Переважна більшість металургійних печей, осо-бенно нагрівальних, обладнано для евакуації про-дуктів згоряння з робочого простору димовими тру-бами. Крім того, димові труби вирішують і екологіч-кую завдання, розсіюючи шкоду-ні домішки на видаленні від земної поверхні і умень-Шая тим самим приземні концентрації шкідливих речовин.
Висота димової труби, таким чином, буде визна-ляться величинами опорів димового тракту і са-мій труби. Для отримання розрахункової формули запишемо рівняння Бернуллі в формі (4.70) для перетинів 1 і 2, по-лагая при цьому, що температура в трубі постійна і рав-на середній величині між температурами газу внизу (біля основи) і вгорі (у гирла) труби (рис. 12.11).
Тут H g (ra - rг) - геометричне тиск, що створюється димарем висотою Н; p2 - p1 = pp - характеризує розрідження біля основи димової труби; 0,5 rг (V2 2 - V1 2) вказує величину зміни кінетичної енергії газу при його русі в конічної трубі, а D pпот визначає втрати енергії газу на тертя при його русі в трубі і виході в атмосферу:
В останньому виразі середній діаметр димової тру-би dср. як і швидкість газу Vср. обчислюється среднеаріф-метичних, наприклад, dср = (d1 + + d2) / 2, z - коефіцієнт місцевого опору при виході газів в атмосферу.
Нормальна робота печі буде забезпечена, якщо вели-чину розрідження біля основи димової труби буде біль-ше або дорівнює сумі всіх опорів на шляху руху газів до їх попадання в трубу, т. Е. P2 - p1 ³ D pS. З урахуванням цієї обставини після відповідних підстановок і перетворень з (12.20) може бути отримана формула для розрахунку висоти димової труби Н:
Отримання результату за цією формулою ускладнюється тим, що величини T2. Tср залежать від висоти димової труби, так як газ у міру підйому остигає.
Для визначення розмірів димової труби - висоти і діаметрів, необхідно мати у своєму розпорядженні: витратою димових газів з урахуванням підсосів по тракту - Q. м 3 / с, щільністю газів - r0г. кг / м 3. температурою газів біля основи димо-вої труби - Т1 і сумарними втратами енергії газового по-струму - - РS. Па.
Методика розрахунку димової труби зводиться до слідую-щему:
1. Оскільки в процесі експлуатації аеродінамічес-кое опір димового тракту збільшується через занесення каналів пилом, зростання підсосів холодного повітря через нещільності печі, необхідності форсування ра-боти печі, то величину D РS приймають на 20-30% біль-ше розрахункової, тобто D РS = (1,2 ¸ 1,3) р0.
2. Діаметр основи димової труби визначається з умови, що в цьому перерізі швидкість газів повинна бути рівною V01 = 1 ... 2 м / с. Таким чином, d1 = [4Q / (pV01)] 1/2. м.
3. Діаметр гирла труби визначається за подібною формулою, однак швидкість газу в гирлі приймається в пре-справах V02 = 3 ... 5 м / с. Менші швидкості небажані, так як може мати місце закид атмосферного повітря в трубу при сильних поривах вітру, а при більш високих швидкостях значно зростають втрати енергії при ви-ході газу в атмосферу. Отже, d2 = [4Q / (pV02)] 1/2. Відзначимо, що d2 не може бути менше 0,8 м по конструк-нормативним міркувань кладки і ремонту.
4. Визначення температури газу у гирла труби зави-сит від рівня теплових втрат в трубі. Досвідчені дані характеризують такі градієнти температур на 1 м висоти труби - D T. K / м:
Металеві без футеровки - 3 ... 4.
Для розрахунку Т2 в До використовується формула T2 = T1 - D T H. Величина Н в ній приймається оріентіровоч-но за даними рис. 12.12. Знайдене значення T2 разом з T1 дозволяє розрахувати Tср.
Мал. 12.12. Номограма для попереднього визначення висоти димової труби
5. Температура навколишнього повітря біля основи ди-мовой труби Тв.осн залежить від кліматичних умов: для помірного клімату вона приймається 278. 293, для жар-кого 288. 298 і для холодного 263. 283 К. Для високих труб ця температура знижується по міру наближення до гирла. Середня температура навколишнього повітря може бути знайдена за допомогою формули: Тв = Тв.осн + 0,5 Н 1/2. в якій величиною Н попередньо задаються.
6. Коефіцієнт опору тертю можна прийняти для цегельних каналів l = 0,05; для металевих (без футеровки) труб l = 0,03 ... 0,04. Величина z для димових труб зазвичай дорівнює 0,06.
7. Щільність повітря r0а і газу r0г приймається для стандартних умов, причому остання або розраховуються-ється за складом газу, або приймається рівною r0г = 1,34 кг / м 3. Щільність r0а = 1,29 кг / м 3.
Підготовлені відповідно до цієї методики дан-ні використовуються для розрахунку висоти труби H. Якщо рас-зчитана величина Н виявляється менше або більше задається при визначенні T2 та інших величин, то мето-дами послідовного наближення домагаються дорівнює-ства зазначених величин. Розбіжність між розрахований-ними і задаються значеннями Н можна допустити в межах 5%.
Остаточно висота димової труби вибирається з урахуванням санітарно-гігієнічних вимог щодо норм проектування промислових підприємств. У відпо-відно до ними труби не споруджуються висотою менше 16 м; при наявності будівель заввишки 15 м і більше в радіусі 200 м висота труби вибирається не менше 45 м. Слід також враховувати агресивність газів, що видаляються через трубу, їх температуру, можливість розвитку корозійних явле-ний і т. п. Ці та інші особливості визначають конструк -цію труби як будівельної споруди, яке після теплотехнічного розрахунку (визначення розмірів) під-Вергал розрахунку на міцність за законами будівельної механіки.
Якщо димова труба призначена для обслуговування печі із змінним витратою палива, а, отже, і димових газів, то розрахунок труби проводиться за максималь-ному витраті. Якщо труба буде обслуговувати кілька печей, то її висота розраховується за найбільшою опору-тивления (найбільш віддалена піч - труба), а не за сумою опору-тивления всіх печей, як це іноді помилково приймають. При цьому витрата диму через трубу повинен враховувати лю-бие варіанти роботи всіх печей. Іншими словами, при роботі декількох печей на одну трубу збільшується ко-личество проходять через трубу газів, а сумарне рас-парне опір враховує втрати енергії від сліянним-ня потоків газів в каналі, що підводить дим до труби. Робота димової труби, як пристрої для переміщення газів в печах, може бути оцінена коефіцієнтом поліз-ного дії, формула для підрахунку якого при r0а = 1,26 кг / м 3 і r0г = 1,34 кг / м 3 така:
К. п. Д. Димарів лежить в межах 0,1. 0,2%, що, звичайно, значно нижче к. П. Д. Вентилятора (h = 60 ... 80%). Однак якщо мати на увазі те, що труби екс-плуатирующих десятки років без ремонту і не споживають в процесі експлуатації електроенергії, як вентилятори, то слід вважати димові труби дуже економічні-ми пристроями для евакуації газів з робочого простий-ранства металургійних печей. У тих випадках, коли димова труба не може забезпечити роботу металургійне-ської печі через нездатність подолати великі опору-тивления, вдаються до установки димососа, принципи ви-бору параметрів якого розглянуті раніше. Можливі також комбінації димової труби і димососа, димової труби і ежектора.
Робота ежектора і інжектора, як пристроїв, приво-дящих в рух гази, описана в гл. 11.
Описані пристрої для переміщення газів до робо-чого простору і від нього в атмосферу дозволяють ство-дати в печі і її елементах будь-гідравлічний режим розподілу тисків. Найчастіше для того, щоб све-сти до мінімуму підсосі холодного повітря в піч і пре-дохраніть таким чином метал від додаткового окис-лення, на поду печі підтримують тиск рівний атмосферному. Це забезпечується за рахунок нагнітання вентилятором повітря до його виходу в робочий простору-ство печі. Потім вступає в дію димова труба, забезпе-печиво відсмоктування газів з робочого простору печі. Таке забезпечення руху газів через систему печі отримало назву врівноваженою тяги. Ця тяга має широкі можливості регулювання тиску в печі, здатна компенсувати значні витрати на прео-долен різних опорів, включаючи і теплообмінні апарати. Будучи найбільш досконалою, уравнове-шенная тяга широко застосовується в роботі металургійне-ських печей.