky či kachlí sa potom pohybuje v rozmedzí 65-85%.

Vo všetkých vložkách či kachliach dochádza k sekundárnemu spaľovaniu, líši sa iba svojou intenzitou, dokonalosťou spálenia prchavých plynov a emisných častíc. Mieru využitia energie obsiahnutej v palive a tým i dokonalosť sekundárneho spaľovania jednoznačne vyjadruje účinnosť krbovej vložky či kachlí, ako najpodstatnejší parameter, na ktorý by ste mali brať zreteľ pri ich výbere.

Predajcovia u svojich produktov často uvádzajú v technických parametroch údaj, na ktorý lákajú svojich zákazníkov, že ich produkt má prívod vzduchu pre podporu sekundárneho spaľovania. Potom, čo sme popísali celý princíp spaľovania, je jasné, že z hľadiska efektivity prevádzky krbovej vložky či kachlí nie je tento parameter až tak podstatný. Konštrukcia vložky skrátka musí byť taká, aby došlo k sekundárnemu spáleniu emisných častíc a uvoľneniu energie v nich obsiahnuté. Akým spôsobom sa vzduch, pre podporu sekundárneho spaľovania privádza do priestoru ohniska nemusí zákazníka príliš zaujímať, to je starostí konštruktéra, nie užívateľa.

Pri Vašom výbere berte ohľad okrem svojich požiadaviek na celkové prevedenie, typ vložky a estetický vzhľad hlavne na účinnosť krbovej vložky či kachlí, ako na ten úplne najpodstatnejšie parameter, ktorý je v technickom liste uvedený.

Nakoniec by sme sa ešte chceli na chvíľu zastaviť práve u účinnosti, ako technického parametra, ktorý má zo všetkých ostatných najväčšiu výpovednú hodnotu. Meranie účinnosti každej krbovej vložky či kachlí prebieha za úplne rovnakých podmienok, je pri ňom predpísaná vlhkosť a druh použitého dreva a množstvo ďalších vstupných podmienok. Spôsob merania je presne popísaný príslušnou normou a samotné meranie je vykonávané v štátnych skúšobných laboratóriách. Na základe týchto meraní je každé takéto ohnisko vložky či kachlí certifikované a okrem iného je u neho stanovená hodnota účinnosti. Tento údaj nie je teda možné nijakým spôsobom vylepšovať predajcami, ktorí by chceli svoje produkty pre svojich zákazníkov prikrášliť. Ide teda o najlepší parameter, ktorý vypovedá o kvalite daného produktu a tiež o tom, ako sofistikovane je vykonaná jeho konštrukcia.