Информация
Поиск

Особенности эксплуатации отопительных котлов и дымоходных систем

Особенности эксплуатации отопительных котлов и дымоходных систем

Одна из основных задач общеевропейского уровня — усовершенствование отопительных систем с целью сокращения расхода топлива. Это должно оказать положительное влияние на более рациональное и экономичное использование невозобновляемых энергетических ресурсов. Привести к снижению загрязнения окружающей среды.


От чего зависит экономичность систем отопления

На этот показатель влияет теплоизоляция зданий и сооружений, эксплуатация отопительного оборудования, эффективно использующего тепло, выделяемое при сгорании органического топлива. 


Котлы отопления устроены так, чтобы передавать энергию теплоносителям для дальнейшей подачи ее к месту потребления. Для повышения эффективности отопительных агрегатов нужно снизить температуру отходящих газов. 


В этом плане отличные показатели экономичности демонстрируют низкотемпературные котлы отопления: 

  • в межсезонье — от +100 до + 120 °C; 
  • при сильной нагрузке и повышении t воды— от +140 до + 200 °C.
Фактическая температура отходящих газов зависит от загрязнения котла, наличия накипи на теплообменнике и других факторов. Все это усложняет процесс теплопередачи и значительно снижает эффективность отопительной конструкции.

В составе органического топлива есть водород и углерод, которые при сгорании образуют водяной пар и углекислый газ. Если сжечь 1 кг жидкого топлива, образуется ≈ 1,3 кг водяного пара; при сжигании 1 м3 газа — до 1,6 кг. 

Конденсационные котлы — это устройства, изготовленные для принудительного накопления большого количества водяных паров из отходящих газов. Они популярны в Европе, так как имеют высокий уровень эффективности: 109%— для природного газа, 101% — для жидкого топлива. Скрытая энергия парообразования используется на все сто, благодаря чему можно дополнительно получить при сжигании:
  • жидкого топлива — до 1,5 кВт*ч/кг;
  • газа — до 1,3 кВт*ч/м3.
На отечественном рынке конденсационные котлы встречаются редко, чаще устанавливают низкотемпературное оборудование — котлы отопления с вентиляторными и атмосферными горелками.

Нюансы эксплуатации отопительного оборудования и дымоходов

Во время работы котлов образуется конденсат, который обладает окисляющими свойствами. Уровень pH зависит от типа используемого топлива:

  • природный газ — от 3 до 4 единиц; 
  • жидкое топливо — от 1,8 до 3,7 ед.
Это связано с относительно высоким содержанием серы, образующейся при сгорании оксида SO2, частично распадающегося на SO3. H2O + SO3 образуют серную кислоту, которая приводит к низкому pH.

Точка росы H2SO4 (серной кислоты) всегда выше, чем у H2O, поэтому накопление пара происходит при более высокой температуре поверхности газового тракта котла. Этот температурный показатель указывает на точку, ниже которой происходит конденсация, достигающая пика при температуре на 20–30 градусов Цельсия ниже.

Объем серной кислоты зависит от количества входящего SO2, образующего SO3. Какая доля диоксида перейдет в триоксид,  обусловлено количеством частиц сажи и загрязняющих элементов в отходящих газах, выступающими ядрами процесса преобразования. При расчетах исходят из того, что в SO3 преобразуются от 0,5 до 2% SO2.

Создавая отопительное оборудование, специалисты предусматривают, что оно будет функционировать не постоянно, а только когда возникает необходимость. Нагрев рабочих поверхностей котла и дымоходной системы сопровождается образованием водяного конденсата. Количество последнего зависит от того, насколько быстро повышается температура поверхностей в начале работы устройств.

Температура конденсации влаги зависит от:
  • типа топлива;
  • избытка воздуха при сгорании;
  • концентрации углекислого газа.
Допустим, если сжигается природный газ и концентрация углекислого газа 9,5%, то накопление водяного пара будет равно 15,7% от объема, точка росы — + 55 градусов Цельсия.

Температурные показатели точки росы зависят от содержания водорода в топливе:
  • газ — от +50  до + 55 °C;
  • жидкое топливо — + 45 °C;
  • уголь — + 25 °C;
  • дерево — от + 30 до + 50 °C  (зависит от уровня влажности).
Работа в непостоянном режиме важна для небольших котлов с малой мощностью. Во время простоя температура поверхностей, соприкасающихся с продуктами сгорания, успевает опуститься ниже точки росы. Новый запуск отопительного оборудования снова приводит к образованию определенного количества кислоты.

Дальнейшее нагревание сопровождается увеличением концентрации H2SO4, которая находится в канале дымохода. Температура кипения серной кислоты составляет + 338 °С, при более низких показателях она практически не испаряется. Концентрированная H2SO4 также очень гигроскопична.

Для запуска коррозии в знойное время года достаточно атмосферных паров. В реакциях с металлами H2SO4 выступает в роли ускорителя. При нахождении в подобной среде черная сталь и чугун проявляют себя как нестабильные материалы. 

Разрушительный эффект этого типа коррозии заметен после длительного использования котла. В отопительном оборудовании с толстыми чугунными стенками такой процесс может длиться долго, пока не приведет к поломке устройства.

Чтобы на поверхностях низкотемпературных котлов не образовывалась ржавчина, в них нужно предотвращать или минимизировать образование водяного конденсата. Это возможно с помощью:
  • оптимизации гидравлических контуров котла, например, по технологии Thermostream в отопительных устройствах производства Buderus;
  • повышения температуры обратной воды и поддержания температуры котловой воды на максимально низком уровне.
Еще одна проблема при использовании разных типов топлива — сажа. Если горелка неправильно настроена, топливо сгорает лишь частично, из-за чего появляется черный налет. 
Сажа образуется начиная с внутренних частей котла и заканчивая выходом дымохода. Ее большое скопление может привести к воспламенению конструкции.

Материалы для изготовления дымоходов

В процессе эксплуатации материалы, используемые в конструкции дымоходных систем, подвергаются сильным нагрузкам. Не редкость, когда большие размеры сечения при низкой теплоизоляции вызывают медленное продвижение продуктов сгорания. 


Их переохлаждение и конденсация приводят к следующим проблемам в дымоходах:

  • сильному увлажнению стенок; 
  • разрушению конструкции; 
  • повреждению оголовка из-за постоянного замерзания и оттаивания водяного пара.
Когда сажа воспламеняется в каменных каналах, их стены могут не выдержать тепловых перегрузок, появляются трещины, нарушается целостность дымохода.

Среди материалов, доказавших эффективность при функционировании в сложных условиях, стоит отметить высоколегированные нержавеющие стали аустенитного класса: 1.4301, 1.4541, 1.4571 и 1.4404 в соответствии с классификацией DIN 17440.

Допустим, наша компания использует сталь марки для производства:
  • 1.4301, 1.4571 — отдельных частей однослойных дымоходов и внутренних труб двустенных систем, контактирующих с продуктами сгорания; 
  • 1.4436 — гибких одно- и двухслойных дымоходных систем в особых случаях; 
  • 1.4016 — наружной оболочки двустенных теплоизолированных дымоходов, подверженных воздействию атмосферных осадков.
Последние относятся к влагостойким конструкциям, т. к. образующийся водный конденсат практически их не повреждает. За счет этого производитель предоставляет длительную гарантию на устройства.

Иногда даже на нержавеющей стали появляется ржавчина. Процесс могут запускать галогеновые соединения, которые есть в воздухе. Их источником могут служить аэрозоли, растворители, краски, строительный лак, клей и прочие средства.

Химические соединения галогенов, образующиеся при сгорании топлива, во время охлаждения его продуктов могут конденсироваться в виде плавиковой и соляной кислот. Испарение H2SO4 может быть затруднено из-за ее температуры в + 110 °C (стенки дымохода обычно не нагреваются так сильно).

В коррозионных процессах кислоты не расходуются, они выступают ускорителями химических реакций. Объем H2SO4 может достигать 20%, поэтому даже временное присутствие галогенов в воздушной смеси, предназначенной для горения, может привести к существенным повреждениям.

При проектировании и эксплуатации дымоходных систем необходимо учитывать условия их работы. Современные дымоходы должны соответствовать высоким требованиям. Использование дымоходных систем из высоколегированной стали-нержавейки — гарантия экономичной и долгосрочной эксплуатации систем отопления.

117