Дымовая труба - Flue-gas stack

Дымовая труба на Электростанция ГРЭС-2 в Экибастуз, Казахстан, самый высокий в мире (420 метров)[1]

А дымовая труба, также известный как дымовая труба, дымоход или просто как куча, это тип дымовая труба, вертикальная труба, канал или аналогичная конструкция, через которую газы продуктов сгорания дымовые газы выбрасываются наружу. Дымовые газы образуются, когда уголь, нефть, природный газ, древесина или любое другое топливо сгорел в промышленной печи, электростанции парогенераторный котел или другое крупное топочное устройство. Дымовой газ обычно состоит из углекислый газ (CO2) и водяного пара, а также азот и избыток кислород оставшийся от всасываемого воздуха для горения. Он также содержит небольшой процент загрязняющих веществ, таких как твердые частицы, монооксид 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 концентрация загрязняющих веществ до уровней, требуемых государственной экологической политикой и экологическим законодательством.

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

История

Первые промышленные дымоходы были построены в середине 17 века, когда впервые стало понятно, как они могут улучшить горение печи за счет увеличения проект воздуха в зону горения.[2] Таким образом, они сыграли важную роль в развитии отражательные печи и угольная металлургическая промышленность, один из ключевых секторов Индустриальная революция. Большинство промышленных дымоходов 18-го века (сейчас их обычно называют дымовые трубы) были встроены в стены топки во многом как домашний дымоход. Первые отдельно стоящие промышленные дымоходы, вероятно, были воздвигнуты в конце долгой конденсационной дымоходы связанные с плавкой вести.

Мощная ассоциация между промышленными дымоходами и характерными задымленными ландшафтами промышленной революции была обусловлена ​​повсеместным применением паровой двигатель для большинства производственных процессов. Дымоход является частью паропроизводящего котла, и его развитие тесно связано с увеличением мощности парового двигателя. Дымоходы Томас Ньюкомен Паровая машина была встроена в стены машинного отделения. Более высокие, отдельно стоящие промышленные дымоходы, появившиеся в начале 19 века, были связаны с изменениями в конструкции котла, связанными с Джеймс Ватт "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 на железобетон, а высота промышленного дымохода была определена необходимостью рассеивания дымовых газов в соответствии с государственными требованиями. загрязнение воздуха правила контроля.

Тяга дымовой трубы

Эффект трубы 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». «естественная вентиляция», "эффект дымохода" или "стековый эффект ". Чем выше стопка, тем больше создается сквозняк.

Приведенное ниже уравнение дает приблизительное значение разницы давлений Δп, (между низом и верхом дымовой трубы), создаваемый тягой:[3][4]

куда:

  • Δп: доступный перепад давления, дюйм Па
  • C = 0.0342
  • а: атмосферное давление, Па
  • час: высота дымовой трубы, м
  • То: абсолютная температура наружного воздуха, дюйм K
  • Тя: абсолютная средняя температура дымовых газов внутри дымовой трубы, К.

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

Расход дымовых газов за счет тяги

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 и что сопротивление трению и тепловые потери незначительны :.[5]

куда:

  • Q: расход дымовых газов, м³ / с
  • А: площадь сечения дымохода, м² (при постоянном сечении)
  • C : коэффициент расхода (обычно принимается равным 0,65–0,70)
  • грамм: ускорение свободного падения на уровне моря = 9,807 м / с²
  • ЧАС : высота дымохода, м
  • Тя : абсолютная средняя температура дымовых газов в дымовой трубе, K
  • То : 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, КАК Я коды).

Дизайн стека

Винтовая тяга дымовой трубы

Проектирование больших стеков представляет собой серьезные инженерные задачи. Вихревой сброс при сильном ветре может вызвать опасные колебания в стеке и может привести к его разрушению. Обычно используется спиральная обводка для предотвращения этого процесса, происходящего на участке или рядом с ним. резонансная частота стека.

Другие интересные объекты

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 устройствами для удаления диоксид серы (т.е. обессеривание дымовых газов ), оксиды азота (т.е. селективное каталитическое восстановление, рециркуляция выхлопных газов, горелки с термическим deNOx или с низким уровнем выбросов NOx) и твердые частицы (т.е. электрофильтры ). На таких электростанциях возможно использование градирни в качестве дымовой трубы. Примеры можно увидеть в Германии на Электростанция Штаудингер Гросскроценбург и на Ростокская электростанция. Электростанции без очистки дымовых газов будут подвергаться серьезной коррозии в таких трубах.

В США и ряде других стран моделирование атмосферной дисперсии[6] необходимы исследования для определения высоты дымовой трубы, необходимой для соблюдения местных загрязнение воздуха нормативно-правовые акты. 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.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Схема 25 самых высоких дымовых труб в мире
  2. ^ Дуэ, Джеймс (1988). В дыму: история промышленного дымоходаВикторианское общество, Лондон, Англия. Отчеты по делам Викторианского общества В архиве 2006-09-25 на Wayback Machine
  3. ^ Лекция 2 по естественной вентиляции В архиве 2006-05-12 на Wayback Machine
  4. ^ Perry, R.H .; 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. ^ Лекция 3 по естественной вентиляции В архиве 2006-07-02 на Wayback Machine
  6. ^ Бейчок, Милтон Р. (2005). Основы диспергирования дымового газа (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. ^ Лоусон-младший, Р. и W.H. 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)

внешняя ссылка