6.8. Конденсат и борьба с ним
Нередко при топке печи возникает такое явление, как образование конденсата, т. е. выделение в трубе черной жидкости со специфическим запахом. Жидкость образуется при конденсации водяных паров и паров смолистых веществ, которых особенно много при сжигании хвойных пород деревьев и березовых поленьев с корой. Причин у конденсации несколько. Во-первых, она обусловлена свойствами топлива. Основные горючие составляющие любого топлива – углерод, водород и летучая горючая сера. Углерод в чистом виде представляет собой твердое вещество черного цвета, водород – горючий газ, не имеющий ни цвета, ни запаха. В состав топлива входит еще кислород и азот, а также минеральные вещества, из которых после сгорания топлива образуется зола и шлак.
Теплотворная способность каждого вида топлива зависит от его горючих составляющих, а также от зольности и влажности топлива. Чем больше процентное содержание горючих элементов в топливе, тем выше его теплотворная способность. Наоборот, чем больше влажность и зольность топлива, тем ниже его теплотворная способность. Минеральные вещества, вода и азот не принимают участия в горении, составляя так называемый балласт топлива.
Известно, что при сгорании двух частей водорода с одной частью кислорода образуется водяной пар, который уносится в дымовую трубу. Кроме того, даже в самом сухом топливе имеется какая-то часть влаги, которая также входит в состав отходящих газов. Идущие по трубе дымовые газы являются смесью продуктов сгорания топлива, состоящей из окиси углерода, водяных паров, остатков несгоревших частиц топлива (сажи), а иногда и паров серы.
Когда температура отходящих газов низка (в частности – стенки дымовой трубы сильно охлаждены), водяные пары конденсируются в трубе, оседая на ее стенках в виде капель воды, смешиваются с другими компонентами дымовых газов и стекают по трубе, пропитывая при этом кирпич, если труба кирпичная. Увлажненные стенки трубы сыреют, что ухудшает в ней тягу и постепенно разрушает кирпич, образуя на поверхности пятна. Пятна с наружной стороны печи удаляют, оштукатуривают такие места цементным раствором, а чаще всего заменяют кладку новой. Выделяемые конденсатом тяжелые запахи приводят к невозможности проживания в доме.
Своя специфика имеется в случае металлических дымоходов, которыми наиболее часто комплектуются металлические печи. Дело в том, что разрушаются элементы дымоходов преимущественно изнутри, причем они вовсе не прогорают, как принято считать, а основной причиной являются имеющиеся еще в топливе примеси серы. При движении по дымовому тракту образующийся при сгорании серы сернистый ангидрит (SO3) по мере охлаждения отходящих газов смешивается с водяными парами с образованием серной кислоты (H2SO4), которая довольно быстро разрушает обычные конструкционные стали. Вот почему в первую очередь из строя выходит не примыкающая непосредственно к печи труба (казалось бы, наиболее жесткие условия работы), а те элементы, которые ближе к выходному отверстию. Если бы температурная коррозия была весомее, все было бы иначе. Вот почему весьма распространенные из-за своей простоты металлические трубы из простой стали «прогорают» быстро, а всевозможные способы их защиты от коррозии снаружи малоэффективны.
Чтобы вода, имеющаяся в горячих газах, лучше улетучивалась, их температура должна быть повышенной. На хорошо нагретых стенках трубы капли влаги просто не образуются. А какие трубы лучше всего охлаждаются? Ну конечно же металлические – у них мала теплоемкость и высока теплопроводность стенок. Вот почему утепление дымовых труб для них особенно актуально. Холодная же труба является второй причиной образования конденсата, можно сказать, конструкционной.
Есть и третья причина – эксплуатационная. Это режим горения топлива в печи. Если печь работает в режиме малой тяги, отходящие газы успевают сильно охладиться со всеми вытекающими отсюда последствиями. Вот почему для печей с высоким кпд характерны проблемы с конденсатом.
Нормальная температура отходящих из печи газов при выходе из трубы в атмосферу – не ниже 100 °С, что и является условием отсутствия конденсации воды. Если дымовые газы при выходе в трубу, т. е. у вьюшки, достигают температуры около 250 °С, то конденсат не образуется, улучшается тяга, печи быстрее нагреваются, потребляя при этом меньше топлива.
Стабильность температурного режима является также непременным условием наличия тяги, формируемой за счет разницы температур отходящих газов и атмосферного воздуха. Тяга способствует выносу из дымохода твердых и аэрозольных дымовых частиц. Если тяга плохая, происходит осаждение сажи и конденсата на стенках дымохода и задымление помещения.
Можно добиться сокращения воздействия агрессивной среды на дымоход путем быстрого преодоления порога конденсатообразования. Для этого, а также для того, чтобы температура в дымоходе была стабильна, нагрев его стенок должен происходить быстро, а остывание – медленно.
Образование конденсата в большей степени зависит от размеров колосниковой решетки, правильно поднятого пода и устройства горнила в русской печи, размеров канала, толщины стенок, длины и высоты дымовой трубы, температуры ее нагрева, влажности применяемого топлива, температуры выходящих из трубы газов и избыточного количества дымоходов в печи.
Высота дымовой трубы должна быть не менее 5 – 6 м, считая от уровня топочной камеры или пода русской печи. Толщину кладки стенок трубы следует выполнять в полкирпича (120 мм). Более тонкие стенки трубы быстро нагреваются и быстро остывают, что приводит к образованию конденсата. Такие трубы необходимо утеплять.
Различные трещины в трубе и печи, сквозь которые проникает холодный воздух, также способствуют охлаждению газов и образованию конденсата. Когда сечение канала трубы (дымохода) выше требуемого для данной печи, дымовые газы поднимаются по ней очень медленно и холодный наружный воздух охлаждает их в трубе. Большое влияние на силу тяги, т. е. на выход дымовых газов, оказывает гладкость стенок дымоходов. Чем они глаже, тем сильнее тяга. Все шероховатости в трубе способствуют снижению тяги и задерживают на себе сажу.
Иногда для улучшения тяги в печах приходится перекладывать трубы, уменьшая размеры дымохода, опуская или поднимая высоту трубы на крыше. Делают это до тех пор, пока не получат удовлетворительный результат. В местах сужения дымохода следует стесывать прямые углы, чтобы обеспечить более плавный переход газов.
На тягу в трубе также влияет ветер. В частности, он может способствовать тому, что газы лучше выходят из дымохода, как бы высасываются из него. Если же ветер дует сверху вниз, то он задувает газы в трубу, и происходит так называемое опрокидывание тяги, или тяга снижается до минимума.
Чтобы уменьшить действие ветра на выходящие из трубы газы, необходимо скашивать наклонные плоскости труб, а еще лучше – накрывать их металлическими колпаками-зонтами со скошенными плоскостями. Ударяясь о них, ветер отклоняется от своего первоначального направления и не попадает в трубу. Кроме того, колпак предохраняет верх трубы и ее стенки от намокания и размывания дождевыми водами. В сырых трубах тяга снижается.
Большую роль играет и процесс сгорания топлива. Дерево воспламеняется при температуре не ниже 300 °С, каменный уголь – при 600 °С. Нормальный процесс горения протекает при более высокой температуре: дерево – при 800 – 900 °С, каменный уголь – при 900 – 1200 °С. Такие температуры обеспечивают непрерывное горение при условии, что воздух (кислород) постоянно поступает в нужном для горения количестве. Когда его подается слишком много, топливник будет охлаждаться, а горение – ухудшаться, так как для хорошего горения нужна высокая температура. Не следует топить печь при открытой топке. При полном сгорании топлива цвет пламени соломенно-желтый, а дым белый или почти прозрачный. В этом случае сажа почти не откладывается на стенках каналов печи и трубы.
При недостаточной подаче кислорода в печь топливо сгорает не полностью, дрова тлеют или горят темно-красным пламенем, а из трубы идет черный дым, который уносит с собой несгоревшие мельчайшие частицы.
