Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из дымовой трубы )
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 угль, нефть, природный газ, древесина или любое другое топливо сжигаются в промышленном печь, электростанции в парогенераторном котле или другого устройстве 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 экологическим 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 домашние дымоходы. Первые отдельно стоящие промышленные дымоходы, вероятно, были воздвигнуты 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 в большинстве 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 изменились 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 приводит к тому, что нижняя часть вертикального столба горячего дымового газа имеет более низкое давление, чем давление в нижней части соответствующего столба наружного воздуха. Это более высокое давление снаружи 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 «естественной тягой», «естественной вентиляцией» , «эффектом дымовой трубы» или « эффектом 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]

куда:

  • 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 приблизительным, 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 может использоваться для оценки расхода дымового газа, вызванного тягой дымовой трубы. Уравнение предполагает, что молярная масса дымового газа и наружного воздуха равны, а сопротивление трения и тепловые потери незначительны: [5]

куда:

  • 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 вызвано одним отверстием, характеризующимся 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 топочного 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 учреждения 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 представляет собой серьезные инженерные задачи. Вихрь при сильном ветре может вызвать опасные колебания в штабеле и привести к его разрушению. Обычно используется спиральная форма 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 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 оборудованием для удаления диоксида серы (например, десульфуризации дымовых газов ), оксидов азота (например, селективного каталитического восстановления , рециркуляции выхлопных газов , термического deNOx или горелок с низким уровнем NOx) и твердых частиц (т.е. , электрофильтры ). На таких электростанциях в качестве дымовой трубы можно использовать градирню . Примеры можно увидеть в Германии на электростанции Штаудингер-Гросскротценбург и на электростанции Ростока . 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 до так называемой высоты 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 ]

  • Дымовая труба
  • 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 McGraw-Hill. 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.). авторское издание. ISBN 0-9644588-0-2. www.air-dispersion.com
  7. ^ Руководство по определению надлежащей инженерной практики высоты штабеля (Документ технической поддержки для правил высоты штабеля), пересмотренное (1985), публикация EPA № EPA – 450 / 4–80–023R, Агентство по охране окружающей среды США (NTIS № PB 85 –225241)
  8. Перейти ↑ Lawson, Jr., RE и WH Snyder (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 ASHRAE
  • Коды и стандарты ASME доступны в ASME
  • Схема 25 самых высоких дымовых труб в мире
  • Маркировка дымохода (сигнальные огни самолетов)