Coșul de fum pentru centrala termică: calculul înălțimii și secțiunii conform normelor tehnice

Funcția principală pe care trebuie să o îndeplinească coșul de fum pentru centrala termică este aceea de a evacua în atmosferă gazele de ardere de la cazane și de a le dispersa în acest spațiu. Are și o funcție suplimentară: acestea trebuie să creeze un tiraj natural, care apare ca urmare a diferenței dintre temperatura din focar și cea din exterior.

Vă vom prezenta varietățile de canale de fum, a căror clasificare se face pe baza caracteristicilor constructive și a materialului țevilor. La noi veți afla cum se efectuează calculul parametrilor geometrici pe un exemplu concret. Sfaturile noastre vă vor ajuta să decideți tipul și dimensiunile coșului de fum.

Tipuri de coșuri de fum

În centralele termice mari, tirajul natural nu poate asigura o ardere completă, aici acesta este creat forțat cu ajutorul pompelor de fum. Procesul de ardere și evacuarea produselor sale în atmosferă trebuie să aducă cât mai puțin rău mediului înconjurător și să nu provoace situații de urgență ca urmare a apariției în focare a unei presiuni care depășește norma.

Constructiv, țevile pentru centrale termice diferă foarte mult între ele, atât prin tipul structurii portante, cât și prin materialul de fabricație. După primul criteriu, se disting mai multe tipuri de țevi.

Țevi autoportante pentru centrale termice

Astfel de construcții verticale pot fi cu unul sau mai multe trunchiuri. Ele evacuează produsele de ardere de la centrale și cazane.

Sunt utilizate indiferent de tipul de combustibil, dar cu respectarea anumitor cerințe:

1. Temperatura gazelor de ardere care trec prin coșurile autoportante nu trebuie să depășească 350 de grade Celsius.
2. Produsele de ardere nu trebuie să fie chimic agresive.
3. Sarcina optimă de zăpadă pentru construcțiile autoportante este de 250 kg pe cm², iar cea eoliană de 30 kg pe cm² în condițiile zonei eoliene II.

Coșul autoportant se instalează pe acoperiș și se fixează în interiorul clădirii. Caracteristicile sale constructive asigură posibilitatea transportului și montajului la fața locului, deoarece este format din secțiuni separate, care sunt țevi sandwich cu 3 straturi. Construcția se fixează de fundație cu ajutorul ancorelor.

În interiorul coșului se află un strat fabricat din oțel rezistent, care nu este afectat de substanțele eliberate în timpul arderii. Stratul exterior protejează împotriva acțiunii factorilor atmosferici.

Coșurile de fum pentru centralele termice mari sunt cel mai adesea autoportante. Aceasta este o construcție ridicată conform unui proiect individual și având propria infrastructură.

Parametrii construcțiilor de evacuare a fumului trebuie să corespundă cerințelor specificate în documentele normative. Calculul lor se bazează pe factori precum numărul de cazane, puterea, tipul de combustibil. Normele privind emisiile în atmosferă trebuie obligatoriu să fie luate în considerare. În unele cazuri, coșurile de fum sunt echipate cu platformă, scară, trapă de inspecție, balizaj luminos.

Construcții coloane pentru fum

Coșul de acest tip constă dintr-o manta exterioară din oțel cu conținut ridicat de carbon și trunchiuri interioare introduse în ea, de diferite diametre, din oțel inoxidabil pentru evacuarea gazelor. Construcția se fixează într-un coș de ancorare turnat în fundație. Poate fi unul sau mai multe. Pentru a preveni condensul în interior, se utilizează izolație termică.

O parte a coșului de fum coloană. Aici, în secțiune, se vede că în interior sunt amplasate mai multe trunchiuri de diferite diametre din oțel inoxidabil.

Avantajul acestei soluții constructive este durata mare de exploatare, perspectiva conectării mai multor cazane. Grosimea oțelului și marca se aleg în funcție de temperatură și agresivitatea produselor de ardere.

Diametrul fiecărui trunchi poate atinge un metru și jumătate, iar dacă se intenționează utilizarea unui coș de fum comun pentru mai multe cazane, este necesar un diametru de aproximativ 3 m. Pentru a preveni formarea condensului, trunchiurile sunt acoperite cu izolație termică.

Particularitățile coșurilor de fum aproape de fațadă și de fațadă

Coșurile de fum de lângă fațadă se instalează pentru cazanele atașate casei sau încorporate. Se fixează de peretele clădirii cu ajutorul consolelor. Componentele coșului de fum sunt trunchiurile și cadrul sau elementele de ancorare.

Trunchiul are 3 straturi: interior din oțel inoxidabil, apoi izolație termică și oțel galvanizat. Țevile sunt destinate cazanelor care funcționează pe gaz sau combustibil lichid.

Cel mai adesea, țevile de fațadă sunt amplasate de-a lungul peretelui exterior al clădirii. La alegerea mărcii de oțel și a grosimii peretelui țevii, se iau în considerare compoziția chimică a gazelor evacuate și temperatura acestora.

Țevile de lângă fațadă și cele de fațadă transmit sarcina de greutate printr-o fundație suplimentară inferioară și pe cea a vântului prin prinderi antivibrații. Acest tip de coșuri de fum, din punct de vedere al costurilor materiale, este cel mai economic datorită absenței structurilor portante și a unei fundații solide.

Sistemul modular utilizat la crearea trunchiurilor de evacuare a gazelor asigură înlocuirea ușoară a pieselor deteriorate.

Țevi de tip fermă

O astfel de structură metalică este formată din țevi fixate pe o coloană autoportantă rezistentă de tip fermă. Ferma, la rândul său, este fixată într-un coș de ancorare turnat în fundație. Coșurile de fum de tip fermă sunt potrivite pentru utilizarea în regiuni cu condiții seismice periculoase.

Construcția de tip fermă include de la 1 la 6 trunchiuri. Coloana este fabricată din țeavă laminată. Țeava profilată poate avea secțiune pătrată sau triunghiulară. Acest lucru depinde de numărul de trunchiuri.

Pentru a preveni coroziunea, conductele de evacuare a gazelor sunt acoperite cu grund, apoi vopsite.

Trunchiul de evacuare a gazelor este alcătuit din module formate din 3 straturi:

• interior, care intră în contact direct cu produsele de ardere și fabricat din oțel inoxidabil de calități speciale;
• cu grosimea de 5-6 cm, care îndeplinește rolul de izolație termică;
• exterior, care protejează stratul termoizolant de efectele negative ale mediului înconjurător.

Pentru acoperirea anticorozivă se folosesc vopsele care conțin un procent mare de zinc. În unele construcții, în interiorul coloanei pot exista scări și platforme care facilitează întreținerea. Elementele structurale ale țevilor de acest tip sunt relativ ușoare, ceea ce ușurează atât transportul lor, cât și lucrările de montaj.

Țevi de fum tip catarg

Elementul central al țevii de catarg este un turn de susținere – cu trei sau patru catarge, de care sunt atașate coșurile de fum. Toate componentele structurii sunt asamblate pe o bază de pernă de beton, începând de jos și avansând treptat în sus. La asamblare se utilizează îmbinări nituite sau șuruburi autofiletante.

Structura de susținere a coșului de fum pe catarg este asamblată din profile de oțel, conectate între ele prin diagonale și colțare. Prin baza sa, coloana se sprijină pe fundație, iar fixarea se face prin ancore.

De obicei, elementele individuale sunt transportate la locul de instalare și asamblate ca un set de construcție. Acest proces durează foarte puțin timp – câteva ore. În înălțime, coșul de fum poate atinge maximum 28,5 m. Stabilitatea coșului de fum este asigurată de nervurile de rigidizare – tirant din oțel cu secțiunea de la 1,6 la 2 cm. Acestea compensează acțiunea forțelor transversale.

Materiale pentru construcția țevilor centralelor termice

Sistemele de evacuare a fumului sunt construite din diferite materiale – cărămidă, oțel, ceramică, polimer. Coșul de fum din cărămidă, construit deasupra sobelor și șemineelor din cărămidă, se distinge printr-o rezistență mecanică bună, o capacitate termică excelentă și un grad suficient de ridicat de siguranță la incendiu.

Aceste construcții au și destul de multe dezavantaje, motiv pentru care în construcțiile moderne coșurile de fum complet din cărămidă se întâlnesc din ce în ce mai rar. Documentele normative limitează înălțimea coșurilor de cărămidă la 30-70 m, iar diametrul la 0,6-8 m.

Pe pereții unui coș de fum din cărămidă, cu numeroase proeminențe și adâncituri în interior, se depune întotdeauna mult condens, funingine care conține oxizi de sulf. Aceștia, reacționând cu apa, formează acizi care distrug activ cărămida.

Neregularitățile suprafeței, îngustarea trecerii ca urmare a acumulării treptate a stratului de funingine, devin cauza reducerii vitezei de trecere a fumului și a răsturnării tirajului în canalul de evacuare a fumului.

Mai rezistente la condens și la acțiunea factorilor externi sunt coșurile de fum din ceramică, au o rezistență ridicată la foc. Dar acest sistem are o greutate mare, deoarece în interior se află tije metalice care îi conferă o rezistență suplimentară. De aici decurg cerințele privind construirea obligatorie a unei fundații separate și a suporturilor, ceea ce crește volumul de muncă și costul instalării.

Coșurile de fum din polimer sunt potrivite în centralele termice cu temperatura maximă de 250 de grade Celsius, la montarea a coloanelor de gaz. Sunt ușoare, flexibile și durabile, dar sunt relevante doar pentru echipamentele pe gaz.

Dispozitivul de evacuare a fumului din oțel inoxidabil – un ansamblu format din elemente individuale ale coșului de fum, conectate între ele prin piese de formă: teuri, țevi de racord, deflectoare, teuri, coturi. Coșurile de fum din oțel echipează în principal centralele pe gaz.

Montarea unui astfel de coș de fum poate fi realizată și după construirea clădirii, într-un termen scurt. Există o gamă largă de piese de conectare, astfel încât coșului de fum i se poate da orice configurație.

Coșul de fum modular poate fi demontat și mutat în alt loc fără prea mult efort. Un avantaj al construcției este și greutatea sa redusă, ceea ce permite evitarea unei fundații, rezistența la umiditate, depunerea redusă de funingine pe pereții interiori, viteza mare de trecere a gazelor de ardere.

Normele sanitare și tehnice permit utilizarea țevilor de oțel pentru construirea coșurilor de fum cu înălțimea mai mare de 30 m, excepție fiind posibilă doar în cazul în care se consumă mai puțin de 5 t de combustibil cu multă cenușă pe zi. Motivul este că durata de viață a acestor construcții este de 10 ani, iar dacă se utilizează combustibil cu conținut ridicat de sulf, aceasta se reduce semnificativ.

Printre variantele al căror corp este fabricat din aliaj de oțel se numără coșurile coaxiale, cu ale căror specificații constructive și particularități de exploatare vă recomandăm să vă familiarizați.

Calculul parametrilor țevii

Pentru determinarea înălțimii și diametrului coșului de fum pentru centrala termică, este necesar să se efectueze un calcul aerodinamic al construcției. Diametrul depinde de puterea cazanelor individuale sau a centralei în ansamblu.

Arderea combustibilului și eliminarea eficientă a fumului sunt influențate considerabil de tiraj, pentru crearea căruia este necesară o alimentare constantă cu aer în focar. Acest lucru se asigură atât pe cale naturală, cât și artificială.

Dacă în sistem este integrat un ventilator de fum, înălțimea țevii nu are o importanță decisivă. Acest parametru este important în principal pentru contabilizarea emisiilor nocive în atmosferă. Pentru a determina tirajul natural, este necesar un calcul obligatoriu atât al înălțimii, cât și al secțiunii țevii.

Determinarea înălțimii țevii în cazul tirajului natural

Pentru a crea un tiraj natural normal, este necesar să se respecte condiția de egalitate între forța de tracțiune și rezistența totală care apare în timpul deplasării gazelor de ardere prin canalele de gaz ale cazanului și traseul coșului de fum. Asigurarea unui astfel de tiraj este posibilă cu condiția unei rezistențe mici a gazelor, când înălțimea țevii nu depășește 60 m.

Această schemă va simplifica procesul de calcul al parametrilor principali ai țevii pentru evacuarea produselor de ardere ale oricărui combustibil din focarele centralei termice

Documentele normative care reglementează amplasarea și calculul coșurilor de fum în funcție de înălțime sunt SNiP 41-01-2003, SP 7.13130.2009.

De asemenea, trebuie să se țină cont de recomandările din instrucțiunile cazanului, în special de următoarele cerințe:

1. De la grătare până la punctul superior al țevii nu trebuie să fie mai puțin de 5 m.
2. Deasupra acoperișului plat, fără gard înalt, țeava trebuie să se înalțe cu cel puțin 0,5 m.
3. În raport cu înălțimea gardului și a coamei acoperișului, țeava trebuie să depășească nivelul acestora cu 0,5 m, dacă se află la o distanță de până la 1,5 m de aceste construcții.
4. Când coșul de fum se află la o distanță de 1,5 până la 3 m de parapet și de coamă, punctul său superior trebuie să coincidă cu nivelul acestora.

În cazul unei înălțimi incorect calculate a coșului de fum, pot apărea multe probleme, iar principala este turbulențele aerului sau zona de presiune a vântului. Focul din focar poate fi stins de rafale puternice de vânt.

La instalarea coșului de fum, trebuie să țineți cont de structura acoperișului, de grosimea stratului de acoperiș, de distanța până la elementele de delimitare și coamă, de regulile de securitate la incendiu (+)

Respectarea normelor de securitate la incendiu este, de asemenea, o condiție obligatorie la proiectarea coșului de fum al centralei. Este necesar să izolați structurile adiacente coșului.

Pentru ca scânteile din orificiile de ventilație de pe coș să nu ajungă pe acoperiș, în cazul în care acesta este realizat dintr-un material combustibil, înălțimea structurii se mărește cu 0,5 m. Coșul centralei trebuie să fie la o distanță de cel puțin 2 m de clădiri înalte și copaci.

Înălțimea coșului se determină în funcție de structura acoperișului. Dacă acoperișul este pe mai multe niveluri, în calcul se iau în considerare diferențele de înălțime, dar baza este aceeași în toate cazurile – înălțimea coamei (+)

Deoarece tirajul optim apare datorită diferenței dintre densitatea totală a gazelor care ies în coș și coloana de aer exterior de aceeași înălțime, calculul se efectuează conform formulei:

Înălțimea canalului de fum se calculează independent folosind această formulă. Toate valorile pot fi preluate din documentația atașată echipamentului de încălzire.

Calculul este destul de complex, este mai bine să fie efectuat de specialiști. Parametrii care influențează înălțimea coșului:

1. Coeficientul A caracterizează situația meteorologică a regiunii.
2. Mi – masa gazelor de ardere care trec prin coș într-o unitate de timp.
3. F – viteza cu care se depun particulele formate în timpul arderii.
4. Spdki și Sfi – indicatori ai concentrației diferitelor substanțe din gazul de ardere.
5. V – volumul gazului.
6. T – diferența dintre temperaturile aerului care intră în coș și iese din acesta.

Dacă centrala termică este amplasată într-o anexă a casei, aceasta din urmă devine un obstacol. Este necesar ca, în acest caz, capul coșului să se afle deasupra zonei de refulare a vântului. În caz contrar, echipamentul de încălzire nu va putea funcționa normal.

Pentru a determina cu cât trebuie prelungit coșul, se găsește cel mai înalt punct al casei, se trasează prin acesta o dreaptă care formează un unghi de 45 de grade cu suprafața solului. Spațiul de sub această linie este zona de refulare a vântului, iar coșul de fum trebuie să fie situat deasupra acesteia.

Calculul diametrului țevii

Pentru calculul diametrului coșului există formula:

S = m/(ρr х w),

Aici m – consumul de combustibil pe 1 oră, w – viteza de deplasare a gazelor de ardere, ρr – densitatea aerului în condiții de funcționare, se determină prin formula: pv = pBnu х 273⁄273 х tos. Unde to – temperatura aerului exterior, pBnu – densitatea aerului în condiții normale = 1,2932 kg/m3.

Tabelul va ajuta la determinarea valorii densității aerului ρg în condiții de funcționare, fără a efectua calcule complexe. Valoarea densității gazelor de ardere, pentru simplificarea calculelor, se consideră egală cu densitatea aerului (+)

Să presupunem că în cazan ard 50 kg de combustibil solid pe oră, atunci pe secundă aceasta va fi 50 : 3600 = 0,013888 kg. Viteza de deplasare a gazelor de ardere este de 2 m pe secundă. La temperatura aerului de -4 grade C, densitatea aerului este de 0,6881 kg pe 1 m³. Atunci S = 0,013888 : (0,6881 x 2) = 0,010092 m² = 92 cm². Pentru secțiune circulară d = √4 x 92 : 3,14 = 10,83 cm.

Diametrul coșului de fum cilindric poate fi calculat și printr-o altă formulă: d = 1000/1,163 x (r x Q√H), unde r este coeficientul care depinde de tipul de combustibil utilizat. Pentru cărbune, acesta este 0,03, pentru lemn 0,045, pentru gaz 0,016, iar pentru combustibil lichid — 0,024.

Concluzii și material video util pe această temă

Videoclip cu o demonstrație vizuală a procesului de calcul al înălțimii canalului de fum pentru amenajarea centralei termice:

Aici, autorul videoclipului a împărtășit propria sa experiență privind calculul și montajul coșului de fum pentru un cazan pe combustibil solid:

Încă un videoclip în ajutorul proiectantului amator:

Nu este atât de important pe ce combustibil funcționează cazanele din centrala termică. În orice caz, nu se poate face fără un sistem de evacuare a gazelor de ardere. Principalele cerințe pe care trebuie să le îndeplinească coșurile de fum sunt: tiraj bun și capacitate de trecere, respectarea normelor de mediu.

Doriți să adresați o întrebare cu privire la un aspect controversat sau neclar, pe care l-ați întâlnit în timpul consultării informațiilor? Aveți informații utile legate de subiectul articolului, pe care doriți să le împărtășiți cu vizitatorii site-ului? Vă rugăm să scrieți comentarii în blocul de mai jos.