Дымовые трубы электростанций

Современные дымовые трубы электростанций являются уникальными сооружениями, сложными в обслуживании. Поэтому изначально при их сооружении закладываются такие эксплуатационные критерии как долговечность и надежность. Дымовые трубы могут быть кирпичными, металлическими, из сборных элементов, железобетонные монолитные. Внутреннее устройство выполняется в виде футеровки из красного или кислотоупорного кирпича, укладываемого на внешнюю железобетонную конструкцию. Для таких конструкций дымовых труб опасность представляют газы, которые, в случае проникновения через футеровку, могут разрушать как внутреннюю кладку, так и железобетонные внешние стены, вследствие действия повышенных температур и кислотной коррозии на конструкционные материалы трубы.

Для повышения надежности и долговечности дымовых труб их стали выполнять с двойной стенкой, с вентилируемым каналом между внутренним газоотводящим стволом и внешней несущей, выполненной из железобетона. В зазор (0,1…0,2 м) между стволами трубы подается воздух, нагретый в калорифере до 60…100 ⁰С. Движение воздуха осуществляется либо самотягой, либо вентилятором, установленным под трубой. Трубы с проходным зазором, когда между внешним и внутренним стволами увеличивается расстояние настолько, что можно устанавливать лифт или лестницы для проведения ремонтных работ, обладают большей надежностью. При этом внешний ствол выполняется коническим, а внутренний – цилиндрическим из кремнебетонных плит, имеющих повышенную коррозионную стойкость. Внутренняя оболочка дымовой трубы может выполняться стальной.

Для крупных ТЭС с мощным и разнотипным оборудованием рекомендуются многоствольные дымовые трубы, когда внутри железобетонной оболочки устанавливаются несколько (3…4 и более) цилиндрических металлических стволов, каждый из которых может заменять отдельно стоящие трубы. Для создания единого факела на выходе и для подъема газов на большую высоту, в верхней части такой трубы цилиндрические стволы переходят в секторные.

Минимально допустимая высота трубы [17, 20], при которой обеспечивается рассеивание вредных веществ в соответствии с требованиями ПДК, рассчитывается уравнением

,

где N – количество труб, имеющих одинаковую высоту;

С_ф – фоновая загазованность, мг/ .

При содержании и NO₂ в уходящих газах высота дымовой трубы определяется по уравнению

,

где – количество выбросов и , г/с;

– фоновые концентрации окислов серы и азота , мг/ .

Подъем факела газов и примесей , м, над устьем трубы рассчитывается из уравнения

,

где – скорость ветра на высоте 10 м, м/с.

Высота многоствольной дымовой трубы определяется по уравнению

Н_м.т.= р_п· Н,

где р_п – коэффициент, учитывающий увеличение высоты многоствольных труб при п -м количестве независимых стволов. Этот коэффициент зависит от угла наклона стволов на выходе к оси трубы и относительного шага между стволами (рис.4.1).

l>2·D0

Рис. 4.1. Конструктивная схема многоствольной дымовой трубы

Для трех и четырехствольных труб разработаны зависимости [20] (рис.4.2) по определению р_п при условии, что приземная концентрация вредных выбросов не должна изменяться по сравнению с выходом дымовых газов, объединенных в один газоход. Если количество стволов в трубе больше, чем четыре, то коэффициент р_п пересчитывается по уравнению

,

где п – число стволов в дымовой трубе.

Для дымовых труб в зависимости от оптимальной скорости, определяемой технико-экономическим анализом, рассчитывается диаметр выходного сечения по уравнению

. (4.4)

рn

Рис. 4.2. Поправочный коэффициент Р_n в зависимости от угла :

1 – для трехствольной; 2 – для четырехствольной трубы

Дымовая труба малых котельных проверяется по условиям высоты самотяги, м, по выражению

,

где – перепад полных давлений газового тракта до дымовой трубы, Па;

– гидравлические потери в дымовой трубе, Па;

– плотность уходящих газов в дымовой трубе и на выходе из нее, кг/м³.

Разность статических давлений газов в стволе и окружающем воздухе, Па, для любого i- го сечения дымовой трубы определяется по уравнению

, (4.5)

где – динамическое давление газов в рассматриваемом i -м сечении на расстоянии L от устья трубы, Па;

– разность плотностей воздуха и дымовых газов в i -м сечении, кг/м³; т. е. .

Гидравлические потери в дымовой трубе, Па, рассчитываются по уравнению

.

Потери с выходной скоростью в устье трубы и динамическое давление в любом сечении р_д, Па, определяются по общему уравнению

.

Гидравлические потери на трение в дымовой трубе определяются:

- для цилиндрических конструкций по формуле

;

- для конических участков трубы по формуле

,

где – коэффициент сопротивления трению;

D – диаметр дымовой трубы в произвольном сечении, м;

i – уклон образующей стенки трубы.

Эффективная работа дымовой трубы во многом зависит от скорости движения газов в дымовой трубе и на выходе из нее. Оптимальная скорость газов в устье дымовой трубы определяется из условий получения минимальных годовых затрат, рассчитываемых по уравнению

, (4.6)

где – количество часов работы дымовой трубы в году в пересчете на номинальную нагрузку, ч;

– удельные затраты на работу тягодутьевых механизмов, р/кВт.ч;

К – капитальные затраты на сооружение дымовой трубы, р;

– нормативный коэффициент общей экономической эффективности капитальных вложений, в расчетах он может приниматься равным = 0,12…0,16;

– коэффициент амортизационных отчислений при эксплуатации дымовых труб, принимается = 0,05.

Оптимальная скорость газов в устье дымовой трубы определяется технико-экономическим расчетом. Для этого принимаются несколько значений скорости газов, по которым рассчитываются годовые затраты по уравнению (4.6). Оптимальной скоростью выбирается та величина , при которой годовые затраты меньше. Например, чем больше скорость движения газов в дымовой трубе, тем больше гидравлические потери в ней, с одной стороны. При этом возрастает первое слагаемое уравнения (4.6). С другой стороны, уменьшается диаметр трубы, определяемый по уравнению (4.4) и значит уменьшаются капитальные затраты на сооружение дымовой трубы. Для расчетов в первом приближении оптимальная скорость газов может определяться по рис.4.3 [20].

Н, м

Рис. 4.3. Оптимальная скорость газов в зависимости от высоты дымовой трубы:

1 – минимальная; 2 – максимальная скорости газов

В стволах дымовых труб не должно быть избыточного давления (). Это условие проверяется критерием Рихтера:

.

При R 1 в некоторых сечениях конической дымовой трубы статическое давление достигает максимальных значений , Па.

Относительное максимальное статическое давление определяется из следующего соотношения:

,

где S – коэффициент, зависящий от числа Рихтера R.

Относительный диаметр ствола дымовой трубы, в котором величина достигает максимальных значений, определяется из уравнения

.

Максимальное статическое давление обычно наблюдается в верхней части трубы. Однако если число R на каком-то нижнем участке окажется больше 1, то и максимальное статическое давление может быть в нижнем сечении. Для определения статических давлений по длине дымовой трубы необходимо построить эпюру давления по высоте, рассчитывая его по уравнению (4.5).

Избыточное статическое давление в дымовой трубе можно уменьшить:

– за счет увеличения выходного диаметра ;

– выполняя верхний участок трубы цилиндрическим;

– установив в верхней части диффузор, который уменьшает избыточное статическое давление по всей высоте трубы.

Установка диффузора позволяет увеличить выходной диаметр трубы и уменьшить выходную скорость уходящих газов. При этом увеличивается высота трубы за счет длины устанавливаемого диффузора. Размеры диффузора при рассчитываются по следующим уравнениям:

выходной диаметр диффузора

;

длина диффузора .

При расчет конструкции диффузора проводится с учетом гидравлических сопротивлений в нем. Как правило, в этом случае длина диффузора становится больше, чем при .

Алгоритм расчета дымовых труб приведен в прил.11.