Способы тяги и дутья

Общая характеристика. Для работы котла необходимо непрерывно подавать воздух на горение топлива и удалять продукты сгорания в атмосферу через дымовую трубу. Для движения газов внутри котла и котельной используется тяга, а для подачи воздуха – дутье. Если тяга создается дымовой трубой, то такая тяга называется естественной. Если, газы отсасываются из котла дымососом и нагнетаются им их в дымовую трубу, то такая тяга называется искусственной.

При естественной тяге в топке котла должно создаваться разрежение не более 20-40 Па. Если это разрежение достаточно для подачи в топку всего необходимого для горения воздуха, то дутье осуществляется естественным путем, за счет разрежения в топке. При значительном сопротивлении топочного устройства, например, решетки со слоем горящего топлива, экономически выгоднее использовать искусственное дутье, создаваемое дутьевым вентилятором. В таком случае в топке поддерживается минимальное разрежение, необходимое для обеспечения не только безопасного обслуживания котла, но и минимальных присосов воздуха.

Искусственная (дымососная) тяга применяется в котлах с развитыми поверхностями нагрева (конвективные пучки труб, водяные экономайзеры, воздухоподогреватели), имеющими значительны аэродинамические сопротивления. В таких котлах, как правило, подача воздуха производится дутьевыми вентиляторами.

Естественная тяга. Устройством для создания естественной тяги служит дымовая труба (рис.8).

Рис. 8. Схема действия естественной тяги:

1 – столб холодного воздуха; 2 – котел; 3 – шибер; 4 – дымовая труба.

Тяга в котельной есть разность давлений воздуха р_В на входе в котел и давления газов р_Г у корня дымовой трубы: s = р_В – р_Г.

Давления воздуха на входе в котел и газов в корне трубы выразим через давления столбов воздуха и газов одинаковой высоты, равной высоте дымовой трубы h:

р_В = h r_В g + Б₂ и р_Г = h r_Г g + Б₂,

где r_В – плотность воздуха, кг/м³; r_Г - плотность газов в дымовой трубе, кг/м³;

g = 9,81 м/с²  - ускорение свободного падения; Б₂ - барометрическое давление на уровне устья трубы.

Тогда величина тяги может быть выражена, как:

s = h (r_В - r_Г) g Па (6.1)

Из выражения тяги следует, что причиной тяги является разность плотностей воздуха и газов и ее величина пропорциональна высоте дымовой трубы.

Для хорошей тяги нужно, чтобы температура воздуха была низкой, а барометрическое давление воздуха – высоким. Кроме того, тяга улучшается с повышением температуры газов, так как при этом уменьшается их плотность. Естественная тяга проста по устройству, но зависит от погодных условий и требует высоких температур газов (250 – 300 ⁰С). Регулирование тяги (изменение расходов воздуха и газов) производится шибером.

При естественной тяге дымовые трубы имеют высоту до 30–60 м и создают тягу до 300–400 Па. При выборе высоты дымовой трубы учитывается ее способность рассеивать в атмосфере вредные вещества, содержащиеся в дымовых газах.

Искусственные способы тяги и дутья. Искусственная тяга создается дутьевыми вентиляторами и дымососами. Роль дымовой трубы в создании тяги незначительна. Основное назначение трубы – рассеивать продукты сгорания в атмосфере для снижения концентрации вредностей в приземном слое воздуха.

Рис. 9. Схемы тяги и дутья с механическими тягодутьевыми устройствами:

а - схема тяги с одним дымососом; б – уравновешенная тяга:

1 – дутьевой вентилятор; 2 – котел: 3 – дымосос; 4 – дымовая труба.

Тягу также можно создать одним дымососом, который удаляет газы через трубу в атмосферу. Воздух поступает в котел за счет разрежения, которое создается дымососом в топке котла (рис. 9,а). Однако с ростом расходов воздуха требуется и большая величина разрежения. Одновременно возрастают присосы холодного воздуха в топку и газоходы, ухудшается горение, возрастают объемы газов и нагрузка на дымосос.

При одновременной работе вентилятора и дымососа тяга называется уравновешенной (рис. 9, б). Чтобы избежать выброса горячих газов из котла, в топке поддерживается минимальное разрежение (20 - 40 Па). Уравновешенная тяга нашла широкое применение в котлах малой мощности и является основой в котлах средней и большой мощности.

В некоторых котлах газы движутся по газовому тракту за счет избыточного давления в топке, которое создается дутьевым вентилятором (компрессором). Дымосос не применяется. Такой способ тяги называется наддувом. Во избежание выхода горячих газов из котла, конструкция котла должна быть газоплотной.

Тяга расходуется на преодоление сопротивлений трения и местных сопротивлений (повороты, сужения, расширения, конвективные пучки и водяные экономайзеры). Для расчета сопротивлений трения _ТР и местных сопротивлений _М используются известные из аэродинамики формулы:

_ТР = L W² / 2ρd Па (6.2)

_М = W² / 2ρ Па,

где - коэффициент трения; L - длина канала, м; d – эквивалентный диаметр канала, м; W – скорость воздуха (газов), м/с; ρ – плотность воздуха (газов), кг / м ³; - коэффициент местных сопротивлений.

Из приведенных выражений сопротивлений следует, что их величина зависит от изменения скорости в квадрате. Поэтому по экономическим соображениям скорости воздуха и газов, например, в каналах ограничиваются 10 – 15 м / с. В конвективных пучках экономические скорости составляют 10 –20 м / с. При естественной тяге эти скорости вдвое меньше. Для уменьшения потерь давления на местных сопротивлениях в газовоздушных трактах устанавливают минимальное количество заслонок, повороты трактов выполняют плавными, а переходы с одного сечения на другое выполняют с использованием диффузоров и конфузоров.