Naturzug und Schornstein

Der Zug ist der Druckunterschied, der eine Luft- oder Gasströmung von einem Punkt zu einem anderen Punkt im Kesselsystem verursacht. Der Zug ist im Kesselsystem aus zwei Hauptgründen erforderlich.

1. Um genügend Luft für die Verbrennung bereitzustellen.

2. Um die Rauchgase nach der Verbrennung und dem Wärmeaustausch aus dem System zu entfernen.

Es gibt zwei Arten von Zug, die auf das Kesselsystem angewendet werden.

1. Der natürliche Zug

2. Der erzwungene Zug

In diesem Artikel werden wir den natürlichen Zug besprechen. Der natürliche Zug wird immer bevorzugt, da er keine laufenden Kosten verursacht, obwohl die Anfangskosten hoch sind. Der natürliche Zug ermöglicht die natürliche Zirkulation von Luft durch das Kesselsystem. Der natürliche Zug hängt hauptsächlich von der Höhe des Schornsteins ab.

Wir versuchen, die erforderliche Höhe des Schornsteins für einen notwendigen natürlichen Zug in einem Kesselsystem zu berechnen. Dafür müssen wir zwei grundlegende Gleichungen des gasförmigen Drucks durchgehen. Die Gleichungen sind

Dabei ist „P“ der Druck der Luft oder des Gases, „ρ“ die Dichte der Luft oder des Gases, „g“ die Gravitationskonstante und „h“ die Höhe des Kopfes.

Hierbei ist „V“ das Volumen der Luft oder des Gases, „m“ die Masse des Gases oder der Luft, „T“ die Temperatur in Kelvin-Skala und „R“ die Gaskonstante.
Gleichung (2) kann umgeschrieben werden als

Während des Verbrennungsprozesses im Ofen reagiert hauptsächlich Kohlenstoff mit Sauerstoff (O2) der Luft und bildet Kohlendioxid (CO2). Das Volumen des festen Kohlenstoffs im Vergleich zur benötigten Luft für die Reaktion ist vernachlässigbar. Aus diesem Grund können wir annehmen, dass das für die Verbrennung benötigte Luftvolumen genau dem Volumen der nach der Verbrennung entstandenen Rauchgase entspricht, wenn wir annehmen, dass die Temperaturen vor und nach der Verbrennung gleich sind. Aber das ist nicht der tatsächliche Fall. Die Luft, die in die Verbrennungskammer eingeht, gewinnt nach der Verbrennung durch die Verbrennungstemperatur ein zusätzliches Volumen. Das gewonnene Volumen der Luft entspricht dem Volumen der nach der Verbrennung entstandenen Rauchgase.

Nehmen wir an, ρo ist die Dichte der Luft bei 0oC oder 273 K, und sagen wir es ist To
Hier ist P der Druck der Luft bei 0oC oder 273 K, also bei To K.
Wenn wir den Druck P konstant halten, kann die Beziehung zwischen Dichte und Temperatur der Luft oder Gase wie folgt geschrieben werden,

Dabei ist ρa und ρg die Dichte der Luft bei den Temperaturen Ta und Tg K.

Aus Gleichung (1) und (5) können wir den Druck am Punkt „a“ außerhalb des Schornsteins wie folgt schreiben:

Das Volumen der Luft bei der Temperatur Tg wäre

Nehmen wir an, m kg Luft sind erforderlich, um 1 kg Kohlenstoff zu verbrennen, dann wäre die Dichte der Rauchgase

Der Druck der Rauchgase innerhalb des Schornsteins aus Gleichung (1) und (8) wäre

Der Druckunterschied zwischen außen und innen des Schornsteins aus Gleichung (6) und (9) wäre

Hierbei ist „h“ die minimale Höhe des Schornsteins, die für den Zug ΔP errichtet werden muss. Die Rauchgase fließen aufgrund dieses Druckunterschieds nach oben durch den Schornstein. Durch die Berechnung dieses Druckunterschieds kann man leicht die ungefähre Höhe des zu errichtenden Schornsteins berechnen. Der Druckunterschied kann als Formel dargestellt werden, um die Höhe des Schornsteins für einen natürlichen Zug zu berechnen.

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