Плотность дымовых газов в зависимости от температуры

Методика испытаний золоулавливающих установок тепловых электростанций и котельных со 34. 27. 301-2001

2.3 Определение плотности дымовых газов

Плотность дымовых газов при рабочих условиях , кг/м 3 , определяется из уравнения

где Б – барометрическое давление, Па;

 – плотность при нормальных условиях*, кг/м 3 ;

* Здесь и далее под нормальными условиями понимается 0 °С и 101,3 кПа.

t_г – температура дымовых газов, °С;

 – удельный вес дымовых газов при нормальных условиях, кг/м 3 , который вычисляется по формуле:

где O₂ – содержание кислорода, %;

CO₂ – содержание углекислого газа, %;

где p_w – парциальное давление водяных паров, определяется по формуле (14).

2.4 Измерение влажности дымовых газов

Образующиеся при сжигании энергетического топлива дымовые газы содержат в себе некоторое количество водяных паров. Их содержание характеризуется:

– концентрацией водяных паров в сухих газах при нормальных условиях f, г/м 3 ;

– концентрацией водяных паров во влажных газах при нормальных условиях f’, г/м 3 ;

– абсолютной влажностью, т.е. концентрацией водяных паров во влажных газах при заданных температуре и давлении f”, г/м 3 ;

– парциальным давлением водяных паров p_w, Па;

– относительной влажностью, т.е. степенью приближения к насыщенному состоянию при данных условиях , %, определяемой по формуле

Влажность пылегазовых потоков определяется по ГОСТ 17.2.4.08. Стандарт устанавливает два метода определения влажности пылегазовых потоков: психрометрический и конденсационный. Для дымовых газов энергетических топлив, у которых, как правило, точка росы водяного пара не больше 60 °С, ГОСТ рекомендует психрометрический метод анализа, основанный на понижении температуры помещенной в исследуемые газы пористой поверхности, смоченной водой, в результате потери тепла этой поверхностью при испарении воды. Основой метода является зависимость между парциальным давлением водяного пара и разностью показаний термометров сухого t_c и “мокрого” t_м, поверхность измерительного датчика которого смачивается водой. Эта зависимость выражается полуэмпирической формулой

где p_w – парциальное давление водяных паров, гПа;

p_wнас – максимально возможное парциальное давление водяного пара при температуре t_м, гПа;

C – психрометрический коэффициент;

р_пс – разрежение в психрометре, гПа;

р_г – разрежение (давление) в газоходе, гПа.

Психрометрический коэффициент зависит от скорости движения газов у мокрого термометра (рисунок 4). Из приведенной зависимости следует, что при скорости газа больше 5 м/с психрометрический коэффициент становится практически постоянным и может быть принят равным 0,00066.

Рисунок 4 – Зависимость психрометрического коэффициента C от скорости газового потока

По вычисленному по формуле (14) парциальному давлению водяных паров, используя данные приложения В, можно определить абсолютную влажность газов f”, концентрацию водяных паров при нормальных условиях в сухих f и во влажных f’ газах, а также точку росы водяных паров. Схема измерения влажности дымовых газов психрометрическим методом представлена на рисунке 5.

1 – газоотборная трубка; 2 – сальник; 3 – кольцо; 4 – стенка газохода; 5 – фильтр; 6 – шланг соединительный; 7 – U-образный манометр для замера статического давления в газоходе;

8 – вакуумметр для замера разрежения в психрометре; 9 – вентиль регулировочный;

10 – эжектор; 11 – психрометр; 12 – термометры основные; 13 – термометры вспомогательные; 14 – асбестовый шнур.

Рисунок 5 – Схема измерения влажности дымовых газов

Газоотборная трубка 1 одним концом вводится через сальник 2 в газоход. На один ее конец надет фильтр 5 из фильтровальной ткани (сукно № 2 по ТУ 16К71-016-88) для предотвращения загрязнения психрометра золовыми частицами. Другой конец шлангом 6 соединен со штуцером подвода газа психрометра 11. Соединительный шланг 6 должен быть минимальной длины. Для исключения возможности конденсации водяных паров, содержащихся в исследуемом газе, на участке от газоотборной трубки до психрометра, включая выступающий из газохода конец газоотборной трубки, соединительный шланг и штуцер подвода газа к психрометру должны тщательно теплоизолироваться асбестовым шнуром.

U-образный манометр 7, заполненный подкрашенной метилоранжем водой, показывает статическое разрежение (давление) газа в газоходе, вакуумметр 8 – разрежение в психрометре. Газы через психрометр просасываются с помощью парового эжектора 10.

Скорость отсоса регулируется вентилем 9 и устанавливается по разрежению в приборе. Конструкция рассчитана таким образом, что при использовании газоотборной трубки конструкции “УралОРГРЭС”, соединительного шланга диаметром 12 мм и длиной не более 400 мм и поддержании разрежения в приборе выше 67 гПа (50 мм рт.ст.) обеспечивается обтекание исследуемым газом шарика мокрого термометра со скоростью более 5 м/с, чем достигается требуемое постоянство психрометрического коэффициента.

Для отбора газов в психрометр рекомендуется использовать специальный пробоотборник конструкции “УралОРГРЭС”, изображенный на рисунке 6.

1 – трубка; 2 – фланец; 3 – гильза; 4 – стенка газохода; 5 – сальник; 6 – гайка; 7 – каркас для фильтров.

Рисунок 6 – Газоотборная трубка конструкции “УралОРГРЭС”

Поскольку в качестве сухого и мокрого термометров использованы лабораторные термометры, к их показаниям следует вводить поправку на температуру, при которой оказывается выступающий из психрометра столбик ртути. Его температура измеряется вспомогательными термометрами, резервуары которых прижимаются к основным в середине выступающей части столбика. При этом вспомогательные термометры должны быть хорошо закреплены и изолированы асбестовым шнуром. Поправка на выступающий столбик t_c, °С, подсчитывается по формуле

где h – высота выступающего столбика, выраженная в делениях шкалы термометра;

_рт – коэффициент видимого расширения ртути (для обычных сортов термометрического стекла _рт = 0,16·10 -3 град -1 );

t и t_вс – показания основного и вспомогательного термометров соответственно, °С.

Подсчитанная по формуле (15) поправка прибавляется к показаниям основных термометров.

Участок газохода, в котором будут проводиться измерения влажности, должен быть прямолинейным и иметь постоянное сечение. Точка измерения выбирается как можно ближе к геометрической оси газохода.

При испытаниях золоулавливающих аппаратов сухой очистки влажность дымовых газов может измеряться или на входе в установку, или и на выходе из нее, однако предпочтительнее измерять влажность на выходе из-за значительно меньшей запыленности дымовых газов.

При испытаниях золоуловителей мокрой очистки рекомендуется измерять влажность газов на входе в установку, поскольку при низких температурах и высокой влажности дымовых газов после мокрого золоуловителя создаются условия для конденсации водяных паров перед психрометром и не обеспечивается необходимая (более 20 °С) разница между показаниями сухого и мокрого термометров, что приводит к неверным результатам измерений.

Измерения влажности газов следует проводить в таком порядке:

– выбрать участок газохода для установки газоотборной трубки;

– подвести к месту измерения отсосную линию от эжектора и установить на ней регулирующий вентиль;

– приварить к стенке газохода кольцо и установить в него сальник с газоотборной трубкой;

– собрать схему измерения в соответствии с рисунком 5. При этом весь участок подвода газа к психрометру должен быть плотным, тщательно теплоизолированным и как можно короче;

– включить эжектор в работу и регулирующим вентилем установить разрежение в психрометре не менее 67 гПа (50 мм рт.ст.);

– прогреть психрометр потоком дымовых газов до стабилизации показаний сухого и мокрого термометров;

– снять показания термометров, результат записать в журнал наблюдений, регистрацию показаний термометров проводить через каждые 10-15 мин на протяжении всего опыта. Количество измерений должно быть не менее 10;

– фиксировать с вышеуказанной периодичностью, кроме показаний термометров, статическое давление газов в газоходе и разрежение в психрометре;

– до начала и в конце опыта записать барометрическое давление.

При необходимости концентрация водяных паров на 1 м 3 влажного газа при нормальных условиях f’, г/м 3 , на входе в золоуловитель может быть подсчитана по формуле

где _вп – плотность водяных паров, равная 0,804 кг/м 3 ;

_св – плотность сухого воздуха, равная 1,293 кг/м 3 ;

‘ – коэффициент избытка воздуха на входе в золоуловитель;

H r и W r – содержание водорода и влаги на рабочую массу топлива, %;

B – массовый расход топлива, кг/ч;

Абсолютная влажность газа f”, г/м 3 , подсчитывается по формуле

Увеличение влажности газов f, г/м 3 , в аппаратах мокрой очистки рассчитывается по формуле

где  – плотность дымовых газов при нормальных условиях, кг/м 3 ;

g_op – плотность орошения при нормальных условиях, кг/м 3 ;

c_в – удельная теплоемкость воды, равная 4,1868·10 -3 МДж/(кг·°С) [1 ккал/(кг·°С)];

2.5 Определение точки росы дымовых газов

При испытаниях золоуловителей различных типов, как правило, нет необходимости непосредственно измерять точку росы дымовых газов. Она может возникать в отдельных случаях при проведении специальных испытаний для получения сведений, нужных для проектирования новых золоулавливающих аппаратов.

Точка росы серной кислоты в дымовых газах t_p, °С, образующихся при сжигании высокосернистых топлив, может быть определена расчетным путем [см. Тепловой расчет котлов (Нормативный метод). – СПб: НПО “ЦКТИ”, 1998] по формуле

_ун – доля золы топлива в уносе;

ЗАБОР ТЕПЛА ОТ УХОДЯЩИХ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОБЖИГОВЫХ ПЕЧЕЙ ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ ТЕПЛИЧНОГО КОМПЛЕКСА

Уваров В.А. 1 , Староверов С.В. 2 , Феоктистов А.Ю. 3 , Юдин А.И. 4

1 Доктор технических наук, 2 Кандидат технических наук, 3 Кандидат технических наук, 4 Аспирант, государственный технический университет им. В. Г. Шухова

ЗАБОР ТЕПЛА ОТ УХОДЯЩИХ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОБЖИГОВЫХ ПЕЧЕЙ ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ ТЕПЛИЧНОГО КОМПЛЕКСА

Аннотация

В статье рассмотрено – способ и принципиальная технологическая схема отбора тепла от печи и подача на теплицу для отопления

Ключевые слова: теплоэнергетика, энергосбережение, промышленность.

Uvarov V.A. 1 , Staroverov S.V. 2 , Pheoktistov A.Y. 3 , Yudin A.I. 4

1 PhD in Engineering, 2 PhD in Engineering, 3 PhD in Engineering, 4 Postgraduate student, Shukhov State Technical University

HEAT REMOVAL FROM OUTGOING FLUE GASES OF CALCARS FOR HEATING OF A GREENHOUSE COMPLEX

Abstract

The article considers a method and a basic technological scheme of heat removal from calcar and supply of it inside the greenhouse for heating.

Keywords: heat-and-power engineering, energy saving, industry.

На данный момент активными темпами осуществляется политика по импорт замещению. Широкое развитие получает сельскохозяйственный сектор, в частности строительство тепличных комплексов.

Зачастую тепличные комплексы располагаются вблизи производств с свободным тепловым потенциалом, находящимся в уходящих дымовых газах. Так как выработка тепловой энергии является затратной статьёй расходов для выращивания продукции, актуальным становится снижение себестоимости за счёт использования тепла уходящих дымовых газов.

Основной технической задачей является создание технологической схемы, позволяющей не нарушить режим работы объекта, являющегося поставщиком тепла и потребителя – тепличного комплекса.

Рассмотрим схему работы системы отопления тепличного комплекса.

Как правило, вода подогревается в котле до температуры 80-85 0 С и далее подаётся в теплоаккумулирующую ёмкость. После этого с помощью транспортной группы насосов горячая вода из теплоаккумулирующей ёмкости подаётся на раздаточную гребёнку и далее в теплицу. После теплоноситель с температурой до 35 0С возвращается через обратную гребёнку в аккумулирующую ёмкость и далее на нагрев в котёл.

Ниже представлена принципиальная схема отбора тепла от печи.

Рис. 1 – Принципиальная схема отбора тепла от печи и подачи на систему отопления теплицы

Уходящие дымовые газы после рекуператора с температурой 750-850 градусов с помощью дымососа подаются через отвод в трубопровод на котёл-утилизатор, где остывают до температуры 50 градусов и далее подаются в систему очистки от дисперсной пыли и азотистых соединений. После очистки, уходящие дымовые газы подаются в существующий коллектор СО2, находящийся в котельной сервисного блока тепличного комплекса и далее в тепличный блок.

Тепло, отбираемое от уходящих дымовых газов в котле-утилизаторе, нагревает воду в теплообменных поверхностях до температуры 110 градусов, которая по магистральным трубопроводам нагревает воду в аккумулирующей ёмкости «ИЗОВОЛ-Агро».

В летний период для устранения перегревов и утилизации избыточного тепла на магистральном трубопроводе и параллельно аккумулирующей ёмкости предусматриваются драйкулеры (охладители) мощностью 3,7 МВт и 3,8 МВт.

Для поддержания исходного аэродинамического режима работы печи устанавливается частотный преобразователь и вентилятор в качестве, поддерживающего установленное технологией процесса производства минеральной ваты разряжение в дымовой трубе. Дополнительно для поддержания исходного аэродинамического режима работы печи устанавливается регулирующая заслонка, которая так же является одной из ступеней защиты.

Для безопасной и стабильной работы печи устанавливается дополнительная дымовая труба, которая будет использоваться для сброса уходящих дымовых газов в период остановки оборудования.

Расчёт количества тепла от уходящих дымовых газов.

1. Расход материала при загрузке в печь:

Порфирит:

Выход влаги: =73,90 кг/ч;

Соответственно выход водяных паров равен:

где – плотность при нормальных условиях водяных паров, кг/м 3 ;

Доломит:

Выход влаги: =99,14 кг/ч;

Определяем выход водяных паров:

где – плотность при нормальных условиях водяных паров, кг/м 3 ;

Расчёт тепловой мощности при режиме работы «ЗИМА».

1. Количество продуктов горения составляет:

1. Дополнительно при обжиге материалов за счёт содержания влаги в исходных материалах выделяется следующее количество водяных паров:

1. Итого общий расход газов после печи составит:

1. Влагосодержание уходящих дымовых газов составляет:

1. Плотность дымовых газов равна:

где _, согласно справочным данным [1];

1. Расход дымовых газов составляет:

1. Массовый расход уходящих газов составит:

1. Согласно полученным исходным данным температура дымовых газов составляет:

1. С помощьюi–dдиаграммы найдём энтальпии уходящих дымовых газов:

1. Соответственно тепловая мощность составляет:

Расчёт тепловой мощности при режиме работы «ЛЕТО»

1. Количество продуктов горения составляет:

1. Дополнительно при обжиге материалов за счёт содержания влаги в исходных материалах выделяется следующее количество водяных паров:

1. Итого общий расход газов после печи составит:

1. Влагосодержание уходящих дымовых газов составляет:

1. Плотность дымовых газов равна:

где , согласно справочным данным;

1. Расход дымовых газов составляет:

1. Массовый расход уходящих газов составит:

1. Согласно полученным исходным данным температура дымовых газов составляет:

1. С помощьюi–dдиаграммы найдём энтальпии уходящих дымовых газов:

1. Соответственно тепловая мощность составляет:

Таблица 1 – Режимное количество тепловой мощности и СО₂

Данное техническое решение позволит снизить себестоимость продукции в переходные и зимний период года за счёт экономии газа.

Литература

1. Табл. П-6 Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е, стереотип. М.: Энергия, 1977. – 344 с.

References

1. Tabl. P-6 Mykheev M. A., Mukheeva I. M. Osnovy teploperedachy. Izd. 2-e, stereotyp. M.:Energya, 1977. –S. 344.

Библиотека статей на профессиональную тему

Поверочный расчет дымохода для котлов с открытой камерой сгорания

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.

• 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)

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.

Вычисление оптимальной площади поперечного сечения дымового канала

• 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 [8] 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.

При слишком высокой скорости дымовых газов увеличивается гидравлическое сопротивление дымохода, а при слишком низкой — активно образуется конденсат водяных паров.

• 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

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.

Плотность дымовых газов в зависимости от температуры

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.

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.

Вычисление оптимальной площади поперечного сечения дымового канала

Отсюда вычисляем диаметр дымового канала и подбираем ближайший стандартный дымоход: 150 мм.

При слишком высокой скорости дымовых газов увеличивается гидравлическое сопротивление дымохода, а при слишком низкой — активно образуется конденсат водяных паров.

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.

Поверочный расчет дымохода для котлов с открытой камерой сгорания

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.

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.

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.

Вычисление оптимальной площади поперечного сечения дымового канала

Отсюда вычисляем диаметр дымового канала и подбираем ближайший стандартный дымоход: 150 мм.

При слишком высокой скорости дымовых газов увеличивается гидравлическое сопротивление дымохода, а при слишком низкой — активно образуется конденсат водяных паров.

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

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.