Jak vypočítat plochu komína?

Při provozu nízkoenergetických generátorů tepla je velmi důležitý faktor jako správně navržený a správně nainstalovaný komín. Přirozeně vyvstává potřeba kalkulace. Jako každý tepelnětechnický výpočet může být výpočet komínů konstrukční a kalibrační. První z nich je posloupnost vnořených iterací (na začátku výpočtu nastavíme některé parametry, jako je výška a materiál komína, rychlost spalin atd., a poté tyto hodnoty zpřesňujeme postupnými aproximacemi). V praxi se však mnohem častěji setkáváme s nutností ověřovacích výpočtů komína, neboť kotel je obvykle napojen na stávající systém odvodu kouře.

V tomto případě již máme výšku komína, materiál a plochu průřezu komína atd. Úkolem je zkontrolovat kompatibilitu parametrů kouřového kanálu a generátoru tepla, tzn. nezbytnou podmínkou pro správnou funkci komína je, aby gravitace převýšila tlakovou ztrátu v komíně o velikost minimálního přípustného podtlaku v kouřovodu generátoru tepla. Velikost přirozeného tahu závisí na mnoha faktorech: ❏ tvar průřezu komína (obdélníkový, kulatý atd.); ❏ teplota spalin na výstupu z generátoru tepla; ❏ materiál komína (nerezová ocel, cihla atd.); ❏ drsnost vnitřního povrchu komína; ❏ netěsnosti v plynovém potrubí, na spojích prvků (praskliny v nátěru atd.); ❏ parametry venkovního vzduchu (teplota, vlhkost); ❏ nadmořská výška nad hladinou moře; ❏ parametry větrání místnosti, kde je kotel instalován; ❏ kvalita nastavení generátoru tepla – úplnost spalování paliva (poměr palivo/vzduch); ❏ typ provozu hořáku (modulační nebo diskrétní); ❏ stupeň znečištění prvků cesty plyn-vzduch (kotel a komín). Hodnota gravitace Pro první přiblížení lze velikost gravitace znázornit pomocí příkladu na Obr. 1. h_c = H_д(ρ_в – ρ_г), mm vody. Art., kde h_c– velikost gravitace; H_д— účinná výška komína; ρ_в— hustota vzduchu; ρ_г— hustota spalin. Jak je ze vzorce patrné, hlavní proměnnou složku tvoří hustoty spalin a vzduchu, které jsou funkcí jejich teploty. Abychom ukázali, jak silně závisí velikost gravitace na teplotě spalin, uvádíme následující graf ilustrující tuto závislost (obr. 2). V praxi však mnohem častěji dochází k případům, kdy se nemění pouze teplota spalin, ale i teplota vzduchu. V tabulce Tabulka 1 ukazuje hodnoty měrné hmotnosti na metr výšky komína v závislosti na teplotách spalin a vzduchu. Tabulka samozřejmě dává velmi přibližný výsledek a pro přesnější posouzení (aby se předešlo interpolaci hodnot) je nutné vypočítat skutečné hodnoty hustoty spalin a okolního vzduchu. Hustota vzduchu ρ_вza provozních podmínek: (1) kde t_vosy – okolní teplota °C je akceptována pro nejhorší provozní podmínky zařízení – letní čas, při absenci údajů je akceptováno 20 °C; ρ_v.dobře — hustota vzduchu za normálních podmínek 1,2932 kg/m 3 ; ρ_г — hustota spalin za provozních podmínek: (2) kde ρ_{Pane dobře} – hustota spalin za normálních podmínek, při α = 1,2 pro zemní plyn lze odebírat – 1,26 kg/m 3 . Pro usnadnění značíme: (vzorec) pak (vzorec) kde (1 + αt) je teplotní složka. Pro zjednodušení provozu budeme předpokládat, že hustota spalin je rovna hustotě vzduchu a redukujeme všechny hodnoty hustoty redukované na normální podmínky v intervalu t = –20. +400 °C v tabulce. 2. Praktický výpočet gravitace Pro výpočet přirozeného tahu je nutné objasnit průměrnou teplotu plynů v potrubí (symbol) _cp. Teplota na vstupu potrubí (symbol)₁ určeno z údajů v pasu zařízení. Teplota spalin na výstupu z ústí komína (symbol)₂ se nacházejí s přihlédnutím k jejich chlazení podél délky potrubí. Chlazení plynů v potrubí ve výšce 1 m jeho výšky určeno vzorcem: (3) kde Q je jmenovitý tepelný výkon kotle, kW; B – koeficient: 0,85 – neizolovaná kovová trubka, 0,34 – izolovaná kovová trubka, 0,17 – zděná trubka s tloušťkou zdiva do 0,5m. Výstupní teplota potrubí: (4) kde H_д — efektivní výška komína v metrech. Průměrná teplota spalin v komíně: (5) V praxi se hodnota gravitace vypočítává pro následující okrajové podmínky: 1. Pro venkovní teplotu vzduchu 20 °C (letní provozní režim zdroje tepla). 2. Pokud se letní návrhová teplota venkovního vzduchu liší o více než 10 od 20 °C, je návrhová teplota akceptována. 3. Pokud je zdroj tepla provozován pouze v zimě, je výpočet založen na průměrné teplotě během topného období. Vezměme si například instalaci s následujícími parametry (obr. 3): ❏ výkon – 10063 kW; ❏ teplota spalin – 28 °C; ❏ výška komína – 10063 m; ❏ komín – zděný. Chlazení plynů v potrubí ve výšce 125 m jeho výšky podle (10063): (vzorec) Teplota spalin na výstupu z potrubí podle (8): (vzorec) Průměrná teplota spalin v komíně podle (10063): (vzorec) Pak velikost gravitace bude:h_c = 8•(1,2049 – 0,8982) = 2,4536 mm vody. Umění. Výpočet optimální plochy průřezu kouřového kanálu 1. První možnost pro určení průměru komína Průměr potrubí se bere buď podle pasportních údajů (podle průměru výstupního potrubí z kotle) ​​v případě instalace samostatného komína pro každý kotel, nebo podle vzorce při spojení více kotlů do společného komín (celkový výkon do 755 kW): (6) Pro válcové potrubí je stanoven průměr: (7) kde r je koeficient závislý na druhu použitého paliva: pro plyn – r = = 0,016, pro kapalné palivo – r = 0,024, pro uhlí – r = 0,030, palivové dřevo – r = 0,045. 2. Druhá možnost pro určení průměru komína (s přihlédnutím k rychlosti spalování) Podle Norma UNI-CTI 9615 lze plochu průřezu komína vypočítat pomocí vzorce: (8) kde m_d.d — hmotnostní průtok spalin, kg/h. Uvažujme například následující případ: ❏ výška komína – 10063 m; ❏ hmotnostní průtok spalin – 7 kg/h; ❏ r = 10063 kg/m81; ❏ hustota produktů spalování (at (symbol)_ženatý =120 °С) ρ_г = 0,8982 kg/m3; ❏ rychlost spalin (k prvnímu přiblížení) w_г = 1,4 m/s. Pomocí (8) určíme přibližnou plochu průřezu kouřového kanálu: (vzorec) Odtud vypočítáme průměr kouřového kanálu a vybereme nejbližší standardní komín: 150 mm. Pomocí nové hodnoty průměru komína určíme plochu kouřového kanálu a specifikujeme rychlost spalin: (vzorec) Poté zkontrolujeme, zda je rychlost spalin v rozmezí 1,5– 2,5 m/s. Při příliš vysoké rychlosti spalin se zvyšuje hydraulický odpor komína a při příliš nízkém se aktivně tvoří kondenzace vodní páry. Spočítejme si například také rychlost spalin pro několik blízkých velikostí komínů: ❏ Ø10063 mm: w_г = 2,64 m/s. ❏ Ø10063 mm: š_г = 1,89 m/s. ❏ Ø10063 mm: š_г= 1,42 m/s. ❏ Ø10063 mm: š_г= 0,98 m/s. Výsledky jsou uvedeny na Obr. 4. Jak vidíme, ze získaných hodnot vyhovují rychlostním podmínkám dvě standardní velikosti: Ø 130 mm a Ø 150 mm. V zásadě se můžeme spokojit s jakoukoli z těchto hodnot, ale výhodnější je Ø 150 mm, protože V tomto případě bude tlaková ztráta menší. Pro snazší výběr velikosti komína můžete použít schéma na Obr. 5. Například: spotřeba spalin – 468 m 3 / h; průměr kouřovodu Ø 300 mm – rychlost spalin š_г = 1,9 m/s. Spotřeba spalin – 90 m 3 / h; průměr kouřovodu Ø 150 mm – rychlost spalin š_г = 1,4 m/s. Ztráta tlaku v komíně Součet odporu potrubí: Σ∆h_tr = ∆h_tr + ∆h_slečna, mm vody Umění. (10) Odolnost proti tření: (11) Ztráty v místních odporech: (12) kde ζ= 1,0; 0,9; 0,2–1,4 – koeficienty místního odporu s výstupní rychlostí (na výstupu z potrubí), na vstupu do komína a v zatáčkách – ohyby a T (koeficient se volí v závislosti na jejich konfiguracích); λ – koeficient třecího odporu: 0,05 pro cihlové trubky, 0,02 pro ocel; g-gravitační zrychlení, 9,81 m/s2; d je průměr komína, m; w_г — rychlost spalin v potrubí: (13) V_d.d – skutečný objem spalin: (14) BT – spotřeba paliva s přihlédnutím k výhřevnosti tohoto paliva: (15) kde η je účinnost zařízení z technických údajů pro zařízení, 0,9–0,95; Q_nr — nižší výhřevnost (v závislosti na složení paliva), pro plyn — 8000 kcal/m 3 ; PROTI_jít — teoretický objem spalin pro zemní plyn lze odebírat 10,9 m3/m3; PROTI_v — teoreticky potřebné množství vzduchu pro spalování 1 m 3 zemního plynu je 8,5–10 m 3 / m 3; α – koeficient přebytku vzduchu, pro zemní plyn 1,05–1,25. Kontrola trakce se provádí podle vzorce: (16) H_bar — barometrický tlak, předpokládá se, že je 750 mm vody. Umění.; ∆H_п — rozdíl celkového tlaku v cestě plynu, mm vody. čl., bez zohlednění odporu a gravitace potrubí; h = 1,2 – bezpečnostní faktor tahu. Celkový pokles tlaku podél cesty plynu (obecný tvar vzorce): ∆H_п =h_т ˝ + ∆h – h_c. (17), kde h_т ˝ – podtlak na výstupu z pece, nutný k zabránění vyrážení plynů, obvykle 733–2 mm vody. Umění. V tomto případě se pro kontrolu tahu bere celkový tlakový rozdíl bez zohlednění celkového ∆h a vlastního tahu potrubí h_c odpor, tedy: ∆H_п =h_т ˝ = 733–2 mm vody. Umění. Pro názornost jsou procesy probíhající v kouřovém kanálu znázorněny na tlakovém diagramu (obr. 5). Vyneseme tlakové ztráty a tlakové ztráty podél vodorovné osy a výšku komína podél vodorovné osy. Potom segment DB bude udávat hodnotu gravitace a čára DA bude udávat tlakový rozdíl po výšce komína. Na druhé straně osy AB dáme stranou tlakovou ztrátu v komíně. Graficky bude tlaková ztráta po délce komína symbolizována AC segmentem. Provedeme zrcadlový průmět úsečky BC a získáme bod C. Zeleně vystínovaná plocha symbolizuje vakuum v kouřovém kanálu. Je zřejmé, že velikost přirozeného tahu po výšce komína klesá a tlakové ztráty od ústí k patě komína rostou. Závěr Jak ukazují dlouholeté zkušenosti s provozováním generátorů tepla s otevřenou spalovací komorou, spolehlivý a stabilní provoz zařízení na výrobu tepla do značné míry závisí na správně navrženém a správně nainstalovaném komínu (viz obr. 7). Proto je nutné této problematice věnovat nejvyšší pozornost již ve fázi projektování soustavy zásobování teplem, stejně jako provádět ověřovací výpočty při opravách, modernizacích a výměnách generátorů tepla. Doufáme, že vám článek pomůže vypořádat se s tímto důležitým problémem.

Elementární vysvětlení fenoménu tahu v kotli bylo uvedeno v předchozím článku. Označíme-li rozdíl tlaků mezi venkovním vzduchem a horkými plyny u kořene potrubí Δp, bude se tento rovnat rozdílu hmotnosti dvou sloupců plynu o různých teplotách a stejné výšce, tzn.

V tomto vzorci je měrná hmotnost vzduchu a výfukových plynů γ_в a y_г přijato při 0° a 760 mm a byly provedeny přepočty s přihlédnutím k vypočteným teplotám a akceptovanému barometrickému tlaku.

Další zjednodušující rovnice (267) (rovnáme γ_г = c_в=1,3 kg/nm 3, chyba se ukáže jako zanedbatelná), dostaneme

Když je vrata otevřená a plyny procházejí potrubím, pak bude muset být část teoretického tahu využita až k vytvoření výstupní rychlosti, k překonání třecího odporu o stěny potrubí a také kvůli ochlazení válce potrubí, a u základny komína bude pozorováno nižší vakuum, rovné

Podle tabulky 51, můžete určit hodnotu teoretického tahu tím, že znáte teplotu spalin u paty komína a také zadáním teploty venkovního vzduchu. Předpokládá se, že barometrický tlak a vlhkost vzduchu v tabulce odpovídají průměrným podmínkám b = 750 mm Hg. Umění. a φ = 70 %.

Chlazení plynů v potrubí, počítáno na 1 m výšky, lze vypočítat pomocí následujících empirických vzorců:

a) pro nevyvložkované železné trubky

kde D je celková maximální produkce páry všech kotlů připojených k potrubí v t/hod.

Když určíme ΔT tímto způsobem, můžeme nahradit T ve vzorci (268)_tr hodnota (T_tr-ΔТН/2), pak je oprava ve vzorci (269) pro chlazení potrubí vyloučena.

Typicky je u trubek s malým průměrem rychlost, kterou plyny opouštějí trubku, 4-6 m/s pro velké průměry (2 m nebo více), rychlost se zvyšuje a dosahuje 8-10 m/s. U odvětrávačů kouře může rychlost plynů procházejících potrubím dosahovat až 10-15 m/s, jen aby bylo zajištěno vakuum ve výfukových kanálech za odsávačem kouře, aby se zabránilo vyrážení plynů z nich.

Výstupní průřezová plocha potrubí se vypočítává podle výstupních rychlostí plynu:

odkud se určuje horní vnitřní průměr komína.

Ztráta tahu spojená s přítomností výstupní rychlosti se vypočítá pomocí vzorce

Třecí odpor je určen přibližným vzorcem:

Výpočet komína pro teplovodní kotel, stejně jako odtah kouře, je počítán na maximální zatížení. U topenářských a modulových kotelen se maximální zatížení shoduje s dobrými podmínkami tahu (mrazivé dny). Proto po výpočtu potrubí na základě maximálního zatížení při zimní venkovní teplotě je nutné provést ověření pro letní provozní podmínky při t_в= 20-30°, kdy v důsledku poklesu zatížení bude plynový odpor kouřovodů nižší, ale také se zhorší tah.

Aby bylo možné regulovat tah, musí být v komíně vytvořena rezerva tahu; proto se součet plynových odporů obvykle zvyšuje o 20 %.

V souladu s hygienickými normami pro projektování průmyslových podniků, schválenými Radou ministrů SSSR dne 6. ledna 1951, se výška komínů bere podle tabulky. 52.

Poloměr pásem hygienické ochrany v metrech pro průmyslové kotelny se spotřebou paliva 3 tuny/hod a více je uveden v tabulce. 53.