Скорость газов в дымовых трубах котельных. Большая энциклопедия нефти и газа

9. Аэродинамический расчет тракта дымовых газов

Метод аэродинамического расчета котельных установок используется для подсчета газовых и воздушных сопротивлений и для выбора дымовых труб и тягодутьевых устройств. При аэродинамических расчетах определяют перепады давлений на газовоздушных трактах подсчетом их сопротивлений и возникающей на данном участке или в установке самотяги.

Когда теплоноситель не изменяет агрегатного состояния, расчет аэродинамики состоит изопределения суммы потерь напора в местных сопротивлениях и потерь напора на трение:

Потери напора на трение, Па определяют по формуле Дарси-Вейсбаха:

где – коэффициент сопротивления трением, зависящий при турбулентном режиме от

шероховатости, а при ламинарном и турбулентном от числа Рейнольдса;

– длина участка, м;

– плотность газа, кг/м 3 ;

– средняя скорость потока, м/с;

– эквивалентный диаметр, м;

g – ускорение свободного падения, м/с².

часовой объем дыма от одного котельного агрегата по формуле:

- действительное количество дымовых газов при средней величине избытка воздуха в газоходе, м³/кг;

-расчетный расход топлива, кг/ч;

-плотность газового топлива, кг/м 3 ,определяемая по следующей формуле:

где V г д – средний объем продуктов сгорания при нормальных условиях и средней величине избытка воздуха в газоходе, м 3 /ч;

α – коэффициент избытка воздуха;

V 0 – теоретически объем воздуха для горения при α=1, м 3 /кг, м 3 / м 3 ;

ρ с г.т. - плотность сухого газа, кг/м 3 ;

Для действительных условий плотность газовоздушной смеси определяется по формуле:

,

где t г – температура газов у дымососа, 0 С, принимается равной температуре газов за воздухоподогревателем (при его отсутствии за экономайзером).

Определяют сечение дымовых боровов, задаваясь скоростью движения дымовых газов 10 м/с по формуле

,

где - объем дыма, м³/с;

- оптимальная скорость движения дымовых газов, м/с;

м²

м²

Действительная скорость движения дымовых газов:

Определяем потери напора в местном сопротивлении в Па на участке по формуле:

Определяем потери напора на трение на участке, Па, по формуле Дарси-Вейсбаха:

l – длина участка, м;

ρ – плотность газа, кг/м 3

ω – средняя скорость потока, м/с.

d – эквивалентный диаметр, равный для круглого сечения его диаметру и для некруглого определяемый по формулам, м

10. Расчет дымовой трубы

Для котельной следует иметь одну общую дымовую трубу для всех котлоагрегатов, стоящую отдельно от здания котельной, с возможностью присоединения к ней еще одного-двух котлов. Стальные трубы могут иметь высоту не более 45 м, и устанавливаются только на вертикально-цилиндрических котлах и водогрейных котлах большой теплопроизводительности башенного типа. При естественной тяге и сжигании природного газа высота дымовой трубы должна быть не ниже 20 м.

Скорость газов на выходе из дымовых труб определяется условием недопустимости задержки ветром газов в трубе («задувания») при естественной тяге и целесообразным выбросом газов на необходимую высоту. При искусственной тяге скорость истечения газов определяется материалом труб и их высотой с учетом необходимости выброса в верхние слои атмосферы. Ориентировочные значения скорости дымовых газов на выходе их дымовых труб приведены в табл…

Потери на трение в дымовой трубе (кирпичной или железобетонной), Па, (кгс/см 2), определяются из выражения:

λ – коэффициент сопротивления трения. Среднее опытное значение для бетонных и кирпичных труб с учетом кольцевых выступов футеровки равно 0,05, для стальных труб с диаметром d д.т. ≥2 м λ=0,015, а при d д.т <2м λ=0,02;

ω 0 – скорость, м/с, в выходном сечении трубы диаметром d д.т.

Ориентировочные значения выходных скоростей газов из дымовых труб, м/с

Материал для дымовой трубы	Естественная тяга		Искусственная тяга
	Высота дымовой трубы, м
Железобетон
Стальной лист

При искусственной тяге охлаждение газов в дымовой трубе не учитывается. Потеря напора с выходной скоростью, Па (кгс/см 2), определяется

,

ξ – коэффициент местных потерь на выходе из трубы, равный 1,1.

Задаваясь скоростью движения дымовых газов на выходе их дымовой трубы согласно данным табл… определяют диаметр устья дымовой трубы по формуле:

Диаметр основания определяем по формуле:

Определяем действительную скорость истечения дымовых газов, м/с:

Определяем самотягу дымовой трубы, Па:

Рассчитываем полезную тягу дымовой трубы, Па:

Определяем полное сопротивление газового тракта котельной установки, Па (кгс/см 2), суммированием сопротивлений отдельных элементов установки:

11. Выбор дымососа

Найдем производительность дымососа:

Найдем напор по формуле:

По полученным значениям напора и производительности выбираем дымосос типа ВД: марка – ВД–6; частота вращения n =1450 об/мин, к.п.д. – 65 %.

Определим мощность дымососа по формуле:

Тепловая схема (принципиальная) отопительно-производственной котельной с паровыми котлами для закрытой системы теплоснабжения.

1 – котел; 2 – расширитель непрерывной продувки; 3 - питательный насос; 4 – подогреватель сырой воды; 5 – химводоочистка; 6 – потребитель технологического пара; 6а – потребитель теплоты, используемой на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение;7 – насос для подпитки тепловых сетей; 8 – теплообменники для сетевой воды; 9 – деаэратор атмосферный; 10 – охладитель выпара из деаэратора; 11 – сетевой насос; 12 – регулируемый клапан; 13 – редукционный клапан.

Библиографический список

1. Тепловой расчёт паровых котлов малой мощности: Учебное пособие / Курилов В.К. . - Иваново: ИИСИ, 1994. – 80 с.

2. Задачник по процессам тепломассообмена: Учебное пособие для вузов / Авчухов В.В., Паюсте Б.Я.. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 144 с.: ил.

3. Справочник по котельным установкам малой производительности / Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н.. - М.: Энергоатомиздат, 1989. – 488 с.: ил.

2008-01-11

При эксплуатации маломощных теплогенераторов очень большое значение имеет такой фактор, как правильно спроектированный и корректно смонтированный дымоход. Естественно возникает необходимость расчета. Как и всякий теплотехнический расчет, расчет дымоходов бывает конструкционный и поверочный. Первый из них представляет собой последовательность вложенных итераций (в начале расчета мы задаем некоторые параметры, такие как высота и материал дымохода, скорость дымовых газов и пр., а затем путем последовательных приближений уточняем эти значения). Однако на практике гораздо чаще приходится сталкиваться с необходимостью поверочного расчета дымохода, поскольку котел обычно подключается к уже существующей системе дымоудаления.

В этом случае у нас уже есть высота дымовой трубы, материал и площадь сечения дымохода и т.д. Стоит задача проверки совместимости параметров дымового канала и теплогенератора, т.е. необходимым условием корректной работы дымохода является превышение cамотяги над потерями напора в дымоходе на величину минимально допустимого разряжения в дымоотводящем патрубке теплогенератора. Величина естественной тяги зависит от многих факторов:

• формы поперечного сечения дымохода (прямоугольная, круглая и т.д.);
• температуры дымовых газов на выходе из теплогенератора;
• материала дымохода (нержавеющая сталь, кирпич и т.д.);
• шероховатости внутренней поверхности дымохода;
• неплотностей газохода, при сочленениях элементов (трещины в покрытии и т.п.);
• параметров наружного воздуха (температура, влажность);
• высоты над уровнем моря;
• параметров вентиляции помещения, где установлен котел;
• качества настройки теплогенератора — полноты сгорания топлива (соотношения топливо/воздух);
• типа работы горелки (модуляционный или дискретный);
• степени загрязненности элементов газовоздушного тракта (котла и дымохода).

Величина самотяги

В первом приближении величину самотяги можно проиллюстрировать на примере рис. 1.

h c = H д (ρ в - ρ г), мм вод. ст.,

где h c — величина самотяги; H д — эффективная высота дымохода; ρ в — плотность воздуха; ρ г — плотность дымовых газов. Как видно из формулы, основную переменную составляющую образуют плотности дымовых газов и воздуха, которые являются функциями от их температуры. Для того, чтобы показать насколько сильно величина самотяги зависит от температуры дымовых газов, мы приводим следующий график, иллюстрирующий эту зависимость (рис. 2).

Однако на практике гораздо чаще встречаются случаи, когда изменяется не только температура дымовых газов, но и температура воздуха. В табл. 1 приведены величины удельной самотяги на один метр высоты дымовой трубы в зависимости от температур продуктов сгорания и воздуха. Естественно, что таблица дает весьма приблизительный результат и для более точной оценки (во избежание интерполирования значений) необходимо подсчитывать реальные значения плотности продуктов сгорания и окружающего воздуха. Плотность воздуха ρ в при рабочих условиях:

где t ос — температура окружающей среды, °С, принимается для наихудших условий работы оборудования — летнего времени, при отсутствии данных принимается 20 °С; ρ в.ну — плотность воздуха при нормальных условиях, 1,2932 кг/м 3 ; ρ г — плотность дымовых газов при рабочих условиях:

где ρ г.ну — плотность продуктов сгорания при нормальных условиях, при α= 1,2 для природного газа можно принять — 1,26 кг/м 3 . Для удобства обозначим:

где (1 + αt)— температурная составляющая. Для упрощения операций будем считать плотность дымовых газов равной плотности воздуха и сводим все значения плотности, приведенные к нормальным условиям на промежутке t = -20…+400 °С, в табл. 2.

Практическое вычисление самотяги

Для вычисления естественной тяги необходимо уточнить среднюю температуру газов в трубе (символ) cp . Температура на входе в трубу (символ) 1 определяется из паспортных данных оборудования. Температуру продуктов сгорания на выходе из устья дымохода (символ) 2 находят с учетом их охлаждения по длине трубы.

Охлаждение газов в трубе на 1 м ее высоты определяется по формуле:

где Q — номинальная тепловая мощность котла, кВт; В — коэффициент: 0,85 — неизолированная металлическая труба, 0,34 — изолированная металлическая труба, 0,17 — кирпичная труба с толщиной кладки до 0,5 м.

Температура на выходе из трубы :

где H д — эффективная высота дымовой трубы в метрах.

Средняя температура продуктов сгорания в дымоходе :

На практике величину самотяги просчитывают для следующих граничных условий:

1. Для температуры наружного воздуха 20 °С (летний режим работы теплогенератора).
2. Если летняя расчетная температура наружного воздуха отличается более чем на 10 от 20 °С, то принимается расчетная температура.
3. Если теплогенератор эксплуатируется только в зимний период, то расчет ведется по средней температуре за отопительный период.

Для примера возьмем установку со следующими параметрами (рис. 3):

• мощность — 28 кВт;
• температура дымовых газов — 125 °С;
• высота дымовой трубы — 8 м;
• дымовая труба — из кирпича.

Охлаждение газов в трубе на 1 м ее высоты по (3):

Температура дымовых газов на выходе из трубы по (4):

Средняя температура продуктов сгорания в дымоходе по (5):

Тогда величина самотяги будет : h c = 8.(1,2049 - 0,8982)= 2,4536 мм вод. ст.

Вычисление оптимальной площади поперечного сечения дымового канала

1. Первый вариант определения диаметра дымохода Диаметр трубы принимается либо по паспортным данным (по диаметру выходного патрубка из котла) в случае монтажа отдельной дымовой трубы к каждому котлу, либо по формуле при объединении нескольких котлов в общий дымоход (суммарная мощность до 755 кВт):

Для цилиндрических труб определяется диаметр:

где r — коэффициент, зависящий от вида используемого топлива: для газа — r = = 0,016, для жидкого топлива — r = 0,024, для угля — r = 0,030, дрова — r = 0,045.

2. Второй вариант определения диаметра дымохода (с учетом скорости продуктов сгорания)

Согласно Norma UNI-CTI 9615, площадь поперечного сечения дымохода можно вычислить по формуле:

где m г.д — массовый расход продуктов сгорания, кг/ч. Для примера рассмотрим следующий случай:

• высота дымовой трубы — 7 м;
• массовый расход продуктов сгорания — 81 кг/ч;
• r = 0,8982 кг/м 3 ;
• плотность продуктов сгорания (при (символ) ср =120 °С) ρ г = 0,8982 кг/м 3 ;
• скорость продуктов сгорания (в первом приближении) w г = 1,4 м/с.

По (8) определяем ориентировочную площадь сечения дымового канала:

Отсюда вычисляем диаметр дымового канала и подбираем ближайший стандартный дымоход: 150 мм. По новому значению диаметра дымовой трубы определяем площадь дымового канала и уточняем скорость дымовых газов:

После этого проверяем, чтобы скорость дымовых газов укладывалась в диапазон 1,5-2,5 м/с. При слишком высокой скорости дымовых газов увеличивается гидравлическое сопротивление дымохода, а при слишком низкой — активно образуется конденсат водяных паров. Для примера просчитаем также скорость дымовых газов при нескольких ближайших типоразмерах дымохода:

• Ø110 мм: w г = 2,64 м/с.
• Ø130 мм: w г = 1,89 м/с.
• Ø150 мм: w г = 1,42 м/с.
• Ø180 мм: w г = 0,98 м/с.

Результаты представлены на рис. 4. Как видим, из полученных значений скоростным условиям удовлетворяют два типоразмера: Ø 130 мм и Ø 150 мм. В принципе, мы можем остановиться на любом из этих значений, однако Ø 150 мм предпочтительней, т.к. потери напора в этом случае будут меньше.

Для удобства подбора типоразмера дымохода можно использовать диаграмму рис. 5. Для примера: расход продуктов сгорания — 468 м 3 /ч; диаметр газохода Ø 300 мм — скорость продуктов сгорания w г = 1,9 м/с. Расход продуктов сгорания — 90 м3/ч; диаметр газохода Ø 150 мм — скорость продуктов сгорания w г = 1,4 м/с.

Потери напора в дымоходе

Сумма сопротивлений трубы:

Σ∆h тр = ∆h тр + ∆h мс, мм вод. ст. (10)

Сопротивление трения :

Потери в местных сопротивлениях:

где ζ= 1,0; 0,9; 0,2-1,4 — коэффициенты местного сопротивления с выходной скоростью (на выходе из трубы), на входе в дымовую трубу и в поворотах — отводах и тройниках (коэффициент выбирают в зависимости от их конфигураций), соответственно; λ— коэффициент сопротивления трения: 0,05 для кирпичных труб, 0,02 для стальных; g — ускорение свободного падения, 9,81 м/с2; d — диаметр дымовой трубы, м; w г — скорость продуктов сгорания в трубе:

V г.д — действительный объем продуктов сгорания:

BT — расход топлива с учетом теплотворной способности данного топлива:

где η— КПД установки из паспортных данных на оборудование, 0,9-0,95; Q нр — низшая теплотворная способность (в зависимости от состава топлива), для газа — 8000 ккал/м3; V г.о — теоретический объем продуктов сгорания, для природного газа можно принять 10,9 м3/м3; V в.о — теоретически необходимое количество воздуха, для сжигания 1 м3 природного газа 8,5-10 м3/м3; α— коэффициент избытка воздуха, для природного газа 1,05-1,25.

Проверка тяги производится по формуле :

H бар — барометрическое давление, принимаемое 750 мм вод. ст.; ∆Н п — перепад полных давлений газового тракта, мм вод. ст., без учета сопротивления и самотяги трубы; h = 1,2 — коэффициент запаса по тяге. Перепад полных давлений по газовому тракту (общий вид формулы):

∆H п = h т ˝ + ∆h - h c . (17)

где h т ˝ — разряжение на выходе из топки, необходимое для предотвращения выбивания газов, обычно принимается 2-5 мм вод. ст. В данном случае для проверки тяги перепад полных давлений берется без учета суммарного ∆h и самотяги трубы h c сопротивлений, таким образом:

∆H п = h т ˝ = 2-5 мм вод. ст.

Для наглядности изобразим процессы, происходящие в дымовом канале, на напорной диаграмме (рис. 6). По горизонтальной оси отложим перепады давления и потери напора, а по горизонтальной — высоту дымохода. Тогда отрезок DB будет обозначать величину cамотяги, а линия DA — перепад давлений по высоте дымовой трубы. С другой стороны от оси АВ откладываем потери напора в дымоходе. Графически потери давления по длине дымохода будет символизировать отрезок АС.

Производим зеркальную проекцию отрезка ВС и получаем точку С. Область, затушеванная зеленым цветом, символизирует разряжение в дымовом канале. Очевидно, что величина естественной тяги уменьшается по высоте дымохода, а потери напора возрастают от устья к основанию дымовой трубы.

Заключение

Как показывает многолетний опыт эксплуатации теплогенераторов с открытой камерой сгорания, от правильно спроектированного и корректно смонтированного дымохода в большой мере зависит надежная и стабильная работа теплогенерирующей установки (см. рис. 7). Поэтому необходимо уделять этому вопросу самое пристальное внимание уже на стадии проектирования системы теплоснабжения, а также проводить поверочные расчеты при ремонте, модернизации и замене теплогенераторов. Надеемся, статья поможет вам разобраться с этим немаловажным вопросом.

8.10. Расчет дымовой трубы

Расчет дымовой трубы заключается в правильном выборе ее конструкции и подсчете высоты, обеспечивающей допустимую концентрацию вредных веществ в атмосфере.

Рассчитаем минимальную высоту дымовой трубы.

Диаметр устья дымовой трубы D 0 , м, определяется по формуле:

где N – предполагаемое число дымовых труб (принимаем N = 1);

w 0 – скорость дымовых газов в устье дымовой трубы, м/с

(принимаем w 0 = 22 м/с /8/);

V – объемный расход дымовых газов, м 3 /с,

V = V Г *B, (78)

где В – суммарный расход топлива на станцию, кг/с;

V Г – удельный объем дымовых газов, м 3 /кг,

где - удельный объем дымовых газов, соответствующий теоретически необходимому объему воздуха, м 3 /кг,

Объемы продуктов сгорания подсчитываются по формулам:

где d Г – влагосодержание топлива (при температуре топлива 20 0 С

d Г = 19,4 /8/);

Тогда действительный объем газов:

С учетом плотности топлива имеем:

Суммарный расход топлива всеми котлами:

В = В Р *n, (84)

где В Р – расчетный расход топлива на один котел, кг/с;

n – число котлов.

В = 7,99*4 = 31,96 кг/с.

Тогда объемный расход дымовых газов:

V = 19*31,96 = 607,24 м 3 /с.

Диаметр устья дымовой трубы:

Высота дымовой трубы Н, м, определяется по формуле:

, /12/ (85)

где F – поправочный коэффициент, учитывающий содержание примесей в дымовых газах (для газообразных примесей F = 1);

A – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (для данного региона А= 200);

m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из трубы;

ПДК – предельно допустимая концентрация какого-либо элемента в атмосфере, мг/м 3 ;

C Ф – фоновая концентрация вредных веществ, обусловленная внешними источниками загазованности, мг/м 3 ;

М – массовый выброс вредных веществ в атмосферу, г/с;

Разность температур уходящих газов и атмосферного воздуха, 0 С.

Разность температур определяется формулой:

Т – температура воздуха самого жаркого месяца в 13 часов дня

150-20 = 130 0 С.

Фоновая концентрация С Ф зависит от промышленной развитости района сооружения станции. Поскольку город Сызрань является крупным промышленным центром, то фоновая концентрация велика: С Ф = 0,025 мг/м 3 .

Поскольку в топливе отсутствует сероводород, будем вести расчет только по выбросам диоксида азота NO 2 . ПДК по содержанию в воздухе этого элемента составляет 0,085 мг/м 3 .

Массовый выброс диоксида азота определяется пол формуле:

где q 4 – потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива (при сжигании газообразного топлива q 4 = 0 %);

Поправочный коэффициент, учитывающий влияние на выход оксидов азота качества сжигаемого топлива (для газообразного топлива, при отсутствии содержания в нем N, =0,9);

Коэффициент, учитывающий конструкцию горелок (для вихревых горелок =1);

Коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления (= 1);

Коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов в зависимости от условий подачи их в топку (=0);

r – степень рециркуляции дымовых газов (r = 0 %);

Коэффициент, характеризующий снижение выброса оксидов азота при подаче части воздуха помимо основных горелок (=1).

К – коэффициент, характеризующий выход оксидов азота, кг/т;

где D – паропроизводительность котла, т/ч;

Итак массовый выброс оксида азота:

М NO 2 = 0,034*8,57*0,9*31,96*34,32 = 287,6 г/с.

Для того, чтобы определить коэффициенты m и n, необходимо знать высоту трубы. Поэтому расчет ведется методом последовательных приближений.

Задаемся высотой трубы H = 150 м.

Коэффициент m определяем по формуле:

, (89)

где f – безразмерный параметр, определяемый по формуле:

Коэффициент n зависит от параметра V М, который определяется по формуле.

Тяга – это движение дымовых газов вверх по дымовой трубе дома, из области повышенного давления в область пониженного давления. В дымоходе(в трубе) установленного диаметра, высотой не менее 5м., образуется разрежение, это значит образуется необходимый минимальный перепад давления между нижней частью дымохода и верхней, воздух из нижней части, попадая в трубу, уходит вверх. Это и называют тягой. Тягу можно замерить специальными чувствительными приборами, либо взять пушинку и поднести ее к трубе.

Соответственно, если взять трубу достаточного диаметра, в которой у воздуха есть возможность двигаться, и вытянуть ее высоко вверх, то воздух от земли начнет постоянно вытекать наверх. Это происходит потому что вверху ниже давление, а разрежение больше, и воздух стремится туда естественным образом. А на его место придет воздух с других сторон.

В системе «топка + дымоход» тяга действует даже если печь в частном доме не работает. При горении дров образуется повышенное давление во внутренней топочной камере и образующиеся при горении дымовые газы требуют выхода. Все топки и печи имеют конструкцию, выводящую дымовые газы в дымоход.

Высота каждого дымохода подобрана так, чтобы создалась тяга, создалось изначальное разрежение. При горении в топочной камере, выделяется тепло, газы и возникает избыточное давление. Газы движутся в дымоходе под воздействием тяги, стремятся идти из области повышенного в область пониженного давления. Работают законы созданные природой.

Что же такое «плохая обратная тяга»?

Обратная тяга – это движение дымовых газов из области повышенного давления в область пониженного, но не вверх (как описано ранее), а вниз. Обратная тяга образуется при инверсии давления - когда давление вверху выше, чем внизу.

Причинами становятся самые обыденные вещи: если в частном доме или помещении герметично, стоят стеклопакеты, а вместе с дымоходом работает вытяжка, вытягивающая воздух из помещения. Тут и создается пониженное давление относительно окружающей местности. Поэтому, при растопке, когда дымоход пока еще холодный, у воздуха в верхней части дымохода большее давление, чем в помещении. Дым конечно пойдет туда, куда ему легче. Это явление называют «холодный столб». При остывании дымохода, внутри образуется воздушная масса низкой температуры, которая давит вниз, возникает обратная тяга. Если давление в частном доме, не пониженное, то теплый воздух пойдет вверх, в дымоход.

Таким образом, если в доме нет кухонной вытяжки и он не герметичен, никакого застаивания холодного воздуха в топке не будет.

Проверьте: если зимой перед тем, как затопить камин, сперва поджечь газету и занести ее в трубу (минуя топочную часть), то огонь не пойдет в помещение, какой бы ни был столб холодного воздуха. Огонь будет гореть и выходить только в трубу. Это указывает на то, что давление в помещении не пониженное и теплый воздух нормально стремится вверх.

При растопке печи или камина в частном доме иногда дым идёт в помещение. Связано это с тем, что образующиеся дымовые газы при первоначальной растопке еще не успели нагреться, и, при подъёме вверх соприкасаясь с холодными стенками, сразу охлаждаются. После этого они, естественно, устремятся вниз. Снова возникает обратная тяга в вентиляции дымохода. Чтобы нормализовать тягу в печке, важно растапливать правильно, понимая происходящие там процессы.

Опрокидывание тяги

Еще один возникающий вопрос – это опрокидывание тяги. В каких случаях это происходит?

Если дымоход протяженный и холодный (зачастую кирпичный), а давление сниженное. Если соотношение размеров топки и сечения дымохода соответствуют, если в доме нормальное давление, все равно возникает ситуация, когда при растопке пламени не хватает силы и отходящие дымовые газы успевают охладиться в дымоходе и обрушиваются вниз. Почему нет тяги в дымоходе? Происходит подобное при пасмурной погоде, ветре. Бывает, что огонь нормально разгорается, но потом дым валит внутрь дома. Почему нет тяги в печи? Почему образуется обратная тяга в дымоходе? Воздух из дома забирается, и давление снижается, притока воздуха нет. А дымовые газы поднимаясь охлаждаются и обрушиваются вниз. Что надо знать в таких ситуациях? Приоткройте форточку, если помещение имеет стеклопакеты и герметично. Важна подготовка дров, их качество.

Как правильно собрать дымоход?

Сэндвич дымоходы (сборные), собираются по дыму и по конденсату.

Существует мнение, что собирать по дыму правильнее. Объясняют тем, что на стыках труб остаются щели, куда забиваются выходящие в трубу дымовые газы. В противоположность этому, считается, что если собрать по дыму, то дым перестанет выходить.

Решить такой спор можно, если в действующей печи дома высверлить в любом месте дымохода отверстие и посмотреть, а что же произойдет. Наиболее интересно сделать это в нижней части. Отверстие высверлите любое, хоть сантиметр в диаметре. Что вы увидите? Из этого отверстия никакого дыма выходить не будет (если не закрывать плотно дымоход сверху).

Что же важнее учесть при сборке дымохода?

Главное – учесть то, что в каждом дымоходе дома возможно возникновение конденсата, особенно когда он еще холодный и теплые дымовые газы, поднимаясь сильно охлаждаются. На стенках может оседать конденсат, который стекает по трубе.

Если дымоход собран по дыму, то конденсат легко проникает в щели и увлажняет изоляцию, полностью лишая её теплоизолирующих свойств. Тут и до пожара недалеко. Поэтому сборка модульных дымоходов ведётся только по конденсату. Дымоходы собираются на четкий стык, с герметиком по внутренней трубе. Однако дымоходы сами по себе должны быть качественными, чтобы не оставалось посторонних щелей. Если щели останутся - через них зайдет воздух, и получается, что все равно тяги не будет.

Но дымоход ведь большой, высокий! Не понимая в чем причина, вызывают мастеров. Мастера используют простой метод: накрывают сверху дымоход и смотрят, откуда пойдет дым. Тут обнаруживаются всевозможные нестыковки в дымоходе, которые и приводят к тому, что подсасывается воздух внутрь дымохода. Помните? Воздух стремится вверх, туда, где давление ниже. Поэтому, чем больше щелей, тем хуже тяга внизу. Сборка по дыму, к сожалению, не учитывает саму суть тяги. В результате огонь горит, а дым прёт во все стороны. Хотя логика тут не сложная - дым идет из области повышенного в область пониженного давления, туда, куда ему легче.

В чем измеряется тяга?

Норма тяги для стандартного камина или печи - в среднем 10 Паскаль (Па). Замеряется тяга за дымовым патрубком, так как именно там видны скорость эвакуации дымовых газов и соответствие соотношению размеров топки печи и диаметра дымохода.

Что еще влияет на величину тяги?

В первую очередь, высота дымохода. Минимально необходимая высота – 5 метров. Этого достаточно для возникновения естественного разрежения и начала движения вверх. Чем выше дымоход, тем сильнее тяга. Однако, в кирпичном дымоходе сечением в среднем 140х140мм., при высоте свыше 10-12 метров, тяга уже не возрастает. Это происходит потому, что значение шероховатости стенок растет с увеличением высоты. Поэтому, избыточная высота не влияет на тягу. Подобный вопрос возникает у желающих использовать под дымоходы каналы в домах. Они бывают большой высоты и узкого сечения, поэтому серьёзный камин редко подсоединяют к такому дымоходу.

Факторы влияющие на тягу:

• Температура отходящих дымовых газов. Чем выше температура, тем скорее устремляются дымовые газы вверх, возникает большая тяга.
• Прогреваемость дымохода. Чем быстрее прогревается дымоход, тем быстрее нормализуется плохая тяга.
• Степень шероховатости дымохода, внутренних стенок. Шероховатые стенки тягу снижают, при гладких стенках тяга лучше.
• Форма сечения дымохода. Круглое сечение – это образец; овальное, прямоугольное и так далее. Чем замысловатее форма, тем это сильнее влияет на тягу, снижая ее.
• Важно отметить,что влияет и соотношение размеров топки, диаметра выходного патрубка и диаметра дымоходной трубы. При избыточной высоте проектируемого дымохода, следует подумать о том, чтобы уменьшить сечение дымохода в среднем на 10%. На топку, на дымовой патрубок, установить переходник (например с 200-го диаметра на 180-й) и саму трубу брать 180-ую. Это допускается производителями. Если для примера говорить о "EdilKamin " , видно, что он расписывает в инструкциях к топкам, какого диаметра брать дымоход в зависимости от высоты.

Например:

• высота до 3 м – диаметр 250,
• высота от 3 м до 5 м – 200,
• высота от 5 м и выше – 180 или 160. Строгие рекомендации.

Другие производители (как пример, фирма Supra) допускают, что возможны изменения. Некоторые вовсе не допускают. Поэтому руководствуясь инструкциями, не стоит забывать и о происходящих в дымоходе процессах.

Как измеряется тяга?

Вначале затопите печь или камин в доме. Топить не менее получаса, чтобы нормализовались процессы. Затем, проделав отверстие в трубе чуть выше дымового патрубка, вставьте туда специальный датчик депримометра и измерьте тягу. Проверьте, избыточна она или ее не хватает. Факторов, влияющих на тягу, много, рассмотрим еще несколько.

Роза ветров

Ситуация когда господствующие ветра задувают прямо в дымоход и снижают тягу либо разворачивают её. Дымоход ставят с наветренной стороны, конечно если определены направления ветров. Если дымоход расположен далеко от конька и ниже, нельзя использовать подветренную сторону. Многоэтажные дома и деревья тоже влияют на тягу. Для компенсации порывов ветра и неудачного расположения дымохода используют антиветровые дефлекторы. По нормативам дымоход выводится на полметра выше конька. Если расстояние от конька 1,5 м - 3 м, то выводится в один уровень с коньком. Если расстояние свыше 3-х метров, то дальше действуют по формуле: от горизонтали, проведенной от конька, 10 градусов вниз. На практике дымоход делают выше конька, либо в один уровень с коньком. Важно использовать один дымоход для одной печи в доме.

Тяга в дымовой трубе котельного агрегата и ввод воздуха в топку котла могут быть естественными и искусственными. Для горения топлива необходим непрерывный подвод в топку котла атмосферного воздуха и удаление из топки котла образующихся дымовых газов в атмосферу через дымоход и дымовую трубу.

Естественная тяга осуществляется в котельных агрегатах производительностью до 2,5 т/час и с сопротивлением газового тракта не более 300 Па (30 мм водяного столба] при сжигании нешлакующих или малошлакующих топлив (дрова, торф) с помощью установки дымовой трубы. Естественной тягой называют разность давлений (появляющуюся вследствие различных плотностей наружного холодного воздуха и горячих дымовых газов в трубе котельной установки, которая приводит к возникновению движения потока дымовых газов в газоходах котла.

Тяга, Па, создаваемая в трубе газами,

где Н тр - высота дымовой трубы, м;

g г - плотность дымовых газов в дымовой трубе, кг/м,

g - ускорение свободного падения (9,81 м/с2).

Давление, создаваемое на том же уровне наружным воздухом,

где g в - плотность наружного воздуха, зависящая от температуры и давления воздуха, кг/м 3 .

Сила естественной тяги

где Sт - тяга, создаваемая дымовой трубой;

р 0 - давление воздуха по барометру. Па;

Т В - термодинамическая температура наружного воздуха, К

Т Г - средняя термодинамическая температура газов в дымовой трубе, К;

287,1 - газовая постоянная воздуха (R в);

газовая постоянная газообразных продуктов сгорания (

R г) зависит от их состава - R г к R в (табл. 23).

Таблица 23. Характеристика газов

Пример. Сделать расчет тяги в котле, развиваемую дымовой трубой высотой 50 м в зимнее время, при средней температуре уходящих дымовых газов t Г = 300°С, температуре наружного воздуха t В = -30°С и давлении наружного воздуха P В = 100 кПа (750 мм рт. ст.).

Находим значения Т Г и Т В в градусах Кельвина:

Т Г = t Г + 273 = 300 + 273 = 573К;

Т В = t В + 273 = - 30 + 273 = 243К.

По формуле (58) определяем тягу, развиваемую дымовой трубой

Схема создания естественной тяги в топке котла показана на рис. 97. В установку включены топка 2, котел и экономайзер 4. Тяга осуществляется дымовой трубой 5.

Дымовые газы при прохождении через котлоагрегат испытывают сопротивление о твердые поверхности газохода и сопротивление, вызываемое изменением направления движения потока газа.

Высоту дымовой трубы принимают такой, чтобы всегда имелся некоторый запас тяги, т.е. разрежение в топке (создаваемое трубой), которое должно быть больше суммы всех сопротивлений, получающихся в процессе прохождения газов по газоходам котлового агрегата. Для нормальной работы топки котла необходимо поддерживать в ней постоянное разрежение 20 - 30 Па (2 - 3 мм вод. ст.). Поэтому полная тяга, Па, создаваемая дымовой трубой и обозначаемая S, должна быть достаточной для преодоления всех аэродинамических сопротивлений котельного агрегата и создания разрежения в топке

Sт = Σ ΔSka + 20 - 30

где ΔSka - сумма сопротивлений всех элементов котельного агрегата.

В зависимости от температуры наружного воздуха тяга дымовой трубы изменяется:

чем ниже температура наружного воздуха, тем больше разность плотностей воздуха и дымовых газов в трубе и тем больше тяга,

чем выше температура наружного воздуха, тем меньше тяга.

Изменение тяги происходит и при изменении режима работы парового котла. В этом случае тягу регулируют большим или меньшим открытием соответствующих заслонок. При увеличении нагрузки котлов увеличивают часовое количество сжигаемого топлива, количество подаваемого в топку воздуха и усиливают тягу, что осуществляется большим открытием соответствующих заслонок, а при снижении нагрузки котла уменьшают подачу в топку топлива и воздуха и соответственно прикрыть заслонки.

Дымовые трубы строят стальными, кирпичными пли железобетонными в зависимости от мощности котельных агрегатов или котельной установки и срока работы, на который котельная установка рассчитана.

Стальные трубы (рис. 98, а) применяют редко, главным образом при временных установках и не выше 30 - 40 метров. Для котельных установок средней и большой мощности строят кирпичные трубы (рис. 98,6) высотой до 80 метров и железобетонные высотой 80-250 метров.

Для предохранения кирпичной кладки и железобетонной трубы от действия горячих газов внутри трубы выводят футеровку 8 из огнеупорного кирпича приблизительно на 1/4 ее высоты.

В кирпичных и железобетонных трубах газы остывают приблизительно на 1°С, а в остальных - на 1,5 - 2°С на каждый метр высоты трубы.

Дымовые трубы

Дымовые трубы должны иметь высокую надежность и долговечность при умеренной стоимости сооружения. До высоты 120 метров применяются дымовые трубы различных типов - кирпичные, металлические, из сборных элементов, монолитные железобетонные. Дымовые трубы высотой более 120 метров имеют, как правило, железобетонную коническую оболочку, которая воспринимает ветровые и весовые нагрузки. Внутренняя часть дымовой трубы, непосредственно соприкасающаяся с уходящими дымовыми газами котлов и энергетических установок, выполняется при этом по-разному. Наибольшее распространение до настоящего времени имели дымовые трубы с прижимной футеровкой из красного или кислотоупорного кирпича, укладываемого на консолях несущего железобетонного ствола (рис. 11.17, а). Однако эта конструкция дымовой трубы не является достаточно надежной, так как не исключает проникновения агрессивных дымовых газов к несущему железобетонному стволу трубы.

Рис. 11.17. Типы Дымовых труб с железобетонным несущим стволом (оболочкой). .

а - Дымовая труба с кислотоупорной прижимной футеровкой;

б - Дымовая труба с вентилируемым непроходным зазором;

в - Дымовая труба с цилиндрическим кремнебетонным газоотводящим стволом и проходным зазором;

г - Дымовая труба многоствольная с металлическими газоотводящими стволами;

1 - фундамент;

2 - железобетонный ствол;

3 - футеровка;

4 - вентилируемый непроходной зазор;

5 - вентиляционная установка:

6 - газоотводящий ствол;

7 - диффузор;

8 - цоколь.

Модификацией этого типа дымовой трубы, обеспечивающей повышенную надежность, является дымовая труба с вентилируемым непроходным зазором между газоотводящим стволом из кирпича и железобетонной оболочкой (рис. 11.17,6). Подогретый в паровых калориферах до температуры 60-100°С воздух подается в зазор шириной 100-200 мм с помощью вентилятора, установленного под дымовой трубой. В некоторых случаях вентиляция в зазоре может осуществляться за счет самотяги.

Наиболее высокой надежностью отличается дымовая труба, состоящая из газоотводящего ствола цилиндрической формы, отделенного проходным (обслуживаемым) зазором от железобетонного несущего ствола конической формы (рис. 11.17, а). Внутренний ствол дымовой трубы выполняется из кремнебетонных плит, отличающихся высокими коррозионными свойствами, или стального листа.

Для тепловых электростанций ТЭС с набором большого количества разнотипного парогенерирующего и теплогенерирующего оборудования, особенно на ТЭЦ, получили применение многоствольные дымовые трубы (рис. 11.17,г), в которых внутри железобетонной оболочки устанавливается несколько (обычно 3-4) металлических стволов цилиндрической формы. Каждый ствол заменяет отдельно стоящую трубу дымовую трубу и обслуживает подсоединенные к нему котлы. В верхней части цилиндрические стволы дымовой трубы переходят в секторные для создания единого дымового факела, обеспечивающего подъем на большую высоту.

Для надежной работы всех конструкций дымовых труб необходимо, чтобы давление внутри газоотводящего ствола на любой отметке было меньше, чем в окружающей атмосфере на этом же уровне. В этом случае при наличии каких-либо неплотностей в стволе дымовой трубы воздух будет подсасываться к дымовым газам. В случае положительной разности давлений между дымовыми газами и воздухом может произойти просачивание агрессивных газов через футеровку и несущий ствол и разрушение несущего ствола дымовой трубы.

Разность статических давлений газов в стволе и окружающем воздухе, Па, в любом сечении дымовой трубы определяется по формуле

ΔРст = Рдо + Σ ΔРтр - Рд -

g ΔPL (11 . 64)

где Рдо = p· w

2 0 / 2 - динамическое давление газов в устье дымовой трубы, Па; Рд - динамическое давление газов на расстоянии l от выходного сечения; w 0 , w - скорости газов в устье дымовой трубы и в рассматриваемом сечении, м/с; Σ ΔРтр - потери на трение от рассматриваемого участка до верха трубы, Па; g - ускорение свободного падения, м/с2; ΔР = Pв - P - разность плотностей воздуха и дымовых газов (обычно Pв = 1,2 кг/м3 при tв = 20°С).

Для цилиндрического участка потери на трение определяются по выражению

ξ · l/d · Рдо (11. 65)

а для участка конической формы

ΔРтр = ξ / 8i · (Рдо - Рд) (11.66)

где ξ - коэффициент трения. Для металлических газоотводящих стволов принимается ξ = 0,015, для кремнебетонных ξ = 0,02; для футерованных конических стволов с учетом выступов ξ = 0,05.

Отсутствие избыточных статических давлений по всей высоте (ΔРст<0) дымовой трубы с газоотводящим стволом конической или цилиндрической формы обеспечивается следующим условием для числа Рихтера:

R = (ξ + 8i ) · Рдо / g ΔPD o

где D o - диаметр устья трубы, м; i - уклон образующей газоотводящего ствола.

Если R > 1, то в некотором сечении диаметра D м конической дымовой трубы статическое давление достигает максимального значения р ст.м, Па.

Отношение максимального статического давления к динамическому давлению на выходе из трубы находится по выражению

φ м = р ст.м / Рдо = (1+ ξ / 8i ) · S (11. 68)

относительный диаметр ствола, в котором это отношение достигает максимума,

D м = D/D 0 =

R 0,2 (11. 69)

Значения множителя S в формуле (11.68) в зависимости от числа R приводятся ниже:

R	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,5	3,0	4,0	5,0
S	0,012	0,037	0,066	0,10	0,120	0,208	0,257	0,351	0,420

Если дымовая труба имеет переменный по высоте уклон, то обычно максимальное статическое давление наблюдается в верхней части трубы, и определение φ м производится по формуле (11.68) для верхнего ее участка. В некоторых случаях максимальное статическое давление может быть и на нижележащем участке. Это происходит, если число R, вычисленное на этом участке, окажется больше единицы. В этом случае р ст.м следует определять по общей формуле (11.64), разбивая трубу по высоте на ряд участков и строя эпюру статических давлений.

Для дымовых труб цилиндрической формы (i = 0) избыточное статическое давление в условиях ТЭС встречается редко (обычно R<1). В случае возникновения избыточного статического давления его максимальное значение находится на уровне ввода газоходов и определяется по выражению (11.64).

Способы борьбы с избыточным статическим давлением в дымовой трубе:

1) уменьшение

Pдо за счет выбора большего выходного диаметра Dо;

2) выполнение газоотводящего ствола или верхнего его участка цилиндрической формы (i = 0);

3) установка в верхней части дымовой трубы диффузора, снимающего избыточные статические давления во всем стволе.

Рис. 11.18. Вентиляционные трубы АЭС.

а - железобетонная труба для выброса вентиляционного воздуха: 1 - железобетонный вентиляционный газоход; 2 - ствол; 3 - фундамент;

4 - кислотоупорный кирпич; 5 -железобетон; 6 - цоколь;

б - металлическая вентиляционная труба на металлическом каркасе: 1 - труба; 2 - каркас;

в - металлическая вентиляционная труба в трубе: 1 - внутренняя труба; 2 - наружная труба.

Если

φ м =< 0,3 , то с достаточной степенью точности выходной диаметр диффузора D Д можно найти из соотношения

φ м > 0,3 следует устанавливать более длинные диффузоры и учитывать гидравлические потери в последних.

Разрушения дымовой трубы могут происходить и за счет других причин - растрескивания футеровки из-за повышенной разности температур, проникновения газов в ствол вследствие диффузии и возникновения при этом сернокислотной коррозии и др.

При использовании высокосернистых топлив может происходить разрушение наружной поверхности верхней части железобетонной оболочки дымовой трубы на длине до двух ее диаметров за счет обволакивания уходящими из нее дымовыми газами. Это может иметь место при низких скоростях уходящих газов и высоких скоростях ветра

Р ДО = < 2,4 Р ДВ (11.72)

где Р ДВ - динамическое давление ветра на уровне устья дымовой трубы, Па.

Вентиляционные трубы АЭС не имеют особых отличий от труб ТЭС. Размеры труб при одинаковой мощности ТЭС и АЭС значительно меньше у АЭС (высота труб АЭС обычно не превышает 100-120 м при умеренных диаметрах). Это объясняется малыми объемами выбросов у АЭС по сравнению с ТЭС и меньшим относительным содержанием вредных веществ.

Дымовые трубы АЭС строят из различных материалов - металлические, кирпичные, железобетонные и др. Выбор материалов зависит от размеров трубы и агрессивности к материалам примесей в удаляемом воздухе (рис. 11.18). Когда агрессивные примеси содержатся лишь в небольшой части удаляемого воздуха, применяют разделение стволов различных назначений