Спящий кот

З намi у вашай хаце зауседы будзе цёпла!

главная теплопотери системы отопления радиаторы котлы дымоходы прочее статьи и рассказы реклама бендер форум

 Подписаться на обновления

Тяга дымохода и ее влияние на работу котла.
Расчет дымохода.

мальчик трубочист

Очень часто можно услышать нарекания на неудовлетворительную работу котла по причине плохой тяги. Как она образуется, почему ее нет и где она может пропасть мы постараемся разобрать в данной статье. Так же мы разберемся почему некоторые котлы к ней весьма чувствительны

Внимание! Много формул!

Если у вас возникли вопросы по работе сайта звоните по телефону

+375-29-677-53-35

По этому номеру вы можете получить бесплатные консультации.

glaz12 Еще издревне люди заметили, что горячее поднимается вверх, а холодное наоборот опускается вниз и дымовые газы в этом случае не являются исключением. Вот поэтому первобытные люди селились в пещерах со сквозным проходом в потолке или своде, так как при отапливании своего жилища дым не задерживаясь уходил вверх и можно было безопасно находиться у огня. Пожалуй это и был первый прототип дымохода. После, когда жилище становилось комфортабельнее, а требования к отоплению острее, на дымоходы обратили пристальное внимание. И оказалось, что обычная труба, служащая для удаления газов, хранит в себе множество секретов и тонкостей.
Для понимания сути процесса, начнем сразу с физики.
Итак,как мы разобрались в предыдущей статье, за счет разности плотностей горячих газов и холодного воздуха в трубе возникает тяга. Тяга возникающая в трубе измеряется в Паскалях (Па).
Для нормальной работы котла Glaz12 требуется тяга всего лишь 16 Па. Для Вас, уважаемые читатели , эта цифра пока ничего не говорит, поэтому попробуем разложить все по полочкам и разобраться.
Смотрим рисунок. Атмосферный воздух проходит регулировочные заслонки и попадает в подколосниковое пространство (отрезок 1-2), далее воздух , пройдя колосники и прореагировав с топливом , оказывается в топке. (отрезок 2-3). В результате реакции кислород, содержащийся в воздухе рагирует и у нас получаются раскаленные газы, которые проходят газовое окно (отрезок3-4). Эти газы содержат большое количество тепла и поэтому, пройдя теплообменник, они отдают свое тепло воде или другому теплоносителю. (отрезок 4-5). После этого, по выходному патрубку газы покидают котел и уходят в дымоход(отрезок 5-6).

Как видим на рисунке, воздух и дымовые газы проходят 6 характерных точек.
Для того, чтобы воздух из точки 1 начал двигаться через регулировочные заслонке к точке 2, необходимо, чтобы в подколосниковом пространстве возникло разряжение. Чем больше будет перепад давления между точками 1 и 2, тем больше будет скорость потока. Соответственно, чем больше скорость потока, тем больше будет расход воздуха, и тем больше будет мощность котла.
Вот так выглядит эпюра давлений в характерных точках котла GLAZ-12 при работе его на полной мощности.
эпюра разряжений в котле Как видим из-за большой площади сечения теплообменника, камеры догорания и газового окна , скорости потоков газа, там весьма малы и поэтому суммарные потери давления на участках 3-4-5-6 являются незначительными и составляют чуть больше 1 МПа. Основная потеря давления составляет на колосниках(отрезок 2-3), из-за небольшой величины прозоров в колосниках при прохождении воздуха-газов образуются высокие скорости и поэтому для разгона такого потока требуется больший перепад давлений. Он составляет 14 Па.
На минимальной мощности картина меняется. Теперь весомый перепад давлений приходится на регулировочную дверцу.Ведь воздуху для горения необходимо щемиться через узкую щель заслонки с довольно таки высокой скоростью.
Для работы котла GLAZ-12 достаточно высоты дымовой трубы, всего 4 метра.
Попробуем рассчитать тягу, которая создает этот относительно невысокий дымоход. Для этого окунемся в органическую химию и узнаем, что древесина это сложное сплетение органических соеденений, в чистом виде, без влаги и золы она имеет данный состав:
Углерод С-51%
Водород Н-6%
Кислород О-42,5%
Азот N-0,5%
Влажность свежеспиленной древесины составляет приблизительно 60%, поэтому если топить котел сырой древесиной состав её будет следующим:
Углерод С: 51*(100-60)/100=20,4%
Водород Н: 6*(100-60)/100=2,4%
Кислород О: 42,5*(100-60)/100=17%
Азот N: 0,5*(100-60)/100=0,2%
Влага W: 60%
Золой, содержание которой всего 0,7% мы пренебрегаем.
Из горючих веществ, как видим, в нашем составе присутствует углерод С и водород Н.
Для полного сжигания 1 моль углерода нам потребуется 1 моль кислорода:

С+О2=СО2

На выходе мы имеем 1 моль углекислого газа. Открыв таблицу Менделеева найдём, что 1 моль углерода весит 12 грамм, а кислорода О2 весит 32 грамма (2*16).
Тогда получится, что 12 грамм(С)+32 грамма(О)= 44 грамма (СО2.)
Аналогично и с водородом:

Н2+0,5О2=Н2О

Т.е. 2 грамма (Н)+16 грамм (О)=18 грамм воды (Н2О).
Если в 1 кг дров содержится 204 грамма углерода или 204/12=17 моль, то для его сжигания потребуется те же 17 моль кислорода (или 17*32=544 грамма) и на выходе будут те же 17 моль (или 17*44=748 грамм) углекислого газа. По массовому выходу это будет выглядеть так:

204+544=748 грамм.

Для водорода, которого 24 грамма (или 24/2=12 моль) потребуется 6 моль кислорода ( или 6*32=192 грамма) и в результате реакции образуется 12 моль воды (или 12*18=216 грамм).
Как видим, для сжигания 1 кг дров требуется 544+192=736 грамм чистого кислорода. В силу того, что этот окислитель присутствует в самой древесине в количестве 170 граммов, из атмосферы нам придется взять

736-170=566 грамм чистого кислорода.

Как известно из школьного курса химии наша атмосфера состоит из смеси газов, в которой при самом грубом приближении доля кислорода составляет 21%, а азота 70%. Ясное дело, что вся смесь попадает в котел и если кислород участвует в горении, то азот проскакивает транзитом и вылетает в дымовую трубу. Теоретически для сгорания 1 кг дров нам понадобится:

566/0,21=2695 грамм воздуха.

Практически же в топку для полного сгорания всех компонентов требуется подавать воздух с небольшим избытком. Ориентировочно 20%. Следовательно в топку поступит:

2695*1,2=3234 грамма, из них 679 грамм кислорода и 2555 азота.

Теперь разберемся с составом уходящих газов.
Как было подсчитано ранее, углекислого газа образовалось 748 грамм, а водяного пара

600+216=816 грамм

(600 грамм находилось в самих дровах, а 216 образовалось в результате сгорания водорода).

Азота: 2+2555=2557 грамм.
Кислорода 679-566=113 грамм.

Итого при сгорании 1 кг влажных дров образуется

Мг=748+816+2557+113=4234 грамма уходящих газов.

Для расчета дымохода нам необходимо знать плотность дымовых газов. Опять же из школьного курса химии мы знаем, что 1 моль любого газа занимает объем в 22,4 литра при температуре 0 градусов и давлении 101,3 кПа.
Не составит труда вычислить объем полученных дымовых газов через количества каждого компонента:

V=22,4*(748/44+816/18+2557/28+113/32)=3521 литр или 3,521 м3.

Плотность дымовых газов:

Rг= Mг/V=4234/3521=1,202 кг/м3.

Напомню, что это при температуре 0 градусов и атмосферном давлении101,3 кПа. Температура уходящих газов котла GLAZ-12 составляет 130 градусов (или 403К) и при этой температуре их плотность составит

Rг=1,202*273/403=0,814 кг/м3.

Теперь нетрудно рассчитать располагаемую тягу дымохода высотой 4 метра.

dР=Rв-Rг*g*h=(1,293-0,814)*9,81*4=18,8 Па.

Уходящие газы двигаясь по дымовой трубе преодолевают сопротивления от трения об стенки, от изгибов дымохода, сужения, расширения и даже зонтиков на оголовке. Да и для тог, чтоб разогнать поток в трубе так же необходимо приложить энергию или иметь некоторый перепад давлений. Следующим шагом в расчете дымохода будет расхода газов.
Зная состав топлива, мы по формуле Менделеева вычислим их теплотворную способность.

Q=339*С+1256*Н-109*О-25,14(9*Н+60)=6025 кДж/кг.

Совсем негусто для влажных дров. Если наш котел в номинале выдает мощность 12кВт, то в час он выдаст тепла 12*3,6=43200 кДж, с учетом КПД в 80%, топлива в нем сгорит на 43200/0,80=54000 кДж или 54000/6025=8,962 кг. За час работы образуется 8,962*3,521=31,558 м3 газов. В секунду 31558/3600=0,0088 м3. С учетом температуры уходящих газов в 130 градусов объемный расход составит:

0,0088*403/273=0,013 м3/c.

Для нормальной работы дымохода рекомендуется скорость движения газов в дымоходе порядка 1 м/с. При такой скорости сажа не налипает на стенки и сопротивление самого дымохода невелико. Зная объемный расход и скорость газов можно вычислить необходимое сечение дымохода.

V=S*C

где V- объемный расход м3/c,
C– скорость газов,
S- площадь сечения дымохода.

S=V/C=0,013/1=0,013 м квадратных.

Труба диаметром 133*4 для такого дымохода вполне подойдет.
Мы разобрали наиболее неблагоприятный случай работы котла и дымохода. На практике же необходимо учесть остывание газов в самом стволе дымовой трубы. Принять поправки на шероховатости стенок, изгибы, сужения и расширения. При малых скоростях потока все эти поправки не существенны.
Теперь рассмотрим проблемы, которые могут получиться при неправильной эксплуатации котла или неверном выборе дымохода.

Проблема первая: нет тяги.

эпюра разряжений в котле Котел не развивает полной мощности, дымит из всех щелей и дрова в нем еле-еле тлеют. Причина чаще всего одна: забит сажей или чаще всего чем-нибудь другим дымоход или теплообменник котла. Было и такое, что птицы умудрялись свить в дымоходе гнездо. Что же происходит? Для пропуска необходимого количества газов требуется повысить их скорость в месте сужения. Для этого требуется увеличить перепад давлений, которого может и не оказаться. Посмотрим на эту эпюру, которая изображает перепады давлений при работе котла с забитым теплообменником:
Как видим наибольший перепад давлений приходится на участок 4-5, то есть на теплообменник. Из за этого в топке (точка 3) разряжение практически отсутствует и дымовые газы могут выпирать под действием конвекции наружу через щели. Особенно этим моментом славятся котлы с верхней подачей воздуха типа Buderus, SAS, OPOP.

Проблема вторая:

Неплотности в местах соединения дымохода и сквозная коррозия дымохода.
Вспоминается случай когда клиент жаловался на плохую работу котла и не способность развивать его заявленную мощность. При осмотре котла выяснилось, что он полностью исправен, правильно подсоединен и обвязан. При растопке котел разгорался, но далее горел весьма вяло и неохотно. Проверка тяги путем поджигания комка газеты выявила, что тяга превосходная. Причина оказалась в месте присоединения металлического дымохода к кирпичному. При нагреве металл расширялся и в месте стыковки образовывалась щель в которую подсасывался паразитный воздух, который захолаживал дымоход и уменьшал тягу, а во вторых через саму трубу возрастал массовый расход воздуха и газов и дымоход работал в предельных для него условиях, в отличии от котла.

В следующей статье мы остановимся на выборе дымохода и способах его установки.

Если вы заметили ошибку или хотите задать вопрос пишите на

glazbaikal@mail.ru

Наша группа В Контакте

в контакте

Подписаться на обновления
в контакте

Все права защищены