Дымовая труба котельной: что это, устройство, основные виды

Дымовая труба функционирует по принципу сообщающихся сосудов. Холодный воздух имеет большую массу, чем горячие газы, поэтому внешний атмосферный воздух устремляется в топку, а отработанные газы выводятся через дымоотвод.

Промышленные трубы для котельных: разновидности, особенности расчёта параметров

Работа любой котельной сопряжена с образованием продуктов сгорания, которые возникают в процессе использования топлива. Чтобы обеспечить безопасность для окружающей среды и здоровья человека, необходимо удалять эти продукты сгорания в верхние слои атмосферы с определённой скоростью. Именно это и является основной задачей дымоходов котельной.

На сегодняшний день наибольшее распространение получили конструкции, изготовленные из листовой нержавеющей стали. В зависимости от особенностей конструкции и способа установки, различают пять основных типов металлических дымоходов. Давайте рассмотрим каждый из них более подробно.

Трубы колонного типа

Эти трубные конструкции представляют собой свободностоящие сооружения, которые устанавливаются на основание из железобетона с использованием анкерных блоков. По всему их периметру располагается обечайка — это особенно прочный защитный кожух. Внутри обечайки находятся газоходы, выполненные из нержавеющей стали (до пяти штук), которые подключаются к одному или нескольким котлам отопления. Для предотвращения накопления влаги внутри канала, внешний слой газоходов утепляется с помощью каменной ваты.

К основным достоинствам дымоходов колонного типа можно отнести:

• возможность одновременного обслуживания нескольких котлов,
• надежную защиту от механических повреждений,
• малую занимаемую площадь конструкции,
• привлекательный и современный внешний вид.

Самонесущие дымовые трубы

Данные трубы могут состоять из одного или нескольких стволов, что зависит от количества подключаемых котлов.

Структура трубы представляет собой секционную конструкцию. Каждая секция, называемая царгой, выполнена в цилиндрической форме и создана из нержавеющей стали определённой толщины, в зависимости от требований конструкции котельной. Диаметр царг определяется факторами внешней среды, а также температурными значениями выделяемых газов и степенью агрессивности образующихся веществ.

Царги соединяются в единую конструкцию с помощью болтов, имеющих фланцевые крепления. Последняя секция при помощи анкерных болтов крепится к фундаменту и дополнительно укрепляется рёбрами жёсткости.

Внутренняя поверхность самонесущей трубы изготавливается из нержавеющей стали, устойчива к воздействию высоких температур (до 850 °C) и агрессивных химических элементов.

Для предотвращения быстрого охлаждения трубы и появления конденсата, между внутренним и внешним слоями прокладывается теплоизоляция. Эта теплоизоляция способствует улучшению тяги в дымоходе и продлевает срок его службы.

Преимущества самонесущих дымовых труб включают в себя простоту конструкции и возможность установки смотровой площадки с лестницей и люком.

Дымоходы на растяжках (оттяжках)

Данные конструкции представляют собой металлические стволы высотой от 15 до 40 метров и диаметром от 40 до 100 см, установленные на основании, которое обычно укреплено рёбрами жёсткости. Устойчивость конструкции поддерживается с помощью тросов-растяжек, которые уменьшают горизонтальное воздействие на дымоход. В зависимости от высоты трубы растяжки могут устанавливаться в один или два яруса.

• возможность сборки на месте установки,
• простой и быстрый монтаж,
• не требует мощного фундамента,
• высокая устойчивость благодаря растяжкам.

Важность правильности расчётов параметров трубы при проектировании

Основная задача трубы заключается в отводе газов. Поэтому высота и диаметр конструкции должны быть рассчитаны так, чтобы обеспечивать естественную тягу и позволяя продуктам сгорания подниматься по трубе с заданной скоростью.

Габариты конструкции вычисляются с учётом параметров перемещаемых газов (максимальная температура, давление, тип вещества) и климатических характеристик региона, в котором она будет использоваться (влажность, ветровая нагрузка, среднегодовая температура).

Процесс расчёта параметров трубы критически важен для эффективности дымоудаления. Конструкции с правильной высотой и диаметром позволяют наиболее эффективно удалять газы, исключая вред для окружающей среды.

Срок службы промышленных труб для котельных может зависеть от внешних условий, таких как рельеф местности, среднегодовое количество осадков и направление ветров, а также от особенностей эксплуатации, таких как агрессивность продуктов сгорания и перепады температур.

Устройство

Конструктивно дымовая труба состоит из нескольких ключевых элементов:

• цоколь;
• ствол;
• молниеотвод;
• футеровка.

Необходимо строго соблюдать параметры и технологию строительства, иначе труба может забиваться копотью, что затруднит отведение дымов. Это приведёт к снижению эксплуатационных качеств всей котельной.

Ствол дымохода возводится поэтапно. В нижней части его стенки толще, и постепенно к верху они истончаются, достигая минимальной толщины в 180 мм. Конусообразная форма трубы придаёт конструкции устойчивость. Поскольку дымоход постоянно контактирует с раскалёнными продуктами горения, его основание обязательно футеруется огнеупорным кирпичом, причём между футеровкой и самой трубой оставляется зазор для компенсации расширения материалов. Это обеспечит стабильность трубы в любых условиях и исключит риск трещин и падений.

В основании организуются боровы под газоходы, а также располагаются проходы для проверок системы.

Основные виды

Дымовые трубы могут быть изготовлены из различных материалов и иметь разные конструкции. Они бывают:

• классическими колонными — стальная труба, установленная на цементном основании;
• усиленными фермами, используемыми обычно для теплоэлектростанций и крупных котельных. Фермы необходимы для поддержки массивных конструкций;
• упрощенными бескаркасными — применяются в частных домах с собственной системой отопления;
• мачтовыми высокими трубами, которые устанавливаются в черте города. Их особенность заключается в наличии каркаса-колонны с металлическими растяжками;
• встроенными — встраиваются непосредственно в стену здания со стороны фасада, функция поддерживающей конструкции при этом выполняет само здание.

По материалам дымовые трубы производят из железобетона, кирпича и металла. Наибольший срок эксплуатации обеспечивают кирпичные трубы, способные служить до ста лет. Им на втором месте идут железобетонные конструкции, а металлическим трубам обычно требуется замена через 30 лет.

Статья подготовлена котельным заводом Фортис.

Устройство градирни

Рассмотрим работу на примере самой распространенной башенной градирни, которые чаще всего устанавливают рядом с теплоэлектрическими станциями. Эти градирни являются наиболее экономичными, поскольку опираются на естественную тягу без использования электричества, но при этом их строительство может быть дорогостоящим из-за большого размера.

Горячая вода подаётся в такую башню насосами с помощью оросительной системы, разбрызгиваемой через множество специальных форсунок, которые равномерно распределяют воду.

В нижней части, через специальные окна, в градирню поступает воздух, который, под действием естественной тяги, создаваемой в башне за счёт перепада высоты, начинает подниматься вверх.

При этом часть горячей воды испаряется и выходит вместе с воздухом через сопло градирни в виде пара. Таким образом, воздух выталкивает часть пара наружу, что и создаёт характерные белые облака, видимые над тепловыми электростанциями. Остаток воды, остывший под воздействием воздуха, стекает вниз к основанию башни в специальный водосборник.

Оттуда вода вновь попадает в систему, что позволяет теплоэлектрической станции значительно экономить на водоподготовке.

А где тогда дым от котельных?

Другой аспект — это дымовые трубы, которые используются для выброса дыма из водогрейных и паровых котлов. В таких котлах для нагрева воды применяется уголь, газ или мазут, следовательно, процесс горения и выброс дыма являются их неотъемлемой частью. В противовес градирням, из таких полосатых труб в атмосферу выбрасывается дым.

Общие параметры дымовых труб для котельных

Наиболее оптимальный и распространённый тип труб, используемых для промышленных и городских котельных — это ферменные дымоходы. Поэтому их параметры и преимущества будут разобраны в первую очередь.

Ферменная труба для отвода дыма — это сложное сооружение, состоящее из двух основных частей: несущей конструкции, называемой фермой (отсюда и название типа дымохода), и стальных каналов для отвода дыма, которые собираются из модулей, подобно конструктору.

Ключевые преимущества, которыми обладает котельная дымовая труба ферменного типа, это:

• Легкость конструкции,
• Надежность и герметичность соединений,
• Устойчивость к химическим воздействиям токсичных веществ, находящихся в отработанных газах,
• Быстрый и достаточно простой монтаж.

Ферменный дымоход может включать несколько ветвей труб (расчёт высоты дымовой трубы для каждой ветви осуществляется отдельно, однако в совокупности с близлежащими каналами), что позволяет отводить продукты сгорания сразу от нескольких котельных аппаратов или другого промышленного оборудования.

Структура таких дымовых труб всегда включает три слоя:

1. Внутренний стальной слой, выполненный из нержавеющей стали с усиленными рабочими характеристиками, обеспечивающий стойкость к высоким температурам и кислой среде.
2. Теплоизоляционный промежуточный слой, выполненный из огнестойкой базальтовой или минеральной ваты определенной толщины (толщина изоляции обычно определяется индивидуально, в зависимости от характеристик дымохода, теплового оборудования, целей заказчика и других требований). Этот слой предотвращает быстрое остывание дымохода и дымовых газов, минимизирует образование конденсата, а также улучшает тягу в канале и продлевает срок службы изделия.
3. Наружный стальной слой, который изготавливается из прочной стали, характеризующейся стойкостью к атмосферным воздействиям и коррозии.

Важно! Промышленный дымоход — это сложная конструкция. Все расчеты высоты дымовой трубы, её диаметра, толщины стали и изоляции, а также монтаж системы должны выполнять только профессионалы! Оптимальным решением в этом вопросе будет обращение в инженерно-проектировочный отдел завода, который занимается производством стальных промышленных дымоходов, для подготовки качественного проекта.

Варианты конструкций промышленных дымоходов и их комплексов

При расчёте трубы дымохода, инженеры-проектировщики в первую очередь определяют конструкцию системы дымоотведения и количество стволов дымовых каналов. Промышленные дымоходы могут быть:

• Одноствольными,
• Двухствольными,
• Трёхствольными,
• Четырёхствольными.

Сами конструкции систем дымоотведения промышленного типа бывают следующих видов:

• Колонные (классические): это вид является самым распространённым. Обычная дымовая труба модульной котельной или другого типа обычно представляет собой стальную колонну с основанием, залитым в фундамент.
• Ферменные дымовые трубы: применяются в крупных промышленных котельных и теплоэлектростанциях. В этом случае ферма, представляющая собой прочную металлическую конструкцию из продольных и поперечных стержней, соединяется с анкерной корзиной, поддерживая стальной канал, отличающийся большим объемом и диаметром в вертикальном положении.
• Бескаркасные — также известные как упрощенные каналы: этот тип применяется в частных домах с печами, каминами или отопительными котлами. Характеризуются простотой и быстротой установки, невысокой стоимостью и универсальностью. Они состоят из модульных двухконтурных элементов и не утепленного элемента, который соединяет стальной канал с печью или камином.
• Дымовые системы мачтового типа: эти трубы отличаются большой высотой и обычно располагаются в городской черте. Конструкция предполагает крепление стального ствола канала к каркасу — специальной колонне и усиление с помощью металлических растяжек.
• Внешние: в этом случае дымовые каналы монтируются с наружной части постройки. Здесь функцию каркаса для поддержания и фундамента для дымохода выполняет стена здания, а сам дымоход крепится к каркасу с помощью специальных кронштейнов.

Промышленные дымовые трубы

Одной из основных функций дымовых труб является отвод продуктов сгорания. Они избавляют от сажи и дыма, которые затрудняют движение газов и оседают на стенках газоходов.

Другая задача дымовых труб заключается в обеспечении тяги в котельных агрегатах. Для этого идеально, когда температура дымовых газов на выходе превышает 104 градуса, что позволяет поддерживать тягу в трубе.

В настоящее время металлические теплоизолированные трубы всё чаще заменяют кирпичные промышленные дымоходы. Для таких труб в основном используют нержавеющую сталь или черный металл. Тем не менее, подобные конструкции требуют периодического обслуживания, так как при его отсутствии показатели эффективности постепенно снижаются из-за забивания сажей и общего загрязнения. Рекомендуется проводить очистку труб после окончания отопительного сезона, когда они используются меньше всего. Регулярные проверки обычно способствуют нормальному функционированию котельной и предотвращают возникновение повреждений. Иногда на дымовой трубе высотой более 30 метров устанавливают передатчики мобильной связи, что придаёт этой конструкции дополнительную функциональность.

Основные виды топлива, используемые в котельных, включают сжиженные углеводороды, природный газ, жидкое топливо (нефть, дизельное топливо) и твёрдое топливо, например, торф, древесину, лузгу, пеллеты из бурого и каменного угля.

Образование дымовой тяги происходит за счёт разницы температур между газами, выделяющимися при сгорании, и окружающей атмосферой. Тяга создаётся благодаря тому, что продукты сгорания, обладающие более высокой температурой, чем окружающий воздух, стремятся подняться вверх.

Факторы, которые необходимо учесть при установке дымовой трубы

1. Она должна обеспечивать беспрепятственный проход газов по всей высоте трубы, чтобы продукты сгорания могли выводиться в атмосферу. Поэтому внутренняя поверхность конструкции должна быть гладкой.
2. Необходимо создать эффект самотяги. Расчёты трубы должны учитывать особенности оборудования.
3. Труба должна соответствовать экологическим нормам предельных концентраций и скоростей рассеивания выбросов.

Параметры промышленных дымовых труб варьируются от 8 до 60 м в высоту и могут иметь один или несколько газоотводящих каналов с диаметром от 20 см до 1 м, а иногда и до 1,5 м. В зависимости от конкретных характеристик дымовой трубы и требований к её техническим параметрам, возможно установить следующие дополнительные устройства:

1. Площадки для обслуживания и лестницы,
2. Молниеприемник,
3. Светоограждение.

Правила выбора наилучшего варианта реализации промышленного дымохода

1. Необходимо оптимально расположить трубу. Также важно правильно определить наиболее эффективные решения для подключения каждого горизонтального газоотводящего ствола к рабочим агрегатам;
2. Возможна установка одной трубы с подключением к ней газоходов от нескольких установок. В этом случае следует учитывать мощность самих установок, их режим работы и возможность соединения нескольких горизонтальных участков в один газоход. При этом необходимо соблюдать правила безопасности и эстетические требования. Основной недостаток такого соединения заключается в том, что это делает невозможным проведение планового техобслуживания, так как необходимо будет остановить все котлы;
3. Если несколько газоотводящих стволов подсоединены к одной общей трубе, то эти стволы должны располагаться в различных плоскостях. Если они окажутся на одной плоскости, могут затрудниться процессы тяги как одного ствола, так и всей группы. Газоотводящие стволы соединяются с общим каналом с использованием специфических соединительных элементов, которые должны быть теплоизолированы с применением минеральной ваты или другого негорючего материала. Также важна правильная форма газоотводящего ствола, которая может быть квадратной, овальной или круглой. Наилучшей формой считается круглая, но в зависимости от архитектуры может потребоваться другая форма труб. Если используется прямоугольное сечение, необходимо удобно выбирать соотношение сторон, где наиболее правильным считается 1:1.5 с закругленными внутренними углами.
4. Значительное внимание следует уделить правильному определению высоты трубы, так как корректный выбор этого параметра гарантирует хорошую тягу и соблюдение экологических предписаний, а также норм предельных концентраций и скоростей рассеивания выбросов.
5. Необходим правильный выбор типа и толщины теплоизоляции. Теплоизоляция газоотводных стволов актуальна для предотвращения образования конденсата агрессивных соединений (таких как сера и азот) и водяных паров на поверхности труб, поскольку это может приводить к их постепенному разрушению.
6. В каждом газоотводящем стволе должно быть предусмотрено технологическое отверстие для очистки и диагностики. Это отверстие часто выполняется в виде окна с надежно закрывающимися дверцами.
7. Устойчивое крепление дымовой трубы. Это можно осуществить с использованием специального фундамента (т.н. самонесущего). Предполагается возможность опоры трубы на несущие конструкции постройки, которые могут выдерживать дополнительные нагрузки, особенно касательно фасадных труб. Также может быть так, что на одну несущую конструкцию крепится более одного газоотводящего ствола (в случае труб ферменного типа). Стоит отметить, что сама дымовая труба не может выступать как опора для других элементов конструкции.
8. Только некоторые материалы подходят для изготовления дымовых труб. Например, внутренняя поверхность должна быть выполнена из гладких, жаропрочных материалов, устойчивых к агрессивной среде и коррозии. В то же время, наружная часть трубы изготавливается из морозоустойчивого материала.
9. Не следует использовать газоход как дополнительный источник обогрева внутреннего помещения, поскольку при охлаждении продуктов горения они меньше эффективно выводятся наружу. Поэтому необходимо качественно утеплять газоход.

Виды промышленных дымовых труб

Самонесущие дымовые трубы

Самонесущая труба представляет собой металлическую одноствольную конструкцию высотой до 30 м, в которую подводятся газоходы от одной или нескольких установок. При выборе этого типа труб важно заранее обдумать целесообразность такой конструкции именно для вашего случая. Следует учитывать технические характеристики и режимы работы установок, которые планируется подключить к трубе. Особенно внимательно стоит подойти к данному вопросу, если предполагается подвод нескольких горизонтальных газоходов к одной трубе. Объем выводимого продукта сгорания во время работы всех подключаемых установок на максимальной мощности должен соответствовать пропускной способность трубы.

В конструкции самонесущих дымоходов обычно предусмотрены следующие элементы:

1. Основание (цокольная область), которое изготавливается из листовой стали. Закрепление осуществляется с помощью анкерных соединений, прикреплённых к фундаменту.
2. Основной газоотводящий канал. Исполняется из стальной трубы и жестко соединяется с основанием с помощью рёбер жёсткости.
3. При необходимости усиление конструкции трубы может быть достигнуто путём увеличения площади основания и применением дополнительных рёбер жёсткости. Такой подход позволяет создать условия, при которых вся нагрузка трубы передаётся на опорную плиту и фундамент.
4. При необходимости ствол дымохода утепляется слоем минеральной ваты или другого негорючего материала, имеющего толщину от 2,5 см до 10 см. Слой теплоизоляции, как правило, закрывается внешней обечайкой, выполненной из алюминия, стали или нержавеющей стали.
5. Самонесущие стальные трубы могут быть как одноствольными, так и многоствольными. Последние представляют собой массивную конструкцию, состоящую из нескольких газоотводящих стволов, объединённых общим каркасом.

Тем не менее, самонесущие трубы имеют и некоторые недостатки:

• высокая металлоёмкость, что повышает стоимость всей конструкции;
• значительный вес, требующий создания массивного фундамента;
• достаточно дорогая доставка из-за веса конструкции;
• в случае повреждения части трубы, необходимость замены всего ствола;
• в случае, если в одну дымовую трубу подводится несколько горизонтальных газоходов, усложняется процесс обслуживания и технического обследования — для этого необходимо прекращение работы всех установок, подключенных к системе.

Самонесущие ферменные трубы

Этот тип дымоходной конструкции включает несущую фермовую колонну и один или несколько теплоизолированных газоходов. На несущую колонну может устанавливаться от одного до шести газоотводящих стволов с различными диаметрами. Такие трубы могут достигать высоты до 50 метров. Каждый газоход может иметь диаметр до 1,5 метра. Газоотводящие стволы выполняются из модульных элементов.

У теплоизолированных газоходов модульного типа трёхслойная структура. Слои состоят из материалов, устойчивых к высокотемпературным воздействиям и кислой среде, создаваемой конденсатом:

1. Внутренний рабочий слой, изготовленный из нержавеющей стали AISI 304, специально созданной для эксплуатации в агрессивной среде и при высоких температурах. Этот материал обладает отличными механическими свойствами.
2. Промежуточный слой, выполняемый с учётом расчёта толщины из минеральной ваты. В большинстве случаев для теплоизоляции дымоходов котельных используется базальтовая минеральная вата толщиной 5-6 см. Задача теплоизоляции заключается в защите трубы от быстрой потери тепла и предотвращении образования конденсата, что также позволяет улучшить тягу и увеличить срок службы конструкции. В процессе изготовления используется минеральная вата для противопожарной изоляции.
3. Наружный слой, который изготавливается из стального листа с полимерным покрытием толщиной 0,55 мм или нержавеющей стали, обладающей высокой прочностью, отличными механическими характеристиками и устойчивостью к коррозии.