Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Дымовая труба на ГРЭС-2 в Экибастузе , Казахстан , самая высокая в мире (420 метров) [1]

Стек дымовых газов , также известный как дымовой трубы , дымовой трубы , или просто в качестве стека , представляет собой тип дымохода , вертикальной трубы, канала или аналогичной структуры , через который продукт сгорания газы называемые дымовые газы будут исчерпаны к наружным воздухом. Дымовые газы образуются , когда уголь, нефть, природный газ, древесина или любое другое топливо сжигается в промышленном печь, электростанции в парогенераторной котла или другого устройства большого сгорания. Дымовой газ обычно состоит из диоксида углерода (CO 2 ) и водяного пара, а также азота и избыточного кислорода.оставшийся от всасываемого воздуха для горения. Он также содержит небольшой процент от загрязняющих веществ , таких как твердые частицы , окись углерода , оксиды азота и оксиды серы . Трубы дымовых газов часто бывают довольно высокими, до 400 метров (1300 футов) или более, чтобы рассеивать выхлопные загрязнители по большей площади и тем самым снижать концентрацию загрязняющих веществ до уровней, требуемых государственной экологической политикой и природоохранным законодательством. .

Когда дымовые газы выводятся из печей, духовок, каминов, отопительных печей и котлов или других небольших источников в жилых домах, ресторанах, гостиницах или других общественных зданиях и малых коммерческих предприятиях, их дымовые трубы называют дымовыми трубами.

История [ править ]

Первые промышленные дымоходы были построены в середине 17 века, когда впервые стало понятно, как они могут улучшить горение печи за счет увеличения притока воздуха в зону горения. [2] Таким образом, они сыграли важную роль в развитии отражательных печей и угольной металлургической промышленности, одного из ключевых секторов ранней промышленной революции . Большинство промышленных дымоходов 18-го века (ныне обычно называемых дымовыми трубами ) были встроены в стены печи во многом как домашняя труба. Первые отдельно стоящие промышленные дымоходы, вероятно, были возведены в конце длинных конденсационных дымоходов, связанных с плавкой.вести .

Сильная связь между промышленными дымовыми трубами и характерными задымленными ландшафтами промышленной революции была связана с универсальным применением парового двигателя для большинства производственных процессов. Дымоход является частью парогенерирующего котла, и его развитие тесно связано с увеличением мощности парового двигателя. Дымоходы паровой машины Томаса Ньюкомена были встроены в стены машинного отделения. Более высокие, отдельно стоящие промышленные дымоходы, появившиеся в начале 19 века, были связаны с изменениями в конструкции котла, связанными с Джеймсом Ваттом."двойные" двигатели, и они продолжали расти на протяжении всего викторианского периода. Декоративные украшения - это характерная черта многих промышленных дымоходов 1860-х годов, с заглушками и узорчатой ​​кирпичной кладкой.

Изобретение в начале 20 века принудительной тяги с вентилятором устранило первоначальную функцию промышленных дымоходов - втягивание воздуха в парогенераторные котлы или другие печи. С заменой парового двигателя в качестве основного двигателя сначала дизельными двигателями, а затем электродвигателями, первые промышленные дымоходы начали исчезать из промышленного ландшафта. Строительные материалы были изменены с камня и кирпича на сталь, а затем и железобетон, а высота промышленного дымохода была определена необходимостью рассеивания дымовых газов в соответствии с правительственными постановлениями по контролю за загрязнением воздуха .

Тяга дымовой трубы [ править ]

Эффект стека в дымоходах: манометры показывают абсолютное давление воздуха, а поток воздуха обозначен светло-серыми стрелками. Стрелки манометра перемещаются по часовой стрелке с увеличением давления.
Основная статья: Эффект стека

Дымовые газы внутри дымовых труб намного горячее, чем окружающий наружный воздух, и, следовательно, менее плотные, чем окружающий воздух. Это заставляет нижнюю часть вертикального столба горячего дымового газа иметь более низкое давление, чем давление в нижней части соответствующего столба наружного воздуха. Это более высокое давление за пределами дымохода является движущей силой, которая перемещает необходимый воздух для горения в зону горения, а также перемещает дымовой газ вверх и из дымохода. Это движение или поток воздуха для горения и дымовых газов называется «естественная тяга», «естественная вентиляция» , «эффект дымохода» или « эффект дымовой трубы ». Чем выше штабель, тем больше сквозняк.

Приведенное ниже уравнение дает приблизительное значение разницы давлений Δ P (между нижней и верхней частью дымовой трубы), которая создается за счет тяги: [3] [4]

где:

  • Δ P : доступный перепад давления, Па
  • С = 0,0342
  • a : атмосферное давление, Па
  • h : высота дымовой трубы, м
  • T o : абсолютная температура наружного воздуха, К
  • T i : абсолютная средняя температура дымовых газов внутри дымовой трубы, К.

Вышеприведенное уравнение является приближением, поскольку оно предполагает, что молярная масса дымового газа и наружного воздуха равны, а падение давления в дымовой трубе довольно мало. Оба предположения довольно хороши, но не совсем точны.

Расход дымовых газов, вызванный осадкой [ править ]

В качестве приближения "первого предположения" следующее уравнение можно использовать для оценки расхода дымовых газов, вызванного тягой дымовой трубы. Уравнение предполагает, что молярная масса дымового газа и наружного воздуха равны, а сопротивление трения и тепловые потери незначительны: [5]

где:

  • Q : расход дымовых газов, м³ / с
  • A : площадь поперечного сечения дымохода, м² (при условии постоянного поперечного сечения)
  • C  : коэффициент расхода (обычно принимается равным 0,65–0,70)
  • g : ускорение свободного падения на уровне моря = 9,807 м / с²
  • H  : высота дымохода, м
  • T i  : абсолютная средняя температура дымовых газов в дымовой трубе, К
  • Т о  : абсолютная температура наружного воздуха, К

Кроме того, это уравнение справедливо только в том случае, если сопротивление тяговому потоку вызывается одним отверстием, характеризуемым коэффициентом расхода C. Во многих, если не в большинстве ситуаций, сопротивление в первую очередь создается самой дымовой трубой. В этих случаях сопротивление пропорционально высоте дымохода H. Это приводит к отмене H в приведенном выше уравнении, предсказывающем, что Q будет инвариантным по отношению к высоте дымохода.

Проектирование дымоходов и дымовых труб, обеспечивающих правильную естественную тягу, включает в себя множество факторов, таких как:

  • Высота и диаметр стопки.
  • Желаемое количество избыточного воздуха для горения, необходимое для обеспечения полного сгорания.
  • Температура дымовых газов, покидающих зону горения.
  • Состав дымового газа, который определяет плотность дымового газа.
  • Сопротивление трения потоку дымовых газов через дымоход или дымовую трубу, которое будет варьироваться в зависимости от материалов, из которых изготовлен дымоход или дымовая труба.
  • Потери тепла дымовыми газами при их прохождении через дымоход или дымовую трубу.
  • Местное атмосферное давление окружающего воздуха, которое определяется местной высотой над уровнем моря.

Расчет многих из вышеперечисленных факторов проектирования требует повторяющихся методов проб и ошибок.

Правительственные агентства в большинстве стран имеют специальные коды, которые регулируют выполнение таких расчетных расчетов. Многие неправительственные организации также имеют кодексы, регулирующие конструкцию дымоходов и дымовых труб (в частности, коды ASME ).

Дизайн стека [ править ]

Винтовая тяга дымовой трубы

Проектирование больших стеков сопряжено со значительными инженерными проблемами. Вихрь при сильном ветре может вызвать опасные колебания в штабеле и может привести к его разрушению. Обычно используется спиральная линия для предотвращения этого процесса, происходящего на резонансной частоте пакета или близко к ней .

Другие интересные вещи [ править ]

Некоторое промышленное оборудование, работающее на топливе, не использует естественную тягу. Во многих таких элементах оборудования используются большие вентиляторы или нагнетатели для достижения одних и тех же целей, а именно: потока воздуха для горения в камеру сгорания и потока горячего дымового газа из дымохода или дымовой трубы.

Очень многие электростанции оснащены установками для удаления диоксида серы (например, десульфуризации дымовых газов ), оксидов азота (например, селективного каталитического восстановления , рециркуляции выхлопных газов , термического deNOx или горелок с низким уровнем выбросов NOx) и твердых частиц (т.е. , электрофильтры ). На таких электростанциях можно использовать градирню в качестве дымовой трубы. Примеры можно увидеть в Германии на электростанции Штаудингер-Гросскротценбург и на электростанции Росток . Электростанции без очистки дымовых газов будут подвергаться серьезной коррозии в таких трубах.

В Соединенных Штатах и ​​ряде других стран исследования по моделированию атмосферной дисперсии [6] необходимы для определения высоты дымовой трубы, необходимой для соблюдения местных нормативов загрязнения воздуха . Соединенные Штаты также ограничивают максимальную высоту дымовой трубы так называемой высотой дымовой трубы "надлежащей инженерной практики (GEP)". [7] [8] В случае существующих дымовых труб, которые превышают высоту дымовых труб GEP, любые исследования по моделированию распространения загрязнения воздуха для таких дымовых труб должны использовать высоту дымовых труб GEP, а не фактическую высоту дымовых труб.

См. Также [ править ]

  • Дымоход
  • Дымовые газы
  • Обессеривание дымовых газов
  • Выбросы дымовых газов от сжигания ископаемого топлива
  • Сжигание
  • Эффект стека

Ссылки [ править ]

  1. ^ Схема 25 самых высоких дымовых труб в мире
  2. ^ Дуэ, Джеймс (1988). Поднимаясь в дыму: История промышленного дымохода , Викторианское общество, Лондон, Англия. Викторианский Общество Casework Отчеты архивации 2006-09-25 в Wayback Machine
  3. ^ Естественная вентиляция Лекция 2 архивации 2006-05-12 в Wayback Machine
  4. ^ Перри, RH; Грин, Дон В. (1984). Справочник инженеров-химиков Перри (6-е издание (страницы 9-72) изд.). Книжная компания Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-049479-7.
  5. ^ Естественная вентиляция Лекция 3 архивации 2006-07-02 в Wayback Machine
  6. ^ Beychok, Milton R. (2005). Основы диспергирования дымовых газов (4-е изд.). авторская публикация. ISBN 0-9644588-0-2. www.air-dispersion.com
  7. ^ Руководство по определению надлежащей инженерной практики высоты стека (Документ технической поддержки для правил высоты стека), пересмотренное (1985), публикация EPA № EPA – 450 / 4–80–023R, Агентство по охране окружающей среды США (NTIS No. PB 85 –225241)
  8. Перейти ↑ Lawson, Jr., RE и WH Снайдер (1983). Определение высоты стека для надлежащей инженерной практики: демонстрационное исследование для электростанции , публикация EPA № EPA – 600 / 3–83–024. Агентство по охране окружающей среды США (NTIS No. PB 83–207407)

Внешние ссылки [ править ]

  • Справочник по основам ASHRAE доступен здесь на сайте ASHRAE.
  • Коды и стандарты ASME доступны в ASME
  • Схема 25 самых высоких дымовых труб в мире
  • Маркировка дымохода (сигнальные огни самолетов)