Газовоздушный тракт котельных установок. Дымовые трубы

Для обеспечения горения топлива в котельном оборудовании нужны постоянные поступление воздуха в топочную камеру и вывод оттуда газообразных продуктов сгорания. Движение газов по каналам происходит под действием принудительной силы, прикладываемой извне. Она называется силой тяги. Тягой же называется её отношение к площади поперечного сечения дымоотводной трубы.

Тяга, как и подача воздуха в топочное пространство, бывает естественной и искусственной.

Естественная тяга – это перепад давления, способствующий появлению нужного движения воздуха и дымовых газов. Он обусловлен разностью в плотностях поступающего в топку холодного воздуха и горячих газов, выводимых через трубу котельной установки. Естественная тяга используется в котлах малопроизводительных (2,5 т/час и менее). Сопротивление газового тракта не должно превышать 300 Па (30 мм водян. ст.). Такая тяга при указанных параметрах целесообразна для агрегатов с дымовой трубой, в которых топливом служат твёрдые материалы, не образующие шлака или производящие его мало (дрова, торф и т. п.).

Принцип работы дымовой трубы

В его основе лежит закон сообщающихся сосудов. Используется он следующим образом.

Систему сообщающихся сосудов составляют камера горения, газоходы котлоагрегата и дымовая труба. Когда котёл не работает, температура и давление воздуха внутри и вне его одинаковы, и движения нет. Когда в топочной камере горит огонь, появляются горячие газы со значительно меньшей плотностью и объёмным весом, чем холодный воздух. Поэтому они стремятся вверх через дымовую трубу, а на их место под атмосферным давлением поступает снаружи воздух, который и выдавливает их наружу. Процесс протекает непрерывно, как раз и обеспечивая тягу естественным путём.

Вычисление естественной тяги

Эта тяга возрастает с понижением температуры атмосферного воздуха, повышением его давления, повышением температуры продуктов сгорания в трубе и высоты трубы.

В дымовой трубе высотой Н_ТР (м) газами с плотностью ρ_Г (кг/м³) создаётся давление (Па):

Р_Г = Н_ТРρ_Гg (g = 9,81 м/с²).

На таком же уровне давление наружного воздуха с плотностью ρ_В:

Р_Г = Н_ТРρ_Вg.

Тогда естественная тяга (разность давлений) будет S_Г:

Здесь, Р₀ – давление наружного воздуха в Па, Т_В и Т_Г – термодинамические температуры наружного воздуха и горячих газов (средняя) в дымовой трубе в К; R_В = 287,1 и R_Г – газовые постоянные (Дж/(кг^.·К)) воздуха и газообразных продуктов сгорания. R_Г зависит от состава газов в трубе (см. таблицу), причём R_Г-»R_В.

Свободному движению дымовых газов в котловом агрегате препятствуют два типа сопротивлений: о поверхность газохода и обусловленные изменениями в направлении продвижения потока газа.

Труба должна быть с такой высотой, которая обеспечила бы некоторый запас тяги S_З, чтобы преодолеть суммарное сопротивление ходу газов ΣΔS_КА по газоходам котлоагрегата. Тогда общая необходимая тяга будет

S_Г = ΣΔS_КА + S_З

Чтобы топка работала нормально, постоянное разрежение в нём S_З должно поддерживаться на уровне 20-30 МПа (2-3 мм водян. ст.).

Тяга дымовой трубы зависит от температуры внешнего воздуха. Чем выше температура, тем этот воздух плотнее газодымовой смеси в трубе и наоборот. В соответствии с этим и тяга меняется: чем холоднее снаружи, тем она сильнее. Тяга меняется и с изменением режима работы котла. Она в этом случае управляется величиной отверстия соответствующих заслонок. Когда нагрузка котлов возрастает, растёт и скорость подачи топлива в топку, соответственно, и воздуха, усиливая тягу. Это делается увеличением отверстий заслонок поддувала. При снижении нагрузки действия происходят в обратном порядке. Подобный режим характерен и для искусственной тяги, при котором используются такие агрегаты как дымососы.

Дымовые трубы

Материалами дымовых труб могут быть сталь, кирпич или железобетон. При их использовании исходят из мощности котельного оборудования и расчётного срока его службы. В каких случаях целесообразно применение каждого из этих труб?

Стальные, в основном, используются для временных котельных относительно невысокой мощности. Их предельная высота – 30-40 м. Котельные с мощностью средней и большой оснащаются кирпичными и железобетонными трубами. Высота первых – до 80 м, последних – 80-250 м. Такие сооружения защищаются изнутри от воздействия горячих газов футеровкой из кирпича огнеупорных марок.

Величина разрежения должно составлять:

• на выходе из топки – 1-5 мм водян. ст. (10–50 Па);
• у основания дымовой трубы с естественной тягой – 1-3 мм водян. ст. (10-30 Па);
• у основания дымовой трубы с искусственной тягой – 10-20 мм водян. ст. (1-2 кПа).

Дело в том, что часть давления газообразных продуктов сгорания теряется по пути в газоходах.

В топке с высокой камерой в верхней части воздух более разрежен, чем внизу. Такая топка сама работает как дымовая труба, и в ней появляется естественная тяга. Наблюдаются случаи, когда пламя выбивается из топки, вынося с собой и продукты сгорания. Это происходит, когда давление в верхней части топки превышает атмосферное. Такое явление абсолютно недопустимо.

Для регулировки естественной тяги на газоходах котла устанавливаются шиберы, искусственная управляется осевыми направляющими механизма дымососа.

Тяга измеряется приборами под названием тягомеры. Они имеют разную конструкцию. Для малых котлов достаточны спиртовые стеклянные тягомеры типа ТНЖ. Для агрегатов со средней производительностью нужны тягомеры мембранного типа вроде ТМ-890. По результатам замеров в двух местах газового тракта вычитанием меньшего показания из большего находится сопротивление, которое испытывают дымовые газы на этом расстоянии.