Kondenzační kotel pro každého (VI)

Datum: 8.3.2002  |  Autor: Ing. Vladimír Valenta

Kolik vzniká kondenzátu při provozu kotle a co s ním?
Při kondenzaci spalin zemního plynu vzniká kondenzát, který musí být odváděn z kotle. Pro rozhodování o neutralizaci či o ředění kondenzátu musí být známo jednak průtokové množství kondenzátu, jednak jeho množství za vytápěcí období.


Obr.1 Měrná zkondenzovaná vlhkost

Množství vlhkosti, která zkondenzovala v kotli ze spalin, závisí na teplotě spalin a na součiniteli přebytku vzduchu λ. Hodnoty měrné zkondenzované vlhkosti, což je zkondenzovaná vlhkost v kg, vzniklá spálením 1 m3 zemního plynu (ZP), je vhodné vyjádřit graficky (obr.1). Na vlhkostním diagramu jsou také uvedeny stupnice účinnosti spalování vztažené k výhřevnosti ηr a stupně kondenzace. Z diagramu je patrné, že v ideálním případě po spálení 1 m3 ZP zkondenzuje až 1,36 kg vlhkosti. Děje se tak při ochlazení spalin o λ = 1 na teplotu 25 °C. Při větším ochlazení, např. na teplotu 15 °C, která je někdy referenční teplotou při definici spalného tepla, bude množství ještě větší. S rostoucí hodnotou l samozřejmě měrná zkondenzovaná vlhkost a stupeň kondenzace značně klesají.


Okamžitý průtok kondenzátu
Průtokové množství kondenzátu mk [kg.h-1] při určitém okamžitém příkonu kotle, který je dán průtokem plynu, se stanoví ze vztahu:

mk = mp. xk

kde:

mpprůtokové množství plynu[m3.h-1]
xkměrná zkondenzovaná vlhkost[kg.m-3 ZP]


Příklad
Zadání:
V kotli je v určitém okamžiku spalován zemní plyn o průtoku 10 m3.h-1. Měřením spalin výstupujících z kotle byla zjištěna teplota t = 46 °C a součinitel přebytku vzduchu λ = 1,5. Máme stanovit průtokové množství kondenzátu, který vzniká v kotli.

Řešení:
Pro uvedené parametry spalin odečteme z vlhkostního diagramu (obr.1) hodnotu měrné zkondenzované vlhkosti xk = 0,34 kg.m-3 ZP.
Výpočtem určíme průtokové množství kondenzátu mk = 10. 0,34 = 3,4 kg.h-1.


Množství kondenzátu vzniklé za vytápěcí období
Množství kondenzátu vzniklé za vytápěcí období se určuje obtížněji, neboť se mění vytížení kotle, resp. průtok ZP, a s ním i teplota spalin a často i hodnota λ. Proto je vhodné použít graficko-početní řešení. Pro řešení jsou potřebné 3 diagramy s charakteristikami kotle (obr.2) a s charakteristikami klimatu (obr.3) a vlhkostní diagram (obr.1). Prvé dvě charakteristiky byly probrány již dříve. Sledujme nyní kolik vznikne kondenzátu za vytápěcí období, když výpočtový průtok plynu bude 1 m3.h-1. Tento průtok je samozřejmě pouze při vytížení q = 1.


Obr.2 Charakteristika kondenzačního kotle
(závislost účinnosti na vytížení)
Postup řešení je následující. Nejprve doplníme do charakteristiky kotle (obr.2) průběh tzv. kondenzačního faktoru fk [-], který je dána vztahem:
fk = Δηk. q

kde:
Δηkzvýšení účinnosti vlivem kondenzace = η - 1[-]
qvytížení kotle (poměrný tepelný výkon)[-]

Zvýšení účinnosti vlivem kondenzace Δηk je vztaženo k účinnosti rovné 1. V kondenzačním faktoru je zohledněno to, že při nižším vytížení kotle není průtok ZP stálý, ale že klesá. Tím i klesá tvorba (průtok) kondenzátu.

Sestrojení průběhu kondenzačního faktoru si ukážeme přímo na příkladě. Vycházíme z charakteristiky určitého kotle s vytápěcí soustavou a z charakteristiky klimatu. Charakteristika kotle s vytápěcí soustavou 75/60 °C (křivka a) se vyznačuje tím, že kondenzace spalin se děje v rozsahu vytížení q = 0,250 až q = 0,785, takže Δq = 0,535.

Průběh sestrojíme tak (obr.2), že hodnotu svislé pořadnice AB, která představuje zvýšení účinnosti vlivem kondenzace Δηk čili rozdíl Δ - 1 = 1,08 - 1 = 0,08, ponásobíme příslušnou hodnotou vytížení kotle q = 0,25. Dostaneme pořadnici AC, což je kondenzační faktor fk = 0,02. Pokud tuto operaci provedeme postupně pro vytížení 0,4, 0,5, 0,6 a 0,7, získáme hledaný průběh kondenzačního faktoru fk (křivka b). Průměrnou hodnotu kondenzačního faktoru fkp = 0,02 (přímka c) získáme graficky pomocí ploch jednotlivých čtverečků pod křivkou b.


Dále stanovíme průměrnou kondenzační účinnost Δkp = 1 + fkp = 1 + 0,02 = 1,02.


Obr.3 Charakteristika klimatu 20/-12/12 oC
Této hodnotě ve vlhkostním diagramu (obr.1) odpovídá hodnota měrné zkondenzované vlhkosti xk = 0,25 kg.m-3 ZP. Všimněme si ještě maximální hodnoty fk = 1,03. Této hodnotě odpovídá měrná zkondenzovaná vlhkost xk = 0,38 kg.m-3 ZP.

Ještě musíme zjistit poměrnou dobu poměrného výkonu Δu, čili pásmo kondenzace. Odečteme ji z charakteristiky klimatu (obr.3) po zanesení hodnoty Δq = 0,535. Dostáváme Δu = 0,94. Nakonec vypočítáme množství kondenzátu Mk [kg] za vytápěcí období ze vztahu - Mk = 24. do. Δu. xk

kde:

dopočet dnů vytápěcího období[-]
Δupoměrná doba poměrného výkonu[-]
xkměrná zkondenzovaná vlhkost[kg.m-3 ZP]

Takže
Mk = 24. 220. 0,94. 0,25 = 1 241 kg.


Odvod kondenzátu
Při provozu kotle v kondenzačním režimu, tj. pod teplotou rosného bodu spalin, se uvolňuje z vodní páry ve spalinách kondenzát. Stéká po povrchu výměníků na dno kotlové spalovací komory. Z nejnižšího místa výměníku je pak odváděn. Množství kondenzátu je v průběhu roku proměnné. Kondenzát ze spalin je kyselý s hodnotou pH danou obsahem rozpuštěného oxidu uhličitého CO2. Běžně je stupeň kyselosti uváděn v rozsahu pH = 3,8 až 5,4.

Podle předpisu ze SRN se doporučuje upravit vypouštění kondenzátu do kanalizace tak, že u kondenzačních kotlů:

  • s výkonem do 25 kW je napojení možné přímo na kanalizaci bez dalšího opatření,
  • s výkonem od 25 kW do 200 kW je napojení možné bez neutralizace, je-li kondenzát během nočního provozu zachycován ve zdržovací nádrži a během dne pak pozvolna vypouštěn spolu s ostatními splaškovými vodami tak, aby bylo dosaženo menší, než limitní kyselosti,
  • s výkonem nad 200 kW je napojení možné až po neutralizaci kondenzátu.


Obr. 4 Schema neutralizačního zařízení

Neutralizace (odkyselování) kondenzátu se provádí nejčastěji chemicky, kdy se snižuje obsah CO2 průtokem kondenzátu přes odkyselovací hmoty, na které se CO2 chemicky váže. Používají se mramor, magno, dolomit atd. Nejúčinnější je dávkování vápna Ca(OH)2, pokud lze zajistit pravidelnou manipulaci dávkování vápenného hydrátu.

Neutralizační zařízení tvoří nádoba nejčastěji z plastických hmot s náplní neutralizačního granulátu (obr.4). Nádoba umístěná poblíž kotle by měla mít malou výšku, aby výtok kondenzátu z kotle byl nad nádobou a nebyl nutný dodatečný základ pod kotel. Protože spaliny jsou většinou v kotli a často i ve spalinové cestě v přetlaku, je na odtokovém potrubí přetlaková vodní uzávěrka. Odtok do kanalizace je opařen zápachovou uzávěrkou.


 

Hodnotit:  

Datum: 8.3.2002
Autor: Ing. Vladimír Valenta   všechny články autora



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Google+  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (2 příspěvky, poslední 10.02.2017 11:19)


Projekty 2017

Partneři - Vytápíme plynem

logo BAXI
logo ENBRA
logo THERMONA
logo JUNKERS
logo PROTHERM

Partneři - Vytápění

logo ENBRA
logo GEMINOX
logo FENIX
logo FV PLAST
logo DANFOSS
logo THERMONA
 
 

Aktuální články na ESTAV.czVýprodej měřicích přístrojů TestoOhřev teplé vody: Úvodní rozvaha a normyPraha prodloužila lhůtu posouzení vlivu stavebních předpisůKermi Quickfinder – jednoduchá kalkulace pro zjištění vhodného otopného tělesa