Kotły węglowe wodne. Krytyczne temperatury

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

Ze strony producentów kotłów wodnych małej mocy wychodzą sugestie, że temperatury eksploatacyjne powinny być stosunkowo wysokie ze względu na żywotność kotła. Użytkownicy kotłów chcieliby te temperatury utrzymywać jak najniżej, w przekonani o minimalizacji tą drogą strat ciepła, czyli zużycia paliwa.

Punkt rosy Języczkiem u wagi jest w tym przypadku temperatura wykraplania się pary wodnej ze spalin (punkt rosy). Jak wiadomo, w spalinach są również związki kwasotwórcze, które z wodą mogą tworzyć kwasy o silnym działaniu korozyjnym. Chodzi głównie o trójtlenek siarki SO3, który z wodą tworzy kwas siarkowy H2SO4. Problem – jak widać – rzeczywiście istnieje, przy wyraźnym konflikcie oczekiwań obu zainteresowanych stron.

W instrukcjach obsługi kotłów nierzadkie są zalecenia, aby nie eksploatować kotłów z temperaturą wody poniżej 60oC (także w instrukcjach dla kotłów żeliwnych), przy czym zalecenia te dotyczą nie tylko wody zasilającej instalację c.o., lecz nawet wody powracającej z instalacji do kotła. Widziałem na własne oczy takie instrukcje, gdzie dla wody powrotnej zalecana temperatura to co najmniej 60oC. Nierzadkie są także przypadki instrukcji nakazujących montaż zaworów 3- lub 4-drożnych oraz zalecających eksploatację kotłów tylko w zakresie powyżej 50% ich mocy nominalnej. O temperaturze spalin instrukcje nie piszą nic. Do momentu pojawienia się na rynku sterownika, który swoje działanie opiera na analizie zmian temperatury spalin, parametr ten mierzony był tylko przez badaczy i dociekliwych amatorów.

Z kolei spore grono wieloletnich użytkowników kotłów twierdzi, że ta korozja wodno-kwasowa to takie „yeti”, którego jeszcze nikt nie widział. Chcieliby prowadzić swoje kotły z temperaturą wody poniżej 40oC, bo to wystarcza do uzyskania w ogrzewanych pomieszczeniach temperatur powyżej 20oC (poza okresem silnych mrozów). Temperatura spalin wylotowych powinna zaś być taka – cytuję jednego z nich – „aby można było pocałować czopuch”. Dość powszechne było – i nawet jest jeszcze do dzisiaj – przekonanie, że niska temperatura spalin wylotowych świadczy o wysokiej sprawności kotła. Stąd bierze się – między innymi – powszechne kupowanie kotłów przewymiarowanych (o mocy nominalnej większej od rzeczywistych potrzeb), w których temperatury spalin wylotowych są niższe dla porównywalnych mocy.

Jednak – jak napisałem wcześniej – możliwość wykroplenia się w kotle kwasu siarkowego ze spalin rzeczywiście istnieje. Istnieje, bo mamy tam przecież do czynienia ze spalinami zawierającymi parę wodną i trójtlenek siarki SO3. Jak silne jest to zagrożenie? Spróbujmy się zastanowić.

Zagrożenie – kwas siarkowy Temperatury początku wykraplania się pary wodnej z mieszaniny gazowej (temperatury punktu rosy) nie da się określić precyzyjnie w postaci jednej konkretnej wartości. Zależy ona od zawartości pary wodnej w mieszaninie gazowej oraz od ciśnienia i składu tej mieszaniny. Daje to dość szeroki obszar możliwych wartości, stąd też obserwować możemy spore różnice poglądów w interpretacji przebiegu tego zjawiska w kotłach. W przeciętnych warunkach technologicznych eksploatacji kotłów węglowych punkt rosy wynosi 35-45oC (dla węgla bez siarki). Może go jednak podnieść zwiększona zawartość wilgoci w węglu, a w szczególności zawartość w węglu siarki lotnej (węgiel zawiera w swym składzie siarkę lotną i popiołową). W przeciętnych warunkach technologicznych eksploatacji kotłów węglowych kwasowy punkt rosy może osiągać wartości do 140oC, przy zawartości siarki w węglu 1% (według M. Kwestarz, M. Pronobis – „Modernizacja kotłów energetycznych”, WNT, Warszawa 2002).

Tyle teorii. Praktyka ją potwierdza. Kanały konwekcyjne kotłów korodują. Wielu użytkowników i serwisantów widziało to na własne oczy. Groźba korozji wisi nad kotłem nieubłaganie. Można ją jednak odsunąć w czasie. Na ostatniej (luty 2012 r.) corocznej konferencji branży kotlarskiej padła informacja, że u jednego z użytkowników pracuje jeszcze kocioł retortowy (stalowy), zainstalowany w połowie lat 90. jako pierwszy z kotłów instalowanych w ramach realizowanego w tym okresie programu modernizacji kotłowni węglowych. To już prawie 20 lat.

Kotły trzeba konstruować i eksploatować tak, aby minimalizować niebezpieczeństwo wykraplania się kondensatu wodno-kwasowego. Temperatury spalin wylotowych i wody powrotnej mają wprawdzie ważne znaczenie w tej materii, jednak istotniejsze jest zapewnienie ruchu mediów w kanałach spalinowych i wodnych. Temperatura ścianki wymiennika (na której mogą wykraplać się kondensaty) zależy nie tylko od różnicy temperatur spalin i wody po obu jej stronach, ale także od współczynników wnikania ciepła, które zależą – między innymi – od prędkości przepływu tych mediów.

Trzeba wyraźnie podkreślić, że temperatury początku wykraplania się pary wodnej z mieszaniny gazowej (temperatury punktu rosy), które były cytowane powyżej, odnoszą się do gazów zamkniętych w naczyniu (będących w bezruchu). W kotle odpowiadałoby to sytuacji, kiedy kocioł stoi w podtrzymaniu, pompa obiegowa c.o. nie pracuje, a wlot powietrza z dmuchawy do palnika jest zamknięty przysłoną. Sytuacja taka występuje w kotle bardzo rzadko. Zwracam jednak na to uwagę, gdyż na forach internetowych można znaleźć mnóstwo komentarzy, które sugerują zmniejszanie zużycia paliwa poprzez jak najdłuższe utrzymywanie kotła w stanie podtrzymania przy zamkniętym wlocie powietrza z dmuchawy do palnika (aby żar się nie wypalał), naprzemiennie z krótką pracą na maksymalnej mocy (z maksymalną sprawnością). Jednakże przy niskim zapotrzebowaniu ciepła przez ogrzewane obiekty, takie prowadzenie kotła stwarza wysokie ryzyko uzyskania w niektórych strefach kotła warunków sprzyjających wykraplaniu się kondensatu wodno-kwasowego. Jeśli kondensat wykropli się w trudno dostępnych strefach, w których występuje tendencja zalegania pyłu, praktycznie nie ma już możliwości pozbycia się go całkowicie. Kwas siarkowy będzie działał nawet po wyłączeniu kotła na okres letni.

Warto także zwrócić uwagę, że silnie korozyjny kwas siarkowy tworzy się z trójtlenku siarki, zaś w spalinach z węgla przeważa dwutlenek siarki, który tworzy kwas siarkawy o niewspółmiernie słabszej korozyjności. Trójtlenek siarki tworzy się w warunkach spalania przewlekłego, charakterystycznego dla pracy dużych kotłów na małych mocach (kotły przewymiarowane, kotły w fazie podtrzymania żaru, duże kotły używane do grzania ciepłej wody użytkowej poza okresem grzewczym).

Jak utrzymać temperaturę spalin? Jaką więc utrzymywać temperaturę spalin wylotowych i jaką wody powrotnej z instalacji c.o.? Nie podam konkretnych wartości. Nie ma wyników badań, które szczegółowo i jednoznacznie określałyby te temperatury. Nie mam więc w tej materii rzeczowych argumentów w postaci stosownych wyników badań. Sugeruję unikanie temperatur minimalnych i utrzymywanie ich raczej na wyższym poziomie. Moja natura pcha mnie w kierunku zmniejszania ryzyka przedwczesnego zniszczenia kotła czy komina, nawet kosztem zwiększenia zużycia paliwa. Proszę zwrócić uwagę, że strata kominowa rośnie o 1% na każde 15-20oC przyrostu temperatury spalin wylotowych. Nie są to wielkości porażające. Ktoś inny może mieć jednak odmienne zdanie i preferencje.

Każdy użytkownik musi w tym przypadku podjąć własną decyzję i sam ponieść jej konsekwencje. Z pewnością jednak dobrze jest często sprawdzać, czy w newralgicznych miejscach w kotle nie występuje wilgotny pył, świadczący o wykraplaniu się kondensatu.

dr inż. Jacek Zawistowski

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij