Chcąc sprawdzić, czy tak rzeczywiście „górne spalanie” prowadzi do zmniejszenia emisji pyłów zawieszonych i benzo(a)pirenu Krakowski Alarm Smogowy zlecił Instytutowi Chemicznej Przeróbki Węgla badania wpływu promowanej metody spalania na jakość spalin z kotła.

Najważniejszy wniosek płynący z badania jest następujący: górne spalanie nie uwolni nas od smogu. Może za to być niebezpieczne dla tych, którzy zdecydują się je stosować.

– Widząc, że przybywa gmin, w których promuje się tzw. górne spalanie, postanowiliśmy sprawdzić, czy ma to uzasadnienie w efektach, które przynosi stosowanie tej metody. Dlatego zdecydowaliśmy się, by sprawdzić to we współpracy z naukowcami z IChPW. Wyniki badań nie są optymistyczne. Górne spalanie jest metodą nieprzewidywalną i może być niebezpieczne. Z jednej strony dlatego, że często wzrastają emisje rakotwórczego benzo(a)pirenu. Ale nie tylko. Naukowcy z IChPW potwierdzili także, że w czasie spalania gwałtownie rosną temperatury w kotle, co zwiększa ryzyko awarii, rozszczelnienia, a nawet wybuchu kotła. – mówi Anna Dworakowska z Polskiego Alarmu Smogowego.

Badania przeprowadzone w Laboratorium Technologii Spalania i Energetyki, miały na celu przede wszystkim sprawdzenie, jaka jest emisja zanieczyszczeń z tradycyjnych kotłów przy stosowaniu metody palenia od góry oraz czy jest wystarczająco niska aby metodę tę uznać za skuteczne narzędzie do walki z zanieczyszczeniem powietrza. Pracownicy Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu pracowali pod kierunkiem dr inż. Katarzyny Matuszek. Zespół przeprowadził szereg prób porównawczych przy zastosowaniu różnych kotłów i paliw.

Wyniki osiągnięte w ich trakcie wskazują, że przy zastosowaniu palenia od góry emisja pyłów bywa – choć nie jest tak zawsze, bo metoda jest nieprzewidywalna i w zasadzie każda próba przynosiła inne wyniki – niższa niż kiedy piec rozpala się tradycyjnie. Jednak nawet w próbach podczas których osiągnięto najlepsze rezultaty, były one kilku do kilkunastu razy wyższe niż w nowoczesnych piecach spełniających wymogi klasy 5 czy unijne normy „Ekoprojektu” i pozostawały na poziomie kotłów bezklasowych, tzw. kopciuchów. Zmieniały się jednak nie tylko poziomy emisji pyłów do atmosfery. Znaczące różnice dostrzeżono w poziomach emisji bardzo szkodliwego dla zdrowia, rakotwórczego benzo(a)pirenu. Te wzrastały nawet kilkukrotnie. Na przykład w czasie próby z drewnem prowadzonej w kotle komorowym emisja benzo(a)pirenu wzrosła 20-krotnie. Z 26 ug/m3 przy rozpalaniu „od dołu” do 525 ug/m3 przy rozpalaniu od góry. Na ogół nie było aż tak źle, jednak emisje powstające w czasie spalania węgla tą metodą okazały się być całkowicie nieprzewidywalne.

Podkreśla to dr inż. Katarzyna Matuszek z IChPW. – Przede wszystkim metoda rozpalania od góry jest nieprzewidywalna. Może być niebezpieczna. W wielu urządzeniach nie da się jej stosować. A warto zwrócić uwagę także na to, że były próby, w których zwiększała się ilość innych zanieczyszczeń, które wydostawały się z kotła – mówi.

– W każdej z przeprowadzonych prób emisje z kotłów rozpalanych od góry były wielokrotnie wyższe niż z kotłów klasy 5, a nawet najniższej klasy 3. Niestety nadal pozostawały one na poziomie pozaklasowego kotła zasypowego, potocznie zwanego kopciuchem – dodaje Anna Dworakowska z Polskiego Alarmu Smogowego.

TUTAJ można pobrać skrót raportu z badań.
TUTAJ można pobrać pełną wersję raportu.

Mitem jest że  tzw. górne spalanie może ograniczyć niską emisję. Ta metoda spalania paliw stałych może według specjalistów prowadzić do wypadków i zaczadzeń. Przedstawiamy „górne spalanie” w pytaniach i odpowiedziach oraz opinie specjalistów.

1. Czy „górne spalanie” realizowane przy pomocy własnoręcznych przeróbek starego kotła na paliwa stałe jest bezpieczne?

Nie jest. Przeróbki kotła powinny być wykonywane przez zakłady lub osoby dysponujące doświadczeniem oraz wiedzą techniczna w zakresie projektowania i budowy kotłów. Przeprowadzanie zmian w kotle na własną rękę, bardzo często może skutkować nieszczęśliwymi wypadkami, włącznie z dużym ryzykiem zaczadzenia – tak brzmi opinia dr Dr inż. Krystyna Kubicy z Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej.

2. Czy samodzielne przeróbki kotłów grzewczych są dopuszczalne ?

Nie można dokonywać w tego typu urządzeniu jakichkolwiek nieautoryzowanych zmian. Kocioł jest urządzeniem ciśnieniowym, które jest narażone na wybuch w przypadku niekontrolowanego wzrostu ciśnienia. Taką opinię potwierdza również stanowisko samych producentów kotłów wyrażane publicznie przez Platformę Producentów Urządzeń Grzewczych na Paliwa Stałe. Zgodnie ze stanowiskiem konsultanta ds. ekologicznego ogrzewania paliwami stałymi p. Pawła Arczyńskiego wszystkie kotły powinny być eksploatowane zgodnie z instrukcją zawartą w Dokumentacji Techniczno-Ruchowej, co gwarantuje ich bezpieczną eksploatację.

3. Czy „górne spalanie” jest bezpieczne?

W trakcie procesu spalania węgla, po odgazowaniu węgla i wzroście mocy pieca następuje nagły wyrzut energii cieplnej do instalacji. To fakt pomijany przez promotorów „górnego spalania”. Oznacza to, że próbując tak eksploatować kocioł zasypowy użytkownik powinien dysponować zbiornikiem z wodą (tzw. buforem wodnym) o pojemności co najmniej 300 litrów, który jest w stanie odebrać nagły przyrost wytwarzanego ciepła. W przeciwnym razie może nastąpić zagotowanie wody w instalacji, uwolnienie pary wodnej i w skrajnych przypadkach wybuch kotła poprzez niebezpieczny wzrost ciśnienia w jego wnętrzu.

4. Górne spalanie promowane jest jako nowoczesne, ekonomiczne, ekologiczne i bezobsługowe. Jak jest naprawdę?

Promotorzy górnego spalanie nakłaniają do użytkowania istniejących kotłów, tzw. kopciuchów, które są urządzeniami bardzo przestarzałymi technologicznie. Pomysł i projekt takiego kotła na węgiel sięga XIX wieku, nie jest to więc z pewnością urządzenie nowoczesne.

5. Na czym polega ekonomia takiej eksploatacji promowana przez promotorów „górnego spalania”?

Jednokrotny zasyp kotła o mocy 15 KW na zalecaną wysokość 3/4 komory to ok. 15 – 20 kg węgla. Powtarzając operację załadunku tylko dwa razy na dobę spalamy minimum 30 kg węgla przy bardzo absorbującej obsłudze. W sezonie grzewczym zużycie węgla spalanego w taki sposób to wynosi od 3.6 do 4 ton.

Prawdą jest fakt, że największe ilości energii pochłania rozruch instalacji, a największą oszczędnością jest utrzymanie stałopalności kotła i niedopuszczanie do wychłodzenia pomieszczeń.

W kotle retortowym ogrzanie powierzchni 280 m2 zapotrzebowanie na opał wynosi około 3,5 t węgla (przy cenie 740,00 zł/t koszt ogrzewania to 2590 zł na sezon). Obsługa kotła to uzupełnienie opału raz na cztery dni i codzienne (ze względów ekologicznych) otrząsanie separatorów pyłowych. Czyszczenie gruntowne kanałów spalinowych przeprowadzane jest trzykrotnie w czasie sezonu grzewczego.

Obecnie najtańszy piec retortowy, stosujący nowoczesną technologie spalania kosztuje ok. 4200 zł (cena pochodzi z reklamy w gazecie).

Z porównania kosztów ogrzewania kopciuchem z „górnym spalaniem” i nowoczesnym kotłem retortowym okazuje się, że kopciuchy rodem z XIX wieku nie są rozwiązaniem uzasadnionym ekonomicznie.

Kontrola pracy kotła wymaga częstych wizyt w kotłowni. Po około 2 godzinach od rozpalenia pozostaje w kotle ok. 40 % wrzuconego węgla, które wystarcza na następne 2 godziny pracy. Po tym czasie kocioł zaczyna stygnąć, a rozpalanie trzeba rozpoczynać od nowa.

6. Czy „górne spalanie emituje mniej zanieczyszczeń pyłowych?

Promotorzy „górnego spalania” twierdzą że wystarczy rozpalić węgiel od góry, a wszystkie problemy niskiej emisji znikną. Niestety emisja pyłów z kotła zasypowego jest dziesięciokrotnie większa niż z kotła retortowego i wynosi 400 mg/m3. Czy jednak rozpalenie kotła zasypowego od góry zmniejsza emisję?

Badania przeprowadzone w Laboratorium Technologii Spalania i Energetyki, miały na celu przede wszystkim sprawdzenie, jaka jest emisja zanieczyszczeń z tradycyjnych kotłów przy stosowaniu metody palenia od góry oraz czy jest wystarczająco niska aby metodę tę uznać za skuteczne narzędzie do walki z zanieczyszczeniem powietrza. Pracownicy Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu pracowali pod kierunkiem dr inż. Katarzyny Matuszek. Zespół przeprowadził szereg prób porównawczych przy zastosowaniu różnych kotłów i paliw.

Wyniki osiągnięte w ich trakcie wskazują, że przy zastosowaniu palenia od góry emisja pyłów bywa – choć nie jest tak zawsze, bo metoda jest nieprzewidywalna i w zasadzie każda próba przynosiła inne wyniki – niższa niż kiedy piec rozpala się tradycyjnie. Jednak nawet w próbach podczas których osiągnięto najlepsze rezultaty, były one kilku do kilkunastu razy wyższe niż w nowoczesnych piecach spełniających wymogi klasy 5 czy unijne normy „Ekoprojektu” i pozostawały na poziomie kotłów bezklasowych, tzw. kopciuchów. Zmieniały się jednak nie tylko poziomy emisji pyłów do atmosfery. Znaczące różnice dostrzeżono w poziomach emisji bardzo szkodliwego dla zdrowia, rakotwórczego benzo(a)pirenu. Te wzrastały nawet kilkukrotnie. Na przykład w czasie próby z drewnem prowadzonej w kotle komorowym emisja benzo(a)pirenu wzrosła 20-krotnie. Z 26 ug/m3 przy rozpalaniu „od dołu” do 525 ug/m3 przy rozpalaniu od góry. Na ogół nie było aż tak źle, jednak emisje powstające w czasie spalania węgla tą metodą okazały się być całkowicie nieprzewidywalne.

Zdaniem prof. Andrzeja Szlęka z Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej w Gliwicach prosta zamiana spalania dolnego na spalanie górne nie zawsze doprowadzi do poprawy jakości spalin. Górne spalanie w kotle przerobionym samodzielnie bez konsultacji z ekspertem, wiąże się ze spadkiem mocy kotła, a to z kolei może się wiązać z problemem z zapewnienia odpowiedniego ciągu kominowego i powstawaniem dużych ilości związków szkodliwych. Szczególnie pod dużym znakiem zapytania pozostaje efekt redukcji emisji pyłowej PM10 i PM2,5. W kotle takim niestety po przeróbce istnieje dalej techniczna możliwość spalania śmieci.

7. Czy górne spalanie zmniejsza zużycie węgla?

„Górne spalanie” może być procesem, skutkującym spalaniem paliwa stałego spalane z mniejszymi stratami. Brakuje wyników badań na ten temat.

8. Czy w „kopciuchu” przerobionym na „górne spalanie można palić drewnem?

Prawdopodobnie można, ale wydaje się to nieopłacalne. Przerobione pod spalanie węgla „kopciuchy” nie pracują optymalnie przy spalaniu drewna i efekcie nie są spalane wszystkie uwalniane części lotne.

9. Czy przerabianie „kopciucha” tak by można było w nim zastosować „górne spalanie” jest opłacalne?

Na pewno jest tańsze od zakupu nowego wysokowydajnego pieca, ale nie gwarantuje obniżenia emisji substancji szkodliwych do atmosfery. Stare kotły poprzez zmianę sposobu palenia nie staną się nagle ekologiczne – trzeba je po prostu wymienić na te nowoczesne – to opinia prof. Andrzeja Szlęka z Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej w Gliwicach

10. Komentarz dr Krystyny Kubicy z Instytutu Techniki Cieplnej, Politechniki Śląskiej, w sprawie „samodzielnej” przeróbki kotłów zasypowych na kotły do tzw. górnego spalania, na podstawie wywiadu radiowego Radia 90

http://www.radio90.pl/uwaga-alarm-smogosmok.html).

Odnosząc się do wywiadu dr Kubicy, podczas podejmowania decyzji o samodzielnej ingerencji w konstrukcje kotła należy być szczególnie ostrożnym. Kwestia przeróbki kotła na własną rękę stwarza bardzo istotne problemy. Stąd podczas eksploatacji kotła, ważne jest aby stosować zasady określone w tzw. dokumentacji techniczno – ruchowej (DTRkach) do kotłów i pieców a nie próbować przerabiać samemu instalacji.

Poniżej prezentujemy konkretne argumenty przedstawione przez dr Kubicę:

• Technika górnego spalania możliwa jest w urządzeniach do tego przystosowanych. Wynika to z faktu, że kotły z górnym spalaniem, kotły retortowe, bądź zasypowe górnego spalania, przed wprowadzeniem na rynek są odpowiednio przebadane i zoptymalizowane u producenta, przetestowane w akredytowanym laboratorium, oraz posiadają system wentylacji.
• Różnorodność konstrukcji kotłów na rynku jest olbrzymia, stąd samodzielna modyfikacja, bez ówczesnej konsultacji z producentem danego kotła, może prowadzić do różnych nieprzewidzianych sytuacji.
• Przeprowadzanie zmian w kotle na własną rękę, bardzo często może skutkować nieszczęśliwymi wypadkami, włącznie z dużym ryzykiem zaczadzenia!
• Ewentualna ingerencja, celem zmiany technologii spalania z dolnej na górną może być brana pod uwagę, jednak taka przeróbka dotyczy tylko i wyłącznie pieców lub kominków. NIE MOŻNA INEGROWAĆ W KONSTRUKCJĘ KOTŁA.
• „Chcę zwrócić uwagę, że spalanie od góry promowane jest w kominkach, piecach, w piecach na drewno jak również na węgiel. Jednak dotyczy to tylko PIECÓW a nie kotłów. Rzeczywiście w piecach o konstrukcji ceramicznej zapalając techniką „od góry” szybciej uzyskamy właściwy ciąg i nagrzanie pieca” – dr Kubica
• Jeżeli już dokonano ingerencji w konstrukcję kotła, wykonana zmiana musi być sprawdzona i zatwierdzona przez służby kominiarskie, które będą w stanie potwierdzić, że ciąg oraz pozostałe elementy są dostosowane do przeróbki i mogą być dopuszczone do użytkowania.
• „Ideałem było by sprawdzenie danego kotła po samodzielnej przeróbce przez producenta, który sprzedał dane urządzenie przysłowiowemu Kowalskiemu w takiej konstrukcji jaką przebadał u siebie w laboratorium podczas produkcji, a nie podczas rekonstrukcji”

  Dr inż. Krystyna Kubica, Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska. Chemik, wieloletni dyrektor Zakład Fizykochemii i Energetycznego Przetwórstwa Paliw Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu, aktualnie pracownik naukowo-badawczy Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej w Gliwicach. Prezes Zarządu Okręgu Górnośląskiego Polskiego Klubu Ekologicznego w latach 2002-2008, Autor systemu badania i kryteriów energetyczno-ekologicznych atestacji paliw stałych i instalacji spalania paliw stałych (kotłów, pieców opalanych węglem, biomasą, itp.) Była autorem i kierownikiem wielu projektów naukowo-badawczych i badawczo-wdrożeniowych w dziedzinie fizykochemii i technologii energo-chemicznego wykorzystania węgla i węglopochodnych oraz biomasy (spalania i współspalania węgla) ukierunkowanych na optymalizację procesową i ekologiczną (w tym programów redukcji niskiej emisji), finansowanych z programów KBN, WFOŚiGW, NFOŚiGW, PHARE, FIO, EC oraz przemysł.

11. Komentarz prof. Andrzeja Szlęka z Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej w Gliwicach odnośnie samodzielnej zmiany ingerencji w konstrukcję kotła, celem zmiany technologii na tzw.: górne spalanie.

Prof. Szlęk podobnie jak dr Kubica do kwestii samodzielnej zmiany konstrukcji kotła podchodzi bardzo ostrożnie. Zdaniem prof. Szlęka:

• „Spalanie górne” może być dobrym sposobem na bardziej ekologiczne i wydajniejsze ogrzewanie węglem, jednak tylko w przypadku kotła z układem odprowadzenia spalin. – Prosta zamiana spalania dolnego na spalanie górne nie zawsze doprowadzi do poprawy jakości spalin.
• Górne spalanie w kotle przerobionym samodzielnie bez konsultacji z ekspertem, wiąże się ze spadkiem mocy kotła, a to z kolei może się wiązać z problemem z zapewnienia odpowiedniego ciągu kominowego i powstawaniem dużych ilości związków szkodliwych. Dlatego też lepsze efekty spalania górnego osiągnięte mogą być tylko wtedy, gdy stosowane jest paliwo dobrej jakości w kotłach o nowoczesnej konstrukcji.
• Odnośnie niskiej emisji w rzeczywistości realnym sposobem ograniczenia tego problemu jest wymiana starych pieców na nowoczesne kotły, a także stosowanie paliw dobrej jakości. Konsekwentnie należy eliminować w ogrzewnictwie indywidualnym paliwa niskiej jakości. Poza tym stare kotły poprzez zmianę sposobu palenia nie staną się nagle ekologiczne – trzeba je po prostu wymienić na te nowoczesne – podsumowuje prof. Szlęk.

12. Odpowiedź prezentowana przez Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu, na oficjalne zapytanie Krakowskiego Alarmu Smogowego odnośnie górnego spalania w kotłach komorowych z ręcznym zasypem paliwa (zasypowych), przerabianych „na własną rękę”.

Nieprawdą jest stwierdzenie, że w przestarzałych kotłach zasypowych najniższej klasy, po dokonaniu samodzielnej zmiany konstrukcyjnej możliwe jest ekologiczne spalanie węgla.

Każdy użytkownik kupując urządzenie grzewcze powinien je eksploatować w sposób zgodny z dołączoną przez producenta instrukcją obsługi, co obejmuje również typ i jakość stosowanych paliw. Inna eksploatacja może stwarzać zagrożenie dla zdrowia i życia użytkownika oraz być przyczyną awarii czy utraty gwarancji udzielonej na kocioł c.o.

„W 2012 roku, wprowadzono w Polsce normę PN-EN 303-5:2012 „Kotły grzewcze. Część 5: Kotły grzewcze na paliwa stałe z ręcznym i automatycznym zasypem paliwa o mocy do 500 kW. Terminologia, wymagania, badania i oznakowanie.” Podaje ona kryteria emisji i sprawności i na tej podstawie określa się klasę kotła (od 3 do 5). Kryteria te są na tyle ostre, że spełniają je w zasadzie jedynie kotły automatyczne. Jeśli spełni je kocioł komorowy (z ręcznym zasypem paliwa), to będzie miał naprawdę dopracowaną i wysoce innowacyjną konstrukcję, przy czym na podstawie dotychczas przeprowadzonych testów tego typu urządzeń można przypuszczać, że klasa 5 (najbardziej restrykcyjna) dla kotłów komorowych jest nieosiągalna”.

Ewentualne badania, bądź doświadczenia odnośnie kotłów, mogą być wykonywane jedynie przez jednostki akredytowane przez Polskie Centrum Akredytacji:

„Odpowiednie badania według powyższej normy mogą wykonać w Polsce jedynie jednostki akredytowane przez PCA:

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu,
• Instytut Energetyki Oddział Techniki Cieplnej w Łodzi,

• Urząd Dozoru Technicznego Oddział w Poznaniu.”

Jakakolwiek ingerencja w konstrukcję kotła, bez ówczesnej konsultacji z ekspertem, przeprowadzana w warunkach poza laboratoryjnych, na „własną rękę”, stwarza bezpośrednie zagrożenie zdrowia i życia użytkowników takiego kotła po przeróbce. Dodatkowo zmiana technologii na „górne spalanie” bez wiedzy i zgody producenta, skutkuje utratą gwarancji i wpływa na szybsze zużycie kotła.

„Polsce mamy bardzo dużą ilość wszelakich konstrukcji kotłów komorowych z ręcznym zasypem paliwa. Szacuje się, że stanowią one 75% rynku. W niektórych konstrukcjach kotłów komorowych istnieje możliwość prowadzenia procesu podobnie jak ma to miejsce w kotłach szybowych i będzie to skutkowało pozytywnym efektem ekologicznym. Jednak oceny bezpieczeństwa prowadzenia takiego procesu nie powinno się dokonywać w kotłowi użytkownika, nieprzystosowanej do badań i niezabezpieczonej przed ewentualnymi skutkami niepowodzenia próby.

W naszym laboratorium przeprowadziliśmy kilka lat temu tego typu testy na kilku konstrukcjach kotłowych. Niektóre kotły na paliwie kopalnym wykazywały możliwość prowadzenia procesu zarówno w tradycyjny sposób, jak i przez rozpał od góry, natomiast przy zmianie paliwa na biomasowe, efekt ekologiczny był odwrotny od zamierzonego. Tak więc poruszony problem dotyczy nie tylko konstrukcji kotła ale również rodzaju paliwa. Dodatkowo inny sposób prowadzenia procesu spalania zmienia obciążenia cieplne w komorze spalania urządzenia, co może wpływać negatywnie na czas eksploatacji kotła (szybsze zużycie urządzenia)”.