Kazánházi kémény: magasság és keresztmetszet számítása műszaki előírások szerint

A kazánházi kémény fő feladata, hogy elvezesse a kazánok füstgázait a légkörbe, és szétszórja azokat ebben a térben. Van egy további funkciója is: természetes huzatot kell létrehoznia, amely a tűztér és a külső hőmérséklet közötti különbségből adódik.

Bemutatjuk a füstcsatornák változatait, amelyek osztályozása a szerkezeti jellemzők és a csövek anyaga alapján történik. Itt megtudhatja, hogyan történik a geometriai paraméterek számítása egy konkrét példán keresztül. Tanácsaink segítenek a kémény típusának és méreteinek kiválasztásában.

A kémények típusai

Nagy kazánházakban a természetes huzat nem képes biztosítani a teljes értékű égést, itt mesterségesen hozzák létre füstszivattyúk segítségével. Az égési folyamatnak és termékei légkörbe juttatásának a lehető legkisebb kárt kell okoznia a környezetben, és nem szabad vészhelyzeteket előidéznie a tűztérben a normát meghaladó nyomás kialakulása miatt.

Szerkezetileg a kazánházi csövek nagyon különböznek egymástól mind a tartószerkezet típusa, mind a gyártási anyag tekintetében. Az első jellemző alapján több csőtípust különböztetnek meg.

Kazánházi önhordó kémények

Az ilyen függőleges szerkezetek lehetnek egy- vagy többtörzsűek. Elvezetik az égéstermékeket a kazánházakból és kazánokból.

Használják őket az üzemanyag típusától függetlenül, de bizonyos követelmények betartása mellett:

1. Az önhordó csöveken áthaladó füstgázok hőmérséklete nem haladhatja meg a 350 °C-ot.
2. Az égéstermékek nem lehetnek kémiailag agresszívek.
3. Az önhordó szerkezetek optimális hóterhelése 250 kg négyzetcentiméterenként, a szélterhelés 30 kg négyzetcentiméterenként a II. szélterhelési zóna körülményei között.

Az önhordó kéményt a tetőre szerelik, és az épületen belül rögzítik. Szerkezeti jellemzői lehetővé teszik a szállítást és a helyszíni szerelést, mivel egyedi szekciókból áll, melyek 3 rétegű szendvicscsövek. A szerkezetet horgonyokkal rögzítik az alapzathoz.

A cső belsejében egy réteg található, amely tartós acélból készült, nem enged az égés során felszabaduló anyagok hatásának. A külső réteg véd az időjárási hatásoktól.

A nagy kazánházak füstkéményei leggyakrabban önhordók. Ez egyedi terv alapján épített szerkezet, saját infrastruktúrával rendelkezik.

A füstelvezető szerkezetek paramétereinek meg kell felelniük a szabályozó dokumentumokban foglalt követelményeknek. Számításuk olyan tényezőkön alapul, mint a kazánok száma, teljesítmény, üzemanyag típusa. Feltétlenül figyelembe kell venni a légkörbe történő kibocsátásra vonatkozó normákat. Egyes esetekben a füstkéményeket platformmal, létrával, revíziós nyílással és fényvédő korláttal szerelik fel.

Oszlopos kéményszerkezetek

Az ilyen típusú kémény egy külső, magas széntartalmú acélból készült köpenyből és a belsejébe helyezett, különböző átmérőjű, rozsdamentes acél belső csövekből áll, amelyek a gázok elvezetésére szolgálnak. A szerkezetet az alapba öntött horgonykosárba rögzítik. Ezekből lehet 1 vagy több. A kondenzátum leülepedésének megakadályozására hőszigetelést használnak.

Az oszlopos kémény egy része. Itt metszetben látható, hogy belül több, különböző átmérőjű rozsdamentes acél belső cső található.

Ennek a szerkezeti megoldásnak az előnye a hosszú üzemidő, valamint a több kazán csatlakoztatásának lehetősége. Az acél vastagságát és minőségét az égéstermékek hőmérséklete és agresszivitása alapján választják ki.

Minden egyes kéménytest átmérője elérheti a másfél métert, és ha a közös füstcsatornát több kazánhoz tervezik használni, akkor körülbelül 3 m átmérő szükséges. A kondenzáció elkerülése érdekében a kéménytesteket hőszigeteléssel vonják be.

A homlokzat melletti és homlokzati kémények jellemzői

A homlokzatközeli kéményeket a házhoz épített vagy beépített kazánházak számára telepítik. Tartókonzolok segítségével rögzítik őket az épület falához. A kémény alkotóelemei a kéménytestek és a keret vagy a horgonyrögzítések.

A kéménytest 3 rétegből áll: belül rozsdamentes acél, majd hőszigetelés, végül horganyzott acél. A csövek olyan kazánházak számára készültek, ahol a kazánok gázzal vagy folyékony tüzelőanyaggal működnek.

A homlokzati csöveket leggyakrabban az épület külső fala mentén helyezik el. Az acélminőség és a cső falvastagságának kiválasztásakor figyelembe veszik az elvezetett gázok kémiai összetételét és hőmérsékletét.

A homlokzatközeli és homlokzati csövek a súlyterhelést egy kiegészítő alsó alapozáson keresztül, a szélterhelést pedig rezgéscsillapító rögzítéseken keresztül adják át. Ez a fajta füstelvezető anyagi költségek szempontjából a leggazdaságosabb, mivel nincs szükség teherhordó szerkezetekre és erős alapra.

A füstelvezető kéménytestek létrehozásához használt moduláris rendszer lehetővé teszi a sérült alkatrészek egyszerű cseréjét.

Rácsos tartós kémények

Az ilyen fémszerkezet olyan csövekből áll, amelyek egy erős, önhordó rácsos típusú oszlopra vannak rögzítve. A rácsos szerkezet pedig egy horgonykosárba van rögzítve, amely az alapba van betonozva. A rácsos típusú kémények alkalmasak veszélyes szeizmológiai környezetű régiókban való használatra.

A rácsos típusú szerkezet 1–6 kéménytestet foglal magában. Az oszlop csőhengerelt anyagból készül. A profilcső keresztmetszete lehet négyzet vagy háromszög. Ez a kéménytestek számától függ.

A korrózió megelőzése érdekében a füstelvezetőket alapozóval vonják be, majd festik.

A füstelvezető kéménytest 3 rétegből álló modulokból épül fel:

• belső, amely közvetlenül érintkezik az égéstermékekkel, és speciális minőségű rozsdamentes acélból készült;
• 5–6 cm vastag, hőszigetelő szerepet betöltő;
• külső, amely védi a hőszigetelő réteget a környezet káros hatásaitól.

A korrózióvédő bevonathoz nagy cinktartalmú festékeket használnak. Egyes szerkezetekben az oszlop belsejében létrák és platformok lehetnek, amelyek megkönnyítik a karbantartást. Az ilyen típusú csövek szerkezeti elemei viszonylag könnyűek, ami megkönnyíti a szállításukat és a szerelési munkákat is.

Árboc típusú kémények

Az árbocos kémény központi eleme a tartótorony – három- vagy négyárbocos, amelyhez a kéményeket rögzítik. A szerkezet minden csomópontját egy betonpárna formájú alapra szerelik, alulról kezdve és fokozatosan haladva felfelé. Az összeszereléshez szegecskötést vagy önmetsző csavarokat használnak.

Az árboc kémény tartószerkezetét acélprofilokból állítják össze, amelyeket merevítőrudak és szögacélok kapcsolnak össze. Az oszlop az alapjánál az alapzatra támaszkodik, és horgonykötésekkel rögzítik.

Az egyes elemeket általában a szerelés helyszínére szállítják, és egy építőszettként szerelik össze. Ez a folyamat nagyon rövid időt vesz igénybe – néhány órát. A kémény magassága legfeljebb 28,5 m lehet. A kémény stabilitását merevítőbordák biztosítják – 1,6–2 cm keresztmetszetű acél feszítők. Ezek a keresztirányú erők hatását ellensúlyozzák.

Kazánházi kémények építéséhez használt anyagok

A füstelvezető rendszereket különböző anyagokból építik – téglából, acélból, kerámiából, polimerből. A téglából készült kémény, amelyet tégla sütők és kandallók fölé építenek, jó mechanikai szilárdsággal, kiváló hőkapacitással és megfelelően magas tűzbiztonsági szinttel rendelkezik.

Ezeknek a szerkezeteknek is számos hátránya van, ezért a modern építőiparban a teljesen tégla kémények egyre ritkábban fordulnak elő. A szabályozó dokumentumok a tégla kémények magasságát 30–70 m-re, átmérőjét pedig 0,6–8 m-re korlátozzák.

A belső felületen számos kiemelkedéssel és mélyedéssel rendelkező tégla kémény falán mindig sok kondenzátum és kén-oxidokat tartalmazó korom rakódik le. Ez utóbbiak vízzel reagálva savakat képeznek, amelyek aktívan roncsolják a téglát.

A felület egyenetlenségei, a koromréteg fokozatos növekedése miatti átjáró szűkülése a füst áthaladási sebességének csökkenését és a huzat visszafordulását okozzák a füstelvezető csatornában.

A kerámia kémények ellenállóbbak a kondenzátummal és a külső tényezőkkel szemben, magas a tűzállóságuk. Ennek a rendszernek azonban nagy a súlya, mivel belül fémrudak találhatók, amelyek további szilárdságot biztosítanak. Ebből adódnak a külön alapozás és támasztékok kötelező megépítésére vonatkozó követelmények, ami növeli a munkaigényt és a telepítési költséget.

A polimer füstelvezető csövek olyan kazánházakban használhatók, ahol a maximális hőmérséklet 250 °C, a gázbojlerek beépítésénél. Könnyűek, rugalmasak és tartósak, de csak gázkészülékekhez alkalmasak.

A rozsdamentes acélból készült füstelvezető berendezés – olyan összeállítás, amely egyedi kéményelemekből áll, amelyeket idomdarabok: T-idomok, csőcsonkok, deflektorok, T-idomok, könyökök segítségével kapcsolnak össze. Az acél kéményeket főként gázkazánokhoz használják.

Az ilyen kémény szerelése az épület felépítése után is rövid idő alatt elvégezhető. Nagy választékban állnak rendelkezésre összekötő elemek, így a cső bármilyen konfigurációt felvehet.

A moduláris kémény különösebb munka nélkül szétszerelhető és áthelyezhető. A szerkezet előnye a kis súlya is, ami lehetővé teszi, hogy alapozás nélkül is megoldható legyen, valamint a nedvességgel szembeni ellenállóság, a belső falakon kevés koromlerakódás, és a füstgázok nagy áramlási sebessége.

Az egészségügyi-műszaki előírások engedélyezik az acélcsövek használatát 30 m-nél magasabb kémények építésénél, kivétel csak abban az esetben lehetséges, ha naponta 5 tonnánál kevesebb magas hamutartalmú tüzelőanyagot használnak el. Ennek oka, hogy az ilyen szerkezetek élettartama 10 év, és ha magas kéntartalmú tüzelőanyagot használnak, ez jelentősen lerövidül.

Azon változatok közé, amelyek háza acélötvözetből készült, tartoznak a koaxiális kémények, amelyek szerkezeti sajátosságaival és üzemeltetési jellemzőivel javasoljuk megismerkedni.

A cső paramétereinek számítása

A kémény magasságának és átmérőjének meghatározásához szükséges elvégezni a szerkezet aerodinamikai számítását. Az átmérő függ az egyes kazánok vagy az egész kazánház teljesítményétől.

A tüzelőanyag égésére és a füst hatékony eltávolítására óriási hatással van a huzat, amelynek létrehozásához folyamatos levegőellátás szükséges a tűztérbe. Ez természetes és mesterséges úton is biztosítható.

Ha a rendszerbe füstszivattyú van beépítve, akkor a cső magasságának nincs döntő jelentősége. Ez a paraméter főként a légkörbe történő káros kibocsátások figyelembevétele szempontjából fontos. Az önhuzat meghatározásához elengedhetetlen mind a magasság, mind a cső keresztmetszetének számítása.

A cső magasságának meghatározása természetes huzat esetén

A normál természetes huzat létrehozásához teljesíteni kell a huzaterő és a teljes ellenállás egyenlőségének feltételét, amely a füstgázoknak a kazán gázcsatornáiban és a kémény vezetékében történő mozgása során lép fel. Ilyen huzat kis gázellenállás mellett biztosítható, ha a cső magassága nem haladja meg a 60 m-t.

Ez a séma leegyszerűsíti a cső alapvető paramétereinek számítási folyamatát a kazánház tűztereiben bármilyen tüzelőanyag égéstermékeinek elvezetéséhez.

A kémények elhelyezkedését és magassági számítását szabályozó normatív dokumentumok az SNiP 41-01-2003 és az SP 7.13130.2009.

Figyelembe kell venni továbbá a kazán használati utasításában foglalt ajánlásokat, különösen az alábbi követelményeket:

1. A rostélytól a cső felső pontjáig nem lehet kevesebb 5 m-nél.
2. Sík tető felett magas korlát nélkül a csőnek legalább 0,5 m-rel kell magasodnia.
3. A korlát és a tetőgerinc magasságához viszonyítva a csőnek 0,5 m-rel meg kell haladnia azok szintjét, ha az másfél méteren belül van ezektől a szerkezetektől.
4. Ha a kémény 1,5 és 3 m közötti távolságra van a mellvértől és a gerinctől, a felső pontjának magasságban egybe kell esnie azok szintjével.

A kémény helytelenül kiszámított magassága esetén számos probléma merülhet fel, és a fő probléma a légörvények vagy a szélnyomás zónája. A tűztérben a lángot erős széllökések kiolthatják.

A kémény beépítésekor figyelembe kell venni a tetőszerkezetet, a tetőfedő réteg vastagságát, a védőelemektől és a tetőgerinctől való távolságot, valamint a tűzbiztonsági előírásokat (+).

A tűzbiztonsági előírások betartása szintén kötelező a kazánházi kémény tervezésekor. A kéményhez csatlakozó szerkezeteket szigetelni kell.

Annak érdekében, hogy a kémény szellőzőnyílásaiból kiáramló szikrák ne kerülhessenek a tetőre, amennyiben az éghető anyagból készült, a szerkezet magasságát 0,5 m-rel növelik. A kazánházi kéménynek legalább 2 m távolságra kell lennie a magas épületektől és fáktól.

A kémény magasságát a tetőszerkezettől függően határozzák meg. Ha a tető többszintű, a számításnál figyelembe veszik a magasságkülönbségeket, de az alap minden esetben ugyanaz – a tetőgerinc magassága (+).

Mivel az optimális huzat a kéménybe távozó gázok összsűrűsége és a kívül lévő, azonos magasságú levegőoszlop közötti különbség miatt jön létre, a számítást a következő képlet szerint kell elvégezni:

A kémény magasságát e képlet segítségével önállóan számíthatja ki. Minden érték megtalálható a fűtőberendezéshez mellékelt dokumentációban.

A számítás meglehetősen bonyolult, jobb, ha szakemberek végzik el. A kémény magasságát befolyásoló paraméterek:

1. Az A együttható a régió meteorológiai viszonyait jellemzi.
2. Mᵢ – az egységnyi idő alatt a kéményen áthaladó füstgázok tömege.
3. F – az égés során keletkező részecskék ülepedési sebessége.
4. Spdki és Sfi – a füstgázban lévő különböző anyagok koncentrációjának mutatói.
5. V – a gáz térfogata.
6. T – a kéménybe belépő és onnan kilépő levegő hőmérséklete közötti különbség.

Ha a kazánház a ház bővítményében található, az utóbbi akadályt képez. Ilyenkor szükséges, hogy a kéményfej a szélnyomási zóna felett helyezkedjen el. Ellenkező esetben a fűtőberendezés nem tud megfelelően működni.

Annak meghatározásához, hogy mennyivel kell meghosszabbítani a kéményt, megkeresik a ház legmagasabb pontját, és ezen keresztül húznak egy egyenest, amely 45 fokos szöget zár be a talajfelszínnel. Az e vonal alatti terület a szélnyomási zóna, a kéménynek pedig e felett kell elhelyezkednie.

A cső átmérőjének kiszámítása

A kémény átmérőjének kiszámításához a következő képlet áll rendelkezésre:

S = m/(ρr x w),

Itt m – az 1 óra alatt elfogyasztott tüzelőanyag mennyisége, w – a füstgázok áramlási sebessége, ρr – a levegő sűrűsége üzemi körülmények között, amelyet a következő képlettel határoznak meg: pv = pBnu x 273/273 x tos. Ahol to – a külső levegő hőmérséklete, pBnu – a levegő sűrűsége normál körülmények között = 1,2932 kg/m3.

A táblázat segít meghatározni a levegő sűrűségét ρg munkakörülmények között bonyolult számítások elvégzése nélkül. A füstgázok sűrűségét a számítások egyszerűsítése érdekében a levegő sűrűségével egyenlőnek veszik (+)

Tegyük fel, hogy a kazánban óránként 50 kg szilárd tüzelőanyag ég el, akkor másodpercenként ez 50 : 3600 = 0,013888 kg. A füstgázok sebessége 2 m/s. –4 Celsius fokos levegő hőmérséklet esetén a levegő sűrűsége 0,6881 kg/m³. Ekkor S = 0,013888 : (0,6881 x 2) = 0,010092 m² = 92 cm². Köralakú keresztmetszet esetén d = √(4 x 92 : 3,14) = 10,83 cm.

A hengeres kémény átmérője egy másik képlettel is kiszámítható: d = 1000/1,163 x (r x Q√H), ahol r az alkalmazott tüzelőanyag típusától függő együttható. Szén esetében 0,03, fa esetében 0,045, gáz esetében 0,016, folyékony tüzelőanyag esetében 0,024.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

Videó a kémény magasságának számítási folyamatának szemléletes bemutatásával a kazánház kialakításához:

Itt a videó szerzője megosztotta saját tapasztalatait a szilárd tüzelésű kazán kéményének számításáról és telepítéséről:

Még egy videó a hobbitervezők segítségére:

Nem annyira fontos, hogy milyen tüzelőanyaggal működnek a kazánok a kazánházban. Minden esetben elengedhetetlen a füstgázelvezető rendszer. A fő követelmények, amelyeknek a kéménycsöveknek meg kell felelniük: jó huzat és áteresztőképesség, valamint a környezetvédelmi normák betartása.

Szeretne kérdést feltenni egy vitatott vagy tisztázatlan ponttal kapcsolatban, amelyre az információk megismerése során bukkant? Vannak hasznos információk a cikk témájával kapcsolatban, amelyeket megoszthat a webhely látogatóival? Kérjük, írja meg észrevételeit az alábbi blokkban.