Specyfika pracy kotła na biomasę niesie ze sobą nowe wyzwania, szczególnie w dziedzinie bezpieczeństwa pracy kotłowni. Kotły na biomasę są traktowane podobnie jak kotły na paliwo stałe, co wiąże się z konkretnymi wymaganiami dotyczącymi ich zabezpieczeń.
Wymogi prawne i ogólne zabezpieczenia kotłów na paliwo stałe
Obecne Warunki techniczne, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, w §133, p.7 stanowią, że: „Zabrania się stosowania kotła na paliwo stałe do zasilania instalacji ogrzewczej wodnej systemu zamkniętego, wyposażonej w przeponowe naczynie wzbiorcze, z wyjątkiem kotła na paliwo stałe o mocy nominalnej do 300 kW, wyposażonego w urządzenia do odprowadzania nadmiaru ciepła.”
Oznacza to, że kotły na biomasę o mocy do 300 kW nie muszą posiadać naczynia wzbiorczego otwartego, pod warunkiem zabezpieczenia ich naczyniem przeponowym oraz dodatkowo urządzeniem do odprowadzania nadmiaru ciepła. W praktyce takie urządzenie stanowi często termiczny zawór upustowy, np. typu STS.
Termiczny zawór upustowy (STS) - ochrona przed przegrzaniem
Termiczny upustowy zawór bezpieczeństwa, zamontowany w instalacji zasilanej kotłem na paliwo stałe, służy do rozproszenia nadmiaru energii powstałej w wyniku wzrostu temperatury wody kotłowej. Zawory STS wyposażone są w sondę pomiarową z czujnikiem termicznym, połączoną z elementem wykonawczym za pomocą kapilary.
Zasada działania zaworu STS
Pod wpływem wzrostu temperatury następuje wzrost objętości czynnika termicznego sondy. Czynnik ten, poprzez kapilarę, oddziałuje hydraulicznie na mieszek w elemencie wykonawczym, powodując jego odkształcenie i przesunięcie popychacza, który otwiera grzybek zaworu. Przy spadku temperatury sprężyna powrotna powoduje przymknięcie grzybka zaworu. Temperatura otwarcia takich zaworów wynosi zazwyczaj 55, 85, 93, 97 lub 103ºC.
Montaż i konserwacja zaworu STS
Termiczny upustowy zawór bezpieczeństwa należy zainstalować w pobliżu kotła, zaś sondę pomiarową zanurzyć w wodzie kotłowej. Spust powinien być skierowany do odpowiedniego lejka spustowego (np. serii IS) w celu ochrony przed poparzeniem. Aby zapewnić prawidłowe działanie zaworu, nie należy instalować kolan na rurze odpływowej; zaleca się zastosowanie wygiętej rury o promieniu gięcia równym co najmniej 3-krotnej średnicy rury. Dla długotrwałej i bezawaryjnej pracy zaworu wymagane jest okresowe (co najmniej raz w roku) jego awaryjne uruchomienie poprzez naciśnięcie i przytrzymanie przycisku ręcznego wyzwalania spustu, umieszczonego w części termostatycznej.
Termiczne urządzenie zabezpieczające SYR - kompleksowa ochrona
W odróżnieniu od pojedynczego zaworu STS, termiczne urządzenie zabezpieczające, np. firmy SYR, charakteryzuje się podwójnym przyłączem: jednym dopływa zimna woda z wodociągu, drugim odprowadzana jest gorąca woda do kanalizacji. Jest to rozwiązanie szczególnie polecane do kotłów, które nie są wyposażone w wymiennik chłodzący.
Budowa i zasada działania SYR
Termiczne urządzenie zabezpieczające SYR jest sterowane przez dwa niezależne od siebie zawory: napełniający i wyrzutowy. Korpus urządzenia jest wytłoczony z mosiądzu, a pozostałe części mające kontakt z wodą wykonano z nierdzewnej stali i odpornego na temperaturę plastiku. Elementy uszczelniające są wykonane ze sprężystego i odpornego na wysoką temperaturę elastomeru, a sprężyny z nierdzewnej stali sprężynowej. Czujnik i rurka kapilarna są miedziane, z niklowaną tulejką. Sterowanie otwarciem zaworu jest wykonywane przez podwójny czujnik temperatury. Armatura odpowietrza się samoistnie. Elementy zaworu (siedzisko i uszczelnienie) mogą być demontowane i czyszczone bez zmiany nastawy temperatury otwarcia. Kompaktowa głowica temperaturowego czujnika może być demontowana na czas montażu korpusu zaworu.
Montaż i parametry pracy SYR
Reduktor jest połączony z siecią wodną, a wyjście sterowanego termicznie zaworu napełniającego podłączone jest do przewodu powrotnego kotła. Przewód zasilający prowadzi do wejścia sterowanego termicznie zaworu wyrzutowego, którego strona wyjściowa prowadzi do odpływu. Czujnik temperatury montuje się w najcieplejszym miejscu, najlepiej w górnej części kotła. Zawór redukcyjny ustawiony jest trwale na 1,2 bar, stąd ciśnienie robocze w urządzeniu grzewczym powinno być o 0,2 - 0,3 bar wyższe, co zapobiega otwarciu zaworu bezpieczeństwa w instalacji. Zaleca się stosowanie zaworu bezpieczeństwa o nastawie co najmniej 2 bar.
Sekwencja działania SYR
Przy przekroczeniu nastawionej temperatury otwarcia (około 90°C) zaczyna się otwierać zawór napełniający. Aby utrzymać stabilne ciśnienie w instalacji grzewczej, zawór wyrzutowy otwiera się przy 97°C. Po jego otwarciu z instalacji grzewczej wypływa gorąca woda, a zimna woda może wpływać z przewodu zasilającego, dzięki czemu kocioł ochładza się. Przy obniżeniu temperatury kotła do 94°C zawór wyrzutowy zostaje zamknięty. Dzięki sterowanemu termicznie zaworowi napełniającemu oraz czujnikowi temperatury przywrócone zostaje właściwe ciśnienie przepływu w instalacji grzewczej.
Zawór bezpieczeństwa "Strażak" - ochrona przed cofnięciem płomienia
Urządzenie STRAŻAK służy do zabezpieczenia przed zapłonem opału znajdującego się w zasobniku kotła z podajnikiem. Zabezpieczenie przed cofnięciem płomienia jest kluczowe, gdyż przy zaburzonej pracy wentylatora lub braku prądu może teoretycznie wystąpić niebezpieczeństwo cofnięcia się żaru do rury zasypowej lub urządzenia ślimakowego, prowadząc do pożaru paliwa w podajniku lub zasobniku.
Zabezpieczenie wodne ("strażak")
Zabezpieczenie wodne (urządzenie gaśnicze) zbudowane jest w postaci zbiornika z wodą lub instalacji wodociągowej podłączonej do chłodnicy podajnika paliwa. W niektórych kotłach zbiornik jest mocowany na zasobniku paliwa, choć takie rozwiązanie nie jest zalecane.
Mechanizmy działania systemu "Strażak"
Oprócz zbiornika, zabezpieczenie przeciwpożarowe ("strażak") składa się z elastycznego przewodu doprowadzającego wodę, na końcu którego znajduje się korek z wosku pszczelego lub zawór z czujnikiem temperatury.
- W pierwszym rozwiązaniu, króciec z woskiem jest podłączony do przewodu podajnika w odpowiedniej odległości od paleniska. W sytuacji, gdy płomień przedostanie się do przewodu podajnika, podgrzewa jego obudowę oraz króciec z woskiem. Gdy króciec osiągnie temperaturę około 50°C, wosk się roztapia i woda ze zbiornika zalewa podajnik, gasząc ogień.
- System "strażak" z zaworem termostatycznym, np. firmy Danfoss (model BVTS), posiada czujnik termiczny zamocowany na obudowie podajnika. W przypadku cofnięcia lub przedostania się żaru do rury podajnika, czujnik temperatury zaworu powoduje jego otwarcie i zalanie żaru. Zamiast zbiornika wody, zawór BVTS można podłączyć bezpośrednio do instalacji wodociągowej.
Zawór termostatyczny Danfoss BVTS
Zawór termostatyczny Danfoss BVTS zapewnia niezawodną, bezpieczną oraz bezobsługową pracę. Jest przeznaczony do montowania w kotłach z podajnikami, szczególnie tych opalanych pelletem, owsem, zrębkami drewnianymi czy wiórami. Zabezpiecza kocioł przed cofnięciem się płomienia poprzez monitorowanie temperatury w podajniku paliwa.
Działanie i parametry BVTS
Jeżeli temperatura w podajniku przekroczy 95°C, zawór otworzy się i umożliwi dopływ odpowiedniej ilości wody w celu wygaszenia ognia. Po zadziałaniu zawór zamyka się, aby zminimalizować konieczność dalszego czyszczenia i konserwacji. Zawór termostatyczny Danfoss BVTS działa niezawodnie niezależnie od temperatury otoczenia, a jego funkcjonowanie nie wymaga dostarczania energii z zewnątrz. BVTS jest zaworem samoczynnym, aktywowanym przez wzrost temperatury. Nastawa zaworu jest stała i nie może być zmieniona przez użytkownika. Gdy temperatura wokół czujnika wzrośnie, podgrzaniu ulegnie również napełnienie czujnika, powodując wzrost ciśnienia, które poprzez kapilarę jest przenoszone do mieszka i oddziałuje na zawór.
Parametry techniczne zaworu Danfoss BVTS:
- Medium: woda
- Maks. ciśnienie robocze: 10 bar
- Temperatura wody: 5 do 110°C
- Temperatura otwarcia: 95°C
- Histereza: 6°C
- Temperatura otoczenia: 0 do 125°C
- Przepływ: 2,4 m³/h przy ciśnieniu wody min. 1 bar i temp. otwarcia
Zawór termostatyczny BVTS ma zastosowanie w instalacjach grzewczych jako zabezpieczenie dla kominków oraz kotłów na paliwo stałe. Zapobiega przegrzaniu kotła poprzez zrzut wody z podgrzewacza lub wężownicy kondensacyjnej, a także zabezpiecza przed cofaniem płomienia do podajnika paliwa stałego poprzez zalanie paliwa w sytuacji nadmiernego wzrostu temperatury.
Ważna uwaga dotycząca systemu "Strażak"
W większości konstrukcji kotłów i instrukcji DTR, zadziałanie systemu "strażak" jest uznawane za bardzo istotną usterkę w działaniu kotła i wymaga jego ponownego uruchomienia przez autoryzowany serwis.
Inne kluczowe zabezpieczenia w kotłach na biomasę
Zabezpieczenie termiczne podajnika
Polega na automatycznym uruchomieniu podajnika przy przekroczeniu dopuszczalnej temperatury paliwa, w celu wypchnięcia żaru do kotła. Zgodnie z normą PN-EN 303-5, zabezpieczenie to powinno zadziałać przy wzroście temperatury o co najmniej 20K powyżej normalnej temperatury pracy lub przy temperaturze >95°C.
Śluza zabezpieczająca
Rozwiązanie stosowane w niektórych kotłach (np. Lazar), polega na stosowaniu na podajniku paliwa elementu pośredniego w postaci śluzy, który przepuszcza paliwo z podajnika bezpośrednio do komory wrzutowej, izolując zasobnik od paleniska.
Zabezpieczenie STB przed nadmiernym wzrostem temperatury wody
W kotłach z podajnikiem jest to najczęściej tzw. zabezpieczenie STB, które polega na automatycznym wyłączeniu pracy podajnika i wentylatora nadmuchowego do czasu wychłodzenia wody. System STB może być pojedynczy lub podwójny. W drugim rozwiązaniu jest wykonywany osobno dla sprzętu (wyłączanie pracy wentylatora i podajnika) i osobno dla sterownika kotła (analogowe STB, reagujące po przekroczeniu temperatury).
Zabezpieczenie przed niezupełnym spalaniem
Stanowi je tzw. „sonda lambda”, umieszczana w przewodzie kominowym. Sonda mierzy poziom tlenu w spalinach; jeśli jest go za mało, wysyła sygnał do wentylatora nadmuchowego, zwiększając dopływ powietrza, co optymalizuje proces spalania.
Zabezpieczenie przed zatkaniem podajnika paliwa
Realizowane jest przez czujnik pojemnościowy umieszczony w podajniku ślimakowym. Czujnik sprawdza na bieżąco (metodą zbliżeniową) ilość paliwa w podajniku. Jeśli pojawi się jego nadmiar (np. na skutek błędnej detekcji zapłonu), czujnik wyłącza podawanie paliwa, chroniąc tym samym podajnik przed trwałym zablokowaniem. Czujnik pojemnościowy podłączany jest szeregowo do obwodu obsługującego wyłącznik krańcowy drzwi kotła.
Zabezpieczenie przed zimnym rozruchem (Laddomat)
Kotły na biomasę dość wolno ulegają rozgrzaniu do temperatury, powyżej której nie występuje już tzw. „punkt rosy” (wykraplanie się pary wodnej zawartej w spalinach na zimnych ściankach kotła). Roszenie jest niebezpieczne z punktu widzenia korozji kotła, dlatego dąży się do jak najszybszego jego rozgrzania. Przy dużych kotłach o znacznej pojemności, jak też w kotłach ze zgazowaniem drewna, zabezpieczenie przed zimnym rozruchem realizowane jest zwykle przez wytworzenie tzw. „krótkiego obiegu” kotła, tzn. z pominięciem instalacji. Woda ogrzewana w kotle krąży w tym wypadku tylko pomiędzy kotłem a zaworem czterodrogowym zamocowanym w jego pobliżu, lub pomiędzy kotłem a specjalną armaturą zwrotną, np. Laddomatem, zamocowanym pomiędzy kotłem a zasobnikiem ciepła. Wraz z osiągnięciem przez kocioł temperatury roboczej, zawór termiczny otwiera się i wtłacza zimną wodę z zasobnika.
Automatyczna cyrkulacja grawitacyjna
Jeżeli podczas opalania pieca nastąpi przerwa w dopływie prądu, zostaje uruchomiona automatyczna cyrkulacja grawitacyjna dzięki łatwo otwierającemu się zaworowi zwrotnemu (pod warunkiem, że w zbiorniku woda jest zimniejsza niż w kotle). Automatyczna cyrkulacja grawitacyjna tworzy się na skutek różnicy w wadze pomiędzy lżejszą wodą gorącą a cięższą wodą zimną. Kiedy zbiornik jest całkowicie wypełniony aż do dna, cyrkulacja grawitacyjna jest niewielka, a kocioł mimo to może wrzeć. Wrzeniu można zapobiec poprzez doprowadzenie niewielkiej ilości zimnej wody bezpośrednio do dolnej części kotła za pomocą kranu służącego do napełniania systemu.
Czujnik niskiego poziomu wody (WMS-WP6)
Czujnik WMS-WP6 jest elektromechanicznym czujnikiem niskiego poziomu wody z pływakiem, przeznaczonym do zamkniętych instalacji grzewczych zgodnych z PN-EN 12828. Ma za zadanie chronić kocioł przed nadmiernym spadkiem poziomu wody. Jeśli poziom wody spadnie poniżej minimum, pływak uruchamia przełącznik, który odcina zasilanie kotła. Mechanizm zabezpieczający (blokada) uniemożliwia ponowne automatyczne jego uruchomienie. Wersja WMS-WP6 bez blokady przeznaczona jest do odblokowania urządzenia zdalnie z szafy sterującej. Zgodnie z normą PN-EN 12828, systemy o mocy powyżej 300 kW muszą być obowiązkowo wyposażone w czujniki niskiego poziomu wody.
Elementy czujnika WMS-WP6:
- Tabliczka znamionowa
- Przycisk odblokowania
- Pływak
- Spust zanieczyszczeń
- Pokrywka
- Śruba odpowietrzająca
- Poziom zadziałania (przełączania) 88mm
- Korpus
W celu przyspawania należy odłączyć króćce od czujnika. Czujnik montuje się w najwyższej części kotła. Aby zasymulować stan alarmowy, należy nacisnąć dźwignię kontrolną, przesuwając pływak w dół.
tags: #zawor #bezpieczenstwa #strazak