3.3. Расчёт системы удаления дымовых газов
Дымовые трубы котельных должны сооружаться по типовым проектам. Для котельной необходимо предусматривать сооружение одной дымовой трубы. Допускается предусматривать две трубы и более при соответствующем обосновании.
Высота дымовых труб при искусственной тяге определяется в соответствии с указаниями по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий и Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий. Высота дымовых труб при естественной тяге определяется на основании результатов аэродинамического расчета газовоздушного тракта и проверяется по условиям рассеивания в атмосфере вредных веществ. При расчете рассеивания в атмосфере вредных веществ, следует принимать максимально допускаемые концентрации золы, окислов серы, двуокиси азота и окиси углерода. При этом количество выделяемых вредных выбросов принимается, как правило, по данным заводов изготовителей котлов, при отсутствии этих данных - определяются расчетным путем.
Расчет диаметра газохода и дымовой трубы ведется расчетным путем и все полученные значения заносятся в таблицу.
Действительное количество воздуха, м3/м3, необходимого для сжигания топлива, определяемое по формуле:
(29)
где: α - коэффициент избытка воздуха;
V0 - теоретически необходимое количество воздуха, м3/м3, определяемое по формуле:
где:
состав газообразного топлива по объему,
%.
Определение
действительного объема дымовых газов
,
м3/м3,
необходимого для сжигания газообразного
топлива производится по следующим
уравнениям:
где: VRO2 - объем трехатомных газов, м3/м3;
VH2O - объем водяных паров, м3/м3;
VN2 - объем паров азота, м3/м3.
Объем трехатомных газов, м3/м3:
Объем водяных паров, м3/м3:
Объем паров азота, м3/м3:
Суммарный расход топлива, м3/ч, определяется по формуле:
где: Qка - тепловая нагрузка на котел, Мкал/ч;
Qрн - теплота сгорания низшая рабочая топлива, Мкал/м3;
КПД
котлоагрегата, %.
Действительный расход воздуха, м3/ч, определяется по формуле:
Действительный объем продуктов сгорания, м3/ч, определяется по формуле:
где: υух - температура продуктов сгорания (дымовых газов), °С.
Минимальный диаметр газохода, мм, определяется по формуле:
где: w0 - скорость выхода дымовых газов из устья дымовой трубы.
Фактическая скорость в газоходе после подбора типоразмера газохода вычисляется по следующей формуле:
где d - фактический диаметр газохода (по типоразмеру производителя), мм.
Расчет высоты дымовой трубы по ПДК и самотяге выполняется расчетным путем.
Одним из определяющих параметров высоты дымовой трубы является условие рассеивания дымовых газов до допустимой концентрации. Расчет ведется для выбросов оксидов азота и углерода.
Расчет выбросов оксидов азота, г/с:
где: q4 - потери теплоты с физическим недожогом, %;
KNO2 - удельный выброс оксидов азота при сжигании топлива на 1 МДж теплоты, г/МДж; для природного газа рассчитывается по уравнению:
где: Qнр - теплота сгорания топлива, МДж/м3;
Вт - суммарный расход топлива, м3/с;
βк - безразмерный коэффициент, учитывающий принципиальную конструкцию горелок; принимается при сжигании газа для дутьевых горелок напорного типа – 2; для горелок инжекционного типа – 1,6; для горелок двухступенчатого сжигания – 0,7;
βα - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота; принимается для газа – 1;
βt - безразмерный коэффициент влияния температуры воздуха; определяется по формуле:
где tвн - температура воздуха в помещении, °С.
Расчет выбросов оксидов углерода, г/с:
Минимальная высота дымовой трубы, м, рассчитывается по следующей зависимости:
где: Мi – количество выбросов i-го загрязняющего вещества из дымовой трубы, г/с;
ПДКi – предельно-допустимая максимальная разовая концентрация i-го вредного загрязняющего вещества в приземном воздухе, мг/м3;
Сфi – фоновые концентрации i-го загрязняющего вещества в районе расположения котельной, мг/м3 ;
А – коэффициент распределения температуры воздуха, зависящий от метеорологических условий местности и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных загрязняющих веществ в атмосферном воздухе;
F – коэффициент скорости оседания вредных веществ в атмосферном воздухе, равный 1 для газообразных выбросов;
nдт – количество дымовых труб, шт.;
Т – разность температур уходящих газов υух и температуры окружающего атмосферного воздуха, равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года.
Охлаждение газов в трубе на 1 метр ее высоты определяется по формуле:
где: QКА - тепловая нагрузка на котел, кВт;
В - коэффициент дымовой трубы; принимается 0,85 – неизолированная металлическая труба; 0,34 – изолированная металлическая труба; 0,17 – кирпичная труба с толщиной кладки до 0,5 метра.
Температура дымовых газов на выходе из трубы, °С:
где: υ1 - температура дымовых газов на входе в трубу равна υух, °С;
НgПДК - высота дымовой трубы по ПДК, м .
Средняя рабочая температура дымовых газов определяется по формуле:
Плотность дымовых газов и воздуха, кг/м3, при рабочих условиях:
где: ρгну и ρвну – соответственно плотность продуктов сгорания и воздуха при нормальных условиях;
tос - температура окружающей среды, °С.
Исходя из соображений, что расстояние от котла до дымовой трубы диктуется требованиями по размещению и в расчете является неизменным, а высота трубы зависит от нескольких показателей, то аэродинамический расчет ведется отдельно для газохода, отдельно – для дымовой трубы.
Потери давления в системе удаления дымовых газов, кПа, определяются по формуле:
где: - коэффициент сопротивления трения;
- коэффициент местного сопротивления элемента газохода;
L - длина рассматриваемого газохода, м;
d – фактический диаметр газохода, м;
wг - фактическая скорость в газоходе, м/с;
g - ускорение свободного падения, м/с2.
Расчет требуемой высоты трубы также выполняется по формулам, и полученные значения заносятся в таблицу.
Величина самотяги СУДГ определяется по формуле:
где:
высота дымовой трубы по ПДК, м.
Проверка тяги производится по формуле:
где:
разрежение
на выходе из топки, необходимое для
предотвращения выбивания газов, кПа;
аэродинамическое
сопротивление котла, кПа;
-
сумма потерь давления в системе удаления
дымовых газов для горизонтального и
вертикального участка газохода, кПа.
В случае если принятое к расчету значение высоты дымовой трубы по результатам расчета ПДК не удовлетворяет вышеуказанному условию, то необходим пересчет высоты дымовой трубы на самотягу.
Высота дымовой трубы для обеспечения необходимой тяги определяется по формуле:
Требуемая
высота дымовой трубы определяется путем
сравнения значений высоты по ПДК (
)и
самотяге (
),
при этом принимается максимальное
значение. Далее определяется требуемая
высота дымовой трубы
как максимальная для трех режимов работы
котла.
В завершении расчетов высоты дымовой трубы полученное значение сравнивается с архитектурно-строительными требованиями. В соответствии с рекомендациями СП 42-101-2003 «Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб» и требованиями СНиП II-35-76, высота устья дымовой трубы должна быть не менее чем на 2 м выше поверхности плоской кровли, а также над кровлей более высокой части здания или самого высокого близлежащего здания в радиусе 10 м.
Расчёт системы удаления дымовых газов СО и В представлен в таблице 17
Таблица 17
Расчёт системы удаления дымовых газов для котлов СО и В
№ |
Показатель |
Режимы теплопотребления |
Ед.изм |
|||
Макс.-зимний |
Средне.-отопит |
Летний |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
Аэродинамический расчет высоты дымовой трубы |
||||||
1 |
Исходные данные |
|||||
1.1 |
Тепловая нагрузка на котел |
1680,0 |
758,0 |
0,0 |
Мкал/ч |
|
1.2 |
КПД котлоагрегата |
92 |
% |
|||
1.3 |
Аэродинамическое сопротивление котла (с учетом компенсации напором горелки) |
0 |
кПа |
|||
1.4 |
Требуемое разряжение на выходе из котла |
0,05 |
кПа |
|||
1.5 |
Температура дымовых газов |
215,0 |
оС |
|||
1.6 |
Температура наружного воздуха |
-27,0 |
-2,3 |
22,7 |
оС |
|
1.7 |
Температура воздуха в помещении |
5,0 |
5,0 |
22,7 |
оС |
|
1.8 |
Состав топлива: |
|||||
1.8.1 |
Метан CH4 |
94,1 |
% |
|||
1.8.2 |
Этан C2H6 |
3,1 |
% |
|||
1.8.3 |
Пропан C3H8 |
0,6 |
% |
|||
1.8.4 |
Бутан C4H10 |
0,2 |
% |
|||
1.8.5 |
Пентан C5H12 |
0,8 |
% |
|||
1.8.6 |
Азот N2 |
1,2 |
% |
|||
1.8.7 |
Углекислый газ CO2 |
- |
% |
|||
1.9 |
Коэффициент избытка воздуха |
1,1 |
- |
|||
1.10 |
Скорость газов в газоходе |
10,0 |
м/с |
|||
1.11 |
Скорость газов в дымовой трубе |
10,0 |
м/с |
|||
1.12 |
Плотность воздуха при н.у. |
1,293 |
кг/м3 |
|||
1.13 |
Плотность дымовых газов при н.у. |
1,26 |
кг/м3 |
|||
1.14 |
Потери теплоты с химнедожогом |
0,5 |
% |
|||
1.15 |
Потери теплоты с физ недожогом |
0,0 |
% |
|||
2 |
Расчетные данные |
|||||
2.1 |
Определение диаметра газопровода |
|||||
2.1.1 |
Теоретически необходимое количество воздуха |
9,98 |
м3/м3 |
|||
2.1.2 |
Действительное количество воздуха |
10,98 |
м3/м3 |
|||
Продолжение таблицы17
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
2.1.3 |
Действительный объем дымовых газов |
12,18 |
м3/м3 |
||
2.1.4 |
Теплота сгорания газа |
37,63 |
мДж/м3 |
||
2.1.5 |
Плотность природного газа |
0,77 |
кг/м3 |
||
2.1.6 |
Суммарный расход топлива |
203,30 |
91,73 |
0 |
м3/ч |
|
То же |
0,06 |
0,03 |
0 |
м3/с |
2.1.7 |
Действительный расход воздуха |
2232,78 |
1007,4 |
0 |
м3/ч |
2.1.8 |
Действительный объем продуктов сгорания |
4428,04 |
1997,89 |
0 |
м3/ч |
2.1.9 |
Минимальный диаметр газохода |
395,00 |
265,00 |
0 |
мм |
2.1.10 |
Фактический диаметр газохода (по типоразмерам производителя) |
400,00 |
мм |
||
2.1.11 |
Фактическая скорость в газоходе |
9,79 |
4,42 |
0,00 |
м/с |
2.2 |
Расчет высоты дымовой трубы по ПДК |
||||
2.2.1 |
Коэффициент конструкции горелок |
2 |
- |
||
2.2.2 |
Коэффициент влияния температуры воздуха |
0,95 |
0,95 |
0,98 |
- |
2.2.3 |
Коэффициент влияния избытка воздуха |
1,00 |
- |
||
2.2.4 |
Удельный выброс оксидов азота |
0,05 |
г/МДж |
||
2.2.5 |
Расчет выбросов оксида азота |
0,19 |
0,09 |
0 |
г/с |
2.2.6 |
Коэффициент доли потерь с химнедожогом топлива |
0,5 |
г/Мкал |
||
2.2.7 |
Расчет выбросов моноксида углерода |
0,21 |
0,10 |
0 |
г/с |
2.2.8 |
Коэффициент распределения температуры воздуха |
160,00 |
- |
||
2.2.9 |
Коэффициент скорости оседания вредных веществ в атмосферном воздухе |
1,00 |
- |
||
2.2.10 |
Минимальная высота дымовой трубы по оксиду азота |
2,23 |
1,74 |
0 |
м |
2.2.11 |
Минимальная высота дымовой трубы по моноксиду углерода |
0,41 |
0,32 |
0 |
м |
2.2.12 |
Высота дымовой трубы по ПДК |
2,23 |
1,74 |
0 |
м |
2.3 |
Расчет высоты дымовой трубы по самотяге |
||||
2.3.1 |
Коэффициент дымовой трубы |
0,34 |
- |
||
2.3.2 |
Температура дымовых газов на выходе из дымовой трубы |
214,60 |
214,70 |
0 |
оС |
2.3.3 |
Средняя рабочая температура дымовых газов |
214,80 |
214,90 |
0 |
оС |
2.3.4 |
Плотность дымовых газов при рабочих условиях |
0,71 |
0,71 |
0 |
кг/м3 |
2.3.5 |
Плотность воздуха при рабочих |
1,29 |
1,29 |
0 |
кг/м3 |
Окончание таблицы 17
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
2.3.6 |
Длина газохода |
2,126 |
м |
||
2.3.7 |
КМС газохода |
0,300 |
- |
||
2.3.8 |
Коэффициент сопротивления трения |
0,020 |
- |
||
2.3.9 |
Суммарные потери давления в газоходе |
0,003314 |
0,000675 |
0 |
кПа |
2.3.10 |
КМС дымовой трубы |
1,500 |
- |
||
2.3.11 |
Коэффициент сопротивления трения |
0,020 |
- |
||
2.3.12 |
Суммарные потери давления в трубе |
0,0544 |
0,0109 |
0 |
кПа |
2.3.13 |
Величина самотяги СУДГ |
0,0144 |
0,0091 |
0 |
кПа |
2.3.14 |
Проверка тяги дымовой трубы |
-0,093 |
-0,052 |
0 |
кПа |
2.3.15 |
Высота дымовой трубы по самотяге |
16,653 |
11,661 |
0 |
м |
2.4 |
Проверка высоты дымовой трубы по требованиям архитектурно строительных норм |
||||
2.4.1 |
Высота ближайшего здания в радиусе 10 метров |
12,5 |
м |
||
2.4.2 |
Нормативный запас |
2,0 |
м |
||
2.4.3 |
Минимальная высота |
14,5 |
м |
||
2.5 |
Фактическая высота дымовой трубы |
||||
2.5.1 |
Минимальная высота по ПДК,самотяге,высоте ближайшего здания и режимам теплопотребления |
16,653 |
м |
||
2.5.2 |
Фактическая высота (по типоразмерам производителя) |
16,970 |
м |
||
Принимаем фактическую высоту дымовой трубы равной высоте дымовой трубы для горячего водоснабжения.
Расчёт системы удаления дымовых газов для котлов ГВС представлен в таблице 18.
Таблица 18
Расчёт системы удаления дымовых газов для котлов ГВС
№ |
Показатель |
Режимы теплопотребления |
Ед.изм |
||
Макс.-зимний |
Средне.-отопит |
Летний |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Аэродинамический расчет высоты дымовой трубы |
|||||
1 |
Исходные данные |
||||
Продолжение таблицы 18
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||
1.1 |
Тепловая нагрузка на котел |
1284 |
1284 |
1051 |
Мкал/ч |
||
1.2 |
КПД котлоагрегата |
92 |
% |
||||
1.3 |
Аэродинамическое сопротивление котла |
0 |
кПа |
||||
1.4 |
Требуемое разряжение на выходе из котла |
0,05 |
кПа |
||||
1.5 |
Температура дымовых газов |
215 |
оС |
||||
1.6 |
Температура наружного воздуха |
-27,0 |
-2,3 |
22,7 |
оС |
||
1.7 |
Температура воздуха в помещении |
5,0 |
5,0 |
22,7 |
оС |
||
1.8 |
Состав топлива: |
||||||
1.8.1 |
Метан CH4 |
94,1 |
% |
||||
1.8.2 |
Этан C2H6 |
3,1 |
% |
||||
1.8.3 |
Пропан C3H8 |
0,6 |
% |
||||
1.8.4 |
Бутан C4H10 |
0,2 |
%% |
||||
1.8.5 |
Пентан C5H12 |
0,8 |
% |
||||
1.8.6 |
Азот N2 |
1,2 |
% |
||||
1.8.7 |
Углекислый газ CO2 |
- |
% |
||||
1.9 |
Коэффициент избытка воздуха |
1,1 |
- |
||||
1.10 |
Скорость газов в газоходе |
10,0 |
м/с |
||||
1.11 |
Скорость газов в дымовой трубе |
10,0 |
м/с |
||||
1.12 |
Плотность воздуха при н.у. |
1,293 |
кг/м3 |
||||
1.13 |
Плотность дымовых газов при н.у. |
1,26 |
кг/м3 |
||||
1.14 |
Потери теплоты с химнедожогом |
0,5 |
% |
||||
1.15 |
потери теплоты с физ недожогом |
0,0 |
% |
||||
2 |
Расчетные данные |
||||||
2.1 |
Определение диаметра газопровода |
||||||
2.1.1 |
Теоретически необходимое количество воздуха |
9,98 |
м3/м3 |
||||
2.1.2 |
Действительное количество воздуха |
10,98 |
м3/м3 |
||||
2.1.3 |
Действительный объем дымовых газов |
12,18 |
м3/м3 |
||||
2.1.4 |
Теплота сгорания газа |
37,63 |
мДж/м3 |
||||
2.1.5 |
Плотность природного газа |
0,77 |
кг/м3 |
||||
2.1.6 |
Суммарный расход топлива |
155,38 |
155,38 |
127,19 |
м3/ч |
||
|
То же |
0,04 |
0,04 |
0,03 |
м3/с |
||
2.1.7 |
Действительный расход воздуха |
1706,48 |
1706,48 |
1396,82 |
м3/ч |
||
2.1.8 |
Действительный объем продуктов сгорания |
3384,28 |
3384,28 |
2770,16 |
м3/ч |
||
2.1.9 |
Минимальный диаметр газохода |
346,06 |
346,06 |
313,08 |
мм |
||
Продолжение таблицы 18
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
2.1.10 |
Фактический диаметр газохода (по типоразмерам производителя) |
400 |
мм |
|||
2.1.11 |
Фактическая скорость в газоходе |
7,49 |
7,49 |
6,13 |
м/с |
|
2.2 |
Расчет высоты дымовой трубы по ПДК |
|||||
2.2.1 |
Коэффициент конструкции горелок |
2 |
- |
|||
2.2.2 |
Коэффициент влияния температуры воздуха |
0,95 |
0,95 |
0,99 |
- |
|
2.2.3 |
Коэффициент влияния избытка воздуха |
1 |
- |
|||
2.2.4 |
Удельный выброс оксидов азота |
0,04 |
г/МДж |
|||
2.2.5 |
Расчет выбросов оксида азота |
0,14 |
0,14 |
0,12 |
г/с |
|
2.2.6 |
Коэффициент доли потерь с химнедожогом топлива |
0,5 |
г/Мкал |
|||
2.2.7 |
Расчет выбросов моноксида углерода |
0,16 |
0,16 |
0,13 |
г/с |
|
2.2.8 |
Коэффициент распределения температуры воздуха |
160 |
- |
|||
2.2.9 |
Коэффициент скорости оседания вредных веществ в атмосферном воздухе |
1 |
- |
|||
2.2.10 |
Минимальная высота дымовой трубы по оксиду азота |
1,99 |
2,03 |
1,97 |
м |
|
2.2.11 |
Минимальная высота дымовой трубы по моноксиду углерода |
0,37 |
0,37 |
0,36 |
м |
|
2.2.12 |
Высота дымовой трубы по ПДК |
1,99 |
2,03 |
1,97 |
м |
|
2.3 |
Расчет высоты дымовой трубы по самотяге |
|||||
2.3.1 |
Коэффициент дымовой трубы |
0,34 |
- |
|||
2.3.2 |
Температура дымовых газов на выходе из дымовой трубы |
214,65 |
214,65 |
214,66 |
оС |
|
2.3.3 |
Средняя рабочая температура дымовых газов |
214,83 |
214,83 |
214,83 |
оС |
|
2.3.4 |
Плотность дымовых газов при рабочих условиях |
0,71 |
0,71 |
0,71 |
кг/м3 |
|
2.3.5 |
Плотность воздуха при рабочих условиях |
1,29 |
1,29 |
1,29 |
кг/м3 |
|
2.3.6 |
Длина газохода |
1,96 |
м |
|||
2.3.7 |
КМС газохода |
0 |
- |
|||
2.3.8 |
Коэффициент сопротивления трения |
0,02 |
- |
|||
2.3.9 |
Суммарные потери давления в газоходе |
0,002 |
0,002 |
0,001 |
кПа |
|
2.3.10 |
КМС дымовой трубы |
1,50 |
- |
|||
2.3.11 |
Коэффициент сопротивления трения |
0,02 |
- |
|||
2.3.12 |
Суммарные потери давления в трубе |
0,03 |
0,03 |
0,02 |
кПа |
|
2.3.13 |
Величина самотяги СУДГ |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
кПа |
|
2.3.14 |
Проверка тяги дымовой трубы |
-0,07 |
-0,07 |
-0,06 |
кПа |
|
2.3.15 |
Высота дымовой трубы по самотяге |
12,90 |
15,82 |
16,94 |
м |
|
2.4 |
Проверка высоты дымовой трубы по требованиям архитектурно строительных норм |
|||||
Окончание таблицы 18
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
2.4.1 |
Высота ближайшего здания в радиусе 10 метров |
12,5 |
м |
||
2.4.2 |
Нормативный запас |
2,0 |
м |
||
2.4.3 |
Минимальная высота |
14,5 |
м |
||
2.5 |
Фактическая высота дымовой трубы |
||||
2.5.1 |
Минимальная высота по ПДК,самотяге,высоте ближайшего здания и режимам теплопотребления |
16,94 |
м |
||
2.5.2 |
Фактическая высота (по типоразмерам производителя) |
16,97 |
м |
||
Перечень элементов конструкции системы удаления дымовых газов, подобранных по каталогу фирмы «RAAB» , представлен в таблице 19.
Таблица 19
Перечень элементов конструкции системы удаления дымовых газов для котлов СО и В и ГВС
№ п/п |
Показатель |
Ед.изм. |
Значение |
1 |
2 |
3 |
4 |
1. |
Газоход |
||
1.1. |
Муфта на EW/FU 216 мм |
шт. |
3 |
1.2. |
Обжимной хомут DHKLB |
шт. |
12 |
1.3. |
Проход через чтену двойной 18 DMD 420 мм |
шт. |
3 |
1.4. |
Прямой элемент DHR 1020 мм |
шт. |
3 |
1.5. |
Прямой элемент DHR 480 мм |
шт. |
3 |
1.6. |
Прямой элемент DHR 120 мм |
шт |
6 |
1.8. |
Фартук настенный DRO 34 мм |
шт. |
6 |
2. |
Дымовая труба |
||
2.1. |
Телескопическая опора угловая 321 мм |
шт. |
3 |
2.2. |
Опорная часть для монтажа с отводом конденсата 118 мм |
шт. |
3 |
2.3. |
Элемент с люком для прочистки и RV-дверцей 480 мм |
шт. |
3 |
2.4. |
Подключение к котлу (негазоплотный) 740 мм |
шт. |
3 |
Окончание таблицы 19
1 |
2 |
3 |
4 |
2.5. |
Прямой элемент DHR 1020 мм |
шт. |
48 |
2.6. |
Прямой элемент DHR 480 мм |
шт. |
3 |
2.7. |
Выходная горловина 150 мм |
шт. |
3 |
2.8. |
Зонт с защитой от искр 455 мм |
шт. |
3 |
2.9. |
Обжимной хомут DHKLB |
шт. |
54 |
2.10. |
Ёмкость для нейтрализации |
шт. |
3 |
