Дымовые трубы


Дымовые трубы

Дымовые трубы изготавливают кирпичными, железобетонными и стальными. Кирпичные дымовые трубы сооружают обычно высотой до 80 м; более высокие сооружают из железобетона. Стальные дымовые трубы устанавливают только на вертикально-цилиндрических котлах и водогрейных котлах большой теплопроизводительности башенного типа. Так как дымовая труба – дорогостоящее сооружение, то обычно ее устанавливают одну для всей котельной или для группы из двух-трех котельных агрегатов.

Дымовая труба работает одинаково независимо от рода тяги в котельной установке — естественной или искусственной. Разница заключается только в количественной стороне вопроса. Дымовая труба при естественной тяге должна преодолеть сопротивление всей котельной установки, а при искусственной тяге должна отвести дымовые газы в более высокие слои атмосферы, а тяга, которую она создает, становится только добавлением к тяге, создаваемой дымососом.

Действие дымовой трубы основано на принципе самотяги: разность весов столба более горячих дымовых газов в трубе и такой же высоты столба более холодного воздуха в окружающей атмосфере приводит к возникновению движения потока дымовых газов в газоходах котла и соответствующего разрежения в топке. Самотяга дымовой трубы будет тем больше, чем выше температура дымовых газов в трубе, чем ниже температура наружного воздуха и чем выше труба. Однако не вся тяга, создаваемая дымовой трубой, может быть использована для преодоления сопротивления котельной установки. Некоторая часть этой тяги затрачивается на преодоление трения дымовых газов о стенки самой трубы и создание динамического давления, необходимого для получения заданной скорости выхода дымовых газов из трубы.

Высоту дымовой трубы при искусственной тяге выбирают, исходя из санитарных требований отвода газов на необходимую высоту. Из этих же соображений проверяют и минимально допустимую высоту дымовой трубы при естественной тяге. Согласно СНиП II-Г.9-65 высоту дымовых труб котельных, предназначаемых для работы на твердом топливе при наличии установок для очистки дымовых газов от золы со степенью улавливания 85-90 %, выбирают в зависимости от величин приведенной зольности и сернистости топлива по данным табл.1. Согласно данным этой таблицы выбирают также высоту дымовой трубы для котельных, предназначаемых для сжигания мазута. Для котельных, предназначаемых для работы на газообразном топливе, высоту дымовой трубы выбирают по конструктивным соображениям, но не ниже 20 м.

Расчет дымовой трубы

Таблица 1

Часовой расход топлива, т/ч Высота трубы, м
Aпр<5;
Sпр<0,3
Aпр<5;
Sпр>0,3
Aпр>5;
Sпр<0,3
Aпр>5;
Sпр>0,3
До 1
Свыше 1 до 5
Свыше 5 до 10
20
30
30
20
30
30
20
30
45
20
30
45
Свыше 10 до 15 30 Принимается из расчета обеспечения предельного допустимой концентрации сернистого газа в атмосфере, но не менее 30 м 45 Принимается из расчета обеспечения предельного допустимой концентрации сернистого газа в атмосфере, но не менее 45 м
Более 15 Принимается из расчета обеспечения предельно допустимой концентрации золы и сернистого газа в атмосфере, но не менее:
30 30 45 45

Примечания: 1. Расчет концентраций сернистого газа в атмосфере проводят по «Временной методике расчетов рассеивания в атмосфере выбросов (золы и сернистых газов) из дымовых труб электростанций».
2. Если в радиусе 200 м от котельной имеются здания высотой более 15 м, минимальная высота дымовой трубы принимается 45 м.

Часовое количество дымовых газов, проходящих через дымовую трубу, зависит от производительности и числа котельных агрегатов, присоединенных к трубе. Его можно определить по формуле:

расчет дымовой трубы формула 1

где n — число котлов, подсоединенных к дымовой трубе;
Bр — расчетный часовой расход топлива на каждый из этих котлов, кг/ч;
αд.т. — коэффициент избытка воздуха перед дымовой трубой;
θд.т — температура дымовых газов там, же, °С.

Диаметр устья дымовой трубы зависит от количества дымовых газов, проходящих через нее, и от скорости выхода их из трубы. Его определяют по формуле:

расчет дымовой трубы формула 2

где ωд.т — скорость дымовых газов на выходе из трубы, м/сек.

Скорость дымовых газов на выходе из трубы при естественной тяге принимают равной не менее 6-10 м/сек во избежание задувания дымовых газов в трубу при ветре и работе котельной при пониженной производительности. При искусственной тяге скорость выхода дымовых газов из трубы определяют из экономических соображений. Экономическая скорость дымовых газов на выходе из кирпичных и железобетонных труб составляет для котельных большой и средней паропроизводительности 15-25 м/сек, а для котельных малой производительности (промышленных и отопительных) 10-20 м/сек.

Величина диаметра дымовой трубы, определенная по формуле (2), в случае расчета кирпичной или железобетонной трубы должна быть округлена с учетом выбранной высоты трубы до ближайшего типоразмера по рис. 1. После этого скорость истечения газов из трубы должна быть соответствующим образом пересчитана.

унифицированный ряд типоразмеров дымовых труб

Рис. 1. Унифицирован ряд типоразмеров дымовых труб:

1 - конические кирпичные трубы; 2 - конические кирпичные и цилиндрические железобетонные трубы;
3 - конические железобетонные трубы; 4 - конические кирпичные или железобетонные трубы.

Полезная тяга, развиваемая дымовой трубой, равна:

расчет дымовой трубы формула 3

где Δhд.ттр — сопротивление трения движению газов в дымовой трубе, кГ/м²;
hд.тд — динамическое давление на выходе из трубы, необходимое для создания скорости истечения дымовых газов из трубы, кГ/м².

Сопротивление трения конической дымовой трубы выражают формулой:

расчет дымовой трубы формула 4

где λ — коэффициент трения, принимаемый равным 0,03 как для кирпичных и железобетонных, так и для стальных труб;
α — средний угол сужения трубы, град;
n — степень сужения трубы, равная отношению верхнего и нижнего сечений трубы.

Эту формулу с некоторым приближением можно привести к более простому виду:

расчет дымовой трубы формула 5

где hд.т и hд.т — соответственно диаметр нижнего и верхнего сечений труб, м;
i — средний уклон внутренних стенок трубы, принимаемый для кирпичных и железобетонных дымовых труб равным 0,02.

Величина динамического давления, необходимая для создания скорости выхода дымовых газов из дымовой трубы, составляет:

расчет дымовой трубы формула 6

где ξм — коэффициент местного сопротивления выхода газов из дымовой трубы, принимаемый равным 1,1.

Высота дымовой трубы, обеспечивающая необходимое разрежение при естественной тяге, составляет:

расчет дымовой трубы формула 7

где β — коэффициент запаса по тяге, принимаемый равным 1,2.

Температура дымовых газов вдоль трубы снижается незначительно, но не превышая, как правило, 2-5 °С. Снижение температуры дымовых газов на 1 м высоты трубы можно определить по формуле:

расчет дымовой трубы формула 8

где D — суммарная номинальная паропроизводительность всех котлов, присоединенных к данной трубе, т/ч;
k — коэффициент, зависящий от материала дымовой трубы и равный для малых кирпичных дымовых труб (средняя толщина кладки ≤ 0,5 м) 0,4, а для больших кирпичных дымовых труб (средняя толщина кладки > 0,5 м) 0,2.

В соответствии с этим среднюю температуру дымовых газов в трубе определяют по формуле:

расчет дымовой трубы формула 9

где θд.т — температура дымовых газов при входе в трубу, °С.

При расчете труб, предназначенных для создания естественной тяги, падение температуры дымовых газов учитывается; при расчете же труб, предназначенных для искусственной тяги, падением температуры дымовых газов в трубе можно пренебречь, вводя в расчет температуру дымовых газов у дымососа.