Окружающая среда требует соблюдения многочисленных правил и норм для котлов. В частности, общий коэффициент загрязнения воздуха не должен превышать 30%. Для достижения этого показателя расчет выполняется на основе мощности котельной. Например, для котельной, имеющей мощность 1100 кВт, высота дымовой трубы должна составлять 13 м, в то время как для котельной мощностью 12000 кВт она должна достигать 28 м.
Все о дымовой трубе для котельной: принцип работы, расчет, частые ошибки и обслуживание
Каждая современная котельная должна соответствовать жестким экологическим стандартам, так как при сжигании различных видов топлива в окружающую среду выбрасываются продукты сгорания, которые необходимо минимизировать ради здоровья планеты. В настоящее время котельные установки применяют твердое, жидкое и газообразное топливо, что в свою очередь приводит к образованию множества вредных выбросов — от оксидов азота до углекислого газа.
Дымовые трубы являются основным элементом, предназначенным для эффективного рассеивания этих токсичных соединений в атмосферу. Они также имеют важнейшее значение для обеспечения стабильной работы котельной за счет создания необходимой тяги, необходимой для правильного функционирования оборудования.
Что это такое и для чего он нужен
Самая высокая дымовая труба в мире находится в Казахстане и достигает впечатляющих 420 метров в высоту! Эта конструкция установлена на электростанции, которая построена на угольном пласте и может обеспечить электроэнергией значительную часть страны, даже вполовину ее потребления. Аналогичных размеров дымоходы в российских городах не встречаются, хотя это не умаляет их важности для поддержания комфортных условий жизни.
Дымоход представляет собой конструкцию, предназначенную для вывода продуктов сгорания топлива и их рассеивания в атмосфере. Без грамотно спроектированного и правильно установленного дымохода котельная не может функционировать эффективно и безопасно.
Дополнительно дымоход в системах центрального и автономного отопления создает естественную тягу, которая возникает благодаря температурной разнице между горячими газами, находящимися внутри дымохода, и холодным наружным воздухом.
Основные параметры дымовой трубы промышленного назначения
Процесс подготовки проектной документации для дымовой трубы, предназначенной для промышленного использования, включает поэтапное выполнение сложных расчетов, которые определяют параметры ее конструкции.
Вычисление аэродинамических показателей
На данном этапе проектирования устанавливается минимальная мощность дымохода, необходимая для обеспечения беспрепятственного выхода продуктов сгорания в атмосферу, когда котел работает на максимальной нагрузке. Неправильно рассчитанные параметры могут привести к скоплению вредных газов как в котле, так и в самой дымовой трубе.
Профессиональные аэродинамические расчеты представляют собой инструмент, позволяющий объективно оценить работу системы впрыска, систему впуска, перепад давления в воздухе и в газовом тракте.
По итогам этих расчетов удается оптимально определить высоту и диаметр дымохода, а также выбрать наиболее подходящие параметры для всех его элементов и частей газовоздушного тракта.
Размер конструкции по высоте
Высота дымовой трубы зависит от множества факторов, среди которых можно выделить следующие:
- Метеорологические условия атмосферы в конкретном регионе.
- Скорость движения воздушных потоков.
- Рельефные особенности местности.
- Температурные показатели отводимого газа.
Конструкция конструкции по отводу вредных продуктов сгорания разрабатывается в процессе проектирования, что включает:
- Определение оптимальной высоты трубы.
- Установление максимальных допустимых значений объема вредных выбросов в атмосферу.
Показатели прочности и устойчивости трубы
Проектирование дымохода требует осуществления расчетов, необходимых для определения прочности и устойчивости конструкции. Эти расчеты позволят установить способность дымохода противостоять следующим факторам:
- Сейсмическим воздействиям.
- Динамическим характеристикам почвы.
- Нагрузкам от ветра и снежным осадкам.
Среди других функциональных характеристик дымохода стоит обратить внимание на:
- Общую массу конструкции.
- Динамические колебания, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации.
- Расширение материалов под воздействием температуры.
Правильное определение прочностных характеристик даст возможность выбрать оптимальную форму и конструкцию дымохода. На основании этих расчетов также разрабатывается проект фундамента строящейся конструкции, что включает определение его размеров и площади основания.
Тепловые расчеты
Для дымоходов проводят теплотехнические расчеты с целью определения их эффективного теплопередачи и обеспечения максимальной безопасности работы оборудования.
Особенности
Дымоход (или дымовая труба котла) выполняет основную функцию — отвод газов и легких твердых остатков сгорания в атмосферу. При отсутствии такого дымохода могут возникнуть серьезные проблемы, включая снижение эффективности систем отопления и теплообмена.
Важно учитывать: дымоходы и дымовые трубы — это не одно и то же. Дымоходом может называться только внутреннее соединение в здании; к одному дымоходу может быть подключено несколько дымовых труб.
Первое упоминание о дымоходах относится к 12 веку, когда они использовались в частных домах. Однако лишь спустя много веков, по мере развития промышленности, возникла необходимость в более современных вертикальных «котловых» дымоходах. В соответствии с официальными требованиями, производство дымоходов для котлов в России должно соответствовать нормам ГОСТ Р 57423-2017. Стандарт охватывает конструкции, предназначенные как для типовых котлов, так и для теплообменников.
Стандарт допускает использование как горячедеформированной, так и холоднодеформированной стали для изготовления дымовых труб. Легирование металла не является обязательным, однако рекомендуется для повышения прочностных характеристик.
Допустимое давление для дымоходов составляет 6400 кПа, а температура может превышать 400 градусов по Цельсию. В нормативных требованиях прописаны:
- плотность применяемого сплава;
- длины образца;
- припуски на шлифовальную обработку;
- масса метрового участка трубы;
- уровень относительной прочности;
- ударная вязкость;
- предел текучести;
- индекс относительного сужения.
Обзор видов
Мачтовые
Данный тип дымовых труб используется как в частных домах, так и на промышленных объектах разного назначения. Основные компоненты конструкции включают опорный столб и газовые трубы, что делает мачтовые дымоходы весьма устойчивыми. Они изготавливаются из металлических секций и могут состоять из трех или четырех мачт одновременно, что облегчает их сборку, разборку и транспортировку.
Мачтовые дымовые трубы собираются по принципу «комплекта», начиная с основания и поднимаясь вверх. Для создания постоянного, надежного соединения могут применяться заклепки или самонарезающие винты.
Важно помнить: максимальная высота такого дымохода не должна превышать 28,5 м. В нижней части конструкции требуется подготовка бетонного основания.
Фасадные
Фасадные дымоходы имеют минимальные требования к фундаменту, и в некоторых случаях даже допускается их установка без фундамента. Они могут быть расположены как внутри, так и снаружи здания, в зависимости от предпочтений и технических условий. Данный тип дымохода подходит как для жидкотопливных, так и для газовых котлов.
Самонесущие
Эти конструкции отличаются высокой гибкостью применения и могут использоваться для выведения газов, образующихся при сжигании твердого топлива. Самонесущие дымоходы разделяются на однодымоходные и многодымоходные, в которых компоненты соединяются угловыми элементами для достижения необходимой конструкции.
Установка этих дымоходов характеризуется простотой, поэтому они получили широкое распространение в частных домах и малых предприятиях.
Фермовые
Фермовые дымоходы разрабатываются с расчетом на минимальные объемы. Они могут состоять от одной до шести дымовых шахт в зависимости от проектных решений. Опоры таких конструкций рассчитаны для равномерного распределения нагрузок, которые создают различные установки. Общая высота дымохода может достигать 5 м, что вполне достаточно для эффективного отвода дымовых газов от мощных котлов. В некоторых моделях дымоходов предусмотрены ступени, обеспечивающие доступ для технического обслуживания.
Следует различать также конструкции низкого и высокого давления. Это несомненно сказывается на конечной стоимости дымохода, его эксплуатационных характеристиках и сложностях установки.
Материалы
На протяжении многих десятилетий традиционно использовались металлические дымоходы, однако металл может существенно варьироваться по своему типу и качеству. Чаще всего применяются различные виды стали и меди, которые имеют более тонкие стенки по сравнению с другими типами материалов, что требует соответствующего внутреннего сечения для обеспечения эффективного отвода дыма.
Высококачественные металлические дымоходы не подлежат диффузии кислорода и обладают низким коэффициентом теплового расширения. Обычно в жилых зданиях устанавливаются кирпичные дымоходы, которые выдерживают нагрев до 600 градусов по Цельсию и даже выше, и нередко применяются в тяжелых промышленных котлах.
Для дымоходов также используются сэндвич-трубы из нержавеющей стали. Их конструкция довольно проста: одна труба помещается в другую, а пространство между ними заполняется огнеупорной изоляцией, чаще всего представляющей собой каменную вату, реже — перлитовый песок.
Сварные швы на внутренних стенках выполняются с использованием аргонодугового сварочного процесса, что обеспечивает высокую прочность соединений. Дополнительно предусмотрены усиливающие зажимы для долговечности конструкции.
Как устроен дымоход
Если дымоход построен с нарушением технических требований, на его стенках будут накапливаться сажа, зола и дым, что приведет к их засорению и шлагованию, затрудняя процесс отведения газов. Избежать подобных проблем можно, соблюдая все правила эксплуатации промышленных дымоходов.
К основным элементам дымохода относятся следующие:
- Фундамент (цоколь);
- Ствол;
- Молниеотвод;
- Футеровка.
Процесс кладки дымохода осуществляется поэтапно, на высоту 5-7 метров за один раз. Толщина стенок уменьшается от основания к верхней части конструкции, при этом минимальная толщина стенок составляет около 180 мм. Дымовые трубы часто имеют коническую форму для обеспечения устойчивости. Внутреннее дно конструкции покрывается огнеупорным кирпичом, а зазор между облицовкой и дымоходом необходим для компенсации теплового расширения материалов.
Окна в газовых трубах, или воронки, обычно располагаются в основании конструкции. Диффузоры в газовых каналах служат для проверки состояния трубы.
Обычная высота кирпичных дымовых труб составляет от 30 до 70 м, с диаметром от 0,6 м и более.
Для металлических дымовых труб, предназначенных для котлов, используются листы стали толщиной от 3 до 15 мм. Отдельные секции дымоходов соединяются сваркой. Литая плита прикрепляется к фундаменту, на которой затем устанавливается вал. Для обеспечения стабильности конструкции на высоте, равной двум третьим общей высоты дымохода, устанавливаются раскосы, представляющие собой стальные канаты диаметром от 5 до 7 мм.
Высота стальной трубы не должна превышать 30–40 м, а диаметр — находиться в пределах от 0,4 до 1 м. Основными преимуществами этого типа конструкций являются легкий вес, упрощенная сборка и разборка, а также низкая стоимость компонентов. Однако главный недостаток такого дымохода — небольшой срок службы (обычно от 10 до 25 лет).
Кроме того, дымоходы для котельных могут быть выполнены из железобетона. Хотя железобетонные конструкции характеризуются высокой прочностью, они имеют недостаточную коррозионную стойкость. Поэтому на их внутреннюю поверхность наносится специальное покрытие, защищающее от воздействия агрессивных отходов.
Согласно СНиП, высота каждого дымового канала котельной должна превышать 5 метров над крышей здания, если расстояние до пикового конька не более 25 метров. Эта высота может быть увеличена, но не должна быть уменьшена.
Принцип работы
Для обеспечения непрерывного процесса сжигания топлива в котле необходимо поддерживать постоянный приток воздуха, который будет поступать в камеру сгорания, и одновременно обеспечить возможность свободного выхода продуктов сгорания в атмосферу. Оба процесса находятся под воздействием конструкции дымохода. В котельной именно дымоход обеспечивает естественную тягу.
Основной принцип работы дымохода основан на законах физики, а именно — на принципе взаимосвязи сообщающихся сосудов. Это значит, что вес холодного воздуха больше, чем вес столба горячих газов того же объема, находящихся в дымоходе. Так происходит циркуляция воздуха: атмосферный воздух поступает в котел, а отработанные газы уходят через дымоход.
Расход газа напрямую зависит от высоты конструкции, а также от температурных градиентов как внутри, так и снаружи помещения, а также от атмосферного давления.
Виды и конструкции
Как уже упоминалось, трубы для дымоходов изготавливаются из различных материалов и могут иметь разные конструкции. Дымовые трубы из кирпича или железобетона имеют схожие конструктивные решения, тогда как стальные дымоходы представлены в нескольких типах.
Существуют различные типы дымоходов:
- Колонные или классические. Это наиболее распространённый тип, который представляет собой металлическую колонну, установленную на залитом фундаменте.
- Усиленные фермами. Используются в крупных промышленных котельных и на ТЭЦ. В таких конструкциях ферма — это металлическая конструкция, состоящая из продольных и поперечных стержней, спроектированная для поддержки дымохода большого диаметра и веса в вертикальном положении;
- Бескаркасные или упрощенные конструкции. Примером может служить дымоход, установленный в любом частном доме, где имеется печь или котел. Они отличаются простотой сборки и низкой стоимостью, состоя из дымоотводящей трубы и боровка, соединяющего её с печью;
- Конструкции мачтового типа. Эти дымоходы имеют наибольшую высоту и обычно устанавливаются в черте города. Ствол дымохода крепится к каркасу — колонне, поддерживаемой металлическими растяжками;
- Встроенные конструкции. Они прокладываются в стене здания, чаще всего обращенной к фасаду. Здесь роль конструкционного каркаса и фундамента выполняет сама стена здания, а дымопровод крепится к каркасу при помощи специальных кронштейнов.
Каждый из перечисленных типов дымоходов может быть как однодымоходным (с одним выходом), так и многодымоходным (с несколькими выходами).
Расчётные работы и экологические требования
При проектировании дымоходов необходимо соблюдать несколько важнейших требований. Аэродинамические свойства дымохода должны обеспечивать необходимую естественную тягу. Высота и диаметр дымохода должны быть подобраны исходя из используемого материала с целью обеспечения безопасного удаления продуктов сгорания, предотвращая тем самым возникновение эффектов, таких как вспышка.
Для дымоходов, выполненных из каменной кладки, высота должна составлять от 30 до 70 метров, с диаметром от 0,6 до 8 метров. Дымовые трубы из листовой стали могут достигать высоты до 40 метров и диаметра от 0,4 до 1 метра. В то же время бетонные дымовые трубы способны достигать высоты 300 м и диаметра до 10 м.
На величину высоты дымохода влияет, среди прочего, метеорологическая ситуация местности: среднегодовые показатели ветровых нагрузок, температура и влажность климата также имеют значение. К тому же, стоит учитывать температуру отводимого газа.
Современные экологические стандарты устанавливают требования к характеристикам дымоходов с учетом зольности топлива, находящегося в использовании, а также уровня сажи и примесей серы в дымовых газах, а также суточного объема сжигаемого топлива. Правильные расчеты параметров дымохода позволяют в значительной степени улучшить скорость рассеивания дыма без ущерба для экосистемы.
Прочностные параметры дымохода рассчитываются с учетом следующих факторов:
- внешние условия (сейсмоопасность региона, состав и характеристики грунта, уровни атмосферных осадков, преобладающие ветры);
- эксплуатационные характеристики (масса сооружения, степень износа конструкций, перепады температур).
Указанные выше критерии необходимы для выбора наиболее подходящего типа дымохода, соответствующего необходимым размерам, а также для определения глубок и площадей фундамента.
Правила монтажных работ
Процесс установки дымоходов строго регламентирован. Строительство начинается с залаживания фундамента и установки анкерной обоймы. Далее монтируется основание, производится установка дымовых труб, монтируется теплоизоляция и устанавливается внешняя облицовка.
Материалы, используемые для конструкции внутреннего дымохода, должны обладать высокой коррозионной стойкостью, термостойкостью и химической инертностью. Внешняя оболочка изготавливается из морозостойких материалов, которые способны противостоять различным климатическим условиям. Чтобы предотвратить образование конденсата в дымоходе, между самой трубой и крышей дымохода устанавливается базальтовый радиатор.
Относительно значительной высоты построенного объекта необходимо установить молниеотводы, параметры которых рассчитываются в соответствии с применяемыми материалами дымохода. На каждые 50 метров от конструкции, выполненной из каменной или керамической кладки, должны быть предусмотрены молниеотводы. Металлические дымоходы, обладающие хорошей проводимостью, являются исключением — для них молниевая защита не требуется.
Важно помнить: каждая конструкция обязательно оснащается смотровыми люками, лестницами и платформами для обеспечения доступа персонала, который будет проводить техническое обслуживание, текущее осмотр и ремонт критически важных элементов установки.
