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 НТР – высота дымовой трубы, м; rГ– 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 rВ – плотность наружного воздуха, зависящая от температуры и давления воздуха, на кг/м3.
Сила естественной тяги определяется по формуле:
где SТ – тяга, создаваемая дымовой трубой, Па; РО – давление воздуха по барометру, Па; ТВ – термодинамическая температура наружного воздуха, К; ТГ- средняя термодинамическая температура газов в дымовой трубе, К; 287,1 – газовая постоянная воздуха (RВ); RГ – газовая постоянная газообразных продуктов сгорания зависит от их состава - RГ »RВ (таблица 3.1).
Задача: Определить тягу, развиваемую дымовой трубой высотой 60 м в зимние время, при средней температуре уходящих дымовых газов tг = 350 оС, температуре и давлении наружного воздуха tв = -25 оС и Рв = 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 åDSКА – 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 0оС и давлении Ро=101,3 кПа, кг/м3
|
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.
|