Дымоход для газового котла в частном доме, характеристики устройств на отвод дымовых газов, какова должна быть высота трубы

Основные ошибки при выборе газохода для газового котла

Наиболее частыми ошибками при устройстве трубы для газового котла в частном доме являются:

1. Неграмотно выбранная высота и сечение трубы.
2. Недостаток теплоизолирующего материала при монтаже внешнего дымохода или в переходном отверстии в неотапливаемое чердачное пространство.
3. Невыполнение норм ППБ (правил пожарной безопасности).
4. Труба, отводящая газ от котла выведена в шахту кирпичного канала без гильзования, что приводит к быстрому разрушению этого отверстия.

Монтаж стальных дымоходов из материала, не соответствующим требованиям (сопротивлению агрессивной среде, высокой температуре или малой толщины стенок).

Высота трубы

Важным с точки зрения противопожарной безопасности и обеспечения ровной тяги является вопрос определения высоты трубы.

Дымоход обязательно должен быть выше края крыши, иначе продукты горения будут «коптить» стены и фронтоны здания, продукты горения не будут эффективно размешиваться с воздухом.

Соотношение высоты и диаметра трубы влияет на тягу. Для большинства бытовых котлов для обеспечения тяги вполне достаточно длины 4-6 метров.

Чтобы котёл нормально функционировал, важно соблюдать соотношение высоты трубы к коньку.

Решать проблемы с тягой значительным увеличением высоты дымохода неэффективно — труба будет подвержена большим ветровым нагрузкам. При проблемах с тягой лучше увеличить диаметр и утеплить трубу.

Важно! Высоту дымохода необходимо повышать, если оголовок находится в зоне ветрового подпора.

Если рядом стоит высокое здание или дерево с густой кроной, все, что находится «в тени» здания под углом 45°, возможно задувание и обратная тяга. В этом случае поднимают высоту трубы относительно здания, ориентируясь на данные из таблицы.

Герметичность

Дымоход не должен иметь «подсосов» воздуха и плотные стыки. Попадание холодного «неучтенного» воздуха снижает тягу, подмешивает холодный воздух. При низком атмосферном давлении, в штиль или сильный ветер возможно попадание продуктов горения внутрь дома.

При использовании составной трубы верхний стык колена должен вставляться в нижний. Это сделано для того, чтобы стекающий конденсат оставался внутри трубы и удалялся в канализацию через капельник.

Внутренние стенки дымохода должны быть гладкими. Не допускается шероховатости кладки, торчащие внутрь крепежи или отогнутые края труб. Трение воздуха о неровности порождает вибрации, и труба «гудит» как привидение.

Диаметр

Площадь внутреннего сечения дымохода — основная характеристика, прямо влияющая на эффективность котла.

При выборе следует руководствоваться принципом разумной достаточности, взятые «про запас» сантиметры могут нарушить работу оборудования.

Малое сечение не справляется с удалением дыма и пламя периодически гаснет, а продукты горения могут попадать внутрь помещения.

Скорость движения газов в слишком широком дымоходе низкая, тёплый воздух на выходе будет смешиваться с холодным, остывать и останавливаться — эффект «воздушной пробки». Возможен эффект «обратной тяги» — при сильном ветре или высоком атмосферном давлении тяга снижается, ветер «задувает» воздух внутрь трубы.

Оптимальное сечение и длина трубы указана в документации к котлу. Если неизвестно, какой котёл будет установлен, вычисляем его примерную мощность. Чем мощнее котёл, тем шире должна быть труба. Существуют онлайн-калькуляторы и таблицы соотношения мощности и ширины. Минимально для популярных котлов в 12 киловатт применяются дымоходы 110 мм.

Из чего лучше сделать дымоход для котла на газе

Как уже было сказано выше, дымоход должен быть изготовлен из негорючих материалов. Поэтому производители предлагают достаточно широкий ассортимент этого изделия из разных материалов.

1. Кирпичный. У него большая механическая прочность, кирпич долго держит тепло. Из недостатков: можно собрать только прямоугольную форму, которая неидеальна для газовых потоков. К тому же поверхность дымохода пористая, негладкая, что отражается на скорости движения отводящих газов. А значит, происходит снижение тяги. Сюда же надо добавить сложность монтажа, большой удельный вес и большие проблемы с обслуживанием.
2. Стальные. Это модульная система дымоудаления газовых котлов, то есть, дымоход собирается из нескольких частей. Материал изготовления – кислостойкая нержавеющая сталь толщиною 0,6-1 мм. Достоинств у этой разновидности много: небольшой удельный вес, невысокая цена, простота монтажа и обслуживания, гладкая внутренняя поверхность, высокая коррозионная стойкость. Единственный минус – такую систему дымоудаления надо обязательно утеплять. К этой разновидности можно отнести гофрированные трубы и сэндвич модификации.
3. Керамические. По сути, это комбинация из нескольких материалов: сам дымоход, изготовленный из жаропрочной керамики, утеплитель в виде мата из негорючего материала и защитный канал из ячеистого бетона. Этот вариант металлическому не уступает.
4. Асбоцементные. В принципе, неплохой дешевый вариант, но у него два достаточно серьезных недостатка: низкая механическая прочность и невозможность создания отводящих контуров.
5. Полимерные. Их чаще всего используют, если надо отводить топочные газы с низкой температурой. В других системах дымоудаления их не применяют.

Подводя итог, можно отметить, что наилучшим вариантом сегодня является дымоход из нержавейки и керамическая модель.

Импортные котлы турбированного типа

Европа является практически родоначальником котлов турбированного типа. Не удивительно, что на рынке представлено несколько десятков моделей различных производителей, имеющих разные технические характеристики и производительность. Потребителю предлагают свою продукцию следующие компании:

Можно выделить несколько моделей корейского производства:

Европейские модели в основном используют энергозависимую автоматику. Преимуществом продукции, выпускаемой за рубежом, является продуманность конструкции, высокие теплотехнические характеристики и экономичность.

Как бороться с задуванием бездымоходного турбо котла?

Одна из основных проблем, с которой сталкиваются владельцы бездымоходной отопительной техники – это выключение работы по причине плохой тяги или задувания котла. Опасность обратной тяги дымохода для котла с закрытой камерой сгорания, заключается в вероятности попадания углекислого газа в помещение, а также выхода из строя отдельных узлов.

Устранить неисправность можно несколькими способами:

• Улучшить тягу в котле при помощи установки дефлектора, увеличивающего тягу приблизительно в 1,5 раза.
• Установить ветрозащиту – блок, монтируемый на оголовок трубы, надежно защищает от попадания ветра.
• Если ситуация не исправляется, коаксиальная дымовая труба переделывается, с учетом технических требований к расположению дымохода, при установке турбированного котла с закрытой камерой сгорания в частном доме.

В Европе является обязательной установка газосигнализатора, при эксплуатации любого газового оборудования. В нашей стране это желательная мера, спасшая уже не один десяток жизней.

Как защититься от засорений

Со временем внутри дымоходов газовых котлов появляется налёт сажи и подтеки конденсата, смешанного с пылью. Периодически для поддержания сечения и соблюдения норм противопожарной безопасности трубу необходимо чистить.

Внимание! Сажа легко загорается и раскаляет стенки до 1200 градусов. Это способно привести к пожару или деформации гильзы трубы.

Для эффективной прочистки на каждом повороте дымохода и у его основания предусматриваются прочистные дверцы. Очистка производится проволочным ёршиком, скребками.

Прочистные дверцы должны быть герметичными и не нарушать сечение трубы.

Как организован отвод газов бездымоходного котла

Для отведения продуктов сгорания используют исключительно коаксиальную трубу. Это связано с принципом работы устройства. Конструкция дымохода для закрытой турбированной камеры сгорания, следующая:

• Труба имеет два контура. По сути, конструкция представляет собой две трубы разного диаметра, вставленные одна в другую.
• По внешнему контуру осуществляется забор воздуха, поступающего в топочную камеру. Воздух соприкасается с поверхностью внутреннего контура и в результате, подается в топку уже нагретым, что увеличивает теплоэффективность и КПД устройства.
• Внутренний контур используется для отвода продуктов сгорания. Температура дымовых газов нагревает поверхность трубы. Охлаждение осуществляется за счет холодного воздуха, циркулирующего в наружном контуре.

Конструкция коаксиального дымохода является абсолютно безопасной и не может привести к пожару. На оголовок устанавливается ветрозащитное устройство, препятствующее задуванию котла.

На бездымоходный котел нужен коаксиальный дымоход. Обычную трубу в качестве системы дымоотведения использовать запрещается.

Как проверить тягу в дымоходе

Тяга в дымоходе – это скорость движения топочных газов. Есть специальная таблица, где этот показатель показан в зависимости от температуры газов и температуры воздуха на улице, потому что эти две величины определяют естественный отвод газовой смеси.

По таблице видно, что максимальная тяга составляет 0,818 м/с. А значит, таким приборов, как анемометр, величину тяги не определить. Потому что у него есть ограничение – 1 м/с.

Самый простой вариант – поднести к дверце топки пламя огня. Это может быть зажженная спичка, зажигалка или лист бумаги. Отклонение пламени показывает наличие или отсутствие тяги.

Как сделать вытяжную трубу для бездымоходного котла

Нормы и правила установки бездымоходных газовых котлов регламентируются в СП 62.13330 (ранее СНиП 42-01-2002). В частности там указывается следующее:

• Правила вывода бездымоходный трубы допускают вертикальное и горизонтальное подключение дымохода. Для улучшения тяговых характеристик, рекомендуется использовать исключительно горизонтальный вывод.
  Подключение к вертикальному дымоходу выполняется крайне редко, со строгим соблюдением рекомендаций производителя. В технической документации указаны предельные размеры прямостоящего коаксиального дымохода.
• Вытяжная труба ставится на высоте не менее 1,5 метра выше расположения топочной камеры. Максимальная длина горизонтального участка дымохода для бездымоходных котлов с закрытой камерой сгорания 3 метра.
  Некоторые производители собирают котлы с большей допустимой длиной. К примеру, компания Ferroli изготавливает напольные модели, с длиной коаксиальной трубы до 5 м.
• Для отведения конденсата рекомендуется, чтобы был соблюден небольшой уклон дымохода у котла с закрытой топкой в сторону улицы.
• Безопасное расстояние от выхлопа настенного газового котла с бездымоходной системой, в стенах, от оконных и дверных проемов, не менее 0,5 м. Если окно располагается над дымоходом, расстояние увеличивают до 1 м.
• Требования пожарной безопасности при установке дымохода через наружную стену в деревянном доме предписывают оставить противопожарный зазор с разрывом в 5 см. Полость заполняется базальтовой ватой.
• На всей протяженности дымохода нельзя устанавливать свыше двух поворотных колен.

• Рекомендуется подключение газовых приборов к раздельному дымоходу. В виде исключения допускается использовать общую коаксиальную трубу, устанавливаемую вертикально в одном из печных каналов. Предварительно выполняется расчет (проектной компанией) коллективного дымохода для котлов с закрытой камерой сгорания в многоэтажном доме.
  В качестве общего правила рекомендуется, чтобы использовалась принудительная система отвода продуктов сгорания. Если неправильно рассчитать диаметр коллективного дымохода, возникает угроза обратной дымоходной тяги.

Существующие ограничения в использовании турбо котлов в многоквартирном здании, запрещают устанавливать оборудование с принудительным и естественным отводом продуктов сгорания, подключенное к одному коаксиальному дымоходу.

Какие неисправности часто бывают у бездымоходных котлов?

Большинство неисправностей происходит по причине неправильной эксплуатации или монтажа оборудования. Специалист постарается выяснить причины, почему тухнет бездымоходный котел, и устранит их. Факторов приводящих к этому несколько:

• Плохая тяга – несоблюдение требований относительно установки коаксиальной трубы: превышение допустимых вертикальных и горизонтальных участков, приводит к выключению оборудования.
• Сбои в напряжении – в большинстве случаев, в бездымоходных агрегатах установлена чувствительная автоматика. При сбоях напряжения, процессор дает сигнал на отключение.
• Нарушения в работе автоматики – в конструкции предусмотрено большое количество контролирующих датчиков: тяги, нагрева горячей воды и теплоносителя, и т.д. Выход из строя любого датчика, приводит к остановке работы.
• Если соблюдать правила установки бездымоходных настенных отопительных котлов и проводить регулярное обслуживание, приборы работают без нареканий и сложностей в течение всего срока эксплуатации.

Какой котел лучше – дымоходный или бездымоходный, мнение специалиста

При ответе на этот вопрос, следует учитывать, что конденсационные / бездымоходные котлы, создавались для условий эксплуатации в низкотемпературном режиме нагрева теплоносителя. Заявленное производителем КПД 95% возможно, только если на обратке будет температура не более 40°С. В условиях суровой российской зимы, выполнить данное условие достаточно сложно.

Установка котла с закрытой камерой сгорания в обычный дымоход, при замене старого оборудования на новое запрещается. Придется переделывать систему дымоотведения, что достаточно затратно. Бездымоходные агрегаты оптимально подходят для хорошо утепленных зданий, расположенных в умеренном климате.

Керамика

Современные многослойные керамические дымоходы подойдут для любых источников горения. Обожжённая глазированная керамика противостоит конденсату, не впитывает пар, держит температуру. Вокруг керамики производители закладывают волокнистый «тёплый» материал с воздушными камерами, теплоизоляция предотвращает переохлаждение керамического сердечника и снижает внутренние напряжения.

Фото 2. Монтаж керамического дымохода квадратного сечения. Сверху изделие защищено бетонными пеноблоками.

Керамические дымоходы легко монтируются, устойчивы и долговечны. Минус — высокая стоимость и необходимость фундамента.

Конструкция системы для отводы дымовых газов в частном доме

Классическая схема построения дымохода:

1. Капельник. Нужен для сбора и отвода конденсата. Герметичная посудина со сливным краном в нижней точке.

Фото 3. Часть конструкции дымохода с капельником. Снизу можно заметить специальный сливной краник.

1. Тройник подключения прибора. Если дымоход не является насадным (не опирается всем весом на котёл), для подключения котла нужен тройник — т-образная врезка.
2. Труба. Она может быть заделана в кирпичную кладку или просто закрепляться на кронштейнах.
3. Прохождение через перекрытия или стену. Для соблюдения противопожарных правил дымоходы изолируются от деревянных конструкций разделочным утеплённым ящиком или распушкой кладки.
4. Утеплённый участок. Повысить тягу и уменьшить конденсатообразование позволяет утепление. Для этих целей подойдёт негорючий материал — базальтовая или каолиновая минеральная вата. Утеплять дымоход внутри здания не всегда рационально.
5. Оголовок-дефлектор или зонтик. Защищает от попадания дождя и снега внутрь канала, дефлекторы некоторых конструкций способны улучшить тягу и предотвратить задувание.

Общие требования

При объединении нескольких теплогенерирующих установок, для каждого из них создается свой дымоход. В исключительных случаях допускается врезка к общему дымоотводному колодцу, но при этом должна соблюдаться разница в высоте не менее одного метра.

Вначале проектируются и рассчитываются параметры дымохода, которые базируются на рекомендациях производителей газовых котлов.

При подведении расчетного результата внутреннее сечение трубы не может быть меньше диаметра выходного патрубка котла. А согласно проверке по НПБ-98 (нормам пожарной безопасности), начальная скорость естественного газового потока должна составлять 6-10 м/сек.

Подключение керамического дымохода

Керамические дымоходы сами по себе практически вечные, но так как это достаточно хрупкий материал, то надо четко себе представлять, как правильно выполняется подключение (стыковка) металлической части дымохода и керамической.

Стыковка может выполняться только двумя способами:

1. По дыму – металлическая труба вставляется в керамическую. Здесь важно помнить, что внешний диаметр металлической трубы должен быть меньше, чем у керамической. Так как тепловое расширение металла гораздо больше, чем у керамики, то в противном случае стальная труба нагревшись попросту разорвет керамическую.
2. По конденсату – металлическая труба надевается на керамическую.

Для обоих способов специалистами используются специальные переходники, которые с одной стороны оборудованы прокладкой для контакта с металлической трубой, а с другой, которая контактирует непосредственно с дымоходом, обернуты керамическим шнуром.

Стыковка должна проводиться через одностенную трубу – у нее больший коэффициент теплоотдачи. Это значит, что дым, пока дойдет до переходника, успеет немного остыть, что в итоге продлевает срок службы всех материалов.

Принцип работы турбированного котла

Принцип работы бездымоходного котла несколько отличается от того, что используется в обычном атмосферном агрегате. Конструктивные особенности устройства заключаются в следующем:

Это общий принцип работы, используемый во всех бездымоходных котлах. Однако, предлагаемые потребителю агрегаты существенно отличаются конструкцией, функциональными особенностями. Принято классифицировать бездымоходное оборудование по следующим признакам:

• Место размещения – существуют модели, изготовленные в напольном и настенном исполнении. Первые отличаются большей мощностью, вторые компактнее. Напольный бездымоходный газовый котел имеет больший вес, за счет использования толстостенной стали при производстве камеры сгорания. Модели в основном энергонезависимые, имеют простую конструкцию и редко выходят из строя. Бытовые напольные одноконтурные котлы выпускаются с мощностью до 40 кВт.
  Настенные версию имеют облегченную конструкцию, за счет применения при изготовлении топки сплавов легких металлов. Экономные настенные бездымоходные одноконтурные газовые котлы и двухконтурные аналоги, имеют высокий КПД до 90%, и в основном используют систему принудительной циркуляции и контроля теплоносителя, а также подачи и отвода воздуха.
• Функциональные возможности – основным предназначением газового оборудования является обогрев помещения. Для этого, в конструкции одноконтурного бездымоходного котла установлен водяной контур – узкая медная трубка, по которой циркулирует теплоноситель.
  В двухконтурных агрегатах присутствует сразу две трубки или пластины. В одной из них нагревается теплоноситель из системы отопления, по второй вода для бытовых нужд. Напольный двухконтурный бездымоходный газовый котел имеет мощность, достаточную, чтобы обогреть помещения с большой площадью и удовлетворить потребность в горячей воде большой семьи.
• Тип тяги – двухконтурные бездымоходные навесные котлы последнего поколения имеют принудительную систему отведения продуктов сгорания. Работа оборудования полностью зависит от наличия электричества. Преимущество конструкции – высокая производительность и КПД.
  Котлы с естественной циркуляцией воздуха являются энергонезависимыми. Преимущество агрегатов – простая конструкция и отсутствие сложной автоматики. Котлы работают дольше, чем энергозависимые аналоги, реже ломаются, нуждаются в простом обслуживании.
• Тип розжига – существуют агрегаты, с механическим розжигом газа, посредством пьезоэлемента или с электронной системой, автоматически зажигающей газ в случае необходимости.
• Производительность – современные устройства используют принцип конденсационного нагрева. В такой конструкции, температура отходящих газов используется для дополнительного подогрева теплоносителя. Атмосферные модели имеют меньшую производительность, но стоят дешевле.

Требования к дымоходам и правила установки

Монтаж дымохода и вентиляции для газового котла происходит при соблюдении норм установки дымохода СНиП 2.04.05, при этом учитываются рекомендации производителя:

• Размер канала выбирается таким же, как у раструба котла или чуть больше..Высота трубы – не менее 5 метров.
• В комнатах с традиционной вытяжкой, возмещение удаляемого воздуха производится за счет поступления его с улицы и частично из других смежных помещений.
• Дымоотвод делается из негорючего материала.

Важно! Запрещено для вывода дыма использовать вентиляционный канал.

После ввода в работу газового котла или, иного оборудования с дымоотводной трубой, составляется акт проверки дымоходов.

Требования пожарной безопасности

Правила пожарной безопасности – это основное требование, к которому привязывают выбор и монтаж трубы системы дымоудаления. Каковы эти требования.

1. Дымовой канал должен обеспечить полный отвод топочных газов.
2. Он должен быть устойчив к высоким температурам ( 400С).
3. Стыки между соединяемыми частями дымохода должны быть герметичны.
4. Вертикальный дымоход может иметь отклонение от вертикали не более, чем на 30°.
5. Нельзя устанавливать трубу с большим количеством поворотов. Максимальное их число – 3.
6. Дымоход не должен касаться материалов, которые могут загореться от температуры топочных газов.
7. Выводится труба за пределы кровли на 0,5 м выше конька (это минимум).
8. Если кровельный материал – это горючее покрытие, к примеру, битумная черепица, тогда на верхнем краю дымохода устанавливается искрогаситель.
9. На улице и в неотпаливаемых помещениях надо обеспечить утепление системы дымоудаления.
10. Стыки двух участков не должна располагаться внутри перекрытий дома.
11. На чердаке нельзя сооружать горизонтальные участки и повороты, здесь нельзя делать ревизии для чистки.

Форма сечения

В дымоходе тёплый воздух движется не прямо, а завихряется. На движение тёплого воздуха действует сила Кориолиса. При круглом сечении трубы эта сила помогает тяге — воздух движется по ровной спирали вверх.

Для удобства заделки трубы в кирпичную кладку применяется овальное сечение. Сила Кориолиса также работает в этих дымоходах, так как они имеют закруглённую форму.

Фото 1. Дымоотвод овальной формы для газового котла. Такой тип удобно монтировать в кирпичную кладку.

В кирпичных каналах без гильзовки сечение трубы квадратное или прямоугольное. Квадратные трубы значительно лучше справляются с выведением дыма, так как их форма приближена к кругу. При прямоугольном сечении воздух, завихряясь, притормаживается из-за сопротивления длинных стенок. Это влияет на скорость прохождения газов по трубе. Такие дымоходы лучше гильзовать овальным вкладышем.

Экология и настройка котла

Автор: Михаил Григорян

Чтобы производство тепловой энергии было сопряжено с минимальным ущербом для окружающей среды, необходимо уделять основное внимание вопросу сокращения выбросов в атмосферу. Наиболее эффективным способом сокращения количества загрязняющих веществ в дымовых газах является оптимальная настройка действующих котельных установок и прекращение использования котлов, отработанные газы которых являются ядовитыми.

Кроме оксида углерода (II) – CO, известного также как угарный газ, оксида углерода (IV) – CO2, углекислый газ, и оксидов азота NOx (NO и NO2), токсичность которых наиболее на слуху, в дымовые газы, в разных пропорциях в зависимости от типа топлива и режима его сгорания, входят такие соединения как SO2 – диоксид серы и CxHy – остаточные несгораемые углеводороды, а также сажа – практически чистый углерод (С) и другие мельчайшие твердые частицы.

Все эти соединения можно отнести к вредным выбросам, они либо вредны здоровью человека, либо неблагоприятно влияют на развитие парникового эффекта в атмосфере.

Про анемометры:  Котел кс тгм 16 – Дон КС-ТГВм-16 твердотопливный стальной котел с газовой горелкой за 23 000 руб. купить в Санкт-Петербурге и Москве

Состав дымовых газов

Оксид углерода (II)– ядовитый газ без цвета и запаха, являющийся продуктом неполного сгорания. Угарный газ имеет ту же плотность, что и воздух, в отличие от CO2, который тяжелее и поэтому накапливается у поверхности земли. При высоких концентрациях в воздухе, поступая с ним в легкие, CO образует связь с гемоглобином крови, тем самым блокируя возможность связывания с гемоглобином кислорода. Таким образом элементы крови утрачивают возможность доставки кислорода от легких к тканям организма, что приводит к их кислородному голоданию и в итоге к летальному исходу.

Углекислый газ – продукт более полного окисления углерода кислородом, чем угарный газ – также не имеет цвета и запаха, но имеет кисловатый привкус. При его больших концентрациях в атмосфере усиливается парниковый эффект.

При высоких значениях температуры в процессе сгорания присутствующий в топливе азот N (в воздухе он существует в виде молекул N2) реагирует с кислородом воздуха (O2), в результате чего формируется оксид азота (II) – NO. Спустя некоторое время данный бесцветный газ окисляется под воздействием кислорода и образуется оксид азота (IV) – NO2.  NO2 – это водорастворимый дыхательный яд, вызывающий тяжелое поражение легких при вдыхании и способствующий образованию озона под воздействием ультрафиолетового компонента спектра солнечного излучения. Образование оксидов азота зависит от содержания азота в топливе, времени пребывания азота в зоне горения (длины факела пламени) и температуры пламени. При температуре пламени свыше 1,300 °C, образование NOx резко возрастает. Образование NOx можно снизить с помощью современных технологий горения, таких как «холодное пламя», рециркуляция дымовых газов и низкого уровня избыточного воздуха.

Диоксид серы (оксид серы (IV)) – бесцветный и токсичный газ с резким запахом. SO2 образуется при наличии в топливе серы (S) и вызывает раздражение дыхательных путей и глаз. При взаимодействии с водой SO2 образует сернистую кислоту H2SO3. Кроме того, в процессе сгорания часть SO2 (около 3-7 %) окисляется с образованием SO3 (оксид серы (VI)). Это твердое белое вещество поглощает большое количество воды с образованием серной кислоты (SO3 H2O = H2SO4), компонента кислотных дождей.

Рис. 1 Неполное сгорание топлива при недостатке воздуха на горение

Несгораемые углеводороды формируются в результате неполного сгорания топлива (рис. 1) и способствуют образованию парникового эффекта. В данную группу входят метан (CH4), бутан (C4H10) и бензол (C6H6). Причины их образования аналогичны причинам образования угарного газа: неполное сгорание в следствие недостаточного распыления и перемешивания при использовании жидкого топлива и недостаток воздуха при использовании природного газа или твердого топлива. Обнаружение всех компонентов дымового газа с помощью измерительных технологий является сложным, поэтому на практике в случае с жидким топливом проводится проверка на содержание нефтепродуктов, а в случае с природным газом проводится измерение CO. В дизельных установках углеводороды заметны в следствие типичного неприятного запаха газообразных продуктов сгорания.

Законами ЕЭС установлены нормы по выбросам дымовых газов как для оборудования промышленного, так и бытового сектора (табл. 1).

Таблица 1. Нормы выбросов дымовых газов по европейским стандартам.

Класс оборудования	EN 267 (для газа)		EN 676 (для дизельного топлива)
	CO (мг/кВт ч)	NOx (мг/кВт ч)	CO (мг/кВт ч)	NOx (мг/кВт ч)
1	≤ 100	≤ 250	≤ 100	≤ 250
2	< 110	< 185	< 100	< 120
3	≤ 60	≤ 120	≤ 100	≤ 120

Сажа образуется в результате неполного сгорания в дизельных горелках. При нормальных температурах углерод реагирует очень медленно. Для полного сгорания 1 кг углерода требуется 2,67 кг молекулярного кислорода. Температура воспламенения: 725 °C. Более низкие температуры приводят к образованию сажи.

В дымовых газах присутствуют мельчайшие твердые частицы, почти всегда образующиеся в процессе горения и имеющие размеры менее 1 мкм. Частицы именно таких размеров представляют наиболее значительный риск для здоровья. В частности, ВОЗ классифицирует частицы дизельных выхлопов как канцерогенные.

Входят в дымовые газы и такие компоненты воздуха, как азот N2 и не вступивший в реакцию окисления (горения) кислород – O2, а также пары воды – Н20, которые не являются по сути вредными выбросами, но концентрации их в дымовых газах также имеют значение для настройки топливосжигающего оборудования на безопасный и наиболее эффективный режим работы.

Анализ дымовых газов позволяет определить концентрации загрязняющих веществ и максимально эффективно настроить системы отопления. В инструкциях по настройке и эксплуатации топливосжигающего оборудования всегда указывается данные по концентрациям СО, NOx, SO2 и CxHy в дымовых газах. Соответствие концентраций в реальных выбросах, работающего оборудования, с концентрациями, указанными производителями топливосжигающих систем, является необходимым условием их правильной работы.

Анализ дымовых газов и настройка газового котла

Анализ дымовых газов и настройка котельного оборудования производится с помощью газоанализаторов (рис. 2).

Рис. 2 Газоанализатор

Целью для экологически безопасной и максимально эффективной работы топливосжигающей системы является полное сгорание всех компонентов, входящих в состав топлива. Ключом к оптимальной работе является установление объема воздуха, идущего на горение. На практике доказано, что небольшое количество избыточного воздуха является оптимальным для работы системы. На горение подается немного больше воздуха, чем это теоретически необходимо.

Потери невыработанного тепла с дымовыми газами увеличиваются при недостатке воздуха, а также при наличии определенного количества избыточного воздуха. Относительное увеличение потерь с дымовыми газами можно объяснить следующим:

1. При недостатке воздуха используемое топливо сгорает не полностью и увеличивается расход топлива.

2. При наличии избыточного воздуха большее количество кислорода нагревается и непосредственно через дымоход выводится наружу, при этом, не используясь для вырабатывания тепла.

Максимальная эффективность сгорания достигается только если потери тепла с дымовыми газами минимальны за счет незначительного количества избыточного воздуха.

Отношение реального количества воздуха, идущего на горение к теоретически необходимому называется «избытком воздуха» и обозначается λ.

Рис. 3 Состав дымовых газов в зависимости от избытка воздуха (λ).

Соотношение топливо-воздух определяется исходя из концентрации дымовых газовых компонентов CO, CO2 и O2 (рис. 3). Во время горения любое содержание CO2 в свою очередь имеет конкретное содержание CO (при недостатке воздуха/λ<1) или O2 (для избыточного воздуха/λ>1). Значение CO2 само по себе не дает четкого представления, так как отображает максимальную концентрацию, поэтому дополнительно требуется измерение CO или O2. При работе с избыточным воздухом предпочтительным является определение O2. Для каждого топлива есть своя отдельная диаграмма и свое максимальное значение концентрации CO2 в дымовых газах.

В случае с неконденсационным оборудованием соотношение газ/воздух устанавливается с помощью манометрического метода. Давление перед соплом горелки устанавливается для минимальной и максимальной мощности. Уплотнительный винт штуцера контроля давления отворачивается и манометр подключается к измерительному соединению для измерения давления. Газовый котел, как правило, сначала включается на максимум (полная нагрузка), а затем опускается до своей минимальной мощности (слабая нагрузка) через меню управления. Для обоих уровней мощности давление перед соплом корректируется соответствующими регулировочными винтами на газовой арматуре и контролируется манометром.

Информация о требуемом давлении дана в документации производителя (в зависимости от числа Воббе используемого газа, которое можно уточнить у поставщика газа).

В случае с конденсационными котлами соотношение газ/воздух обычно устанавливается посредством измерения содержания CO2 в дымовых газах. Для этого зонд газового анализатора устанавливается в дымоходе (рис. 4 а, б). Затем необходимо с помощью регулировочных винтов (дроссельной заслонки) корректировать объем газа, пока содержание CO2 в дымовых газах не достигнет значения, указанного в спецификации производителя. В некоторых случаях производители указывают заданные значения для минимальной мощности оборудования. Затем выполняется настройка в соответствии с процедурой и для максимальной мощности. После выполнения обеих базовых настроек, надо провести проверку уже настроенного газового котла.

Рис. 4 Анализ дымовых газов с помощью газоанализатора, зонд установлен в дымоходе: а – настенного котла, б – напольного котла.

Проверка заключается в измерении потерь тепла с дымовыми газами (qA) и измерении содержания угарного газа (CO) в дымовых газах.

Потери и эффективность сгорания

Потери тепла с дымовыми газами – это разница между количеством теплоты в дымовых газах и количеством теплоты в воздухе, идущем на горение, по отношению к низшей теплотворной способности топлива. Следовательно, это количество теплоты в дымовых газах, отводимых через дымоход. Чем больше потери тепла с дымовыми газами, тем ниже эффективность и, следовательно, больше затраченной энергии, и тем больше выбросов от данной отопительной системы. По этой причине в некоторых странах существуют ограничения на допустимые потери с дымовыми газами для установок сжигания.

После определения содержания кислорода и разницы между температурой дымовых газов и воздуха, идущего на горение, потери тепла с дымовыми газами будут автоматически рассчитаны газоанализатором с учетом коэффициентов для топлива. Коэффициенты для топлива (A2, B) хранятся в памяти анализатора дымовых газов. Для того, чтобы обеспечить использование корректных значений для коэффициентов A2 и B необходимо правильно выбрать тип топлива в приборе.

Вместо значения содержания кислорода для расчета может использоваться значение концентрации CO2. Температура дымовых газов (FT) и содержание кислорода или содержание CO2 должны быть измерены одновременно в одной точке. Большинство анализаторов дымовых газов стандартно оснащены зондом температуры (в приборе). Температура воздуха, идущего на горение, может быть измерена в непосредственной близости от заборного отверстия горелки путем присоединения прибора к корпусу горелки. Например, для котлов с уравновешенной тягой данный зонд заменяется отделенным (выносным) зондом температуры, который помещается в место подачи свежего воздуха.

В это же время необходимо измерить температуру воздуха, идущего на горение (AT). В зонде отбора пробы для измерения температуры используется термопара. Зонд отбора пробы устанавливается в технологическое измерительное отверстие в дымоходе (расстояние между измерительным отверстием и котлом должно быть как минимум в два раза больше диаметра дымохода). Путем постоянного измерения температуры находится точка с самой высокой температурой дымовых газов (т.е. центр потока) и зонд располагается в данной точке. Центром потока считается точка с самой высокой температурой и самой высокой концентрацией углекислого газа и самым низким содержанием кислорода. При этом надо учитывать, что осаждение конденсата на сенсоре температуры может привести к резкому падению значения температуры дымовых газов, не соответствующему их действительной температуре.

Кислород, который не сгорает по причине избыточного воздуха отводится в виде газообразного компонента дымовых газов и используется для измерения эффективности сгорания. Дымовой газ всасывается зондом

отбора пробы с помощью насоса и перенаправляется в измерительный газовый тракт анализатора дымовых газов. Затем пропускается через газовый сенсор O2 (кислородную измерительную ячейку) и таким образом определяется концентрация газа. Значение содержания O2 также используется для расчета концентрации CO2 в дымовых газах, которое в свою очередь используется для конфигурирования (настройки) газовых конденсационных котлов, как описывалось выше.

Про анемометры:  Машинка для стрижки лошадей и КРС Heiniger Xplorer — купить в интернет-магазине OZON с быстрой доставкой

Для расчета потерь с дымовыми газами может использоваться не только значение содержания кислорода, но и значение концентрации углекислого газа. Потери с дымовыми газами будут минимальными, когда при наличии очень низкого количества избыточного воздуха доля CO2  максимально высока (полное сгорание). Для каждого топлива есть максимально допустимое содержание CO2  в дымовых газах (CO2макс) которое определяется исходя из химического состава топлива. Однако достигнуть данного значения на практике невозможно, поскольку для безопасной работы горелки всегда требуется определенное количество избыточного воздуха, и это снижает процентное содержание CO2 в дымовых газах. Поэтому основной целью при настройке горелки является стремление к достижению не максимального содержания CO2, но максимально возможного.

Информация о значениях концентрации CO2, которые могут  быть достигнуты, а также об изменениях в параметрах настройки объемов воздуха, которые необходимо сделать для достижения данных значений концентраций указываются в документации производителя оборудования.

В большинстве анализаторов дымовых газов отсутствует сенсор CO2, концентрация CO2 в дымовых газах рассчитывается с помощью измеренного значения содержания O2. Это возможно, поскольку данные значения прямо пропорциональны друг другу. Поскольку для расчета используется значение максимального содержания CO2 для соответствующего топлива, то перед каждым измерением в анализатор дымовых газов необходимо ввести корректный тип топлива системы, на котором проводятся измерения.

Потери с дымовыми газами прибор рассчитывает, используя измеренные значения упомянутые выше.

Степень эффективности сгорания (η) для конвекционных систем отопления рассчитывается путем вычитания значения потерь с дымовыми газами из значения общей подаваемой энергии (низшая теплотворная способность подаваемой энергии HU = 100 %) Поэтому для расчета эффективности необходимо сначала рассчитать потери с дымовыми газами, как описано выше.

Для корректного расчета в современных конденсационных системах можно использовать дополнительное значение “XK”, которое учитывает теплоту конденсации.

Измерение тяги дымохода

Для котлов с естественной тягой основным требованием для отвода дымовых газов через дымоход является подъемная сила или тяга дымохода. Поскольку плотность отходящих горячих газов ниже плотности более холодного наружного воздуха, в дымоходе создается вакуум, также известный как тяга дымохода. За счет этого вакуума воздух, идущий на горение, всасывается, преодолевая сопротивления котла и газохода.

В котлах с наддувными горелками давление в дымоходе не является важным, поскольку горелка с принудительной тягой генерирует избыточное давление, необходимое для отвода дымовых газов. В системах такого типа можетиспользоваться дымоход с меньшим диаметром.

При измерении тяги дымохода определяется разница между давлением внутри дымохода и давлением в помещении. Также как и при определении потерь с дымовыми газами, это необходимо делать в центре потока дымохода. Сенсор давления прибора необходимо обнулить перед проведением измерения.

Типичные значения тяги дымохода для котлов с наддувной горелкой с принудительной тягой составляют: 0,12 – 0,20 гПа (мбар) избыточного давления для дизельной испарительной горелки и для атмосферной газовой горелки: 0,03 – 0,10 гПа (мбар) разряжения.

Измерение концентрации CO

Проверка значения CO позволяет оценить качество сгорания и обеспечивает безопасность оператора системы.

Если тракты прохождения дымовых газов блокируются, то в случае, например, с атмосферными газовыми горелками, дымовые газы будут поступать в котельную через регуляторы управления потоками, создавая тем самым опасность для оператора. Для предотвращения подобной ситуации после выполнения всех работ по настройке котла необходимо измерить концентрацию угарного газа (CO) и проверить тракты прохождения дымовых газов.

 Данные меры безопасности не требуются для газовых вентиляторных горелок, так как в горелках такого типа дымовые газы принудительно подаются в дымоход.

Измерения не следует проводить раньше, чем через 2 минуты после запуска горелки, поскольку повышенный уровень CO снижается до нормального рабочего значения лишь через некоторое время после запуска системы. Это также применимо для газовых котлов с регулятором процесса горения, поскольку их калибровка осуществляется во время запуска горелки, когда возможны кратковременные выбросы с высоким содержанием CO.

Как и при определении потерь с дымовыми газами, измерения проводятся в центре потока дымохода. Однако поскольку дымовые газы разбавляются свежим воздухом, содержание CO необходимо пересчитать для неразбавленных дымовых газов (в противном случае на содержание CO можно влиять добавлением воздуха). С этой целью прибор рассчитывает неразбавленную концентрацию CO с содержанием кислорода, одновременно измеренным в газоходе, и отображает это значение как COнеразбавленное.

В атмосферных газовых системах концентрация CO разнится на всем протяжении трубы, отводящей дымовые газы (стратификация). Поэтому при концентрациях > 500 ppm необходимо проводить дискретизацию (выборку) с использованием зонда с несколькими отверстиями. Такой зонд имеет ряд отверстий, которые регистрируют концентрацию CO по всему диаметру трубы, отводящей дымовые газы.

Дополнительная проверка топливосжигающих установок

Дополнительная проверка топливосжигающих установок заключается в контроле оксидов азота в отводящихся газах.

Содержание оксидов азота указывает на общее содержание моноксида азота и двуокиси азота. Обычно соотношение концентраций NO и NO2 является постоянной величиной (97 % NO, 3 % NO2). По этой причине измерение концентрации NO является достаточным для определения концентрации NOx. Однако при использовании смешанного топлива или конденсационных установок вышеуказанное соотношение меняется. В силу этого обстоятельства содержание двух компонентов (NO и NO2) измеряется отдельно, а сумма результатов этих измерений указывает на содержание NOx.

При этом следует учитывать, что сигаретный дым влияет на результаты измерений (мин. 50 ppm).  Дыхание курильщика искажает результаты измерений примерно на 5 ppm.  Выполнять обнуление  измерительного прибора надо в условиях свежего воздуха.

NO2 растворим в воде, поэтому для точного определения его концентрации необходимо проводить замеры в сухих дымовых газах, поскольку растворенный NO2 не учитывается. Перед проведением фактических замеров содержания диоксида азота необходимо использовать блок пробоподготовки (Пельтье) для удаления влаги из дымовых газов. При проведении замеров в непосредственной близости от электростатического фильтра зонд отбора пробы необходимо заземлить для исключения риска статического заряда.

В случаях, когда возможно высокое содержание твёрдых частиц и сажи, следует использовать чистые сухие фильтры. Обязательным условием является наличие предварительного фильтра.

Условие безопасности – контроль CO/ CO2 в окружающей среде.

По соображениям безопасности при обслуживании газовых обогревателей в жилых помещениях наряду с измерением дымовых газов необходимо проводить замеры CO в окружающем воздухе, поскольку обратный поток дымовых газов может привести к высоким концентрациям CO и риску отравления оператора. Смертельными для человека являются концентрации CO во вдыхаемом воздухе в 0,16 % по объему и выше (1,600 ppm). В виду высокой токсичности СО и его опасности для жизни (табл. 2) данное измерение необходимо провести до начала всех прочих измерений.

Таблица 2. Влияние угарного газа на здоровье и жизнь человека

Концентрация CO в воздухе, ppm	Концентрация CO в воздухе, %	Влияние на здоровье человека
30	0,003	ПДК (макс. концентрация, при которой период вдыхания может превышать 8 часов)
200	0,02	Появление легкой головной боли в течение 2 – 3 часов
400	0,04	Появление головной боли в области лба в течение 1 – 2 часов с последующим распространением на всю область головы
800	0,08	Головокружение, тошнота и дрожь в конечностях в течение 45 минут, потеря сознания в течение 2 час
1,600	0,16	Головная боль, головокружение и тошнота, в течение 20 минут. Летальный исход в течение 2 часов
3.200	0,32	Головная боль, головокружение и тошнота в течение 5-10 минут. Летальный исход в течение 30 минут
6,400	0,64	Головная боль, головокружение в течение 1 – 2 минут. Летальный исход в течение 10 – 15 минут
12,800	1,28	Летальный исход в течение 1 – 3 минут

Как правило, замеры окружающей среды ограничиваются только измерением содержания CO в окружающем воздухе (рис. 5). Однако высокие концентрации CO2, например, вызванные блокировкой отверстия для отхода дымовых газов, также являются вредными для человека. Для того чтобы исключить потенциальные угрозы, необходимо учитывать оба значения. Максимально допустимая концентрация CO2 в воздухе рабочей зоны составляет 5,000 ppm.

Рис 5 Сигнализатор угарного газа

Содержание CO2 является надежным заблаговременным индикатором отравления и, следовательно, оптимально дополняет измерение CO. Параллельное измерение обоих значений обеспечивает заблаговременное полное выявление опасных концентраций.

Контролируемые параметры для настройки разных типов котлов и топлива

При настройке с помощью газоанализатора дымовых газов настенных конденсационных газовых котлов, работающих на природном газе, необходимо контролировать следующие параметры: концентрацию кислорода (3 %), угарного (20 ппм) и углекислого газа (13 % об.), коэффициент избытка воздуха (1,6), NOx.

В вентиляторных горелках, работающих на природном газе необходимо контролировать следующие параметры: концентрацию кислорода (3 %), угарного (20 ппм) и углекислого газа (13 % об.), коэффициент избытка воздуха (1,6), NOx.

В вентиляторных горелках, работающих на дизельном топливе, помимо всего предыдущего, перед использованием газоанализатора необходимо измерять сажевое число. Оно должно быть меньше 1 (этот параметр измеряется с помощью анализатора сажевого числа и говорит о качестве распыла через форсунки, при его превышении нельзя использовать газоанализатор для настройки, так как будет загрязнятся тракт газоанализатора и невозможно добиться оптимальных показателей) и концентрацию SO2 (говорит о качестве топлива, чем больше – тем хуже топливо, при локальных избытках кислорода и влажности превращается в H2SO4, которая разрушает всю топливо сжигающую систему).

В пеллетных котлах необходимо контролировать следующие параметры: концентрацию кислорода (5 %), угарного (120 ппм) и углекислого газа (17 % об.), коэффициент избытка воздуха (1,8), NOx. Необходима предварительная защита тонкой фильтрации от запыленности в дымовых газах и защита от превышения рабочего диапазона по каналу СО. Он в считанные секунды может превысить рабочий диапазон сенсора и достигнуть 10000 – 15000 ппм.

Все представленные выше данные по концентрациям являются приблизительными, точные всегда указываются в инструкции по настройке горелочных устройств.

Статья  из журнала  “Аква-Терм” № 3/ 2022, рубрика “Мастер класс”.

вернуться назад

Отзывы о бездымоходных котлах, преимущества и недостатки

Преимущества и недостатки котлов бездымоходного типа уже не раз обсуждались на всевозможных строительных форумах. В Европе, агрегаты пользуются заслуженной репутацией экономичного и надежного оборудования, имеющего низкие требования относительно монтажа. В отечественных условиях эксплуатации, у котлов несколько снижается КПД и производительность.

В качестве преимуществ можно выделить несколько аспектов:

• Необходимость согласования с газовой службой при установке турбо котла, при условии приобретения лицензированного и сертифицированного оборудования, отсутствует.
• Допускается установка котла в помещениях с ограниченной площадью, в многоквартирных и частных домах. Необходимость в принудительной вентиляции помещения отсутствует.
• Производительность – бездымоходные агрегаты используют температуру нагретых дымоходных газов, для получения дополнительной тепловой энергии, что увеличивает экономичность и КПД устройств.