Скорость дымовых газов в дымоходе. Что же такое «плохая обратная тяга»? Аэродинамический расчет тракта дымовых газов

Обратная тяга в дымовой трубе возникает и в том случае, когда температура наружного воздуха выше температуры воздуха в помещении. Такое явление наблюдается преимущественно в летнее время года, когда наружного воздуха достигает максимальных значений. Поэтому при неработающих печах дымовые трубы в жаркие дни могут работать не на вытяжку, а на .

Во многих случаях обратная образуется в результате потери плотности стенок дымовой трубы, в которых под действием ветра, атмосферных осадков и частой смены температурных режимов появляются сквозные трещины и . них в дымовую трубу подсасывается значительное количество наружного воздуха, препятствующего свободному продвижению дымовых газов. Вследствие дополнительного притока холодного воздуха из атмосферы или соседних вентиляционных каналов будет значительно снижаться температура уходящих газов, а следовательно, и разрежение. Поэтому в процессе эксплуатации дымовые и вентиляционные каналы следует периодически проверять на плотность. Явление обратной тяги в дымовых трубах не отражается на работе всех печных устройств, но и создает реальную угрозу отравления продуктами сгорания топлива.

В индивидуальных домах для защиты дымовой трубы от влияний ветра используют дефлекторы. Однако применение таких защитных приспособлений не исключает возможности возникновения обратной тяги в дымовой трубе при значительном увеличении скорости ветра, изменении направления воздушных потоков и других природных явлений. таких дефлекторов на дымовые трубы, предназначенные для отвода продуктов сгорания от печей, запрещена.

Дефлектора основана на использовании скорости ветра, который при определенных условиях создает дополнительное разрежение в дымовом и вентиляционном каналах. Степень разрежения должна быть достаточной для преодоления всех сопротивлений движению дымовых газов, которые могут возникнуть в дымовой трубе при различных погодных условиях. Опасно использовать металлические дефлекторы, так как в зимнее они часто обмерзают, вследствие в дымовых каналах наблюдается или прекращение тяги.

Определим площадь устья. Для того чтобы не было задувания, скорость в устье принимаем W ус = 3,0 м/с.

F ус = V 1 /W ус = 6,27/3 = 2,09 м 2 .

Тогда диаметр устья D ус = (4*F ус /π) 0,5 = (4*2,09/3,14) 0,5 = 1,63 м.

Диаметр основания D осн = 1,5* D ус = 1,5*1,63 = 2,45 м.

Скорость движения дымовых газов в основании:

W осн = 4* V 1 / (π* D осн 2) = 4*6,27/(3,14*2,45 2) = 1,33 м/с.

Действительное разряжение, создаваемое трубой должно быть на 20-40% больше потерь напора при движении дымовых газов по дымовому тракту. Примем h днйст = 1,3*∑ ΔР = 1,3*185701 = 241411 Па.

Для определения температуры дымовых газов в устье трубы, принимаем H тр = 40м. Падение температур для кирпичной трубы принимаем 1,5º на 1м высоты: .

Температура в основании принята Т осн = t осн + 273 = 573 К.

Тогда температура в устье трубы Т ус = Т осн – ΔТ = 573 – 60 = 513 К.

Найдем средний диаметр трубы D ср:

D ср = (D ус + D осн)/2 = (1,63 + 2,45)/2 = 2,04 м.

Средняя площадь сечения:

F ср = π* D ср 2 /4 = 3,14*2,04 2 /4 = 3,27 м 2 .

Средняя скорость движения дымовых газов

W ср = V 1 / F ср = 6,27/3,27 = 1,91 м/с.

Примем λ дг для кирпичной трубы 0,05.

Средняя температура дымовых газов в трубе:

T ср = (Т осн + Т ус)/2 = (573 + 513)/2 = 543 К.

Высота дымовой трубы находится по формуле:

Н тр = Ч/З.

Ч = h днйст + ρ дг *(W ус 2 - W осн 2)/2* T ср / Т о + ρ дг * W ус 2 /2* Т ус / Т о,

где ρ дг – плотность дымового газа при нормальных условиях, кг/м 3 .

Тогда числитель дроби:

Ч = h днйст + ρ дг *(W ус 2 - W осн 2)/2* T ср / Т о + ρ дг * W ус 2 /2* Т ус / Т о = 241411 + 1,295*(3 2 – 1,33 2)/2*543/273 + 1,295*3 2 /2*513/273 = 241431

З = (ρ в * Т о / Т в - ρ дг * Т о / Т ср)*g - λ дг / D ср * ρ дг * W ср 2 /2* Т ср / Т о,

где ρ в – плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м 3 ;

Т в – температура окружающей среды, К.

Тогда знаменатель дроби:

З = (ρ в * Т о / Т в - ρ дг * Т о / Т ср)*g - λ дг / D ср * ρ дг * W ср 2 /2* Т ср / Т о = (1,29*273/283 – 1,295*273/543)*9,81 – 0,05/2,04*1,295*1,91 2 /2*543/273 = 5,7055.

Тогда высота дымовой трубы: Н тр = Ч/З = 241431/5,7055 = 42315 м.

Принимаем трубу 40 метров из следующих соображений:

Основная высота застройки около 30 м, а дымовые газы должны рассеиваться с высоты выше уровня застройки.

Строительство трубы более 40 м экономически нецелесообразно, поэтому рекомендуется установить дымосос у основания трубы, который будет компенсировать разряжение.

Определим потери напора, которые должен компенсировать дымосос. Для этого в приложении Excel воспользуемся процедурой Сервис/Подбор параметра. Результат расчета показал, что при Н тр = 40 м компенсируются потери напора ΔР = 207,96 Па, тогда оставшиеся потери напора 241411 – 207, 96 = 241203,04 Па должны быть скомпенсированы за счёт тяги дымососа.

Заключение

Для нагрева 23 т/ч толуола с 10ºС до 110ºС требуется кожухотрубный теплообменник с диаметром кожуха D = 400 мм, числом труб n=111, длинной труб l = 2 м, площадью теплопередачи F = 16 мс запасом поверхности 0,57. Кроме рабочего устанавливается также запасной теплообменник того же типа.

Для нагрева потребуется 1,39 м/c газа, состава, приведенного в условии.

Для подачи толуола из хранилища необходимо установить центробежный насос типа 3К – 9 с производительностью V 2 = 40 м/ч, напором Н = 35 м, мощностьюN = 7 кВт, диаметром рабочего колеса D рк = 148 мм и КПД = 62 %.

Сопротивление действительное дымового тракта составляет 241411 Па. Рекомендуется для удаления дымовых газов установить кирпичную дымовую трубу высотой 40 м, в основании которой установить дымосос для создания разряжения не менее 241203,04 Па.

7. ГАЗОВОЗДУШНЫЙ ТРАКТ, ДЫМОВЫЕ ТРУБЫ, ОЧИСТКА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ
Газовоздушный тракт

7.1. При проектировании котельных тягодутьевые установки (дымососы и дутьевые вентиляторы) следует принимать в соответствии с техническими условиями заводов-изготовителей. Как правило, тягодутьевые установки должны предусматриваться индивидуальными к каждому котлоагрегату.

7.2. Групповые (для отдельных групп котлов) или общие (для всей котельной) тягодутьевые установки допускается применять при проектировании новых котельных с котлами производительностью до 1 Гкал/ч и при проектировании реконструируемых котельных.

7.3. Групповые или общие тягодутьевые установки следует проектировать с двумя дымососами и двумя дутьевыми вентиляторами. Расчетная производительность котлов, для которых предусматриваются эти установки, обеспечивается параллельной работой двух дымососов и двух дутьевых вентиляторов.

7.4. Выбор тягодутьевых установок следует производить с учетом коэффициентов запаса по давлению и производительности согласно прил. 3 к настоящим нормам и правилам.

7.5. При проектировании тягодутьевых установок для регулирования их производительности следует предусматривать направляющие аппараты, индукционные муфты и другие устройства, обеспечивающие экономичные способы регулирования и поставляемые комплектно с оборудованием.

7.6. Проектирование газовоздушного тракта котельных выполняется в соответствии с нормативным методомаэродинамического расчета котельных установок ЦКТИ им. И.И.Ползунова.

(К) Для встроенных, пристроенных и крышных котельных в стенах следует предусматривать проемы для подачи воздуха на горение, расположенные, как правило, в верхней зоне помещения. Размеры живого сечения проемов определяются исходя из обеспечения скорости воздуха в них не более 1 м/с.

7.7. Газовое сопротивление серийно выпускаемых котлов следует принимать по данным заводов-изготовителей.

7.8. В зависимости от гидрогеологических условий и компоновочных решений котлоагрегатов наружные газоходы должны предусматриваться подземными или надземными. Газоходы следует предусматривать кирпичными или железобетонными. Применение надземных металлических газоходов допускается, в виде исключения, при наличии соответствующего технико-экономического обоснования.

7.9. Газовоздухопроводы внутри котельной допускается проектировать стальными, круглого сечения. Газовоздухопроводы прямоугольного сечения допускается предусматривать в местах примыкания к прямоугольным элементам оборудования.

7.10. Для участков газоходов, где возможно скопление золы, должны предусматриваться устройства для очистки.

7.11. Для котельных, работающих на сернистом топливе, при возможности образования в газоходах конденсата следует предусматривать защиту от коррозии внутренних поверхностей газоходов в соответствии со строительными нормами и правилами по защите строительных конструкций от коррозии.

Дымовые трубы

7.12. Дымовые трубы котельных должны сооружаться по типовым проектам. При разработке индивидуальных проектов дымовых труб необходимо руководствоваться техническими решениями, принятыми в типовых проектах.

7.13. Для котельной необходимо предусматривать сооружение одной дымовой трубы. Допускается предусматривать две трубы и более при соответствующем обосновании.

7.14. (К) Высота дымовых труб при искусственной тяге определяется в соответствии с Указаниями по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий и Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий. Высота дымовых труб при естественной тяге определяется на основании результатов аэродинамического расчета газовоздушного тракта и проверяется по условиям рассеивания в атмосфере вредных веществ. При расчете рассеивания в атмосфере вредных веществ следует принимать максимально допускаемые концентрации золы, окислов серы, двуокиси азота и окиси углерода. При этом количество выделяемых вредных выбросов принимается, как правило, по данным заводов изготовителей котлов, при отсутствии этих данных - определяются расчетным путем.

Высота устья дымовых труб для встроенных, пристроенных и крышных котельных должна быть выше границы ветрового подпора, но не менее 0,5 м выше крыши, а также не менее 2 м над кровлей более высокой части здания или самого высокого здания в радиусе 10 м.

7.15. (К) Диаметры выходныхотверстий стальных дымовых труб определяются из условия оптимальных скоростей газов на основании технико-экономических расчетов. Диаметры выходных отверстий кирпичных и железобетонных труб определяются на основании требований п. 7.16 настоящих норм и правил.

7.16. В целях предупреждения проникновения дымовых газов в толщу конструкций кирпичных и железобетонных труб не допускается положительное статическое давление на стенки газоотводящего ствола. Для этого должно выполняться условие R < 1, где R - определяющий критерий, равный

Л - коэффициент сопротивления трению;

i - постоянный уклон внутренней поверхности верхнего участка трубы;

Yx - плотность наружного воздуха при расчетном режиме, кг/ м 3 ;

d0 - диаметр выходного отверстия трубы, м;

h0 - динамическое давление газа в выходном отверстии трубы, кгс/м 2:

W0 - скорость газов в выходном отверстии трубы, м/c;

g - ускорение силы тяжести, м 2 /с;

Yr - плотность газа при расчетном режиме, кг/м 3 .

Проверочный расчет должен производиться для зимнего и летнего расчетных режимов работы котельных.

При R > 1 следует увеличить диаметр трубы или применить трубу специальной конструкции (с внутренним газонепроницаемым газоотводящим стволом, с противодавлением между стволом и футеровкой).

7.17. Образование конденсата в стволах кирпичных и железобетонных труб, отводящих продукты сжигания газообразного топлива, при всех режимах работы не допускается.

7.18. Для котельных, работающих на газообразном топливе, допускается применение стальных дымовых труб при экономической нецелесообразности повышения температуры дымовых газов.

(К) Для автономных котельных дымовые трубы должны быть газоплотными, изготавливаться из металла или из негорючих материалов. Трубы должны иметь, как правило, наружную тепловую изоляцию для предотвращения образования конденсата и люки для осмотра и чистки.

7.19. Проемы для газоходов в одном горизонтальном сечении ствола трубы или стакана фундамента должны располагаться равномерно по окружности.

Суммарная площадь ослабления в одном горизонтальном сечении не должна превышать 40% общей площади сечения для железобетонного ствола или стакана фундамента и 30% - для ствола кирпичной трубы.

7.20. Подводящие газоходы в месте примыкания к дымовой трубе необходимо проектировать прямоугольной формы.

7.21. В сопряжении газоходов с дымовой трубой необходимо предусматривать температурно-осадочные швы или компенсаторы.

7.22. Необходимость применения футеровки и тепловой изоляции для уменьшения термических напряжений в стволах кирпичных и железобетонных труб определяется теплотехническим расчетом.

7.23. В трубах, предназначенных для удаления дымовых газов от сжигания сернистого топлива, при образовании конденсата (независимо от процента содержания серы) следует предусматривать футеровку из кислотоупорных материалов по всей высоте ствола. При отсутствии конденсата на внутренней поверхности газоотводящего ствола трубы при всех режимах эксплуатации допускается применение футеровки из глиняного кирпича для дымовых труб или глиняного обыкновенного кирпича пластического прессования марки не ниже 100 с водопоглощением не более 15% на глиноцементном или сложном растворе марки не ниже 50.

7.24. Расчет высоты дымовой трубы и выбор конструкции защиты внутренней поверхности ее ствола от агрессивного воздействия среды должны выполняться исходя из условий сжигания основного и резервного топлива.

7.25. Высота и расположение дымовой трубы должны согласовываться с местным Управлением Министерства гражданской авиации. Световое ограждение дымовых труб и наружная маркировочная окраска должны соответствовать требованиям Наставления по аэродромной службе в гражданской авиации СССР.

7.26. В проектах следует предусматривать защиту от коррозии наружных стальных конструкций кирпичных и железобетонных дымовых труб, а также поверхностей стальных труб.

7.27. В нижней части дымовой трубы или фундаменте следует предусматривать лазы для осмотра трубы, а в необходимых случаях - устройства, обеспечивающие отвод конденсата.

Очистка дымовых газов

7.28. Котельные, предназначенные для работы на твердом топливе (угле, торфе, сланце и древесных отходах), должны быть оборудованы установками для очистки дымовых газов от золы в случаях, когда

A p B>5000 (3)

B- максимальный часовой расход топлива, кг.

Примечание. Приприменениитвердого топлива в качестве аварийного установка золоуловителей не требуется.

7.29. Выбор типа золоуловителей производится в зависимости от объема очищаемых газов, требуемой степени очистки и компоновочных возможностей на основании технико-экономического сравнения вариантов установки золоуловителей различных типов.

В качестве золоулавливающих устройств следует принимать:

• блоки циклонов ЦКТИ или НИИОГАЗ - при объеме дымовых газов от 6000 до 20000 м 3 /ч;
• батарейные циклоны - при объеме дымовых газов от 15000 до 150000 м 3 /ч;
• батарейные циклоны с рециркуляцией и электрофильтры - при объеме дымовых газов свыше 100000 м 3 /ч.

"Мокрые" золоуловители с низконапорными трубами Вентури с каплеуловителями могут применяться при наличии системы гидрозолошлакоудаления и устройств, исключающих сброс в водоемы вредных веществ, содержащихся в золошлаковой пульпе.

Объемы газов принимаются при их рабочей температуре.

7.30. Коэффициенты очистки золоулавливающих устройств принимаются по расчету и должны быть в пределах, установленных прил. 4 к настоящим нормам и правилам.

7.31. Установку золоуловителей необходимо предусматривать на всасывающей стороне дымососов, как правило, на открытых площадках.

При соответствующем обосновании допускается установка золоуловителей в помещении.

7.32. Золоуловители предусматриваются индивидуальные к каждому котлоагрегату. В отдельных случаях допускается предусматривать на несколько котлов группу золоуловителей или один секционированный аппарат.

7.33. При работе котельной на твердом топливе индивидуальные золоуловители не должны иметь обводных газоходов.

7.34. Форма и внутренняя поверхность бункера золоуловителя должны обеспечивать полный спуск золы самотеком, при этом угол наклона стенок бункера к горизонту принимается 60° и в обоснованных случаях допускается не менее 55°.

Бункера золоуловителей должны иметь герметические затворы.

7.35. Скорость газов в подводящем газоходе золоулавливающих установок следует принимать не менее 12 м/с.

7.36. "Мокрые" искрогасители следует применять в котельных, предназначенных для работы на древесных отходах, в случаях когда A p B<5000 После золоуловителей искрогасители не устанавливаются.

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

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.

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 (

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.