Тягодутьевые устройства

Тягодутьевые устройства

Для обеспечения нормальной работы котла необходимо непрерывно подавать в топку к горящему топливу воздух, обеспечивать определенную скорость движения горячих газов по газоходам котла и удалять из котла в атмосферу продукты горения. Движение воздуха и дымовых газов в котле осуществляют тягодутьевые устройства.

Тягодутьевые устройства котельной включают в себя дымовую трубу, дымосос и дутьевой вентилятор.

Дутьевой вентилятор служит для искусственной подачи воздуха в топку. При сжигании газообразного топлива с помощью смесительных горелок подача к ним воздуха осуществляется также с помощью вентилятора. В отопительных котельных обычно применяют вентиляторы низкого или среднего давления.

Воздух, подаваемый в топки чугунных и стальных секционных котлах обычно не подогревается, его забирают из помещения котельной снаружи.

Производительность дутьевых вентиляторов V_в, м³/с, определяют по формуле

V_в = 1,1 α_т β_р V_o(273 + t_в)760/(273 * в).

где 1.1 - коэффициент запаса, учитывают утечки воздуха через неплотности; α_т - коэффициент избытка воздуха в толке; β_р - максимальный расход топлива, кг/с; V_o - количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг топлива при О°С и 101,3 кПа (760 мм рт.ст. м³\кг; t_в - температура подаваемого воздуха °С; в - барометрическое давление воздуха Па ,(мм рт, ст.).

Дутьевые вентиляторы (как правило, центробежные) подбирают по каталогам по производительности, необходимому напору, для преодоления сопротивления на выходе из воздухоподводящего устройства (динамическое давление) и местных сопротивлений в воздуховодах, зольнике, решетке со слоем топлива, в форсунке или горелке (статическое давление)увеличенному по сравнению с расчетными данными на 10 %.

В котельных с чугунными и стальными котлами устанавливают индивидуальные тягодутьевые устройства (по агрегатному принципу) и групповые вентиляторы. При групповой установке предусматривают два дутьевых вентилятора, каждый из которых рассчитывают на 60%-ную от максимальной нагрузку (в отопительно-производственных котельных) и на 100 %-ную нагрузку (в производственных котельных). Мощность по валу вентилятора N_в, В_т, определяют по формуле:

N_в = 1,1 V_в H_r,/ ȵ_в,

где 1.1 - коэффициент запаса. V_в - подача вентилятора, м /с; H_r - полное расчетное давление вентилятора, Па; ȵ_в - КПД вентилятора при полном давлении.

Такие тягодутьевые устройства, как дымовая труба и дымосос служат для создания тяги в котельной установке. Существуют два вида тяги: естественная и искусственная (принудительная).

Естественная тяга создается дымовой трубой вследствие разности плотностей наружного (холодного) воздуха и горячих (теплых) уходящих газов. Более тяжелый холодный воздух поступает в топку и вытесняет более легкие горячие газы (продукты сгорания), в результате чего возникает движение газов по газоходам котла и дымовой трубе При этом чем выше температура уходящих газов н ниже температура воздуха, тем сильнее тяга. Тяга также будет тем больше, чем выше дымовая труба.

Тягу S, Па (мм вод. ст.), создаваемую трубой, определяют по формуле

S=g H(p_в-p_r)

где Н - высота трубы, м; p_в и p_r - плотность наружного воздуха и газов в трубе, кг/м^₃; S - ускорение силы тяжести, м/с^₂.

Естественная тяга S, создаваемая трубой, должна быть равна или больше суммы сопротивлений газовых трактов котельной установки, т.е.

S≥∑∆S.

Суммарное газовое сопротивление Установки ∑∆S подсчитывается по формуле

∑∆S = ∆S_r+ ∆S_к + ∆S_к∆n+ ∆S_n + ∆S_m + ∆S_тр,

где ∆S_r- сопротивление (или разрежение) в топке, ∆S_к, ∆S_к∆n, ∆S_n ,∆S_m ,∆S_тр - соответственно сопротивления котла, золоуловителя, боровов, шиберов и дымовой трубы, Па (мм под. ст.).

При этом высоту дымовой трубы Н, м, определяют по формулам соответственно при выражении S и b в Па.

при выражении S в мм вод. ст. и b в мм рт. ст.,

где S - разрежение, создаваемое дымовой трубой. Па (мм вод. ст.); t_n- температура наружного воздуха, °С; ѳ_ср - средняя температура газов в трубе. °С;b - барометрическое давление. Па (мм рт. ст.); 28.6 и 2,13 - коэффициенты, учитывающие температуру и барометрическое давление воздуха и газов.

Котельные с чугунными и стальными секционными котлами на газообразном и жидком топливе обычно проектируют на естественной тяге. Котельные на твердом топливе, в которых установлены золоулавливающие устройства, имеющие значительное аэродинамическое сопротивление, проектируют с искусственной тягой. Высоту трубы при естественной тяге рассчитывают для зимней и летней расчетной наружной температуры и выбирают из этих значений наибольшее.

Скорость движения дымовых газов в трубе при естественной тяге должна находиться в пределах 6 - 10 м/с. Задаваясь сначала скоростью движения газов, определяют выходное сечение трубы для максимальной нагрузки, а затем по найденному сечению проверяют скорость движения газов при минимальной нагрузке, которая не должна быть ниже 3 м/с.

Площадь выходного сечения трубы F, мг, определяют по формуле

F = BV_r(ѳ_вых+ 273)/(273w_вых)

где В  - максимальный или минимальный расход топлива, кг/с; V_r  - объем дымовых газов, образующихся при сжигании 1 кг топлива, мл/кг; ѳвых температура газов в выходном сечении трубы, w_вых - скорость газов в выходном сечении трубы, м/с.

При естественной тяге температуру уходящих газов на выходе из трубы подсчитывают по эмпирическим формулам с учетом её падения по высоте:

для кирпичных труб на

∆ѳ=0,4/√D.

для стальных нефутерованных труб на

∆ѳ=2/√D.

для стальных футерованных труб на

∆ѳ=0,8/√D

определяют по формуле

ѳ_вых= ѳ_D -∆ѳ_Н

где ѳ_D - температура газов на выходе в дымоходную трубу, °С; D - максимальная производительность по пару, т/ч; Н - высота дымоходной трубы, м.

Для котельных с чугунными и стальными котлами малой мощности проектируют одну (для всех котлов) дымовую трубу. В соответствии с пожарными требованиями дымоходная труба должна быть не менее чем на 5 м выше всех окружающих зданий, распложенных в радиусе 25 м. Высота дымоходной трубы котельной, оборудованной золоулавливающими устройствами. должна быть не менее 20 м при среднесуточном расходе топлива по 0,278 кг/с и не менее 30 м при расходе топлива 0,278 - 1,38 кг/с.

Эти соотношения не относятся к котельным, работающим на древесном топливе и газе. При расположении зданий высотой более 10 м в радиусе 200 м от котельной минимальную высоту дымовой грубы принимают 45 м.

При использовании газообразного топлива высоту дымовой трубы можно уменьшать до 20 м. Максимальная скорость газов на выходе из трубы при искусственной тяге допускается до 20 м/с, минимальная не должна быть меньше 6 м/с.

Искусственную тягу создают тягодутьевые устройства - дымососами. Она применяется в тех случаях, когда дымовая, труба не может обеспечить необходимой тяги или получается слишком высокой.
Например, вновь строящиеся групповые котельные с отопительными котлами, работающими на твердом топливе, должны быть оборудованы золоулавливающими устройствами, имеющими очень высокое сопротивление 190 - 590 Па (40 - 60 мм под. ст.).

Для преодоления такого сопротивления требуется дымовая труба высотой 40 - 50 м. которую соорудить весьма сложно. В этом случае сооружают минимально возможную (исходя из санитарных норм) по высоте трубу с дымососом. При малых нагрузках в целях экономии электроэнергии следует работать без дымососа. При искусственной тяге температура уходящих газов на выходе из трубы принимается равной температуре перед дымососом. Среднюю температуру газов в трубе ѳ_ср определяют из выражения
ѳ_ср = (ѳ_л+ѳ_вых)/2.

Температура уходящих газов за котлом принимается на основании теплового расчета или испытаний.

При подсосе воздуха ∆α <0,1 температуру газов на входе в дымовую трубу или дымосос ѳ_д принимают равной температуре уходящих газов за котлом. При ∆α > 1 температуру газов на входе в дымовую трубу ѳ_д,°С определяют по формуле

ѳ_д = [ѳ_yxα_ys+f₀(α₀-α_yx)]/α_л

где ѳ_yx - температура уходящих газов за котлом, °С; α_л и α_yx - коэффициенты избытки воздуха за котлом и перед дымовой трубов; f₀ - температура подсасываемого воздуха, °С.

Подачу дымососов V_д, м³/с, определяют по формуле

V_д = 1.1 B_рV_r, (ѳ_л + 273)/273.

где B_р - расчетное количество сжигаемого топлива, кг/с; Vr - объем дымовых газов перед дымососом. м3/кг; ѳ_л - температура газов перед дымососом,°С.

Расчетное полное давление дымососа Hд1 Па (мм вод. ст.), определяют по формуле

H_д = l,2 (ⱨ_уст - ⱨ_сам),

где    суммарное    сопротивление    по    газовому тракту всех элементов котельной установки, Па (мм вод. ст.); ⱨ_сам - разрежение(самотяга), создаваемое дымовой трубой при заданной ее высоте. Па (мм под. ст.)

Величину определяют из уравнения

где H - высота трубы, м., р₀ плотность наружного воздуха, кг/м3 (при ѳ_n =0°С, р =1.3 кг/м³); р_о - приведенная плотность дымовых газов при 101,3 кПа (760 мм рт. ст.) и 0°С. равная 1.34 кг/м³ - средняя температура газов, °С; g - ускорение силы тяжести, м/с.

Для выбора дымососа по каталогу необходимо его расчетное полное давление привести к условиям, которые определяются по формуле

H_д = H_p(273+ ѳ_л)/(273+ѳ_к∆t),

где Н_д - полное давление, Па (мм вод. ст.); H_p - полное расчетное давление дымососа,Па (мм вот. Ст.); ѳ_л  - температура газов перед дымососом. °С: ѳ_к∆t - температура газов, принятая в каталоге, °С.

Мощность дымососа N_д, В_т определяют по формуле

N_д=1,1V_лH_д/ⱨ_л,

где V_л подача дымососа, м /с; H_д - полное расчетное давление дымососа, Па; ⱨ_л - КПД дымососа.

Дымососы в котельной с чугунными котлами обычно устанавливают поагрегатно на один или два спаренных котла. При установке групповых дымососов их подачу определяют по аналогии с расчетом производительности дутьевых вентиляторов. Дымососы отличаются от обычных центробежных вентиляторов лишь тем, что отсасывают дымовые газы со значительно более высокой температурой. Поэтому их конструкция должна быть более прочной, а подшипники обязательно должны иметь охлаждение.

При искусственной тяге температура уходящих газов, поступающих в тягодутьевое устройство, не должна быть выше 250 “С, так как более высокая температура снижает прочность дымососа. Если температура дымовых газов выше 250 °С, к ним следует подмешивать холодный воздух. Дымососы и дутьевые вентиляторы котельных с чугунными котлами можно располагать внутри или снаружи помещений. При расположении котельных в жилом массиве устанавливать тягодутьевые устройства снаружи не рекомендуется.

Тягодутьевые устройства включают в себя дымовые трубы. Конструкция дымовых труб. В отопительных котельных малой мощности дымовые трубы выполняют кирпичными или стальными. При сжигании топлива с малым содержанием серы (S’c<0,5 %) трубы, если их размеры превышают определенных пределов (H≤35 м и d≤1000 мм), могут быть стальными. Во всех остальных случаях их делают кирпичными.

Стальные дымовые трубы при естественной тяге имеют обычно цилиндрическую форму и устанавливаются на кирпичном фундаменте с цоколем. Последний состоит из отдельных звеньев, соединенных между собой сваркой. К цоколю эти трубы крепятся болтами. Для большей устойчивости стальные дымовые трубы дополнительно закреплены несколькими растяжками на 1/2 и 1/3 высоты от ее основания.

Кирпичные трубы выполняют из поясов различной толщины с постепенным уменьшением их кверху. Исходя из условий производства работ диаметр устья кирпичных труб должен быть не менее 0,75 м. Снаружи кирпичная труба имеет форму усеченного конуса. Нижняя часть кирпичной трубы обычно выполняется в виде цилиндрического конуса. На 1/3 высоты кирпичной трубы делают футеровку для предохранения ее от воздействия высокой температуры. Сечение подводящих газоходов к кирпичным трубам должно быть на 25 % больше площади выходного сечения трубы. При введении в трубу нескольких боровов направляющие перегородки (рассечки) устанавливают только в тех случаях, когда скорость в нижней части трубы равна скоростям выхода из подводящих боровов или больше их. В дымовых трубах, работающих с естественной тягой, разделяющие перегородки не выкладывают. У основания дымовой трубы предусматривают устройство для удаления золы. Лазы для удаления золы должны быть хорошо утеплены.