Методы расчёта систем дымоудаления
Методы расчёта систем дымоудаления
Для расчёта систем дымоудаления любой сложности применяются номограммы, см. Рис.11. Эти номограммы выполнены на основе принципов расчёта, разработанных ASHRAE (Американское Общество инженеров по отоплению, кондиционированию воздуха и холодильному делу).
1.
1. Основная формула расчёта дымового тракта
I = 4,13 · 105(di)2 ( (pB (0,5
M ( kTm ( , где
I – суммарная нагрузка на горелки, БТЕ/час, (ккал/час х0,252);
di – внутренний диаметр дымохода, дюйм (мм :25,4)
М – масса дымовых газов, фунт на 1000 БТЕ нагрузки
Рекомендуемые материалы
(p – расчётное падение давления (тяга) в дымовой трубе, дюйм вод.ст.
В – барометрическое давление, дюйм ртутн.ст.
k – коэффициент аэродинамического сопротивления системы.
Tm – средняя температура дымовых газов, град. Ранкин (град.Фаренгейта + 460).
Данное уравнение предназначено для расчёта дымовых труб и коллекторов диаметром от 10 дюймов и выше. В уравнении не учтены потери тепла от охлаждения газов. Теоретические исследования показали, что при диаметрах более 18" потери тепла практически не влияют на величины пропускной способности и диаметров труб. В диапазоне диаметров от 12" до 18" потери от охлаждения газов не играют большой роли. Для подбора труб диаметров 12" и меньше, рекомендуется пользоваться таблицами.
Общие исходные данные, принятые для расчёта дымовых труб
| Вид топлива | Перепад | Содержание | Содержание | Избыток | Масса |
| Природный газ | 350/194 | 8,5 | 5,98 | 30,04 | 1,001/1,550 |
| Пропан | 455/253 | 10,0 | 5,72 | 33,90 | 0,992/1,536 |
| Диз.топливо | 400/222 | 12,5 | 3,72 | 20,50 | 0,916/1,419 |
| Уголь, дрова | 500/278 | 15,0 | 4,10 | 23,77 | 1,006/1,558 |
В качестве примера рассчитаем систему дымоудаления со следующими параметрами:
Высота трубы – 100’ (30,5 м), диаметром 24” (610 мм), длина горизонтального участка – 50’ (15,3 м). Фитинги: колено 90º (k=0,30); тройник 90º (k=1,25) и дефлектор трубы (k=0,50). Система работает с перепадом температуры 350ºF (194ºС) – выше температуры окружающего воздуха, и содержанием СО2 в дымовых газах – 8,5%.
Сопротивление труб газохода дымовым газам по всей длине L=150’ (45,8 м) при линейном коэффициенте сопротивления 0,3:
k = 0,3 (L/di) = 0,3 (150/24) = 1,875
Общее сопротивление дымового тракта:
Колено 0,30
Тройник 1,25
Дефлектор 0,50
Трубы 1,875
k = 3,925
Теперь, что является весьма важным, необходимо рассчитать требуемую тягу Δр, пользуясь приведёнными ниже уравнениями и таблицей теоретических значений самотяги трубы (Dt).
Уравнения для определения Δр
|
| Dа – располагаемое давление | Уравнение для расчёта Δр |
| 1). Отрицательное: требуется тяга, равная Dа | Вычесть Dа из Dt | Δр = Dt - Dа |
| 2). Нейтральное или нулевое – котёл с тягопреры-вателем или котёл I категории с принудительной тягой | Dа равно нулю | Δр = Dt |
| 3). Положительное давление, развиваемое | Сложить Dа и Dt | Δр = Dt + Dа |
| 4). Любое из приведённых выше, в систе- |
| |
|
| ||
| 4.2). Нейтральное + устройство повышения тяги: Δр = Dt + Db | ||
| 4.3). Положительное + устройство повышения тяги: Δр = Dt + Dа + Db | ||
|
|
Приведённые уравнения для Δр применяются также и в номограммах расчёта дымовых труб. Для нейтральной тяги (т.е. для нулевого значения давления на выходе из котла), потери давления в дымовом тракте будут равны теоретической тяге, которая соответствует Δр равной 0,55 дюйма вод.ст. на каждые 100 футов высоты трубы (т.е. 4,58 мм на каждые 10 м высоты). При этом расчётная температура наружного воздуха принята 60ºF (15,6ºС).
Температура дымовых газов работающей системы является суммой перепада температуры в системе и температуры окружающего воздуха, т.е. 350+60=410ºF (210ºС). В уравнении применяется абсолютная температура: Tm=410ºF+460ºF.
Рассмотрим все исходные значения:
| k | = | 3,925 |
| di | = | 24” |
| M | = | 1,001 при 8,5% СО2 |
| Δр | = | 0,55” вод.ст. |
| В | = | 29,92” рт.ст. (на уровне моря) |
| Tm | = | 410ºF+460ºF=870º |
Точное цифровое значение решённого уравнения составляет 16.497.614, или округлённо 16,5 млн. БТЕ в час (т.е.4830 кВт или 4,1 Гкал/час).
2.
2. Номограмма расчёта дымовых труб
Многосекционная каскадная номограмма содержит необходимые данные для графического решения задачи по определению пропускной способности систем дымоудаления и подбору диаметров труб. При работе с номограммой, как будет показано ниже, потребуется лишь минимум математики для определения сопротивления и потерь давления. После небольшой практики, путём нанесения нескольких линий на копию приведенной номограммы, можно быстро определить размеры дымоходов и дымовых труб.
3.
3. Рекомендуемые значения исходных данных для номограммы
Данные в нижеприведённых таблицах применяются для расчётов по номограмме или для решения уравнения.
Расчётные условия работы дымохода
| Топливо | Соединение | СО2 % | ΔТ |
| Природный газ | Котёл соединён с трубой напрямую | 8,5 | 430 / 239 |
| Природный газ | Котёл с тягопрерывателем | 5,3 | 300 / 167 |
Переводные коэффициенты
Британские тепловые единицы в час, нагрузки на горелки:
|
| = куб.фут/час природного газа х 1000 |
| = куб.м/час природного газа х 28 | |
| = кВт х 3,413 | |
| = ккал/час х 3,97 |
Коэффициенты местных сопротивлений
| Колено (отвод) 90º | 0,30 |
| Колено (отвод) 45º | 0,15 |
| Колено (отвод) 30º | 0,12 |
| Тройник 90º | 1,25 |
| Тройник 45º | 0,40 |
| Дефлектор | 0,50 |
| Трубы дымохода | 0,3(L/di) |
| (фунт длины / дюйм диаметра) |
Общие факторы
| Тягопрерыватель | 1,5 |
| Регулятор тяги | 0,5 |
| Соединение напрямую | 0,0 |
Начальные посылки для номограммы
| Непосредственное присоединение дымохода к трубе | k = 5,0 |
| Объединённый дымоход | k = 7,5 |
Для объединённых дымоходов (при присоединении двух или более котлов), по получении первого результата приближения, умножьте значение k системы (местные сопротивления + потери давления в трубах) на 1,5 с тем, чтобы получить требуемый расчётный коэффициент аэродинамического сопротивления системы.
Величина k, используемая в расчёте по уравнению или по номограмме, равна сумме сопротивлений всех компонентов системы плюс фактор труб дымохода.
Теоретическая тяга (самотяга трубы) на уровне моря, Dt
(Для температуры наружного воздуха 60ºF (16ºC)).
Dt – тяга на каждые 100’ (30 м) высоты, дюйм вод.ст./мм вод.ст.
| Повышение температуры дымовых газов в трубе над температурой наружного воздуха, |
| |
| 100/56 | 0,2/5,0 | |
| 150/83 | 0,3/7,6 | |
| 200/111 | 0,4/10,2 | |
| 300/167 | 0,5/12,7 | |
| 400/222 | 0,6/15,2 | |
| 500/278 | 0,7/17,8 | |
| 700/389 | 0,8/20,3 | |
| 900/500 | 0,9/22,9 |
Перевод избытка воздуха (%) в СО2(%)
Приведённые значения – для перевода процентного значения избыточного воздуха (XS) в процентное значение содержания СО2 в дымовых газах (по сухому основанию).
| ПРИРОДНЫЙ ГАЗ | СО2=1072/(XS + 90,11) |
| ПРОПАН | СО2=1261/(XS + 91,63) |
| ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО | СО2=1444/(XS + 95,00) |
| УГОЛЬ/ДРОВА | СО2=1822/(XS + 97,70) |
Поправка на высоту над уровнем моря (только для номограммы)
Для того,чтобы получить расчётную нагрузку на дымовую трубу или дымоход, умножьте величину нагрузки на горелки на приведенный коэффициент, учитывающий высоту над уровнем моря.
| ВЫСОТА | КОЭФФИЦИЕНТ | В, барометрическое давление |
| Ур. моря | 1,00 | 29,2" / 760 мм Hg |
| 2000’ / 600 м | 1,08 | 27,8" / 706 |
| 4000’ / 1200 м | 1,16 | 25,8" / 655 |
| 6000’ / 1800 м | 1,25 | 24,0" / 610 |
| 8000’ / 2400 м | 1,34 | 22,3" / 566 |
| 10000’ / 3000 м | 1,45 | 20,6" / 523 |
4.
4. Последовательность шагов при расчёте по номограмме
А. Определите содержание СО2 в дымовых газах (или объём избыточного воздуха). Если эти величины неизвестны, примените соответствующую величину из рекомендуемых значений исходных данных (см. Таблицу в Разделе 3).
Б. Исходя из требуемых значений температуры, высоты и тяги, найдите предварительное значение величины Δp, применив величину «теоретической тяги» и «уравнений для определения Δp» (см. Раздел 1). Для котлов «LAARS» Δp=Dt.
В. В части “А” номограммы введите значение СО2 и проведите горизонтальную линию.
Г. Из точки её пересечения с наклонной линией, соответствующей применяемому топливу (газ, дизтопливо и т.п.), проведите вертикальную линию до пересечения с наклонной линией ΔТ в части “А” номограммы.
Д. От полученной точки пересечения проведите горизонтальную линию влево до пересечения с линией переноса (transfer line) в части «В» номограммы.
Е. Проведите вертикальную линию вверх или вниз от линии переноса до пересечения с первым принятым значением коэффициента сопротивления системы k: 5,0 или 7,5.
Ж. Далее, от принятого значения k проведите горизонталь влево до точки пересечения с соответствующей наклонной линией ΔТ в части “С” номограммы.
З. От этой точки проведите вертикаль до наклонной линии в части “D” номограммы, соответствующей значению величины Δp, определённой ранее.
И. От точки пересечения со значением Δp проведите горизонтальную линию влево, в часть «Е» номограммы до пересечения с кривой линией с соответствующим значением величины нагрузки на горелки (в миллионах БТЕ/час).
К. От указанной точки проведите вертикаль вниз и прочитайте величину требуемого диаметра дымохода.
Л. Пересчитайте сопротивление системы с учётом только что найденного диаметра при помощи уравнения k=0,3L/di + сопротивление компонентов системы, как показано примером в Разделе 1.
М. Повторите шаги с В до Л до получения того же самого диаметра по номограмме (это не займёт более трёх попыток).
5.
5. Пример подбора диаметра дымохода по номограмме.
Рис.13
Дано: Шесть газовых котлов с тягопрерывателями (Рис.13) присоединены к горизонтальному дымоходу постоянного диаметра. Нагрузка на горелки каждого котла 1.600.000 БТЕ/час. (470 кВт). Длина дымохода 80 футов (24 м). Общая высота трубы 400 футов (120 м). Высота местности 6000 футов над уровнем моря (см. поправку на высоту). Высота соединительного патрубка от тягопрерывателя до горизонтального дымохода 4 фута (1,2 м). Котлы управляются индивидуально. Дымовая система смонтирована из двухслойных труб с теплоизоляцией.
Определить: Диаметр горизонтального дымохода, дымовой трубы и присоединительных патрубков. См. Рис.15.
Решение: Проводим горизонтальные и вертикальные линии, как показано на номограмме. Одновременная работа котлов определяет диаметр дымохода и дымовой трубы. Поправка на высоту составляет 1,25, поэтому суммарная нагрузка на горелки составит:
6х1.600.000х1,25=12.000.000 БТЕ/час. (3,53 МВт).
Рабочие условия для котлов на природном газе с тягопрерывателем определяются: ΔТ=300°F (167°С) при содержании СО2 в дымовых газах 5,3% (см. табличное значение в Разделе 3).
А. Проводим горизонталь от значения 5,3% до пересечения с линией «природный газ» (NAT.), затем вертикаль до пересечения с линией, соответствующей 300°F.
Б. Ведём горизонталь к наклонной линии переноса (transfer line) в части «В» номограммы. Принимаем k=7,5. От этой точки следуем по непрерывной жирной линии для первого приближения. (Для последующих значений k любой дымовой тракт включает в себя тягопрерыватель, два тройника и зонт дымовой трубы).
В. Проводим горизонталь до значения 300°F в части “С” номограммы.
Г. При ΔТ=300°F Dt=0,5 дюйма вод.ст. (12,7 мм вод.ст.) на каждые 100 футов высоты дымовой трубы – см. Раздел 3.
Для значения высоты дымовой трубы 400 футов: Δр= 0,5 х 4 = 2,0 дюйма вод.ст.
Д. Проводим прямую из части «С» до пересечения с линией Δр=2,0 в части «D».
Е. Идём горизонтально в часть «Е» до кривой, соответствующей 12 миллионам БТЕ.
Ж. Первое приближение значения диаметра получаем: 22 дюйма.
З. Пересчитаем значение k следующим образом:
| Тягопрерыватель | 1,5 |
| Два тройника | 2,5 |
| Зонт дымовой трубы | 0,5 |
| Всего фитинги | 4,5 |
| Трубы: 0,3(480/22) | 6,5 |
| ИТОГО: k = | 11,0 |
• Умножаем значение k (11,0) на 1,5 (коэффициент для объединённых дымоходов – см. Раздел 3), получаем расчётное значение k : 11,0 х 1,5 = 16,5
• Повторяем шаги с А до Ж, применяя новый k=16,5 (непрерывная жирная линия на номограмме, ведущая к результату второго приближения диаметра, равному 28 дюймов).
• Пересчитаем значение коэффициента:
| k = 0,3 (480/28) = | 5,1 |
| Фитинги: | 4,5 |
| ИТОГО: k = | 9,6 |
Умножаем k (9,6) на 1,5 = 14,4 – новое расчётное значение
• Повторяем шаги с А до Ж, прерывистая жирная линия, применяя новый k=14,4.
• В результате получаем значение диаметра чуть меньше, чем 28 дюймов. Поэтому, для горизонтального дымохода и дымовой трубы принимаем диаметр 28 дюймов.
• Для соединительных патрубков нагрузка на горелки для каждого котла должна быть скорректирована по высоте над уровнем моря; применив коэффициент 1,25, получаем: 1.600.000 х 1,25 = 2 миллиона БТЕ/час. при высоте патрубка над тягопрерывателем котла 4 фута (1,2 м).
По таблицам диаметров соединительных патрубков при высоте 4 фута и диаметре 18 дюймов пропускная способность (максимальная нагрузка на горелки) составляет 2.200.000 БТЕ/час. Этот диаметр применяется при условии, если котёл по конструктивным требованиям не требует большего диаметра. В этом случае соединительный патрубок должен бытьтого же диаметра, что и тягопрерыватель котла.
Для соединительных патрубков существует следующее правило: при наличии выбора между двумя диаметрами (расчётным и конструктивным), применяйте больший диаметр (т.е. больше диаметра тягопрерывателя котла).
В целях предварительного (прикидочного) метода подбора диаметров дымоходов и дымовых труб, можно воспользоваться нижеприведённой расчётной номограммой.
Рис. 14. Номограмма для оценочного расчёта объединённых дымоходов и дымовых труб для двух и более котлов
Рис.15. Пример расчёта по номограммам (для системы, приведённой на Рис.13)
Весьма важной является инспекция смонтированного или существующего дымохода, чтобы убедиться, что к котлу и к системе дымоудаления подводится достаточный объём воздуха для их нормальной работы. После визуальной инспекции тягопрерывателя, соединительных элементов дымохода, сам дымоход, включая дымовую трубу, её зонт или дефлектор. Отремонтируйте их при обнаружении их дефектов. Далее проверьте работу котла и дымохода в такой последовательности:
1.
1. Включите все приборы принудительной подачи воздуха и вытяжные вентиляторы, имеющиеся в здании.
2. Запустите в работу все газовые приборы, находящиеся в помещениях, непосредственно контактирующих с помещением котельной.
3. Закройте все наружные двери и окна.
4. Запустите в работу котёл и другие газовые приборы, находящиеся в помещении котельной.
5. Убедитесь, что дымоход котла развивает адекватную тягу, проверяя на уровне тягопрерывателя котла. Используйте при этом дым от сигареты, зажженные свечу или спичку. Если имеется обратная тяга (дымовые газы поступают из дымохода внутрь помещения), проверьте ещё раз всю систему дымоотведения и требуемый объём воздуха, подаваемого для процесса горения. Осуществите необходимые корректировки в системе дымоотведения.
6. Визуально проинспектируйте систему дымоотведения на предмет любого повреждения, неплотностей соединений, сквозных отверстий от коррозии (повреждения, вызванные действием конденсата). Замените любую повреждённую трубу дымохода.
7.
Некоторые признаки неправильной работы котла и дымохода:
1.
1. Жёлтое или нестабильное пламя. Недостаток кислорода вследствие неадекватного объёма воздуха, подаваемого для горения, либо вследствие блокирования дымохода.
2. Обесцвечивание пламени в области смотровых отверстий котла. Может быть индикатором «выброса пламени»: пламя «ищет» кислород.
3. Запах дымовых газов. Неполное сгорание и утечка дымовых газов из тягопрерывателя внутрь помещения.
4. Отложение сажи на горелках, теплообменнике котла и на внутренних поверхностях дымохода. Неполное сгорание газа и утечка дымовых газов из тягопрерывателя. Также требуется проверить оголовок дымовой трубы (зонт или дефлектор).
При экстремально неудовлетворительных условиях, возможно образование окиси углерода, как результат неправильной работы системы дымоудаления или неадекватной подачи воздуха для процесса горения.
Симптомы отравления окисью углерода:
1.
1. Головная боль
2. Сонливость
Лекция "Классификация психодиагностических методик" также может быть Вам полезна.
3. Звон в ушах
4. Усталость
5. Тошнота
6. Сердечная аритмия
Если Вы ощущаете один из этих симптомов, немедленно ВЫЙДИТЕ НА СВЕЖИЙ ВОЗДУХ. Откройте окна, отключите все газовые приборы. После тщательного проветривания котельной, проверьте все вытяжное оборудование и приточные вентиляторы, проёмы для естественной подачи воздуха на их правильное функционирование. Проверьте решётки и жалюзи, установленные на этих проёмах и убедитесь, что они не заблокированы.
ПРИМЕЧАНИЕ: Необходимо руководствоваться требованиями местных строительных и санитарных норм и правил.
