Каким должен быть дымоход для газового котла

Изучаем стандарты

Ключевой параметр, определяющий КПД котельного агрегата, – температура уходящих газов. Тепло, теряемое с уходящими газами, составляет значительную часть всех тепловых потерь (наряду с потерями тепла от химического и механического недожога топлива, потерями с физическим теплом шлаков, а также утечек тепла в окружающую среду вследствие наружного охлаждения). Эти потери оказывают решающее влияние на экономичность работы котла, снижая его КПД. Таким образом, мы понимаем, что чем ниже температура дымовых газов, тем выше эффективность котла.
Оптимальная температура уходящих газов для разных видов топлива и рабочих параметров котла определяется на основании технико-экономических расчётов на самом раннем этапе его создания. При этом максимально полезное использование тепла уходящих газов традиционно достигается за счёт увеличения размеров конвективных поверхностей нагрева, а также развития хвостовых поверхностей – водяных экономайзеров, регенеративных воздухоподогревателей.

Но даже несмотря на внедрение технологий и оборудования для наиболее полной утилизации тепла, температура уходящих газов согласно действующей нормативной документации должна находиться в диапазоне:

• 120-180 °С для котлов на твёрдом топливе (в зависимости от влажности топлива и рабочих параметров котла),
• 120-160 °С для котлов на мазуте (в зависимости от содержания в нём серы),
• 120-130 °С для котлов на природном газе.

Указанные значения определены с учетом факторов экологической безопасности, но в первую очередь, исходя из требований к работоспособности и долговечности оборудования.
Так, минимальный порог задаётся таким образом, чтобы исключить риск выпадения конденсата в конвективной части котла и далее по тракту (в газоходах и дымовой трубе). Однако для предупреждения коррозии вовсе не обязательно жертвовать теплом, которое выбрасывается в атмосферу вместо того, чтобы совершать полезную работу.

 

Камеры сгорания газового котла по конструкции

На рынке отопительных устройств, работающих на газе, классифицируют следующие камеры сгорания:

• Открытая камера сгорания;
• Закрытая камера сгорания.

 

Чтобы понять, принципиальные отличия открытой и закрытой камер сгорания, вспомним, что происходит в камере сгорания и для чего она нужна. В камере сгорания происходит сжигание топлива, в нашем случае газа, тепло, от сжигания которого через теплообменник передается теплоносителю в системе отопления. Для любого типа горения нужен кислород (воздух), без него любое горение прекращается. Именно по типу поступления (забора) воздуха и различаются открытые и закрытые камеры сгорания.

Открытая камера сгорания имеет физический контакт с топочной комнатой и забирает кислород из этой комнаты. Отсюда все требования по площади топочной, наличие форточек и вентиляций в ней.

Закрытая камера сгорания не «контактирует» с комнатой, где котел установлен. Воздух для горения поступает при помощи вентиляторов (нагнетается), чаще с улицы.

К этому нужно добавить, что котлы с открытой камерой горения (естественной тягой) нуждаются в оборудовании, такого же естественного дымохода. Котлы отопления с закрытой камерой горения, с принужденной тягой, не требуют массивных дымоходов, достаточно коаксиального дымохода двойного назначения, а продукты горения удаляются из них при помощи дымососа (специально вентилятора).

Отсюда, видим первый недостаток газовых котлов с закрытой камерой горения, они не могут работать без наличия электричества в доме. Без электричества не будет работать вентилятор подающий воздух в камеру сгорания и выводящий из неё продукты горения, а значит не будет работать котел.

 

Вентиляторные газовые котлы

В отличие от атмосферных котлов, у вентиляторного котла есть движущиеся элементы, что несколько ухудшает его надёжность. Впрочем, многочисленные достоинства с лихвой компенсируют этот недостаток.

Во-первых, КПД вентиляторных котлов заметно выше, чем КПД атмосферных котлов. Во-вторых, они безопаснее. Их камера сгорания герметична и не сообщается с атмосферой помещения, поэтому риска, что пламя или продукты сгорания попадут в котельную, нет. В результате их можно устанавливать в любом помещении.

Специальная труба для отвода продуктов сгорания не нужна. Низкотемпературные продукты сгорания выводятся через стену в небольшую горизонтальную коаксильную трубу, которая выступает из стены снаружи на 15-20 см. Через неё же происходит забор воздуха.

Есть и минусы: зимой под трубой образуется сосулька из водяного конденсата в виде сталагмита.

Коррозия. Исключаем риски

Не спорим, коррозия – явление неприятное, способное поставить под угрозу обеспечение безопасной работы котельной установки и существенно сократить назначенный ей срок эксплуатации.
При охлаждении дымовых газов до температуры точки росы и ниже, происходит конденсация водяных паров, вместе с которыми переходят в жидкое состояние и соединения NOx, SOx, которые, вступая в реакцию с водой, образуют кислоты, разрушительно воздействующие на внутренние поверхности котла. В зависимости от типа сжигаемого топлива, температура кислотной точки росы может быть различной, как и состав кислот, выпадающих в виде конденсата. Результат, тем не менее, один – коррозия.

Уходящие газы котлов, работающих на природном газе, в основном состоят из следующих продуктов сгорания: водяных паров (Н2О), углекислого газа (СО2), угарного газа (СО) и несгоревших горючих углеводородов СnHm (два последних появляются при неполном сгорании топлива, когда режим горения не отлажен).

Поскольку в атмосферном воздухе содержится большое количество азота, среди прочего, в продуктах сгорания появляются оксиды азота NO и NO2, обобщённо именуемые NOx, пагубно воздействующие на окружающую среду и здоровье человека. Соединяясь с водой, оксиды азота и образуют коррозионно-активную азотную кислоту.

При сжигании мазута и угля в продуктах сгорания появляются оксиды серы, именуемые SOx. Их негативное воздействие на окружающую среду также широко исследовано и не подвергается сомнению. Образующийся при взаимодействии с водой кислый конденсат вызывает сернистую коррозию поверхностей нагрева.

Традиционно, температура уходящих газов, как было показано выше, выбирается таким образом, чтобы защитить оборудование от выпадения кислоты на поверхностях нагрева котла. Более того, температура газов должна обеспечить конденсацию NOx и SOx за пределами газового тракта с тем, чтобы защитить от коррозионных процессов не только сам котёл, но и газоходы с дымовой трубой. Конечно, существуют определённые нормы, ограничивающие допустимые концентрации выбросов оксидов азота и серы, но это нисколько не отменяет факт накопления этих продуктов сгорания в атмосфере Земли и выпадение их в виде кислотных осадков на её поверхность.

Сера, содержащаяся в мазуте и угле, а также унос не сгоревших частиц твёрдого топлива (в том числе золы) накладывают дополнительные условия по очистке дымовых газов. Применение систем газоочистки значительно удорожает и усложняет процесс утилизации тепла дымовых газов, делая подобные мероприятия слабо привлекательными с экономической точки зрения, а зачастую практически не окупаемыми.

В некоторых случаях местные органы власти устанавливают минимальную температуру дымовых газов в устье трубы с целью обеспечения адекватного рассеяния уходящих газов и отсутствия дымового факела. Кроме того, некоторые предприятия могут по собственной инициативе применять подобную практику для улучшения своего имиджа, поскольку широкая общественность зачастую интерпретирует наличие видимого дымового факела как признак загрязнения окружающей среды, в то время как отсутствие дымового факела может рассматриваться как признак чистого производства.

Всё это приводит к тому, что при определённых погодных условиях предприятия могут специально подогревать дымовые газы перед выбросом их в атмосферу. Хотя, понимая состав уходящих газов котла, работающего на природном газе (он детально разобран выше), становится очевидно, что белый «дым», который идёт из трубы (при правильной настройке режима горения), – это по большей части пары воды, образующиеся в результате реакции горения природного газа в топке котла.

Борьба с коррозией требует применения материалов, устойчивых к её негативному воздействию (такие материалы существуют и могут применяться на установках, использующих в качестве топлива газ, продукты нефтепереработки и даже отходы), а также организацию сбора, переработки кислого конденсата и его утилизации.

 

Определение температур в топке бытовой печи.

Одним из важнейших вопросов при расчете и конструировании бытовой печи является правильное определение температур в топке. Именно там и возникает наиболее напряженный тепловой режим. Поэтому определение реальных температур в топке позволит правильно выбрать материал (кирпич) для стенок топки и саму конструкцию топки.

При сгорании дров полученное тепло нагревает, в первую очередь, продукты сгорания со средней теплоемкостью . И если не учитывать уход тепла в стенки печи, то при коэффициенте избытка воздуха α=1,0 для абсолютно сухой древесины будет получена максимальная температура продуктов сгорания, называемая «жаропроизводительностью» топлива или теоретической температурой горения [2].

Для абсолютно сухой древесины (при α=1,0) ≈ 2150 ᵒС.

Теоретическая температура продуктов сгорания, без учета потерь, изменяется в процессе сгорания дров и в общем случае будет равна:

= (ᵒС) (1),

где: тепло, полученное от сгорания дров (ккал);

средняя теплоемкость газов, =0,38 [1] ;

объем воздуха, расходуемый на сгорание дров (

объем дымовых газов от сгорания дров (

значок говорит о зависимости величин от времени процесса сгорания дров.

(Объемы воздуха и дополнительных газов берутся в при температуре Т= 0 ᵒС.)

Температура продуктов сгорания реально будет меньше, чем по выражению (1), из-за расхода части тепла на нагрев стенок топки. Причем, эта часть тепла может быть весьма значительной, например, в металлической печи.

Если обозначить тепло, уходящее на нагрев стенок топки (ккал), то:

= (ᵒС) (2).

Величина зависит от размеров топки, от свойств материала стенки и от времени сгорания дров.

С учетом выражения (1) можно записать:

= — ∆ , [3]

где: ∆ часть температуры продуктов сгорания, расходуемой на нагрев стенки.

Из выражения (1) видно, что для расчета температуры необходимо знать, с какой скоростью сгорают дрова в топке, как выделяется тепло и как при этом изменяется количественно воздух, входящий в печь. Объем дополнительных газов при сгорании дров можно также определить, зная скорость сгорания дров.

В работе [3] приведен пример такого расчета с помощью замера процесса сгорания 5,0 кг дров в печи ПДКШ-2,0 газовым анализатором и дальнейшего расчета с помощью таблиц Excel. Однако там не учтен объем дымовых газов. В работе [3] такая задача не ставилась. Для повышения точности конечных результатов были проведены дополнительные испытания печи ПДКШ-2,0 при сгорании 7,5 кг дров.

Если рассмотреть графики процесса сгорания дров, то видно, что изменение во времени достаточно точно соответствует скорости сгорания дров в печи. В дровах 50 % углерода, 6 % водорода и 44 % кислорода. И если принять, что эти составляющие пропорционально участвуют в процессе сгорания, то график изменения будет пропорционально соответствовать скорости сгорания дров.

Зная общую массу дров, сгоревших в печи, можно рассчитать, сколько дров сгорает в каждую единицу времени в течение всего процесса.

Поскольку при испытаниях печи ПДКШ-2,0 замеры делались через две минуты, то для дальнейших расчетов и был принят временной промежуток в две минуты.

Все испытания печи ПДКШ-2,0 проводились с замерами входного воздуха анемометром, что позволяет повысить точность расчетов.

Распределение скорости сгорания дров в процессе горения определялось по следующей формуле:

= * (%) (4),

где: – количество дров, сгоревших на каком-то конкретном участке процесса сгорания дров(кг);

– вся масса дров, сгоревшая в топке (кг);

– значение на каком-то конкретном участке сгорания дров (%);

– сумма значений на всех измеряемых участках (%).

Распределение дополнительного объем дымовых газов в процессе сгорания дров:

=0,89* () (5).

При сгорании 1,0 кг дров с влажностью W=20-25 % выделяется 0,89 дополнительных дымовых газов (при температуре 0 ᵒС).

Распределение тепла в процессе сгорания дров:

= * 3300 (ккал) (6 ).

Для дров с W=20-25 % = 3300 (ккал).

Тогда из выражения (1) для конкретного случая:

= (ᵒС) (7).

Величина входного воздуха определяется по показаниям анемометра. В случае отсутствия на входе печи анемометра величину для каждого значения можно определить расчетным путем:

= * * ( (8),

где: объем воздуха при стехиометрическом режиме горения для абсолютно сухих дров массой 1,0 кг = 4,62 ;

для 1,0 кг дров с влажностью W=20-25 % = 3,6 ,

– коэффициент избытка воздуха соответствующий массе сгорающих дров

Тогда для дров с влажностью W=20-25 %:

= (ᵒС) (9),

для дров с любой влажностью:

= (ᵒС) (10),

где: теплотворная способность абсолютно сухих дров = 4400 ккал).

= (ᵒС) (11).

На рисунке 1 показано расположение термопар в печи ПДКШ-2,0.

 

Рисунок 1. Расположение термопар в печи ПДКШ-2,0

Термопары вмонтированы в массив кирпича так, что измерительная часть термопары находится на поверхности кирпича на глубине 1 мм. То есть термопары измеряют реальные температуры на внутренних поверхностях кирпичей топки.

На рисунке 2 представлены результаты испытаний и расчетов печи ПДКШ-2,0 при сжигании 7,5 кг березовых дров. Количество входного воздуха в печь измерялось анемометром. Одновременно термопарами проводились замеры температур на внутренних поверхностях стенок топки.

Анализ и расчет характеристик печи производится обычно на участке с начальным и конечным значением =0,25 ,

где: – максимальное значение на участке сгорания дров.

На графиках этот участок обозначен как зона определения параметров процесса. Примерно со 2-й по 70-ю минуту включительно.

 

Рисунок 2. Графики испытаний и расчет характеристик печи ПДКШ-2,0

Из рисунка 2 видно, что форма изменения практически совпадает с изменением . Зависимость от можно в общем виде записать, как :

=К* (12),

где: К коэффициент пропорциональности, между значениями и температурой продуктов сгорания (

К ≈ 103 ( (13).

На рисунке 3 приведены графики изменения температуры продуктов сгорания в зависимости от влажности древесины, коэффициента избытка воздуха и величины , полученные из выражения (11).

 

Рисунок 3. Изменение температуры продуктов сгорания

Как видно из рисунка 3, в процессе сгорания дров температура продуктов сгорания сильно зависит от коэффициента избытка воздуха и мало зависит от влажности (W=10–30 %) дров.

Из графиков рисунок 2 и 3 видно, что процесс сгорания дров очень нестабилен во времени, что приводит к очень большому разбросу измеряемых параметров и к изменению температуры продуктов сгорания в большом диапазоне. Поэтому будет правильным определять среднее значение температуры на участке зоны определения параметров, хотя точность расчетов при этом снижается. На этом участке средняя температура продуктов сгорания равна 1200 ᵒС.

Практический интерес представляет определение температуры продуктов сгорания с учетом потерь тепла на нагрев стенок топки, т.е. определение реальных температур газов в топке . Из графиков на рисунке 2 видно, что максимальные температуры на внутренних поверхностях стенки Т з.В. и Т б.В составляют 580-650 ᵒС.

Температура в нижней части топки Т б.Н. достигает величины 800 ᵒС. Но величина этой температуры связана, в первую очередь, с образованием углей в нижней части топки, которые своим излучением и нагревают низ топки. Температура углей около 1100 ᵒС.

В работе [4] представлены данные по нагреву поверхностей шамотного и красного кирпичей при различных температурах внутри топки для установившегося режима.

Учитывая, что внутренние температуры на кирпичах устанавливаются при нагреве достаточно быстро, можно определить примерную разницу между температурой топки и температурой внутренней поверхности кирпича и по значениям внутренних температур Т.з.В. и Т б.В. определить температуры газов в топке. Средняя температура продуктов сгорания в топке с учетом расхода тепла на нагрев стенок составит 800-900 ᵒС. Тогда потери температуры на нагрев стенок топки составят 25-33% от И, соответственно, в среднем 25-33 % тепла от сгорания дров уходит в стенки топки.

Выводы.

Приведенный подход позволяет достаточно точно с помощью газового анализатора рассчитать теоретические температуры продуктов сгорания и определить примерные реальные средние температуры газов в топке бытовой печи.

Основные правила установки

Нормы для дымоходов для газовых котлов прописаны в соответствующих нормативных документах. Приведем несколько основных правил, соблюдение которых поможет повысить эффективность отопительного прибора и обеспечить безопасное удаление продуктов горения:

1. Трубу необходимо устанавливать в вертикальном положении. Допускается небольшой наклон, не более 30 градусов.
2. По всей длине системы должно быть не более 3 поворотов.
3. Труба, которая используется для соединения дымохода и котла, должна располагаться строго в вертикальном положении. Желательно, чтобы ее длина была не менее 0,5 метра.
4. Высота трубы снаружи должна быть вровень с коньком или немного выше. Если труба располагается ниже, ветер будет задувать в дымоход и создавать обратную тягу.
5. Обязательно необходимо делать технические отверстия для чистки системы и удаления конденсата.

Для соединения отопительного устройства с системой используют жаропрочную гофру, поскольку температура газов в дымоходе газового котла достигает высоких знаний. Точные показатели обычно зависят от нескольких факторов, но в основном от особенностей конструкции котла.

Расчеты длины и диаметра дымоотводящей системы лучше доверить специалистам, если нет соответствующего образования, навыков и знаний. Услуги специалиста полностью окупятся экономией за счет эффективной работы котла в процессе эксплуатации.

При выборе дымохода учитывайте мощность котла

При выборе дымоходной системы обязательно необходимо учитывать мощность газ котла. Чем выше мощность, тем выше будет температура сгорания топлива. Это обязательно отражается на выходящих газах. Значение мощности помогает правильно выбрать диаметр и длину трубы. К примеру, для котла мощностью 300 кВт необходима труба диаметром 150 мм.

Обычно в инструкции по применению указаны не только технические характеристики отопительного оборудования, но и имеются рекомендации по выбору и установке дымоходной системе. При необходимости обратитесь за помощью к специалисту, если сами не можете правильно рассчитать оптимальные параметры дымоходной трубы.

8.3. Температура горения

В теплотехнике различаются следующие температуры горения газов: жаропроизводительность, калориметрическую, теоретическую и действительную (расчетную). Жаропроизводительность tж — максимальная температура продуктов полного сгорания газа в адиабатических условиях с коэффициентом избытка воздуха α = 1,0 и при температуре газа и воздуха, равной 0°C: tж = Qн /(ΣVcp) (8.11) где Qн — низшая теплота сгорания газа, кДж/м3; ΣVcp — сумма произведений объемов диоксида углерода, водяного пара и азота, образовавшихся при сгорании 1 м3 газа (м3/м3), и их средних объемных теплоемкостей при постоянном давлении в пределах температур от 0°С до tж (кДж/(м3•°С). В силу непостоянства теплоемкости газов жаропроизводительность определяется методом последовательных приближений. В качестве начального параметра берется ее значение для природного газа (≈2000°С), при α = 1,0 определяются объемы компонентов продуктов сгорания, по табл. 8.3 находится их средняя теплоемкость и затем по формуле (8.11) считается жаропроизводительность газа. Если в результате подсчета она окажется ниже или выше принятой, то задается другая температура и расчет повторяется. Жаропроизводительность распространенных простых и сложных газов при их горении в сухом воздухе приведена в табл. 8.4. При сжигании газа в атмосферном воздухе, содержащем около 1 вес. % влаги, жаропроизводительность снижается на 25–30°С. Калориметрическая температура горения tK — температура, определяемая без учета диссоциации водяных паров и диоксида углерода, но с учетом фактической начальной температуры газа и воздуха. Она отличается от жаропроизводительности tж тем, что температура газа и воздуха, а также коэффициент избытка воздуха α принимаются по их действительным значениям. Определить tK можно по формуле: tК = (Qн + qфиз)/(ΣVcp) (8.12) где qфиз — теплосодержание (физическая теплота) газа и воздуха, отсчитываемое от 0°С, кДж/м3. Природные и сжиженные углеводородные газы перед сжиганием обычно не нагревают, и их объем по сравнению с объемом воздуха, идущего на горение, невелик. Поэтому при определении калориметрической температуры теплосодержание газов можно не учитывать. При сжигании газов с низкой теплотой сгорания (генераторные, доменные и др.) их теплосодержание (в особенности нагретых до сжигания) оказывает весьма существенное влияние на калориметрическую температуру. Зависимость калориметрической температуры природного газа среднего состава в воздухе с температурой 0°С и влажностью 1% от коэффициента избытка воздуха а приведена в табл. 8.5, для сжиженного углеводородного газа при его сжигании в сухом воздухе — в табл. 8.7. Данными табл. 8.5–8.7 можно с достаточной точностью руководствоваться при установлении калориметрической температуры горения других природных газов, сравнительно близких по составу, и углеводородных газов практически любого состава. При необходимости получить высокую температуру при сжигании газов с малыми коэффициентами избытка воздуха, а также для повышения КПД печей, на практике подогревают воздух, что приводит к росту калориметрической температуры (см. табл. 8.6). Теоретическая температура горения tT — максимальная температура, определяемая аналогично калориметрической tK, но с поправкой на эндотермические (требующие теплоты) реакции диссоциации диоксида углерода и водяного пара, идущие с увеличением объема: СО2 ‹–› СО + 0,5О2 — 283 мДж/моль (8.13) Н2О ‹–› Н2 + 0,5О2 — 242 мДж/моль (8.14) При высоких температурах диссоциация может привести к образованию атомарного водорода, кислорода и гидроксильных групп ОН. Кроме того, при сжигании газа всегда образуется некоторое количество оксида азота. Все эти реакции эндотермичны и приводят к снижению температуры горения. Теоретическая температура горения может быть определена по следующей формуле: tT = (Qн + qфиз – qдис)/(ΣVcp) (8.15) где qдис — суммарные затраты теплоты на диссоциацию СО2 и Н2О в продуктах сгорания, кДж/м3; ΣVcp — сумма произведения объема и средней теплоемкости продуктов сгорания с учетом диссоциации на 1 м3 газа. Как видно из табл. 8.8, при температуре до 1600°С степень диссоциации может не учитываться, и теоретическую температуру горения может принять равной калориметрической. При более высокой температуре степень диссоциации может существенно снижать температуру в рабочем пространстве. На практике особой необходимости в этом нет, теоретическую температуру горения необходимо определять только для высокотемпературных печей, работающих на предварительно нагретом воздухе (например, мартеновских). Для котельных установок в этом нужды нет. Действительная (расчетная) температура продуктов сгорания tд — температура, которая достигается в ­реальных условиях в самой горячей точке факела. Она ниже теоретической и зависит от потерь теплоты в окружающую среду, степени отдачи теплоты из зоны горения излучением, растянутости процесса горения во времени и др. Действительные усредненные температуры в топках печей и котлов определяются по тепловому балансу или приближенно по теоретической или калориметрической температуре горения в зависимости от температуры в топках с введением в них экспериментально установленных поправочных коэффициентов: tд = tтη (8.16) где η— т.н. пирометрический коэффициент, укладывающийся в пределах: — для качественно выполненных термических и нагревательных печей с теплоизоляцией — 0,75–0,85; — для герметичных печей без теплоизоляции — 0,70–0,75; — для экранированных топок котлов — 0,60–0,75. В практике надо знать не только приведенные выше адиабатные температуры горения, но и максимальные температуры, возникающие в пламени. Их приближенные значения обычно устанавливают экспериментально методами спектрографии. Максимальные температуры, возникающие в свободном пламени на расстоянии 5–10 мм от вершины конусного фронта горения, приведены в табл. 8.9. Анализ приведенных данных показывает, что максимальные температуры в пламени меньше жаропроизводительности (за счет затрат тепла на диссоциацию Н2О и СО2 и отвода теплоты из пламенной зоны). Таблица 8.3. Средняя объемная теплоемкость газов, кДж/(м3•°С)

Температура, °С	CO2	N2	O2	CO	CH4	H2	H2O (водяные пары)	воздух
сухой	влажный на 1 м3 сухого газа
0	1,5981	1,2970	1,3087	1,3062	1,5708	1,2852	1,4990	1,2991	1,3230
100	1,7186	1,2991	1,3209	1,3062	1,6590	1,2978	1,5103	1,3045	1,3285
200	1,8018	1,3045	1,3398	1,3146	1,7724	1,3020	1,5267	1,3142	1,3360
300	1,8770	1,3112	1,3608	1,3230	1,8984	1,3062	1,5473	1,3217	1,3465
400	1,9858	1,3213	1,3822	1,3356	2,0286	1,3104	1,5704	1,3335	1,3587
500	2,0030	1,3327	1,4024	1,3482	2,1504	1,3104	1,5943	1,3469	1,3787
600	2,0559	1,3453	1,4217	1,3650	2,2764	1,3146	1,6195	1,3612	1,3873
700	2,1034	1,3587	1,3549	1,3776	2,3898	1,3188	1,6464	1,3755	1,4020
800	2,1462	1,3717	1,4549	1,3944	2,5032	1,3230	1,6737	1,3889	1,4158
900	2,1857	1,3857	1,4692	1,4070	2,6040	1,3314	1,7010	1,4020	1,4293
1000	2,2210	1,3965	1,4822	1,4196	2,7048	1,3356	1,7283	1,4141	1,4419
1100	2,2525	1,4087	1,4902	1,4322	2,7930	1,3398	1,7556	1,4263	1,4545
1200	2,2819	1,4196	1,5063	1,4448	2,8812	1,3482	1,7825	1,4372	1,4658
1300	2,3079	1,4305	1,5154	1,4532	–	1,3566	1,8085	1,4482	1,4771
1400	2,3323	1,4406	1,5250	1,4658	–	1,3650	1,8341	1,4582	1,4876
1500	2,3545	1,4503	1,5343	1,4742	–	1,3818	1,8585	1,4675	1,4973
1600	2,3751	1,4587	1,5427	–	–	–	1,8824	1,4763	1,5065
1700	2,3944	1,4671	1,5511	–	–	–	1,9055	1,4843	1,5149
1800	2,4125	1,4746	1,5590	–	–	–	1,9278	1,4918	1,5225
1900	2,4289	1,4822	1,5666	–	–	–	1,9698	1,4994	1,5305
2000	2,4494	1,4889	1,5737	1,5078	–	–	1,9694	1,5376	1,5376
2100	2,4591	1,4952	1,5809	–	–	–	1,9891	–	–
2200	2,4725	1,5011	1,5943	–	–	–	2,0252	–	–
2300	2,4860	1,5070	1,5943	–	–	–	2,0252	–	–
2400	2,4977	1,5166	1,6002	–	–	–	2,0389	–	–
2500	2,5091	1,5175	1,6045	–	–	–	2,0593	–	–

Таблица 8.4. Жаропроизводительность газов в сухом воздухе

Простой газ	Жаропроизводительность, °С	Сложный газ усредненного состава	Приближенная жаропроизводительность, °С
Водород	2235	Природный газовых месторождений	2040
Оксид углерода	2370	Природный нефтяных месторождений	2080
Метан	2043	Коксовый	2120
Этан	2097	Высокотемпературной перегонки сланцев	1980
Пропан	2110	Парокислородного дутья под давлением	2050
Бутан	2118	Генераторный из жирных углей	1750
Пентан	2119	Генераторный паровоздушного дутья из тощих топлив	1670
Этилен	2284	Сжиженный (50% С3Н4+50% С4Н10)	2115
Ацетилен	2620	Водяной	2210

Таблица 8.5. Калориметрическая и теоретическая температуры горения природного газа в воздухе с t = 0°С и влажностью 1%* в зависимости от коэффициента избытка воздуха α

Коэффициент избытка воздуха α	Калориметрическая температура горения tк, °С	Теоретическая температура горения tт, °С	Коэффициент избытка воздуха α	Калориметрическая температура горения tк, °С
1,0	2010	1920	1,33	1620
1,02	1990	1900	1,36	1600
1,03	1970	1880	1,40	1570
1,05	1940	1870	1,43	1540
1,06	1920	1860	1,46	1510
1,08	1900	1850	1,50	1470
1,10	1880	1840	1,53	1440
1,12	1850	1820	1,57	1410
1,14	1820	1790	1,61	1380
1,16	1800	1770	1,66	1350
1,18	1780	1760	1,71	1320
1,20	1760	1750	1,76	1290
1,22	1730	–	1,82	1260
1,25	1700	–	1,87	1230
1,28	1670	–	1,94	1200
1,30	1650	–	2,00	1170

Таблица 8.6. Калориметрическая температура горения природного газа tк, °С, в зависимости от коэффициента избытка сухого воздуха и его температуры (округленные значения)

Коэффициент избытка воздуха α	Температура сухого воздуха, °С
20	100	200	300	400	500	600	700	800
0,5	1380	1430	1500	1545	1680	1680	1740	1810	1860
0,6	1610	1650	1715	1780	1840	1900	1960	2015	2150
0,7	1730	1780	1840	1915	1970	2040	2100	2200	2250
0,8	1880	1940	2010	2060	2130	2200	2260	2330	2390
0,9	1980	2030	2090	2150	2220	2290	2360	2420	2500
1,0	2050	2120	2200	2250	2320	2385	2450	2510	2560
1,2	1810	1860	1930	2000	2070	2140	2200	2280	2350
1,4	1610	1660	1740	1800	2870	1950	2030	2100	2160
1,6	1450	1510	1560	1640	1730	1800	1860	1950	2030
1,8	1320	1370	1460	1520	1590	1670	1740	1830	1920
2,0	1220	1270	1360	1420	1490	1570	1640	1720	1820

Таблица 8.7. Калориметрическая температура горения tк технического пропана в сухом воздухе с t = 0°С в зависимости от коэффициента избытка воздуха α

Коэффициент избытка воздуха α	Калориметрическая температура горения tк, °С	Коэффициент избытка воздуха α	Калориметрическая температура горения tк, °С
1,0	2110	1,45	1580
1,02	2080	1,48	1560
1,04	2050	1,50	1540
1,05	2030	1,55	1500
1,07	2010	1,60	1470
1,10	1970	1,65	1430
1,12	1950	1,70	1390
1,15	1910	1,75	1360
1,20	1840	1,80	1340
1,25	1780	1,85	1300
1,27	1750	1,90	1270
1,30	1730	1,95	1240
1,35	1670	2,00	1210
1,40	1630	2,10	1170

Таблица 8.8. Степень диссоциации водяного пара H2O и диоксида углерода CO2 в зависимости от парциального давления

Температура, °С	Парциальное давление, МПа
0,004	0,006	0,008	0,010	0,012	0,014	0,016	0,018	0,020	0,025	0,030	0,040
Водяной пар H2O
1600	0,85	0,75	0,65	0,60	0,58	0,56	0,54	0,52	0,50	0,48	0,46	0,42
1700	1,45	1,27	1,16	1,08	1,02	0,95	0,90	0,85	0,8	0,76	0,73	0,67
1800	2,40	2,10	1,90	1,80	1,70	1,60	1,53	1,46	1,40	1,30	1,25	1,15
1900	4,05	3,60	3,25	3,0	2,85	2,70	2,65	2,50	2,40	2,20	2,10	1,9
2000	5,75	5,05	4,60	4,30	4,0	3,80	3,55	3,50	3,40	3,15	2,95	2,65
2100	8,55	7,50	6,80	6,35	6,0	5,70	5,45	5,25	5,10	4,80	4,55	4,10
2200	12,3	10,8	9,90	9,90	8,80	8,35	7,95	7,65	7,40	6,90	6,50	5,90
2300	16,0	15,0	13,7	12,9	12,2	11,6	11,1	10,7	10,4	9,6	9,1	8,4
2400	22,5	20,0	18,4	17,2	16,3	15,6	15,0	14,4	13,9	13,0	12,2	11,2
2500	28,5	25,6	23,5	22,1	20,9	20,0	19,3	18,6	18,0	16,8	15,9	14,6
3000	70,6	66,7	63,8	61,6	59,6	58,0	56,5	55,4	54,3	51,9	50,0	47,0
Диоксид углерода CO2
1500	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	–
1600	2,0	1,8	1,6	1,5	1,45	1,4	1,35	1,3	1,25	1,2	1,1
1700	3,8	3,3	3,0	2,8	2,6	2,5	2,4	2,3	2,2	2,0	1,9
1800	6,3	5,5	5,0	4,6	4,4	4,2	4,0	3,8	3,7	3,5	3,3
1900	10,1	8,9	8,1	7,6	7,2	6,8	6,5	6,3	6,1	5,6	5,3
2000	16,5	14,6	13,4	12,5	11,8	11,2	10,8	10,4	10,0	9,4	8,8
2100	23,9	21,3	19,6	18,3	17,3	16,5	15,9	15,3	14,9	13,9	13,1
2200	35,1	31,5	29,2	27,5	26,1	25,0	24,1	23,3	22,6	21,2	20,1
2300	44,7	40,7	37,9	35,9	34,3	32,9	31,8	30,9	30,0	28,2	26,9
2400	56,0	51,8	48,8	46,5	44,6	43,1	41,8	40,6	39,6	37,5	35,8
2500	66,3	62,2	59,3	56,9	55,0	53,4	52,0	50,7	49,7	47,3	45,4
3000	94,9	93,9	93,1	92,3	91,7	90,6	90,1	89,6	88,5	87,6	86,8

Таблица 8.9. Максимальные температуры, возникающие в свободном пламени, °С

Газ	Газовоздушная смесь, близкая по составу к стехиометрической	Газокиcлородная смесь
H2	2045	2660
CO	2100	2920
CH4	1870	2740
C2H6	1890	–
C3H8	1920	2780
C4H10	1890	–
C2H2	2320	3000

Технология

Внедрение комплекса мер по снижению температуры дымовых газов за котлом на существующем предприятии обеспечивает увеличение КПД всей установки, в состав которой входит котельный агрегат, используя, прежде всего, сам котёл (тепло, вырабатываемое в нём).
Концепция таких решений, по своей сути, сводится к одному: на участке газохода до дымовой трубы монтируется теплообменник, воспринимающий тепло дымовых газов охлаждающей средой (например, водой). Эта вода может быть, как непосредственно конечным теплоносителем, который необходимо нагреть, так и промежуточным агентом, который передаёт тепло посредством дополнительного теплообменного оборудования другому контуру.

Принципиальная схема представлена на рисунке:

Сбор образующегося конденсата происходит непосредственно в объёме нового теплообменного аппарата, который выполняется из коррозионно-устойчивых материалов. Это обусловлено тем, что порог температуры точки росы для влаги, содержащейся в объёме уходящих газов, преодолевается именно внутри теплообменника. Таким образом, полезно используется не только физическое тепло дымовых газов, но и скрытая теплота конденсации содержащихся в них водяных паров. Сам же аппарат должен рассчитываться таким образом, чтобы его конструктив не оказывал чрезмерного аэродинамического сопротивления и, как следствие, ухудшения условий работы котельного агрегата.

Конструкция теплообменного аппарата может представлять собой либо обычный рекуперативный теплообменник, где перенос тепла от газов к жидкости происходит через разделяющую стенку, либо контактный теплообменник, в котором дымовые газы непосредственно вступают в контакт с водой, которая разбрызгивается форсунками в их потоке.

Для рекуперативного теплообменника решение вопроса по кислотному конденсату сводится к организации его сбора и нейтрализации. В случае же с контактным теплообменником применяется несколько иной подход, в чём-то сходный с периодической продувкой системы оборотного водоснабжения: по мере увеличения кислотности циркулирующей жидкости, некоторое её количество отбирается в накопительный бак, где происходит обработка реагентами с последующей утилизацией воды в дренажную канализацию, либо направлением её в технологический цикл.

Отдельные применения энергии дымовых газов могут быть ограничены вследствие разницы между температурой газов и потребностями в определённой температуре на входе энергопотребляющего процесса. Однако и для таких, казалось бы, тупиковых ситуаций разработан подход, который опирается на качественно новые технологии и оборудование.

С целью повышения эффективности процесса утилизации тепла дымовых газов в мировой практике в качестве ключевого элемента системы всё чаще применяются инновационные решения на базе тепловых насосов. В отдельных секторах промышленности (например, в биоэнергетике) такие решения применяются на большинстве вводимых в эксплуатацию котлов. Дополнительная экономия первичных энергоресурсов в этом случае достигается за счёт применения не традиционных парокомпрессионных электрических машин, а более надёжных и технологичных абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов (АБТН), которым для работы нужна не электроэнергия, а тепло (зачастую это может быть не используемое бросовое тепло, которое в избытке присутствует практически на любом предприятии). Такое тепло стороннего греющего источника активизирует внутренний цикл АБТН, который позволяет преобразовывать располагаемый температурный потенциал уходящих газов, и передавать его более нагретым средам.

 

Как устроен кирпичный дымоход

Прежде чем начинать строительство кирпичного дымохода, необходимо представлять, из каких основных частей состоит подобная конструкция:

Подключение дымовой трубы

Ни в коем случае нельзя разрешать проходить через дымовые каналы, даже если они имеют большие размеры, другие воздуховоды или трубы для использования в растении. Вставка курительного канала в существующую дымовую трубу должна быть особенно отверждена.
Е «желательно установить трансплантаты трубок, образующие дымовой канал» воду, то есть с самцом к плите и самками к дымовой трубе, так что конденсация и возможное креозот падения образований свободно в печи и вновь сожжены. Различные секции дыма канала в диапазоне между ними герметизируют с огнеупорной замазкой.

Для тех, кому устройство дымохода из кирпича для камина показался сложным, всегда имеются более простые, но качественные варианты. Можно возвести конструкцию с использованием керамических блоков, различных труб и т. д.

Результат

Охлаждение уходящих газов котла с применением подобных решений может быть достаточно глубоким – до 30 и даже 20 °С с первоначальных 120-130 °С. Полученного тепла вполне достаточно, чтобы подогреть воду для нужд химводоподготовки, подпитки, горячего водоснабжения и даже теплосети.
Экономия топлива при этом может достигать 5÷10 %, а повышение КПД котельного агрегата – 2÷3 %.

Таким образом, внедрение описанной технологии позволяет решать сразу несколько задач. Это:

• максимально полное и полезное использование тепла дымовых газов (а также скрытой теплоты конденсации водяных паров),
• снижение объёма выбросов NOx и SOx в атмосферу,
• получение дополнительного ресурса – очищенной воды (которому найдётся полезное применение на любом предприятии, например, в качестве подпитки теплосети и других водяных контуров),
• ликвидация дымового факела (он становится едва различимым или исчезает вовсе).

Практика показывает, что целесообразность применения подобных решений в первую очередь зависит от:

• возможности полезной утилизации имеющегося тепла дымовых газов,
• продолжительности использования полученной тепловой энергии в году,
• стоимости энергоресурсов на предприятии,
• наличия превышения предельно допустимой концентрации выбросов по NOx и SOx (а также от строгости местного экологического законодательства),
• способа нейтрализации конденсата и вариантов его дальнейшего использования.