Точка росы в котлах определение

Согласно исследованиям теплопередачи, температура стенки, которая с одной стороны нагревается газами, а с другой охлаждается водой, мало отличается от температуры воды. Поэтому в паровых котлах, независимо от того, при каком давлении они работают, температура их стенок будет выше 100°.

В котлах центрального отопления или экономайзерах вода нагревается постепенно, и по мере поступления воды температура стенок будет немного отличаться от температуры поступающей воды. Избежать образования конденсата на внешних поверхностях нагрева в таких условиях можно при условии, что температура стены выше температуры точки росы газов, контактирующих со стеной. Поэтому при снабжении котлов центрального отопления или экономайзеров холодной водой стена может быть покрыта точкой росы дымовых газов, особенно при сжигании влажного, богатого водородом топлива.

Потери давления, которые необходимо учитывать в дымовых каналах котельных установок, настолько малы, что можно приравнять давление газов в дымовых каналах к атмосферному давлению.

Согласно закону Дальтона, водяные пары в дымовых газах имеют парциальное давление, пропорциональное их объему на килограмм сожженного топлива.

Состав газов и избыток воздуха при подстановке в формулы, определяющие объемы сухих газов и водяного пара, берутся в точках, где предполагается наличие росы. Зная давление Pv.p, соответствующая температура насыщения, которая будет температурой точки росы, может быть найдена из таблиц водяного пара. Появление росы на поверхностях нагрева вызывает ржавление, а наличие S02 в дымовых газах приводит к образованию серной кислоты H20+S02 — H2S03, которая быстро разъедает металлические стенки.

Наряду с S02, в некоторых случаях в отходящих газах появляется S03; эта примесь способна значительно повысить температуру точки росы и, образуя H2S04, быстро усиливает коррозию стенок.

Температура питательной воды должна быть на 5-10° выше температуры точки росы, рассчитанной по формуле (166). Доля S03, получаемая в отходящем газе, еще точно не определена, и, согласно ЦКТИ, S03 вообще не образуется, если количество горючей серы в топливе не превышает определенных значений на 1000 ккал его низшей теплотворной способности (при сжигании в слое — 0,5%; при сжигании пылевидного топлива-1%).

В централизованном теплоснабжении и промышленных котельных с паровыми котлами в большинстве случаев температура питательной воды в конденсатных баках превышает 80°c. В этом случае экономайзер будет получать достаточно нагретую воду даже при сжигании таких видов топлива, как торф или природный газ, температура точки росы которых приближается к 60°c. Самая низкая температура точки росы достигается при сжигании антрацита, когда она составляет 25°.

Если температура питательной воды ниже точки росы, то перед поступлением в экономайзер воду необходимо нагреть.

Особенно в водогрейных котлах необходимо учитывать температуру точки росы. В системах отопления с водогрейными котлами поведение тепла в сети обычно регулируется путем изменения температуры отопительной воды при постоянном расходе в системе отопления. По этой причине осенью и весной температура обратной воды снижается до 40° и ниже, что может вызвать потение и последующее ржавление котла при сжигании сильно влажного и особенно сернистого топлива с достаточно высокой точкой росы в дымовых газах под котлом.

При установке котлов центрального отопления в котельной необходимо следить за тем, чтобы температура питательной воды, а значит и температура стен, которая мало меняется, превышала температуру точки росы дымовых газов на 5-10°. Для этого горячая вода, выходящая из котлов, смешивается с охлажденной (обратной) водой, поступающей в котлы. Существуют две схемы такого смешения: I — с дополнительным смесительным насосом, II — без дополнительного насоса (схема Э.Я. Юдина). При использовании последней схемы невозможно полностью обеспечить требуемые температуры в течение всего отопительного сезона.

Интересна схема III, предложенная И.Н. Мешковым. К группе котлов центрального отопления, установленных в котельной, добавляется теплообменник, через который нагревается вся горячая вода, поступающая из котлов в сеть, и одновременно нагревается вся обратная вода, поступающая в котлы центрального отопления или их экономайзеры.

Теплообменник имеет такие размеры, чтобы вода, нагретая выше точки росы, покидала теплообменник в течение всего отопительного сезона. Обычно горелка снабжена таблицей, в которой указана температура, при которой горячая вода должна находиться в тепловой сети при соответствующей температуре наружного воздуха. В точке а должен быть установлен термометр, показывающий температуру воды, выходящей из котельной в сеть. Коптильня должна поддерживать заданную температуру путем соответствующего форсирования топок. Поток воды через систему и теплообменник не изменяется.

Ценность этой системы заключается в том, что нет необходимости вносить какие-либо изменения в поток воды.

Обеспечение котельных дополнительным оборудованием для смешивания горячей и обратной воды может быть легко осуществлено на станциях централизованного теплоснабжения. Исключение составляют небольшие котельные, где такое оборудование может быть сложным. Последние котельные установки обычно оснащены чугунными котлами. Чугун лучше противостоит коррозии, чем стальные трубы. Стенки чугунных котлов не подвержены значительной внешней и внутренней коррозии от растворенного кислорода из воздуха в воде, поэтому нагрев путем перемешивания не требуется.

Что такое точка росы?

Точка росы при заданном давлении — это температура, до которой должна охладиться газовая смесь, чтобы содержащийся в ней водяной пар достиг точки насыщения и начал конденсироваться в росу.

Откуда вода в дыме

Можно подумать, как это относится к котлу, особенно к пеллетному котлу? Дело в том, что при сжигании даже абсолютно сухих пеллет или древесины в любом другом виде образуется определенное количество воды. Полностью сухая древесина содержит около 6% по весу водорода, который при сгорании выделяет воду. Настоящее топливо содержит некоторое количество воды, очень влажные древесные отходы (щепа, опилки из свежесрубленной древесины) содержат значительное количество воды (до половины по весу, иногда больше). Большинство видов топлива содержат водород в том или ином количестве. Только высококачественный антрацит и древесный уголь не содержат водорода, при сгорании не образуется вода, а точка росы намного ниже, чем у других видов топлива (вода появляется с влагой в воздухе).

Когда выпадает роса

Таким образом, дымовые газы содержат определенное количество влаги, которая может выпасть в виде росы, если газы охлаждаются ниже определенной температуры. Эта температура зависит от доли водяного пара в газовой смеси. Чем больше водяного пара, тем выше точка росы. Температура точки росы зависит от ряда параметров, типа топлива, его влажности, избытка воздуха. Что касается древесных отходов, то точка росы изменяется во время работы котла из-за изменения избытка воздуха при нерегулярной подаче топлива и из-за естественного изменения влажности древесины. Как правило, при температуре выше 50-60 градусов конденсат в подавляющем большинстве случаев не образуется. Это означает, что для обеспечения работы котла без конденсации температура возврата в котел должна быть на уровне или выше 60°C.

Как выпадает

Механизм образования конденсата прост — вблизи холодной стенки образуется тонкий слой газа с температурой стенки (этот слой может быть тоньше долей миллиметра), и именно в этом слое выпадает роса. Поэтому конденсация может происходить в печи, где температура газа составляет несколько сотен градусов. Помните: если подуть на оконное стекло, оно запотеет, хотя пар от дыхания не виден (при определенной температуре и влажности). При работе на низком топливе количество конденсата может быть небольшим, а его появление незаметным, хотя холодные стенки поверхности теплообмена будут покрыты слоем влаги. При работе на влажном топливе, с небольшим количеством избыточного воздуха, количество конденсата может быть значительным (например, для котла мощностью 1,2 МВт — 200-300 л/ч). Этот механизм образования реализуется при температуре газовой смеси выше точки росы, при контакте с холодной поверхностью.

Иная картина наблюдается, когда весь объем газа охлаждается до температуры ниже точки росы. Это происходит зимой в холодную погоду во время дыхания, при этом видимый пар появляется возле труб там, где он не был виден в теплую погоду. Здесь, по мере охлаждения газа, вода конденсируется в крошечные капельки, которые образуют туман. В этом случае в сечении трубы, где газы только что появились и еще не успели охладиться, их прозрачность сохраняется, а затем, по мере охлаждения газа и конденсации влаги, прозрачность уменьшается.

Чем опасен конденсат

Конденсат представляет собой серьезную угрозу для металлических поверхностей. Одного только слоя воды достаточно для возникновения коррозии; кроме того, различные соединения из выхлопных газов растворяются в этой воде, что приводит к очень высокой скорости коррозии при относительно высоких температурах. Конденсат особенно опасен при использовании топлива, содержащего серу (даже в минимальных количествах). Оксиды серы при растворении в воде образуют серную кислоту, которая является очень летучей и агрессивной. Такие условия могут разрушить котел за очень короткое время (один сезон). Частицы золы прилипают к стенкам, покрытым конденсатом, и в конечном итоге образуются трудноудаляемые отложения на топливном носике, под коркой которого постоянно происходит коррозия. Часто конденсат образуется не в котле, а в дымоходе в холодное время года. Конденсат стекает по стенкам дымохода, постепенно замерзая на них. Через определенное время участок дымохода блокируется замерзшими слоями или столбом жидкости. Высокоэффективные котлы, в которых температура дымовых газов не намного выше температуры конденсации, особенно чувствительны к температурам ниже точки росы.

Нужно учесть

Древесное топливо не содержит серы, поэтому дымовые газы в котле можно охлаждать до 120 — 140 °C с КПД более 90 — 92 %. Однако такой котел должен иметь хорошо изолированный дымоход для предотвращения образования конденсата и замерзания зимой.

Как избавиться

Помимо хорошо изолированного дымохода, для высокоэффективного котла необходимо соблюдение второго условия: температура обратной воды должна быть не менее 50-60°C. Этого можно достичь с помощью специальных схем подключения котлов. Несколько возможностей подключения на примере системы отопления бунгало более подробно описаны в статье на нашем сайте: «Система отопления летнего домика».

1 Теоретически температура точки росы дымовых газов с заданным содержанием серной кислоты и паров воды может быть определена как температура кипения раствора серной кислоты такой концентрации, при которой над раствором присутствует одинаковое содержание паров воды и серной кислоты.

Измеренная температура точки росы может не совпадать с теоретической температурой точки росы в зависимости от метода измерения. В настоящих рекомендациях температура поверхности стандартного стеклянного датчика с платиновыми электродами длиной 7 мм, припаянными на расстоянии 7 мм друг от друга, принимается за температуру поверхности точки росы выхлопных газов, при которой сопротивление пленки росы между электродами в установившемся состоянии составляет 10 7 Ом. В цепи измерения электродов использовался низковольтный переменный ток (6 — 12 В).

При сжигании сульфатного мазута с 3 — 5 % избытка воздуха температура точки росы дымовых газов зависит от содержания серы в топливе S p (рис. 1).

При сжигании сульфатных мазутов с очень низким избытком воздуха (α ≤ 1,02) температуру точки росы дымовых газов следует определять по результатам специальных измерений. Условия перевода котлов на режим с α ≤ 1,02 представлены в «Руководстве по переводу котлов, работающих на сернистом топливе, на режим горения с предельно низким избытком воздуха» (М.: СОП Союзтехэнерго, 1980).

3. 3) При сжигании сернистых твердых топлив в пылевидном состоянии температура точки росы дымовых газов tp может быть рассчитана на основе приведенного содержания серы и золы в топливе Sр пр, А р пр и температуры конденсации водяного пара tcon по формуле

где aun — доля золы в летучей золе (обычно принимается равной 0,85).

Рис. 1. Зависимость температуры точки росы дымовых газов от содержания серы в сжигаемом масле

Значение первого члена формулы для aun = 0,85 можно определить из рис. 2.

Рис. 2. Различия в температуре точки росы дымовых газов и конденсации в них водяного пара в зависимости от пониженного содержания серы (S p apr) и золы (A p apr) в топливе

4 Для газообразных сернистых топлив точка росы дымовых газов может быть определена по рисунку 1 при условии, что содержание серы в газе рассчитывается как восстановленное содержание, т.е. массовая доля 4186,8 кДж/кг (1000 ккал/кг) от теплоты сгорания газа.

Для газообразного топлива содержание восстановленной серы в процентах по массе может быть определено по формуле

где m — число атомов серы в молекуле серосодержащего компонента;

q — объемный процент серы (серосодержащего компонента);

Qn — теплотворная способность газа в кДж/м3 (ккал/Нм3 );

C — коэффициент, равный 4,187, если Qn выражено в кДж/м 3 и 1,0, если в ккал/Нм 3.

(5) Скорость коррозии сменных металлических футеровок воздухонагревателя при сжигании масла зависит от температуры металла и коррозионной активности дымового газа.

При сжигании сульфатированного мазута с избытком воздуха 3 — 5 % и продувке поверхностей паром скорость коррозии (с обеих сторон в мм/год) герметика RHW может быть предварительно оценена по данным таблицы 1.

Скорость коррозии (мм/год) при температуре стенки, ºC

Оцените статью
Добавить комментарий