Жаропонижающие средства для детей назначаются педиатром. Но бывают ситуации неотложной помощи при лихорадке, когда ребенку нужно дать лекарство немедленно. Тогда родители берут на себя ответственность и применяют жаропонижающие препараты. Что разрешено давать детям грудного возраста? Чем можно сбить температуру у детей постарше? Какие лекарства самые безопасные?
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 (т.е. в начале расчета мы задаем некоторые параметры, такие как высота и материал дымохода, скорость дымовых газов и т.д., а потом путем последовательных приближений уточняем эти значения).
Однако на практике гораздо чаще приходится сталкиваться с необходимостью поверочного расчета дымохода, так как обычно котел 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.
То есть 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
.
Где hc - величина самотяги;
Hд - эффективнаявысота дымохода;
в - плотность воздуха;
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 (см. рис. 2
).
Однако на практике гораздо чаще встречаются случаи, когда изменяется не только температура дымовых газов, но и температура воздуха. В таб. 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.
в - плотность воздуха при рабочих условиях:
где tос - температура окружающей среды, °С, принимается для наихудших условий работы оборудования - летнего времени. При отсутствии данных принимается 20 °С;
вну - плотность воздуха при нормальных условиях - 1,2932 кг/м3.
г - плотность дымовых газов при рабочих условиях:
где гну - плотность продуктов сгорания при нормальных условиях, пр= 1,2 для природного газа можно принять - 1,26 кг/м3.
Для удобства обозначим, a=1/273
тогда
где 1 + a x t - 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 ϑcp. Температура на входе в трубу ϑ1 определяется из паспортных данных оборудования. Температуру продуктов сгорания на выходе из устья дымохода ϑ2 находят с учетом их охлаждения по длине трубы.
Охлаждение газов в трубе на 1 метр её 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 метра.
Температура на выходе из трубы:
где Hд - 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 °С 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 выполнена из кирпича.
Охлаждение газов в трубе на 1 метр её высоты по :
Температура дымовых газов на выходе из трубы по :
ϑ2 = 125 — 8 x 1,016 = 117, °С.
Средняя температура продуктов сгорания в дымоходе по :
ϑср = (125 + 117)/2 = 121, °С.
Величину самотяги вычисляем по :
hc = 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:
r - коэффициент, зависящий от вида используемого топлива. Газ: r = 0,016, жидкое топливо: r = 0,024, уголь: 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 mг
д - массовый расход продуктов сгорания, кг/час.
Для примера рассмотрим следующий случай:
- Высота дымовой трубы 7 м;
- Массовый расход продуктов сгорания 81 кг/час;
- Плотность продуктов сгорания (при ϑср =120 °С) г = 0,8982 кг/м3;
- Скорость продуктов сгорания (в первом приближении) wг = 1,4 м/с.
По определяем ориентировочную площадь сечения дымового канала:
F = (0,225 кг/c)/(1,4 м/c x 0,8982) = 0,0178 м2 = 179 см2.
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.
wг = (0,225 кг/c)/(0,8982 кг/м3 x 0,01327 м2) = 1,89 м/c.
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:
Ø 110 mm: wг = 2,64 м/с.
Ø 130 mm: wг = 1,89 м/с.
Ø 150 mm: wг = 1,42 м/с.
Ø 180 mm: wг = 0,98 м/с.
Результаты представлены на рис. 4
. Как видим, из полученных значений скоростным условиям удовлетворяют два типоразмера: Ø 130 mm и Ø 150 mm. В принципе, мы можем остановиться на любом из этих значений, однако Ø 150 mm предпочтительней, так как потери напора в этом случае будут меньше.
Для удобства подбора типоразмера дымохода можно использовать диаграмму рис. 5
.
Для примера:
- Расход продуктов сгорания 468 м3/час; диаметр газохода Ø 300 мм - скорость продуктов сгорания wг = 1,9 м/с
- Расход продуктов сгорания 90 м3/час; диаметр газохода Ø 150 мм - скорость продуктов сгорания wг = 1,4 м/с
Потери напора в дымоходе
Сумма сопротивлений трубы:
Сопротивление трения:
Потери в местных сопротивлениях:
= 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.
- коэффициент сопротивления трения:
для кирпичных труб = 0,05;
для стальных труб = 0,02.
g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2.
d - диаметр дымовой трубы, м.
wг - скорость продуктов сгорания в трубе:
Vдг - действительный объём продуктов сгорания:
BT - расход топлива с учетом теплотворной способности данного топлива:
- КПД установки из паспортных данных на оборудование (0,9-0,95);
Qнр - низшая теплотворная способность (в зависимости от состава топлива), для газа - 8000 ккал/м3;
Voг - теоретический объем продуктов сгорания, для природного газа можно принять 10,9 м3/м3;
Voв - теоретически необходимое количество воздуха, для сжигания 1 м3 природного газа 8,5-10
м3/м3;
- коэффициент избытка воздуха, для природного газа 1,05-1,25.
Проверка тяги производится по формуле:
hбар - барометрическое давление, принимается 750 мм вод.ст.
HП - перепад полных давлений газового тракта, мм вод.ст., без учета сопротивления и самотяги трубы.
1,2 - коэффициент запаса по тяге.
Перепад полных давлений по газовому тракту (общий вид формулы):
где hT’’ - 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 сопротивления h и самотяги трубы hc.
Таким образом:
HП = hT’’ = 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 цве- том, символизирует разряжение в дымовом канале.
Очевидно, что величина естественной тяги уменьшается по высоте дымохода, а потери напора возрастают от устья к основанию дымовой трубы.
Пример корректного монтажа дымохода и выдержки из ДБН.В.2.5-20-2001 «Газоснабжение»
При проектировании и монтаже дымоходов обязательно необходимо соблюдать следующие пункты отечественных норм и правил:
ДБН В.2.5-20-2001 Приложение Ж «Отвод продуктов сгорания».
Ж.З. Отвод продуктов сгорания от бытовых газовых приборов, печей и другого бытового газового оборудования, в конструкции которых предусмотрен отвод продуктов сгорания в дымоход, следует предусматривать от каждого прибора, агрегата или печи по обособленному дымоходу.
В существующих зданиях допускается предусматривать присоединение к одному дымоходу не более двух водонагревателей или отопительных печей, расположенных на одном или разных этажах здания, при условии ввода продуктов сгорания в дымоход на разных уровнях, не ближе 0,5 м один от другого, или на одном уровне с устройством в дымоходе рассечки на высоту не менее 0,5 м.
Ж.6. Площадь сечения дымохода не должна быть меньше площади сечения патрубка газового прибора, присоединяемого к дымоходу. При присоединении к дымоходу двух приборов, печей и т.п. сечение дымохода следует определять с учетом одновременной их работы. Конструктивные размеры дымоходов должны определяться расчетом.
Ж.7 . Дымоходы следует выполнять из морозостойкого кирпича (Мрз 125), глиняного кирпича, жаростойкого бетона для многоэтажных зданий и асбесто-цементных труб для одноэтажных зданий. Допускается отвод продуктов сгорания предусматривать по стальным дымовым трубам. Конструкции дымовых каналов также могут быть заводского изготовления, поставляемые в комплекте с газовым оборудованием. При установке асбестоцементных и стальных труб вне здания или при прохождении их через чердак здания они должны быть теплоизолированные для предотвращения образования конденсата. Конструкция дымовых каналов в наружных стенах и приставных к этим стенам каналов также должна обеспечивать температуру газов на выходе из них выше точки росы. Запрещается выполнять каналы из шлакобетонных и других неплотных или пористых материалов.
Ж.9 . Присоединение газового оборудования к дымоходам следует предусматривать соединительными трубами, изготовленными из кровельной или оцинкованной стали толщиной не менее 1,0 мм, гибкими металлическими гофрированными патрубками или унифицированными элементами, поставляемыми в комплекте с оборудованием. Соединительная дымоотводящая труба, соединяющая газовый прибор с дымоходом, должна иметь вертикальный участок. Длина вертикального участка соединительной трубы, считая от низа дымоотводящего патрубка газового прибора до оси горизонтального участка трубы, должна быть не менее 0,5 м. В помещениях высотой до 2,7 м для приборов со стабилизаторами тяги допускается уменьшение длины вертикального участка до 0,25 м, без стабилизаторов тяги до 0,15 м. Суммарная длина горизонтальных участков соединительных труб в новых домах должна быть не более 3 м, в существующих домах - не более 6 м. Уклон трубы должен быть не менее 0,01 в сторону газового прибора. На дымоотводящих трубах допускается предусматривать не более трех поворотов с радиусом закругления не менее диаметра трубы. Ниже места присоединения дымоотводящей трубы от прибора к дымоходу должно быть предусмотрено устройство «кармана» сечением не менее сечения дымохода и глубиной не менее 25 см, имеющий люк для очистки. Дымоотводящие трубы, прокладываемые через неотапливаемые помещения, при необходимости должны быть покрыты изоляцией. Прокладка дымоотводящих труб от приборов и печей через жилые комнаты не допускается
Ж.10 . Расстояние от соединительной трубы до потолка или стены из несгораемых материалов принимается не менее 5 см, а из сгораемых и трудносгораемых материалов - не менее 25 см.
Ж.15. Дымовые трубы от газовых приборов в зданиях должны быть выведены:
- выше границы зоны ветрового подпора, но не менее 0,5 м выше конька крыши при расположении их (считая по горизонтали) не далее 1,5 м от конька крыши;
- в уровень с коньком крыши, если они отстоят на расстоянии до 3 м от конька крыши;
- не ниже прямой, проведенной от конька вниз под углом 10° к горизонту, при расположении труб на расстоянии более 3 м от конька крыши. Зоной ветрового подпора дымовой трубы считается пространство ниже линии, проведенной под углом 45° к горизонту от наиболее высоких точек вблизи расположенных сооружений и деревьев. Во всех случаях высота трубы над прилегающей частью крыши должна быть не менее 0,5 м, а для домов с совмещенной кровлей (плоской крышей) - не менее 2,0 м. Установка на дымоходах зонтов и других насадок не допускается.
Ж.20 . Длина горизонтального участка дымового канала от отопительного оборудования с герметичной камерой сгорания при выходе через наружную стену принимается не более 3 м.
Заключение
Как показывает многолетний опыт эксплуатации теплогенераторов с открытой камерой сгорания, накопленный в нашей организации, от правильно спроектированного и корректно смонтированного дымохода в большой мере зависит надежная и стабильная работа теплогенерирующей установки (см. рис. 7).
Поэтому необходимо уделять данному вопросу самое пристальное внимание уже на стадии проектирования системы теплоснабжения, а также проводить поверочные расчеты при ремонте, модернизации и замене теплогенераторов. Надеемся, данный материал поможет широким кругам читателей разобраться с этим немаловажным вопросом.
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.
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
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
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.
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.
