Бал у нас ассоциируется только с праздником. На самом деле он обладал сложной структурой — танцев, разговоров, обычаев.

Бал противопоставлялся повседневной жизни, службе и, с другой стороны, военному параду. А самом балу противопоставлялись иные способы провести время — например, попойки и маскарады. Обо всём этом — в книге известного культуролога.
Редактировать текст известной монографии нам, конечно, было не с руки. Но подзаголовки (из лотмановского же текста) для удобства чтения с экрана мы себе сделать позволили. И замечания редактора добавили.

Часть вторая

У нас теперь не то в предмете:

Мы лучше поспешим на бал,

Куда стремглав в ямской карете

Уж мой Онегин поскакал.

Перед померкшими домами

Вдоль сонной улицы рядами

Двойные фонари карет

Веселый изливают свет…

Вот наш герой подъехал к сеням;

Швейцара мимо он стрелой

Взлетел по мраморным ступеням,

Расправил волоса рукой,

Вошел. Полна народу зала;

Музыка уж греметь устала;

Толпа мазуркой занята;

Кругом и шум и теснота;

Бренчат кавалергарда шпоры*;

Летают ножки милых дам;

По их пленительным следам

Летают пламенные взоры.

И ревом скрыпок заглушен

Ревнивый шопот модных жен.

(«Евгений Онегин», глава 1, XXVII-XXVIII)

Примеч. Пушкина: «Неточность. - На балах кавалергардские офицеры являются так же, как и прочие гости, в виц мундире, в башмаках. Замечание основательное, но в шпорах есть нечто поэтическое. Ссылаюсь на мнение А. И.В.» (VI, 528).

Танцы были важным структурным элементом дворянского быта. Их роль существенно отличалась как от функции танцев в народном быту того времени, так и от современной.

В жизни русского столичного дворянина XVIII - начала XIX века время разделялось на две половины: пребывание дома было посвящено семейным и хозяйственным заботам, здесь дворянин выступал как частное лицо; другую половину занимала служба - военная или статская, в которой дворянин выступал как верноподданный, служа государю и государству, как представитель дворянства перед лицом других сословий.

Противопоставление этих двух форм поведения снималось в венчающем день «собрании» - на балу или званом вечере. Здесь реализовывалась общественная жизнь дворянина: он не был ни частное лицо в частном быту, ни служивый человек на государственной службе он был дворянин в дворянском собрании, человек своего сословия среди своих.

Таким образом, бал оказывался, с одной стороны, сферой, противоположной службе - областью непринужденного общения, светского отдыха, местом, где границы служебной иерархии ослаблялись.

Присутствие дам, танцы, нормы светского общения вводили внеслужебные ценностные критерии, и юный поручик, ловко танцующий и умеющий смешить дам, мог почувствовать себя выше стареющего, побывавшего в сражениях полковника.

(Примечание редактора: Вот, ничегошеньки не изменилось в танцах с тех пор).

С другой стороны, бал был областью общественного представительства, формой социальной организации, одной из немногих форм дозволенного в России той поры коллективного быта. В этом смысле светская жизнь получала ценность общественного дела.

Характерен ответ Екатерины II на вопрос Фонвизина: «Отчего у нас не стыдно не делать ничего?» - «…в обществе жить не есть не делать ничего».

Ассамблея. Автор мероприятию сильно польстил. И интерьеры поначалу были попроще, и дамы с кавалерами, вынутые из кафтанов да сарафанов в мундиры (ладно, немецкий кафтан — это почти мундир) и корсеты с декольте (а вот это — ужас) вели себя поскованнее. Петровские документы по бальному этикету весьма доходчиво писаны — просто удовольствие читать.

Со времени петровских ассамблей остро встал вопрос и об организационных формах светской жизни.

Формы отдыха, общения молодежи, календарного ритуала, бывшие в основном общими и для народной, и для боярско-дворянской среды, должны были уступить место специфически дворянской структуре быта.

Внутренняя организация бала делалась задачей исключительной культурной важности, так как была призвана дать формы общению «кавалеров» и «дам», определить тип социального поведения внутри дворянской культуры. Это повлекло за собой ритуализацию бала, создание строгой последовательности частей, выделение устойчивых и обязательных элементов.

Возникала грамматика бала, а сам он складывался в некоторое целостное театрализованное представление, в котором каждому элементу (от входа в залу до разъезда) соответствовали типовые эмоции, фиксированные значения, стили поведения.

Однако строгий ритуал, приближавший бал к параду, делал тем более значимыми возможные отступления, «бальные вольности», которые композиционно возрастали к его финалу, строя бал как борение «порядка» и «свободы».

Основным элементом бала как общественно-эстетического действа были танцы.

Они служили организующим стержнем вечера, задавали тип и стиль беседы. «Мазурочная болтовня» требовала поверхностных, неглубоких тем, но также занимательности и остроты разговора, способности к быстрому эпиграмматическому ответу.

Бальный разговор был далек от той игры интеллектуальных сил, «увлекательного разговора высшей образованности» (Пушкин, VIII (1), 151), который культивировался в литературных салонах Парижа в XVIII столетии и на отсутствие которого в России жаловался Пушкин. Тем не менее он имел свою прелесть - оживленность, свободу и непринужденность беседы между мужчиной и женщиной, которые оказывались одновременно и в центре шумного празднества, и в невозможной в других обстоятельствах близости («Верней нет места для признаний…» - 1, XXIX).

Обучение танцам начиналось рано - с пяти-шести лет.

Так, например, Пушкин начал учиться танцам уже в 1808 году. До лета 1811 года он с сестрой посещал танцевальные вечера у Трубецких, Бутурлиных и Сушковых, а по четвергам - детские балы у московского танцмейстера Йогеля.

Балы у Йогеля описаны в воспоминаниях балетмейстера А. П. Глушковского. Раннее обучение танцам было мучительным и напоминало жесткую тренировку спортсмена или обучение рекрута усердным фельдфебелем.

Составитель «Правил», изданных в 1825 году, Л. Петровский, сам опытный танцмейстер, так описывает некоторые приемы первоначального обучения, осуждая при этом не саму методу, а лишь ее слишком жесткое применение:

«Учитель должен обращать внимание на то, чтобы учащиеся от сильного напряжения не потерпели в здоровье. Некто рассказывал мне, что учитель его почитал непременным правилом, чтобы ученик, несмотря на природную неспособность, держал ноги вбок, подобно ему, в параллельной линии.

Как ученик имел 22 года, рост довольно порядочный и ноги немалые, притом неисправные; то учитель, не могши сам ничего сделать, почел за долг употребить четырех человек, из коих два выворачивали ноги, а два держали колена. Сколько сей ни кричал, те лишь смеялись и о боли слышать не хотели - пока наконец не треснуло в ноге, и тогда мучители оставили его.

Я почел за долг рассказать сей случай для предостережения других. Неизвестно, кто выдумал станки для ног; и станки на винтах для ног, колен и спины: изобретение очень хорошее! Однако и оно может сделаться небезвредным от лишнего напряжения».

Длительная тренировка придавала молодому человеку не только ловкость во время танцев, но и уверенность в движениях, свободу и непринужденность в постановке фигуры, что определенным образом. влияло и на психический строй человека: в условном мире светского общения он чувствовал себя уверенно и свободно, как опытный актер на сцене. Изящество, сказывающееся в точности движений, являлось признаком хорошего воспитания.

Л. Н. Толстой, описывая в романе «Декабристы» (Примечание редактора: неоконченный роман Толстого, над которым он работал в 1860-1861 годах и от которого перешёл к написанию романа «Война и мир») вернувшуюся из Сибири жену декабриста, подчеркивает, что, несмотря на долгие годы, проведенные ею в тяжелейших условиях добровольного изгнания,

«нельзя было себе представить ее иначе, как окруженную почтением и всеми удобствами жизни. Чтоб она когда-нибудь была голодна и ела бы жадно, или чтобы на ней было грязное белье, или чтобы она спотыкнулась, или забыла бы высморкаться - этого не могло с ней случиться. Это было физически невозможно.

Отчего это так было - не знаю, но всякое ее движение было величавость, грация, милость для всех тех, которые могли пользоваться ее видом…».

Характерно, что способность споткнуться здесь связывается не с внешними условиями, а с характером и воспитанием человека. Душевное и физическое изящество связаны и исключают возможность неточных или некрасивых движений и жестов.

Аристократической простоте движений людей «хорошего общества» и в жизни, и в литературе противостоит скованность или излишняя развязность (результат борьбы с собственной застенчивостью) жестов разночинца. Яркий пример этого сохранили мемуары Герцена.

По воспоминаниям Герцена, «Белинский был очень застенчив и вообще терялся в незнакомом обществе».

Герцен описывает характерный случай на одном из литературных вечеров у кн. В. Ф. Одоевского: «Белинский был совершенно потерян на этих вечерах между каким-нибудь саксонским посланником, не понимающим ни слова по-русски и каким-нибудь чиновником III отделения, понимавшим даже те слова, которые умалчивались. Он обыкновенно занемогал потом на два, на три дня и проклинал того, кто уговорил его ехать.

Раз в субботу, накануне Нового года, хозяин вздумал варить жженку en petit comite, когда главные гости разъехались. Белинский непременно бы ушел, но баррикада мебели мешала ему, он как-то забился в угол, и перед ним поставили небольшой столик с вином и стаканами. Жуковский, в белых форменных штанах с золотым позументом, сел наискось против него.

Долго терпел Белинский, но, не видя улучшения своей судьбы, он стал несколько подвигать стол; стол сначала уступал, потом покачнулся и грохнул наземь, бутылка бордо пресерьезно начала поливать Жуковского. Он вскочил, красное вино струилось по его панталонам; сделался гвалт, слуга бросился с салфеткой домарать вином остальную часть панталон, другой подбирал разбитые рюмки… Во время этой суматохи Белинский исчез и, близкий к кончине, пешком прибежал домой».

Бал в начале XIX века начинался польским (полонезом), который в торжественной функции первого танца сменил менуэт.

Менуэт отошел в прошлое вместе с королевской Францией. «Со времени перемен, последовавших у европейцев как в одежде, так и в образе мыслей, явились новости и в танцах; и тогда польской, который имеет более свободы и танцуется неопределенным числом пар, а потому освобождает от излишней и строгой выдержки, свойственной менуэту, занял место первоначального танца».

С полонезом можно, вероятно, связать не включенную в окончательный текст «Евгения Онегина» строфу восьмой главы, вводящую в сцену петербургского бала великую княгиню Александру Федоровну (будущую императрицу); ее Пушкин именует Лаллой-Рук по маскарадному костюму героини поэмы Т. Мура, который она надела во время маскарада в Берлине. После стихотворения Жуковского «Лалла-Рук» имя это стало поэтическим прозванием Александры Федоровны:

И в зале яркой и богатой

Когда в умолкший, тесный круг,

Подобна лилии крылатой,

Колеблясь входит Лалла-Рук

И над поникшею толпою

Сияет царственной главою,

И тихо вьется и скользит

Звезда-Харита меж Харит,

И взор смешенных поколений

Стремится, ревностью горя,

То на нее, то на царя, -

Для них без глаз один Евгении.

Одной Татьяной поражен,

Одну Татьяну видит он.

(Пушкин, VI, 637).

Бал не фигурирует у Пушкина как официально-парадное торжество, и поэтому полонез не упомянут. В «Войне и мире» Толстой, описывая первый бал Наташи, противопоставит полонез, который открывает «государь, улыбаясь и не в такт ведя за руку хозяйку дома» («за ним шли хозяин с М. А. Нарышкиной*, потом министры, разные генералы»), второму танцу - вальсу, который становится моментом торжества Наташи.

Л. Петровский считает, что «излишне было бы описывать, каким образом М. А. Нарышкина - любовница, а не жена императора, поэтому не может открывать бал в первой паре, у Пушкина же «Лалла-Рук» идет в первой паре с Александром I.

Второй бальный танец - вальс.

Пушкин характеризовал его так:

Однообразный и безумный,

Как вихорь жизни молодой,

Кружится вальса вихорь шумный;

Чета мелькает за четой.

Эпитеты «однообразный и безумный» имеют не только эмоциональный смысл.

«Однообразный» - поскольку, в отличие от мазурки, в которой в ту пору огромную роль играли сольные танцы и изобретение новых фигур, и уж тем более от танца-игры котильона, вальс состоял из одних и тех же постоянно повторяющихся движений. Ощущение однообразия усиливалось также тем, что «в это время вальс танцевали в два, а не в три па, как сейчас».

Определение вальса как «безумного» имеет другой смысл: вальс, несмотря на всеобщее распространение, ибо нет почти ни одного человека, который бы сам не танцевал его или не видел, как танцуется»), вальс пользовался в 1820-е годы репутацией непристойного или, по крайней мере, излишне вольного танца.

«Танец сей, в котором, как известно, поворачиваются и сближаются особы обоего пола, требует надлежащей осторожности чтобы танцевали не слишком близко друг к другу, что оскорбляло бы приличие».

(Примечание редактора : Во-во, мы про сон это слышали).

Еще определеннее писала Жанлис в «Критическом и систематическом словаре придворного этикета»: «Молодая особа, легко одетая, бросается в руки молодого человека, который ее прижимает к своей груди, который ее увлекает с такой стремительностью, что сердце ее невольно начинает стучать, а голова идет кругом! Вот что такое этот вальс!..Современная молодежь настолько естественна, что, ставя ни во что утонченность, она с прославляемыми простотой и страстностью танцует вальсы».

Не только скучная моралистка Жанлис, но и пламенный Вертер Гёте считал вальс танцем настолько интимным, что клялся, что не позволит своей будущей жене танцевать его ни с кем, кроме себя.

Вальс создавал для нежных объяснений особенно удобную обстановку: близость танцующих способствовала интимности, а соприкосновение рук позволяло передавать записки. Вальс танцевали долго, его можно было прерывать, присаживаться и потом снова включаться в очередной тур. Таким образом, танец создавал идеальные условия для нежных объяснений:

Во дни веселий и желаний

Я был от балов без ума:

Верней нет места для признаний

И для вручения письма.

О вы, почтенные супруги!

Вам предложу свои услуги;

Прошу мою заметить речь:

Я вас хочу предостеречь.

Вы также, маменьки, построже

За дочерьми смотрите вслед:

Держите прямо свой лорнет!

Однако слова Жанлис интересны еще и в другом отношении: вальс противопоставляется классическим танцам как романтический; страстный, безумный, опасный и близкий к природе, он противостоит этикетным танцам старого времени.

«Простонародность» вальса ощущалась остро: «Wiener Walz, состоящий из двух шагов, которые заключаются в том, чтобы ступать на правой, да на левой ноге и притом так скоро, как шальной, танцевали; после чего предоставляю суждению читателя, соответствует ли он благородному собранию или какому другому».

Вальс был допущен на балы Европы как дань новому времени. Это был танец модный и молодежный.

Последовательность танцев во время бала образовывала динамическую композицию. Каждый танец, имеющий свои интонации и темп, задавал определенный стиль не только движений, но и разговора.

Для того, чтобы понять сущность бала, надо иметь в виду, что танцы были в нем лишь организующим стержнем. Цепь танцев организовывала и последовательность настроений. Каждый танец влек за собой приличные для него темы разговоров.

При этом следует иметь в виду, что разговор, беседа составляла не меньшую часть танца, чем движение и музыка. Выражение «мазурочная болтовня» не было пренебрежительным. Непроизвольные шутки, нежные признания и решительные объяснения распределялись по композиции следующих друг за другом танцев.

Интересный пример смены темы разговора в последовательности танцев находим в «Анне Карениной».

«Вронский с Кити прошел несколько туров вальса».

Толстой вводит нас в решительную минуту в жизни Кити, влюбленной во Вронского. Она ожидает с его стороны слов признания, которые должны решить ее судьбу, но для важного разговора необходим соответствующий ему момент в динамике бала. Его возможно вести отнюдь не в любую минуту и не при любом танце.

«Во время кадрили ничего значительного не было сказано, шел прерывистый разговор». «Но Кити и не ожидала большего от кадрили. Она ждала с замиранием сердца мазурки. Ей казалось, что в мазурке все должно решиться».

Мазурка составляла центр бала и знаменовала собой его кульминацию. Мазурка танцевалась с многочисленными причудливыми фигурами и мужским соло, составляющим кульминацию танца. И солист, и распорядитель мазурки должны были проявлять изобретательность и способность импровизировать.

«Шик мазурки состоит в том, что кавалер даму берет себе на грудь, тут же ударяя себя пяткой в centre de gravit (чтобы не сказать задница), летит на другой конец зала и говорит: «Мазуречка, пане», а дама ему: «Мазуречка, пан». Тогда неслись попарно, а не танцевали спокойно, как теперь».

В пределах мазурки существовало несколько резко выраженных стилей. Отличие между столицей и провинцией выражалось в противопоставлении «изысканного» и «бравурного» исполнения мазурки:

Мазурка раздалась. Бывало,

Когда гремел мазурки гром,

В огромной зале все дрожало,

Паркет трещал под каблуком,

Тряслися, дребезжали рамы;

Теперь не то: и мы, как дамы,

Скользим по лаковым доскам.

»Когда появились подковки и высокие подборы у сапогов, делая шаги, немилосердно стали стучать, так, что, когда в одном публичном собрании, не находилось слишком двести молодых людей мужского пола, заиграла музыка мазурку подняли такую стукотню, что и музыку заглушили».

Но существовало и другое противопоставление. Старая «французская» манера исполнения мазурки требовала от кавалера легкости прыжков, так называемых антраша (Онегин, как помнит читатель, «легко мазурку танцевал»).

Антраша, по пояснению одного танцевального справочника, «скачок, в котором нога об ногу ударяется три раза в то время, как тело бывает в воздухе».

Французская, «светская» и «любезная» манера мазурки в 1820-е годы стала сменяться английской, связанной с дендизмом. Последняя требовала от кавалера томных, ленивых движений, подчеркивавших, что ему скучно танцевать и он это делает против воли. Кавалер отказывался от мазурочной болтовни и во время танца угрюмо молчал.

«…И вообще ни один фешенебельный кавалер сейчас не танцует, это не полагается. - Вот как? - удивленно спросил мистер Смит - Нет, клянусь честью, нет! пробормотал мистер Ритсон. - Нет, разве что пройдутся в кадрили или повертятся в вальсе нет, к черту танцы, это очень уж вульгарно!»

В воспоминаниях Смирновой-Россет рассказан эпизод ее первой встречи с Пушкиным: еще институткой она пригласила его на мазурку. (Примечание редактора: ОНА пригласила? Ооо!) Пушкин молча и лениво пару раз прошелся с ней по залу.

То, что Онегин «легко мазурку танцевал», показывает, что его дендизм и модное разочарование были в первой главе «романа в стихах» наполовину поддельными. Ради них он не мог отказаться от удовольствия попрыгать в мазурке.

Декабрист и либерал 1820-х годов усвоили себе «английское» отношение к танцам, доведя его до полного отказа от них. В пушкинском «Романе в письмах» Владимир пишет другу:

«Твои умозрительные и важные рассуждения принадлежат к 1818 году. В то время строгость правил и политическая экономия были в моде. Мы являлись на балы не снимая шпаг (со шпагой нельзя было танцевать, офицер, желающий танцевать, отстегивал шпагу и оставлял ее у швейцара. - Ю. Л.) - нам было неприлично танцевать и некогда заниматься дамами» (VIII (1), 55).

На серьезных дружеских вечерах у Липранди не было танцев. Декабрист Н. И. Тургенев писал брату Сергею 25 марта 1819 года о том удивлении, которое вызвало у него известие, что последний танцевал на балу в Париже (С. И. Тургенев находился во Франции при командующем русским экспедиционным корпусом графе М. С. Воронцове): «Ты, я слышу, танцуешь. Гр[афу] Головину дочь его писала, что с тобою танцевала. И так я с некоторым удивлением узнал, что теперь во Франции еще и танцуют! Une ecossaise constitutionelle, indpendante, ou une contredanse monarchique ou une dansc contre-monarchique» (конституционный экосез, экосез независимый, монархический контрданс или антимонархический танец - игра слов заключается в перечислении политических партий:конституционалисты, независимые, монархисты-и употреблении приставки «контр» то как танцевального, то как политического термина).

С этими же настроениями связана жалоба княгини Тугоуховской в «Горе от ума»: «Танцовщики ужасно стали редки!» Противоположность между человеком, рассуждающим об Адаме Смите, и человеком, танцующим вальс или мазурку, подчеркивалась ремаркой после программного монолога Чацкого: «Оглядывается, все в вальсе кружатся с величайшим усердием».

Стихи Пушкина:

Буянов, братец мой задорный,

К герою нашему подвел

Татьяну с Ольгою… (5, XLIII, XLIV)

имеют в виду одну из фигур мазурки: к кавалеру (или даме) подводят двух дам (или кавалеров) с предложением выбрать. Выбор себе пары воспринимался как знак интереса, благосклонности или (как истолковал Ленский) влюбленности. Николай I упрекал Смирнову-Россет: «Зачем ты меня не выбираешь?»

В некоторых случаях выбор был сопряжен с угадыванием качеств, загаданных танцорами: «Подошедшие к ним три дамы с вопросами - oubli ou regret* - прервали разговор…» (Пушкин, VDI (1), 244).

Или в «После бала» Л. Толстого: ««.мазурку я танцевал не с нею Когда нас подводили к ней и она не угадывала моего качества, она, подавая руку не мне, пожимала худыми плечами и, в знак сожаления и утешения, улыбалась мне».

Котильон - вид кадрили, один из заключающих бал танцев - танцевался на мотив вальса и представлял собой танец-игру, самый непринужденный, разнообразный и шаловливый танец. «…Там делают и крест, и круг, и сажают даму, с торжеством приводя к ней кавалеров, дабы избрала, с кем захочет танцевать, а в других местах и на колена становятся перед нею; но чтобы отблагодарить себя взаимно, садятся и мужчины, дабы избрать себе дам, какая понравится Затем следуют фигуры с шутками, подавание карт, узелков, сделанных из платков, обманывание или отскакивание в танце одного от другого, перепрыгивание через платок высоко…».

Бал был не единственной возможностью весело и шумно провести ночь.

Альтернативой ему были

:…игры юношей разгульных, Грозы дозоров караульных..

(Пушкин, VI, 621)

холостые попойки в компании молодых гуляк, офицеров-бретеров, прославленных «шалунов» и пьяниц.

Бал, как приличное и вполне светское времяпровождение, противопоставлялся этому разгулу, который, хотя и культивировался в определенных гвардейских кругах, в целом воспринимался как проявление «дурного тона», допустимое для молодого человека лишь в определенных, умеренных пределах.

(Примечание редактора: Да уж, в дозволенных, рассказывайте. Но про «гусарство» и «буйство» там в другой главе).

М. Д. Бутурлин, склонный к вольной и разгульной жизни, вспоминал, что был момент, когда он «не пропускал ни одного бала». Это, пишет он, «весьма радовало мою мать, как доказательство, que j’avais pris le gout de la bonne societe»**. Однако Забвение или сожаление (франц.). что я полюбил бывать в хорошем обществе (франц.). вкус к бесшабашной жизни взял верх:

«Бывали у меня на квартире довольно частые обеды и ужины. Гостями моими были некоторые из наших офицеров и штатские петербургские мои знакомые, преимущественно из иностранцев; тут шло, разумеется, разливное море шампанского и жженки. Но главная ошибка моя была в том, что после первых визитов с братом в начале приезда моего к княгине Марии Васильевне Кочубей, Наталье Кирилловне Загряжской (весьма много тогда значившей) и к прочим в родстве или прежнем знакомстве с нашим семейством я перестал посещать это высокое общество.

Помню, как однажды, при выходе из французского Каменноостровского театра, старая моя знакомая Елисавета Михайловна Хитрова, узнав меня, воскликнула: Ах, Мишель!» А я, чтобы избегнуть встречи и экспликаций с нею, чем спуститься с лестницы перестиля, где происходила эта сцена, повернул круто направо мимо колонн фасада; но так как схода на улицу там никакого не было, то я и полетел стремглав на землю с порядочной весьма высоты, рискуя переломить руку или ногу.

Вкоренились, к несчастию, во мне привычки разгульной и нараспашку жизни в кругу армейских товарищей с поздними попойками по ресторанам, и потому выезды в великосветские салоны отягощали меня, вследствие чего немного прошло месяцев, как члены того общества решили (и не без оснований), что я малый, погрязший в омуте дурного общества».

Поздние попойки, начинаясь в одном из петербургских ресторанов, оканчивались где-нибудь в «Красном кабачке», стоявшем на седьмой версте по Петергофской дороге и бывшем излюбленным местом офицерского разгула. Жестокая картежная игра и шумные походы по ночным петербургским улицам дополняли картину. Шумные уличные похождения - «гроза полуночных дозоров» (Пушкин, VIII, 3) - были обычным ночным занятием «шалунов».

Племянник поэта Дельвига вспоминает:»…Пушкин и Дельвиг нам рассказывали о прогулках, которые они по выпуске из Лицея совершали по петербургским улицам, и об их разных при этом проказах и глумились над нами, юношами, не только ни к кому не придирающимися, но даже останавливающими других, которые десятью и более годами нас старее…

Прочитав описание этой прогулки, можно подумать, что Пушкин, Дельвиг и все другие с ними гулявшие мужчины, за исключением брата Александра и меня, были пьяны, но я решительно удостоверяю, что этого не было, а просто захотелось им встряхнуть старинкою и показать ее нам, молодому поколению, как бы в укор нашему более серьезному и обдуманному поведению».

В том же духе, хотя и несколько позже - в самом конце 1820-х годов, Бутурлин с приятелями сорвал с двуглавого орла (аптечной вывески) скипетр и державу и шествовал с ними через центр города. Эта «шалость» уже имела достаточно опасный политический подтекст: она давала основания для уголовного обвинения в «оскорблении величества». Не случайно знакомый, к которому они в таком виде явились, «никогда не мог вспомнить без страха это ночное наше посещение».

Если это похождение сошло с рук, то за попытку накормить в ресторане супом бюст императора последовало наказание: штатские друзья Бутурлина были сосланы в гражданскую службу на Кавказ и в Астрахань, а он переведен в провинциальный армейский полк. Это не случайно: «безумные пиры», молодежный разгул на фоне аракчеевской (позже николаевской) столицы неизбежно окрашивались в оппозиционные тона (см. главу «Декабрист в повседневной жизни»).

Бал обладал стройной композицией.

Это было как бы некоторое праздничное целое, подчиненное движению от строгой формы торжественного балета к вариативным формам хореографической игры. Однако для того, чтобы понять смысл бала как целого, его следует осознать в противопоставлении двум крайним полюсам: параду и маскараду.

Парад в том виде, какой он получил под влиянием своеобразного «творчества» Павла I и Павловичей: Александра, Константина и Николая, представлял собой своеобразный, тщательно продуманный ритуал. Он был противоположен сражению. И фон Бок был прав, назвав его «торжеством ничтожества». Бой требовал инициативы, парад - подчинения, превращающего армию в балет.

В отношении к параду бал выступал как нечто прямо противоположное. Подчинению, дисциплине, стиранию личности бал противопоставлял веселье, свободу, а суровой подавленности человека - радостное его возбуждение. В этом смысле хронологическое течение дня от парада или подготовки к нему - экзерциции, манежа и других видов «царей науки» (Пушкин) - к балету, празднику, балу представляло собой движение от подчиненности к свободе и от жесткого однообразия к веселью и разнообразию.

Однако и бал подчинялся твердым законам. Степень жесткости этого подчинения была различной: между многотысячными балами в Зимнем дворце, приуроченными к особо торжественным датам, и небольшими балами в домах провинциальных помещиков с танцами под крепостной оркестр или даже под скрипку, на которой играл немец-учитель, проходил долгий и многоступенчатый путь. Степень свободы была на разных ступенях этого пути различной. И все же то, что бал предполагал композицию и строгую внутреннюю организацию, ограничивало свободу внутри него.

Это вызвало необходимость еще одного элемента, который сыграл бы в этой системе роль «организованной дезорганизации», запланированного и предусмотренного хаоса. Такую роль принял на себя маскарад.

Маскарадное переодевание в принципе противоречило глубоким церковным традициям. В православном сознании это был один из наиболее устойчивых признаков бесовства. Переодевание и элементы маскарада в народной культуре допускались лишь в тех ритуальных действах рождественского и весеннего циклов, которые должны были имитировать изгнание бесов и в которых нашли себе убежище остатки языческих представлений. Поэтому европейская традиция маскарада проникала в дворянский быт XVIII века с трудом или же сливалась с фольклорным ряженьем.

Как форма дворянского празднества, маскарад был замкнутым и почти тайным весельем. Элементы кощунства и бунта проявились в двух характерных эпизодах: и Елизавета Петровна, и Екатерина II, совершая государственные перевороты, переряжались в мужские гвардейские мундиры и по-мужски садились на лошадей.

Здесь ряженье принимало символический характер: женщина - претендентка на престол превращалась в императора. С этим можно сравнить использование Щербатовым применительно к одному лицу - Елизавете - в разных ситуациях именований то в мужском, то в женском роде. С этим можно было бы также сопоставить обычай для императрицы облачаться в мундир тех гвардейских полков, которые удостаиваются посещения.

От военно-государственного переодевания* следующий шаг вел к маскарадной игре. Можно было бы вспомнить в этом отношении проекты Екатерины II. Если публично проводились такие маскарадные ряженья, как, например, знаменитая карусель, на которую Григорий Орлов и другие участники явились в рыцарских костюмах, то в сугубой тайне, в закрытом помещении Малого Эрмитажа, Екатерина находила забавным проводить совсем другие маскарады.

Так, например, собственной рукой она начертала подробный план праздника, в котором для мужчин и женщин были бы сделаны отдельные комнаты для переодевания, так чтобы все дамы вдруг появлялись в мужских костюмах, а все кавалеры - в дамских (Екатерина была здесь не бескорыстна: такой костюм подчеркивал ее стройность, а огромные гвардейцы, конечно, выглядели бы комически).

Маскарад, с которым мы сталкиваемся, читая лермонтовскую пьесу, - петербургский маскарад в доме Энгельгардта на углу Невского и Мойки - имел прямо противоположный характер. Это был первый в России публичный маскарад. Посещать его могли все, внесшие плату за входной билет.

Принципиальное смешение посетителей, социальные контрасты, дозволенная распущенность поведения, превратившая энгельгардтовские маскарады в центр скандальных историй и слухов, - все это создавало пряный противовес строгости петербургских балов.

Напомним шутку, которую Пушкин вложил в уста иностранца, сказавшего, что в Петербурге нравственность гарантирована тем, что летние ночи светлы, а зимние холодны. Для энгельгардтовских балов этих препятствий не существовало.

Лермонтов включил в «Маскарад» многозначительный намек: Арбенин

Рассеяться б и вам и мне нехудо

Ведь нынче праздники и, верно, маскерад

У Энгельгардта…

Там женщины есть… чудо…

И даже там бывают, говорят…

Пусть говорят, а нам какое дело?

Под маской все чины равны,

У маски ни души, ни званья нет, - есть тело.

И если маскою черты утаены,

То маску с чувств срывают смело.

Роль маскарада в чопорном и затянутом в мундир николаевском Петербурге можно сравнить с тем, как пресыщенные французские придворные эпохи Регентства, исчерпав в течение долгой ночи все формы утонченности, отправлялись в какой-нибудь грязный кабак в сомнительном районе Парижа и жадно пожирали зловонные вареные немытые кишки. Именно острота контраста создавала здесь утонченно-пресыщенное переживание.

На слова князя в той же драме Лермонтова: «Все маски глупые» - Арбенин отвечает монологом, прославляющим неожиданность и непредсказуемость, которую вносит маска в чопорное общество:

Да маски глупой нет:

Молчит… таинственна, заговорит - так мило.

Вы можете придать ее словам

Улыбку, взор, какие вам угодно…

Вот, например, взгляните там -

Как выступает благородно

Высокая турчанка… как полна,

Как дышит грудь ее и страстно и свободно!

Вы знаете ли, кто она?

Быть может, гордая графиня иль княжна,

Диана в обществе…Венера в маскераде,

И также может быть, что эта же краса

К вам завтра вечером придет на полчаса.

Парад и маскарад составляли блистательную раму картины, в центре которой располагался бал.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

« Юго-Западный государственный университет»

Расчет ГАЗОВЫХ ГОРЕЛОК для

Теплогенерирующих установок

Учебно-методическое пособие

Утверждено Учебно-методическим советом

Юго-Западного государственного университета

Курск – 2014

УДК 662.6(075)

Рецензенты:

Доктор технических наук, профессор

Воронежского государственного архитектурно-строительного

университета В.Н. Мелькумов

Технический директор ПП «Курская ТЭЦ Центр»

П.В. Терентьев

Ежов В.С. Расчет газовых горелок: учебно-методическое пособие / В.С. Ежов; Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2014. 63 с.

Наряду с теоретическими сведениями об основных принципах расчета газовых горелок для теплогенерирующих установок ТЭЦ и производственно-отопительных котельных, излагаются материалы для выполнения курсового и дипломного проектирования студентов, определение основных конструктивных размеров, типа горелок, их технологических параметров.

Предназначено студентам дневной и заочной формы обучения, обучающимся по специальности 270109.65 – Теплогазоснабжение и вентиляция, по направлениям 270100.62 – Строительство, 270100.68 – Строительство, 270800.62 – Строительство, 270800.68 – Строительство, 140.10068 – Теплоэнергетика и теплотехника.

УДК 662.6(075)

Юго-Западный государственный университет,

Ежов В.С., 2014

Предисловие ……………………………………………………..

Введение………………………………………………………….

Глава 1. Газовые горелки. Общие сведения…………………………..

1.1.Основные технические характеристики горелок………………….

1.2. Классификация горелок…………………………………………….

1.2.1. Диффузионные горелки………………………………………….

1.2.2.Инжекционные горелки…………………………………………

1.2.3.Горелки с принудительной подачей воздуха ……………….

Глава 2. Расчет инжекционных горелок…………………………….

2.1.Инжекционные горелки с коэффициентом избытка воздуха

α 1 < 1,0…………………………………………………………………….

2 .2.Инжекционные горелки с коэффициентом избытка воздуха

α 1 > 1,0……………………………………………………………………..

Глава 3. Горелки с принудительной подачей воздуха…………………

3.1. Упрощенный расчет горелок с принудительной подачей воздуха…

3.2. Пересчеты газовых горелок с одного вида газа на другой. ……………

3.3. Особенности расчёта турбулентных горелок…………………………...

3.4. Порядок расчёта турбулентных горелок………………………………

4. Пример расчета инжекционной горелки

Библиографический список ……………………………………………

Предисловие

В настоящем учебно-методическом пособии изложены основные подходы к расчету газовых горелок для теплогенерирующих установок ТЭЦ и котельных.

В основных разделах учебно-методического пособия представлены методики расчета инжекционных горелок и горелок с принудительной подачей воздуха, определения максимального расхода топлива котельной установки, выбор и размещения горелок в топке котла,.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов всех форм обучения специальности 270109.65 – Теплогазоснабжение и вентиляция, направлений 270100.62 – Строительство, 270100.68 – Строительство, 270800.62 – Строительство, 270800.68 – Строительство, 140.10068 – Теплоэнергетика и теплотехника для выполнения курсового и дипломного проектирования, а также для аспирантов и работников научных и проектных организаций, занимающихся вопросами расчета и проектирования газовых горелок для котельных агрегатов.

ВВЕДЕНИЕ

Газовая горелка (горелка) - устройство, обеспечивающее подачу определенного количества горючего газа и окислителя (воздуха или кислорода), создание условий смешения их, транспортировку образовавшейся смеси к месту сжигания и сгорание газа. Есть горелки, у которых к месту сгорания подается только газ или газ и воздух, но без их предварительного смешения внутри горелки.

Требования, предъявляемые к горелкам:

Создание условий для полного сгорания газа с минимальными избытком воздуха и выходом вредных веществ в продуктах сгорания;

Обеспечение необходимой теплопередачи и максимального использования теплоты газового топлива;

Наличие пределов регулирования, не меньше, чем требуемое изменение тепловой мощности агрегата;

Отсутствие сильного шума, уровень которого не должен превышать 85 дБ;

Простота конструкции, удобство ремонта и безопасность в эксплуатации;

Возможность применения автоматики регулирования и безопасности;

Соответствие современным требованиям промышленной эстетики.

Горелки должны проходить государственные испытания, соответствующие СТ СЭВ 621-83 (Горелки газовые промышленные общего назначения. Методы испытаний), и изготовляться на специализированных заводах по межведомственным нормалям и техническим условиям к ним.

ГАЗОВЫЕ ГОРЕЛКИ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГОРЕЛОК

Тепловая мощность Q, кДж/ч, - количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании часового расхода газа, проходящего через горелку:

Q=Q н V г (1.1)

Q н – низшая теплота сгорания газа, кДж/м 3 ;

V г – расход газа, м 3 /ч.

Различают номинальную, максимальную и минимальную тепловую мощность горелок. Номинальная тепловая мощность -максимально достигнутая мощность при длительной работе горелки с минимальным коэффициентом избытка воздуха и при допустимой по установленным нормам химической неполноте сгорания. Минимальная тепловая мощность определяет тот нижний предел работы горелки с коэффициентом избытка воздуха, равным 1,1, при котором горелка работает устойчиво. Максимальная тепловая мощность составляет 0,9 от мощности, соответствующей верхнему пределу работы горелки. Нижний и верхний пределы работы горелки определяются в результате испытаний по отрыву, проскоку пламени, устойчивому горению газа в тепловом агрегате и полноте сгорания. Коэффициенты избытка воздуха, равные 1,1 и 0,9, предусматривают необходимость полной надежности работы горелок в пределах от минимальной до максимальной тепловой мощности.

Коэффициент предельного регулирования К п.р. по тепловой мощности (диапазон устойчивой работы горелки) - отношение максимальной тепловой мощности горелки к минимальной. Этот параметр определяет, в каких пределах может изменяться тепловая мощность горелки при устойчивой и безопасной ее работе. При выборе горелок для тепловых агрегатов необходимо, чтобы ее коэффициент предельного регулирования был равен допустимому изменению тепловой мощности агрегата или больше него.

Коэффициент рабочего регулирования К р. р - отношение номинальной тепловой мощности горелки к минимальной.

Давление газа и воздуха перед горелкой р, Па , подразделяется на номинальное, максимальное и минимальное. Номинальное соответствует номинальной тепловой мощности, максимальное и минимальное соответственно максимальной и минимальной тепловой мощности горелки.

Удельная металлоемкость m, кг/кВт, - отношение массы горелки к ее номинальной тепловой мощности. Этот показатель позволяет для однотипных горелок выбирать наименее металлоемкие (при прочих одинаковых технических показателях).

Шумовая характеристика - уровень звукового давления, создаваемого при работе горелки в зависимости от спектра частот. Уровень шума горелок, работающих во всем допустимом диапазоне изменения расхода, не должен превышать 85 дБ на расстоянии 1 м от горелки и на высоте 1,5 м от пола.

Номинальная относительная длина факела - расстояние по оси факела от выходного сечения горелки, измеренное при работе с номинальной тепловой мощностью в калибрах выходного сечения до точки, где концентрация СО 2 при коэффициенте избытка воздуха α = 1 составляет 95% от максимального значения.

Давление (разрежение) в камере сгорания (Па) - давление (разрежение) в камере сгорания в зоне выходного сечения горелки при номинальной тепловой мощности.

Коэффициент избытка первичного воздуха α 1 показывает, какая часть воздуха от теоретически необходимого для сгорания газа подается в горелку предварительно (до пламени).

Коэффициент избытка вторичного воздуха α 2 показывает, какая часть воздуха от теоретически необходимого для сгорания газа подается непосредственно к пламени из окружающего пространства.

Объемный коэффициент инжекции, или кратность инжекции, n показывает отношение объемного количества подсасываемого горелкой первичного воздуха к объемному расходу газа.

К дополнительным характеристикам, уточняющим основные параметры, относятся диаметр газового сопла и выходного отверстия горелки, допустимые температуры газа и воздуха, теплота сгорания и плотность сжигаемого газа, угол раскрытия факела, способ стабилизации горения, интенсивность крутки, геометрические размеры горелки и др.

Приведенные выше термины и определения приняты в соответствии с требованиями ГОСТ 17356-71*.

1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРЕЛОК

В соответствии с ГОСТ 21204-83* по способу подачи воздуха и коэффициенту избытка первичного воздуха α 1 горелки могут быть разделены на диффузионные (α 1 = 0), инжекционные (α 1 > 1 и α 1 < 1), с принудительной подачей воздуха (дутьевые). Приведенная классификация, не являясь исчерпывающей, удобна своей простотой и привычностью, а также тем, что она характеризует основные признаки распространенных горелок.

1.2.1Диффузионные горелки (рис. 1.1, а). Это - наиболее простые устройства, представляющие собой трубу с просверленными отверстиями. Газ вытекает из отверстий, а необходимый для горения воздух (в качестве вторичного) притекает полностью из окружающей среды. На диффузионных горелках процессы смешения газа с воздухом и горение совершаются параллельно на выходе газа из горелки.

Особенности диффузионных горелок:

1) обеспечение сжигания газа по диффузионному принципу;

2) длинное пламя со сравнительно невысокой температурой (при использовании в качестве топлива углеводородных газов пламя желто-белого цвета. В верхней части факела появляются сажистые частицы - копоть);

Рис. 1.1. Схемы горелок

а - диффузионная; б-в - инжекционные: 6 - α 1 > 1, в - α 1 < 1; г - с принудительной подачей воздуха; 1 - сопло; 2 - инжектор; 3 - горловина; 4 - диффузор; 5 - насадок; 6 - воздушная заслонка; 7 - огневые отверстия; 8 - коллектор; 9 -газораспределительное устройство; 10 - завихритель; 11 - отверстия для выхода газа; 12 - корпус.

3) наличие в продуктах сгорания несгоревших частиц топлива (химическая неполнота сгорания, или химический недожог, особенно при сжигании высококалорийных газов);

4) необходимость иметь большой объем топочной камеры.

Достоинствами горелок этого типа являются малогабаритность и простота конструкции, удобство и безопасность эксплуатации, высокая устойчивость пламени без проскока и отрыва, высокая степень черноты пламени, широкий диапазон регулирования тепловой мощности и др. К недостаткам горелок относятся повышенный по сравнению с другими видами горелок коэффициент избытка воздуха, ухудшение условий догорания газа и выделение при сжигании углеводородных газов продуктов неполного сгорания.

Диффузионные горелки применяют для сжигания искусственных газов (сланцевый, коксовый, водяной, генераторный и др.), причем на сжигание 1 м 3 горючего газа требуется небольшое количество воздуха. Как правило, это горелки с небольшими расходами газа. Кроме того, в горелках этого типа можно сжигать природные и сжиженные углеводородные газы на производствах, где требуется длинный светящийся (коптящий) факел с равномерной температурой по его длине: печи мартеновские, цементные, стекловаренные, печи для получения газовой сажи и др. В отдельных случаях они незаменимы, например в высокотемпературных плавильных печах, где требуется растянутый факел с высокой степенью черноты. А это возможно при подогреве воздуха, необходимого для горения, до 1000-1100 °С, т. е. до температуры, превышающей температуру самовоспламенения газовоздушной смеси. Предварительное смешение газа с воздухом в таких условиях неосуществимо.

Диффузионные газовые горелки для сжигания природных и сжиженных углеводородных газов в настоящее время широко не применяют из-за того, что для полного сжигания газа они требуют большого количества воздуха.

1.2.2.Инжекционные горелки . Это - горелки, у которых необходимый для горения воздух поступает полностью (α 1 > 1) или частично (α 1 <; 1) в качестве первичного, а подача его осуществляется за счет кинетической энергии струи газа, вытекающего из сопла. У этих горелок процессы смешения газа с воздухом и горения полностью или частично разделены. Инжекционные горелки обеспечивают хорошее смешение газа с воздухом. В зависимости от коэффициента избытка первичного воздуха α 1 они делятся на две группы: с α 1 >1 и α 1 < 1.

Инжекционные горелки с α 1 > 1 (рис. 1.1,6). Газ, вытекая из сопла с большой скоростью за счет кинетической энергии струи, засасывает в инжектор из окружающего пространства воздух в количестве, необходимом для полного сгорания газа. Интенсивное смешение газа с воздухом осуществляется в горловине и завершается в диффузоре, в котором одновременно происходит повышение статического давления за счет плавного снижения скорости газовоздушного потока. Выравнивание скоростей происходит в конфузорном огневом насадке, где на выходе скорость смеси за счет повышения статического давления доводится до обеспечивающей устойчивую работу горелки в заданном диапазоне регулирования ее тепловой мощности. Количество поступающего воздуха в горелку может изменяться при помощи регулятора первичного воздуха, обычно имеющего вид шайбы, вращающейся на резьбовой поверхности сопла. При полностью открытом регуляторе коэффициент избытка первичного воздуха в основном зависит от отношения диаметров горловины и сопла. Инжекционные горелки с α 1 > 1 не требуют подвода вторичного воздуха (а 2 = 0); обеспечивают сжигание газа по кинетическому принципу; имеют короткое пламя с высокой температурой; обеспечивают в рабочем диапазоне автоматичность соотношения газ - воздух, т. е. постоянство α 1 независимо от изменения давления газа; создают возможность работы в топках с небольшим противодавлением (до 20 Па), что позволяет их устанавливать в камерных нагревательных печах; обладают низкой устойчивостью к проскоку и отрыву пламени. Требуют применения стабилизаторов пламени.

Диапазон устойчивой работы инжекционных горелок с α 1 > 1 определяется исходя из следующего условия: минимальная тепловая мощность Q m i n достигается при расходе газа, который создает скорость выхода газовоздушной смеси из насадка горелки, равную скорости распространения пламени или несколько превышающую ее, т. е. предотвращающую проскок пламени. Таким образом, во всем рабочем режиме горелки имеет место отрыв пламени, для предотвращения которого их оснащают стабилизаторами пламени, обеспечивающими постоянное поджигание вытекающей из насадка газовоздушной смеси. Конфигурация смесителя горелки (диффузор, горловина и конфузор - по типу трубы Вентури) обеспечивает хорошее смешение газа с воздухом и создание до горения однородной газовоздушной смеси, что позволяет полностью сжигать газ с минимальными избытками воздуха (α 1 = 1,02 -1,05).

Розжиг большинства инжекционных горелок α 1 > 1 осуществляют с прикрытым регулятором первичного воздуха, так как для предотвращения проскока пламени во время пуска газа приходится переходить на режим, когда скорость распространения пламени будет превышать скорость газовоздушной смеси в насадке. Для того чтобы исключить проскок пламени во время розжига, уменьшают подачу воздуха, что делает первичную смесь негорючей. В пусковой период, протекающий очень быстро, дожигание горючего газа происходит за счет вторичного воздуха, после чего регулятор первичного воздуха полностью открывается.

Инжекционные горелки с α 1 > 1, как правило, работают на среднем давлении газа (10-90 кПа). Максимальное давление ограничивается верхним пределом докритических скоростей истечения,

Рис. 1.2. Зависимость коэффициента избытка инжектируемого воздуха от разрежения, противодавления в топке и давления газа перед соплом

который для природного газа достигается при давлении 90 кПа. При докритических скоростях истечения газа из сопла горелки постоянство коэффициента α 1 сохраняется, если давление в топке равно атмосферному или давлению инжектируемого воздуха. Если же топка, в которой установлена горелка, работает под разрежением или давлением, превышающем атмосферное, количество инжектируемого воздуха соответственно увеличивается или уменьшается.

Количественное влияние разрежения и противодавления в топке на коэффициент избытка инжектируемого воздуха в зависимости от давления газа перед соплом показано на рис. 1.2. Исследования проводились на инжекционной горелке, выдающей газовоздушную смесь в специальную камеру, в которой искусственно создавались разрежения и противодавления в пределах0--40 и 0-40 Па. Горелка была рассчитана и отрегулирована на α 1 =1,0 при давлении в топке, равном атмосферному. Положение кривых показывает, что влияние разрежения и противодавления сказывается на коэффициенте избытка воздуха тем больше, чем больше отклоняется давление в топке от атмосферного и чем меньше давление газа перед соплом, По этой причине такие горелки, как правило, применяют в топках, если давление укладывается в пределы ±20 Па относительно атмосферного и если при минимальной тепловой мощности давление газа перед соплом составляет не менее 5 кПа. В том случае, если разрежение в топке превышает указанное значение и ведет к нецелесообразному избытку воздуха, горелки оборудуют уравнительными камерами, поддерживающими давление инжектируемого воздуха на уровне, близком к разрежению в топке. При закритических режимах истечения газа (давление природного газа перед соплом >90 кПа) горелки не обладают свойствами автоматического пропорционирования и α 1 снижается при повышении давления газа перед соплом.

Устойчивость пламени на инжекционных горелках достигается при отрыве применением стабилизаторов горения в виде огнеупорных туннелей, кольцевых зажигательных поясков или тел плохообтекаемой формы, а при проскоке - значительной скоростью выхода газовоздушной смеси. Наиболее распространены стабилизаторы горения в виде цилиндрических туннелей с внезапно расширяющимся сечением. Стабилизирующее действие таких туннелей рассмотрено в литературе . Туннели изготавливают из огнеупорных материалов, пригодных для длительной работы при температуре 1450-1500°С и стойких к резким колебаниям температур, что имеет место при каждом включении и выключении горелок. Обычно туннели делают набивными и изготавливают по шаблону из материала следующего состава, %: порошок хромистого железняка 45, порошок из обожженного магнезита 45, огнеупорная глина 10. Полученную массу разбавляют водой до густого тестообразного состояния. Перед применением в огнеупорную массу добавляют 2-3% жидкого стекла, после чего смесь тщательно перемешивают. Толщина слоя набивной массы должна быть не менее 25 мм.

Туннели, выполненные из указанного материала, обеспечивают достаточно высокую стойкость: после 2 лет работы при температуре около 1400 °С они не оплавились и не растрескались. Туннели без хромистого железняка дают многочисленные трещины, а набивки из хромистого железняка, но без магнезита размягчаются. Набивка туннелей может выполняться и из других материалов, %: порошка хромомагнезита 70 и огнеупорной глины30. Применять туннели из обычной набивки или кирпича недопустимо, так как они, как правило, оплавляются очень быстро. При выборе материалов для туннелей необходимо учитывать, что наличие в них оксида железа или других примесей, снижающих температуру размягчения и увеличивающих теплопроводность материала, ухудшает качество туннеля и приводит к его оплавлению.

Для удобства извлечения деревянного шаблона (после набивки туннеля) его делают с расширением 3-4° в сторону выхода продуктов сгорания. При массовой потребности в туннелях их выполняют из заблаговременно изготовленных горелочных камней. При сборке туннелей горелочные камни укладывают, тщательно подгоняя поверхности, при толщине швов 0,5-1,0 мм. Уступы и неровности на внутренней поверхности туннелей недопустимы.

В зависимости от условий установки инжекционные горелки изготавливаются с прямыми и угловыми смесителями. Последние применяют в тех случаях, когда прямые смесители непригодны или неудобны в эксплуатации из-за их значительной длины. К недостаткам угловых смесителей относятся: 1) большое сопротивление, приводящее к уменьшению коэффициента инжекции на 1-3% (в зависимости от угла поворота) относительно прямых смесителей равнозначных характеристик. Несколько снижается для угловых смесителей и устойчивость пламени по отношению к проскоку.

Инжекционные горелки с α 1 > 1 устанавливают на промышленных и коммунальных теплоагрегатах (нагревательные и термические камерные печи, сушилки, чугунные секционные отопительные котлы, хлебопекарные и кондитерские печи, каменки бань и др.). Широко применяют инжекционные горелки с максимальным расходом газа до 100 м 3 /ч. Для больших расходов эти горелки становятся громоздкими и металлоемкими и применение их, компоновка на теплоагрегатах усложняются.

Инжекционные горелки с α 1 < 1 (рис. 1.1, б). Выбор значения α 1 для этих горелок зависит от диапазона устойчивой работы их, который определяется по режиму работы теплоагрегата. В подавляющем большинстве инжекционные горелки с α 1 < 1 работают на низком давлении газа (до 2 кПа). При этих условиях энергия струи газа, вытекающей из сопла в инжектор, недостаточна, чтобы обеспечить большую выходную скорость газовоздушной смеси в насадке горелки или в огневых отверстиях, превышающую скорость распространения пламени. Поэтому максимальная тепловая мощность этих горелок, как правило, определяется скоростью отрыва пламени, т. е. скорость выхода газовоздушной смеси принимается равной или меньшей скорости распространения пламени. А так как горелки должны иметь достаточно широкий диапазон изменения тепловой мощности, приходится выбирать такое значение чтобы первичная газовоздушная смесь была не горючая. Тогда проскок пламени при уменьшении расхода будет отсутствовать.

Известно, что для природного газа при α 1 < 0,59 газовоздушная смесь не горючая. Следует иметь в виду, что уменьшать α 1 можно только до определенного предела, который для углеводородных газов определяется по следующей зависимости:

где m - число углеродных атомов в молекуле газа или среднее их число в сложном газе; n-то же, водородных атомов; d к - диаметр огневых каналов в коллекторе горелки, м.

Для природного газа α m i n = 0,4. Если α 1 принимается меньше этого значения, то горение приближается к диффузионному и имеет место выделение продуктов неполного сгорания газа.

Инжекционные горелки с α 1 < 1 обладают следующими особенностями: 1) требуют организованного подвода вторичного воздуха; 2) точки, где устанавливают эти горелки, должны иметь разрежение; 3) обеспечивают сжигание газа по промежуточному принципу, т. е. начало горения кинетическое, а окончание диффузионное; 4) имеют большую, чем горелки с α 1 > 1, длину и меньшую температуру пламени; 5) имеют большую устойчивость к отрыву и проскоку пламени, что, как правило, не вызывает необходимости применять стабилизаторы пламени.

Полное сгорание газа в этих горелках можно обеспечить только при подаче вторичного воздуха, при этом общий коэффициент избытка воздуха должен быть не менее α = α 1 + α 2 , = 1,15-1,20.

Инжекционные горелки могут иметь различные насадки. Это могут быть многофакельные коллекторы с большим числом огневых отверстий, которые обеспечивают распределенную передачу теплоты обогреваемым поверхностям, или одно большое отверстие либо по оси потока смеси, либо под углом, которое формирует один факел.

Инжекционные горелки с α 1 < 1 применяют весьма широко в бытовых газовых плитах, в проточных и емкостных водонагревателях, в ресторанных плитах, в секционных маленьких отопительных котлах, отопительных печах, в лабораторной практике и т. д.

1.2.3. Горелки с принудительной подачей воздуха . Воздух, необходимый для горения, нагнетается в горелки принудительно вентилятором, воздуходувкой или компрессором. Газ из газопровода подается (рис. 1.1, г) в газораспределительное устройство, а из него через сопла вытекает в закрученный поток воздуха. Здесь происходит смешение газа с воздухом. Подготовленная газовоздушная смесь выдается через насадок к месту сжигания. Эти горелки, как и инжекционные горелки с α 1 >1, оснащены стабилизаторами пламени. К особенностям горелок этого типа относятся: 1) возможность создавать горелки на любые расходы газа; 2) возможность использовать теплоту предварительно подогретого (подаваемого для горения) воздуха; 3) возможность обеспечить сжигание газа как по кинетическому, так и по промежуточному принципу (в зависимости от вида смесителя); 4) возможность работать при любом давлении в топке; 5) необходимость устанавливать клапан блокировки, отключающий подачу газа при прекращении подачи воздуха; 6) наличие воздуховодов (кроме газопроводов) в системе обвязочных коммуникаций теплоагрегата; 7) необходимость в рабочем режиме регулирования соотношения расходов газа и воздуха для поддержания заданного коэффициента избытка воздуха;8) меньшая удельная металлоемкость по сравнению с инжекционными горелками; 9) обладание, как правило, большим коэффициентом предельного регулирования.

Смешение газа с воздухом зависит от конструкции как самой горелки, так и ее смесителя. Имеются горелки с хорошим предварительным смешением газа с воздухом. Такие горелки обеспечивают горение газа, близкое к кинетическому, и имеют в топке короткое пламя с высокой температурой. Для получения более длинного пламени применяют внешнее смешение газа с воздухом, иногда переносимое в топочное устройство.

Регулировать длину пламени можно, изменив качество смешения газа с воздухом. Чтобы сократить длину пламени, надо обеспечить хорошее предварительное смешение. Это достигается за счет удлинения участка смешения; увеличения разности скоростей газа и воздуха, а также поверхности соприкосновения газовых струй с воздушным потоком; направления потоков газа и воздуха под углом; выдачи газовых струй в закрученный поток воздуха.

Рис. 1.3. Схемы горелок с принудительной подачей воздуха.

На рис. 1,3 приведены различные схемы горелок с принудительной подачей воздуха. По схеме I газ и воздух к месту сгорания подаются раздельно, параллельными широкими потоками примерно с равными скоростями. Смешение происходит крайне медленно. Горение близко к диффузионному. Пламя длинное, при сжигании углеводородных газов светящееся, имеет невысокую температуру. В схеме II поверхность соприкосновения потоков газа и воздуха увеличена за счет подачи газа внутри воздушного потока (горелка типа «труба в трубе»). Длина пламени сокращается. Еще большее сокращение длины пламени достигается, если обеспечить некоторое предварительное смешение газа с воздухом (схема III). Улучшение предварительного смешения газа с воздухом достигается установкой в горелке завихрителя, закручивающего поток воздуха (схема IV). Для увеличения площади соприкосновения газа с воздухом вместо одного крупного газовыпускного отверстия делают много мелких под углом к предварительно закрученному потоку воздуха (схема V). Это приводит к образованию более равномерной газовоздушной смеси, что обеспечивает горение, близкое к кинетическому, а также короткое пламя с высокой температурой. Смешение можно еще более улучшить, если газ в закрученный поток воздуха подавать не только с центра, но и с периферии (схема VI), обеспечивая равномерное распределение газовых струй в сносящем потоке воздуха. Закручивание воздушного потока может осуществляться лопаточным направляющим аппаратом, улиткой, тангенциальным подводом к горелке и др.

Горелки с принудительной подачей воздуха (иногда их еще называют дутьевыми или двухпроводными) в зависимости от конструкции работают на газе низкого или среднего давления. Их применяют в основном для промышленных теплоагрегатов: котлов, печей, сушилок и др. Горилки этого типа позволяют использовать теплоту отработанных дымовых газов за счет подогрева в теплообменниках (рекуператорах, регенераторах и др.) воздуха, подаваемого для горения, что позволяет повысить КПД теплоагрегатов.

Недостатками рассматриваемых горелок являются: значительные затраты электроэнергии на дутьевые вентиляторы; усложнение инженерных коммуникаций теплоагрегата из-за наличия воздуховодов, устройств регулирования соотношения газ-воздух и клапанов, отсекающих подачу газа к горелкам при остановке вентилятора.

РАСЧЕТ ИНЖЕКЦИОННЫХ ГОРЕЛОК

Теоретический расчет газовых горелок является весьма сложным, так как связан с комплексными расчетами процессов смешения, горения и теплоотдачи,
 которые должны обеспечивать не только высокую эффективность сжигания газового топлива, но и минимально возможную концентрацию вредных компонентов в продуктах сгорания. Так как такой методики еще не существует, то при расчете горелок приходится пользоваться рядом приближенных данных, полученных из практики или отдельных экспериментов. Ниже приведена наиболее упрощенная и вместе с тем оправдавшая себя в практике методика расчета и пересчета на взаимозаменяемый газ наиболее распространенных газовых горелок.

Инжекционные горелки, выдающие гомогенную газовоздушную смесь с α 1 << 1,0. Эти горелки наиболее часто работают на газе низкого давления, широко применяются в бытовых газовых аппаратах и многочисленных тепловых установках предприятий и учреждений городского хозяйства.

Расчет горелок (рис. 2.1) должен обеспечивать необходимую для аппаратов и установок тепловую мощность; широкий диапазон регулирования расхода газа; устойчивость пламени без применения искусственных стабилизаторов горения и отсутствие или малую концентрацию вредных компонентов в продуктах сгорания. Он включает в себя определение размеров следующих конструктивных элементов: сопла, горловины смесителя, конфузора, диффузора, огневых каналов и габаритных размеров, обеспечивающих возможность установки горелки в заданной топке. Исходными данными для расчета являются тепловая мощность горелки, химический состав газа, давление газа перед соплом и температуры газа и воздуха, а также характеристики аппарата или тепловой установки, для которых горелка рассчитывается.

По указанным исходным данным определяют низшую теплоту сгорания и плотность газа, теоретический расход воздуха. При расчете таких горелок объем газа и его плотность могут определяться при нормальных физических условиях. Объясняется это тем, что давление газа мало отличается от атмосферного, а его температура для зимнего расчетного периода изменяется от 5 до 10 0 C. При тех же условиях с допустимой для практики точностью могут определяться теоретический расход воздуха и его плотность. При расчете горелок можно не учитывать содержание в газе и воздухе водяных паров, так как оно очень мало влияет на объем и плотность, а также теплоту сгорания газа.

Рис. 2.1. Расчетная схема инжекционной горелки.

1 - сопло; 2 - конфузор; 3 - горловина; 4 - диффузор; 5 - распределительный коллектор; 6 - огневые каналы; 7 - регулировочная шайба (поступления первичного воздуха).

2.1.Инжекционные горелки с коэффициентом избытка воздуха α 1 < 1,0.

Низшую теплоту сгорания газа находят по теплоте сгорания его компонентов

; кДж/м 3 , (2.1)

Н 2 , СО, СН 4 и т.д.–% об. газов в смеси.

Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания газа находят по формуле

; м 3 /м 3 , (2.2)

m–число атомов углерода в молекуле газа;

n– число атомов водорода в молекуле газа;

Расход газа (V г, м 3 /ч) находят по формуле

, (2.3)

V г = 68250000/(36117.8*1*91.7) = 20.6 м 3 /ч

q - номинальная теплопроизводительность установки, кДж/ч;

Q Н - низшая теплота сгорания газа, кДж/м 3 ;

N - число принимаемых к установке однотипных горелок с одинаковым расходом газа;

η - КПД установки.

Давление газа р г, Па, перед соплом горелки определяется на основании гидравлического расчета газопроводов. Вместе с тем для обеспечения широкого диапазона регулирования расхода газа оно должно быть не менее определяемого по формуле

р г = 0,27Q H /100 + 40 (2.4)

P г = 0.27* Q н /100 + 40 = 0.27*36117.8/100 + 40 = 137.52 Па

Теоретическая скорость истечения газа из сопла (w r , м/с) при низком давлении
 (до 5 кПа) рассчитывается по формуле гидравлики, не учитывающей изменение плотности газа:

, (2.5)

р г - давление газа перед соплом, Па;

ρ г - плотность газа, кг/м 3 .

Площадь поперечного сечения газового сопла (f, м 2) и его диаметр (D, м) определяются по формулам

; (2.6)

; (2.7)

f d 1 = V г /(3600*µ* ω г) = 20.6/(3600*0.7*19.7) = 0.000415м 2

где μ - коэффициент расхода, учитывающий неравномерность.распределения скоростей потока газа по сечению сопла, сопротивления трения в нем и сжатие струи, зависит от формы сопла.

Для цилиндрического сопла с острыми краями в тонкой стенке (рис. 2.6а)
 в зависимости от качества обработки внутренней стенки μ = 0,6-0,65; для того же сопла, но с закругленными изнутри краями (рис. 2.6б) μ = 0,7-0,75; для конического сопла (рис. 2.6в) коэффициент расхода μ зависит от угла конусности β: при β = 15° μ = 0,9; при β = 30° μ = 0,85 и при β = 45° μ = 0,82;
 для наиболее распространенного сопла (рис. 2.6г) с цилиндрическим каналом и β = 90° значение μ зависит от отношения длины цилиндрической части сопла
l D 1 к диаметру сопла D 1 при l D 1: D 1 = 0,18, μ = 0,75; при l D 1: D 1 = 0,45, μ = 0,85; при l D 1: D 1 = 1,0, μ = 0,85; при l D 1: D 1 = 2, μ = 0,84.

Диаметр горла смесителя D 3 , м, определяется из уравнения, выражающего закон сохранения количества движения при смешении двух газов. Количество движения 1 м 3 инжектируемого газа равно , а инжектируемого из атмосферы воздуха может приниматься равным нулю. В этом случае количество движения смеси газа и воздуха

w 3 - скорость газовоздушной смеси в горловине смесителя, м/с;

ρ В - плотность воздуха, кг/м 3 ;

n - объемная кратность инжекции (количество воздуха, инжектируемое 1 м 3 газа), м 3 /м 3 .

Рис. 2.2. Формы сопел инжекционных горелок.

Уравнение сохранения количества движения будет иметь тот же вид

Выразив расход газа V г, м 3 /ч, и смеси V г (1 + n), м 3 /ч, через соответствующие скорости и сечения

V г /3600 = πD l 2 w г /4 и V г (1 + n)/3600 = πD 3 2 w 3 /4

w 3 = w г (1 + n) (D 1 /D 3) 2 . (2.10)

Так как кратность инжекции n = V T α 1 , то

где α 1 -коэффициент избытка инжектируемого воздуха;

V T -теоретическая потребность в воздухе для сгорания 1 м 3 газа, м 3 /м 3 .

Формула (2.11) показывает, что α 1 для данного вида газа зависит только от соотношения диаметра горловины к диаметру сопла и не зависит от давления инжектирующего газа. Это значит, что инжекционные горелки обеспечивают постоянство соотношения газа и воздуха в смеси независимо от изменения расхода газа. Так, для горелок рассматриваемого вида α 1 должен приниматься таким,
 чтобы не происходило проскока пламени внутрь смесителя при минимально необходимом расходе газа. Численное значение этого коэффициента

α 1 <[(100/L в) - l)](l/V т), (2.12)

L B - верхний предел воспламеняемости газа, % об.

Одновременно значение α 1 должно быть больше такого, при котором возможно образование желтых языков (краев) пламен:

α 1 >0,75(m + n/4) 0,5 d 0 0,25 , (2.13)

m - число углеродных атомов в молекуле или среднее их число в сложном газе;

n - то же, водородных атомов;

d 0 - диаметр огневых каналов на коллекторе горелки, м.

Диаметры конфузора D 2 и диффузора D 4 принимаются примерно одинаковыми:

D 2 ~D 4 = (2,0 - 2,2) D 3 . (2.14)

D 2 ~D 4 = 2.1*0,2 = 0.42 м

Длина горловины смесителя и длина конфузора

l 1 =(2,5 - 3,5) D 3 (2.15)

l 3 = (1,3- 1,5) D 3 . (2.16)

L 1 = 3D 3 = 0.6; L 2 = 1.4D 3 = 0.28

Переход конической поверхности конфузора в цилиндрическую горловины для литых смесителей рекомендуется выполнять по дуге окружности радиуса


R = (3-5) D 3 (2.17).

R = 4D 3 = 0.8 м

Значения коэффициента R в зависимости от вида газа и коэффициента избытка первичного воздуха приведены в таблице 2.1

Теплоснабжение зданий

Теплоснабжение современных зданий осуществляется посредством комплекса санитарно-технических устройств.

Основной системой, обеспечивающей теплоснабжение зданий является система отопления. Однако современные ситемы вентиляции и кондиционирования также способны поддерживать необходимую температуру помещения и заданный температурно-влажностный режим.

В последнее время активно разрабатываются инновационные системы теплоснабжения, основанные на использовании энергии солнца, инфракрасного излучения и других энергосберегающих технологиях.

Основные составляющие традиционных систем отопления являются следующие:

· теплоисточник (генератор тепла) - элемент для получения теплоты;

· теплопроводы -элемент для переноса теплоты от теплоисточника к отопительным приборам;

· отопительные приборы - элемент для передачи теплоты в помещение.

Однако с некоторые современные системы отопления имеют специфические особенности строения и в их составе могут отсутствовать некоторые из вышеперечисленных элементов. Однако постоянным элементом во всех системах отопления является – теплогенератор (теплогенерирующие установки).

Теплогенерирующие установки или генераторы теплоты (теплогенераторы) являются основным оборудованием любой системы теплоснабжения.

Конструктивные особенности теплогенератора определяются, прежде всего, видом используемого в нём топлива.

Традиционным видом топлива является твёрдое топливо (уголь, древесина и др.).

Наиболее доступным и дешёвым в настоящее время является природный газ. Газовые водогрейные котлы (рис….) оборудуются либо встроенной атмосферной горелкой (поступление воздуха для горения газа за счёт естественной тяги в дымовой трубе), либо выносной горелкой (принудительное создание газовоздушной смеси).

По способу установки котлы бывают настенные и напольные.

Настенные котлы применяют для отопления небольших помещений, обычно до 200 кв. метров. Те и другие делятся на одно- и двухконтурные. Двухконтурный котёл одновременно обеспечивает отопление и горячую воду для бытовых нужд. Вода подогревается в бойлере или проточным способом, если потребности в ней невелики. Бойлер – это ёмкость для подогрева и хранения воды.

Он позволяет получить горячую воду в любой момент, однако занимает больше места и требует дополнительного расхода топлива для поддержания заданной температуры.
Многие модели современных котлов имеют встроенный бойлер. Если предполагается значительный расход горячей воды (в доме несколько ванных комнат или душевых кабин) котёл можно доукомплектовать бойлером большего объёма. В этом случае сам котёл может быть одноконтурным.
По способу удаления отработанных газов котлы бывают с естественной или принудительной тягой. В котлах с естественной тягой (или открытой камерой сгорания) воздух поступает непосредственно из помещения, а газы отходят в дымоход.

Если соорудить дымоход по каким-либо причинам невозможно, или котёл будет смонтирован в не предусмотренном для него месте, применяют котлы с закрытой камерой сгорания (с принудительной тягой). В конструкции такого котла имеется турбина (вентилятор), которая удаляет продукты горения из топки. В этом случае вместо большого традиционного дымохода устанавливают простой и недорогой коаксиальный дымоход – труба с вставленной в неё другой трубой меньшего диаметра.

Полученные таким способом два разделённых канала используются для подачи воздуха и для отвода газов. Котлы с закрытой камерой сгорания не сжигают кислород внутри помещения. Практически все современные котлы имеют регулируемую мощность горелки, позволяющую плавно менять температуру в зависимости от потребности, тем самым экономя топливо и продлевая ресурс теплообменника. Коэффициент полезного действия (КПД) газового котла превышает 90%.

При отсутствии газа в котлах используют жидкое топливо - дизельное топливо. Его использование для работы теплогенератора заметно повышает стоимость самой котельной за счёт появления в её схеме дополнительного оборудования (топливных баков, системы топливоподачи и т.д.), а также эксплуатационную стоимость вырабатываемой генератором теплоты.

Более простым по конструкции является электрический котёл . Он состоит из теплообменника со встроенными нагревательными элементами и устройства автоматики.

В качестве нагревательного элемента обычно применяются ТЭНы (трубчатые электронагреватели). Но известны также и электродные нагреватели .

В электродных котлах нагрев теплоносителя происходит за счёт его ионизации в замкнутой камере при прохождении через него электрического тока. Они значительно меньше по размеру и обладают всеми преимуществами электрических котлов. Однако для них целесообразно использовать специальный антифриз.
Некоторые котлы имеют в составе циркуляционный насос, расширительный бачок и предохранительный клапан.
Электрические котлы просты в монтаже и эксплуатации, не требуют отдельного помещения и дымохода. Работают бесшумно, экологичны и недороги. Основным их недостатком является высокий расход электроэнергии, для мощных моделей (более 10 кВт) необходима трёхфазная сеть 380 Вольт.

Электрические теплогенераторы не находят широкого применения в России, в основном, из-за высокого тарифа стоимости электроэнергии при её использовании на отопительные нужды, а также из-за часто ограниченного лимита расчётной электрической мощности, выделяемого индивидуальному застройщику. Подобные котлы с мощностью до 20…30 кВт чаще всего используются для отопления и горячего водоснабжения жилых или вспомогательных домов с небольшой площадью.

Инфракрасные плёночные нагреватели . У них в качестве нагревательного элемента используются тонкие графитовые плёнки. В настоящее время применяются в системах «тёплый пол».

Такой нагреватель представляет собой тонкий гибкий лист. Он может монтироваться непосредственно на деревянные поверхности. По разным оценкам, эффективность плёночного нагревателя до 15% выше чем у кабельного. Монтируется в основном на потолок и на стены. Это его основной режим работы, как лучевого источника тепла. Ввиду того, что его рабочая температура невысока, он пожаробезопасен и не сжигает кислород, но по стоимости дороже кабельного. При равных характеристиках с батарейной системой и электрокотлом, инфракрасные плёночные нагреватели дешевле в установке и более долговечны в эксплуатации. Однако, следует помнить, что на 1 кубический метр пространства помещения приходится ~5 Вт мощности такого нагревателя, чего может быть не достаточно для поддержания нужной температуры.
Кроме плёночного нагревателя, к лучевым системам отопления относятся электрические инфракрасные нагреватели . Оборудованные рефлектором, такие приборы способны быстро прогреть находящиеся в помещении предметы. Даже находясь на улице в прохладную погоду, возле такого обогревателя будет тепло.

Но, из-за высокой температуры нагревательного элемента, такие аппараты сжигают кислород в помещении. Существует множество конструкций таких отопительных приборов: напольной, настенной и потолочной установки.

Теплогненераторы, работающие за счет энергии солнца-солнечный коллектор . В них процесс нагрева теплоносителя происходит за счет поглощения солнечного излучения. Мощность потока солнечного излучения, без учёта потерь в атмосфере, составляет около 1350 Ватт на квадратный метр. Однако в различных точках планеты интенсивность солнечного излучения будет разной, например в Европе, она может быть менее 100 Ватт на квадратный метр, поэтому возникает задача не только эффективно поглощать солнечную энергию, но и сохранять её. Удачным решением является конструкция солнечного вакуумного солнечного коллектора .

Это плоская панель со стеклянными трубками, внутри которых находятся медные трубки меньшего диаметра. Медные трубки покрыты специальной тёмной краской, выдерживающей высокую температуру (200 градусов по Цельсию и более) и способствующей лучшему поглощению солнечного излучения. По ним циркулирует теплоноситель. Внутри стеклянной трубки создают вакуум. Вакуум, не обладая теплопроводностью, препятствует конвективной передаче тепла от нагретой медной трубки в окружающее пространство. Такая конструкция работает как термос. Стеклянные трубки изготавливают из особо чистого и прозрачного стекла. У современных солнечных вакуумных коллекторов степень поглощения солнечной энергии достигает 98%. Срок службы более 15 лет. Летом они могут полностью обеспечить дом горячей водой. Способные работать зимой, такие устройства послужат весомым дополнением к основной системе отопления. В остальном такая система отопления (или горячего водоснабжения) по своей гидравлической схеме и работе автоматики похожа на батарейную.

Другой альтернативной системой отопления является применение теплового насоса . По сути, это холодильник с источником низкой температуры во внешней среде. Принцип работы основан на том, что хладагент испаряется в камере с низким давлением и температурой, а конденсируется в камере с высоким давлением и температурой. Таким образом осуществляется перенос тепла от холодного тела к нагретому за счёт работы теплового насоса. Без него такой процесс невозможен. Низкотемпературная камера охлаждается за счёт циркуляции незамерзающего теплоносителя в коллекторе, расположенном в грунте, в воде или на открытом пространстве. В камере с высоким давлением и температурой происходит передача тепла к теплоносителю системы отопления дома. Для работы такой системы нужна электроэнергия, питающая двигатель теплового насоса. При этом на каждый затраченный кВт электроэнергии тепловой насос вырабатывает 2...4 кВт тепловой энергии. Залогом устойчивой работы такой системы отопления является постоянство температуры в коллекторе ("холодном теле"). Тепловые насосы позволяют значительно экономить электроэнергию или газ, однако требуют начальных вложений и трудозатрат в устройство коллектора. Например, если коллектор укладывать в грунте (на 0,5 метра ниже уровня промерзания), можно достичь тепловую мощность ~20 Вт на 1 метр трубопровода. Для скважин ~40 Вт, для коллектора, уложенного в воде ~30 Вт. Дополнительным преимуществом теплового насоса является возможность переключения с отопления зимой на охлаждение (кондиционирование) летом.

В книге приведены сведения об основных видах органического топлива и нетрадиционных источниках энергии, излагаются основы теории и прикладные вопросы генерирования тепловой энергии, методы расчета и проектирования теплогенерирующих установок, подробно рассмотрены процессы теплообмена, гидродинамики паровых и водогрейных котлов.
Во втором издании отредактированы все разделы книги, существенно переработаны главы по обеспечению водного режима, водо-подготовке и тепловым схемам теплогенерирующих установок. Учебник написан с учетом возможности самостоятельного изучения учебной дисциплины студентами, для чего в нем приведены числовые примеры, часть которых имеет подробные решения.
Для студентов ВУЗов, обучающихся по специальности «Теплогазоснабжения и вентиляция».

Невозобновляющиеся энергетические ресурсы.
Отличительной особенностью невозобновляющихся энергетических ресурсов (угля, нефти, природного газа, урана и др.) являются их высокий энергетический потенциал и относительная доступность и целесообразность извлечения. Именно поэтому до 85 % (в мировом балансе в целом) всех используемых в настоящее время энергетических ресурсов составляет эта группа, а в ней - ископаемые горючие органические вещества - органическое топливо. Темпы его добычи и потребления во многом определяют энергетическую политику.

Наибольшие энергетические ресурсы органического топлива сосредоточены в угле. Общие прогнозируемые геологические ресурсы каменного и бурого угля составляют 6000- 15 ООО млрд т у. т., что соответствует 175 700-460 548 ЭДж (табл. 1.1), причем из них запасы каменных углей и антрацитов составляют примерно 77 %, а бурых углей - 23 %. Разведанные запасы углей не превышают 600-680 млрд ту. т., что соответствует 17 600-19 900 ЭДж, или 5-10 % их общегеологических запасов. Основные разведанные запасы угля (80 % всех мировых запасов) сосредоточены в России, США и КНР. При современном уровне потребления угля разведанные запасы угля будут исчерпаны через 200-250 лет; при росте потребления угля в 3 % ежегодно время их исчерпания уменьшится до 150- 180 лет.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Введение
Глава I. Источники тепловой энергии систем теплоснабжения. Энергетические ресурсы. Топливо
1.1. Источники тепловой энергии
1.2. Энергетические ресурсы и энергетический баланс
1.3. Топливо
1.4. Эффективность использования энергетических ресурсов, пути ее повышения. Побочные (вторичные) энергетические ресурсы
Глава 2. Процессы производства тепловой энергии и их расчет
2.1. Методы и способы производства тепловой энергии
2.2. Горение органического топлива
2.3. Тепловой расчет теплогенератора на органическом топливе
Глава 3. Паровые и водогрейные котлы
3.1. Основные направления развития котлов на органическом топливе
3.2 Паро- и теплогенераторы атомных станций теплоснабжения (ACT)
3.3. Паро- и теплогенераторы гелио- и геотермальных установок
3.4. Строительные конструкции и материалы, применяемые в паровых и водогрейных котлах
3.5. Условия работы элементов котла и расчет их на прочность
Глава 4. Топочные и горелочные устройства
4.1. Слоевые топочные устройства
4.2. Камерные топки
4.3. Вихревые (циклонные) топки
4.4. Горелочные устройства для камерного сжигания твердого топлива
4.5. Горелочные устройства для сжигания жидкого и газообразного топлива
Глава 5. Низкотемпературные поверхности нагрева котла
5.1. Общие положения. Классификация. Определения
5.2. Экономайзеры
5.3. Воздухоподогреватели
5.4. Компоновка низкотемпературных поверхностей нагрева котла
Глава 6. Процессы, происходящие в пароперегревателях и конвективных поверхностях нагрева
6.1 Процессы, происходящие в пароперегревателях
6.2. Поведение золы топлива в котельном агрегате
6.3. Загрязнение поверхностей нагрева котлов продуктами сгорания топлив
6.4. Способы борьбы с загрязнениями поверхностей нагрева
6.5. Износ поверхностей нагрева под действием золы
6.6. Коррозия поверхностей нагрева со стороны греющих газов
Глава 7. Внутрикотловые процессы в котельных агрегатах
7.1. Внутрикотловая гидродинамика
7.2. Обеспечение естественной циркуляции
7.3. Гидродинамика параллельно включенных труб при принудительном движении рабочего тела
Глава 8. Водяное хозяйство и водный режим паровых и водогрейных котлов
8.1. Общие положения
8.2. Физико-химические характеристики воды
8.3. Требования, предъявляемые к качеству пара, питательной, подпиточной и котловой воде
8.4. Внутрикотловая обработка
8.5. Способы и схемы водоподготовки
8.6. Современные способы обработки воды
8.7. Термическая деаэрация воды
8.8. Периодическая и непрерывная продувка котлов
8.9. Ступенчатое испарение
8.10. Паропромывочные устройства
Глава 9. Топливное хозяйство и шлакозолоудаление тепловых станций на органическом топливе
9.1. Принципы организации топливного хозяйства
9.2. Тепловые станции на твердом топливе
9.3. Системы топливоприготовления
9.4. Тепловые станции на жидком топливе
9.5. Тепловые станции на газообразном топливе
9.6. Шлакозолоудаление
Глава 10. Схемы тепловых станций и их оборудование
10.1. Системы теплоснабжения
10.2. Принципиальные схемы систем теплоснабжения
10.4. Тепловые схемы теплогенерирующих установок
10.6. Контрольно-измерительные приборы и арматура котельного агрегата
10.7. Тепловой контроль и автоматизация процессов генерирования тепловой энергии
Глава 11. Тягодутьевые устройства
11.1. Назначение и виды дутьевых а тяговых установок
11.2. Естественная тяга в газовоздушном тракте котельной установки
11.3. Искусственная тяга в газовоздушном тракте котельных установок
11.4. Выбор дымососов и вентиляторов и их компоновка
11.5. Регулирование тягодутьевых установок
11.6. Дымовые трубы
Глава 12. Охрана окружающей среды от вредных газообразных и жидких выбросов
12.1. Общие положения
12.2. Методы снижения и подавления газообразных выбросов
12.3. Методика расчета рассеивания вредных примесей и выбор высоты дымовых труб
12.4. Способы улавливания твердых частиц из продуктов сгорания
12.5. Очистка газообразных выбросов атомных станций теплоснабжения (ACT)
12.6. Вредные жидкие стоки
Глава 13. Основы проектирования и эксплуатации теплогенерирующих установок
13.1. Основы проектирования теплогенерирующих установок
13.2. Проектирование котельных установок
13.3. Основы эксплуатации котельных установок
13.4. Теплотехнические испытания котельных установок
13.5. Использование ЭВМ при проектировании и эксплуатации теплогенерирующих установок
Глава 14. Технико-экономические показатели теплогенерирующих установок
14.1. Основные определения
14.2. Особенности производства тепловой энергии и планирования работы теплостанций
14.3. Количественные и качественные показатели работы теплостанций
14.4. Себестоимость производства тепловой энергии и особенности ее расчета
14.5. Определение сравнительной экономической эффективности капиталовложений и новой техники
Глава 15. Экономия топливно-энергетических ресурсов
15.1. Основные виды потерь топлива в теплостанции и классификация мероприятий по их снижению
15.2. Организация экономичной и надежной работы теплостанции
15.3. Оценка эффективности мероприятий по экономии топлива
Список литературы.

Теплогенерирующие установки или генераторы теплоты (теплогенераторы) являются основным оборудованием любой системы теплоснабжения. В системах централизованного теплоснабжения эти генераторы установлены на ТЭЦ или тепловой станции. В данном разделе рассмотрены теплогенераторы (водогрейные котлы ), применяемые в системах местного (децентрализованного) теплоснабжения и обеспечивающие теплотой инженерное оборудование одного конкретного строительного объекта.

В настоящее время многие зарубежные и ряд российских фирм предлагают котельное оборудование, отличающееся как стоимостью, так и своими техническими возможностями. Приведенный ниже анализ основных критериев выбора котельного предназначен, прежде всего, для проектировщика инженерных систем здания. Так как только он сможет грамотно учесть при проектировании все требования заказчика к тепловому комфорту в здании, оценить эксплуатационные характеристики различных теплопотребляющих систем, предложить и сопоставить различные варианты инженерного решения системы теплоснабжения.

Разница в цене на аналогичное по основным техническим характеристикам оборудование может быть существенная. Наиболее низкие цены на теплогенераторы из южных стран Западной Европы (Италия, Испания, Югославия, Греция), стран бывшего соцлагеря (Чехия, Словакия, Польша, Венгрия) и стран Азии (Южная Корея, Сирия). К этой категории можно отнести и оборудование из США. Существенное возрастание цены наблюдается по мере удаления страны-производителя на север Европы (Австрия, Швейцария, Голландия, Германия, Швеция, Финляндия), так как в странах с более суровым климатом требования к его качеству и надёжности возрастают, а, соответственно, возрастает и цена. У оборудования этих стран по опыту его многолетней эксплуатации в климатических и технических, часто отличающихся от идеальных, условиях средней полосы России гораздо меньше отказов в работе. Оно лучше адаптировано, например, к возможным сбоям в подаче к нему энергоносителей. Многие западные фирмы, давно работающие на российском рынке и заинтересованные в нём, специально занимаются вопросами, связанными с подобной адаптацией. Принимая решение о выборе теплогенератора, особенно в сложной с большим количеством разноплановых потребителей теплоты схеме теплоснабжения, необходимо помнить об обеспечении его надёжности эксплуатации в более суровых условиях России. Экономия капитальных затрат в этом случае может в последствии привести к большим эксплуатационным затратам и обернуться для заказчика в лучшем случае высокой стоимостью эксплуатации оборудования, в худшем - необходимостью дополнительных затрат на восстановительный ремонт инженерных систем, а, иногда, и самого здания.

Главными критериями выбора теплового оборудования следует признать его технические показатели, так как квалифицированный выбор инженерного решения может привести, в том числе, и к снижению капитальных и эксплуатационных затрат на систему автономного теплоснабжения здания. Ниже рассмотрены именно эти критерии.

Конструктивные особенности теплогенератора определяются, прежде всего, видом используемого в нём топлива. Наиболее доступным и дешёвым в настоящее время является природный газ. Газовые водогрейные котлы (рис. 1.2a) оборудуются либо встроенной атмосферной горелкой (поступление воздуха для горения газа за счёт естественной тяги в дымовой трубе), либо выносной горелкой (принудительное создание газовоздушной смеси). Если давление газа в сети ниже номинала (16…20 мбар), рекомендуется применять котлы с выносной горелкой.

Принципиально различаются теплогенераторы с ёмкостью для нагрева воды цельностальной или набранной из отдельных, как правило, чугунных секций. Последние более коррозионностойкие, что важно, так как качество воды, которой заполняются инженерные системы здания, часто далеко от идеального. Секционные котлы, которые могут поставляться на объект в разобранном виде, удобны при монтаже в стеснённых условиях стройплощадки. Ещё одно их преимущество - возможность быстрой аварийной замены в процессе эксплуатации вышедшей по какой-либо причине из строя секции котла. Стальной котёл в этом случае придется менять целиком. Котлы обычно устанавливаются непосредственно на пол котельной или на невысокий, до 200 мм, фундамент.

В особую группу необходимо выделить настенные газовые котлы (рис. 1.3), которые имеют очень широкое распространение на Западе. Настенный генератор теплоты имеет много преимуществ. Он компактен, удобен в монтаже и эксплуатации, универсален в выборе места его размещения в доме. Котёл оснащён уже встроенным в него необходимым оборудованием: циркуляционным насосом, расширительным мембранным баком, воздухоотводчиком, предохранительной и запорной арматурой. Определённый тип данного котла позволяет отказаться от традиционной дымовой трубы и отводить продукты сгорания через наружную стену с помощью специальной конструкции "труба в трубе". Однако, применительно к климатическим условиям России, эти котлы имеют существенный недостаток - низкую расчётную мощность, составляющую не более 30…50 кВт. Это в настоящее время ограничивает их применение или реконструируемыми квартирами в условиях старой городской застройки, или небольшими, чаще всего вспомогательными, постройками (гараж, баня и т. п.).

При отсутствии газа следующим по значимости является более дорогое дизельное топливо. Его использование для работы теплогенератора заметно повышает стоимость самой котельной за счёт появления в её схеме дополнительного оборудования (топливных баков, системы топливоподачи и т.д.), а также эксплуатационную стоимость вырабатываемой генератором теплоты. Как правило, конструкция подобного котла (см. рис. 1.2, б) универсальна и переход на использование в нём природного газа осуществляется простой и быстрой заменой выносной дизельной горелки на газовую с последующей её наладкой. Котёл продолжает работать с той же автоматикой, каких-либо переделок в тепловой схеме котельной при этом не требуется. Ряд стран предлагают на нашем рынке и комбинированные горелки, работающие на двух видах топлива, в которых переход на другое топливо осуществляется простым поворотом крана.

Электрические теплогенераторы не находят широкого применения в России, в основном, из-за высокого тарифа стоимости электроэнергии при её использовании на отопительные нужды, а также из-за часто ограниченного лимита расчётной электрической мощности, выделяемого индивидуальному застройщику. Подобные котлы с мощностью до 20…30 кВт чаще всего используются для отопления и горячего водоснабжения жилых или вспомогательных домов с небольшой площадью.

Правильное и точное определение расчётной мощности теплогенератора не только экономит деньги заказчика, но и в значительной мере предопределяет устойчивость работы котельного оборудования в процессе эксплуатации, а также его долговечность. К сожалению, следует констатировать, что многие торгующие котлами фирмы продолжают абсолютно порочную практику подбора котельного оборудования для своих клиентов без должного в таком случае проектного сопровождения и расчёта требуемой мощности в соответствии с действующими в России нормативными требованиями . Подобный дилетантский подход к этому важному вопросу чаще всего выражается в определении мощности по отапливаемой площади дома без учёта теплотехнических свойств его наружных ограждающих конструкций и функциональных особенностей других возможных теплопотребляющих систем.

Выбираемая мощность водогрейного котла складывается из расчётных мощностей теплопотребляющих систем здания. Мощность системы отопления определяется в результате расчёта теплопотерь здания (подробнее см. в разделе "Определение тепловой мощности систем отопления").

Выбор расчётной мощности системы "тёплый пол" зависит от её функционального назначения. Если эта система предназначена для полной или частичной компенсации теплопотерь дома, то её мощность уже учтена в предыдущем расчёте. Однако часто эта система используется, как дополнительный тепловой комфорт в отдельных помещениях (ванная комната, бассейн, сауна, зимний сад и т. п.). В этом случае требуется определение дополнительной мощности в зависимости от расчётной температуры на поверхности пола и внутреннего воздуха в этом помещении с учётом нагреваемой площади. В любом случае, при выборе и расчёте напольного отопления проектировщику следует помнить о том, что по санитарно-гигиеническим соображениям температура на поверхности нагретого пола ограничена. Причем, по российским нормам эта температура (26°C) ниже, чем в нормах западных стран.

Если в доме предусмотрена система приточной вентиляции или система кондиционирования воздуха с использованием водяных калориферов, их расчётная мощность определяется при той же расчётной температуре наружного воздуха и принятой в проекте этих систем температуре приточного воздуха с учётом расчётного воздухообмена в вентилируемых помещениях.

Требуемая мощность системы теплоснабжения бассейна рассчитывается с учётом объёма его ванны, возможных теплопотерь через её конструкцию и с поверхности воды, а также требуемой продолжительности первоначального и текущего прогрева бассейна.

Особо следует оговорить учёт при выборе мощности теплогенератора расчётной теплопотребности . Связано это с тем, что автоматика выбранной конструкции котла может иметь возможность приоритетного включения водонагревателя этой системы. При этом работа системы отопления на этот период временно прекращается. В этом случае можно получить значительную экономию за счёт частичного или полного снижения расчётной мощности теплогенератора на величину требуемой мощности системы горячего водоснабжения . Но принять такое решение можно только после тщательного анализа возможных последствий остановки системы отопления , проводимого проектировщиком с учётом её расчётной продолжительности и теплоинерционных особенностей здания. Только в результате подобного анализа может выявиться возможность снижения требуемой теплопотребности системы горячего водоснабжения при определении мощности генератора теплоты.

Особенностью всех импортных теплогенераторов является то, что они комплектуются собственными средствами автоматизации, которые обеспечивают регулирование и управление процессами функционирования не только самого котла, но и всех подключённых к нему теплопотребляющих систем. А они, в свою очередь, различаются как температурными и гидравлическими параметрами работы, так и временем и продолжительностью действия.

Система отопления и система вентиляции или кондиционирования воздуха потребляют теплоту только в холодный и переходный периоды года. Изменение теплоподачи в них осуществляется путём изменения температуры воды от котла по задаваемому на его блоке управления графику качественного регулирования в зависимости от текущей температуры наружного воздуха или, в более простом варианте, с помощью регулятора температуры внутреннего воздуха, установленного в контрольном помещении здания. Система "тёплый пол" рассчитывается с более низкими, чем в системе отопления и системе вентиляции , температурными параметрами воды и имеет в схеме котельной самостоятельный узел регулирования и управления. Подача теплоты от генератора в систему горячего водоснабжения и систему теплоснабжения бассейна осуществляется периодически по мере необходимости и с различной продолжительностью, но обычно при форсированном режиме работы котла.

Таким образом, особенно при сложной схеме теплоснабжения дома, выбор котла должен сопровождаться тщательной оценкой возможностей средств автоматизации, которыми фирма-производитель может его укомплектовать.