Влияние дымовых газов на коррозию и деформацию дымовых труб

Дымовые газы оказывают значительное влияние на сталь дымовых труб, вызывая коррозию и деформацию, особенно при высоких температурах и наличии конденсата. Влияние также зависит от состава дымовых газов, температуры, скорости потока и материала трубы.

Начнем с типа используемого топлива. Для газовых котельных, в которых используемое топливо отличается относительно низким содержанием коррозионноактивных компонентов, рекомендуется использовать для производства дымовой трубы сталь марки AISI 304. Она обладает хорошей коррозионной стойкостью и достаточно высокой температурой плавления, что делает ее адекватным выбором для таких систем.

Для жидкотопливных котельных, где в состав топлива могут входить более агрессивные компоненты, для производства дымовой трубы следует обратить внимание на марки AISI 316 или AISI 321. Эти виды стали имеют улучшенные антикоррозионные характеристики благодаря добавлению молибдена и других легирующих элементов, что позволяет им лучше справляться с воздействием серы и других агрессивных составляющих, которые могут образовываться в процессе сгорания.

Если речь идет об угольных котлах, то здесь необходимо выбрать материалы для производства дымовой трубы, которые будут выдерживать более высокие температуры и агрессивные условия эксплуатации, поэтому подойдет сталь AISI 310 или AISI 321. Эти марки стали также предлагают дополнительные преимущества в условиях высоких температур, оказывая сопротивление коррозии, особенно в условиях, когда присутствуют остатки несгоревшего топлива и другие побочные продукты сгорания.

Используемое топливо служит фактором образования конденсата, разрушающими элементами которого являются азот и сера. С этой точки зрения полезно проанализировать состав и температуру выходящих газов для отопительных приборов разного типа.

Когда клиент задает вопрос о возможности изготовления жаропрочного дымохода, первый шаг заключается в детальном выяснении условий эксплуатации системы дымоотведения, что, как правило, начинается с уточнения температуры дымовых газов.

Специалисты Уральского завода дымоходов «Модуль» проектируют и производят промышленные дымоходы, работающие как в спокойных, так и в экстремальных условиях, а именно – подвергаются воздействию высоких температур, достигающих 1200°C. При высоких температурах необходимо использовать материалы, способные эффективно справляться с термическими нагрузками и минимизировать риск деформации или повреждения дымовой трубы. Нержавеющая сталь, подходящая для таких условий, должна иметь достаточно высокую термостойкость.

Для корректного подбора стали дымохода важно знать максимальную рабочую температуру:

• Отопительное оборудование на природном газе является наиболее стабильным по температуре и составу отходящих газов.
• Котельные установки на твердом топливе имеют две основных особенности конструкции, которые отражаются на составе и температуре продуктов сгорания:
  - котлы с обычной топкой имеют высокую (больше 100°С) температуру отходящих газов, что практически не приводит к образованию конденсата. Исключением являются угольные котлы, у которых температура образования конденсата (точка росы), как правило, находится в районе 100°С
  - к другой категории отопительных устройств на твердом топливе со сложной конструкцией топки относятся котлы длительного горения, у которых температура на выходе существенно ниже. Низкая температура продуктов сгорания и большое количество соединений серы и азота накладывают самые жесткие ограничения на выбор стали для дымохода.
• Котлы на дизельном топливе выделяют на выходе большое количество кислотных соединений, а достаточно низкая температура отходящих газов определяет обильное выделение конденсата в холодное время года.

МАТЕРИАЛ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЫМОВЫХ ТРУБ: варианты и аргументы

Рассматривая технического задание на проектирование и изготовление дымовой трубы для котельной, тип топлива – важные данные для выбора марки стали и толщины металла для дымовой трубы. Оно различается температурой сгорания, составом газов.

Если ранее главным критерием выбора материала дымовой трубы была жаростойкость, то сейчас критерии изменились. Материал для дымовых труб должен обладать коррозийной стойкостью, кислотоупорностью и огнестойкостью.

Для изготовления современных дымовых труб используют преимущественно низкоуглеродистую аустенитную нержавеющую сталь. Высокое содержание никеля придает ей пластичность, немагнитные свойства и хорошую пригодность к сварке. А также гарантирует сохранение свойств стали, независимо от температурного режима.

AISI 304

Это наиболее распространенный вид нержавеющей стали для производства дымохода. AISI 304 обладает хорошей коррозионной устойчивостью, включая высокотемпературные условия. Показатель жаростойкости у неё 850 °C. Опять же эта температура достижима благодаря наличию в стали всё того же хрома. Никель здесь создает аустенитную структуру, являющуюся более технологичной при обработке металла, нежели феррит. Также никель предотвращает рост зерна при нагреве, препятствуя снижению коррозионной стойкости. Вместе же с хромом никель повышает коррозионную стойкость нержавейки для дымохода, увеличивая его срок служб в относительно агрессивных средах. Температура эксплуатации дымоотвода из стали AISI 304 550-600 °C. Режим работы: сухой и влажный. Виды топлива, используемые котельной: газ, дрова, уголь и дизель. Проектируя дымовые трубы, нержавеющую сталь AISI 304 применяют как для внешнего, так и внутреннего (рабочего) контура дымовой трубы.

AISI 316

Это вид нержавеющей стали с добавлением молибдена, который увеличивает её коррозионную устойчивость, особенно к хлоридам и морской воде. AISI 316 является лучшим выбором для дымоходов в условиях высокой агрессивности, таких как промышленные окружения или близость к морю. Отличный вариант для применения в дымоходе конденсационного газового котла, для которого характерна низкая температура отходящих газов. Это действительно одна из самых коррозионностойких нержавеек для дымохода является аустенитная сталь AISI 316 (и её версии AISI 316L и AISI 316Ti). Сталь AISI-316 более кислотостойкая и подходит для агрессивных сред (таких как дизель, например). Сталь AISI 316 с индексом Ti, который обозначает наличие титана, может кратковременно эксплуатироваться при высоких температурах (800-850 °C) в агрессивных средах без опасения возникновения межкристаллитной коррозии. Помимо титана в нержавейке для дымохода есть молибден, повышающий химостойкость, совместно с никелем и хромом. Рекомендуемая рабочая температура до 650 °C. Режимы работы, опять же: сухой и влажный. Виды топлива: газ, дрова, уголь и дизель. Проектируя дымовые трубы, нержавеющую сталь AISI 316 применяют для внутреннего (рабочего) контура дымовой трубы.

AISI 321

Это аустенитная нержавеющая сталь, которая обладает улучшенной устойчивостью к межкристаллической коррозии благодаря добавлению титана. Она хорошо подходит для использования при высоких температурах. Ее применяют для внутреннего контура элементов дымохода, так как она обладает повышенной жаростойкостью (до 850°С), механической и химической прочностью. На поверхности AISI 321 не может образовываться окалина вплоть до температуры +950С. Эта сталь значительные нагрузки при высоких температурах. Даже при охлаждении до -200С аустенитная структура сохраняется. Поэтому является нержавеющая сталь AISI 321 одновременно жаростойкой и жаропрочной, хладостойкой и коррозионностойкой.

AISI 310

Марка 310 AISI является жаростойкой жаропрочной сталью. Высокое содержание хрома и никеля придают стали превосходное сопротивление окислению, так же как высокую прочность в высоких температурах. Этот сорт также очень податлив, и имеет хорошую свариваемость – что обусловливает его широкое применение. Рекомендуемая температура применения 1000°С. В интервале 600-800°С склонна к охрупчиванию (снижение пластичности и разрушение металла из-за введения в него и последующей диффузии водорода). Температура начала интенсивного окалинообразования 1050°С. Марка AISI 310S является низкоуглеродистой версией 310 и предложена для использования, где возможна коррозия высоко-температурными газами или конденсатами. Дымоотводы из AISI 310 могут использоваться с отопительными приборами, эксплуатируемыми в сложных условиях (с рабочей температурой до 900°C). Ими комплектуют промышленные твердотопливные котлы.

AISI 430

Марка AISI 430 содержит меньше никеля и хрома, чем марки AISI 304 и AISIS321, что делает ее менее устойчивой к коррозии. Однако, она обладает хорошей прочностью и экономически выгодна. Дымоходы из марки AISI 430 часто используются в более низких температурных условиях (до 450°С), и там, где коррозия не является проблемой. Например, ее можно применять только для газовых котлов с низкой интенсивностью эксплуатации. Проектируя дымовые трубы, нержавеющую сталь AISI 430 применяют для внешнего контура дымовой трубы.

Некоторым заказчикам, помимо технических характеристик нержавеющей стали для дымохода, важны ещё и её внешние данные. Распространены несколько вариантов исполнения поверхности нержавеющего листа: матовая, полузеркальная, и зеркальная. Зеркальная же поверхность обладает несколько более повышенной коррозионной стойкостью, нежели матовая поверхность той же марки стали.

О преимуществах нержавеющей стали для дымовых труб котельной:

• долговечность и надежность дымовой трубы (полностью окупает повышенные расходы на их приобретение);
• пластичность нержавеющей стали дает возможность выпускать основные и комплектующие элементы с минимальными отклонениями геометрических размеров;
• жаропрочность нержавеющей стали гарантирует длительный срок службы дымовой трубы для систем отопления с минимальным содержанием конденсата;
• высокие антикоррозийные свойства ряда марок нержавеющей стали обусловлены присутствием на поверхности пленки оксида хрома. При повреждении поверхности в результате механического воздействия или температурных перепадов она моментально восстанавливается, а значит, препятствует проникновению коррозии вглубь изделия.

СЭНДВИЧ ДЫМОХОДЫ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ КОТЕЛЬНЫХ. ВАЖНОСТЬ УТЕПЛЕНИЯ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ.

Температура и химический состав являются основными параметрами продуктов сгорания любого топлива и, если температура прямо влияет на требования к жаропрочности дымохода, то с химическим составом не все так однозначно. При высоких температурах отходящих газов все агрессивные элементы выносятся в окружающее пространство и заметного влияния на долговечность дымовой трубы не оказывают. Совсем другая ситуация возникает при отрицательных температурах наружного воздуха и низкой температуре дымовых газов. Для анализа воздействия агрессивных газов на стенки дымохода принято привлекать такое понятие как точка росы. Она показывает температуру внутри дымовой трубы, при которой влага дымовых газов начинает конденсироваться на ее стенках. Взаимодействие влаги и агрессивных химических веществ типа серы и азота приводит к образованию кислотных соединений, которые разъедают стенки дымовой трубы.

Если температура газов на выходе отопительного прибора находится чуть выше точки росы, то выпадение конденсата на стенках дымохода является практически гарантированным. Особенно интенсивно конденсат образуется в холодное время года, когда происходит достаточно быстрое охлаждение продуктов сгорания по мере их движения в дымовой трубе.

Решением снижения количества выделяемого конденсата является двухконтурная (двухслойная) конструкция дымохода, в которой внутренняя труба отделена от наружной слоем теплоизоляции.

Для разных климатических зон установлены различные нормативные показатели толщины стенок дымовой трубы. Нержавеющие трубы сэндвич изготавливают с различной толщиной утеплителя: от 25 до 200 мм. Этот показатель влияет на безопасность дымовой трубы и защиту от промерзания.

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ДЫМОВЫХ ТРУБ КОТЕЛЬНЫХ, РАБОТАЮЩИХ НА РАЗНЫХ ВИДАХ ТОПЛИВА.

Дымовая труба для газовой котельной

Объект: Котельной УПИ (паровая и водогрейная части)

В ходе реконструкции газовых котельных коммунальной инфраструктуры Нижнего Тагила устанавливаются современные водогрейные котлы с коэффициентом полезного действия не менее 94%, которые оснащены современными наддувными горелками с двухступенчатым сжиганием топлива, запланирована комплексная автоматизация котельных с погодозависимым регулированием отпуска тепловой энергии, что позволит уменьшить расход топлива.

Реконструкцией предусмотрено устройство новой конструкции дымовой трубы полного заводского изготовления (Уральский завод дымоходов «Модуль»), со стальным каркасом.

Виды работ со стороны специалистов ООО «УЗДМ»: проектирование разделов КМД, производство утепленных дымовых труб и опорной металлоконструкции.

• Основное топливо: природный газ
• Аварийное топливо: дизельное
• Высота вертикального участка дымовой трубы– 22 м
• Длина горизонтального участка газохода – 6-10 м
• Количество дымовых труб – 4
• Материал внутреннего контура дымовой трубы – нержавеющая сталь AISI 304 (обладает хорошей коррозионной устойчивостью, включая высокотемпературные условия); материал внешнего контура дымовой трубы – AISI430
• Толщина металла: 0,8/0,5 мм
• Диаметры дымовых труб: 700/800 мм
• Опорная металлоконструкция для дымовых труб: четырехгранная ферма, лестница и верхняя площадка для осмотра и обслуживания дымовой, молниезащита

Дымовая труба для угольной котельной

Объект: Котельной мощностью 70 Мвт

Новая котельная мощностью 70 мВт заменила действующую в поселке ТЭЦ (износ оборудования последней составил100%).

Установлено энергоэффективное оборудование и средства автоматизации. Для угольных котельных рекомендуется использовать высокие дымовые трубы. Это связано с необходимостью обеспечения хорошей тяги для эффективного удаления продуктов сгорания и предотвращения скопления вредных веществ вблизи здания.

• Основное топливо: уголь
• Высота дымовых труб - 55 метров
• Количество дымовых труб – 3
• Материал внутреннего контура дымовой трубы – нержавеющая сталь AISI 321 (одновременно жаростойкая, жаропрочная, хладостойкая и коррозионностойкая); материал внешнего контура дымовой трубы – оцинкованная сталь
• Толщина металла: 1,0/1,0 мм
• Диаметры дымовых труб: 1250/1350 мм
• Опора – трехгранная металлоконструкция (ферма)

Дымовая труба для ТЭЦ, основное топливо - остатки древесного производства

Объект: ТЭЦ предприятия лесопильного производства (20 МВт электроэнергии)

Строительство фанерного и лесопильного производств, административно-хозяйственных корпусов и собственной ТЭЦ. ТЭЦ обеспечивает производство теплом и электроэнергией, работает на древесном топливе, что стало эффективным решением для экологически чистого производства энергии.

Виды работ со стороны специалистов ООО «УЗДМ»: проектирование, производство утепленных дымовых труб и опорной металлоконструкции, монтаж

• Основное топливо: остатки древесного производство (твердое топливо)
• Высота дымовых труб - 30 метров
• Количество дымовых труб – 2
• Материал внутреннего контура дымовой трубы – нержавеющая сталь AISI 316 (одна из самых коррозионностойких нержавеек для дымохода, есть молибден, повышающий химостойкость, совместно с никелем и хромом); материал внешнего контура дымовой трубы – нержавеющая сталь AISI 304
• Толщина металла: 1,5/1,2 мм
• Диаметры дымовых труб: 1600/1700 мм
• Опора – трехгранная металлоконструкция (ферма)

Дымовая труба для комбинированной котельной

Объект: Комбинированная котельная установка мощностью 8 МВт

Модернизация котельной с заменой дымовых труб. Ранее на том же месте была котельная, работающая на жидком топливе. Сегодня котельная работает на полную мощность и оснащена новейшими системами автоматизации с удаленным доступом параметров теплогенерирующего оборудования.

Виды работ со стороны специалистов ООО «УЗДМ»: разработка раздела КМД, производство дымовых труб и металлоконструкции, доставка на объект

• Комбинированное топливо: газ/дизель
• Высота дымовых труб – 20 метров
• Количество дымовых труб – 3
• Материал внутреннего контура дымовой трубы – нержавеющая сталь AISI 321 (одновременно жаростойкая, жаропрочная, хладостойкая и коррозионностойкая); материал внешнего контура дымовой трубы –нержавеющая сталь AISI 304
• Толщина металла: 0,8/0,8 мм
• Диаметры дымовой трубы - 500/660, 600/760 мм
• Опора – трехгранная металлоконструкция (ферма)