Страница 3 из 12
Страница 7 из 12
Что такое точка росы?
Точкой росы при данном давлении называется температура,
до которой должна охладиться смесь газов, чтобы содержащийся в ней
водяной пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу.
Сернистые
топлива с
высоким содержанием меркаптановой серы
имеют худшие защитные свойства, поскольку
меркаптаны окисляются легче других
сернистых соединений
Остальные
сернистые топлива по
поведению при высокой температуре мало
отличаются от малосернистых
Сернистые
топлива ТС-1 из
арлано-чекмагушской нефти и ТС-1 из смеси
нефтей Ставрополя и Ча-паевска обладают
значительно меньшей склонностью к
забивке фильтра нерастворимыми осадками,
чем стандартные топлива ТС-1 и Т-1, хотя
при испытании в статических условиях
в бомбе эти топлива были практически
равноценны стандартным топливам ТС-1 и
Т-1. Это объясняется тем, что образующиеся
в этих топливах осадки имеют меньшую
величину частиц и поэтому не задерживаются
фильтром.
Остальные
сернистые топлива по
поведению при высокой температуре мало
отличаются от малосернистых.
Для сернистого
топлива характерны
последовательные процессы окисления
серы до SO, SCb и SO3, происходящие, как это
было показано ранее, по многостадийному
свободнорадикальному механизму,
включающему реакции роста и разветвления
цепей.
Для сернистых
топлив,
имеющих высокую температуру точки росы
дымовых газов, применение способов
борьбы с коррозией, основанных на
повышении температуры стенки — в наиболее
холодной части воздухоподогревателя
выше точки росы, в том числе и применение
для этой цели рециркуляции воздуха,
нецелесообразно, так как приводит к
недопустимо большой потере тепла с
уходящими газами.
17 Низкотемпературная сернистая коррозия. Методы ее предотвращения.
Для
борьбы с низкотемпературной
сернокислотной коррозией при
сжигании сернистых мазутов применяют
присадки. Применение их способствует
также образованию более рыхлой структуры
отложений в зоне высокотемпературных
поверхностей нагрева, а следовательно,
и снижению коррозии этих поверхностей
Уменьшение
содержания серы в топливе с целью
ликвидации низкотемпературной
сернокислотной коррозии котельного
оборудования —
весьма дорогостоящий и в настоящее
время недостаточно налаженный
технологический процесс. Снизить
содержание паров серного ангидрида в
продуктах сгорания до безопасной с
точки зрения коррозии величины возможно
при поддержании коэффициента избытка
воздуха в топке при сжигании сернистых
топлив не более 1 02, что весьма
затруднительно, так как требуется
большая герметичность топочной камеры,
имеющей сравнительно значительные
размеры. Эффективным способом ликвидации
последствий сернокислотной коррозии
является применение для поверхностей
нагрева воздухоподогревателя труб из
коррозионно-стойкого материала, например
стеклянных труб. Стеклянный
воздухоподогреватель ( СВП), работающий
в зоне температур стенки ниже точки
росы серной кислоты, является
низкотемпературной ступенью
воздухоподогревателя котельного
агрегата, первой по ходу воздуха и
последней по ходу газов, и выполняет
предварительный подогрев воздуха,
поступающего затем в металлический
воздухоподогреватель.
Таким
образом, изменяя изоляцию и создавая в
дымовой трубе определенные тепловые
режимы, можно снизить
интенсивность низкотемпературной
сернокислотной коррозии газоотводящих
стволов.
Поэтому для выбора толщины теплоизоляции
газоотводящих стволов необходимо
проведение теплового расчета.
https://youtube.com/watch?v=4AJvxTwX9HM
Почему в котле и в дымоходах образуется конденсат? Это явление нередко сопровождается резким отвратительным запахом. Откуда это берется?
Вообще, любое углеводородное топливо, к которому относятся и газ, и уголь, и дрова, а также нефть и все ее производные — все эти виды топлива содержат в своем составе водород, что понятно даже из названия: углеводороды. При их сжигании синтезируется и вода, которая находится в парообразном состоянии в составе дымовых газов.
Кроме синтезируемой воды присутствует еще влага из воздуха, который подается в топку. Кроме того, присутствует влага и в составе самого топлива. Например, наибольшее количество содержат дрова, а меньше всего воды в каменном угле.
Вся эта вода находится в дымовых газах в парообразном состоянии с высокой температурой. На выходе из топки дровяного котла температура дымовых газов может находиться в пределах от 600 до 800 градусов.
Проходя далее, через регистры теплообменника котла и дымовые каналы, эти газы отдают тепло и охлаждаются. Когда их температура достигает температуры конденсации (точка росы), тогда и происходит это явление. То есть, вода из парообразного состояния осаждается на более холодных поверхностях регистров и стенок дымоходов.
Точка росы — это далеко не постоянная величина. Температура конденсации зависит от многих факторов, коими являются такие параметры, как абсолютная и относительная влажность газов, их температура и даже содержание в них избыточного воздуха.
По практике для дровяных твердотопливных котлов температурой точки росы считается примерно 40 градусов. То есть, на любых поверхностях ниже этой температуры по ходу дымовых газов будет выпадать конденсат.
В самом начале топки котла конденсат образуется практически на всех поверхностях, пока они не прогрелись до температуры выше точки росы. И эта точка с течением времени перемещается все дальше от топки по направлению к оголовку трубы.
Когда, наконец, вся эта система будет прогрета, влага будет конденсироваться уже не на поверхностях системы, а в воздухе вне системы в виде белого дыма из трубы. А та влага, что сконденсировалась на стенках, теперь уже будет испаряться и двигаться вместе с дымовыми газами к выходу.
Бороться с конденсатом несложно. Конечно же, невозможно победить законы физики и вообще его предотвратить, но можно добиться того, чтобы на пути газов не было холодных поверхностей или они были холодными минимальное время с начала топки.
Первая мера — это обязательное утепление трубы, какой бы она ни была, кирпичной, стальной или еще какой. Вторая мера, касающаяся непосредственно котлов — это недопущение подачи в теплообменные регистры воды с температурой ниже точки росы (40 градусов). Об этой теме читаем в статье о регистрах и байпасе.
Конденсат в котле и дымовых трубах
Многим владельцам отопительных котлов приходится лицезреть неприятную картину – отвратительные подтеки на стыках частей дымовых труб и теплообменников своих тепловых агрегатов.
Это конденсат – злейший враг систем дымоудаления и вентиляции.
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.
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 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:
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).
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».
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.
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. Чем меньше температура воздуха, тем меньше влаги он может в себя вместить, и соответственно – тем меньше будет показатель 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
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)
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
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. Либо так – в воздухе, температура которого 10 °С и относительная влажность 30%, водяная роса появится на любом предмете, температура поверхности которого, будет равна или ниже -6 °С.
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.
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.
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.
Соблюдение теплового режима эксплуатации котла
Практикой доказано, что если температура трубы обрата теплоносителя менее 40°С – возможно появление конденсата в теплообменнике котла. Таким образом, соблюдение теплового режима эксплуатации котлоагрегата сводится к максимально быстрому разогреву его водяной рубашки до температуры в теплообменнике 40°С и более, с последующим поддержанием ее на должном уровне, независимо от температуры теплоносителя в самой системе отопления. Такой тепловой режим достигается за счет инженерных решений в системе отопления с использованием байпасов и трехходовых кранов, регулирующих температуру теплоносителя в обрате котла.
Про байпас и трёхходовой кранБайпас – это труба, которая напрямую соединяет подачу и обрат дровяного котла и образует так называемы «малый круг» (см. рисунок про байпас). Через байпас трёхходовой кран смешивает горячий и холодный теплоноситель, поддерживая температуру обрата, не менее 40°С. При том регулируется количество горячей воды, которое должно уйти сразу в обрат (в малый круг), а которое – дальше, в отопительную систему.При помощи этих нехитрых приспособлений горячий теплоноситель «крутится» по малому кругу и из подачи возвращается сразу обратно в дровяной котёл, пока не прогреется рубашка охлаждения котла и его теплообменник. По мере прогрева котла, трёхходовой кран постепенно перекрывает поступление горячего теплоносителя в обрат и направляет горячий теплоноситель в систему отопления. Такой подход к монтажу позволяет быстро и без конденсата запускать холодный дровяной котёл, независимо от температуры теплоносителя.
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.
Наибольше страдают от конденсата владельцы твердотопливных котлов, работающих на обычных дровах и деревоотходах. Поскольку, в этом случае, к синтезированной воде добавляется вода, содержащаяся в порах и пустотах самой древесины. Иногда – это очень много. Ведь стандартное древесное топливо, влажностью 25-35% может содержать от 150 до 300 граммов воды в каждом своем килограмме! Особенно много воды выделяется во время розжига и разгорания дров, когда идет активная просушка древесины под воздействием высокой температуры.
Точка росы. Конденсат
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».
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 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. Свободны
от водорода только антрациты и древесный уголь высокого качества, при их сгорании вода не
образуется, точка росы существенно ниже, чем для других топлив (вода поступает с влажностью воздуха).
16 Перечислите способы, позволяющие снизить или исключить низкотемпературную коррозию воздухоподогревателей.
Для
снижения низкотемпературной
коррозии применена
рециркуляция горячего воздуха на вход
ТВП
Для
снижения низкотемпературной
коррозии холодной части возможно
применение эмалированных покрытий,
неметаллических материалов, подогрева
воздуха на входе в воздухоподогреватель.
Чтобы
вызвать интенсивную
низкотемпературную коррозию металла,
достаточно нескольких тысячных долей
процента 5О3 в объеме дымовых газов.
Низкотемпературная
коррозия может
наблюдаться при температурах газа 180 —
190 С. Наибольшая интенсивность
низкотемпературной сернистой коррозии
отмечается в диапазоне температур
стенки труб 100 — 120 С
Основными
путями уменьшения низкотемпературной
коррозии являются:
повышение температуры стенки поверхности
нагрева, применение присадок (жидких,
минеральных или газообразных), ведение
процесса горения с минимальным
коэффициентом избытка воздуха,
систематическая очистка поверхностей
нагрева от золовых отложений, ликвидация
застойных зон и равномерное смывание
поверхностей нагрева продуктами
горения.
ожно
было поддержать полную мощность ГТУ
Когда выпадает роса
Хорошо видно образование конденсата на теплообменных поверхностях котла в процессе запуска. Можно видеть границы водяной рубашки.
Температура воды в котле на момент съемки 20 °С, топливо — пеллеты.
Итак, дымовые газы содержат некоторое количество влаги, которая может
выпасть в виде росы, если газы будут охлаждены ниже определенной температуры. Эта
температура определяется долей водяного пара в смеси газов. Чем больше водяного пара,
тем выше точка росы. Температура точки росы зависит от многих параметров, вида топлива,
его влажности, избытка воздуха. Что касается отходов древесины, то точка росы меняется
в процессе работы котла из-за изменения избытка воздуха при неравномерностях в подаче
топлива, и из-за естественного разброса влажности древесины. В основном при температурах
выше 50-60 градусов в подавляющем большинстве случаев конденсации не происходит.
Это означает что для гарантированной работы котла без образования конденсата необходима
температура обратной воды в котел равная или выше 60 °С.
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.
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 1.2 МВт – 200-300 л/час).
Такой механизм образования реализуется при температуре смеси газов выше точки росы, при контакте с холодной поверхностью.
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. При
этом на срезе трубы, там, где газы только вышли и ещё не успели охладиться, сохраняется их прозрачность,
далее по мере остывания и конденсирования влаги прозрачность уменьшается.
Дымосос не соединен пока с трубой. На срезе выходного патрубка газы прозрачны.
В месте где газы омывали трубу видна намерзшая «шуба», на улице минус 25 °С.