Газовоздушный тракт котельных установок. Дымовые трубы

Газовоздушный тракт котельных установок. Дымовые трубы. Аэродинамическое сопротивление газовоздушного тракта, принципы расчета. Тягодутьевые машины. Конструктивное выполнение дымососов и дутьевых вентиляторов котлов. Регулирование производительности тягодутьевых машин. Принципы выбора дымососов и дутьевых вентиляторов котла. Компоновка газовоздушного тракта котельных установок.

Тема 3.2. Газовоздушный тракт котельных установок. Тягодутьевые машины. Дымовые трубы

Для горения топлива необходим непрерывный подвод в топку атмосферного воздуха и удаление из нее образующихся дымовых газов в атмосферу.

Внешняя принудительная сила, которая заставляет воздух поступать в топку, а газообразные продукты сгорания двигаться по газоходам и по дымовой трубе, называется силой тяги. Отношение силы тяги к площади сечения дымовой трубы называется тягой.

Тяга и ввод воздуха в топку могут быть естественными и искусственными.

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

Действие дымовой трубы основано на законе сообщающихся сосудов. Столб атмосферного воздуха давит снизу на колосниковую решетку. Топочная камера, газоходы котла и дымовая труба являются системой сообщающихся сосудов. Пока температура воздуха в котельной и дымовой трубе одинакова, в этой системе будет сохраняться равновесие.

Во время работы котла в дымовой трубе горячие газообразные продукты сгорания (t = 130 – 400 ^оС) и равновесие в этой системе нарушается. Дымовые газы, которые находятся в дымовой трубе, значительно легче, чем окружающий воздух. Столб наружного воздуха, как более тяжелый, вытесняет столб газообразных продуктов сгорания в дымовой трубе и выталкивает их в атмосферу. Вследствие этого возникает беспрерывное движение воздуха и дымовых газов в котле.

Естественная тяга тем больше, чем ниже температура и выше давление атмосферного воздуха, выше температура продуктов сгорания в дымовой трубе и больше высота дымовой трубы.

Тяга, Па, создаваемая в трубе газами определяется по формуле:

где Н_ТР – высота дымовой трубы, м; r_Г – плотность дымовых газов в дымовой трубе, кг/м³; g – ускорение свободного падения (»9,81 м/с²).

Рисунок 3.13 – Дымовые трубы:

а – стальная, б – кирпичная;

1 – цоколь, 2 – цокольная плита, 3 – ствол трубы, 4 – растяжки, 5 – кольцо, 6 – молниеотвод, 7 – лаз, 8 – футеровка.

Давление, создаваемое на том же уровне наружным воздухом определяется по формуле:

где r_В – плотность наружного воздуха, зависящая от температуры и давления воздуха, на кг/м³.

Сила естественной тяги определяется по формуле:

где S_Т – тяга, создаваемая дымовой трубой, Па; Р_О – 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); R_Г – газовая постоянная газообразных продуктов сгорания зависит от их состава - R_Г» R_В (таблица 3.1).

Задача: Определить тягу, развиваемую дымовой трубой высотой 60 м в зимние время, при средней температуре уходящих дымовых газов t_г = 350 ^оС, температуре и давлении наружного воздуха t_в = -25 ^оС и Р_в = 100 кПа (750 мм рт. ст.).

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

Высоту трубы принимают такой, чтобы имелся некоторый запас тяги, т.е. разряжения в топке (создаваемое трубой), которое должно быть больше суммы всех сопротивлений, получающихся в процессе прохождения газов по газоходам котла.

Для нормальной работы топки необходимо поддерживать в ней постоянное разряжение 20 – 30 МПа (2-3 мм вод. ст.). Поэтому полная тяга, Па, создаваемая дымовой трубой и обозначаемая S, должна быть достаточной для преодоления всех аэродинамических сопротивлений котла и создания разряжения в топке.

где åDS_КА – сумма сопротивлений всех элементов котельного агрегата.

Таблица 3.1 – Характеристика газов

Наименование	Химическая формула	Молярная масса, кг/кмоль	Газовая постоянная, Дж/(кг^.оС)	Плотность при 0^оС и давлении Ро=101,3 кПа, кг/м^3
Кислород Азот Воздух Водяной пар Водород Окись углерода Двуокись углерода Сернистый газ Сероводород Метан Этан Пропан Бутан Пентан Этилен Пропилен Бутилен Ацетилен Бензол	O2 N2 - H2O H2 CO   CO2 SO2 H2S CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C2H4 C3H6 C4H8 C2H2 C6H6	32,00 28,02 28,96 18,02 2,016 28,01   44,01 64,06 34,08 16,04 30,07 44,09 58,12 72,15 28,05 42,08 56,10 26,04 78,11	259,8 296,7 287,1 461,6 412,4 297,0   188,9 129,0 243,2 518,8 276,6 188,8 143,1 115,2 296,7 197,6 148,2 319,3 106,5	1,129 1,251 1,293 0,804 0,090 1,250   1,977 2,926 1,520 0,716 1,342 1,967 2,593 3,218 1,251 1,877 2,503 1,171 3,490

В зависимости от температуры наружного воздуха тяга дымовой трубы изменяется; чем ниже температура наружного воздуха, тем больше разность плотностей этого воздуха и дымовых газов в трубе и тем больше тяга, а 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, когда уменьшают подачу в топку топлива и воздуха соответственно заслонки прикрывают.

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

Стальные трубы применяются в основном при временных установках и не выше 30 – 40 м. Для котельных установок средней и большей мощности строят кирпичные трубы высотой до 80 м и железобетонные высотой 80 – 250 м.

Для предохранения кирпичной кладки и железобетонной трубы от действия горячих газов внутри трубы выводят футеровку из огнеупорного кирпича.

Разряжение на выходе из топки поддерживается равным от 1 до 5 мм вод. ст. (10 – 50 Па). У основания дымовой трубы разряжение составляет:

– с естественной тягой – 1-3 мм вод. ст. (10 – 30 Па);

– с искусственной тягой – 10-20 мм вод. ст. (1 -2 кПа).

Это объясняется тем, что газообразные продукты сгорания теряют часть своего давления по мере их прохождения по газоходам к дымовой трубе.

Если топка имеет значительную высоту, то вследствие заполнения ее газообразными продуктами сгорания с высокой температурой топка действует как дымовая труба, т.е. в ней развивается естественная тяга. Благодаря этому в верхней части топки устанавливается разряжение меньшее, чем в нижней ее части.

В некоторых случаях в верхней части топки возникает давление больше атмосферного. Это приводит к выбиванию пламени и газов из топки, что недопустимо.

Регулирование естественной тяги осуществляется с помощью шиберов, которые устанавливаются на газоходах котла, а искусственной – с помощью осевого направляющего аппарата дымососа.

Для измерения тяги используются специальные приборы – тягомеры различных конструкций. На котлах малой производительности используются стеклянные жидкостные тягомеры типа ТНЖ, которые заправляются спиртом. На котлах средней производительности используются мембранные тягомеры ТМ-890. Имея показания тягомера в двух точках газового тракта, можно по их разности определить сопротивление движению дымовых газов между этими точками.

Дата добавления: 2014-12-07