» » Конденсат в котле и дымовых трубах

Конденсат в котле и дымовых трубах

Дровяное отопление

 

Многим владельцам твердотопливных 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.

  1. Что такое конденсат
  2. Откуда берется конденсат из дымовых газов
  3. Откуда водяные пары в дымовых газах
  4. Зона конденсации водяного пара
  5. Перемещение зоны конденсации водяного пара
  6. Таинственная «точка росы»
  7. Зависимость точки росы
  8. Таблица температур точки росы
  9. Точка росы в теплообменнике дровяного котла
  10. Как защититься от конденсата в котле и дымовых трубах
  11. Соблюдение теплового режима эксплуатации котла
  12. Дренаж системы дымоудаления
  13. Это интересно (еще раз про конденсат)

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 + Q
Где, (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=СО2
2С+О2=2СО
2СО+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).

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)

  • 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.

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)
0 5 10 15 20 25 30 40
20 -20 -16 -12 -7 -3 0 5 15
 30  -15 -10 -6 -2  2 6 10 18
 40  -12 -7 -2 2 6 10 15 22
 50 -9 -4  0 5 10 14 17 26
 60  -6 -2 7 12 16 21 30
 70 -5 0 5 9 14 19 23 32
 80  -3 2 7 11 16 21 26 35
 90 -1 4 9 14 18 23 28 38
 100 0 5 10 15 20 25 30 40

 

Как нужно читать эту таблицу
Например, 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 твердотопливного 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 кран
Байпас – 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.

Это интересно (еще раз про конденсат)
Конденсат может сыграть злую шутку при первом заполнении отопительной системы холодным теплоносителем. Если температура заливаемого теплоносителя не будет равна температуре окружающей среды, то может начаться конденсация водяных паров из воздуха прямо на деталях котла и отопительной системы. Неискушенный пользователь может принять такие водообразования за факт разгерметизации отопительной 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.

Альтернативное Отопление: отопление, горение, котёл, дрова, теплота, пиролиз, дровяное

(28)
владимир

1 мая 2017 14:04

здраствуйте.у меня отсырел стояк немного пока.возле котла,где выходит дым.что это может быть?
Технолог

1 мая 2017 19:39

Цитата: владимир
Отсырел стояк возле котла,где выходит дым.что это может быть?

Это нормально. Весна, потеплело. Это – самый обычный конденсат, только снаружи котла и системы отопления.
Скорей всего, отопление – уже не работает (выключено). Вода в системе отопления более холодная окружающего
тёплого воздуха. Начинается конденсирование влаги на холодной поверхности.
Проблема решится сама-собой, после естественного прогрева системы отопления до температуры окружающей среды.
Гость

24 марта 2018 19:23

Я, в конструкции, камина - котла предусматриваю, что если конденсат и образуется то все стыки дымовой трубы должны обеспечивать поступление конденсата на испарение в котел, а не на котел или пол!..
< >
Добавление комментария
Имя: * (любое имя)
E-Mail: * (любой e-mail)
Текст: *
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив

Набор онлайн-калькуляторов для перевода единиц и величин

Работа и энергия

Электроенергия

Древесина - альтернативное топливо, которое заменит традиционные энергоносители
горение, дерево, древесина, дрова, дровяное, комфорт, котёл, микроклимат, отопление, пиролиз, помещение, температура, тепло, теплота, теплотворность, топливо