Точка росы металлической трубы

14.02.2013

A. Бацулин

Для понимания процесса образования конденсата в дымоходах печей важно разобраться с понятием точки росы. Точка росы — температура при которой водяные пары, содержащиеся в воздухе, конденсируются в воду.

При каждой температуре в воздухе может быть растворено не более определенного количества водяного пара. Это количесво называется плотностю насыщенного пара для данной температуры и выражается в килограммах в метре кубическом пространства.

На рис. 1 изображен график зависимости плотности насыщенного пара от температуры. Справа отмечены парциальные давления, соответствующие этим значениям. За основу взяты данные этой таблицы. На рис. 2 изображен начальный участок того же графика.

Точка росы металлической трубы Рис. 1.

Давление насыщенного водяного пара.

Точка росы металлической трубы Рис. 2.

Давление насыщенного водяного пара, интервал температур 10 — 120*С

Поясним как пользоваться графиком на простом примере. Возьмем кастрюлю с водой и накроем крышкой. Через какое-то время под крышкой установиться равновесие между водой и насыщенным водяным паром. Пусть температура кастюли будет равна 40*С, тогда плотность пара под крышкой составит около 50 г/м3.

Парциальное давление водяных паров под крышкой согласно таблице (и графику) составит 0,07 атм, остальные 0,93 атм составит давление воздуха. (1 бар = 0,98692 атм). Начнем медленно нагревать кастрюлю, и при 60*С плотность насыщенного пара под крышкой составит уже 0,13 кг/м3, а его парциальное давление — 0,2 атм.

При 100*С парциальное давление насыщенного пара под крышкой достигнет одной атмосферы (т. е. внешнего давления), а это означает, что воздуха под крышкой уже не будет. Вода начнет кипеть, а пар уходить из-под крышки. При этом плотность насыщенного пара под крышкой составит 0,59 кг/м3. Теперь закроем крышку герметично (т.е.

превратим ее в автоклав) и вставим в нее предохранительный клапан, к примеру, на 16 атм, а саму кастрюлю продолжим нагревать. Кипение воды прекратится, а давление и плотность пара под крышкой будут расти, и при достижении 200*С давление достигнет 16 атм (см. график).

При этом вода вновь закипит, а пар будет выходить из-под клапана. Теперь плотность пара под крышкой составит 8 кг/м3.

В случае рассмотрения выпадения конденсата из дымовых газов (ДГ) представляет интерес только часть графика до давления 1 атм, т. к. печь сообщается с атмосферой и давление в ней равно атмосферному с точностью до нескольких Па. Очевидно также, что точка росы ДГ ниже 100*С.

Содержание водяных паров в дымовых газах

Для определения точки росы дымовых газов (т.е. температуры, при которой из ДГ выпадает конденсат) необходимо знать плотность водяного пара в ДГ, которая зависит от состава топлива, его влажности, коэффициента избытка воздуха и темперературы. Плотность пара равняется массе водяного пара, содержащегося в 1 м3 дымовых газов при данной температуре.

Формулы для объема ДГ были выведены в этой работе, раздел 6.1, формулы П1.3 — П1.8. После преобразований получим выражение для плотности пара в дымовых газах в зваисимости от влажности древесины, коэффициента избытка воздуха и температуры. Влажность исходного воздуха вносит небольшую поправку, и в этом выражении не учитывается.

Точка росы металлической трубы

У формулы простой физический смысл. Если домножить числитель большой дроби на 1/(1+w), то получим массу воды в ДГ, в кг на кг древесины. А если домножить знаменатель на 1/(1+w), то получим удельный объем ДГ в нм3/кг. Множитель с температурами служит для перевода нормальных кубических метров в реальные при температуре Т. После подставления чисел получим выражение:

Точка росы металлической трубы

Теперь можно определить точку росы дымовых газов графическим методом. Наложим график плотности пара в ДГ на график плотности насыщенного водяного пара. Пересечение графиков будет соответствовать точке росы ДГ при соответствующей влажности и избытке воздуха. На рис. 3 и 4 представлен результат.

Точка росы металлической трубы Рис. 3.

Точка росы дымовых газов при избытке воздуха единица и различной влажности древесины.

Из рис. 3 следует, что при самом неблагоприятном случае, при горении древесины с влажностью 100% (половина массы образцы составляет вода) без избытка воздуха конденсация водяного пара начнется примерно при 70*С.

При типичных для периодических печей условиях (влажность древесины 25% и избыток воздуха около двух) конденсация начнется при охлаждении дымовых газов до 46*С. (см. рис. 4)

Точка росы металлической трубы Рис. 4.

Точка росы дымовых газов при влажности древесины 25% и различных избытках воздуха.

Из рис. 4 также хорошо видно, что избыток воздуха значительно понижает температуру выпадения конденсата. Подмешивание избыточного воздуха в дымоход — один из способов устранения конденсата в трубах.

Поправка на непостоянство состава топлива

Все вышеприведенные рассуждения справедливы в случае, если состав топлива остается неизменным по времени, например в толивнике сжигается газ или подаются непрерывно пеллеты. В случае горения закладки дров в печи периодического действия состав дымовых газов меняется со временем.

Сначала выгорают летучие и испаряется влага, а затем сгорает угольный остаток. Очевидно, что в начальный период содержание водяных паров в ДГ будет значительно выше чем рассчитанное, а на этапе горения угольного остатка — ниже. Попробуем примерно оценить температуру точки росы в начальный период.

Пусть летучие выгорают из закладки в первую треть процесса протопки, также и вся влага, содержащаяся в закладке испаряется за это время. Тогда концентрация водяных паров в первой трети процесса будет в три раза выше средней.

При 25% влажности древесины и 2х-кратном избытке воздуха плотность пара составит 0,075 * 3 = 0,225 кг/м3. (см РИС, синий график). Температура конденсации при этом будет 70-75*С. Это примерная оценка, т. к. неизвестно, как же в реальности изменяется состав ДГ по мере прогорания закладки.

Кроме того, из дымовых газов вместе с водой конденсируются недогоревшие летучие, что, видимо, несколько повысит точку росы ДГ.

Конденсат в дымоходах

Дымовые газы, поднимаясь по печной трубе постепенно охлаждаются. При охлаждении ниже точки росы на стенках дымохода начинает выпадать конденсат.

Скорость охлаждения ДГ в дымоходе зависит от проходного сечения трубы (площади ее внетренней певерхности), материала трубы и ее засаженности, а так же интенсивности горения.

Чем выше скорость горения, тем больше поток дымовых газов, а это означает, что при прочих равных условиях охлаждаться газы будут медленнее.

Образование конденсата в дымоходах печей или печи-камина периодического действия носит циклический характер. В начальный момент, пока труба еще не прогрета, на ее стенках выпадает конденсат, а по мере прогрева трубы конденсат испаряется.

Если вода из конденсата успевает испариться полностью, то постепенно пропитывает кирпичную кладку дымохода, и на наружных стенках появляются черные смолистые отложения.

Если это происходит на наружном участке дымохода (на улице или в холодном чердачном помещении), то постоянное увлажнение кладки зимой приведет к разрушению печного кирпича.

Падение температуры в дымоходе зависит от его конструкции и величины потока ДГ (интенсивности горения топлива). В кирпичных дымоходах падение Т может достигать 25*С на метр погонный.

Этим обосновывается требование иметь температуру ДГ на выходе из печи («на вьюшке») 200-250*С, с той целью, чтобы на оголовке трубы она составила 100-120*С, что заведомо выше точки росы.

Падение температуры в утепленных дымоходах типа сендвич составляет всего несколько градусов на метр, и температура на выходе из печи может быть снижена.

Конденсат, образуясь на стенках кирпичного дымохода впитывается в кладку (в силу пористости кирпича), а затем испаряется.

В дымоходах из нержавеющей стали (сендвич) даже небольшое количество конденсата, образовавшегося в начальный период сразу начинает стекать вниз, Поэтому, для избежания затекания конденсата в утеплитель дымохода, внутренние трубы собираются таким образом, чтобы верхняя труба вставлялась в нижнюю, т.е. «по конденсату».

Зная скорость горения дров в печи и сечение дымохода можно оценить снижение температуры в дымоходе в расчете на погонный метр по формуле:

Читайте также:  Сифон в ванне ниже трубы

Точка росы металлической трубы

где

q — коэффициент теплопоглощения стенок кирпичного дымохода, 1740 Вт/м2 S — площадь тепловоспринимающей поверхности 1 м дымохода, м2
c — теплоемкость отходящих газов, 1450 Дж/нм3*С
F — поток отходящих газов, нм3/час
V — удельный объем ДГ, при 25% влажности древесины и 2х кратном избытке воздуха, 8 нм3/кг
Bчас — часовой расход топлива, кг/час

Коэффициент теплопоглощения стенок дымохода условно взят 1500 ккал/м2час, т.к. для последнего газохода печи в литературе приводится значение 2300 ккал/м2час.

Расчет носит ориентировочный характер и призван показать общие закономерности. На рис.

5 представлен график зависимости падения температуры в дымоходах сечением 13 х 26 см (пятерик) и 13 х 13 см (четверик) в зависимости от скорости горения дров в топливнике печи.

Точка росы металлической трубы Рис. 5.

Падение температуры в кирпичной дымовой трубе в расчете на погонный метр в зависимости от скорости горения дров в печи (потока отходящих газов). Коэффициент избытка воздуха принят равным двум.

Цифрами в начале и в конце графиков указана скорость ДГ в дымоходе, расчитанная исходя из потока ДГ, приведенного к 150*С, и сечения дымохода.

Как видно, для рекомендованых ГОСТ 2127-47 скоростей поряка 2 м/с падение температуры ДГ составляет 20-25*С.

Также понятно, что применение дымоходов с сечением больше необходимого может привести к сильному охлаждению ДГ и, как следствие, выпадению конденсата.

Как следует из рис. 5, уменьшение часового расхода дров приводит к уменьшению потока отходящих газов, и, как следствие, к значительному падению температуры в дымоходе.

Иными словами — температура отходящих газов, например, в 150*С для кирпичной печи периодического действия, где дрова активно горят и для печи медленного горения (тлеющего) совсем не одно и то же.

Как-то пришлось наблюдать такую картину, рис. 6.

Точка росы металлической трубы Рис. 6.

Конденсат в кирпичном дымоходе от печи длительного горения.

Здесь печь тлеющего горения была подключена к кирпичной трубе сечением в кирпич. Скорость горения в такой печи очень мала — одна закладка может гореть 5-6 часов, т.е. скорость горения составит порядка 2 кг/час.

Само-собой, газы в трубе охладились ниже точки росы и в дымоходе начал образовываться конденсат, который пропитал трубу насквозь, и при топке печи каплями стекал на пол.

Таким образом, печи длительного горения можно подключать только к утепленным дымоходам типа «сендвич».

14.02.2013

A. Бацулин

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.

  1. 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.
  2. Для твердых топлив с учетом значительной опасности коррозии золоуловителей температура уходящих газов должна выбираться выше точки росы дымовых газов на 15-20 0С.
  3. Для сернистых мазутов температура уходящих газов должна превышать температуру точки росы при номинальной нагрузке котла примерно на 100С.

Точка росы металлической трубы

где  – 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 :

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

где  – избыток воздуха в газовом тракте.

Точка росы металлической трубы

Теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг твердого топлива или жидкого, при избытке α=1 и нормальных условиях Точка росы металлической трубы Точка росы металлической трубы

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

− азота

− трехатомных газов

  • − водяных паров
  • Действительный объем дымовых газов при избытке воздуха α˃1:
  • Определяем температуру точки росы для дымовых газов при избытке воздуха α=1,6 и  (для твердых топлив):
  • Температура точки росы с учетом рекомендации равна:
  • Исходя из выше указанного, температура уходящих газов при эксплуатации котла на данном топливе не должна быть ниже 
  • Таблица №1 – Расчетные характеристики топлива

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.

Определение точки росы

Точка росы и коррозия

Точка росы воздуха — важнейший параметр при антикоррозионной защите, говорит о влажности и возможности конденсации влаги на поверхности. Если точка росы воздуха выше, чем температура подложки (субстрат, как правило поверхность металла), то на подложке будет иметь место конденсация влаги. Поэтому важно определять точку росы в процессе антикоррозионных работ.

Защитные лакокрасочные материалы, наносимые на подложку с конденсированной влагой, будут иметь не удовлетворительную адгезию к защищаемой поверхности, за исключением случаев использования специальных лакокрасочных составов (см. «Материалы по влажной поверхности» раздела «Защитные покрытия»).

Таким образом, последствием нанесения защитных покрытий на подложку с конденсацией влаги будет плохая адгезия и, как следствие, возникновение целого ряда дефектов ЛКП: шелушение, кратеры, поры в пленке лакокрасочного материала, а также разнооттеночность и неравномерный блеск. Все это приводит к преждевременной коррозии и/или обрастанию.

Определение точки росы

Значения точки росы в градусах °C для ряда ситуаций определяют с помощью пращевого психрометра (или других приборов контроля климатических условий) и специальных таблиц.

Сначала определяют температуру воздуха, затем влажность, температуру подложки и с помощью таблицы Точки росы определяют температуру.

Как правило, в практике противокоррозионной защиты рекомендуется нанесение защитных лакокрасочных покрытий на поверхность, температура которой на 3 град. выше точки росы.

Таблица определения точки росы в зависимости от температуры и относительной влажности воздуха

Температуравоздуха Точка росы при относительной влажности воздуха
30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95%
-10оС -23,2 -21,8 -20,4 -19,0 -17,8 -16,7 -15,8 -14,9 -14,1 -13,3 -12,6 -11,9 -10,6 -10,0
-5оС -18,9 -17,2 -15,8 -14,5 -13,3 -11,9 -10,9 -10,2 -9,3 -8,8 -8,1 -7,7 -6,5 -5,8
оС -14,5 -12,8 -11,3 -9,9 -8,7 -7,5 -6,2 -5,3 -4,4 -3,5 -2,8 -2 -1,3 -0,7
+2оС -12,8 -11,0 -9,5 -8,1 -6,8 -5,8 -4,7 -3,6 -2,6 -1,7 -1 -0,2 -0,6 +1,3
+4оС -11,3 -9,5 -7,9 -6,5 -4,9 -4,0 -3,0 -1,9 -1,0 +0,0 +0,8 +1,6 +2,4 +3,2
+5оС -10,5 -8,7 -7,3 -5,7 -4,3 -3,3 -2,2 -1,1 -0,1 +0,7 +1,6 +2,5 +3,3 +4,1
+6оС -9,5 -7,7 -6,0 -4,5 -3,3 -2,3 -1,1 -0,1 +0,8 +1,8 +2,7 +3,6 +4,5 +5,3
+7оС -9,0 -7,2 -5,5 -4,0 -2,8 -1,5 -0,5 +0,7 +1,6 +2,5 +3,4 +4,3 +5,2 +6,1
+8оС -8,2 -6,3 -4,7 -3,3 -2,1 -0,9 +0,3 +1,3 +2,3 +3,4 +4,5 +5,4 +6,2 +7,1
+9оС -7,5 -5,5 -3,9 -2,5 -1,2 +0,0 +1,2 +2,4 +3,4 +4,5 +5,5 +6,4 +7,3 +8,2
+10оС -6,7 -5,2 -3,2 -1,7 -0,3 +0,8 +2,2 +3,2 +4,4 +5,5 +6,4 +7,3 +8,2 +9,1
+11оС -6,0 -4,0 -2,4 -0,9 +0,5 +1,8 +3,0 +4,2 +5,3 +6,3 +7,4 +8,3 +9,2 +10,1
+12оС -4,9 -3,3 -1,6 -0,1 +1,6 +2,8 +4,1 +5,2 +6,3 +7,5 +8,6 +9,5 +10,4 +11,7
+13оС -4,3 -2,5 -0,7 +0,7 +2,2 +3,6 +5,2 +6,4 +7,5 +8,4 +9,5 +10,5 +11,5 +12,3
+14оС -3,7 -1,7 -0,0 +1,5 +3,0 +4,5 +5,8 +7,0 +8,2 +9,3 +10,3 +11,2 +12,1 +13,1
+15оС -2,9 -1,0 +0,8 +2,4 +4,0 +5,5 +6,7 +8,0 +9,2 +10,2 +11,2 +12,2 +13,1 +14,1
+16оС -2,1 -0,1 +1,5 +3,2 +5,0 +6,3 +7,6 +9,0 +10,2 +11,3 +12,2 +13,2 +14,2 +15,1
+17оС -1,3 +0,6 +2,5 +4,3 +5,9 +7,2 +8,8 +10,0 +11,2 +12,2 +13,5 +14,3 +15,2 +16,6
+18оС -0,5 +1,5 +3,2 +5,3 +6,8 +8,2 +9,6 +11,0 +12,2 +13,2 +14,2 +15,3 +16,2 +17,1
+19оС +0,3 +2,2 +4,2 +6,0 +7,7 +9,2 +10,5 +11,7 +13,0 +14,2 +15,2 +16,3 +17,2 18,1
+20оС +1,0 +3,1 +5,2 +7,0 +8,7 +10,2 +11,5 +12,8 +14,0 +15,2 +16,2 +17,2 +18,1 +19,1
+21оС +1,8 +4,0 +6,0 +7,9 +9,5 +11,1 +12,4 +13,5 +15,0 +16,2 +17,2 +18,1 +19,1 +20,0
+22оС +2,5 +5,0 +6,9 +8,8 +10,5 +11,9 +13,5 +14,8 +16,0 +17,0 +18,0 +19,0 +20,0 +21,0
+23оС +3,5 +5,7 +7,8 +9,8 +11,5 +12,9 +14,3 +15,7 +16,9 +18,1 +19,1 +20,0 +21,0 +22,0
+24оС +4,3 +6,7 +8,8 +10,8 +12,3 +13,8 +15,3 +16,5 +17,8 +19,0 +20,1 +21,1 +22,0 +23,0
+25оС +5,2 +7,5 +9,7 +11,5 +13,1 +14,7 +16,2 +17,5 +18,8 +20,0 +21,1 +22,1 +23,0 +24,0
+26оС +6,0 +8,5 +10,6 +12,4 +14,2 +15,8 +17,2 +18,5 +19,8 +21,0 +22,2 +23,1 +24,1 +25,1
+27оС +6,9 +9,5 +11,4 +13,3 +15,2 +16,5 +18,1 +19,5 +20,7 +21,9 +23,1 +24,1 +25,0 +26,1
+28оС +7,7 +10,2 +12,2 +14,2 +16,0 +17,5 +19,0 +20,5 +21,7 +22,8 +24,0 +25,1 +26,1 +27,0
+29оС +8,7 +11,1 +13,1 +15,1 +16,8 +18,5 +19,9 +21,3 +22,5 +22,8 +25,0 +26,0 +27,0 +28,0
+30оС +9,5 +11,8 +13,9 +16,0 +17,7 +19,7 +21,3 +22,5 +23,8 +25,0 +26,1 +27,1 +28,1 +29,0
+32оС +11,2 +13,8 +16,0 +17,9 +19,7 +21,4 +22,8 +24,3 +25,6 +26,7 +28,0 +29,2 +30,2 +31,1
+34оС +12,5 +15,2 +17,2 +19,2 +21,4 +22,8 +24,2 +25,7 +27,0 +28,3 +29,4 +31,1 +31,9 +33,0
+36оС +14,6 +17,1 +19,4 +21,5 +23,2 +25,0 +26,3 +28,0 +29,3 +30,7 +31,8 +32,8 +34,0 +35,1
+38оС +16,3 +18,8 +21,3 +23,4 +25,1 +26,7 +28,3 +29,9 +31,2 +32,3 +33,5 +34,6 +35,7 +36,9
+40оС +17,9 +20,6 +22,6 +25,0 +26,9 +28,7 +30,3 +31,7 +33,0 +34,3 +35,6 +36,8 +38,0 +39,0
Читайте также:  Тройник пвх для канализационных труб размер

Пример расчета минимально допустимой температуры поверхности металла (бетона): при температуре +20 0С и относительной влажности воздуха 50% точка росы составляет +8,7 С, тогда минимально допустимая температура подложки — +8,7+3 = +11,7 0С.

Специалисты ООО «ПРОМАТЕХ» проводят полное технологическое сопровождение поставляемых материалов, в т.ч., определение климатических параметров в процессе антикоррозийных работ.

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 + 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).

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.

Читайте также:  Труба театр современной пьесы

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 нолюфактическая влажность остается неизменнойрост 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 нолюзначение 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)
5 10 15 20 25 30 40
20 -20 -16 -12 -7 -3 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 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 5 10 15 20 25 30 40

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 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 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.

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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector