Тяга и дутье
Для организации процесса горения в топку парового или водогрейного котла необходимо подавать воздух и удалять образующиеся продукты сгорания. Подача воздуха и удаление продуктов сгорания могут быть осуществлены двумя способами: созданием в топке и газоходах разрежения, т. е. давления, меньшего чем давление окружающего воздуха, и созданием избыточного давления по отношению к окружающему воздуху.
Котлоагрегаты, работающие с разрежением в газовом тракте, могут иметь тягу и подачу воздуха естественную или искусственную. Под естественной тягой понимают такую, при которой разрежение в топке и газоходах создается дымовой трубой и вследствие этого под действием разности давлений (окружающего воздуха и продуктов сгорания) в топку поступает воздух, необходимый для горения. При искусственной тяге разрежение в топке и газоходах создается за счет работы дымососа, а подача воздуха производится вентилятором.
Схема действия естественной тяги и эпюр разрежений по газовому тракту показаны на рис. 12-1.
Тяга и дутье в дымовой трубе при работе котельной установки возникает следующим образом. В сечении дымовой трубы со стороны входа продуктов сгорания создается давление окружающего воздуха, имеющего плотность ра. Внутри дымовой трубы находятся продукты сгорания, которые, имея плотность р, также оказывают давление на сечение. Давление столба воздуха на сечение, соответствующее высоте дымовой трубы Н, будет Hgpa, а продуктов сгорания Hgp, где g - ускорение свободного падения, м/с2. Однако плотность продуктов сгорания р меньше плотности окружающего воздуха. В результате этого на селение будет действовать разность давлений, которая и создает тягу.
Тяга и дутье (Па) может быть определена по формуле
h=Hg(pa-p) (12-1)
Из уравнения ясно, что тяга и дутье, создаваемые дымовой трубой, тем больше, чем больше высота трубы и разность плотностей воздуха и продуктов сгорания. Эта разность будет возрастать с увеличением температуры продуктов сгорания в дымовой трубе и уменьшением температуры окружающего воздуха.
Паровые и водогрейные котлы, в которых топка и газоходы находятся под избыточным давлением по отношению к окружающему воздуху, называются работающими под наддувом. В этих агрегатах подача воздуха и удаление продуктов сгорания производится под действием вентилятора, т. е. принудительно.
Современные промышленные паровые и водогрейные котлы имеют сложный профиль воздушного и газового трактов вследствие применения развитых хвостовых или конвективных поверхностей нагрева, что приводит к увеличению общего аэродинамического сопротивления тракта. Одновременно уменьшение температуры уходящих газов снижает тягу, создаваемую дымовой трубой. По этим причинам промышленные котлы производительностью более 2 т/ч имеют, как правило, искусственную тягу и дутье. Дымовая труба при этом служит не для создания разрежения, а для выброса загрязняющих атмосферу продуктов сгорания (летучая зола, сернистый ангидрид, оксиды азота) в более высокие слои атмосферы.
При работе газового тракта под разрежением через неплотности в обмуровке и других элементах агрегата происходит присос атмосферного воздуха в топку и газоходы, что увеличивает энтальпию уходящих газов и потерю теплоты с ними, а также приводит к излишней загрузке дымососа и, соответственно, росту расхода электроэнергии на его привод. В то же время через неплотности не происходит выброса продуктов сгорания в помещение цеха.
В паровых и водогрейных котлах, работающих под наддувом, нет присоса холодного воздуха в газовый тракт, что заметно повышает их экономичность, а отсутствие дымососа упрощает установку. В то же время конструкция газового тракта агрегата усложняется и удорожается.
В тех случаях когда сопротивление решетки и слоя топлива или горелки преодолевается за счет работы вентилятора, разрежение в топке близко к нулю и тяга, создаваемая дымососом, называется уравновешенной. Кроме того, Тяга и дутье может быть косвенной, когда в дымовой трубе создается разрежение за счет струи воздуха или пара, подаваемой с большой скоростью. Такая струя эжектирует поток продуктов сгорания.
Каналы, по которым движутся продукты сгорания, называются газоходами. Каналы, по которым движется воздух, подаваемый в топку для организации процесса горения, называются воздухопроводами.
Каналы для прохода продуктов сгорания и воздуха в современных парогенераторах и водогрейных котлах имеют прямые участки и различные фасонные части (повороты, изменения сечения, тройники и т. д.). Кроме того, поверхности нагрева в каналах могут работать при различных условиях обтекания их потоком продуктов сгорания или воздухом.
Для регулирования потока в каналах располагают устройства, называемые шиберами. Посредством шибера изменяют сечение канала, по которому протекает поток.