Точка росы дымовых газов – Дымогар.Ру

Точка росы дымовых газов - Дымогар.Ру Анемометр

Что такое конденсат

В широком понимании этого слова, конденсат – это вещество, которое в результате своего охлаждения перешло (конденсировалось) из газообразного в жидкое или твердое агрегатное состояние. В нашем случае, конденсат – это вода и растворенные в ней летучие вещества, присутствующие в дымовых газах.

Конденсат может собираться и накапливаться во внутренних полостях дымовых труб и теплообменников, проявляясь в виде капелек, ручейков и лужиц жидкости в самых неожиданных и неподходящих местах. Конденсат из дымовых газов – это всегда агрессивная среда, разрушающая материал камеры сгорания котла, его теплообменника и дымовых труб. Химический состав такого конденсата невероятно разнообразен, изменчив и противоречив.

Что такое конденсат в котле

В окружающем воздухе всегда содержится влага. Вспомните запотевание стекол во влажную погоду или мокрые стены в ванной комнате. Когда происходит остывание воздуха или дымовых газов до критической температуры (до точки “росы”) при соприкосновении с более холодными стенками котла или дымовой трубы, то происходит образование капель конденсата.

Многие владельцы котлов сразу начинают паниковать, как только видят воду в котле и считают, что потек котел. Смешиваясь с частичками сажи, эта вода становится черной, густой, “похожей на нефть”. Эта субстанция охватывает теплопередающие поверхности котла и значительно снижает теплоотдачу, происходит потеря мощности.

Конденсат может образовываться в самом котле (на стенках топки и в теплообменнике), а также в дымовой трубе. При этом с этим часто сталкиваются владельцы пеллетных котлов и твердотопливных котлов длительного горения, так как дымовые газы там имеют более низкую выходную температуру. Но все проблемы можно решить еще при проектировании котельной и использовании качественного топлива.

Количество конденсата зависит от окружающей температуры воздуха, влажности воздуха и влажности применяемого топлива.

Выбор качественного топлива

Продлить ресурс вашего котла и облегчить себе процесс его чистки можно также, если будет применять качественное топливо – топливо с низкой влажностью. Естественно самым идеальным топливом, у которого влажность менее 10%, являются пеллеты и другое брикетированное топливо.

Брикетированное топливо позволит также получить более длительное горение одной закладки топлива. Пеллеты же можно применять только в специализированном пеллетном котле. Таким образом, пеллетый котел и пеллетное топливо – это идеальная пара, которая позволяет максимально облегчить жизнь владельца такого автоматического твердотопливного котла.

Дренаж системы дымоудаления

Нелишне устроить дренаж отопительного агрегата (котла) и системы дымоудаления (дымовых труб), чтобы собирать и отводить образовавшийся конденсат для дальнейшей его утилизации. Здесь, очень важно выдержать уклоны и контруклоны для горизонтальных участков дымовых труб, а также порядок сборки всей дымоудаляющей системы.

Зависимость точки росы

Зависимость точки росы можно проследить, теоретически проанализировав процесс охлаждения влажного воздуха.

(конденсация водяного пара происходит в интервале температур от 0°С до 100°С)

  • При охлаждении влажного воздуха:
    абсолютная влажность снижается и стремится к нолю,
    фактическая влажность остается неизменной,
    относительная влажность – растет и стремится к своему максимуму (100%)

    На этом этапе изменяются только параметры влажного воздуха, но не происходит никаких видимых изменений

  • При дальнейшем охлаждении влажного воздуха:
    абсолютная влажность снижается и стремится к нолю
    фактическая влажность остается неизменной
    рост относительной влажности достигает максимального предела (100%) и останавливается

    Это температура точки росы. На этом этапе наступает пересыщение воздуха водяным паром. Крайне неустойчивое состояние. Первые частицы водяного пара начинают конденсироваться в окружающей среде.

  • При дальнейшем охлаждении влажного воздуха:
    значение абсолютной влажности продолжает снижаться и стремится к нолю
    значение фактической влажности – тоже снижается и стремится к нолю
    значение относительной влажности – остается на отметке 100%.

    При дальнейшем охлаждении такого воздуха, относительная влажность будет оставаться неизменной (100%), а значение абсолютной и фактической влажности – уменьшаться. Уменьшение фактической влажности будет происходить за счет выпадения избыточной влаги в конденсат. Т.е., однажды достигнув температуры точки росы, воздушная среда все время будет пребывать в таком состоянии до полного своего осушения, при условии, что дальнейшее охлаждение не прекращается.

Зона конденсации водяного пара

Покинув высокотемпературную зону горения, дымовые газы начинают отдавать тепло и охлаждаться. Охладившись до температуры «точки росы», водяной пар начинает конденсироваться на поверхности теплообменника котла и его дымовых труб. Место, где температура дымовых газов соответствует «точке росы» и где начинается конденсация водяного пара – называется «зона конденсации».

Как выпадает

Механизм образования конденсата прост – вблизи холодной стенки образуется тонкий слой газа с температурой стенки (толщина такого слоя может быть от долей миллиметра), именно в нем, в этом слое происходит выпадение росы. Поэтому в топке, где температура газов в несколько сотен градусов, может происходить образование конденсата. Вспомните: если дохнуть на оконное стекло – оно запотевает, хотя пара от дыхания не видно (при определённой температуре и влажности).

При работе на маловлажном топливе количество конденсата может быть не велико и его появление не заметно, хотя холодные стенки теплообменных поверхностей будут покрыты слоем влаги. При работе на влажном топливе, с малым избытком воздуха количество конденсата может быть значительным (например, для котла 1.

Иная картина наблюдается при охлаждении всего объема газов до температуры ниже точки росы. Такое происходит зимой в мороз при дыхании, при появлении видимого пара у труб где в теплую погоду его видно не было. Здесь при охлаждении газа вода конденсируется в мельчайшие капельки, которые образуют туман.

Про анемометры:  Делаем правильный расчет мощности газового котла отопления

Как защититься от конденсата в котле и дымовых трубах

Из вышесказанного ясно, что конденсация водяных паров – чисто физический процесс, который неизбежен при охлаждении дымовых газов. Защита от образования конденсата в котле и дымовых трубах может быть только одна:– Не допустить охлаждения продуктов горения ниже «точки росы» до их полного выброса в атмосферу.

Все сводится к элементарному утеплению дымовых труб и соблюдению теплового режима эксплуатации котлоагрегата.

Как избавиться

Помимо хорошо утепленной уличной трубы для работы высокоэффективного котла необходимо выполнение второго условия: температура обратной воды должна быть не ниже 50-60 °С. Этого можно достичь применением специальных схем подключения котла. Более подробно разобраны несколько вариантов подключения, на примере системы отопления коттеджа, изложена в статье на нашем сайте: «Система отопления коттеджа».

При запуске и нагреве газового или твердотопливного котла многие владельцы замечают странное шипение в топке котла, как будто бы идет дождь над пламенем горелки, а в отдельных случаях и вовсе образование лужи пот котлом. В голову сразу закладываются негативные мысли о том, что Вам продали неисправный котел, что теперь делать?

Давайте по порядку; во-первых до розжига котла система отопления заполнена теплоносителем, и течь должна была проявится ранее; во-вторых все котлы нашего производства проходят жесточайший контроль перед продажей и опрессовку при повышенном давлении по несколько часов; а в третьих всему причина появление конденсата на стенках теплообменника.

Конденсат – это продукт перехода вещества при охлаждении из газообразной в жидкую форму. Другими словами, конденсат — это жидкость, образующаяся при конденсации пара или газа. В основе всего этого заложено физическое явление точка росы, для газовых котлов точкой росы служит отметка в 30 0 С.

На практике все происходит следующим образом: с одной стороны стенки теплообменника омываются холодной водой, с другой стороны горячими газами от сжигания топлива. Газы отдают тепло теплоносителю, а значит охлаждаются, и при температуре около 30 0 С из них выпадает влага, покрывая тонким слоем стенки теплообменника.

Что бы избежать обильное выделение конденсата рекомендуется при пуске котла уменьшить циркуляцию в системе, дать котлу прогреть теплоноситель у себя в теплообменнике до 60 0 С, а уже потом включить насос на небольшие обороты. Во время эксплуатации отопительного котла не допускать понижение температуры теплоносителя на обратке котла ниже 30 0 С, что достигается устройством в системе отопления подмешивающих и рециркуляционных контуров.

Хорошо смонтированная и настроенная система отопления плюс экономичный и надежныйотопительный котел, подарят Вам тепло и уют в доме.

Нужно учесть

Древесное топливо – безсернистое, поэтому дымовые газы в котле можно охлаждать до температуры 120-140 °С получая, при этом, КПД более 90-92%. Но такому котлу понадобиться хорошо утепленная дымовая труба, чтобы зимой в ней не образовывался, и не намерзал конденсат.

Откуда берется конденсат из дымовых газов

Конденсат из дымовых газов возникает в результате конденсации водяных паров, содержащихся в отходящих газообразных продуктах горения (дымовых газах).

Откуда вода в дыме

Казалось бы, какое отношение это имеет к котлу, тем более, котлу на пеллетах? Дело в том, что при сжигании даже абсолютно сухих пеллет или древесины в любом другом виде образуется некоторое количество воды. Полностью сухая древесина в своем составе содержит около 6 % водорода по массе, при сгорании которого образуется вода.

Реальное топливо содержит некоторое количество воды, очень влажные отходы (щепа, опилки от свежеспиленного дерева) содержат значительное количество воды (до половины веса, иногда и более). Водород содержит в своем составе большинство видов топлива, в том или ином количестве.

Откуда водяные пары в дымовых газах

Молекулы воды содержатся в самой топливной массе и синтезируются непосредственно в процессе её горения.

Любое доступное бытовое топливо имеет углеводородную природу

В процессе горения углеводородного топлива обязательно синтезируется вода в результате термического разложения (пиролиза) молекул углеводорода с последующим окислением (горением) полученных продуктов пиролиза топлива. Поэтому, газообразные продукты горения (дымовые газы) углеводородного топлива всегда содержат водяной пар, синтезированный в процессе пиролиза и горения топливного вещества:

CmHn (m n/4) O2 = mCO2 (n/2) Н2O QГде, (m) и (n) – число атомов углерода и водорода в молекуле углеводорода

К углеводородному топливу относится вся органика (в т.ч. древесина), природный газ, нефть, уголь и продукты их переработки.

Наибольшее содержание водяных паров в дымовых газах дает горение дров, собенно сырых (влажностью до 45%). Влага, которая содержится в порах и полостях древесины, испаряется и переходит в состав дымовых газов, прибавляясь к синтезированной воде.

Наименьшее содержание водяных паров в дымовых газах дает горение угля. Уголь практически не содержит в своей массе молекул воды и имеет очень малую углеводородную составляющую. Основная масса состава угля – это чистый углерод (С), который не имеет стадии пиролиза топлива и горит (окисляется) напрямую, без синтеза воды:

С О2=СО22С О2=2СО2СО О2=2СО2

Газообразные продукты горения (дымовые газы) угля почти не содержат водяные пары, поскольку в угольной массе имеется крайне мало углеводородов для синтеза воды и практически полностью отсутствует обычная вода (H2O).

Перемещение зоны конденсации водяного пара

Зона конденсации – очень подвижный участок, который никогда не стоит на месте. Сразу после розжига холодного котла – зона конденсации находится прямо в его теплообменнике или непосредственно за ним. По мере работы теплоагрегата – система дымоудаления прогревается и зона конденсации постепенно перемещается вдоль дымовой трубы, к ее краю.

Перемещение зоны конденсации происходит тем быстрее, чем выше температура дымовых газов и меньше теплопотери на прогрев очередного холодного участка трубы. В конечном итоге, зона конденсации перемещается на самый край дымовой трубы, практически – в атмосферу.

После полного прогрева внутренних поверхностей системы дымоудаления, образование конденсата непосредственно на них прекращается и происходит уже в атмосферном слое. Это есть «абсолютный зер гут», ибо в этом случае – полностью исключено воздействие агрессивной среды (конденсата) на стенки деталей котла и системы его вентиляции.

Про анемометры:  Что делать, если в квартире пахнет газом - Вместе

Правильная эксплуатация котла и системы отопления

Не включайте циркуляционный насос системы отопления при отрицательной температуре в системе отопления. Желательно включать насос после прогрева котла до температуры не менее 50-60 градусов. В противном случае – также возникает проблема образования конденсата в топке котла и теплообменнике.

Возникает вопрос – как контролировать включение насоса?

Первый вариант – бесплатный – стоим рядом с котлом и контролируем температуру по термометру на выходе котла. После прогрева котла необходимо включить насос на минимальную скорость и наблюдать за изменением температуры. Если температура растет достаточно быстро, то необходимо увеличить скорость работы циркуляционного насоса.

Второй вариант – использовать блок автоматики, управляющий работой насоса системы отопления. Блок управления контролирует температуру на выходе котла и включает насос только при температуре на выходе котла выше заданного порогового значения. В котлах СТАРТ длительного горения, а также в пеллетных котлах циркуляционные насосы подключаются к блоку автоматики, в которых организованы эти алгоритмы включения насосов.

Третий вариант – организовать малый контур циркуляции через котел с использованием трехходового клапана и дополнительного циркуляционного насоса. Это обеспечивает наиболее правильный режим работы отопительного котла. Котел работает в одинаковом режиме и практически полностью исключается возможность образования конденсата (только в период запуска).

Проблемы с дымовой трубой

Часто при использовании твердотопливного котла не уделяют особого внимания дымовой трубе. А ведь от нее практически на 100% зависит работа всей системы отопления. Нет достаточной тяги – теряется мощность котла, котел начинает дымить. Использован дымоход меньшего диаметра – также приводит к значительному снижению мощности, так как будет не достаточно кислорода для сжигания нужного количества топлива в единицу времени. Холодная труба, нет утепления – происходит образование конденсата, который начинает стекать по стенкам трубы в котел.

Если труба утеплена, но используется толстостенная стальная труба, то конденсат будет образовываться до тех пор, пока не прогреется вся труба. Если это будет пеллетный котел, то прогреть такую трубу будет достаточно сложно, так выхлопные газы имеют низкую температуру.

Кроме того, котел на пеллетном топливе в режиме поддержания температуры в помещении может продолжительное время находится в выключенном состоянии, а при его включении снова будет происходить образование конденсата. Поэтому для любых пеллетных котлов мы рекомендуем применять только утепленные сэндвич-трубы (они обычно с толщиной стенок до 1мм).

В крайнем случае можно подключить котел к кирпичному дымоходу. Котлы длительного горения также могут находится в режимах поддержания горения с низкой температурой дымовых газов, поэтому для них также желательно применять сэндвич-трубы, кирпичные дымоходы.

С целью сокращения затрат на приобретение дымовой трубы, достаточно утеплить часть дымовой трубы, находящейся в неотапливаемых помещениях и на улице. Кроме того, в этом случае часть тепла от неизолированной трубы будет отдаваться внутрь помещения, сокращая дополнительно затраты на отопление.

Холодная кирпичная труба также может разрушиться от такой кислоты. Со временем на трубе заметны следы такого воздействия и через швы в кирпичной кладке дым начинает поступать внутрь помещений частного дома. Следует использовать качественный полнотелый кирпич и качественно заполнять кладочные швы.

Самый простой и более затратный способ решить проблемы с дымовой трубой – это использовать готовую утепленную нержавеющую трубу – сэндвич-трубу. Такая труба состоит из двух концентрических труб, между которых находится утеплитель. Толщина слоя утеплителя и материал внутренней трубы выбирается исходя из характеристик отопительного котла.

К характеристикам котлов относятся температура дымовых газов и используемое топливо. Для твердотопливных котлов используют трубы из качественных нержавеющих сталей, стойких к агрессивной среде, например, сталь марки AISI 304, 310 или 316. Сэндвич-трубы достаточно легкие, а их монтаж не сложный.

Трубы вставляются одна в другую с использованием обжимающих хомутов. Существуют различные соединительные элементы таких дымовых систем – тройники, переходы с патрубка котла на основную трубу, отводы, проходы через стены, проходы через перекрытия и кровлю.

Можно использовать асбест-цементную дымовую трубу. Однако, такие трубы “боятся” слишком горячих дымовых газов. Поэтому рекомендуется участок около 2 метров на выходе из котла выполнить из стальной трубы, а далее использовать асбест-цементную.

Расчет температуры точки росы

Низкотемпературной коррозией называется коррозия хвостовых поверхностей нагрева, газоходов и дымовых труб котлов, под действием конденсирующих на них из дымовых газов паров серной кислоты.

Конденсация паров серной кислоты, объемное содержание которых в дымовых газах при сжигании сернистых топлив составляет лишь несколько тысячных долей процента, происходит при температурах, значительно превышающих температуру конденсации водяных паров (на 50-1000С).

Максимальная температура стенки поверхности нагрева, при которой происходит конденсация паров серной кислоты, определяется как температура точки росы дымовых газов.

Для предупреждения коррозии поверхностей нагрева в процессе эксплуатации температура их стенок должна превышать температуру точки росы дымовых газов при всех нагрузках котла.

Для поверхностей нагрева, охлаждаемых средой с высоким коэффициентом теплоотдачи (экономайзеры и т.п.), температуры среды на входе в них должны превышать температуру точки росы примерно на 100С.

Для поверхностей нагрева водогрейных котлов условия полного исключения низкотемпературной коррозии не могут быть реализованы. Для ее уменьшения необходимо обеспечить температуру воды на входе в котел, равную 105-110 0С.

Для защиты от низкотемпературной коррозии всего газового тракта за котлом (газоходы, золоуловители, дымососы, дымовые трубы) и предупреждения коррозионно-опасных выбросов частичек золы и сажи с сернистой кислотой температура уходящих газов должна выбираться не ниже температуры точки росы дымовых газов.

Для твердых топлив с учетом значительной опасности коррозии золоуловителей температура уходящих газов должна выбираться выше точки росы дымовых газов на 15-20 0С.

Для сернистых мазутов температура уходящих газов должна превышать температуру точки росы при номинальной нагрузке котла примерно на 100С.

Температура точки росы дымовых газов 01зависит от температуры конденсации влаги 02зависит от температуры конденсации влаги Точка росы дымовых газов - Дымогар.Рупри парциальном ее давлении в газах и приведенного содержания серы в рабочем топливе 03и равна 04и равна Точка росы дымовых газов - Дымогар.Рувеличина 05в зависимости от приведенных содержаний золы и серы топлива 06в зависимости от приведенных содержаний золы и серы топлива Точка росы дымовых газов - Дымогар.Руопределяется по формуле:

Про анемометры:  Коды ошибок котла Мастер Газ Сеул

07

где 08 – доля золы топлива, уносимая газами.

ПРИМЕР: Рассчитать температуру точки росы при сжигании бурого угля Райчихинского месторождения марки 2БР. Исходные данные смотри в таблице 1 (ниже).

Определим приведенные значения содержаний золы и серы топлива 09:

10

Определим объемную доли водяных паров, равному парциальному давлению газов при общем давлении в 11:

12

где 13 – избыток воздуха в газовом тракте.

Следовательно температура конденсации влаги при парциальном ее давлении в газах при 0,13 14составляет 15составляет Точка росы дымовых газов - Дымогар.Ру(определяем по таблице – удельные объемы и энтальпии сухого насыщенного пара и воды на кривой насыщения, см. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ (Нормативный метод)).

Теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг твердого топлива или жидкого, при избытке α=1 и нормальных условиях 16 16 Точка росы дымовых газов - Дымогар.Ру

17

Объемы продуктов сгорания, получающиеся при полном сгорании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха (α=1):

− азота

19

− трехатомных газов

20

− водяных паров

21

Действительный объем дымовых газов при избытке воздуха α˃1:

23

Определяем температуру точки росы для дымовых газов при избытке воздуха α=1,6 и 25 (для твердых топлив):

26

Температура точки росы с учетом рекомендации равна:

27

Исходя из выше указанного, температура уходящих газов при эксплуатации котла на данном топливе не должна быть ниже 28

Таблица №1 – Расчетные характеристики топлива

29


Литература
1. Тепловой расчет котлов: (Нормативный метод). 3-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Издательство НПО ЦКТИ, 1998. -256с.
2. МУ 34-70-118-84 Методические указания по предупреждению низкотемпературной коррозии поверхностей нагрева и газоходов котлов, 1986 -12с.

Таблица температур точки росы

За определение температуры точки росы, принимается такая температура, при охлаждении до которой, из воздуха, начинает конденсироваться водяной пар. Составим экспериментальным путем таблицу зависимости точки росы от влажности и температуры воздуха.

Таблица температуры значения точки росы (°С) для разных условий

Относительная влажность %Температура сухого термометра, °С (температура воздуха)
5101520253040
20-20-16-12-7-3515
 30 -15-10-6-2 261018
 40 -12-7-226101522
 50-9-4 0510141726
 60 -6-2712162130
 70-55914192332
 80 -3271116212635
 90-1491418232838
 1005101520253040

Как нужно читать эту таблицуНапример, температура воздуха 10 °С, относительная влажность 30%. На пересечении этих граф мы видим цифру -6. Это значит, что если воздух, температура которого  10 °С и относительная влажность 30%, охладить до температуры -6 °С, то начнется выделение конденсата из него.

Как видим из таблицы, чем меньше относительная влажность воздуха, тем температура точки росы ниже температуры самого воздуха. По мере того, как повышается относительная влажность воздуха (воздух набирает, «впитывает» в себя влагу) – температура точки росы приближается к температуре самого воздуха и, при 100% относительной влажности, точка росы, фактически совпадает с температурой воздуха.

Таинственная «точка росы»

Точка росы напрямую связана с абсолютной, относительной и фактической влажностью.

Абсолютная влажность – максимальное возможное содержание влаги в воздухе. Абсолютная влажность измеряется в г/м3 и зависит от температуры воздуха. Каждому значению температуры воздуха соответствует свое значение показателя абсолютной влажности.

Фактическая влажность – фактическое содержание влаги в воздухе. Фактическая влажность измеряется в г/м3, не зависит от температуры воздуха и отображает реальное содержание влаги в воздухе.

Относительная влажность – отношение содержания максимально-возможной (абсолютной) влаги к ее фактическому содержанию в воздухе. Относительная влажность измеряется в процентах и показывает процентное содержание влаги в воздухе от максимально возможного. Показатель относительной влажности не бывает больше 100%, и это – крайне неустойчивое состояние.

«точка росы» – это температура охлаждаемого воздуха, при которой его относительная влажность достигает отметки 100% и водяные пары начинают «выпадать в осадок», т.е. конденсироваться. Иными словами, «точка росы» – это температура, до которой нужно охладить воздух, чтобы из него выделился водяной конденсат (появилась роса).

Точка росы зависима от температуры воздуха и фактического содержания влаги в нем

Точка росы в теплообменнике дровяного котла

При розжиге холодного дровяного котла, исходящие из камеры сгорания дымовые газы (продукты горения), имеют температуру, примерно 500-800 °С и относительную влажность, в среднем около 85%. Попадая в холодный теплообменник (20°С) и соприкасаясь с его холодной поверхностью, газы мгновенно охлаждаются, влагоемкость (максимально возможное содержание влаги) воздуха понижается и избыток влаги выпадает в виде росы на поверхности теплообменника.

Чем опасен конденсат

Основную опасность конденсат представляет для металлических поверхностей. Пленка воды сама по себе достаточно активно взывает коррозию, более того в этой воде растворяются различные соединения из дымовых газов, что в условиях относительно высокой температуры приводит к очень высокой скорости коррозии.

Особенно опасно образование конденсата при работе на топливах содержащих серу (даже в минимальных количествах). Оксиды серы, растворяясь в воде, образуют серную кислоту, очень мало летучую и агрессивную. Такие условия работы способны уничтожить котел за весьма короткий срок (один сезон).

На стенки покрытые конденсатом прилипают частички золы и у носа топлива, со временем образуются трудноудалимые отложения, под коркой которых непрерывно протекает коррозия. Часто конденсат образуется не в котле, а в дымовой трубе в холодное время года.

Конденсат стекает по стенкам трубы вниз, постепенно намерзая на них. Через некоторый промежуток времени намерзшими слоями или столбом жидкости сечение дымохода трубы перекрывается. Особенно чувствительны к температурам ниже точки росы котлы с высоким КПД, у которых температура уходящих газов не многим выше температуры конденсирования.

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий

Adblock
detector