Регули­рование нагрузки котла котельной

Регули­рование нагрузки котла котельной.

Остановимся на весьма важном понятии — регули­рование нагрузки котла. Нормальный процесс работы котлоагрегата (парового котла) подчиняется одному главному технологическому параметру — давлению па­ра в барабане котла. Чтобы давление пара оставалось неизменным в течение всего периода работы установ­ки, необходимо соответствие подачи топлива в топку количеству тепла, отбираемому с паром из котла. Процесс регулирования подачи топлива называется ре­гулированием нагрузки котла, а регулятор, ведущий этот процесс, называется регулятором нагрузки (PH). Регулятор нагрузки получает импульс по давлению пара в барабане котла и подает команду на регули­рующий орган подачи топлива (РО). Последний произ­водит изменение подачи топлива в соответствии с за­коном регулирования, положенным в основу действия PH. Этим законом должна учитываться инерционность тепловых процессов парообразования и теплопередачи в котле во избежание колебаний нагрузки и неустой­чивости процесса регулирования. Поэтому выбору ти­па PH и его настройке придается исключительно важ­ное значение.

PH иногда включается с двумя типами обратной связи: жесткой и упругой. Жесткая обратная связь по положению РО вводится для изменения крутизны характеристики PH при параллельной работе котлов, т.е. выполняет роль корректирующего регулятора. Уп­ругая обратная связь обеспечивает так называемый изодромный процесс регулирования, при котором ско­рость перемещения РО определяется как величиной, так и скоростью изменения регулируемой величины, т.е. в данном случае — давления пара в барабане котла.

В зависимости от изменения подачи топлива в топ­ку нужно регулировать также соотношение топливо- воздух, так как количество подаваемого на горение воздуха должно строго соответствовать расходу топ­лива. Практически в топке котла всегда поддержива­ется некоторый избыток воздуха по сравнению с не­обходимым количеством для полного сгорания топли­ва. Задача регулятора соотношения топливо – воздух состоит таким образом в обеспечении постоянства коэффициента избытка воздуха в топке. Эта задача выполняется путем автоматического пропорционирования поступления воздуха в зависимости от положения РО подачи топлива.

Следующий по ходу процесса параметр регулирова­ния — это разрежение в топке котла, которое необхо­димо поддерживать неизменным при колебаниях нагруз­ки. Импульс разрежения снимается в верхней части топочной камеры и передается на регулятор темпе­ратуры РТ, который через исполнительный механизм ИМ приводит в действие направляющий аппарат дымо­соса, уменьшая или увеличивая его подачу.

В результате изменения нагрузки котла изменяет­ся подача питательной воды в барабан котла. Процесс регулирования подачи питательной воды состоит в поддержании постоянного уровня воды в барабане кот­ла. Он осуществляется регулятором уровня РУ. Ко­манда регулятора РУ передается на исполнительный механизм ИМ регулирующего клапана РК. При сниже­нии уровня клапан открывается, при увеличении — пе­рекрывается. При работе котельного агрегата на теп­лообменник дополнительно приходиться регулировать подачу пара по команде регулятора соотношения тем­пературы теплофикационной воды и наружного воздуха РСТ. На тракте газового топлива обязательно уста­навливается отсечный клапан ОК. Его задачей явля­ется отключение подачи газа в случае погасания фа­кела в топке котла, иначе газ начнет выходить в по­мещение котельной. Клапан ОК срабатывает по сиг­налу датчика пламени ДП. Если котел работает не в индивидуальном режиме, а в групповом, т.е. на общий паропровод, то вести регулирование нагрузки только индивидуальными регуляторами PH нельзя, так как при падении давления в магистрали оно упадет и на барабане каждого котла. Особенностью этого режима является введение корректирующего регулятора КР, который меняет задание основным регулятором по импульсу давления в характерной точке общего паро­провода. Сигнал к основному регулятору котла в этом случае приходит от какого-либо параметра, например от расхода пара в котле. Регулятор PH подает ко­манду РО в зависимости от количества отбираемого пара из котла, но при колебаниях давления в магист­рали регулятор КР изменяет задание основному регу­лятору: котлы, которые медленнее набирают нагрузку, принимают больший расход топлива, а менее инерци­онные — меньший.

Как регулировать разряжение в котле

В статье рассматривается вопрос построения системы автоматического регулирования разряжения в топке котла на базе современных микропроцессорных средств автоматизации с использованием в контуре регулирования частотного преобразователя-инвертора. Предлагается способ поэтапного перехода от существующей системы к предлагаемой.

Реализация данной системы позволит значительно снизить потребление электроэнергии на привод дымососа котельного агрегата, работающего большую часть времени в регулирующем режиме.

Данное решение предлагается для внедрения на котельных агрегатах малой и средней мощности.

Введение

Призывы правительства к бережному отношению к энергоресурсам и внедрению энергосберегающих технологий выглядят по меньшей мере странными для страны, ставшей на рельсы рыночной экономики. Рыночная экономика, основанная на жесткой конкуренции, предполагает такой подход "по умолчанию". Однако братья славяне, упорно придерживаясь принципа "пока гром не грянет:", ждут своего часа. Наконец, он настал ("не было бы счастья :"). Сразу появились призывы к срочным действиям, уже организовываются летние семинары в Ялте и т.д. Однако, некоторые решения лежат на поверхности. Как говорил мой давний знакомый — изобретатель: "Когда я хожу по территории завода (цеха. ), то мне кажется, что я хожу по ассигнациям". Быстрого результата в сфере теплоэнергетики можно достичь, уделив должное внимание контуру регулирования разряжения в топке котельного агрегата.

Еще в технической литературе 30-летней давности в качестве одного из возможных способов регулирования разряжения в топке котла предлагалось скоростное регулирование либо изменением числа оборотов дымососа с помощью гидравлических муфт, либо посредством изменения частоты вращения электропривода. Показано, что такой способ наиболее экономичен.

Появление на рынке частотных преобразователей-инверторов создали условия для реализации давней технической идеи в жизнь.

1. Автоматическая система регулирования разряжения

1.1. Характеристика участка регулирования

Объект регулирования по разряжению представляет собой последовательно расположенные топку (камеру сгорания) и газоходы до всасывающих патрубков дымососа. Наличие небольшого разряжения 2-3 мм. вод. ст.(20-30 Па) в верхней части топочного пространства необходимо для устойчивости факела в зоне горения, предотвращения выбивания продуктов горения из котла и косвенно характеризует материальный баланс между воздухом-окислителем топлива и отходящими газами-продуктами горения. Входное регулирующее воздействие-расход отсасываемых дымовых газов, определяемый производительностью дымососа. Внешнее возмущающее воздействие-изменение расхода воздуха, подаваемого в топку при изменении тепловой нагрузки котельного агрегата. Внутренние возмущения — нарушения газовоздушного режима.

Динамические свойства объекта регулирования характеризуются отсутствием запаздывания, малой инерционностью (постоянная времени порядка 5-10 сек), самовыравниванием. Особенностью являются колебания регулируемой величины около среднего значения с амплитудой 3-4 мм. вод. ст.(30-40 Па) с частотой несколько герц. Такие низкочастотные колебания обусловлены, в частности, пульсациями расходов топлива и воздуха, кроме того, процесс горения сам является источником высокочастотных колебаний(100-150 Гц), отдельные низкочастотные моды которых могут резонировать.

1.2. Способы регулирования

Регулирующее воздействие можно осуществлять путем изменения производительности дымососа:

• изменением положения многоосных дроссельных заслонок (на Рис.1 кривая 1);
• изменением положения направляющих аппаратов (на Рис.1 кривая 2);
• скоростным регулированием (на Рис.1 кривая 3);

Из графиков видно, что при нагрузках отличных от 100%-ной наиболее экономичным является скоростной способ реализации регулирующего воздействия.

С точки зрения структуры контура регулирования наибольшее распространение получила одноконтурная схема с импульсным регулирующим блоком, который совместно с исполнительным механизмом постоянной скорости реализует ПИ-закон в импульсном режиме.

Однако стоит отметить, что контуры регулирования соотношения топливо-воздух и разряжения физически связаны через объект регулирования, поэтому при работе котла в регулирующем режиме (т.е.при частом изменении нагрузки котла) изменение расхода воздуха для поддержания соотношения с топливом нарушает баланс материальных потоков и для предотвращения такой ситуации вводят упреждающий исчезающий сигнал от регулятора воздуха (реальное дифференцирования выходного сигнала регулятора воздуха).

1.3. Существующие технические средства регулирования разряжения

Как правило для котлов малой и средней мощности используются следующие средства автоматизации:

• датчик -дифференциальный тягомер ДТ-2-50(-100,-200,-300) производства "Московский завод тепловой автоматики",Россия(МЗТА);
• регулирующий блок РПИБ(снят с производства МЗТА),Р25.1.2(снят с производства МЗТА),РС29.1.12(МЗТА) и другие его модели с диф. трансформаторным входом (выпускаются) или украинский аналог УКР01.1.12;
• исполнительный механизм МЭО-250/25-0.25-Р-87 с трехфазным двигателем(могут быть и другие модели в зависимости от производительности дымососа)-производитель Чебоксарский завод исполнительных механизмов, Россия (ЗЭиМ).

В случае необходимости осуществить динамическую связь между контурами соотношения топливо-воздух и разряжения используется комплект динамической связи КДС (МЗТА).

Как видим весь комплекс технических средств производится в России. Живучесть такого комплекса обусловлена не только консервативностью эксплуатационников, но и наличием мощного рынка так называемых "неликвидов", сроки существования которого предопределены.

Если ориентироваться на реальные цены новых средств автоматизации, то получим следующее:

• ДТ-2-50- около 500 грн.;
• РС29- около 1500 грн.
• МЭО-250- около 4500 грн.

Таким образом замена приборов(а они рано или поздно выйдут из строя окончательно) в рамках старой схемы регулирования обойдется примерно в 7000 грн., при этом ни шагу не будет сделано в сторону получения каких либо экономических дивидендов.

1.4. Предлагаемые технические средства регулирования разряжения

Модернизированный контур регулирования разряжения представлен на Рис.2

Для быстрой модернизации существующей схемы можно использовать датчик ДТ-2-,который уже использовался в контуре. Для преобразования сигнала с ДТ-2 в унифицированный токовый используется блок преобразования взаимной индуктивности БПВИ-1-Л с встроенным узлом линеаризации сигнала (производства "Микрол"). Первичная обмотка ДТ-2 запитывается с БПВИ-1Л.

Токовый сигнал с БПВИ-1Л подается на аналоговый вход микропроцессорного ПИД-регулятора МИК-21-05("Микрол").Аналоговый выход МИК-21 соединен с аналоговым входом частотного преобразователя -инвертора, например SJ300 "Hitachi". Трехфазный выход инвертора соединен с клеммами питания трехфазного асинхронного двигателя дымососа(на схеме не представлены дополнительные устройства инвертора, такие, как сетевой фильтр и др. необходимость в которых зависит от мощности электропривода ). При наличии рассогласования на входе МИК-21 между текущим и заданным разряжением регулятор по ПИД-закону изменяет частоту и напряжение питания электропривода до устранения рассогласования. Тип характеристики частота/ напряжение задается при настройки инвертора(для дымососа "скалярная квадратичная").

Наличие программируемых дискретных входов-выходов у МИК-21 и инвертора позволяет конфигурировать различные варианты режимов "Ручной/Автомат". Например, ручное управление "по месту" может осуществляться потенциометром инвертора, смена состояния дискретного входа инвертора передает управление приводом регулятору МИК-21 в режим "Ручной" или "Автомат". На второй вход МИК-21 можно подать сигнал с аналогового выхода инвертора (либо ток нагрузки , либо текущая частота питания нагрузки).

Для поэтапного перехода от старой к новой схеме регулирования разряжения можно творчески использовать конструктивные особенности МИК-21 — наличие в структуре как импульсного, так и аналогового ПИД-регуляторов. Если дискретные выходы МИК-21 Д1("Больше") и Д2 ("Меньше") подключить ко входам пускателя ПБР-3А (ПБР-2М для однофазных МЭО) используя внутренний источник питания 24 В ПБР, то в любой момент можно перейти к старой схеме регулирования на базе МИК-21. Для этого достаточно переконфигурировать структуру ПИД-регулятора МИК-21 кнопками с панели управления (и изменить настройки ). Таким образом, в переходной период регулятор МИК-21 будет одновременно подключен к обоим контурам регулирования.

Выбор в качестве регулятора МИК-21 обусловлен следующими взаимосвязанными причина-ми;

• современное средство автоматизации с коммуникационными функциями(ОРС-сервер, Modbus RTU протокол) для связи с верхним уровнем АСУТП;
• наличие 16-разрядного АЦП и 12-разрядного ЦАП позволяет при реализации аналогового ПИД-закона максимально приблизиться к теоретическому ПИД-закону регулирования (совместно с инвертором в качестве исполнительного устройства);
• "коммуникабельность" регулятора по отношению к оператору технологического процесса. Не секрет ,что в малой и средней теплоэнергетике есть проблемы с квалификацией обслуживающего персонала. В этом смысле регуляторы "Микрол" максимально схожи с со старыми моделями регуляторов по функциям управления предназначенным для оператора(режим "Ручной/Автомат",установка "Задание",ручное управление исполнительным механизмом и т.д.);
• возможность настройки фильтра входного сигнала с панели регулятора , например, для устранения влияния низкочастотных пульсаций разряжения в топке котла, упомянутых выше;
• стоимость МИК-21 практически равна стоимости нового РС29.1.12М;

По поводу использования частотного преобразователя можно повторить фразу взятую из Интернет : "если есть веские основания, то не используют частотный преобразователь, если оснований нет, то используют частотный преобразователь "по умолчанию".Для управления дымососом достаточно скалярной характеристики напряжение/частота. При выборе инвертора на этот факт следует обратить внимание, так разница в цене для векторного и скалярного типов около 30% и не все фирмы ,представленные на рынке Украины поставляют инверторы, например, на 30 Квт только с скалярным типом характеристики ("Hitachi"-поставляет). Инверторы "Hitachi" занимают лидирующие позиции на рынке Украины по соотношению цена/качество.

Еще более совершенная система регулирования котлоагрегатом может быть реализована с помощью контроллера МИК-51 "Микрол".Выше упоминалась связь контуров регулирования соотношения и разряжения. Конфигурируя схему соотношения топливо-воздух и схему регулирования разряжения в одном устройстве можно организовать динамическую связь между изменением расхода воздуха и контуром разряжения путем соединения выхода регулятора расхода воздуха с входом регулятора разряжения через звено реального дифференцирования. Один из вариантов такой системы, реализованной в редакторе FBD-программ АЛЬФА (используется для конфигурации МИК-51 с ПК) представлен на Рис.3 (часть схемы соотношения не показана).

• МИК-21-05 -1440 грн. плюс стоимость клеммно-блочного соединителя КБЗ-25-11— 120 грн. без реле ,КБЗ-28Р-11 —360 грн.с реле(можно своими силами коммутировать МИК-21 с внешними устройствами не используя КБЗ);
• блок БПВИ-1Л — 552 грн;
• инвертор на 30кВт,например, L300P "Hitachi" — около 12000 грн.(малые котлы);
• инвертор на 110 кВт(котел ДКВР-20-13-250,дымосос Д-13,5),L300P-около 45000 грн.

Поскольку стоимость МИК-21 равна стоимости нового РС29, а сумма стоимости ДТ-2-50 и БПЛ-1Л меньше стоимости нового преобразователя "Сапфир"(тем более "Метран"),то основные затраты связаны с приобретением инвертора. Многочисленные публикации в Интернет о внедрении инверторов показывают, что срок окупаемости составляет примерно 1 год. Наибольший экономический эффект можно получить на котлах, работающих в режимах с переменной нагрузкой.

Заключение

Использование микропроцессорных регуляторов "Микрол" и частотных преобразователей в контурах регулирования является современным подходом к проблемам автоматизации и позволяет получить значительный экономический эффект за счет:

Тяга и дутье

Для организации процесса горения в топку парового или водогрейного котла необходимо подавать воздух и удалять образующиеся продукты сгорания. Подача воздуха и удаление продуктов сгорания могут быть осуществлены двумя способами: созданием в топке и газоходах разрежения, т. е. давления, меньшего чем давление окружающего воздуха, и созданием избыточного давления по отношению к окружающему воздуху.

Котлоагрегаты, работающие с разрежением в газовом тракте, могут иметь тягу и подачу воздуха естественную или искусственную. Под естественной тягой понимают такую, при которой разрежение в топке и газоходах создается дымовой трубой и вследствие этого под действием разности давлений (окружающего воздуха и продуктов сгорания) в топку поступает воздух, необходимый для горения. При искусственной тяге разрежение в топке и газоходах создается за счет работы дымососа, а подача воздуха производится вентилятором.

Схема действия естественной тяги и эпюр разрежений по газовому тракту показаны на рис. 12-1.

Тяга и дутье в дымовой трубе при работе котельной установки возникает следующим образом. В сечении дымовой трубы со стороны входа продуктов сгорания создается давление окружающего воздуха, имеющего плотность ра. Внутри дымовой трубы находятся продукты сгорания, которые, имея плотность р, также оказывают давление на сечение. Давление столба воздуха на сечение, соответствующее высоте дымовой трубы Н, будет H_gpa, а продуктов сгорания H_gp, где g — ускорение свободного падения, м/с 2 . Однако плотность продуктов сгорания р меньше плотности окружающего воздуха. В результате этого на селение будет действовать разность давлений, которая и создает тягу.

Тяга и дутье (Па) может быть определена по формуле

Из уравнения ясно, что тяга и дутье, создаваемые дымовой трубой, тем больше, чем больше высота трубы и разность плотностей воздуха и продуктов сгорания. Эта разность будет возрастать с увеличением температуры продуктов сгорания в дымовой трубе и уменьшением температуры окружающего воздуха.

Паровые и водогрейные котлы, в которых топка и газоходы находятся под избыточным давлением по отношению к окружающему воздуху, называются работающими под наддувом. В этих агрегатах подача воздуха и удаление продуктов сгорания производится под действием вентилятора, т. е. принудительно.

Современные промышленные паровые и водогрейные котлы имеют сложный профиль воздушного и газового трактов вследствие применения развитых хвостовых или конвективных поверхностей нагрева, что приводит к увеличению общего аэродинамического сопротивления тракта. Одновременно уменьшение температуры уходящих газов снижает тягу, создаваемую дымовой трубой. По этим причинам промышленные котлы производительностью более 2 т/ч имеют, как правило, искусственную тягу и дутье. Дымовая труба при этом служит не для создания разрежения, а для выброса загрязняющих атмосферу продуктов сгорания (летучая зола, сернистый ангидрид, оксиды азота) в более высокие слои атмосферы.

При работе газового тракта под разрежением через неплотности в обмуровке и других элементах агрегата происходит присос атмосферного воздуха в топку и газоходы, что увеличивает энтальпию уходящих газов и потерю теплоты с ними, а также приводит к излишней загрузке дымососа и, соответственно, росту расхода электроэнергии на его привод. В то же время через неплотности не происходит выброса продуктов сгорания в помещение цеха.

В паровых и водогрейных котлах, работающих под наддувом, нет присоса холодного воздуха в газовый тракт, что заметно повышает их экономичность, а отсутствие дымососа упрощает установку. В то же время конструкция газового тракта агрегата усложняется и удорожается.

В тех случаях когда сопротивление решетки и слоя топлива или горелки преодолевается за счет работы вентилятора, разрежение в топке близко к нулю и тяга, создаваемая дымососом, называется уравновешенной. Кроме того, Тяга и дутье может быть косвенной, когда в дымовой трубе создается разрежение за счет струи воздуха или пара, подаваемой с большой скоростью. Такая струя эжектирует поток продуктов сгорания.

Каналы, по которым движутся продукты сгорания, называются газоходами. Каналы, по которым движется воздух, подаваемый в топку для организации процесса горения, называются воздухопроводами.

Каналы для прохода продуктов сгорания и воздуха в современных парогенераторах и водогрейных котлах имеют прямые участки и различные фасонные части (повороты, изменения сечения, тройники и т. д.). Кроме того, поверхности нагрева в каналах могут работать при различных условиях обтекания их потоком продуктов сгорания или воздухом.

Для регулирования потока в каналах располагают устройства, называемые шиберами. Посредством шибера изменяют сечение канала, по которому протекает поток.

Разряжение в топке котла это

разрежение в топке котла — это. Что такое разрежение в топке котла?

Гарнитура котла — У этого термина существуют и другие значения, см. Гарнитура. Гарнитура котла (иногда Принадлежности котла) приборы и устройства, которые обслуживают процесс горения, то есть обеспечивают тепловую работу парового котла. Они позволяют… … Википедия

Тяга (разрежение) — У этого термина существуют и другие значения, см. Тяга. Тяга снижение давления воздуха или продуктов с … Википедия

ГОСТ Р 54440-2011: Котлы отопительные. Часть 1. Отопительные котлы с горелками с принудительной подачей воздуха. Терминология, общие требования, испытания и маркировка — Терминология ГОСТ Р 54440 2011: Котлы отопительные. Часть 1. Отопительные котлы с горелками с принудительной подачей воздуха. Терминология, общие требования, испытания и маркировка оригинал документа: 3.11 аэродинамическое сопротивление газового… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 51382-99: Котлы отопительные. Часть 4. Котлы отопительные с дутьевыми горелками. Специальные требования к котлам с дутьевыми горелками для жидкого топлива теплопроизводительностью до 70 кВт и рабочим давлением до 3 бар. Термины, специальные требования, методы испытаний и маркировка — Терминология ГОСТ Р 51382 99: Котлы отопительные. Часть 4. Котлы отопительные с дутьевыми горелками. Специальные требования к котлам с дутьевыми горелками для жидкого топлива теплопроизводительностью до 70 кВт и рабочим давлением до 3 бар.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 51382-2011: Котлы отопительные. Часть 4. Котлы отопительные с дутьевыми горелками. Специальные требования к котлам с дутьевыми горелками для жидкого топлива теплопроизводительностью до 70 кВт и рабочим давлением до 0,3 МПа. Термины, специальные требования, методы испытаний и маркировка — Терминология ГОСТ Р 51382 2011: Котлы отопительные. Часть 4. Котлы отопительные с дутьевыми горелками. Специальные требования к котлам с дутьевыми горелками для жидкого топлива теплопроизводительностью до 70 кВт и рабочим давлением до 0,3 МПа.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Электрическое освещение — § 1. Законы излучения. § 2. Тело, накаливаемое электрическим током. § 3. Угольная лампа накаливания. § 4. Изготовление ламп накаливания. § 5. История угольной лампочки накаливания. § 6. Лампы Нернста и Ауэра. § 7. Вольтова дуга постоянного тока.… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Паровоз — Привод паровая машина … Википедия

Устройство паровоза — Основная статья: Паровоз Элементы конструкции паровоза типа 1 3 1 1 Тендер 2 Будка машиниста 3 … Википедия

Дерево — деревянистое растение с очищенным от сучьев в нижней части стволом и кроной, или вершиной, образуемой из сучьев и ветвей в верхней части. Д. служит предметом садового, паркового и лесного хозяйства, причем сообразно с тем изменяется и уход за ним … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Дерево, материал — 1) Технические свойства. Техническими свойствами древесины должны быть называемы такие, от которых зависит большая или меньшая пригодность дерева для различных применений его в технике. Здесь будут рассмотрены важнейшие из таких свойств древесины … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Тяга (разрежение) — это. Что такое Тяга (разрежение)?

Тяга — снижение давления воздуха или продуктов сгорания в каналах сооружений и технических систем, способствующее притоку среды в область пониженного давления. Может быть естественной (под действием Архимедовой силы) либо принудительной (под действием технических устройств, обеспечивающих отток газов или воздуха, например, вентиляторов).

Естественная тяга

Механизм

Основная статья: Сила Архимеда

Плотность нагретого воздуха и любого другого газа меньше, чем плотность более холодного, следовательно, давление столба высотой h (p = ρgh) у него меньше. Этот факт приводит к появлению разности давлений внутри и снаружи дымовой трубы или отапливаемого здания; наибольшее разрежение достигается снизу, где высота выше лежащих столбов с разной плотностью максимальна: .

В системе вентиляции зданий

Если здание не является герметичным, то за счёт этой разницы давлений возникает поток холодного воздуха, направленный внутрь, а тёплый воздух вытесняется (всплывает) и выходит наружу (могут быть предусмотрены специальные вытяжные вентиляционные каналы). Движущая сила тяги определяется перепадом средних высот входа и удаления воздуха. Так обеспечивается работа вытяжной вентиляции с естественным побуждением.

Если летом в здании работают кондиционеры, то происходит обратный эффект — холодный воздух выходит наружу, а тёплый проникает внутрь.

В современных высотных зданиях с замкнутыми внешними контурами эффект тяги может достигать больших масштабов. Поэтому при конструировании таких зданий уделяют внимание борьбе с этим эффектом. Частично это достигается за счёт принудительной вентиляции, частично за счёт встраивания внутренних перегородок. В случае пожара эффект тяги играет большую роль в распространении дыма.

В дымовых трубах

Аналогичный процесс протекает в печах и котлах. Воздух поступает в топку под колосник или подаётся на горелки. Там происходит горение, в ходе которого образуются горячие дымовые газы. Поверхностями нагрева котла или стенками печи тепловая энергия от них отбирается, иногда также в них проникает окружающий воздух, но на выходе они всё равно обычно гораздо горячее окружающего воздуха (даже если технически возможно охладить их сильнее, от этого обычно отказываются, чтобы предотвратить выпадение в системе едкого и токсичного конденсата). Дымовая труба по своему первоначальному назначению требуется для создания как можно большего столба нагретых газов, который создаёт довольно значительную тягу (тем не менее многие высокие трубы создавались в основном из экологических соображений, для рассредоточивания выбросов). Газы эвакуируются через устье трубы, где разрежение (с поправкой на гидравлическое сопротивление выхода) равно нулю. Тем не менее, в тракте сужающейся трубы может (обычно если есть устройства принудительной тяги) возникать и зона с избыточным давлением[1].

В небольших котлах и печах естественная тяга бывает достаточна для преодоления аэродинамического сопротивления всего газовоздушного тракта, и даже требует ограничения. В плохо отрегулированных системах печного отопления зданий иногда засасывается столько холодного воздуха снаружи, что тепла, выделямого камином, не хватает даже на его нагрев. Для регулировки тяги применяются шиберы, заслонки, а также несложные автоматические устройства, подающие в газоход воздух при слишком большом разрежении — ограничители тяги.

Тяга может стать и недостаточной, что приводит к плохому горению в топке и выходу продуктов сгорания в помещение (наиболее опасен угарный газ). При естественной тяге с этим ничего нельзя сделать, кроме как прочистить дымоход и облегчить доступ воздуха в помещение, откуда он забирается.

Недостатки

Естественная тяга зависит от атмосферных условий: чем выше температура наружного воздуха, тем, как правило, меньше разница плотностей его и газов. Существенно увеличить её напор можно, только значительно увеличив высоту трубы, что конструктивно сложно и дорого, а для паровозов невозможно по транспортным габаритам; чтобы избежать аэродинамических сопротивлений, требуется делать широкие газоходы с малой скоростью газов. При таких скоростях дымоходы могут легко загрязниться золой, что опять же снижает тягу.

Для увеличения тяги без применения механических устройств можно установить на устье трубы или вентиляционного канала дефлектор, преобразующий в разрежение энергию обтекающего его ветра. Он может обеспечить естественную вентиляцию даже без перепада температур. Но когда нет ветра, дефлектор не работает, к тому же установка дефлекторов и зонтов на трубах отопительного оборудования в России была запрещена до 2003 г.[2]. На выходе можно также использовать диффузор. Однако для устройств с высокофорсированным горением экономически оправдано создание принудительной тяги при помощи дымососов.

Принудительная тяга

Основная статья: Тягодутьевые машины

Принудительная тяга в котельных установках побуждается лопастными машинами — дымососами (были отдельные примеры применения и струйных вытяжных устройств). В зданиях принудительная вытяжная вентиляция аналогичным образом обеспечивается вентиляторами. На всасе таких машин создаётся разрежение, которое так или иначе можно регулировать (поворотом направляющих аппаратов, скоростью вращения, (неэффективно) шиберами и т. п.). Разрежение, как правило, падает по мере удаления от машины. Часть тракта котельных установок, близкая (со стороны всаса) к дымососам, может работать под разрежением, а часть со стороны горелок и других дутьевых устройств — под избыточным давлением (под наддувом); котлы-утилизаторы ПГУ всегда оказываются под наддувом.

Для участков газового тракта с давлением выше давления окружающего воздуха (даже на наружной дымовой трубе, чтобы газы не проникали в толщу кирпичной или бетонной конструкции и не разрушали её) требуется газоплотность (герметичность). Технически её трудно достичь, особенно на больших установках, поэтому обычно стараются поставить дымососы достаточной мощности для создания разрежения по всему тракту, начиная от топки; синхронизированная таким образом работа тяговых и дутьевых устройств называется уравновешенной тягой.

В принципе есть небольшие котлы с дутьевым вентилятором, но без дымососа, если естественной тяги хватает. Дымососы требуют значительного расхода энергии на привод, создают сильный шум, а их лопасти в агрессивной среде быстро приходят в негодность. Снижение шума ещё более важно для вытяжных устройств вентиляции, устанавливаемых внутри помещений.

Напор принудительной тяги во всех случаях складывается с напором естественной тяги (если только они сонаправленны).

Расчёт естественной тяги

Тяга создаётся за счёт разницы давлений (ΔP) и может быть подсчитана следующим образом. Уравнение даст точное значение для случая воздуха как в трубе так и снаружи трубы высотой h. Если в трубе находится не воздух, а продукты горения, то формула даст только приближённую оценку.

,

Поток воздуха, вызванный тягой

Поток воздуха за счёт тяги может быть подсчитан следующим образом. Формула действует с теми же ограничениями. A обозначает площадь сечения трубы.

,

См. также

Примечания

разрежение за котлом — это. Что такое разрежение за котлом?

разрежение за котлом — Разность давлений в окружающей атмосфере и в соответствующей точке дымохода [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN boiler upstream [negative pressure, vacuum] rarefaction … Справочник технического переводчика

требуемое разрежение за котлом — 3.9. требуемое разрежение за котлом : Перепад давления между статическим давлением воздуха на месте монтажа установки и статическим давлением уходящих газов, измеренным в сечении патрубка уходящих газов, которое необходимо для надлежащей работы… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Разрежение — 15. Разрежение разность между атмосферным давлением и абсолютным давлением в ЗЛА, когда значение последнего не превышает значение атмосферного давления. Источник: НП 010 98: Правила устройства и эксплуатации локализующих систем безопасности… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 51382-99: Котлы отопительные. Часть 4. Котлы отопительные с дутьевыми горелками. Специальные требования к котлам с дутьевыми горелками для жидкого топлива теплопроизводительностью до 70 кВт и рабочим давлением до 3 бар. Термины, специальные требования, методы испытаний и маркировка — Терминология ГОСТ Р 51382 99: Котлы отопительные. Часть 4. Котлы отопительные с дутьевыми горелками. Специальные требования к котлам с дутьевыми горелками для жидкого топлива теплопроизводительностью до 70 кВт и рабочим давлением до 3 бар.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 51382-2011: Котлы отопительные. Часть 4. Котлы отопительные с дутьевыми горелками. Специальные требования к котлам с дутьевыми горелками для жидкого топлива теплопроизводительностью до 70 кВт и рабочим давлением до 0,3 МПа. Термины, специальные требования, методы испытаний и маркировка — Терминология ГОСТ Р 51382 2011: Котлы отопительные. Часть 4. Котлы отопительные с дутьевыми горелками. Специальные требования к котлам с дутьевыми горелками для жидкого топлива теплопроизводительностью до 70 кВт и рабочим давлением до 0,3 МПа.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 54440-2011: Котлы отопительные. Часть 1. Отопительные котлы с горелками с принудительной подачей воздуха. Терминология, общие требования, испытания и маркировка — Терминология ГОСТ Р 54440 2011: Котлы отопительные. Часть 1. Отопительные котлы с горелками с принудительной подачей воздуха. Терминология, общие требования, испытания и маркировка оригинал документа: 3.11 аэродинамическое сопротивление газового… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Дерево — деревянистое растение с очищенным от сучьев в нижней части стволом и кроной, или вершиной, образуемой из сучьев и ветвей в верхней части. Д. служит предметом садового, паркового и лесного хозяйства, причем сообразно с тем изменяется и уход за ним … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Дерево, материал — 1) Технические свойства. Техническими свойствами древесины должны быть называемы такие, от которых зависит большая или меньшая пригодность дерева для различных применений его в технике. Здесь будут рассмотрены важнейшие из таких свойств древесины … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Паровоз — Привод паровая машина … Википедия

Лед искусственный* — Невыгода хранения, особенно в больших городах, и перевозки, часто издалека, природного Л. и необходимость иметь в некоторых отраслях техники охлаждение гораздо ниже 0° заставили искать как способов получения искусственного Л., так и вообще… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона