A A A

Kanał RSS » Kondensacja pary wodnej w kanałach spalinowych kotła

Produkty spalania (spaliny) paliw węglowodorowych, gazowych lub ciekłych zawierają w swym składzie oprócz dwutlenku węgla oraz tlenu i azotu również parę wodną powstałą ze spalania wodoru. Jak długo temperatura spalin, w tym również pary wodnej jako jednego ze składników tej mieszaniny, będzie dostatecznie wysoka, utrzyma ona stan przegrzania i nie będzie ulegać kondensacji.!^ chwilą jednakkiedy temperatura ta obniży się do określonej wartośći. Para wodna przepływająca wraz z pozostałymi gazami przez kanały spalinowe kotła ulega ochłodzeniu na skutek wymiany ciepła pomiędzy spalinami i powierzchnią ogrzewalną kotła, której temperatura jest zawsze niższa od temperatury spalin. Jeśli w którymkolwiek punkcie tej powierzchni jej temperatura będzie niższa od temperatury punktu rosy, to w miejscu tym wystąpi kondensacja pary wodnej. W wyniku kondensacji ujawniające się różnice ciśnień cząstkowych powodują dyfundowanie cząstek pary z sąsiednich stref do stref kondensacji, podtrzymując w ten sposób ciągłość tego procesu.
Wykraplanie się pary wodnej na ścianach kotła występuje szczególnie w początkowym okresie po jego uruchomieniu ze stanu zimnego. Występuje wówczas bardzo obfite rosienie, stopniowo zanikające w miarę wzrostu temperatury wody w kotle. Rosienie może występować również i wtedy, gdy na skutek zmniejszenia obciążenia kotła temperatura wody, a wraz z nią temperatura ścian ogrzewalnych obniży się do poziomu poniżej temperatury punktu rosy. Będzie to miało miejsce w szczególności na początku i końcu sezonu grzewczego przy dodatnich temperaturach otoczenia, aczkolwiek nie będzie ono tak obfite jak w fazach rozruchu. Wykraplający się na ścianach kotła kondensat, którego odczyn jest wyraźnie kwaśny, powoduje powstawanie  proce-sów korozyjnych bardzo niekorzystnych dla konstrukcji kotła. Zjawisko to jest szczególnie niebezpieczne dla kotłów spawanych wykonywanych z blach stalowych, których żywotność może być z tego powodu znacznie ograniczona. Przeciwdziałać temu zjawisku można dwojako:
  • biernie, przez ograniczenie ujemnych skutków kondensacji,
  • czynnie, przez eliminowanie jej przyczyn.

Pierwszy sposób polega na wykonywaniu bloków wodnych z materiałów odpornych na korozję, a więc specjalnych gatunków żeliw, stali nierdzewnej, miedzi lub stosowaniu specjalnych powłok antykorozyjnych.

Torem czynnego przeciwdziałania poszła firma Viessmann z Allendorfu w Niemczech, która w swoich oryginalnych rozwiązaniach zastosowała specjalną technikę wykonywania wewnętrznych ścian płaszcza wodnego swoich kotłów w układzie dwuwarstwowym żeliwo-stal. Biorąc pod uwagę wysoki współczynnik przejmowania ciepła po stronie wody kotłowej oraz niewielki opór przewodzenia ciepła przez samą ścianę, w układzie jednowarstwowym temperatura powierzchni ściany od strony spalin będzie tylko nieznacznie wyższa od temperatury wody.

Dla ścianki stalowej o grubości 4 mm i obciążeniu cieplnym powierzchni ogrzewalnej q = 11 kW/m2 różnica temperatur między obu powierzchniami wyniesie ok. 1 K, zaś łączna różnica temperatur pomiędzy ścianą od strony spalin a wodą nie przekroczy 10 K. W tym układzie w kotle z palnikami inżektorowymi, opalanym gazem ziemnym ze stosunkiem nadmiaru powietrza X < 1,6, C02 > 7,3%, pracującym z temperaturą wody 40°C, może wystąpić na powierzchni ścianki proces kondensacji. Zjawisko to może być całkowicie wyeliminowane przez podwyższenie w tych samych warunkach temperatury ścianki po stronie spalin, np. przez zwiększenie oporu przepływu ciepła przez ściankę. Firma Viessmann zrealizowała to przez wprowadzenie ścianki złożonej z dwóch warstw - żeliwnej od strony spalin i stalowej od strony wody - połączonych w taki sposób, aby uzyskać założony spadek temperatury. Eliminuje to całkowicie kondensację pary wodnej na powierzchniach ogrzewalnych kotłów o tak rozwiązanej konstrukcji ścian. Warstwa żeliwna od strony spalin podwyższa dodatkowo w sposób naturalny odporność antykorozyjną, wydłużając znacznie żywotność kotła. 


Należy raz jeszcze wyraźnie podkreślić, że kocioł przewymiarowany, tj, o dobranej mocy znacznie przekraczającej jego potrzeby grzewcze, będzie nie tylko zużywał większe ilości gazu na skutek niskich rocznych stopni wykorzystania, ale także wykazywał znacznie większą skłonność do kondensowania pary wodnej na jego powierzchniach ogrzewalnych, ograniczając wydatnie jego trwałość.


Viessmann
« powrót