Определить давление дымовых газов по расходу и диаметру

Расчеты расхода газа по давлению и диаметру

Затраты газа в квартире или частном домостроении рассчитываются для определения расходов на отопление, подогрев воды и приготовление пищи. Расчет производится на проектном этапе или перед приобретением котельного оборудования. Средний и максимальный расход газа в этих случаях подсчитывается по определенной методике, результат дает представление о количестве потребляемого топлива.

Влияние на расход газа

Потребление газа зависит от различных факторов. В больших домах ставятся котлы, которые расходуют больше топливной смеси, чем агрегаты в маленьких строениях или квартирах.

На расход топлива влияет:

мощность котла;
температура на улице;
качество газовой смеси.

Некоторые газораспределительные компании подают в трубопровод неосушенные газовые смеси, которые содержат влагу и примеси. Калорийность снижается и увеличивается потребляемый объем.

Расчет расхода газа

Мощность котла или конвектора зависит от потерь тепла в строении. Средний подсчет проводится с учетом общей площади дома.

При расчете расхода газа учитываются нормы прогрева квадратного метра при высоте потолков до 3 м:

в южных регионах берется 80 Вт/м²;
в северных — до 200 Вт/м².

В формулах учитывается суммарная кубатура отдельных комнат и помещений в здании. На нагревание каждого 1 м³ общего объема выделяется 30 – 40 Вт в зависимости от района.

По мощности котла

Расчет основывается на мощности и площади отопления. Применяется усредненный показатель расхода — 1 кВт на 10 м². Следует уточнить, что берется не электрическая мощность котла, а тепловая мощность оборудования. Часто такие понятия подменяются, и получается неправильный расчет потребления газа в частном доме.

Объем природного газа измеряется в м³/ч, а сжиженный — в кг/ч. Практика показывает, что на получение 1 кВт тепловой мощности расходуется 0,112 м³/ч магистральной топливной смеси.

По квадратуре

Удельное потребление тепла рассчитывается по представленной формуле, если разница между уличной и внутренней температурой составляет примерно 40°С.

Используется соотношение V = Q / (g · K / 100), где:

V — объем природного газового топлива, м³;
Q — тепловая мощность оборудования, кВт;
g — наименьшая калорийность газа, обычно равняется 9,2 кВт/м³;
K — коэффициент полезного действия установки.

В зависимости от давления

Объем газа, проходящего по трубопроводу, измеряется счетчиком, а расход подсчитывается в виде разницы между показаниями в начале и конце пути. Измерение зависит от порога давления в суживающемся сопле.

Ротационные счетные приборы используются для измерения давления больше 0,1 МПа, а разница уличной и внутренней температуры составляет 50°С. Показатель расхода газового топлива считывается при нормальном состоянии окружающей среды. В промышленности пропорциональными условиями считается давление 10 – 320 Па, разница температур 20°С и относительная влажность воздуха 0. Расход топлива выражается в м³/ч.

Расчет по диаметру

Скорость газа в газопроводе высокого давления зависит от площади сечения коллектора и составляет в среднем 2 – 25 м/с.

Пропускная способность находится по формуле: Q = 0.67 · D² · p, где:

Q — расход газа;
D — условный проходной диаметр газопровода;
p — рабочее давление в газопроводной трубе или показатель абсолютного давления смеси.

На величину показателя влияет наружная температура, нагрев смеси, избыточное давление, атмосферные характеристики и влажность. Расчет диаметра газопровода делается при составлении проекта системы.

С учетом теплопотерь

Для расчета потребления газовой смеси требуется знать тепловые потери строения.

Используется формула Q = F (T1 – T2) (1 + Σb) · n / R, где:

Q — теплопотери;
F — площадь утепляющего слоя;
Т1 — наружная температура;
Т2 — внутренняя температура;
Σb — сумма дополнительных потерь тепла;
n — коэффициент расположения защитного слоя (в специальных таблицах);
R — сопротивление передаче тепла (рассчитывается в конкретном случае).

Определение теплопотерь представляет собой сложный подсчет и проводится специалистами на стадии проекта. Можно заказать нахождение потерь на любом этапе эксплуатации строения.

По счетчику и без

По прибору определяется расход газа за месяц. Применяются стандартные нормы расхода смеси, если счетчик не установлен. Для каждого региона страны нормативы устанавливаются отдельно, но в среднем принимаются из расчета 9 – 13 м³ в месяц на одного человека.

Показатель устанавливается местными органами самоуправления и зависит от климатических условий. Расчет ведется с учетом числа владельцев помещения и людей, фактически проживающих на указанной жилплощади.

Расчет расхода сжиженного газа

Расчет газа с применением пропана или бутана имеет свои особенности, но не представляет особых сложностей. Имеет значение плотность горючего вещества, которая изменяется с повышением или понижением температуры и зависит от состава газовой смеси. Постоянным остается только вес сжиженного топлива.

Объем используемого газа отличается зимой и летом, поэтому нет смысла применять единицы м³ для определения расхода сжиженного газа на 1 кВт тепла, для обозначения берутся килограммы, которые не меняются при смене сезонов.

Расчет на 1 кВт тепла

Количество рассчитывается на отопление дома и подогрев воды в системе. Если на газе готовится еда, это нужно учитывать дополнительно.

Используется формула Q = (169.95 / 12.88) · F, где:

Q — масса топлива;
169,95 — годовая сумма кВт на обогрев 1 м² дома;
12,88 — теплотворная способность пропана;
F — квадратура строения.

Полученное значение умножается на стоимость 1 кг сжиженной смеси, чтобы посчитать расход на закупку требуемого количества. Цена обычно дается за 1 кг, а не за 1 м³, что следует учитывать.

Какое количество тепла отдает сжиженный газ и природный

Состав природного вида топлива (метан) определяется местом его залегания в земле. Теплота сгорания вещества — от 7 тыс. 600 до 8 тыс. 500 ккал/м³, т. е. такое количество тепла отдает при сжигании 1 м³ газа.

В качестве конденсированного топлива используется смесь бутана и пропана. Аналогичный показатель вещества составляет 9 тыс. 500 ккал/м³. Паровая фаза смеси (сгораемая взвесь в м³) считается при испарении жидких литров (в килограммах или литрах).

Уменьшение потребления газа

Экономия газа напрямую связана с уменьшением потерь тепла. Ограждающие конструкции, такие как стены, потолок, пол в доме обязательно защищаются от влияния холодного воздуха или грунта. Применяется автоматическая регулировка работы отопительного оборудования для результативного взаимодействия наружного климата и интенсивности работы газового котла.

Утепление стен, кровли, потолков

Наружный теплозащитный слой создает преграду для охлаждения поверхностей, чтобы потребить наименьшее количество топлива.

Статистика показывает, что часть нагретого воздуха уходит через конструкции:

крыша — 35 – 45%;
неутепленные оконные проемы — 10 – 30%;
тонкие стены — 25 – 45%;
входные двери — 5 – 15%.

Полы защищаются материалом, который имеет допустимую влагопроницаемость по норме, т. к. при намокании теряются теплоизоляционные характеристики. Стены лучше изолировать снаружи, потолок утепляется со стороны чердака.

Замена окон

Современные металлопластиковые рамы с двух- и трехконтурными стеклопакетами не пропускают воздушных потоков и препятствуют сквознякам. Это ведет к уменьшению потерь через щели, которые были в старых деревянных рамах. Для проветривания предусматриваются поворотно-откидные механизмы створок, способствующие экономному расходованию внутреннего тепла.

Стекла в конструкциях оклеиваются специальной энергосберегающей пленкой, которая пропускает внутрь ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, но препятствует обратному их проникновению. Стекла снабжаются сетью элементов, подогревающих площадь для оттаивания снега и льда. Существующие конструкции рам дополнительно утепляются полиэтиленовой пленкой снаружи или используются плотные шторы.

Другие способы

Выгодно применять современные конденсационные котлы на газовом топливе и ставить автоматизированную координационную систему. На все радиаторы устанавливаются термоголовки, а на обвязке агрегата монтируется гидрострелка, что экономит 15 – 20% тепла.

В отопительной системе ставятся детекторы, регуляторы температуры, которые регулируют мощность котла в зависимости от состояния наружного климата. Если на улице теплая погода, результативнее и экономичнее перейти на отопление кондиционерами.

Источник

РАСЧЕТ РАСХОДА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ

При тепловом расчете водогрейных котлов определяется теоретические и действительные объемы воздуха и продуктов сгорания.

Определяем теоретический объем воздуха, необходимого для полного

. (3.46)

9,52 м 3 /кг

Теоретический объем азота в продуктах сгорания определяется, м 3 /кг:

. (3.47)

м 3 /кг.

Объем трехатомных газов равен, м 3 /кг:

(3.48) Подставим значения:

= 0,01*(0,8+(1*84,5+2*3,8+3*1,9+4*0,9+5*0,3)) = 1,037 м 3 /кг.

Определяем теоретический объем водяных паров, м 3 / м 3 :

. (3.49) Подставим:

м3/ м3.

Определяем действительный объем водяных паров, м3/кг:

(3.50) Коэффициент избытка воздуха:

2,13 м 3 /кг.

Действительный суммарный объем продуктов сгорания, определяется по формуле, м 3 / м 3 :

. (3.51)

м 3 / м 3 .

ВЫБОР ДУТЬЕВОГО ВЕНТИЛЯТОРА

Для выбора дутьевого вентилятора необходимо знать количество воздуха, необходимого для полного сгорания топлива.

Производительность дутьевого вентилятора:

, (3.52) где t_возд – температура наружного воздуха (принять +8 о С), о С;

Вр – расход топлива, кг/ч или м 3 /ч;

a_Т – коэффициент избытка воздуха, a_Т=1,6.

Выбор дутьевого вентилятора осуществляется по ближайшей большей производительности.

Выбираем дутьевый вентилятор марки ВД-3,5. Электромотор мощностью 5,5 кВт, частота вращения 3000 об/мин.

ВЫБОР ДЫМОСОСА

Для выбора дымососа необходимо знать количество воздуха, необходимого для полного сгорания топлива.

, (3.53)

Выбор дымососа осуществляется по ближайшей большей производительности.

Выбираем дымосос марки ВН-10. Электромотор мощностью 11 кВт, частота вращения 1000 об/мин.Марка электродвигателя АИР160S6 производительностью 13,62 тыс. 3 /час и полным давлением 1150 Па.

3.6 РАСЧЕТ ВЫСОТЫ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ

Определение минимальной высоты дымовой трубы производим в такой последовательности.

, (3.54)

где -безразмерный поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества сжигаемого топлива и способа шлакозолоудаления на выход оксидов азота принимаем равным 1,4;

-коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих продуктов в зависимости от условий подачи их в топку, принимаем равным 0;

-коэффициент учитывающий конструкцию горелок, принимаем равным 0,8.

К-коэффициент характеризующий выход оксидов азота.

, (3.55)

где номинальная и действительная теплопроизводительность котла, Гкал/ч:

Диаметр устья дымовой трубы:

, (3.56) где = = 0,2;

— скорость продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы принимаем 25м/с.

Предварительная минимальная высота трубы:

, (3.57)

где А — коэффициент зависящий от метеорологических условий местности, составляет 160;

предельно допустимые концентрации

предельно допустимые концентрации ;

Z – число дымовых труб устанавливаемых в котельной;

-разность температуры выбрасываемых газов и средней температуры воздуха;

Определяем коэффициенты f и :

. (3.58)

. (3.59) Подставим:

Определяем коэффициент m в зависимости от параметра f:

. (3.60) Подставим:

Безразмерный коэффициент n в зависимости от параметра , n=1,15.

Определяем минимальную высоту дымовой трубы во втором приближении

. (3.61) Подставим значения:

Т.к разница и Н больше 5% то выполняем второй уточняющий расчет.

. (3.62)

Определяем коэффициенты f ‘ и :

(3.63) Подставим значения:

. (3.64) Подставим значения:

Определяем коэффициент m в зависимости от параметра f:

. (3.65)

Безразмерный коэффициент n в зависимости от параметра n’=1,1:

Так как высота дымовой трубы должна быть не менее 20 м. то принимаем высоту дымовой трубы равной 20 метрам.

Автоматизация — это использование средств, необходимых для организации автономного функционирования компонентов той или иной системы без непосредственного участия оператора. Системы автоматизации применяются во многих отраслях промышленности и производства, что позволяет избавиться от необходимости постоянно контролировать процесс производства и состояние оборудования, повышает надежность и стабильность системы, положительно сказывается на производительности и экономичности труда.

Тепловая энергетика и отопление занимают одно из первых мест по степени автоматизированности. Тепловые пункты и котельные установки оснащаются самым широким спектром средств автоматического управления, позволяющих создать надежную, гибкую и безопасную систему отопления и горячего водоснабжения. Фактически, сегодня трудно представить себе полноценную котельную без целого комплекса автоматики.

Местные отопительные котельные, работающие на газе и жидком топливе, относятся к наиболее сложным идам инженерного оборудования, на которых занято большое количество эксплуатационного персонала. В настоящее время невозможно представить работу подобного оборудования вне рамок комплексной автоматизации , если не преследуется цель обеспечит качество, надежность и высокую эффективность эксплуатации отопительных котельных. Высшей ступенью развития автоматизированных систем, призванных решить поставленную задачу, является создание систем централизованного контроля и управления за работой отопительных котельных без постоянно присутствующего обслуживающего персонала, т.е.диспетчеризации котельных .

Для подавляющего числа автоматизированных теплоцентров (отопительных

котельных, теплогенераторов и т.д.) характерной является комплексная автоматизация, при которой введение всех технологических процессов возлагается на автоматические регуляторы и системы защиты, а наблюдение за режимом работы и исправностью регуляторов поручается постоянному обслуживающему персоналу . Кроме комплексной автоматизации отопительных котлов и агрегатов возможна частичная автоматизация – оборудование с автоматическими регуляторами и устройствами защиты отдельных наиболее важных узлов установки.

Система автоматизации газомазутных водогрейных котельных агрегатов типа КВ-ГМ построена на базе комплекта КСУ и обеспечивает: автоматический пуск (останов котла) с выводом его на заданный режим и автоматическим включением регуляторов разрежения, соотношения «топливо — воздух», а также температуры воды за котлом или до котла; автоматическое поддержание и контроль основных параметров в рабочих и пусковых режимах; сигнализацию выполнения операций при пуске и аварийном отклонении параметров при рабочих режимах; защиту котла при возникновении предаварийной ситуации; работу котла без постоянного дежурного персонала.

Комплект автоматики КСУ функционально включает регулирующую часть, предназначенную для автоматической стабилизации рабочих параметров, и логическую, осуществляющую автоматическое выполнение операций пуска, останова, защиты, сигнализации, блокировки.

Питание комплекта производится переменным током 380/220 В и 50 Гц.

Температура воды за котлом (или до него) в заданных пределах поддерживается регулятором, изменяющим подачу топлива в топку. В качестве датчика температуры воды используется термометр сопротивления, устанавливаемый на трубопроводе при выходе воды из котла (на входе воды в котел).

Оптимальное соотношение топлива и воздуха при работе котла обеспечивается регулятором смеси, входными сигналами для которого служат расходы топлива и воздуха (давление воздуха перед горелкой). Регулятор изменяет расход вторичного воздуха, воздействуя на направляющий аппарат вентилятора, и поддерживает избыток воздуха в топке в соответствии с расходом топлива и режимной картой. В регуляторе предусмотрена возможность введения дополнительного корректирующего сигнала по содержанию кислорода в дымовых газах.

Заданное разрежение в топке котла поддерживается регулятором разрежения , воздействующим на изменение положения направляющего аппарата дымососа. Регулирование расхода воды через котел производится регулятором расхода воды, который управляет регулирующим клапаном за насосом рециркуляции, установленным на линии «прямая вода — обратная вода».

Необходимая температура воды на входе в тепловую сеть поддерживается регулятором температуры, изменяющим расход холодной воды с помощью перепускного регулирующего клапана, установленного на перемычке.

Входным сигналом регулятора служит сигнал от термометра сопротивления, установленного на трубопроводе прямой воды.

В системе автоматизации используются электрические, исполнительные механизмы. Регуляторы основных параметров обеспечивают пропорционально-интегральное регулирование, позволяющее с высокой точностью поддерживать заданные величины регулируемых параметров во всех установившихся режимах работы котла.

Давление газа перед горелкой регулируется регулятором РДУК. Регулирующим органом основной горелки (поворотной заслонкой) и запальником установлены по два быстродействующих клапана–отсекателя, между которыми на свече безопасности имеются электромагнитные продувочные клапаны. Открытие клапанов-отсекателей перед основной горелкой производится автоматически за 45 с, а закрытие — практически мгновенно.

Контроль за наличием факелов запальника и основной горелки осуществляется запально-защитным устройством (ионизационным датчиком для факела запальника и фото датчиком для основного факела).

При аварийных отклонениях параметров в процессе работы котла обеспечивается автоматическая защита его в следующих случаях:

— отсутствие факела запальника (в пусковой период);

— погасание факела основной горелки;

— падение давления первичного и вторичного воздуха перед горелкой;

— повышение давления газа перед регулирующим органом и понижение давления его перед отсечным клапаном основной горелки;

– снижение давления и температуры жидкого топлива перед регулирующим краном;

– повышение температуры жидкого топлива;

– уменьшение или увеличение давления в топке котла;

– снижение расхода воды через котел;

– снижение давления за котлом;

– повышение давления и температуры воды за котлом;

– падение напряжения в цепях защиты и сигнализации;

– открытие форсунки и повышение тока ее электропривода (при работе жидком топливе).

Срабатывание защиты сопровождается световым (красным) и звуковыми сигналами с фиксацией первопричины (при этом имеется возможность дистанционной подачи на диспетчерский пункт аварийного сигнала без расшифровки причины аварии).

Пусковая и рабочая сигнализация в системе управления (зелёный световой сигнал) дает информацию: о наличии электропитания элементов комплекта; включении котла в работу; нормальной работе вентилятора первичного и вторичного воздуха, дымососа, двигателя ротационной горелки, электрозадвижек на входе и выходе из котла и на линии рециркуляционного насоса; наличии факела основной и запальной горелок; достижение номинального значения давления воды в напорном патрубке рециркуляционногонасоса и заданного значения температуры воды на выходе из котла; исходном (закрытом) состоянии клапанов-отсекателей подачи топлива, шибера первичного воздуха и мазутной форсунки.

Автоматический розжиг газомазутного водогрейного котла происходит, если выполнены следующие условия: давление газа перед отсеченными клапанами не менее 10 КПа (1000 кгс/м 2 ); расход воды через котел отличается не более чем 7 % от номинального значения; давление воды после котла не менее 1,0 МПа

(10 кгс/см 2 ); получена информация о закрытии клапанов отсекателей, регулирующего органа подачи топлива, направляющих аппаратов дымососа и вентилятора вторичного воздуха и форсунки (от концевых выключателей); поступил сигнал об открытии задвижки на линии нагнетания циркуляционного насоса.

Автоматический пуск котла предусматривает выполнение ряда операций в следующей последовательности. После нажатия кнопки «Автоматический пуск» через 30 с включается дымосос, а через 60 с пускается вентилятор вторичного

воздуха и одновременно включается регулятор разрежения. Как только открытие направляющего аппарата вентилятора вторичного воздуха достигнет 60 %, включается защита по минимально допустимому давлению вторичного воздуха и минимально допустимому разрежению.

Открывание направляющего аппарата начинается через 30 секунд после включения вентиляторов. В течение 10 минут осуществляется предварительная

вентиляция топки и газоходов котла, затем она отключается, и через 5 секунд после закрытия направляющего аппарата вторичного воздуха подается сигнал автоматическое включение трансформатора зажигания. Спустя 5 секунд подаётся сигнал на открытие двух клапанов-отсекателей запальника и на закрытие свечи безопасности. Если через 5 секунд после этой команды не поступит сигнал от ионизационного датчика о наличии пламени на запальнике, то автоматически закрываются клапаны, открывается свеча безопасности, выключается трансформатор зажигания, и повторяется команда на повторение предыдущей операции. После розжига запальника через 5 секунд включается защита по факелу на нем, и по истечении еще 10 секунд регулирующий орган на топливной магистрали и направляющий аппарат вторичного воздуха автоматически переводятся в положение, соответствующее пусковой нагрузке котла. Затем при работе на газе автоматически открывается два главных клапана–отсекателя. Вместе с этим переводится в дистанционный режим регулятор разрежения и блокируется датчик по минимальному разрежению в топке.

Включение защит по основному пламени, давлению газа перед основной горелкой и регулирующим органом происходит через 5 секунд после начала открытия запорного органа — основного клапана–отсекателя подачи топлива. Спустя 30 секунд после включения этих защит, начинается открытие регулирующего органа подачи топлива и направляющего аппарата вентилятора вторичного воздуха до положения, соответствующего 30%-ной нагрузке котла, одновременно с этим включается в автоматический режим регулятор разрежения.

При достижении регулирующим органом подачи топлива указанного положения включаются регулятор соотношения «топливо — воздух» (через 30 секунд в автоматический режим), защита по максимальному и минимальному разрежению в топке котла и автоматически отключается запальник, закрываются его клапаны–отсекатели и открывается свеча безопасности). Регулятор температуры воды на выходе из котла включается после достижения заданных значений температуры воды. После завершения перечисленных выше действий оператором дистанционно включается регулятор температуры воды, поступающей в тепловую сеть.

Отключение котла производится кнопкой «Стоп» и автоматически в аварийных ситуациях. Одновременно автоматически переводятся в положение «Дистанционно» регуляторы температуры воды на выходе из котла и поступающей в сеть, а также регулятор соотношения «топливо — воздух»; открывается свеча безопасности (при работе на газе); регулирующий орган подачи топлива переводится в положение полного закрытия; направляющий аппарат вентилятора вторичного воздуха в положение 20%-го открытия.

Останов котла завершается 10-минутной послеостановочной вентиляцией топки, переводом регулятора разрежения в положение «Дистанционно», закрытием направляющих аппаратов дымососа и вентилятора и отключением их электродвигателей. Регуляторы расхода воды через котел и температуры поступающей в теплосеть воды переводятся оператором в дистанционный режим.

Источник