Температура дымовых газов на выходе из трубы газового котла. Путешествие по дымовой трубе: причина плохой тяги и температура газов в дымоходе Применение температуры дымовых газов котельных

За окном - промозглый осенний вечер, а в камине ярко пылает огонь, и комнату наполняет совершенно особое тепло... Чтобы эта загородная идиллия стала реальностью, нужен грамотно спроектированный и смонтированный дымоход, о котором, к сожалению, нередко вспоминают в последнюю очередь.

Степень надежности и эффективности работы дымоходов в значительной мере зависит от подключенных к ним отопительных устройств, и наоборот. Поэтому для каждого типа каминов существует оптимальный вариант дымовой трубы.

Очень разные камины

И наконец, последний тип - каминопечи. Главная отличительная черта подобных устройств, придающая им сходство с настоящей печью, - наличие встроенного дымового канала, проходя по которому дымовые газы охлаждаются до довольно низкой температуры. В связи с этим возникает потребность в массивном кладочном либо хорошо утепленном модульном дымоходе.

Дорогу дыму!

Этнографические штрихи

Весьма экзотическими дымоходами были оборудованы дома корейских поселенцев в Уссурийском крае. Вот как описывал их В. К. Арсеньев: «Внутри... имеется глиняный кан. Он занимает больше половины помещения. Под каном проходят печные трубы, согревающие полы в комнатах и распространяющие тепло по всему дому. Дымовые ходы выведены наружу в большое дуплистое дерево, заменяющее трубу».

У некоторых народов Поволжья и Сибири до 30-х гг. ХХ в. был распространен чувал - пристенный открытый очаг с нависающим над ним прямым дымоходом. Очаг сооружали из камней или бревен, покрытых слоем глины, а дымоход - из полого дерева и обмазанных глиной тонких жердей. Зимой чувал топили весь день, на ночь трубу затыкали.

Кирпичные дымоходы до недавнего времени как в городском, так и в сельском строительстве были практически безальтернативными. Будучи универсальным конструкционным материалом, кирпич позволяет варьировать количество каналов дымоходов и толщину стенок (можно делать необходимые утолщения в местах прохождения перекрытий, кровли, а также при сооружении уличной части дымохода). При соблюдении строительных технологий кирпичный дымоход весьма долговечен. Однако у него есть и недостатки. Из-за значительной массы (труба сечением 260

Для устройства кирпичного дымохода необходима очень высокая квалификация строителей. Каковы наиболее распространенные ошибки при его возведении? Это выбор некачественного или неподходящего кирпича (слабо обожженного перегородочного или стенового); толщина кладочных швов более 5 мм; кладка на ребро; применение ступенчатой («зубчатой») кладки на наклонных участках; неправильное приготовление раствора (например, если соотношение частей глины и песка выбрано без учета жирности глины), неаккуратная колка или резка кирпича; невнимательное заполнение и перевязка кладочных швов (наличие пустот и сдвоенных вертикальных швов); кладка трубы вплотную к конструкциям из сгораемых материалов.

Состояние кирпичной трубы требует постоянного контроля. Прежде ее непременно белили, поскольку на белой поверхности легче заметить копоть, свидетельствующую о наличии трещин.

Мнение специалиста

Кирпичная труба верой и правдой служила человеку на протяжении столетий. Кладка печей и каминов из этого материала - почти искусство. Парадокс в том, что в период массового дачного строительства в нашей стране мастерство это понесло серьезный урон. Последствия "работы" многочисленных горе-печников были печальны, а главное - они породили недоверие к кирпичным топкам и дымоходам. А потому возникли и сохраняются благоприятные условия для продвижения на отечественный рынок дымоходных систем заводской готовности.

Александр Жиляков,
руководитель оптового отдела компании «Сауны и Камины»

Трубы из нержавеющей стали смело можно отнести к наиболее широко применяемому сегодня типу дымоходов. Стальные модульные системы обладают целым рядом неоспоримых достоинств. Главные из них - небольшая масса, легкость монтажа, богатый выбор труб разного диаметра и длины, а также фасонных элементов. Стальные дымоходы изготовляют в двух вариантах - одно- и двухконтурном (последний - в виде "сандвича" из двух коаксиальных труб с прослойкой из негорючей термоизоляции). Первые предназначены для монтажа в отапливаемых помещениях, подключения камина к уже существующему дымоходу, а также санации старых кирпичных труб. Вторые представляют собой готовое конструктивное решение, одинаково подходящее для монтажа дымохода как внутри здания, так и снаружи. Особый вид дымовых каналов из нержавеющей стали - гибкие одно- и двустенные (без термоизоляции) гофрированные рукава.

Для производства одноконтурных дымоходов и внутренних труб дымоходов типа "сандвич" используют легированную жаро- и кислотостойкую листовую сталь (обычно толщиной 0,5-0,6 мм). Одноконтурные дымоходы из углеродистой стали, покрытые снаружи и изнутри специальной эмалью черного цвета (такие есть, например, в ассортименте компании Bofill , Испания), по жаростойкости даже превосходят трубы из нержавейки; конденсат им также не страшен, но лишь при условии целостности покрытия, которое легко повредить (скажем, при чистке дымохода). Срок службы труб без покрытия из "черной" стали толщиной 1 мм не превышает 5 лет.

Кожух (обечайку) труб-«сандвичей», как правило, делают из обычной (нежаростойкой) нержавеющей стали, которую полируют электрохимическим способом до зеркального блеска, а некоторые производители, такие, как Jeremias (Германия), предлагают окраску эмалью в любой цвет по шкале RAL. Применение кожуха из оцинкованной стали оправданно лишь при установке дымохода внутри здания. Снаружи такая труба, если активно эксплуатировать дымоход, прослужит недолго: из-за периодического нагревания коррозия усиливается.

Мнение специалиста

Нержавеющие стали, используемые для производства дымоходов, делятся на две категории: магнитные ферритовые (в американской системе стандартизации ASTM - это AISI 409, 430, 439 и т. д.) и немагнитные аустенитные (AISI 304, 316, 321 и т. д.). По данным наших испытаний стали AISI 409 (состав: 0,08 % C, 1 % Mn, 1 % Si, 10,5-11,75 % Cr, 0,75 % Ti), критическое значение температуры во внутренней трубе утепленного фрагмента дымохода, при которой стал заметен эффект межкристаллической коррозии, было равно 800-900

Алексей Матвеев,
руководитель коммерческого отдела компании «НИИ КМ»

Слой термоизоляции в трубах-"сандвичах" решает сразу три задачи: предотвращает негативно влияющее на тягу переохлаждение дымовых газов, не позволяет температуре внутренних стенок дымохода опуститься до точки росы и, наконец, обеспечивает пожаробезопасную температуру внешних стенок. Выбор изоляционных материалов невелик: обычно это вата - базальтовая (Rockwool, Дания; Paroc , Финляндия) или кремнийорганическая (Supersil, "Элитс", обе - Россия), перлитный песок (но его можно засыпать лишь в процессе монтажа дымохода).

Такая весьма важная характеристика дымохода, как газоплотность, зависит от конструкции стыков труб, поэтому каждый производитель стремится довести ее до совершенства. Так, герметизацию дымовой трубы Hild (Франция) обеспечивают центрирующие муфты; сдвоенный кольцевой выступ, образующийся на стыке, обжимают хомуты, входящие в комплект поставки каждого модуля. В дымоходах Raab предусмотрено конусообразное соединение в сочетании с кольцевым выступом. В системах Selkirk (Великобритания) высокой газоплотности удается достичь благодаря особой конструкции хомута. Подавляющее же большинство дымоходов из нержавейки монтируют традиционным способом, и здесь многое зависит от качества деталей. Обычно верхний модуль надевают на нижний, однако одноконтурные, а при наружной прокладке и двухконтурные модули следует стыковать, вставляя верхний в нижний, что позволит избежать протечек конденсата через стыки.

Дымоходы для каминов с различными характеристиками

* - при использовании в качестве топлива твердолиственных пород, каменного угля, а также при избыточной тяге температура может превысить указанное значение;
** - для каминопечей из талькомагнезита; для металлических - до 400

Керамические дымоходы - это те же самые "сандвичи", но "приготовленные" по совершенно иному рецепту. Внутренняя труба представляет собой гончарное изделие из шамотной массы, средний слой - неизменная базальтовая вата, наружный - секции из легкого бетона либо зеркальная нержавейка. Такие системы представляет на отечественном рынке компания Schiedel (Германия).

Дымоходы из керамики устойчивы к высоким температурам (до 1000

Есть у керамических систем и свои минусы. Дымоходы с кожухом из бетона обладают значительной массой (1 пог. м весит от 80 кг), могут быть использованы только в качестве коренных (отдельно стоящих), не позволяют обходить препятствия. «Слабым звеном» таких дымоходов является узел подключения. Производители предусматривают применение металлического модуля (модулей), который имеет меньший срок службы и поэтому в будущем потребует замены, что необходимо предусмотреть при строительстве камина.

Дымоходы Raab с внутренней трубой из нержавеющей стали и бетонным кожухом:
с вентиляционным каналом (а)
или без него (б)

И наконец, металл не слишком хорошо сочетается с керамикой, поскольку обладает высоким коэффициентом теплового расширения: по периметру стальной трубы там, где она входит в керамическую, необходимо оставлять довольно большой (около 10 мм) зазор, который заполняют асбестовым шнуром либо термостойким герметиком.

Однако высокая надежность и долговечность керамических дымоходов (заводская гарантия - 30 лет, а действительный срок службы, по утверждению производителей, - более 100 лет) позволяют закрыть глаза на перечисленные недостатки. Тем более что цена на изделия компании Schiedel вполне сопоставима со стоимостью импортных систем из нержавеющей стали - сравнительно дорог лишь комплект первых трех метров дымохода, включающий конденсатосборник, ревизию, узел подключения и шибер. Например, дымоход высотой 10 м системы Uni с керамическими трубами диаметром 200 мм без вентиляционного канала стоит около 43 тыс. руб.

Сравнительная стоимость двухконтурного модуля из нержавеющей стали длиной 1000 мм, руб.

Сколько труб в самый раз?

Вопрос о возможности подключения двух каминов к одному дымоходу относится к разряду спорных. Согласно требованиям СНиП 41-01-2003, "для каждой печи, как правило, следует предусматривать отдельную дымовую трубу или канал... Допускается присоединять к одной дымовой трубе две печи, расположенные в одной квартире на одном этаже. При соединении дымовых труб в них следует предусматривать рассечки (срединные стенки, делящие дымоход на два канала. - Ред. ) высотой не менее 1 м от низа соединения труб". Что касается рассечки, то ее можно сделать только в кирпичном дымоходе. Если же дымоход модульный, достаточно при помощи тройника подсоединить трубу второй топки к трубе первой (если дымовые каналы имеют разный диаметр, то меньший врезают в больший), после чего необходимо увеличить сечение канала. Насколько? Одни специалисты считают, что если запланирована одновременная эксплуатация топок, то площадь сечения определяют простым суммированием. Другие полагают, что достаточно "накинуть" 30-50 %, так как две топки лучше прогреют общую трубу и тяга усилится, но это касается только дымоходов высотой более 6 м.

При подключении к одному дымоходу двух печей, находящихся на разных этажах, все намного сложнее. Практика показывает, что такие системы работают, но лишь при тщательном расчете и многочисленных дополнительных условиях (увеличение высоты дымохода, установка шиберов после нижней топки и на вводном патрубке верхней, соблюдение очередности растопки либо полное исключение одновременной эксплуатации и т. д.).

Обращаем ваше внимание на то, что все сказанное в данном разделе относится только к каминам с закрытой топкой. Открытая топка более пожароопасна и требовательна к тяге, поэтому не допускает никаких «вольностей» и требует сооружения отдельного дымохода.

На улице столбом, в избе скатертью

Плохая тяга, как правило, возникает из-за ошибок при проектировании дымохода. Стремление объяснить ее неблагоприятными погодными условиями (перепадами атмосферного давления и температуры воздуха) необоснованно, поскольку при грамотном решении учитываются и эти факторы. Перечислим причины плохой тяги и ее периодического опрокидывания (то есть возникновения обратной тяги):

Гораздо труднее определить причину в каждом конкретном случае, так как часто действуют сразу несколько факторов, ни один из которых не играет самостоятельной роли. Чтобы улучшить тягу, необходимо изменить конструкцию дымохода, иногда не слишком существенно (например, увеличить толщину термоизоляции на последних полутора-двух метрах трубы). Существует и такая проблема, как избыточная тяга. Справиться с ней можно при помощи шибера. Только предусмотреть его установку надо до начала монтажа дымохода.

Нет дыма без... воды

Основными газообразными продуктами сгорания углеродсодержащих видов топлива являются углекислый газ и водяной пар. Кроме того, при горении испаряется влага, имеющаяся в самом топливе (дровах). В результате взаимодействия водяных паров с окислами серы и азота образуются пары кислот слабой концентрации, конденсирующиеся на внутренней поверхности дымохода при их охлаждении до температуры ниже критической (при сжигании древесины - около 50

Если топить в холодное время года камин с наружным неутепленным металлическим дымоходом, количество конденсата может измеряться литрами в сутки. Кирпичная труба способна аккумулировать тепло, поэтому ведет себя иначе: конденсат образуется только на этапе прогрева трубы (правда, это довольно большой промежуток времени). К тому же материал частично впитывает конденсат, поэтому последний не слишком заметен, что, впрочем, не мешает ему оказывать разрушающее воздействие на кладку. Если интенсивность горения невелика, а температура окружающего воздуха низкая, кирпич может остыть, и конденсат снова начнет образовываться. При недостаточной толщине утеплителя и невысокой температуре отводимых газов (топка отрегулирована на длительное горение) конденсат способен появиться и в модульном дымоходе типа "сандвич". Так или иначе, полностью избавиться от конденсата невозможно, следует лишь уменьшить до минимума его количество (основное средство для этого - применение более эффективной термоизоляции) и не допустить протечек.

Мы затронули лишь небольшую часть проблем, связанных с сосуществованием трубы и дыма. Попытаться в одной статье ответить на все вопросы, возникающие у владельцев каминов, - задача невыполнимая. Часто требуется индивидуальный подход, и, как отмечают специалисты, правильное решение порой могут подсказать лишь опыт и профессиональная интуиция.

Редакция благодарит компании Raab, Rosinox, Schiedel , Tulikivi , «Маэстро», «НИИ КМ», «Сауны и Камины», «ЭкоКамин» за помощь в подготовке материала.

С.В. Головатый, инженер;
А.В. Лесных, старший преподаватель;
д.т.н. К.А. Штым, профессор, заместитель заведующего кафедрой по научной работе, кафедра теплоэнергетики и теплотехники Инженерной школы, Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток

Дымовые трубы работают в сложных условиях: при перепадах температуры, давления, влажности, агрессивном воздействии дымовых газов, ветровых нагрузках и нагрузках от собственной массы. В результате механических (силовых и температурных), химических и комбинированных воздействий возникают повреждения конструкций дымовых труб.

Одной из проблем перевода тепловых источников на сжигание природного газа является возможность конденсации водяных паров дымовых газов в дымовых трубах. В свою очередь, образование конденсата на внутренней поверхности дымовых труб и последствия этого негативного процесса (такие, как намокание несущих конструкций, увеличение коэффициента теплопроводности стенок, размораживание и т.д.) приводят к следующим наиболее распространенным повреждениям конструкций:

1) разрушение защитного слоя железобетонных труб, обнажение и коррозия арматуры;

2) разрушение кирпича кирпичных труб;

3) интенсивная сульфатная коррозия внутренней поверхности бетона ствола железобетонных труб;

4) разрушение теплоизоляции;

5) пустошовка в кладке футеровки, снижение газоплотности и прочности футеровки;

6) разрушение кирпичной кладки футеровки железобетонных и кирпичных дымовых труб лещадками (поверхностное разрушение, отслаивание. - Прим. ред.);

7) пониженная прочность монолитной футеровки железобетонных труб.

Многолетний опыт эксплуатации дымовых труб подтверждает связь вышеописанных повреждений с конденсатообразованием: например, в процессе визуального осмотра внутренней и наружной поверхностей стволов дымовых труб различных котельных были выявлены следующие характерные повреждения: глубокие эрозийные повреждения практически по всей высоте трубы; в зонах активной конденсации водяных паров наблюдается разрушение кирпича на глубину до 120 мм, хотя при этом поверхность ствола находится в работоспособном состоянии.

Необходимо отметить, что для разных видов топлива содержание водяных паров в дымовых газах будет различным. Так, наибольшее количество влаги содержится в дымовых газах природного газа, а наименьшее количество водяных паров содержится в продуктах сгорания мазута и угля (таблица).

Таблица. Состав уходящих газов при сжигании природного газа.

Объектом исследования является кирпичная дымовая труба высотой H=80 м, предназначенная для удаления дымовых газов 5 паровых котлов ДЕ-16-14. Для данной дымовой трубы проводились измерения при температуре наружного воздуха -5 О С и скорости ветра 5 м/с. На момент проведения измерений в работе находились два котла, ДЕ-16-14: ст. № 4 с нагрузкой 8,6 т/ч (53,7% номинальной) и ст. № 5 с нагрузкой 9,5 т/ч (59,3% от номинальной), параметры работы которых использовались для задания граничных условий. Температура уходящих газов составила 124 О С на котле ст. № 4 и 135 О С - на котле ст. № 5. Температура уходящих газов на входе в дымовую трубу составила 130 О С. Коэффициент избытка воздуха на входе в дымовую трубу составил α=1,31 (О 2 =5%). Суммарный расход дымовых газов - 14,95 тыс. м 3 /ч.

На основании результатов измерений было произведено моделирование различных режимов работы дымовой трубы. Измеренные состав и температура дымовых газов учитывались при расчете характеристик потока дымовых газов. В расчете учитывались метеорологические и климатологические условия на момент проведения измерений (температура наружного воздуха, скорость ветра). В процессе моделирования для анализа были рассчитаны режимы работы теплоисточника при нагрузках и климатических условиях на момент измерений. Как известно, температура конденсации водяных паров уходящих газов в дымовых трубах начинается при температурах внутренней поверхности 65-70 О С.

По результатам расчета на образование конденсата при режиме работы теплоисточника, на момент измерений температура дымовых газов на внутренней поверхности трубы составляла 35-70 О С. При данных условиях на всей поверхности трубы возможно образование конденсата водяных паров. Для предотвращения образования конденсата водяных паров на внутренней поверхности дымовой трубы был подобран режим работы оборудования котельной, который обеспечит достаточный расход дымовых газов и температуру на внутренней поверхности дымовой трубы не ниже 70 О С. Для исключения образования конденсата на внутренней поверхности дымовой трубы необходимо вести работу с тремя котлами на номинальной нагрузке D ном при -20 О С и двумя котлами при +5 О С.

На рисунке приведена зависимость расхода уходящих газов (с температурой 140 О С) через дымовую трубу от температуры наружного воздуха.

Литература

1. Использование вторичных энергетических ресурсов/ О. Л. Данилов, В. А. Мунц; УГТУ-УПИ. - Екатеринбург: УГТУ- УПИ, 2008. - 153 с.

2. Рабочие процессы и вопросы усовершенствования конвективных поверхностей котельных агрегатов/ Н.В. Кузнецов; Госэнергоиздат, 1958. - 17 с.

Температура дымовых газов и воздуха , поступающих в дымосборник, не должна быть выше 500° С. Нельзя завышать объем дымо-сборника (в большом дымосборнике трудно создать нужное теплонапряжение), но и занижать его размер нельзя - в маленьком дымосборнике трудно создать нужное разрежение: он не справится с большим количеством дымовых газов и воздуха. Каждому камину по его размеру соответствует свой дымосборник. Внутренние поверхности дымосборника должны быть гладкими." На уровне перевала с любой стороны обязательно устанавливается герметически закрывающаяся прочистная дверка.

Как отмечалось выше, горение топлива в каминах протекает при многократном избытке воздуха. У камина нет входной дверки, путь дыму из топливника в комнату преграждает постоянный поток воздуха, направленный из помещения в очаг и далее - через дымовую трубу в атмосферу, Чтобы пропустить весь этот объем дымовых газов и воздуха дымовая труба должна быть достаточного сечения с предельно гладкой внутренней поверхностью. Сечение дымовой трубы должно соответствовать сечению входного проема камина. Известно, что, чем выше дымовая труба, тем большая тяга создается в ней. Это следует учитывать, но из расчета на это не следует занижать сечение дымовой трубы.

По данным шведских исследователей отношение площади поперечного сечения прямоугольной дымовой трубы к площади входного проема камина при высоте дымовой трубы 5 м должно составлять 12 процентов; при высоте дымовой трубы 10 м - 10 процентов.

Современный дымоход – это не просто труба для отвода продуктов сгорания, а инженерное сооружение, от которого напрямую зависит КПД котла, экономичность и безопасность работы всей системы отопления. Задымление, обратная тяга и, наконец, пожар - все это может произойти в результате непродуманного и безответственного отношения к дымоходу. Именно поэтому следует серьезно отнестись к подбору материала, комплектующих и монтажу дымохода. Главное назначение дымохода состоит в удалении в атмосферу продуктов сгорания топлива. Дымоход создает тягу, под действием которой в топке образуется воздух, который необходим для горения топлива, а из топки удаляются продукты сгорания. Дымоход должен создавать условия для полного сгорания топлива и отличную тягу. И ещё он должен быть надёжным и долговечным, удобным для монтажа и прочным. И поэтому выбрать неплохой дымоход не так просто, как нам кажется.

Кирпичные дымоходы и современные котлы

Местные сопротивления в прямоугольном дымоходе

Мало кто знает, что единственно правильная форма дымохода - цилиндр. Это обусловлено тем, что образующиеся в прямых углах завихрения препятствуют удалению дыма и приводят к образованию сажи. Все самодельные дымоходы квадратных, прямоугольных и даже треугольных форм не только получаются дороже даже стального круглого дымохода, но еще и создают массу проблем, а главное, могут снизить КПД самого лучшего котла с 95 до 60 %

Круглое сечение дымохода

Старые котлы работали без автоматического регулирования и с высокой температурой отходящих газов. В результате этого дымоходы практически никогда не остывали, а газы не охлаждались ниже точки росы и, как следствие, не портили дымоходы, но при этом много тепла расходовалось не по назначению. Кроме этого, этот вид дымоходов обладает относительно невысокой тягой из-за пористой и шероховатой поверхности.

Современные котлы экономичны, их мощность регулируется в зависимости от потребностей обогреваемого помещения, и поэтому, они работают не все время, а только в периоды, когда температура в помещении падает ниже заданной. Таким образом, существуют отрезки времени, когда котел не работает, а дымоход остывает. Стенки дымохода, работающего с современным котлом, практически никогда не нагреваются до температуры выше температуры точки росы, что приводит к постоянному скоплению водяного пара. А это в свою очередь приводит к порче дымохода. Старый кирпичный дымоход может разрушаться при новых условиях работы. Так как в отходящих газах содержится: СО, CO2 , SO2 , NOx , температура отходящих газов настенных газовых котлов довольно низкая 70 – 130 оС. Проходя по кирпичному дымоходу, отходящие газы остывают и при достижении точки росы ~ 55 – 60 оC выпадает конденсат. Вода, осаждаясь на стенках в верхней части дымохода, приведет к тому, что они будут намокать, кроме того, при соединении

SO2 + H2O = H2SO4

образуется серная кислота, что может привести к разрушению кирпичного канала. Что бы избежать выпадения конденсата, желательно использовать утепленный дымоход или в существующий кирпичный канал установить трубу из нержавеющей стали.

Образование конденсата

При оптимальных условиях работы котла (температура отходящих газов при входе 120-130°С, при выходе из устья трубы - 100-110°С) и прогретой дымовой трубе водяные пары уносятся вместе с дымовыми газами наружу. При температуре на внутренней поверхности дымовой трубы ниже температуры точки росы газов, водяные пары охлаждаются и оседают на стенках в виде мельчайших капель. Если это повторяется часто, кирпичная кладка стен дымовых каналов и трубы пропитывается влагой и разрушается, а на наружных поверхностях трубы появляются черные смолистые отложения. При наличии конденсата резко ослабевает тяга, в помещениях ощущается запах гари.

Уходящие дымовые газы по мере охлаждения в дымоходах уменьшаются в объеме, а водяные пары, не изменяясь в массе, постепенно насыщают уходящие газы влагой. Температура, при которой водяные пары полностью насытят объем уходящих газов, т е. когда относительная влажность их будет равна 100 % - является температурой точки росы: содержащиеся в продуктах сгорания водяные пары начинают переходить в жидкое состояние. Температура точки росы продуктов сгорания различных газов – 44 -61°С.

Образование конденсата

Если газы, проходя по дымовым каналам, сильно охлаждаются и понижают свою температуру до 40 – 50°С, то на стенках каналов и дымовой трубы оседают водяные пары, образующиеся в результате испарения воды из топлива и сгорания водорода. Количество конденсата зависит от температуры уходящих газов.

Трещины и отверстия в трубе, сквозь которые проникает холодный воздух, также способствуют охлаждению газов и образованию конденсата. Когда сечение канала трубы или дымохода выше требуемого, дымовые газы поднимаются по ней медленно и холодный наружный воздух охлаждает их в трубе. Большое влияние на силу тяги оказывает также поверхность стенок дымоходов, чем они глаже, тем сильнее тяга. Шероховатости в трубе способствуют снижению тяги и задерживают на себе сажу. Образование конденсата зависит также от толщины стенок дымовой трубы. Толстые стенки медленно прогреваются и хорошо сохраняют тепло. Более тонкие стенки нагреваются быстрее, но плохо сохраняют тепло, что приводит к их охлаждению. Толщина кладки кирпичных стенок дымовых труб, проходящих во внутренних стенах здания, должна быть не менее 120 мм (полкирпича), а толщина стенок дымовых и вентиляционных каналов, расположенных в наружных стенах здания, - 380 мм (полтора кирпича).

Большое влияние на конденсацию водяных паров, содержащихся в газах, оказывает температура наружного воздуха. В летнее время года, когда температура относительно высокая, конденсация на внутренних поверхностях дымовых труб слишком мала, так как их стенки долго остывают, поэтому с хорошо прогретых поверхностей дымовой трубы влага мгновенно испаряется и конденсат не образуется. В зимнее время года, когда наружная температура имеет отрицательное значение, стенки дымовой трубы сильно охлаждаются и конденсация водяных паров увеличивается. Если дымоход не утеплен и сильно охлаждается, возникает повышенная конденсация водяных паров на внутренних поверхностях стенок дымовой трубы. Влага впитывается в стенки трубы, что вызывает отсыревание кладки. Особую опасность это представляет в зимнее время, когда под действием морозов образуются ледовые пробки в верхних участках (в устье).

Обледенение дымохода

Не рекомендуется присоединять навесные газовые котлы к дымовым трубам больших сечений и высоты: ослабевает тяга, на внутренних поверхностях образуется повышенный конденсат. Образование конденсата наблюдается и при присоединении котлов к очень высоким дымовым трубам, так как значительная часть температуры дымовых газов расходуется на прогрев большой поверхности теплопоглощения.

Утепление дымовых труб

Чтобы избежать переохлаждения дымовых газов и выпадения конденсата на внутренние поверхности дымовых и вентиляционных каналов, необходимо выдерживать оптимальную толщину наружных стен или утеплять их снаружи: оштукатурить, закрыть железобетонными или шлакобетонными плитами, щитами или глиняными кирпичами.
Стальные трубы необходимо использовать предварительно изолированные либо утеплять. Тип и толщину изоляции поможет выбрать любой производитель.

Снижение температуры дымовых газов может быть реализовано посредством:

Подбора оптимальных размеров и других характеристик оборудования исходя из требуемой максимальной мощности с учетом расчетного запаса надежности;

Интенсификации передачи тепла технологическому процессу посредством увеличения удельного потока тепла (в частности, при помощи завихрителей-турбулизаторов, увеличивающих турбулентность потоков рабочего тела), увеличения площади или усовершенствования поверхностей теплообмена;

Рекуперации тепла дымовых газов с использованием дополнительного технологического процесса (например, подогрев дополнительной питательной воды с помощью экономайзера);

. установки подогревателя воздуха или воды , или организации предварительного подогрева топлива за счет тепла дымовых газов. Следует отметить, что подогрев воздуха может быть необходим, если технологический процесс требует высокой температуры пламени (например, в стекольном или цементном производстве). Подогретая вода может использоваться для питания котла или в системах горячего водоснабжения (в т.ч. централизованного отопления);

Очистки поверхностей теплообмена от накапливающейся золы и частиц углерода с целью поддержания высокой теплопроводности. В частности, в конвекционной зоне могут периодически использоваться сажесдуватели. Очистка поверхностей теплообмена в зоне горения, как правило, осуществляется во время остановки оборудования для осмотра и ТО, однако в некоторых случаях используется очистка без остановки (например, в нагревателях на НПЗ);

Обеспечение уровня производства тепла, соответствующего существующим потребностям (не превышающего их). Тепловую мощность котла можно регулировать, например, посредством подбора оптимальной пропускной способности форсунок для жидкого топлива или оптимального давления, под которым подается газообразное топливо.

Возможные проблемы

Снижение температуры дымовых газов при определенных условиях может вступать в противоречие с целями обеспечения качества воздуха, например:

Предварительный подогрев воздуха горения приводит к повышению температуры пламени и, как следствие, к более интенсивному образованию NOx, что может привести к превышению установленных нормативов выбросов. Внедрение предварительного подогрева воздуха на существующих установках может оказаться затруднительным или экономически неэффективным вследствие недостатка пространства, необходимости установки дополнительных вентиляторов, а также систем подавления образования NOx (при наличии риска превышения установленных нормативов). Следует отметить, что метод подавления образования NOx при помощи впрыскивания аммиака или мочевины сопряжен с риском попадания аммиака в дымовые газы. Предотвращение этого может требовать установки дорогостоящих датчиков аммиака и системы управления впрыскиванием, а также - в случае значительных вариаций нагрузки - сложной системы впрыскивания, позволяющей впрыскивать вещество в область с надлежащей температурой (например, системы из двух групп инжекторов, установленных на разных уровнях);

Системы газоочистки, включая системы подавления или удаления NOx и SOx, работают лишь в определенном температурном диапазоне. Если установленные нормативы выбросов требуют использования подобных систем, организация их совместного функционирования с системами рекуперации может оказаться сложной и экономически неэффективной;

В некоторых случаях местные органы власти устанавливают минимальную температуру дымовых газов на срезе трубы с целью обеспечения адекватного рассеяния дымовых газов и отсутствия дымового факела. Кроме того, компании могут по собственной инициативе применять подобную практику для улучшения своего имиджа. Широкая общественность может интерпретировать наличие видимого дымового факела как признак загрязнения окружающей среды, в то время как отсутствие дымового факела может рассматриваться как признак чистого производства. Поэтому при определенных погодных условиях некоторые предприятия (например, мусоросжигательные заводы) могут специально подогревать дымовые газы перед выбросом в атмосферу, используя для этого природный газ. Это приводит к непроизводительному расходу энергии.

Энергоэффективность

Чем ниже температура дымовых газов, тем выше уровень энергоэффективности. Однако снижение температуры газов ниже определенного уровня может быть сопряжено с некоторыми проблемами. В частности, если температура оказывается ниже кислотной точки росы (температуры, при которой происходит конденсация воды и серной кислоты, как правило, 110-170оC в зависимости от содержания серы в топливе), это может привести к коррозии металлических поверхностей. Это может потребовать применения материалов, устойчивых к коррозии (такие материалы существуют и могут применяться на установках, использующих в качестве топлива нефть, газ или отходы), а также организации сбора и переработки кислого конденсата.

Срок окупаемости может находиться в диапазоне от менее пяти лет до пятидесяти лет в зависимости от множества параметров, включая размер установки, температуру дымовых газов и т.д.

Перечисленные выше стратегии (за исключением периодической очистки) требуют дополнительных инвестиций. Оптимальным для принятия решения об их использовании является период проектирования и строительства новой установки. В то же время, возможно и внедрение этих решений на существующем предприятии (при наличии необходимых площадей для установки оборудования).

Некоторые применения энергии дымовых газов могут быть ограничены вследствие разницы между температурой газов и потребностями в определенной температуре на входе энергопотребляющего процесса. Приемлемая величина указанной разницы определяется балансом между соображениями энергосбережения и затратами на дополнительное оборудование, необходимое для использования энергии дымовых газов.

Практическая возможность рекуперации всегда зависит от наличия возможного применения или потребителя для полученной энергии. Меры по снижению температуры дымовых газов могут приводить к увеличению образования некоторых загрязняющих веществ.