Трубы заводские дымовые*

— Если в былое время одною из первых величин, определяющих размеры достатка и государственных или общественных сборов служил "дым" (см.), то в наше время, а именно в XIX в., число заводских дымовых Т. может служить наглядным указателем развития фабрично-заводской промышленности, которою прежде всего определяется богатство местных жителей и всего края, так как фабрики и заводы, потребляя много топлива, ныне неизбежно должны снабжаться высокими дымоотводами, а в то же время, для выгодности своего существования, должны давать большие заработки жителям и производить массу товаров, дающих начало как для развития всех видов торговли, так и для сбора большей части государственных доходов, ложащихся ныне преимущественно или на фабрично-заводские продукты, обложенные акцизами (напр., спирт и т. п. напитки, сахар, табак, спички, нефтяные товары), или на заграничный ввоз (таможенные сборы даже в Англии, стране фритредерской, составляют, напр., на 1899 г. 21 млн. фн. стерл. на 108 мил д. всех государственных доходов, т. е. около 20 %), или на торгово-промышленные обороты (в виде прямых налогов, гербовых и нотариальных сборов и т. п.), связанные с развитием фабрично-заводских дел. А одну из видимых, бросающихся в глаза, отличительных особенностей почти всяких современных фабрик и заводов составляют высокие заводские дымовые Т., назначаемые как для того, чтобы заставлять воздух в должном количестве и правильно входить в топки, особенно под паровики и в другие заводские приборы (напр., в камеры для производства серной кислоты, в помещения, где производят высушивание, и т. п.), так и для того, чтобы отводить в верхние слои воздуха продукты горения и др. пары и газы, образующиеся на фабриках и заводах, наконец и для того, чтобы заставлять эти пары и газы проникать через пространства (напр., через "коксовые башни", поглотительные баллоны и т. п.), служащие для их поглощения водою или иными поглощающими средствами. Таким образом, дымовые заводские Т., служа целям промышленного развития и до некоторой степени его видимым указателем, будучи вовсе неизвестными древности и всему первобытному строю жизни (даже сельскохозяйственному ремесленному) и мало распространенными даже еще в XVIII в., составляют широко распространенное явление новейшего периода культуры и оттого заслуживают внимания, которое усиливается как тем, что всякая заводская дымовая Т., представляя сооружение высотою от 10 до 30 м (5 — 15 саж.), выражает крупную затрату капитала, иногда достигающую (особенно при необходимости прочного укрепления почвы и при значительной высоте сооружения) нескольких десятков тысяч рублей, так и тем, что законодательства всех образованных стран предписывают для них определенные указания ради архитектурной безопасности высокого сооружения и ради санитарных условий соседних жителей. Поэтому немудрено, что литература предмета весьма обширна, и что она, по относительной своей новизне, подвергается доныне разностороннему обсуждению, начиная с попыток устранения всего дорогого устройства заводских дымовых Т. Из двух целей, для которых назначены дымовые заводские Т., одна — технически-экономическая (управление тягой печей и экономия топлива), а другая — санитарно-общественная. Сущность дела состоит здесь в соединении двух указанных целей. Управлять тягою печей можно было бы, помимо заводских дымовых Т., при помощи вдувания воздуха вентиляторами или нагнетательными насосами (как в доменном производстве, см.), и при большом скоплении топок экономические расчеты указывают выгодность, даже тогда, когда в дыме теряется от 10 до 15 % тепла, развиваемого топливом (см. Топки), хотя представляются трудности в использовании тепла дыма до крайних пределов его охлаждения. Но дым топок, даже сожигающих дрова, а тем паче каменного угля, не только сам по себе, не содержа (или мало содержа) кислорода и заключая много углекислого газа, не пригоден для непосредственного распространения среди населенных мест, но и содержит в себе всегда в большей или меньшей доле (при современном положении вещей) столь ядовитые составные части, как окись углерода и ацетилен, которые даже в очень малых и случайных пропорциях вредны и даже прямо ядовиты. Сверх того, вместе с дымом выходит много водяных паров, а иногда и искры, как известно всем по примеру паровозов. Эти причины заставляют, помимо технических требований, касающихся тяги воздуха в печах, требовать от заводских Т. такой высоты, чтобы они превосходили высоту жилых помещений или соседних домов, а потому 10 — 30 м высоты составляет неизбежный размер заводских дымовых труб. Выйдя еще нагретым из верхнего отверстия Т., дым еще выше поднимается в воздухе и если под влиянием ветра или нисходящих токов воздуха (напр., около гор и др. возвышений) движется горизонтально или даже падает, то, проходя высокий слой воздуха, с ним настолько перемешивается, что становится уже допустимою подмесью воздуха. Притом, некоторые составные части дыма в воздухе, отчасти под влиянием его окислителей (озон, перекись водорода), окисляются, если не вполне, то хотя отчасти; например, несомненно, что сернистый газ дыма в воздухе переходит в серную кислоту, и если это совершается с вреднейшими органическими (углеродистыми) составными (недогоревшими) частями дыма, то они обезвреживаются. Таким образом, высота заводских Т. определяется не одними условиями тяги, но и гигиенически-общественными, а потому многочисленные проекты общей замены заводских дымовых Т. вдуванием воздуха в очаги тогда только могут обращать на себя какое-либо серьезное внимание, когда они сопровождаются условиями для обеспечения от вредного влияния дыма. В этом отношении внимания заслуживает лишь патент (1893) Р. Грегера (из Наградовице), предложившего собирать дым, получаемый из печей, питаемых воздухом, вдуваемым вентилятором, в резервуары, подобные газовым газгольдерам (см.) и запираемые водою, а затем, по выделении из дыма воды (от охлаждения дыма) и многих подмесей, проводить (опять как газгольдеры) оставшийся дым по подземным трубам в такое место, где его можно безопасно выпускать, освободив, если надобно, предварительно соответственными способами от вредных (ядовитых) подмесей. Должно полагать, что со временем, при вздорожании топлива (когда надо будет особо сильно заботиться о пользовании всем его теплом), в тех местах, где скопилось много фабрично-заводских топок (около городов или в них самих), будет применяться подобный этому способ избегнуть неудобств больших заводских труб, но, сколько мне известно, доныне нигде указанный прием (и ему подобные) не был применен в большом виде, так как он потребует еще более увеличить капитал для обзаводства, затратить много места на поверхности земли и вести сложный надзор за действием разных частей указанного приспособления. Итак, уже ради гигиенических целей, ныне выгодно и необходимо возведение высоких заводских Т.

Круглая заводская труба.

Главный же для того повод дает необходимость получения тяги печей, так как горение топлива требует введения в очаг огромного количества воздуха (см. расчет воздуха в ст. Топки). В прилагаемой таблице (соответствующей той, которая дана в ст. Топки) указано: 1) весовое (в кг) количество воздуха, теоретически потребное для полного сожигания 1 кг топлива, считая, что в 1 кг воздуха содержится 230 г кислорода, 2) практически вводимое (конечно, приближенно) количество воздуха по весу (количество по объему найдется, считая, что 1 куб. метр воздуха весит 1,2 кг; см. Топки) и принимая, что при обычных видах топки для полноты горения необходимо вводить полуторное (по крайней мере, напр., при топке паровых котлов, обыкновенно же более) количество воздуха, хотя при нефтяном и газовом топливе (а также пылевидном) количество воздуха может лишь на 10 % превосходить теоретическую в нем потребность и 3) число килограммовых единиц тепла, развиваемых топливом (при полном горении), за вычетом 7 — 8 % на потерю через лучеиспускание и 13 — 12 % на потерю в дыме (темп. дыма около 250°), а всего за вычетом 20 % развиваемого тепла (считая воду топлива в парах):

Сгорает 1 килограмм топлива Число кг воздуха, теоретически необходимое для полного сожигания Практическое количество кг требуемого воздуха Практически может передаваться в печи единиц тепла. Дрова (20 % влаги) 5,0 7,5 2720 Торф (с 10 % вл., брикеты) 6,6 9,9 3540 Бурый уголь (8 % влаги) 7,1 10,6 4010 Сухой кам. уголь 9,7 14,5 5360 Газовый " 10,7 16,0 6000 Коксовый " 11,1 16,6 6200 Антрацит 11,8 17,7 6000 Древесный уголь (10 % вл.) 9,9 14,8 5480 Кокс (2 % влаги) 10,2 15,3 5700 Нефтяные остатки 14,1 15,5 7900 Природный горюч. газ 15,0 16,5 9090 Водяной газ 4,3 4,7 3050 Паровоздушный газ 1,1 1,2 820 Воздушный (генераторный) газ 1,0 1,1 750

Нельзя при взгляде на указанные числа не заметить, что полезное количество тепла, развиваемое топливом (последний столбец), почти точно возрастает вместе с количеством воздуха, необходимого для сожигания топлива, а именно на каждый килограмм воздуха, пошедшего для горения (числа первого столбца), развивается при твердом и жидком топливе около 550 единиц тепла, а при газообразных видах топлива — от 600 до 700 единиц тепла [Когда горит твердое тело, оно, превращаясь в газы дыма, поглощает теплоту, а потому и дает сравнительно менее тепла, чем горючий газ, расходующий то же количество воздуха.]. Уже это одно, а также то, что в обычных условиях вес воздуха (и даже одного его кислорода), поступающего для горения, превосходит вес топлива, показывает не только громадное значение тяги воздуха в топках, но и то, что теплота, развивающаяся при горении, не менее определяется воздухом, чем топливом. А потому дымовые Т. должны быть рассматриваемы как источники или поставщики горючего, и хотя воздух сам по себе не стоит денег, но его приток к очагу горения, определяемый тягою Т., достоин такого же полного внимания, как и снабжение горючими материалами. Тяга воздуха в Т., расходуя от 10 до 20 % (и более, если температура дыма выше 250°) топлива, очевидно, и стоит не менее, чем истопники и подвозчики топлива из склада к очагу, а потому устройство заводских дымовых Т. должно быть обставлено с полною рациональностью. Пусть дана какая-либо часть фабрично-заводского дела, требующая сожигания в час такого количества твердого топлива [Зная потребное количество тепла и известную цену топлива, можно определить степень выгодности и количество видов топлива, руководясь таблицею, приведенною выше. Скажем, например, что в час следует испарить при температуре кипения 10 тонн (около 610 пуд. или 10000 кг) воды из какого-либо раствора, и что на килограмм испаряемой воды расходуется 670 ед. тепла. Очевидно, что надо израсходовать для этого 6,7 млн. ед. тепла, что может быть достигнуто при сожигании в час или 2463 кг дров, или 1250 кг сухого каменного угля, или 1117 кг антрацита и т. д., но во всех этих случаях придется в час ввести в топку около 18300 кг воздуха или, примерно (вес куб. метра 1,2 кг), около 15000 куб. метров воздуха. Если его скорость = 3 метрам в секунду (скорость около 10 верст в час), то сечению, пропускающему воздух, должно дать размер 1,4 кв. метра.], чтобы оно передавало в печи 1 млн. ед. тепла в час. Отсюда (по таблице) найдем, сколько надо для этого сжечь топлива данного сорта, а также найдем, что для горения его надо ввести воздуха в час около 1820 кг или (при весе 1,2 кг для куб. метра воздуха) около 1500 куб. м. Эту работу должны произвести дымовые Т. Хотя теоретическая и практическая стороны устройства дымовых заводских Т. изложены ранее (см. соотв. статью), но по большой практической важности предмета, (достаточно сказать, что во всем мире сожигается ныне на заводах, фабриках, железных дорогах и на пароходах более 500 млн. тонн топлива, ценностью, по крайней мере, на 2 l/2 миллиарда руб.), считаю не излишним сделать несколько добавлений, разъясняющих некоторые стороны дела. Известно, что дымовые Т. действуют как перевернутый сифон, отливающий жидкость на основании ее весомости, или как насос — на основании разности давлений. Действительно, в дымовых Т., как в сифоне, движение газов зависит от разностей веса или плотности холодного и нагретого воздуха, или на основании разности давлений, как в насосе. В примере это видно с ясностью. Представим трубу с поперечным сечением в 1 кв. м и высотою только в 10 м, наполненную нагретым дымом, содержащим пар и газообразные продукты горения. Допустим, что они имеют такой состав, что при 0° и 760 мм давления куб. метр их весит 1,4 кг (в действительности — менее), и представим, что этот газ нагрет до 200° С. Тогда вес газа, наполняющего Т., будет = (10.1,4)/(1 + α200), где α = 0,00367 (коэффициент расширения газов). Тогда вес дыма в Т. будет = 8,0 кг, а вес наружного атмосферного воздуха при том же объеме (10 куб. метров) будет зимой около 14 кг, а летом около 12 кг, т. е. больше и, следовательно, если Т. открыта сверху и снизу, наружный воздух будет входить снизу и вытеснит воздух Т., т. е. этот последний, как легчайший, будет подниматься, и если входящий воздух, пройдя через топку, опять будет нагрет, то движение установится, как в обращенном сифоне. С другой стороны, так как столб воздуха в 1 кв. метр сечения Т. облегчен на 6 — 4 кг против свободного внешнего воздуха, то давление первого на каждый квад. метр на 6 — 4 кг меньше, чем наружного (эта разность давлений равна давлению столба воды в 6 — 4 мм высотою) и, следовательно, здесь будет, как в насосе, уменьшение давления, и оттого Т. действует как насос, и около ее основания внутреннее давление менее, чем наружное или атмосферное. В указанных соображениях должно видеть основные начала, служащие для расчета тяги Т., если принять в соображение не только сведения о свойствах газов, особенно об их движении, но и данные как о сопротивлениях встречающихся для тока газов, идущих в Т., так и о свойствах применяемого топлива. Заметим далее, что сопротивления, встречаемые движущимися через Т. газами, можно подвести, вместе с Шинцем, Феррини и др., к четырем видам: 1) сопротивление слоя топлива, лежащего на колосниках в топке и вообще начальное сопротивление во входных отверстиях, приводящих воздух; 2) сопротивление всяких сужений или уменьшений поперечных сечений, по которым идет воздух и дым; 3) сопротивление от трения дыма и газов о стенки дымовых ходов и самой Т. и 4) сопротивление от перемены направлений или от изгибов, в дымоходах неизбежных, ради удобства пользования теплом, развиваемым топливом. В практическом отношении должно при этом обратить внимание на то, что все исчисленные виды сопротивлений возрастают пропорционально квадрату скорости движения дыма в Т, и дымоходах, а потому необходимо стремиться к тому, чтобы скорость эта нигде — без нужды — не увеличивалась, т. е. нигде бы не было напрасных суживаний, ведущих к местному увеличению скоростей. На основании опыта принято, чтобы в самом малом сечения дымоходы представляли не меньшее, как от 1/4 (для каменноугольного топдива) до 1/6 (для торфа и т. п. видов топлива) сравнительно со всею поверхностью колосников топок. Вообще же наименьшее сечение дымохода должно возрастать пропорционально количеству сожигаемого топлива и обратно пропорционально квадратному корню из высоты всей Т.; для исхода же расчета, по Дарсе, принимают, что при высоте Т. в 10 м, сожигая в час 3 кг каменного угля, необходимо, для правильности тяги в дымоходах, иметь не менее 1 кв. дециметра отверстия. Для других видов топлива расчет ведется, принимая во внимание объем продуктов горения, который находится по объему воздуха потребного для горения (см. Горючие материалы). Скорость истечения дыма из верхнего отверстия Т. обыкновенно рассчитывается в 2 — 2 1/2 м в секунду, но нередко достигает лишь 1 — 1 1/2 м в секунду, хотя бывает и гораздо более 2 м. Очевидно, что произведение из скорости движения дыма на площадь сечения Т. равняется объему вытекающего дыма, а он прямо зависит от объема притекающего воздуха, который рассчитывается по количеству топлива, сожигаемого в единицу времени, и по потребности в смене воздуха в разных заводских приборах (напр., сушильнях). Потребность эта определяется размерами заводского производства. Что же касается до высоты заводских дымовых Т., то она явно связана с сечением Т. и, следовательно, со скоростью тока дыма, ибо последняя равняется √[ (H — h — w)2g ], где h есть реальная высота Т. (т. е. разность высоты колосников, проводящих воздух, и верхнего отверстия Т.); w — сумма вышеисчисленных сопротивлений, встречаемых дымом, выраженная высотою столба воздуха, его уравновешивающего; g — напряжение тяжести и H — высота столба воздуха, имеющего температуру и состав газов Т. и способного уравновесить столб внешнего воздуха, имеющего высоту Т. Если бы не было сопротивлений, то для достижения желаемой скорости выхождения дыма высоту Т. следовало бы увеличивать пропорционально корню квадратному из разности H — h, а так как H почти равно h(1 + 0,00367t), где t есть температура газов Т., то возвышение Т. h следовало бы увеличивать пропорционально квадрату скорости тяги и в зависимости от температуры дыма, т. е. увеличивать высоту Т. весьма значительно, но так как вместе с этим возрастают сопротивления и уменьшается температура дыма в Т. (от охлаждения у стенок), то практически приходится ограничивать высоту Т. и достигать проникновения в Т. желаемого количества воздуха через увеличение дымовых отверстий, что вместе с тем и облегчает (удешевляет) возведение Т. Обыкновенно диаметр (лучше всего круглого) отверстия Т. изменяют в зависимости от количества топлива, сожигаемого в печи за определенное время, высоту же Т. соображают чаще всего с тем, чтобы вершина ее была свободна и выше соседних зданий, но во всяком случае редко заводские Т. делают ниже 20—30 метров, так как при меньшей высоте пришлось бы во многих случаях сильно увеличивать сечения и иметь малую скорость горения, недостаточную для многих целей. Обыкновенно при поверхности колосников менее 15 кв. метров высоту Т. делают не менее как в 20 и не более как в 35 раз превосходящею диаметр верхнего отверстия Т. Для каменноугольного топлива принимают практически, что диаметр этого отверстия (в метрах) равен квадратному корню из числа килограммов каменного угля, сгорающего в час, деленному на 17, имея в виду, конечно, наибольшую часовую потребность в топливе, так как при меньшем количестве сгорающего топлива задвижки и клапаны позволяют в желаемой мере уменьшать пролет. В практическом отношении особенно важно обратить внимание на глубину и полную прочность фундамента и на чистоту и правильную форму и кладку кирпичей (для круглых Т. берется фасонный кирпич надлежащей формы), так как внутри Т. давление менее, чем в воздухе, и через всякую малейшую щель затягивается наружный воздух, охлаждающей дым, а потому уменьшающий тягу. Ради же уменьшения трения внутренняя поверхность Т. должна быть тщательно сравнена надлежащею смазкою. А так как внутри Т. температура высока, а снаружи в зимние холода очень низка, то легко могут образоваться трещины, за исправлением которых должно следить. Ради указанных обстоятельств иногда строят дымовые заводские Т. с двойными стенками с замкнутым между ними слоем воздуха. Не вдаваясь, затем, по ограниченности места, во множество практических и теоретических подробностей, относящихся до фабрично-заводских Т., приведем рисунок (см. рис. Круглая заводская труба) круглой Т. высотою в 25 метров с отверстием в 1,1 метра, а затем укажем литературу предмета: Peclet, "Traite de la chaleur" (1861); F. Grashof, "Teoretische Maschinenlehre" (1875); Forrun, "Technologie d. W ärme" (1878): Pietzch, "Der Fabrikschornstein" (1896); G. Lang, "Der Schornsteinb au" (1896); Алымов, "Тяга печей" ("Морской Сборник", 1864).

Д. Менделеев.