Význam lambda sondy v splyňovacích kotloch.
Tak, ako každý moderný automobil je vybavený lambda sondou, je pre dokonalé spaľovanie vhodné, aby aj moderný splyňovací kotol mohol byť vybavený lambda sondou. Uvedomujeme si dôležitosť lambda sondy v kotle, preto naše kotly PYROGAS sme konštruovali tak, aby mohli byť ponúkané aj s touto výbavou.
Európske technické normy pre všetky zariadenia, ktoré svojím prevádzkovaním produkujú aj nežiadúce škodlivé emisie /najmä CO, CO2, NOx, OGC, prach, apod./, stanovujú vzhľadom na neustále sa zhoršujúce životné prostredie práve vplyvom úniku uvedených emisií do ovzdušia veľmi prísne limity.
K neprekročeniu limitných hodnôt počas prevádzky /viď. tabuľka nižšie/ sú takéto zariadenia dnes už vybavené dômyselnou elektronickou regulačnou technikou.
Práve jednou z nevyhnutných podmienok k tomu, aby splyňovací kotol v každom režime kúrenia vypúšťal výfukovým-komínovým potrubím do ovzdušia emisie v normou povolenej hranici a zároveň dosahoval vysokú účinnosť spaľovania je potrebné, aby v závisloti od prevádzkových podmienok a krajiny určenia mohol byť vybavený aj lambda sondou.
Lambda sonda je keramický, elektrochemický analyzátor kyslíka namontovaný vo vyústení dymovodu kotla spojený s elektronickým regulátorom. Úlohou lambda sondy je merať množstvo kyslíka v tomto potrubí a odovzdávať vo forme elektrického signálu túto hodnotu do elektronického regulátora konštrukčne schopného túto hodnotu počas prevádzky kotla vyhodnocovať a následne riadiť celý proces spaľovania tak, aby k horiacemu palivu – v našom prípade horiacemu palivovému drevu, resp. drevným briketám, bolo dodávané kontinuálne optimálne množstvo vzduchu. Prívod vzduchu do kotla sa rozdeľuje na primárny a sekundárny vzdušný kyslík. Množstvo a pomer týchto dvoch zložiek privádzaného vzduchu je dôležitý pre dosiahnutie nízkoemisnej prevádzky, vysokej účinnosti a rovnomerného spaľovania bez výkyvov výkonu. Primárny vzduch je v kotle privádzaný k primárnej žiarobetónovej dýze spaľovacej komory samostatným kanálom a sekundárny vzduch je privádzaný až priamo do spaľovacej komory ďalším samostatným kanálom a zabezpečuje tak dokonalé dohorenie horiacich plynov. Primárny vzduch sa podieľa spolu s ventilátorom najmä na výkone kotla a sekundárny vzduch je dôležitý pre nízko emisné spaľovanie. Obidva kanály majú v sebe zabudované rotačné klapky, ktoré môžu byť mechanicky nastaviteľné, alebo nezávisle ovládané servomotormi práve na základe vyhodnotenia, v regulátore, množstva kyslíka v spalinách. Celý proces prívodu vzduchu, spaľovací proces a tok spalín kotlovým telesom až k dymovodu dokáže kvalitne zabezpečiť najmä kotol vybavený lambda sondou a to za každých prevádzkových pomerov, tj. po plnom naložení kotla palivom, jeho postupnej spotrebe počas horenia, dohorievaniu paliva, rôznej kvalite a druhu dreva /vždy však max. 20% vlhkosti/, rôznom ťahu komína apod. Z uvedených dôvodov počas kúrenia v kotle sa neustále mení aj potreba a pomer dodávky primárneho a sekundárneho vzduchu do spaľovacieho procesu.
U kotlov s pevným, resp. manuálnym nastavením množstva prívodu vzduchu a otáčok ventilátora je značne náročné dosiahnuť dlhodobo veľmi nízke emisie a vysokú účinnosť zodpovedajúcu najnižším limitom v európskej norme EN 303.5, resp. národným odchýlkam niektorých členských štátov Európskej únie. Nato, aby tieto neustále sa meniace vplyvy na proces spaľovania boli eliminované je nevyhnutné, aby chod kotla bol elektronicky riadený regulátorom, ktorý na základe nepretržitého vyhodnocovania teploty spalín dokáže riadiť otáčky ventilátora a vo výbave s lambda sondou aj množstvo kyslíka v spalinách so sofistikovaným algoritmom, automaticky ovládať aj servomotory tak, aby spaľovanie bolo čo najdokonalejšie. Takémuto spaľovaniu pri kúrení drevom, resp. drevnými briketami zodpovedá priemerný 5,26% zostatkový kyslík, čo predstavuje hodnotu lambdy λ=1,35. Ak je kotol lambda sondou vybavený, regulátor jej hodnotu riadi a skutočnú hodnotu aj vizualizuje.
Proces spaľovania je exotermický chemický proces prebiehajúci v spaľovacej žiarobetónovej komore za vysokých teplôt až 1200ºC. Horúce spaliny zo spaľovacej komory prechádzajú priestorom okolo stien teplovodného okruhu kotlového telesa, ktorým sú vodné plochy kotla a vodné lamely až do komína. Takto dochádza postupne k prenosu tepla zo spalín do vodného plášťa kotlového telesa, ktoré je následne odvádzané do vykurovacieho média – radiátory, podlahové kúrenie, zásobník teplej vody, akumulačná nádrž apod. Rýchlosť prúdenia spalin, veľkosť vodnej plochy kotlového telesa, robustnosť, tvar a kvalita žiarobetónovej spaľovacej komory a čas za aký sa spaliny dostanú až k ústiu dymovodu kotla sú taktiež dôležité pre účinnosť kotla. Čím je teplota spalín vo vyústení dymovodu z kotla nižšia, tým je účinnosť kotla vyššia.
U moderných kotlov sa strata citeľným teplom spalín /komínová strata/ môže pohybovať na úrovni 6-8%. Pri tejto hodnote, ako hlavnej zložke výpočtu účinnosti kotla, je môžné dosiahnuť účinnosť kotla nad 89-93%, čomu zodpovedá výstupná teplota spalín z kotla cca 140 – 180 ºC. Vyššia účinnosť nad cca 93%, resp. nižšia teplota spalín pod 120ºC môže mať na druhej strane za následok zhoršenie komínového ťahu do tej miery, že spaliny prechádzajúce komínom začnú kondenzovať. Na vnútorných stenách komína sa začne vytvárať decht, čo môže v prípade zanedbania jeho pravidelného čistenia viesť až k jeho upchatiu, prípadne i riziku vznietenia sa dechtu a následnému požiaru.
U dobre skonštruovaných moderných kotlov je možné dosahovať prevádzkové hodnoty emisií výrazne nižšie než uvádza trieda 5 v EN 303.5, resp. požiadavky na Ekodesign.
Tabuľka limitných hodnôt emisií pre drevo a drevné brikety v mg/m³ pri 10% O2 podľa EN 303-5:2013 :
trieda kotla CO OGC prach
3 5000 150 150
4 1200 50 75
5 700 30 60