Что такое разрежение в топке котла

Разряжение в топке котла

Приобретая частные дома, многие строят печи для отопления помещений. Печь или котел обязательно имеют топливник или топку. Это зона, в которой происходит горение материала. Если кислорода будет недостаточно, то отопление будет осуществляться с большими тепловыми потерями. Разряжение в топке котла или тяга – это один из важнейших параметров. Есть правила, по которым его измеряют, увеличивают, уменьшают при необходимости.

Тяга как физическое явление

Прежде чем рассматривать особенности конструкции топки, нужно понять, что такое разряжение в топке. Разряжение или тяга – это уменьшение давления продуктов сгорания, воздуха, благодаря которому обеспечивается приток среды по каналам сооружения в зону низкого давления. Принято различать два вида тяги: (См. также: Ремонт топки печи своими руками)

Чтобы контролировать процесс можно перекрывать отверстие, через которое поступает новый воздух. Очень часто в небольших домашних котлах и печах тяга естественная тяга настолько хороша, что даже требует уменьшения. Единственный недостаток в том, что чем выше температура окружающей среды, тем меньше разряжение. А также при плохой регулировке холодного воздуха будет так много внутри, что печь, не будет прогреваться;

Дымосос требует достаточно много электроэнергии, шумит при работе. Для небольших печей и котлов лучше выбирать варианты с вентиляторами. Обычно вместе с принудительной тягой в любой системе будет присутствовать и естественная, но они не всегда сонаправленны.

Габариты топки для отличного горения

При самостоятельной выкладке печи нужно знать, как правильно устроить топку. Также эти знания могут потребоваться при выборе топки. Топливник – это прямоугольная камера, внутри которой сгорает топливо. Там всегда очень высокие температуры, а потому нужно использоваться специальные материалы. Стандартными размерами считаются габариты 25х38 см. Высота около 80 см. Чаще всего камера используется для сжигания дров, торфа, угля.

Конструкция такова, чтобы разряжение в топке котла было равномерным. Топка имеет обязательную часть – колосниковая решетка, а также поддувало. Решетка располагается немного ниже дверцы для закладки топлива. На ней будут лежать дрова, торф, горючие материалы. В ней проделаны отверстия, чтобы обеспечить приток воздуха. Поддувало – это отверстие в печи ниже топки, которое нужно для улучшения тяги. Нижняя часть топки под колосниковой решеткой – зольник, где будут собираться отходы. (См. также: Как увеличить тягу в дымоходе)

Есть три тонкости, определяющие размеры топки печи:

Измерение разряжения

В котельных аварийные ситуации крайне нежелательны, так как от них многое зависит, могут быть жертвы среди обслуживающего персонала. Но даже в небольшом доме печь или котел должны работать исправно. Множество датчиков постоянно отслеживают работу устройства. Существует датчик разряжения в топке. Есть несколько разных конструкций датчика, главное, чтобы он исправно работал.

Датчик может измерять разрешение, или реагировать на превышение определенного значения. На предприятиях от датчика сигнал передается на устройство оповещения: световое, звуковое, электромагнитное. И сотрудники или автоматика принимают меры для стабилизации ситуации. Например, может быть уменьшен приток воздуха или топлива. Принимаемые меры зависят от конструкции конкретного котла или топки.

Первая топка печи и проверка тяги

После того как была сложена печь, нужно сделать две вещи: дать ей просохнуть и определить качество тяги. Для просушки печи должна пройти неделя. На этот период оставляют открытыми все дверцы, поддувало печи. Можно жечь бумагу и щепки в небольшом количестве. Если не дать ей качественно высохнуть, возможно, растрескивание материала в дальнейшем.

Чтобы узнать, сколько тепла даст печь, проводят проверку тяги. Она зависит от:

Пробные топки проводят не спеша. Сначала всегда жгут бумагу и щепки, а после уже поджигают дрова. Может возникнуть задымление помещения. Это свидетельствует о не очень хорошей тяге. Иногда проблему решает сжигание в дымоходе бумаги или щепок. Багровое пламя свидетельствует о неполном сгорании топлива. Будет образовываться много копоти, оседающей в дымоходе и сужающей отверстие.

Если же огонь соломенно-желтого цвета и дым бесцветных, то печь сложена правильно. Проверить тягу можно с помощью специального устройства. Если его нет в наличии, то можно использовать обычную бумагу. Лист или полоску бумаги аккуратно подносят к открытой дверце топке. Если она потоком воздуха отклониться к топке, будет затягиваться внутрь, то проблем нет. Хорошо сложенную печь могут украсить часы каминные. Она будет не только нагревать помещение, но и быть эстетически привлекательной.

Готовые топки

Чтобы не мучить себя вопросом подбора размера топки для хорошей тяги, можно приобрести готовые варианты. Сегодня рынок представляет большой ассортимент подобной продукции. Преимущество такой топки в том, что она сделана по всем правилам, надежна, легко монтируется.

От группы МЕТА

Целых четыре варианта топок для каминов выпускает компания МЕТА:

От компании Keddy

Шведские инженеры славятся свое способностью работать с чугуном. Топки Кедди отличает качество используемого чугуна в первую очередь. Технологии его производства и обработки засекречены. Уже очень давно они освоили тонкости работы с этим материалом. По этой причине каждое их изделие отличает:

Логический итог

Разряжение в топке обеспечивает равномерный нагрев помещения. Это обычный физический процесс, которого достаточно для устройства отопления в небольших домах. Качество тяги в большой степени определяется формой и габаритами топки. Ее можно как сложить вручную, так и купить готовую. Преимущества готовой в том, что ее конструкция разработана так, чтобы максимизировать КПД. В зависимости от предполагаемого топлива может меняться конструкция печи.

Предварительная топка нужна для того, чтобы определить качество тяги. В дальнейшем, если требуется постоянный контроль данного параметра, используют специальные датчики. В зависимости от типа котла или печи используют датчики разной конструкции.

Когда камин или печь готовы, их нужно украсить. Сегодня это не просто устройство для отопления, но и часть интерьера. Очень часто приобретают каминные часы из фарфора. Это долговечный материал, которому не страшна высокая температура вблизи камина.

Источник

Разряжение в топке котла что это такое?

Что такое разрежение в топке котла

Разрежение в топке котла – это снижение в ней давления под влиянием разницы температур, вследствие чего в топочную камеру естественным путем осуществляется приток свежих воздушных масс, а продукты сгорания вытесняются через дымоход.

Схематическое изображение процесса разрежения в топке котла.

Простыми словами, плотность воздуха зависит от температуры: чем она выше, тем плотность воздуха меньше. Отсюда и термин «разрЕжение», который часто путают с «разрЯжением». Соответственно, к зоне низкой плотности (топке котла) осуществляется приток воздуха из зоны более высокой плотности (помещения), поскольку давление там выше. Нагретые воздушные массы и продукты сгорания стремятся вверх и дополнительно вытесняются свежими воздушными массами через дымоход. Иными словами явление называют естественной тягой котла.

Способы и единицы измерения

Единицы измерения разряжения в топке котла – Паскали (Па). Измеряется показатель приборами, принцип работы которых основан на чувствительности жидкостного или пружинного датчика давления: манометром или вакуумметром. Также применяются анемометры, измеряющие непосредственно силу естественной тяги.

Для бытового водогрейного котла с традиционным вертикальным дымоходом нормой считаются показатели 10-20 Па.

Габариты топки для отличного горения

При самостоятельной выкладке печи нужно знать, как правильно устроить топку. Также эти знания могут потребоваться при выборе топки. Топливник – это прямоугольная камера, внутри которой сгорает топливо. Там всегда очень высокие температуры, а потому нужно использоваться специальные материалы. Стандартными размерами считаются габариты 25х38 см. Высота около 80 см. Чаще всего камера используется для сжигания дров, торфа, угля.

Конструкция такова, чтобы разряжение в топке котла было равномерным. Топка имеет обязательную часть – колосниковая решетка, а также поддувало. Решетка располагается немного ниже дверцы для закладки топлива. На ней будут лежать дрова, торф, горючие материалы. В ней проделаны отверстия, чтобы обеспечить приток воздуха. Поддувало – это отверстие в печи ниже топки, которое нужно для улучшения тяги. Нижняя часть топки под колосниковой решеткой – зольник, где будут собираться отходы. (См. также: Как увеличить тягу в дымоходе)

Есть три тонкости, определяющие размеры топки печи:

Причины падения разрежения в топке котла и способы решения проблемы

Критическим считается падение ниже минимального порога 9-10 Па, при нем могут наблюдаться проблемы с горением, попадание в помещение недожженного топлива, продуктов его сгорания. Если исключить ошибки в конструкции топочной камеры и самого котла, причины падения разрежения в топке котла обычно просты и легко исправимы:

Оптимальная высота дымохода согласно СНиП 41-01-2003.

Также важно понимать, что разрежение может быть нестабильным и недостаточным, если разница температур в топочной камере и атмосфере не столь существенна, например, в относительно теплые времена вне отопительного сезона при работе котлоагрегата в минимальном температурном режиме.

Регулирование с помощью датчика

В бытовых целях постоянный контроль тяги не оправдан в виду дороговизны контрольно-измерительных устройств. В современных отопительных котлах для контроля показателя применяются представляющие собой несколько иное устройство датчики тяги. Однако в промышленных масштабах устанавливаются специальные датчики разрежения: АДР-0,125.4.1 или АДР-0,25.4.1; Метран-100-ДИВ-1310. Стоимость датчиков начинается от 5 тыс. руб.

Разрежение в топочной камере является основным и наиболее важным явлением, на котором строится функционирование котлов с естественной тягой через дымоход. При недостаточном разрежении горение сильно затрудняется или прекращается вовсе, в помещение попадают токсичные продукты сгорания. При чрезмерном – происходит перерасход топлива.

В бытовых целях постоянный контроль тяги не оправдан в виду дороговизны контрольно-измерительных устройств. В современных отопительных котлах для контроля показателя применяются представляющие собой несколько иное устройство датчики тяги. Однако в промышленных масштабах устанавливаются специальные датчики разрежения: АДР-0,125.4.1 или АДР-0,25.4.1; Метран-100-ДИВ-1310. Стоимость датчиков начинается от 5 тыс. руб.

Регулирование разряжения в топке котла — современный подход

В статье рассматривается вопрос построения системы автоматического регулирования разряжения в топке котла на базе современных микропроцессорных средств автоматизации с использованием в контуре регулирования частотного преобразователя-инвертора. Предлагается способ поэтапного перехода от существующей системы к предлагаемой.

Реализация данной системы позволит значительно снизить потребление электроэнергии на привод дымососа котельного агрегата, работающего большую часть времени в регулирующем режиме.

Данное решение предлагается для внедрения на котельных агрегатах малой и средней мощности.

Как возникает разряжение в дымоходе?

Естественное разряжение воздуха или газов основано на силе Архимеда. При нагревании воздуха или газа его плотность становится меньше по сравнению с плотностью холодного воздуха. Из-за этого давление нагретого значительно ниже и он может поднимать наверх. Наибольшее разряжение в дымоходе возникает в нижней части, поскольку в этом месте самая большая разница давлений.

Чем выше разница давлений, тем лучше тяга. Когда естественное разряжение недостаточно сильное, прибегают к принудительной тяге. Чтобы обеспечить правильное движение продуктов горения, применяются дымососы. Тяга обеспечивается крутящимися лопастями, которые приводятся в движение электромотором. Разряжение обычно возникает при всасывании воздуха такими устройствами. Чем дальше воздушные массы от дымососа, тем меньше тяга. Главная их особенность заключается в возможность регулировать разряжение в топке котла и дымоходных трубах.

Введение

Призывы правительства к бережному отношению к энергоресурсам и внедрению энергосберегающих технологий выглядят по меньшей мере странными для страны, ставшей на рельсы рыночной экономики. Рыночная экономика, основанная на жесткой конкуренции, предполагает такой подход «по умолчанию». Однако братья славяне, упорно придерживаясь принципа «пока гром не грянет:», ждут своего часа. Наконец, он настал («не было бы счастья :»). Сразу появились призывы к срочным действиям, уже организовываются летние семинары в Ялте и т.д. Однако, некоторые решения лежат на поверхности. Как говорил мой давний знакомый — изобретатель: «Когда я хожу по территории завода (цеха…), то мне кажется, что я хожу по ассигнациям». Быстрого результата в сфере теплоэнергетики можно достичь, уделив должное внимание контуру регулирования разряжения в топке котельного агрегата.

Еще в технической литературе 30-летней давности в качестве одного из возможных способов регулирования разряжения в топке котла предлагалось скоростное регулирование либо изменением числа оборотов дымососа с помощью гидравлических муфт, либо посредством изменения частоты вращения электропривода. Показано, что такой способ наиболее экономичен.

Появление на рынке частотных преобразователей-инверторов создали условия для реализации давней технической идеи в жизнь.

Автоматическая система регулирования разряжения

1.1. Характеристика участка регулирования

Объект регулирования по разряжению представляет собой последовательно расположенные топку (камеру сгорания) и газоходы до всасывающих патрубков дымососа. Наличие небольшого разряжения 2-3 мм. вод. ст.(20-30 Па) в верхней части топочного пространства необходимо для устойчивости факела в зоне горения, предотвращения выбивания продуктов горения из котла и косвенно характеризует материальный баланс между воздухом-окислителем топлива и отходящими газами-продуктами горения. Входное регулирующее воздействие-расход отсасываемых дымовых газов, определяемый производительностью дымососа. Внешнее возмущающее воздействие-изменение расхода воздуха, подаваемого в топку при изменении тепловой нагрузки котельного агрегата. Внутренние возмущения — нарушения газовоздушного режима.

Динамические свойства объекта регулирования характеризуются отсутствием запаздывания, малой инерционностью (постоянная времени порядка 5-10 сек), самовыравниванием. Особенностью являются колебания регулируемой величины около среднего значения с амплитудой 3-4 мм. вод. ст.(30-40 Па) с частотой несколько герц. Такие низкочастотные колебания обусловлены, в частности, пульсациями расходов топлива и воздуха, кроме того, процесс горения сам является источником высокочастотных колебаний(100-150 Гц), отдельные низкочастотные моды которых могут резонировать.

1.2. Способы регулирования

Регулирующее воздействие можно осуществлять путем изменения производительности дымососа:

Из графиков видно, что при нагрузках отличных от 100%-ной наиболее экономичным является скоростной способ реализации регулирующего воздействия.

С точки зрения структуры контура регулирования наибольшее распространение получила одноконтурная схема с импульсным регулирующим блоком, который совместно с исполнительным механизмом постоянной скорости реализует ПИ-закон в импульсном режиме.

Однако стоит отметить, что контуры регулирования соотношения топливо-воздух и разряжения физически связаны через объект регулирования, поэтому при работе котла в регулирующем режиме (т.е.при частом изменении нагрузки котла) изменение расхода воздуха для поддержания соотношения с топливом нарушает баланс материальных потоков и для предотвращения такой ситуации вводят упреждающий исчезающий сигнал от регулятора воздуха (реальное дифференцирования выходного сигнала регулятора воздуха).

1.3. Существующие технические средства регулирования разряжения

Как правило для котлов малой и средней мощности используются следующие средства автоматизации:

В случае необходимости осуществить динамическую связь между контурами соотношения топливо-воздух и разряжения используется комплект динамической связи КДС (МЗТА).

Как видим весь комплекс технических средств производится в России. Живучесть такого комплекса обусловлена не только консервативностью эксплуатационников, но и наличием мощного рынка так называемых «неликвидов», сроки существования которого предопределены.

Если ориентироваться на реальные цены новых средств автоматизации, то получим следующее:

Таким образом замена приборов(а они рано или поздно выйдут из строя окончательно) в рамках старой схемы регулирования обойдется примерно в 7000 грн., при этом ни шагу не будет сделано в сторону получения каких либо экономических дивидендов.

Регулирование разряжения в топке котла

Топки котлов должны работать под небольшим разрежением, равным 20-40 Па в верхней части топочной камеры. Этим достигаются отсутствие выбивания топочных газов в помещение котельной через неплотности в обмуровке и минимальные присосы. Поддержание разрежения в топке в заданных пределах возлагается на регулятор разрежения. Регулятор разрежения РР получает контрольное воздействие по разрежению в верхней части топки Sт и воздействует на органы, регулирующие отвод продуктов сгорания. Схема регулирования показана сплошными линиями.

При изменениях нагрузки котла изменяются расходы воздуха и топлива, соответственно изменяется и количество образующихся продуктов сгорания. Для улучшения работы регулятора разрежения на него от регулятора воздуха РЗ через устройство динамической связи ДС вводят дополнительное воздействие, возникающее лишь в момент включения регулятора воздуха.

Дополнительное воздействие от РВ на РР показано пунктиром. Если изменится нагрузка котла, то одновременно с изменением подачи воздуха подается дополнительное воздействие от регулятора воздуха через устройство динамической связи на регулятор разрешения, приводящее к соответствующему изменению отвода продуктов сгорания и уменьшению отклонений разрешения в топке в переходных режимах. Регулятор разрежения воздействует на органы, изменяющие количество отводимых продуктов сгорания, дроссельные заслонки (самый дешевый метод), направляющие аппараты, или на устройства, изменяющие частоту вращения дымососа (например, на гидромуфту).

Рис. Схемы регулирования: а) разряжения в топке; б) подачи первичного воздуха в шахтную мельницу.

Для котлов с шахтными мельницами, когда приготовленная в мельницах пыль непосредственно вдувается в топку, регулятор тепловой нагрузки воздействует на подачу топлива в мельнице. Если нагрузка котла, например, возрастает и давление пара начинает падать, то регулятор тепловой нагрузки увеличивает подачу топлива в мельницу.

Однако если количество воздуха, вентилирующего мельницу, не изменяется, то вынос пыли из неё в топку и нагрузка котла увеличиваются медленно, так как требуется определённое время для размола дополнительно поступившего топлива. Это вызывает большие колебания давления пара и затрудняет автоматизацию процесса горения.

Если одновременно с увеличением подачи топлива увеличить расход первичного воздуха, вентилирующего мельницу, то вынос пыли из мельницы увеличится быстрее и будет более точно соответствовать расходу топлива, поступавшего в мельницу. Это улучшает динамические свойства мельницы и учитывается при построении системы регулирования.

Регулятор тепловой нагрузки РТН котла воздействует на подачу топлива в шахтные мельницы и одновременно подает импульсы на регуляторы первичного воздуха РПВ. Последний получает обратное воздействие по регулируемому им расходу первичного воздуха. Таким образом, регулятор первичного воздуха поддерживает соотношение расхода топлива и воздуха, подаваемых в мельницу. С ростом расхода топлива увеличивается скорость воздуха, вентилирующего мельницу, и тонина помола ухудшается.

Энергосбережение в котельных. Основные энергосберегающие мероприятия для промышленных котельных установок в целях уменьшения потерь теплоты с уходящими газами. Преимущества перевода паровых котлов в водогрейный режим. Определение КПЛ парового и водогрейного котлов.

Среди факторов, увеличивающих расход топлива в котельных, можно выделить:

— физический и моральный износ котельных установок; отсутствие или плохую работу системы автоматики;

— несовершенство газогорелочных устройств; несвоевременную наладку теплового режима котла;

— образование отложений на поверхностях нагрева;

— неоптимальную тепловую схему;

В зависимости от типа котельной установки расход условного топлива на 1 Гкал отпущенной тепловой энергии составляет 0,159-0,180 т у.т., что соответствует КПД котла (брутто), равному 80-87 %. При работе котельных установок средней и малой мощности на газе КПД (брутто) может быть увеличен до 85-92 %.

Номинальный КПД (брутто) водогрейных котельных установок мощностью менее 10 Гкал/ч, используемых в том числе и в муниципальном секторе теплоэнергетики, при работе на газе составляет 89,8-94,0%, при работе на мазуте — 86,7-91,1 %.

Основные направления энергосбережения в котлах становятся очевидными при рассмотрении их тепловых балансов.

Анализ тепловых балансов существующих паровых и водогрейных кот­лов показывает, что наибольшие потери теплоты (10-25 %) происходят с уходящими дымовыми газами:

Снижению потерь с уходящими газами способствуют:

— поддержание оптимального коэффициента избытка воздуха в топке котла ат (рис. 6.10) и снижение присосов воздуха по его тракту.

— поддержание чистоты наружных и внутренних поверхностей нагрева, что позволяет увеличить коэффициент теплопередачи от дымовых газов к воде;

— увеличение площадей хвостовых поверхностей нагрева;

— поддержание в барабане парового котла номинального давления, обеспе-чивающего расчетную степень охлаждения газов в хвостовых поверхностях нагрева;

— поддержание расчетной температуры питательной воды, определяющей температуру уходящих после экономайзера дымовых газов;

— перевод котлов с твердого или жидкого топлива на природный газ и др.

Очевидно, что изменение температуры уходящих газов на 20 °С в рассматриваемых условиях приводит к изменению КПД котла на 1 % (рис. 6.11).

Особенности глубокой утилизации теплоты дымовых газов (с конденсацией содержащихся в них водяных паров) рассмотрены ниже (см. гл. 8), Ниже также представлены некоторые из энергосберегающих мероприятий, приводящих к снижению затрат энергии в источниках теплоты, связанные со схемными изменениями и режимами эксплуатации.

В ряде случаев является целесообразным перевод паровых котлов в водогрейный режим, что позволяет существенно повысить фактические КПД паровых котлов типов ДКВр, ДЕ и др.

Работа паровых котлов на низких (около 0,1-0,3 МПа) давлениях отрицательно сказывается на устойчивости циркуляции, из-за снижения температуры насыщения и увеличения доли парообразования в экранных трубах наблюдается интенсивное образование накипи и увеличивается вероятность пережога труб. Кроме того, если в котельной установке используется чугунный водяной экономайзер, то при работе котла на давлении 0,1-0,3 МПа из-за низкой температуры насыщения его необходимо отключать, так как в нем может наблюдаться недопустимое парообразование. Эти и другие особенности приводят к тому, что КПД этих паровых котлов не превышает 82 %, а в некоторых случаях, когда трубы сильно загрязнены, КПД котла уменьшается до 70-75 %.

Переведенные на водогрейный режим паровые котлы в эксплуатации не уступают специализированным водогрейным котлам, а по ряду показателей и возможностям превосходят их, например в отношении:

— доступности для внутреннего осмотра, контроля, ремонта, улавливания шлама и очистки, благодаря наличию барабанов;

— возможности более гибкого регулирования теплопроизводительности в допустимых пределах (качественного по температуре сетевой воды и количественного по ее расходу);

— повышения КПД при переводе на водогрейный режим на 1,5-12,0 %.

Перевод на водогрейный режим требует внесения изменений в конструкцию котла.

Перевод котлов с твердого или жидкого топлива на природный газприводит к снижению избытка воздуха в топке и уменьшению наружного загрязнения теплопередающих поверхностей. Снижаются затраты энергии на подготовку топлива. При переводе на газ котлов, работающих на мазуте, отпадает необходимость в затратах теплоты на распыление последнего с помощью паровых форсунок. При замене твердого топлива на газ удается избежать потерь с механическим недожогом и с теплотой шлаков.

Данное мероприятие применяется, если это целесообразно по экономическим и экологическим показателям.

При эксплуатации энергосбережению способствует рациональное распределение нагрузки между несколькими одновременно работающими котлами.

В состав котельной установки, как правило, входят несколько котлов, которые могут различаться по своим характеристикам, сроку службы и физическому состоянию.

С падением нагрузки ниже номинальной уменьшается температура уходящих газов, а значит, снижаются потери теплоты с уходящими газами. При малых нагрузках уменьшаются скорости истечения газа и воздуха, ухудшается их смешение и могут возникнуть потери с химической неполнотой сгорания. Абсолютные потери теплоты через обмуровку остаются практически неизменными, а относительные (отнесенные на единицу расхода топлива), естественно, возрастают. Это приводит к тому, что существуют режимы, которым соответствует максимальное значение КПД.

Поскольку зависимости КПД котлов, расходов условного топлива от производительности индивидуальны для различных типов, конструкций котлов, сроков их эксплуатации, то рациональным распределением нагрузки между двумя и более котлами можно влиять на суммарные энергозатраты котельной.

Для водогрейной котельной в качестве нагрузки принимают часовую теплопроизводительность Q, а для паровой — часовую выработку пара D.

Источник