Точка росы что это значит для котельной

Точка росы. Конденсат

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.

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).

Когда выпадает роса

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.

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.

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.

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.

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».

Источник

Влага в топке водогрейного котла

При сгорании 1м 3 природного газа с широко распространенным элементарным составом (например, Саратовского месторождения) образуются газообразные продукты сгорания в количестве 10,3 м 3 . Состав продуктов сгорания и их количество таковы : CO ₂ – 9,8%, N ₂ – 71,2%, H ₂ O – 19% объемных. Кроме того, в продуктах сгорания содержатся инертные газы и небольшое количество оксидов серы, а некоторое количество азота окисляется с образованием оксидов – NO_x .

Плотность водяного пара при нормальных условиях составляет 0,805 кг/м 3 . Таким образом, при сгорании 1м 3 природного газа образуется

10,3м 3 х 0,19 =1,96 м 3 водяного пара

1,96 м 3 х 0,805 кг/м 3 = 1,58 кг водяного пара.

В водогрейном котле КСВа-2, 5 Гс «ВК-32» за сутки сжигают 2100 м 3 газа. При этом образуеся

1,58 кг/м 3 х 2100 м 3 = 3300 кг водяного пара.

В процессе штатной эксплуатации котла все эти водяные пары удаляются вместе с другими продуктами сгорания через дымовую трубу в атмосферу. Однако, при нарушении рекомендованных режимов работы часть водяных паров конденсируется и конденсат скапливается в нижней части топки. Так, на обследуемом предприятии «СпецЭлектрод» в котле скопилось около 400 л сконденсированной воды, которую вынуждены были удалять через дополнительно введенный в схему патрубок с краном. Через патрубок диаметром ¾ ’’ вода удалялась в течение часа.

Конденсация происходит при соприкосновении пара с металлическими водоохлаждаемыми экранными поверхностями, температура которых ниже температуры точки росы. Точка росы – это та температура, до которой надо охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным, т.е. до относительной влажности 100%. При этом охлаждение происходит при постоянном влагосодержании. Влагосодержание продуктов сгорания при температуре в топке 900 – 1000°С составляет 60 – 70 г/ кг. Точка росы для этих влагосодержаний равна 43 – 47°С. Следовательно, при эксплуатации котла в режиме с конденсацией температура экранных поверхностей не превышала эту величину.

Оценим температуру экранных поверхностей. Наблюдениями за работой котла установлено, что вода скопилась в тот период эксплуатации, когда температура воды, поступающей в котел, составляла 43 – 50°С. Экранные поверхности с одной стороны обращены к пламени, а с другой – омываются проточной водой. Коэффициент теплоотдачи от пламени к экранным поверхностям равен 130 – 150 ккал/м 2 · час· ° С , а от воды – 3200 – 3300 ккал/ м 2 · час · ° С, т.е. в 20 – 25 раз больше. При таком соотношении коэффициентов теплоотдачи температура металлической стенки примерно равна температуре воды, т.е. в рассматриваемом случае равна 43 – 47 ° С. Отсюда понятно, что температура воды, поступающей в котел, является решающим режимным параметром, оказывающим влияние на возникновение конденсации.

Но основная неприятность состоит не в появлении воды в топке, а в сернокислотной и азотнокислотной коррозии металлических элементов котла. Коррозия вызывает преждевременный износ экранов и, как следствие, выход котла из строя. C лабые растворы кислот образуются в результате взаимодействия оксидов серы и азота с конденсатом. Для того, чтобы избежать конденсации, а, следовательно, и коррозионного износа металлических экранов котла, необходимо, чтобы температура воды, поступающей в котел, не превышала 50 ° С.

Таким образом, для повышения длительности рабочей кампании котла, для сокращения объема ремонтных работ необходимо эксплуатировать котел в режиме без конденсации паров, что достигается подачей в котел воды с температурой не менее 50 ° С.

Если же все-таки встал вопрос о необходимости ремонта такого котла с помощью сварочных электродов, рекомендуем воспользоваться электродами марок ОЗС-12 и СЭОК-46 производства «СпецЭлектрод».

Источник

Дровяное отопление

Конденсат в котле и дымовых трубах

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.

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:

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	3	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.

Источник