Badania kotłów

Rozróżnia się dwa rodzaje badań kotłów – badania atestacyjne i badania eksploatacyjne.

Badania atestacyjne – to badania wykonane ściśle według reguł określonych w konkretnych normach lub procedurach. Wykonuje się je w warunkach stabilnej, trwałej pracy kotła z mocą nominalną oraz minimalną (moc minimalna określana jest jako moc nie przekraczająca 30% mocy nominalnej), przy zasilaniu węglem o własnościach ściśle określonych w normach i procedurach, w warunkach prowadzenia procesu również ściśle określonych tymi aktami. Ze względu na precyzyjne określenie warunków prowadzenia procesu, wyniki tych badań mogą być wykorzystywane do analiz porównawczych poszczególnych typów i rodzajów kotłów w zakresie spełniania wymogów stawianych przez te normy.  Atestacyjne badania energetyczno-emisyjne wykonuje się obecnie według obligatoryjnej normy PN-EN 303-5:2012 Kotły grzewcze — Część 5: „Kotły grzewcze na paliwa stałe z ręcznym i automatycznym zasypem paliwa o mocy nominalnej do 500 kW — Terminologia, wymagania, badania i oznakowanie”.

Badania eksploatacyjne – to badania wykonane w rzeczywistych lub symulowanych warunkach eksploatacyjnych. W warunkach eksploatacyjnych kocioł niezmiernie rzadko pracuje z mocą nominalną. Dane statystyczne wskazują, że w okresie sezonu grzewczego kocioł przez około 95% czasu pracuje z mocą efektywną do 60% mocy nominalnej, a tylko przez około 5% czasu z mocą efektywną powyżej 60% mocy nominalnej. Rzeczywista moc z jaką pracuje kocioł w danym okresie wynika z aktualnego zapotrzebowania (odbioru) ciepła przez ogrzewane obiekty. Zapotrzebowanie to w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych jest silnie zmienne, w zależności nie tylko od warunków pogodowych, ale także od trybu życia i upodobań użytkowników ogrzewanych obiektów. Efektywne parametry pracy kotła uzyskane w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych są zawsze gorsze od teoretycznych – uzyskanych w badaniach atestacyjnych, wykonanych na specjalnym stanowisku badawczym, w warunkach trwałej pracy kotła z mocą nominalną. Wpływają na nie zmienne warunki pracy kotła, wahania jakości paliwa, umiejętności technologiczne obsługi kotła itp., oraz zastosowane rozwiązania konstrukcyjne kotłów i regulatorów pracy kotła.

Trzeba wyraźnie zwrócić uwagę, że moc nominalna (czyli – według normy PN-EN 303-5 – maksymalna trwała moc ustalona przez wytwórcę przy spalaniu określonego paliwa) nie musi być tożsama z mocą optymalną (czyli mocą, przy której kocioł uzyskuje najkorzystniejsze wyniki eksploatacyjne – energetyczne, emisyjne i ekonomiczne). Dla każdego kotła można drogą specjalistycznych badań określić zakres mocy optymalnej i wyniki eksploatacyjne uzyskiwane w tym obszarze oraz wyniki eksploatacyjne uzyskiwane powyżej i poniżej tego zakresu. Uważamy, że takie wyniki pozwolą potencjalnym nabywcom dokonać optymalnego wyboru w fazie decyzji o zakupie kotła, unikając pułapki zachęt marketingowych tworzonych przez specjalistów od reklamy. Będą one również bardzo pomocne w trakcie jego eksploatacji.

Zasoby dokumentacji z badań efektywności pracy kotłów w warunkach zmiennej mocy i zmiennej jakości paliwa są znikome. Branża kotlarska dotychczas tylko sporadycznie zlecała badania tego rodzaju, zadowalając się świadectwami badań atestacyjnych, które dają istotne korzyści marketingowe, gdyż urzędy i instytucje dysponujące środkami pomocowymi na realizację przedsięwzięć proekologicznych opierają swoje decyzje właśnie na wynikach tych badań.

Badania atestacyjne dają wiedzę o poprawności konstrukcji kotła. Natomiast badania eksploatacyjne dają wiedzę o tym, jak w warunkach rzeczywistych będzie pracował układ kocioł-regulator-paliwo przy zmiennym odbiorze ciepła i przy zmianie własności paliwa zasilającego kocioł. Badania eksploatacyjne odkrywają słabe strony kotła, których skutki często zrzuca się na nieudolność użytkownika, licząc na jego bezsilność w takiej sytuacji. Pomysł weryfikowania jakości kotłów drogą badań eksploatacyjnych wydaje się być niechętnie przyjmowany przez producentów, być może dlatego, że wyniki tych badań mogą bardzo zaboleć.

Rozpiętość jakości w grupie kotłów, które uzyskały pozytywne świadectwo badania atestacyjnego, jest dość spora. Część producentów kotłów w ostatnich latach znacząco udoskonaliła technologie wytwarzania i podwyższyła poziom jakości wyrobów. Najwyższa pora, aby z grupy produktów spełniających podstawowe standardy techniczne wyróżnić produkty, które wykażą najwyższe walory funkcjonalne i zapewnią użytkownikowi najwyższe korzyści ekonomiczne.

Dlaczego warto badać kotły?

Przypadek jednego z kotłów zgłoszonych do badań atestacyjnych – kocioł z palnikiem retortowym konwencjonalnym o mocy nominalnej według deklaracji producenta 50kW, ze sterownikiem typu PID. Wyniki standardowego 6-godzinnego testu przedstawiono na wykresie poniżej. Rozpalenie kotła oraz dojście do parametrów nominalnych przebiegło bez komplikacji. W trakcie testu kocioł pracował stabilnie, bez zauważalnych nieprawidłowości. Uśrednione wyniki: zawartość tlenu w spalinach 8%, moc 52kW, zawartość tlenku węgla w spalinach 550mg/m³ (w przeliczeniu na 10% tlenu w spalinach). W popiele jednak zaobserwowano duże ilości niedopalonych kawałków koksu. Analiza laboratoryjna popiołu wykazała bardzo wysoką zawartość części palnych (niedopału) 75%.

b_01

Po wykonaniu przez producenta kotła usprawnień konstrukcyjnych podajnika paliwa oraz wyregulowaniu przez producenta sterownika ustawień początkowych (z wykorzystaniem udostępnionego mu analizatora składu chemicznego spalin) wykonano testy eksploatacyjne kotła – wykresy poniżej.

W trakcie pierwszego 16-godzinnego testu kocioł pracował stabilnie, bez zauważalnych nieprawidłowości. Uśrednione wyniki: zawartość tlenu w spalinach 13,5%, moc 19kW, zawartość tlenku węgla w spalinach 560mg/m³ (w przeliczeniu na 10% tlenu w spalinach). Średnia temperatura spalin wynosiła 150°C. Analiza laboratoryjna popiołu wykazała zawartość części palnych (niedopału) 30%.

b_03

W kolejnym teście zwiększono odbiór ciepła. W fazie przejścia z mocy niższej do wyższej temperatura wody unormowała się po około 1 godz. Obraz zmian temperatury spalin w tym okresie jest nieco dziwny. W pierwszej 7-godzinnej części testu widać jakby dwie fazy zmian temperatury spalin (patrz wykres poniżej). Uśrednione wyniki: zawartość tlenu w spalinach 9%, moc 45kW, zawartość tlenku węgla w spalinach 650mg/m³ (w przeliczeniu na 10% tlenu w spalinach), przy czym w pierwszej fazie była zdecydowanie wyższa (1200mg/m³) niż w drugiej (300mg/m³). Średnia temperatura spalin wynosiła 240°C. W drugiej 9-godzinnej części testu zmniejszono odbiór ciepła. W fazie przejścia z mocy wyższej do niższej temperatura wody oraz temperatura spalin unormowały się po niecałej godzinie. Uśrednione wyniki: zawartość tlenu w spalinach 11%, moc 35kW, zawartość tlenku węgla w spalinach 220mg/m³ (w przeliczeniu na 10% tlenu w spalinach). Średnia temperatura spalin wynosiła 210°C. Analiza laboratoryjna popiołu w całym teście wykazała zawartość części palnych (niedopału) 25%.

b_04

W ramach tego cyklu badań wykonano także próbę rozpalenia kotła i test pracy kotła z mocą minimalną (w warunkach instalacji, na której wykonywano badania, tzn. przy całkowitym wstrzymaniu podawania wody chłodniczej do wymiennika ciepła woda/woda, chłodzącego wodę obiegową). Na wykresie poniżej przedstawiono przebieg tej próby. Kocioł osiągnął parametry pracy z mocą minimalną po około 1godz. Uśrednione wyniki pracy z mocą minimalną: zawartość tlenu w spalinach 18%, moc 7,5kW, zawartość tlenku węgla w spalinach 1300mg/m³ (w przeliczeniu na 10% tlenu w spalinach). Zawartość tlenku węgla w spalinach w trakcie testu była stabilna. Średnia temperatura spalin wynosiła 95°C.

b_02

Każda historia powinna kończyć się morałem. Z tej wynika, że kupowanie kotła, który nie posiada wiarygodnych wyników badań eksploatacyjnych, zawsze będzie się wiązało z ryzykiem. Nie zawsze musi to być zła wola producenta. Jak widać z przedstawionych powyżej wyników badań – badany kocioł jest w sumie dobrym wyrobem, tylko jego nominalna moc nie wynosi 50kW (jak zadeklarował producent), ale mieści się w granicach 20-30kW.

Wyobraź sobie teraz sytuację, że jesteś jego nabywcą i czeka Cię żmudny proces reklamacyjny z producentem lub sprzedawcą. W przypadku złej woli sprzedającego, winą będziesz obarczany Ty, bo zawsze znajdą Ci jakieś uchybienia w eksploatacji lub instalacji kotła. Wyobraź sobie też inną sytuację, że kupiłeś go dwie zimy temu (ostatnie dwie zimy były wyjątkowo łagodne) i żyjesz sobie w błogiej nieświadomości, że przy pierwszej porządnej zimie albo nie dogrzejesz swoich obiektów, albo poniesiesz poważne dodatkowe koszty ogrzewania z tytułu ponad normatywnego zużycia paliwa.

Jeszcze trochę o normach.
Po co są te normy? Po to, żeby normować, czyli ujednolicać. Po to, aby badania wykonane przez różnych wykonawców mogły być porównywane i aby były porównywalne. Taki jest sens tych norm.
To, czy dane konkretne normy są bardziej, czy mniej przydatne dla użytkownika, producenta itp. – to inna sprawa. Twórców norm to nie interesuje. Oni opracowują normy na zlecenia różnych organów, instytucji, branż itp. Projekty norm są analizowane w komitetach normalizacyjnych, zmieniane, uzupełniane, poprawiane, uzgadniane itp. A na końcu zatwierdzane. Muszą być poprawne technicznie. Nie muszą podobać się wszystkim i być przez wszystkich akceptowane. Muszą być akceptowane dopiero wtedy, kiedy aktem prawnym zostaną uznane za obowiązkowe.

Od chwili wejścia normy w życie, jej ustalenia muszą być bezwzględnie przestrzegane – bo te ustalenia są normą. Co to znaczy – przestrzegane? To znaczy, że jeśli ktoś chce się na tę normę powołać – to musi postępować dokładnie tak, jak ona stanowi. Nie ma tu miejsca na własną interpretację.
Jeśli ktoś chce… Bo sam fakt istnienia danej normy nie oznacza jeszcze, że jest ona obowiązkowa i musi być stosowana. Jeśli ktoś chce dany problem zbadać czy rozwiązać inaczej (bo uważa, że tak będzie lepiej), może to zrobić inaczej, niż ustalono w tej normie. Nie wolno mu jednak wtedy powoływać się na tę normę. I tyle.

Norma PN-EN 303-5:2002 nie była normą obowiązkową. Nie było więc przymusu jej stosowania. To jest jednoznaczne. Norma PN-EN 303-5:2012 jest normą obowiązkową. Czy ta norma jest dobra czy nie – to zupełnie inny problem. Nawet gdyby była całkiem zła – to nikt (poza stosownym komitetem normalizacyjnym) nie ma prawa jej poprawiać.

A czy jest ta norma dobra czy nie?
Z punktu widzenia przydatności dla oceny kotła przez potencjalnego nabywcę – jest ona niedobra. Daje bowiem charakterystykę kotła „czystego”, w stanie przed-eksploatacyjnym. Już po kilku tygodniach eksploatacji charakterystyka kotła zmienia się bardzo poważnie. Powierzchnie wymiany ciepła w kotle zarastają produktami spalania. Część z nich daje się czyścić, ale nie odzyskają już nigdy pierwotnej „czystości”. Części z nich nie da się czyścić, ze względu na utrudniony dostęp – w zależności od stopnia doskonałości konstrukcji kotła. Toteż dwa kotły o takiej samej nominalnej mocy i sprawności normatywnej nie muszą wykazywać identycznych strat sprawności w trakcie eksploatacji – i też nie wykazują. Ta różnica – powtarzam – zależy od konstrukcji konkretnego kotła.
Sugerowane tu przeze mnie badania eksploatacyjne, przed którymi tak zaciekle bronią się producenci kotłów, muszą być wykonywane po stosownym okresie eksploatacji kotła, kiedy powierzchnie wymiany ciepła osiągną już swój „typowy stopień zabrudzenia”. Dopiero wtedy wyniki badań będą miały dla potencjalnego nabywcy sens praktyczny.

%d bloggers like this: