Оразмеряване на комини за котли
Начало > ОВК > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 7, 2007
Пресмятане на комини с естествена и изкуствена тяга, изисквания към димоходите и процеса на кондензация
Eфективната и безопасна работа на отоплителните инсталации с котел за твърдо, течно или газообразно гориво зависи не само от характеристиките на самото съоръжение, но и от правилно проектирания и коректно изграден комин, чрез който едновременно се осигурява достатъчно въздух за безпроблемно протичане на горивния процес и отвеждане на отпадните димни газове от горивното устройство. Правилно оразмереният и изграден от подходящи материали комин има съществена роля за осигуряване на ефективна работа на котела, дълъг експлоатационнен живот на инсталацията, както и сигурната й работа. Ето защо към димоходните тръби и комините се поставят редица изисквания, като дълговечност, надеждна и сигурна експлоатация. Необходимо е да се отличават с висока устойчивост спрямо температурата и съдържанието на отвежданите димни газове, като осигурят понижаване на температурата им до подходяща стойност за отвеждането им в атмосферата, да са неподатливи към въздействие на конденз и агресивни киселини, а също така да отговарят на изискванията за пожаробезопасност.
Видове тяга
Комините работят със следните видове тяга - естествена, принудителна с димосмукателен вентилатор, уравновесена (принудителна с димосмукаткелен вентилатор и въздухонагнетателен вентилатор) и принудителна с използване на въздухонагнетателно устройство без димосмукателен вентилатор. Определянето на вида на тягата обикновено се базира на мощността на котела. За отвеждане на съпътстващите горенето газове при котли с по-малка мощност се разчита предимно на естествена и принудителна тяга с димосмукателен вентилатор.
Пресмятане на комини с естествена тяга
Когато коминът работи с естествена тяга, за осигуряване на безпроблемната му работа е добре да се вземат предвид редица фактори, като характеристиките на самия котел, на изхвърляните димни газове, на димохода и други. Важно е да се отчете и формата на напречното сечение на комина, температурата на димните газове на изхода от котела, материалът, от който е изграден коминът, неплътностите по газо-въздушния тракт, надморската височина, вентилационните параметри на котелните помещения и други.
При работа на котела с естествена тяга (рт), тя следва да съответства на топлинната мощност на котела Qкт. При изчисленията, когато височината на комина е предварително известна, се търси площ на напречното сечение minAк, която ще осигури pт. Обикновено pт се определя по предварително известни височина Hк и напречно сечение Aк. Използва се следната формула (1)
pт = pст-Dpк і pг.у+Dpд+pвз, Pa,
където pг.у e необходимото подналягане, което трябва да се осигури в горивното устройство. Обикновено се дава от производителя в каталога на котела. Когато се определя ефективната тяга на котли за течно гориво или газ, стойността на pг.у се взима с отрицателен знак. Причината е, че в повечето случаи при котлите за газ или течно гориво в горивната камера се поддържа надналягане. Поддържането му се постига с вентилатора в горелката, който е предназначен за подаване на необходимия за горивния процес въздух. Стойността на pг.у е винаги по-голяма от нула за котлите с атмосферни горелки. От своя страна, pвз е налягане за постъпване на въздух за горене. Стойността му е в диапазона от 3 до 5 Pa.
За определяне на загубите на налягане в димохода Dpд и в комина Dpк се използва следното уравнение (2)
D
p = Dpд + Dpк ==
Sa(lL/d+Sz) rд.ru2д.г/2, Pa,където a е коефициент за осигуряване от неплътности, а = 1,5;
l - коефициент на триене. Стойността му е в диапазона от 0,03 до 0,08, като по-ниските стойности се отнасят за стоманени елементи; L - дължина на димохода, съответно височина на комина, m, d - хидравличен диаметър на димохода или комина, m. При некръгла форма диаметърът се изчислява по формулата d = 4A/P, където A е сечението, а P е периметърът, Sz - сумата от коефициентите на местно съпротивление в сответния участък, rд.г - масова плътност на димните газове, kg/m3. Изчислява се по формулата rд.г = 366/Тд.г, където Тд.г е температурата на димните газове, К. От своя страна, nд.г е скорост на димните газове, m/s. За определянето й се използва следната формула nд.г = mд.г1/ rд.гА, m/s. Статичното налягане се изчислява по формлулата pст = Hк(rвз - rд.г)gz, Pa, където Hк е височина на комина от мястото на присъединяване на димохода до изходния отвор, (m), rвз - масовата плътност на въздуха, а z - коефициент на осигуряване при разпалване.Определяне температурата на димните газове
За определяне на средната температура на димните газове в комина се използва изразът tд.г = tвн + (tд.гв - tвн/K(1 - exp(-K))),
оС, като K = Hк.kс.Pк/1050mд.г. В зависимостта tд.гв е температура на димните газове, постъпващи в комина, оС, tвн - темепература на външния въздух. Обикновено се приема за равна на около 15 оС, kс - коефициент на топлопреминаване през стените. При приблизителни изчисления за различните видове комини се използват следните стойности - за зидан комин с дебелина 0,25 m стойността на kс се приема за равна на от 2 до 3 W/m2K, за стоманен изолиран комин от 1,5 до 2 и за стоманен изолиран комин от 3 до 6. С Pк е отбелязан вътрешният периметър на комина.За определяне на температурата на изхода на комина и на изхода на димохода се използват следните изрази - за комина:
tд.ги = tвн + (tд.гв -tвн)exp(-K),
oC,а за димохода:
tд.гд=tд.гв=tвн+(tкти-tвн)exp(-K),
оС, където tкти е температура на излизащите от котела димни газове.Оразмеряване на комина
В процеса на оразмеряване на комина се цели удовлетворяване на израза, показан под номер 1 за техническите характеристики на използваните горивни устройства. Височината на комина обикновено се определя, като се отчетат както височината на сградата, в която се намира котелната инсталация, така и височината на съседните сгради. Формата и размерите на напречното сечение на димоходната тръба също се избират с оглед изпълнение на израза. При неудовлетворяване на неравенството се променят височината, размерите на напречното сечение, топлинната изолация, конфигурацията на димохода.
Изкуствена тяга чрез продухване
Изсмукването на отпадните газове от котела чрез изкуствена тяга се препоръчва при нискотемпературни системи, при котли с големи хидравлични съпротивлени и голяма мощност, както и при високи съпротивления по газо-въздушния тракт. В практиката за създаване на изкуствена тяга се използват центробежни едностранно засмукващи вентилатори или покривни вентилатори.
Обикновено изтеглянето на димните газове се реализира посредством продухване и засмукване. Изкуствена тяга с продухване може да се реализира по няколко начина, като се вземат предвид видът на котела, използваното гориво, височината на сградата и др. Препоръчително е при използването на силно шлаковащи се или финозърнести въглища, както и при голямо съпротивление на скарата, да се използва продухване. При него под скарата се подава необходимият за реализирането на горивния процес въздух. В този случай е възможно предварително подаваният въздух да се подгрее до 350
оС, както и да се регулира подаваният въздух в отделни зони на скарата чрез зониране. При използване на котел за течно гориво или газ, изкуствена тяга с продухване би могла да се реализира и посредством вградения в горелката вентилатор за въздух. Надналягането, поддържано на изхода на котела, е достатъчно, за да се преодолее съпротивлението в димохода на комина. Този вариант се препоръчва предимно за ниски сгради и малка височина на комина.Когато тягата не е достатъчна, като подходящо решение се възприема използването на усилващ вентилатор. В този случай чрез вентилатора част от газовете се отклонява от димохода и се връща отново в комина, като по този начин се създава инжекционен ефект. В практиката се прилагат и схеми, при които пътят на газовете се прегражда с шибър. Включването на вентилатора е автоматично, когато температурата или налягането на газовете достигнат определена, предварително въведена стойност.
Изкуствена тяга чрез засмукване
При създаване на изкуствена тяга чрез засмукване, цялото количество димни газове преминава през вентилатора, което налага използване на топлоустойчиви вентилатори. При определяне на обемния дебит на вентилатора и мощността на електродвигателя се взема предвид температурата на димните газове. Обемният дебит на вентилатора се изчислява чрез израза V=(Vнtд.г + 273)/273, m
3/s, където Vн, m3/s е дебитът на димните газове при нормални условия. За изчисляване на мощността на двигателя се използва израза Pел = a.V.H/h, kW, където а = 1,25 - 1,5 с оглед претоварване при понижаване на температурата, H - необходимото налягане на вентилатора, Pa, h - КПД на вентилатора.Материал, напречно сечение и височина
Препоръчително е при наличието на повече от един котел, всеки от тях да се свързва към самостоятелен комин, но се допуска и съвместна работа на няколко котли с общ комин. Също така е желателно комините да се разположат във вътрешността на сградата, в зоната на най-високата й част, както и да са с добра топлинна изолация. Комините обикновено се изпълняват като фугирана от вътрешната страна зидария от плътни или шамотни тухли с външна замазка. За осигуряване на гладкост на вътрешната повърхнина и топлинна изолация е добре да се използват шамотни тръби в керамзитни или перлитобетонни блокчета.
За да се гарантира оптимално протичане на горивния процес, е добре още при изграждане на комина да се вземат предвид няколко условия. Препоръчително е напречното сечение да остава постоянно по височината но комина, без да се изменя посоката. Цялата дължина на газо-въздушния тракт трябва да бъде с гладка вътрешна повърхнина и да може да поема термични разширения. Относно височината на комина е препоръчително да надвишава с 0,5 m билото на сградата.
Изисквания към димоходите
Предназначението на димоходите е да свържат комина с котела. Обикновено се изпълняват от тухли, стоманобетон или стоманена ламарина с дебелина от 3 до 5 mm. Монтират се с възходящ наклон, като свързването с комина следва да създава минимално аеродинамично съпротивление. Препоръчва се ъгълът на присъединяване на димохода към комина да е 45
о.Към дължината на димоходите е поставено изискване да не надвишава 30% от височината на комина. Напречното им сечение по възможност следва да е с 10 - 20% по-голямо от това на комина. Счита се, че разполагането на димоходи под земята е добре да се избягва. Димоходите следва да са добре топлоизолирани, стените им да са гладки, с нисък топлинен капацитет и малка акумулационна способност.
Проблемите от кондензация на парите
Кондензацията на водни пари в комина е нежелателен процес, тъй като би могла да доведе до разрушаване на целостта му. Обикновено комините биха могли безпроблемно да поемат кратковременна кондензация на водни пари. Когато температурата на оросяване на димните газове е висока, се пресмята охлаждането в комина, като е необходимо да бъде изпълнено условието tд.г.ор < tд.г.и. При неизпълнение на това условие стените на комина се навлажняват, което става причина за започване на ерозионни процеси.
В приложения, при които се използват кондензационни котли, за които е характерно продължително отделяне на кондензат, е необходимо използването на влагоустойчиви комини. Предвижда се отвеждане на кондензата чрез дрениране с воден затвор от дъното на комина. Обикновено се налага и използването на димен вентилатор поради недостатъчната тяга.
Повреди могат да се появят и при работа с малък топлинен товар, при преоразмеряване или
използване на регулиращи клапи по пътя на газовете. За повишаване на тягата, на върха на комина могат да се поставят приспособления, с помощта на които тя да се повиши за сметка на енергията на вятъра.
Вижте още от ОВК
Новият брой 6/2024
