Füstgáz-verem - Flue-gas stack
A füstgázköteg , más néven füstköteg , kéményköteg vagy egyszerűen halom , olyan kémény , függőleges cső, csatorna vagy hasonló szerkezet, amelyen keresztül a füstgáznak nevezett égéstermék-gázokat a külső levegőbe elvezetik. Füstgázok keletkeznek, ha szenet, olajat, földgázt, fát vagy bármilyen más tüzelőanyagot égetnek ipari kemencében, erőmű gőztermelő kazánjában vagy más nagy égetőeszközben. A füstgáz általában szén-dioxidból (CO 2 ) és vízgőzből, valamint nitrogénből és felesleges oxigénből áll, amely a szívó égési levegőből marad. Kis arányban tartalmaz olyan szennyező anyagokat is, mint a részecskék , szén-monoxid , nitrogén-oxidok és kén-oxidok . A füstgázkészletek gyakran meglehetősen magasak, legfeljebb 400 méter (1300 láb) vagy annál magasabbak, hogy a kipufogógáz-szennyező anyagokat nagyobb területen szétszórják, és ezáltal a szennyező anyagok koncentrációját a kormányzati környezetvédelmi politika és a környezetvédelmi szabályozás által megkövetelt szintre csökkentik .
Ha a kályhákból, kemencékből, kandallókból, fűtőkemencékből és kazánokból vagy más lakóhelyeken, éttermekben, szállodákban vagy más középületekben és kisvállalkozásokban lévő egyéb kis forrásokból kimerültek a füstgázok, füstgázkészleteiket kéményeknek nevezik.
Történelem
Az első ipari kémények épültek a 17. század közepén, amikor először érteni, hogyan lehetne javítani az égési kemence növelésével tervezetét a levegő az égési zónába. Mint ilyen, fontos szerepet játszottak a visszhangzó kemencék és a szénalapú kohászati ipar fejlesztésében, amely a korai ipari forradalom egyik kulcsfontosságú ágazata . A legtöbb 18. századi ipari kémény (amelyet ma általában füstgáz-halomnak neveznek ) a kemence falaiba épült, hasonlóan a háztartási kéményhez. Az első szabadon álló ipari kémények valószínűleg azok voltak, amelyeket az ólom olvasztásával kapcsolatos hosszú kondenzációs füstcsövek végén állítottak fel .
Az ipari kémények és az ipari forradalom jellegzetes füsttel teli tájainak hathatós összefüggése a gőzgép univerzális alkalmazásának volt köszönhető a legtöbb gyártási folyamatban. A kémény egy gőzfejlesztő kazán része, fejlődése szorosan összefügg a gőzgép teljesítményének növekedésével. Thomas Newcomen gőzgépének kéményeit beépítették a gépház falaiba. A 19. század elején megjelent magasabb, szabadon álló ipari kémények a kazán kialakításának változásaihoz kapcsolódtak, amelyek James Watt "kettős meghajtású" motorjaihoz kapcsolódtak, és a viktoriánus időszakban tovább növekedtek. A dekoratív díszítés számos, az 1860-as évekbeli ipari kémény jellemzője, túl vitorlás sapkákkal és mintás téglával.
A 20. század elején a ventilátorral segített kényszerhuzat feltalálása megszüntette az ipari kémény eredeti funkcióját, a levegő beszívását a gőzfejlesztő kazánokba vagy más kemencékbe. A gőzgép elsődleges mozgatóként történő cseréjével, először dízelmotorokkal, majd villanymotorokkal, a korai ipari kémények eltűntek az ipari tájról. Az építőanyagok kőről és tégláról acélra, később vasbetonra változtak, és az ipari kémény magasságát az égési füstgázok diszpergálásának szükségessége határozta meg a kormányzati légszennyezés- ellenőrzési előírások betartása érdekében.
Füstgáz-halmaz huzata
Az égéstermék-füstgázok a füstgáz-halmok belsejében sokkal melegebbek, mint a környező külső levegő, ezért kevésbé sűrűek, mint a környezeti levegő. Ez a forró füstgáz függőleges oszlopának alján alacsonyabb nyomást eredményez, mint a megfelelő külső levegő oszlop alján lévő nyomás. Ez a kéményen kívüli nagyobb nyomás az a hajtóerő, amely a szükséges égési levegőt az égési zónába mozgatja, és a füstgázt a kéményből felfelé és kifelé is mozgatja. Az égési levegő és füstgáz mozgását vagy áramlását "természetes merülésnek", "természetes szellőzésnek" , "kéményhatásnak" vagy " veremhatásnak " nevezik . Minél magasabb a verem, annál több huzat jön létre.
Az alábbi egyenlet a huzat által létrehozott Δ P nyomáskülönbség (a füstgázköteg alja és teteje között) közelítését adja meg :
ahol:
- Δ P : rendelkezésre álló nyomáskülönbség, Pa-ban
- C = 0,0342
- a : légköri nyomás, Pa-ban
- h : a füstgázköteg magassága, méterben
- T o : abszolút külső levegő hőmérséklet, K-ban
- T i : a füstgáz abszolút átlagos hőmérséklete a verem belsejében, K-ban.
A fenti egyenlet közelítő, mert azt feltételezi, hogy a füstgáz és a külső levegő moláris tömege megegyezik, és hogy a füstgázkötegen keresztüli nyomásesés meglehetősen kicsi. Mindkét feltételezés meglehetősen jó, de nem éppen pontos.
A huzat által indukált füstgáz áramlási sebesség
"Első kitalálás" közelítésként a következő egyenlet használható a füstgáz-halom huzata által kiváltott füstgáz áramlási sebesség becslésére. Az egyenlet feltételezi, hogy a füstgáz és a külső levegő moláris tömege megegyezik, és hogy a súrlódási ellenállás és a hőveszteség elhanyagolható:
ahol:
- K : füstgáz áramlási sebessége, m³ / s
- A : a kémény keresztmetszete, m² (feltételezve, hogy keresztmetszete állandó)
- C : kisülési együttható (általában 0,65–0,70-nek veszik)
- g : gravitációs gyorsulás a tengerszinten = 9,807 m / s²
- H : a kémény magassága, m
- T i : a füstgáz abszolút átlagos hőmérséklete a veremben, K
- T o : abszolút külső levegő hőmérséklet, K
Ez az egyenlet csak akkor érvényes, ha a huzatáramlással szembeni ellenállást egyetlen nyílás okozza, amelyet a C kisülési együttható jellemez. Sok, ha nem is a legtöbb esetben az ellenállást elsősorban maga a füstcső teszi ki. Ezekben az esetekben az ellenállás arányos a H veremmagassággal. Ez a H törlését okozza a fenti egyenletben, és megjósolja, hogy Q invariáns a füstgázmagassághoz képest.
A kémények és halmok tervezése a természetes huzat megfelelő mennyiségének biztosítása érdekében nagyon sok tényezőt tartalmaz, például:
- A verem magassága és átmérője.
- A teljes égés biztosításához szükséges kívánt mennyiségű égési levegő.
- Az égési zónából kilépő füstgázok hőmérséklete.
- Az égési füstgáz összetétele, amely meghatározza a füstgáz sűrűségét.
- A füstgáznak a kéményen vagy a veremen átáramló súrlódási ellenállása, amely a kémény vagy a köteg felépítéséhez használt anyagtól függ.
- A füstgázok hővesztesége a kéményen vagy a veremen átfolyva.
- A környező levegő helyi légköri nyomása, amelyet a helyi tengerszint feletti magasság határoz meg.
A fenti tervezési tényezők sokaságának kiszámításához próba-hiba módszerrel kell megismételni a módszereket.
A legtöbb ország kormányzati szerveinek vannak speciális kódjai, amelyek szabályozzák az ilyen tervezési számítások végrehajtását. Számos nem kormányzati szervezet rendelkezik a kémények és a halmok kialakítását szabályozó kódexekkel (nevezetesen az ASME kódokkal).
Verem kialakítása
A nagy kötegek megtervezése jelentős mérnöki kihívásokat jelent. Nagy szélben hulló örvény veszélyes rezgéseket okozhat a veremben, és összeomlásához vezethet. A spirális ütés használata gyakori annak megakadályozására, hogy ez a folyamat a verem rezonáns frekvenciájánál vagy annak közelében történjen .
Egyéb érdekességek
Egyes üzemanyag-égető ipari berendezések nem támaszkodnak a természetes huzatra. Sok ilyen berendezés nagy ventilátorokat vagy fúvókat használ ugyanazok a célok elérése érdekében, nevezetesen: az égési levegő áramlása az égéstérbe és a forró füstgáz áramlása a kéményből vagy a veremből.
Nagyon sok erőmű fel van szerelve kén-dioxid (azaz füstgáz kéntelenítés ), nitrogén-oxidok (azaz szelektív katalitikus redukció , kipufogógáz-visszavezetés , termikus deNOx vagy alacsony NOx-tartalmú égők) és részecskék (pl. , elektrosztatikus kicsapók ). Az ilyen erőműveknél lehetőség van hűtőtorony felhasználására füstgáz-kötegként. Példák láthatók Németországban a Staudinger Grosskrotzenburg és a Rostock erőműnél . Füstgáz-tisztítás nélküli erőművek komoly korróziót tapasztalnának az ilyen halmokban.
Az Egyesült Államokban és számos más országban légköri diszperzió modellezési tanulmányokra van szükség a füstgáz-verem magasságának meghatározásához, amely a helyi légszennyezési előírások betartásához szükséges. Az Egyesült Államok korlátozza a füstgázköteg maximális magasságát az úgynevezett "Good Engineering Practice (GEP)" veremmagasságig. A már meglévő füstgázkészletek esetében, amelyek meghaladják a GEP-verem magasságát, az ilyen kötegek minden légszennyezettség-diszperziós modellezési vizsgálatának a tényleges veremmagasság helyett a GEP-veremmagasságot kell használnia.
Lásd még
- Kémény
- Füstgáz
- Füstgáz kéntelenítése
- Fosszilis tüzelőanyagok égetéséből származó füstgázkibocsátás
- Égetés
- Verem hatás