Дымовая труба для котельной: расчет высоты и сечения по техническим нормативам

Главная задача дымовой трубы котельной — удалять в атмосферу продукты сгорания и равномерно их рассеивать. Дополнительно она участвует в создании естественной тяги, которая возникает из-за разницы температур между топочной камерой и наружным воздухом.

Мы расскажем о типах дымовых каналов, классифицируемых по конструкции и материалам. На конкретном примере покажем, как вычисляют геометрические параметры. Наши рекомендации помогут выбрать оптимальный вид и размеры дымохода.

Типы дымовых труб

В крупных котельных естественной тяги часто недостаточно для нормального горения, поэтому её формируют принудительно с помощью дымососов. Процесс сжигания топлива и отвод продуктов горения должен наносить минимальный вред окружающей среде и исключать возникновение аварийных ситуаций из‑за избыточного давления в топках.

Дымовые трубы по своей конструкции существенно различаются — и по несущим элементам, и по материалу исполнения. По типу несущей конструкции выделяют несколько разновидностей труб.

Галерея изображений

Дымовая труба — важный конструктивный элемент котельной, как промышленной, так и частной. От ее качества во многом зависит работа теплоагрегата.

Высоту и геометрические параметры дымового канала необходимо вычислять с высокой точностью, поскольку от них напрямую зависит режим горения топлива.

Для обеспечения устойчивой тяги требуется учитывать местную розу ветров, барометрическое давление и средние климатические показатели температуры воздуха.

Конструкция дымового канала должна гарантировать полный и безопасный отвод продуктов сгорания, не причиняя вреда жильцам соседних зданий и окружающей среде.

Необходимо заранее предусмотреть и заложить в проект средства для обслуживания и ремонта дымовой трубы.

При проектировании принимают во внимание тип котла и используемое топливо. При применении комбинированных котлов подбирают трубу, способную безопасно отводить газы при максимально возможной температуре.

Пропускная способность дымохода рассчитывается, исходя из объёма продуктов сгорания при максимальной нагрузке оборудования.

Дымовая труба — это относительно высокая конструкция, подверженная погодным воздействиям. Проектируют её так, чтобы обеспечить устойчивость при сильных ветрах и защиту от ударов молнии.

Важная составляющая оборудования котельной
Необходимость точных расчетов габаритов трубы
Значимость проектирования перед монтажом
Требования к конструкции дымовой трубы
Обеспечение возможности обслуживания
Соответствие дымоходной трубы типу котла
Правила определения пропускной способности
Обеспечение устойчивости и молниезащита

Самонесущие трубы котельных

Эти вертикальные сооружения могут быть одно- или многствольными и служат для удаления продуктов горения от котельных агрегатов.

Их применяют при любом виде топлива при соблюдении ряда условий:

1. Температура дымовых газов, проходящих по самонесущим каналам, не должна превышать 350 градусов C.
2. Продукты горения не должны иметь агрессивных химических свойств.
3. Рассчитанные снеговая и ветровая нагрузки для самонесущих конструкций: снеговая — около 250 кг/кв. м, ветровая — 30 кг/кв. м для II ветрового района.

Как правило, самонесущую трубу монтируют на кровле, а её нижнюю часть закрепляют внутри здания. Конструкция состоит из секций, что облегчает транспортировку и монтаж — обычно это трехслойные «сэндвич»-элементы. К фундаменту сооружение фиксируют анкерами.

Во внутреннем слое используется устойчивая к агрессивным продуктам сгорания сталь, внешний слой защищает от атмосферных воздействий.

Для крупных котельных чаще проектируют самонесущие трубы — это капитальные сооружения, выполняемые по индивидуальным проектам с собственной инфраструктурой.

Параметры таких дымовых конструкций обязаны соответствовать нормативам. Их расчет ведут с учётом числа котлов, их мощности и вида топлива, а также норм по допустимым выбросам. При необходимости на трубе предусматривают площадки, лестницы, ревизионные люки и ограждение осветительных приборов.

Колонные дымовые конструкции

Такая труба представляет собой наружную обечайку из высокоуглеродистой стали с внутренними стволами из нержавеющей стали разного диаметра. Конструкция закрепляется в анкерной корзине, залитой в фундамент. Количество стволов может варьироваться. Для предотвращения образования конденсата внутри применяют теплоизоляцию.

Часть колонной трубы. Здесь в разрезе видно, что внутри размещено несколько стволов различных диаметров из нержавеющей стали

Преимущество колонных конструкций — длительный срок службы и возможность подключения нескольких котлов. Марку и толщину стали подбирают, исходя из температуры и агрессивности дымовых газов.

Диаметр отдельного ствола может достигать 1,5 м, а при организации общего газохода для нескольких котлов необходимы размеры порядка 3 м. Для предотвращения конденсации стволы покрывают теплоизоляцией.

Особенности околофасадных и фасадных дымоходов

Околофасадные дымоходы устанавливают у пристроенных или встроенных котельных и крепят к стене с помощью кронштейнов. В конструкцию входят стволы и рама или анкерные крепления.

Ствол обычно выполняют трехслойным: внутренняя поверхность — нержавеющая сталь, затем теплоизоляционный слой и наружная оцинкованная оболочка. Такие трубы рассчитаны на котлы, работающие на газе или жидком топливе.

Фасадные варианты часто располагают вдоль наружной стены здания. При выборе марки и толщины стали учитывают состав и температуру отводимых газов.

Околофасадные и фасадные дымоходы воспринимают весовую нагрузку через дополнительный нижний фундамент, а ветровые нагрузки — через виброизолирующие крепления. С точки зрения стоимости это одно из наиболее экономичных решений, поскольку не требует массивных несущих конструкций и большого фундамента.

Модульная конструкция газоотводных стволов облегчает замену поврежденных участков.

Трубы фермового вида

Фермовая труба — это металлическая конструкция, в которой газоходы закреплены на прочной самонесущей колонне ферменного типа. Ферма фиксируется в анкерной корзине, залитой в фундамент. Такие дымоходы применимы в сейсмоопасных районах.

Фермовая конструкция может включать от 1 до 6 стволов. Колонну изготавливают из трубного проката, профиль в сечении может быть квадратным или треугольным, что зависит от числа стволов.

Для защиты от коррозии конструкции грунтуют и покрывают краской.

Стволы состоят из модулей, включающих три слоя:

• внутренний слой из специальных марок нержавеющей стали, контактирующий с продуктами горения;
• термоизоляционный слой толщиной около 5–6 см;
• наружная оболочка, защищающая теплоизоляцию от внешних воздействий.

В качестве антикоррозийного покрытия применяют краски с высоким содержанием цинка. В некоторых колоннах монтируют лестницы и площадки для обслуживания. Легкая масса элементов облегчает их транспортировку и монтаж.

Мачтовые трубы дымоходные

Основу мачтовой трубы составляет опорная башня — с тремя или четырьмя мачтами, к которой крепятся газоходы. Сборку ведут от основания, выполненного в виде бетонной подушки, вверх по элементам, применяя заклепочные соединения или саморезы.

Опорный каркас мачтовой конструкции собран из стальных профилей, соединённых раскосами и уголками. Основание колонны опирается на фундамент и фиксируется анкерными болтами.

Отдельные элементы доставляют на место и собирают как конструктор, что занимает сравнительно немного времени — всего несколько часов. Максимальная высота такой трубы достигает 28,5 м. Жесткость и устойчивость обеспечивают стальные растяжки сечением 1,6–2 см, компенсирующие поперечные нагрузки.

Материалы для возведения труб котельных

Дымоходы возводят из разных материалов — кирпича, стали, керамики и полимеров. Кирпичные трубы, которые строят над кирпичными печами и каминами, обладают высокой механической прочностью, хорошей теплоёмкостью и вполне высокой степенью пожарной безопасности.

Однако у таких конструкций есть и существенные недостатки, поэтому монолитные кирпичные дымоходы в современном строительстве применяют всё реже. Нормативы ограничивают их высоту в пределах 30–70 м, а диаметр — 0,6–8 м.

На внутренней поверхности кирпичных труб, изобилующей неровностями и выступами, активно скапливается конденсат и сажа, содержащая оксиды серы. Взаимодействуя с водой, эти оксиды образуют кислоты, которые разрушают кирпич.

Неровности и постепенное уменьшение сечения в результате накопления сажи ведут к снижению скорости движения дымовых газов и могут вызвать обратную тягу в канале.

Керамические дымоходы обладают повышенной стойкостью к образованию конденсата и внешним воздействиям, а также отличной огнеупорностью. Однако они отличаются значительной массой — внутри таких конструкций располагаются металлические стержни для усиления жесткости. Из этого вытекает необходимость обустройства отдельного фундамента и опор, что увеличивает объем работ и стоимость установки.

Полимерные дымоотводы применимы в котельных при максимальной температуре до 250 °C, обычно их ставят для газовых колонок. Они легкие, гибкие и долговечные, но рациональны лишь при эксплуатации газового оборудования.

Дымоходы из нержавеющей стали представляют собой сборную конструкцию, состоящую из отдельных секций, соединяемых фасонными элементами — тройниками, патрубками, дефлекторами, отводами и прочими деталями. Стальные трубы чаще всего используют для газовых котлов.

Такой дымоход можно быстро смонтировать и уже после возведения здания. Широкий ассортимент соединительных комплектующих позволяет придать трубе практически любую нужную конфигурацию.

Модульные системы просто демонтировать и переместить. К их достоинствам относятся небольшой вес (что нередко исключает необходимость фундамента), устойчивость к влаге, малое накопление сажи на внутренних стенках и высокая скорость удаления дымовых газов.

Санитарно-технические нормы допускают использование стальных труб для сооружения дымовых каналов высотой более 30 м; исключение возможно лишь при расходе многозольного топлива менее 5 т в сутки. Обоснование — типичный срок службы таких конструкций около 10 лет, при использовании высокосернистого топлива он существенно сокращается.

К числу конструкций со стальным корпусом относятся коаксиальные дымоходы — у них есть свои конструктивные особенности и правила эксплуатации, с которыми стоит ознакомиться заранее.

Расчет параметров трубы

Для подбора высоты и внутреннего сечения дымовой трубы котельной требуется аэродинамический расчет. Диаметр определяется в зависимости от мощности отдельных котлов или суммарной мощности котельной.

На процесс горения и отвод продуктов сгорания большое влияние оказывает тяга; для её формирования необходим непрерывный приток воздуха в топку — это может быть как естественная тяга, так и принудительная система.

Если в системе установлен дымовой насос, высота трубы теряет решающее значение. Тем не менее этот параметр важен с точки зрения учёта и рассеивания вредных выбросов. Для расчёта самотяги обязательны вычисления как высоты, так и площади сечения дымового канала.

Определение высоты трубы при естественной тяге

При естественной тяге необходимо, чтобы сила подъёма газов была равна суммарному сопротивлению, которое возникает при движении дымовых газов по каналам котла и по дымовому тракту. Такая тяга достигается при небольших потерях напора в газоходе — обычно при высоте трубы, не превышающей 60 м.

Эта методика упрощает определение основных параметров трубы для отвода продуктов сгорания любых видов топлива в котельных топках.

Нормативные требования к расположению и расчёту дымовых труб по высоте изложены в СНиП 41-01-2003 и СП 7.13130.2009.

Также следует учитывать предписания, указанные в инструкции к котлу, в том числе следующие положения:

1. Расстояние от колосников до верхней точки трубы должно быть не менее 5 м.
2. Над ровной кровлей без высокого ограждения оголовок трубы должен выступать по крайней мере на 0,5 м.
3. Если труба расположена в пределах 1,5 м от ограждения или конька, её верхняя точка должна превышать уровень этих элементов на 0,5 м.
4. При удалении дымохода от парапета и конька на 1,5–3 м верхняя часть трубы должна быть на одном уровне с ними по высоте.

Неправильно рассчитанная высота дымохода может привести к множеству проблем, в том числе к возникновению вихревых зон и подпора ветра, из-за которых пламя в топке может гаснуть при сильных порывах.

При проектировании трубы необходимо учитывать конструкцию кровли, толщину кровельного пирога, расстояния до ограждающих элементов и конька, а также требования пожарной безопасности (+)

Соблюдение правил пожарной безопасности — обязательное условие при проектировании котельной трубы. Требуется изолировать и защитить конструкции, примыкающие к дымоходу.

Чтобы предотвратить попадание искр из вентиляционных отверстий трубы на кровлю из горючих материалов, высоту конструкции увеличивают на 0,5 м. Расстояние от котельной трубы до высоких зданий и деревьев должно составлять минимум 2 м.

Высота дымового канала определяется с учётом конфигурации кровли. При многоуровневой кровле в расчёт принимают перепады высот, но ориентиром в любом случае служит высота конька (+)

Оптимальная тяга создаётся за счёт разности плотности дымовых газов и наружного воздуха по высоте, поэтому расчёт выполняется по соответствующей формуле:

Высоту дымового канала можно вычислить самостоятельно по приведённой формуле. Все необходимые величины обычно указаны в документации на отопительное оборудование.

Расчёт достаточно сложен, поэтому предпочтительнее доверить его специалистам. На высоту дымохода влияют следующие параметры:

1. Коэффициент A, характеризующий метеорологические условия региона.
2. Mi — масса дымовых газов, проходящих через трубу в единицу времени.
3. F — скорость оседания частиц, образующихся при горении.
4. Спдкi и Сфi — показатели концентрации различных веществ в дымовом газе.
5. V — объём газа.
6. T — разница температур воздуха, поступающего в трубу, и выходящего из неё.

Если котельная примыкает к жилому дому, сам дом может создавать препятствие для нормальной тяги. В этом случае оголовок трубы должен располагаться выше зоны ветрового подпора — иначе система отопления работать корректно не будет.

Для определения необходимого надрастания трубы находят наибольшую высоту на доме и проводят через неё линию, создающую угол 45° с горизонтальной поверхностью. Пространство под этой линией считается зоной ветрового подпора, а дымоход должен выходить за её пределы.

Вычисление диаметра трубы

Для расчёта площади сечения трубы применяют формулу:

S = m/(ρr х w),

где m — расход топлива в час, w — скорость движения дымовых газов, ρr — плотность воздуха в рабочих условиях, которую определяют по формуле: pв = pBну х 273⁄273 х tос. Здесь tо — температура наружного воздуха, pBну — плотность воздуха в нормальных условиях, равная 1,2932 кг/м3.

Таблица помогает определить значение плотности воздуха ρг в рабочих условиях без сложных вычислений. Для упрощения расчётов плотность дымовых газов часто принимают равной плотности воздуха (+)

Например, если в котле сгорает 50 кг твёрдого топлива в час, то в секунду это составляет 50 : 3600 = 0,013888 кг. Скорость движения дымовых газов возьмём 2 м/с. При температуре наружного воздуха −4 °C плотность воздуха равна 0,6881 кг/м3. Тогда S = 0,013888 : (0,6881 х 2) = 0,010092 м2 = 92 см2. Для круглого сечения d = √(4 × 92 : 3,14) = 10,83 см.

Диаметр цилиндрического дымохода можно также определить по другой формуле: d = 1000/1,163 x (r x Q√H), где r — коэффициент, зависящий от вида топлива. Для угля r = 0,03, для дров — 0,045, для газа — 0,016, для жидкого топлива — 0,024.

Выводы и полезное видео по теме

Видео с наглядным примером расчёта высоты дымового канала для котельной:

В данном ролике автор делится собственным опытом расчёта и монтажа дымохода для котла на твёрдом топливе:

Ещё одно полезное видео для проектировщика-любителя:

Не имеет принципиального значения, на каком топливе работают котлы в котельной — систему удаления дымовых газов предусмотреть нужно в любом случае. Главные требования к дымоходным трубам — хорошая тяга, достаточная пропускная способность и соответствие экологическим нормам.

Если у вас возникли вопросы по неоднозначным моментам, встреченным при чтении материала, либо вы хотите поделиться полезной информацией по теме статьи, оставляйте, пожалуйста, комментарии в блоке ниже.

Видео:

Диаметр и высота дымохода — рассказываем о том, как делать правильно