Защита от конденсата
Опубликовано: 24 октября 2017 г.
2615
Проблема безопасного отвода конденсата, образующегося в результате работы котла, приобрела особую актуальность при повышении энергоэффективности котельного оборудования, из которого самым высоким тепловым КПД характеризуются конденсационные модели котлов.
Конденсат образуется при остывании отводящихся газов, состоящих из избытков воздуха, подаваемого на горение, и продуктов сгорания топлива в топке котла. Образуется он в результате фазового перехода воды, когда температура отводящихся газов падает ниже точки росы. Чем эффективнее котел, чем выше его тепловой КПД, тем ниже температура отводящихся газов, а, следовательно, выше вероятность образования конденсата. Для традиционных котлов этот процесс обычно происходит на стенках дымоходов, а для конденсационных при идеальном для них режиме работе ― на стенках конденсатного теплообменника (рис. 1), где тепло, выделяющееся при фазовом переходе водяных паров в жидкость, утилизируется как полезное.
Агрессивность конденсата
Вода (в виде пара), содержащаяся в отводящихся газах, образуется при сжигании топлива из водорода органических соединений и кислорода воздуха, а также это могут быть пары воды, уже содержащиеся в воздухе, подаваемом на горение, или образовавшиеся при испарении воды из состава топлива. Например, древесное топливо практически всегда содержит в себе какое-то количество воды. Так, в пеллетах допускается влажность от 6 до 12 % в зависимости от качества и даже в каменном угле содержится от 2 до 4 % воды.
Вода, как известно, сама по себе химически не агрессивна и удаление конденсата ее паров от места скопления не представляет обычно серьезной проблемы. Так, конденсат, образующийся при работе сплит-систем кондиционеров из содержащихся в воздухе водяных паров, просто отводится по трубке на улицу. Однако, такой подход недопустим для удаления конденсата, образующегося при остывании отводящихся газов после сжигания топлива.
Отводящиеся газы, кроме паров воды, содержат также продукты сгорания топлива, которые, растворяясь в конденсате, вступают с водой в реакцию и образуют кислоты.
В продуктах реакции горения газовых котлов в идеале должны содержаться лишь окcид углерода IV (CO2) и вода (H2O). В реальности же там присутствуют еще и оксиды азота (NOх), получаемые как побочный продукт реакции из азота и кислорода воздуха. Чем выше температура в зоне горения, тем выше в продуктах сгорания содержание NOх. Принято считать, что в газовом топливе серы не должно быть, но в реальности сера присутствует и в природном газе в составе сероводорода (H2S). При этом, в зависимости от месторождения природного газа, содержание сероводорода обычно колеблется от долей процента до 1–2 %, но есть и месторождения с высоким содержанием H2S.Так, в газе из Оренбургского месторождения содержание сероводорода достигает 5 %, из Карачаганакского ― до 7–10 %, Астраханского ― до 25 %. При сжигании такого газа в камере горения котла, кроме оксидов углерода и азота, образуются также оксиды серы. Растворяясь в конденсате и взаимодействуя с водой, оксиды углерода и азота превращаются в угольную, азотистую и азотную кислоты, а оксиды серы ― в серную и сернистую кислоты, делая конденсат химически агрессивным. Область значений его рН для газового топлива ― 2,8–4,9.
В жидкотопливных котлах соединения серы, содержащиеся в дизтопливе, вносят еще больший вклад в понижение значения pH конденсата до 1,8–3,7. Напомним, что низкие значения pH говорят о кислотности исследуемой среды, а высокие ― о щелочности, нормальные значения pH находятся в области 7–7,4.
Обладая повышенной кислотностью, конденсат, образующийся из отводящихся после сгорания топлива газов, химически агрессивен. Если он выпадает на стенке газоотводной трубы, то способен приводить к коррозии ее материала, вплоть до нарушения целостности, ее разрушения и повреждения окружающих трубу конструкций. Штатное для конденсационных котлов образование конденсата на теплообменнике также приведет к нежелательным последствиям, если конденсат будет просто беспрепятственно стекать куда-то вниз под действием силы тяжести.
Удаление конденсата
В устройствах для сбора и последующего отвода образующегося конденсата необходимость возникает при появлении или возможности его появления в объемах, которые негативно сказываются на работе котлов и (или) уменьшают срок эксплуатации дымоходов.
Чтобы исключить такие последствия, применяются кондесатосборники (рис. 2) и конденсатоотводчики. При небольших мощностях теплогенераторов возможно обойтись применением только кондесатосборников, но в таком случае долгая работа котла в автоматическом режиме становится невозможной, потому что из конденсатосборников конденсат тоже надо удалять.
Конденсатосборники для отвода конденсата из трубы дымохода наружу, в целях предотвращения попадания его в котел, изготавливаются из нержавеющей стали марки AISI 321, оснащаются выпусками и заглушками.
Кроме того, согласно нормативам EN 13384 и DIN 18160, продукты сгорания должны отводиться через газовыпускную систему в атмосферу и предохраняться от охлаждения таким образом, чтобы осаждение в дымовой трубе парообразных компонентов не создавало опасных ситуаций. В том случае, если газовыпускная система оборудована конденсатоотводчиком, то должен быть вмонтирован сифон.
Агрессивный конденсат не всегда может сливаться в канализацию, поэтому в ряде случаев, кроме отвода, существует и проблема нейтрализации конденсата.
Необходимость нейтрализации
Для превращения конденсата в безопасный для канализационных сетей и окружающей среды продукт требуется снизить его кислотность до допустимых пределов. Этого можно достигнуть за счет добавления соответствующих реагентов и/или увеличения объема сливаемой жидкости ― разбавлением условно нейтральными стоками.
По нормативным документам, к запрещенным к сбросу в канализацию веществам относят кислоты (присутствуют в конденсате), способные образовывать в канализационных сетях и сооружениях взрывоопасные, токсичные и горючие газы. Нормативные показатели общих свойств сточных вод, принимаемых в системы канализации населенных пунктов, устанавливаются едиными для сточных вод всех категорий, исходя из требований к защите сетей и сооружений систем канализации: температура ― не выше 40 °С, рН ― в диапазоне 6,5–8,5. С этой точки зрения сброс в канализацию конденсата без его предварительной нейтрализации недопустим. Однако при эксплуатации конденсационных котлов бытовых серий до 100 кВт пользователи сливают в канализацию не только конденсат, но вместе с ним и другие бытовые стоки, разбавляющие его и снижающие кислотность. Согласно европейским нормативам (директиве VDI 2067), слив конденсата в канализацию возможен при разбавлении его водой в соотношении 1:25, однако это правило применяется только для котельных мощностью не больше 260 кВт.
Для определения возможности слива конденсата в канализацию и отвода дымовых газов можно использовать европейские рабочие правила ATV A 251. В отечественных нормативных документах такие методики не приводятся. Для котлов с мощностью до 25 кВт обычно не требуется нейтрализации конденсата, при мощности 25–200 кВт можно отказаться от системы нейтрализации, если в канализацию вместе с ним сливается большое количество хозяйственных стоков. Их среднегодовой объем должен в 25 раз превышать объем конденсата. Европейские нормативы для слива конденсата зафиксированы также в стандарте DIN 4702-6.
Таким образом, можно считать, что нейтрализация конденсата необходима для котлов или каскадов из нескольких котлов мощностью свыше 200 кВт. Но в некоторых случаях она может потребоваться и при мощностях меньше 25 кВт (объем конденсата до 3,5 л/ч). Например, если отвод осуществляется в домовую канализацию и очистные установки малой мощности по стандарту DIN 4261-1; для зданий и земельных участков, канализационные линии которых не отвечают требованиям инструкции ATV A 251 к применяемым материалам. Нейтрализация конденсата также необходима для котлов и каскадов котлов мощностью от 25 до 200 кВт в зданиях, где условия достаточного смешивания с бытовой канализацией определяются соотношением 1:25.
Установки для нейтрализации
Если слив конденсата в канализацию без его нейтрализации невозможен, то применяются установки нейтрализаторов конденсата (рис.3). Они представляют собой емкости, которые заполняются нейтрализующим кислоту средством. Нейтрализатора может быть достаточно одного на всю котельную, а срок эксплуатации составит несколько лет.
Простейшее и эффективное устройство для нейтрализации ― емкость с мраморной крошкой, при поступлении в которую кислоты вступают в реакцию и образуют химически неактивные соли. Расходуемый реагент в этом случае ― мраморная крошка, которую по мере выработки добавляют. Применяются и другие реагенты: гранулированный мел в комбинации с активированным углем, диоксид магния (MgO), специальные гранулы.
Некоторые производители дымоходов, например, компания Jeremias, предлагают линейки моделей нейтрализаторов, предназначенных для использования с котлами разной мощности.
Статья из журнала "Аква-Терм", № 5/2017. Рубрика "Отопление и ГВС".
