VEZETÉKES ENERGIAELLÁTÁS I.

Átírás

1 Dr. Zsebik Albin VEZETÉKES ENERGIAELLÁTÁS I. TÜZEL ANYAGOK ÉGETÉSE Oktatási segédanyag Kézirat Budapest, 200. július EGES.doc.doc

2 Tartalomjegyzék Bevezetés Hıtermelés Tüzelıanyagok égése Tüzelıanyagok égésekor keletkezett hı hı Az égés feltételei Tüzeléstechnikai alapismeretek Az égéstér kialakítása és szerepe az égetésben Füstjáratok kialakítása Hulladékok égetése Tüzelıberendezések veszteségei A tüzelıberendezések károsanyag kibocsátása A hasznosítása A víz, mint hıhordozó A kazánban hasznosított hı Melegvizes kazánok Kis- és közepes teljesítményő gızkazánok Kazánok kiszolgáló és segédberendezései Levegıellátás és égéstermék elvezetés Keringetı és tápszivattyúk Tápvíz és levegı elımelegítık Osztók és győjtık Automatika és felügyeleti rendszer Különleges kazánok és hıhasznosítók Hıhasznosító kazánok Termoolajos rendszerek Hılégfúvók, füstgáz generátorok Kazánüzem Energia megtakarítási lehetıségek kazánüzemekben Kazánok illesztése a fogyasztói rendszerhez...27 Irodalom...29 JOMUTI Kft. zsebik@axelero.hu 1172 Budapest, Almásháza u. 55. Cégjegyzékszám: Tel./Fax: , , Bankszámlaszám:

3 hı A termelése Bevezetés Bevezetés elsısorban a főtési, a használati melegvíz valamint a technológiai hıigények kielégítése érdekében történik. Technológiai igénynek tekintjük a villamosenergia termeléshez felhasznált gáz, gız elıállítását is. Ennek megfelelıen, jelen kötetünkben az alapenergia hıvé történı átalakításával foglalkozunk. A hıtermelés alapanyagának a tüzelı(hasadó-)anyagokat, a hıtermelés végtermékének a füstgázt, gızt, forró- és melegvizet, ill. levegıt tekintjük. Ezek az átalakított, ún. másodlagos energiahordozók égés vagy maghasadás útján az energiaátalakításhoz (fejlesztéshez ill. termeléshez) felhasznált alapenergia-hordozókból nyerik energiatartalmukat. Az égés égıkamrákban, meleg- és forróvíz-kazánokban, a maghasadás az atomreaktorokban történik. A kötetben ismertetjük a kazánok alaptípusait, az üzemüket befolyásoló tényezıket. A gáz-, az olaj- és alternatív tüzeléső hı a gız- és forróvízkazánok teljesítmény-szabályozásának módját. Önálló kötetben kerül ismertetésre a szállításának módja gızzel és forróvizzel, a gızzel ill. forróvízzel történı hı hı szállítás elınyei és hátrányai. A hıhordozó (víz, gız) szállítása csıvezetéken, a nyomás változása. A sugaras és hurkolt hálózatok, a hálózatok számításának módszerei. A vezetékek átmérıjének meghatározása. Ugyancsak önálló kötetet képez az energiagazdálkodás szempontjából fontos tárolási módok bemutatása. A tárolása a hıforrásban, a fogyasztónál és a távvezetékben. A változó és állandó nyomású tárolás, a fajlagos tárolókapacitás meghatározása. Példát mutatunk be a hideg tárolására. 1

4 hı 1. H termelés 1.1. Tüzel anyagok égése Tüzelıanyagok égésekor keletkezett Az égés kémiai folyamat, amelyben a tüzelıanyagok éghetı hı komponensei oxigénnel kémiai reakcióba lépnek. Az égés folyamán és égéstermék keletkezik. A nem éghetı anyagok az égéstermékekkel keverednek. A szén, amit a tüzelıberendezésben elégetnek mindig tartalmaz nedvességet és nem éghetı hamut. A nedvesség elpárolog, a füstgázba kerül, míg a hamu a salakba jut. Az olajból és a gázból füstgáz keletkezik, minden égésterméket és nem éghetı anyagot (széndioxid, szilárd por) a füstgáz visz magával. A füstgáz viszi magával annak a levegınek a nitrogén tartalmát is, amibıl az oxigént a tüzelıanyag részben elhasználta. Az egységnyi mennyiségő tüzelıanyagból keletkezett hıt égéshınek nevezzük. Mértékegysége szilárd és folyékony tüzelıanyagok esetén J/kg, gázoknál J/m. A gázok (levegı, földgáz, biogáz, füstgáz) mennyiségét a tüzeléstechnikában rendszerint a normál állapotú térfogatával, m -ben adjuk meg. Normál állapot alatt a gáz 0 C (27,15 K) hımérséklető, 1,01 bar (760 Hgmm) nyomású állapotát értjük. A nyomásmérı mőszerek a gáz nyomását mindig a környezı levegı nyomásától való eltérésben, azaz túlnyomásban mérik, ezért a leolvasott értékhez a mindenkori légnyomást hozzá kell adni, hogy megkapjuk az ún. abszolút nyomást. Ha nem egyértelmő, hogy milyen nyomást adunk meg, a mértékegységben jelöljük: bar(abs) = abszolút nyomás, barg = túlnyomás. Ha a gáz barg-ban mért nyomása p, hımérséklete C-ban t, mért térfogata V m, a normál állapotú térfogatát az alábbi képlettel kapjuk 27, p + b V n = V 27,15 + t 101 ahol b a barométerállás mbar-ban a mérés helyén és idıpontjában. Sajnos, a kötelezı SI mértékrendszer ellenére, a hazai gázszolgáltatók az ún. gáznormál állapotot használják, amelynél a vonatkoztatási hımérséklet 15 C (288,15 K). A gáznormál állapotra történı átszámítás: 288, p + b V gn = V = f V 27,15 + t 101 ahol f az a korrekciós tényezı, amit a gázszámlákon is feltüntetnek. A tüzelıanyagok égéshıjét méréssel határozzák meg. A mérés elve, hogy egy zárt edényben (a kaloriméter bombában) elégetnek egy kis menynyiségő hı tüzelıanyagot, majd a keletkezett égéstermékeket visszahőtik a kiindulási hımérsékletig, miközben mérik az elvont hıt. A teljes visszahőtésig elvont megegyezik a keletkezett hıvel. 1. Hıtermelés Főtıérték? Égéshı? Nm? Nm : (normál köbméter) Egy adott gáz 0 C-on és 1,01 bar (10100 Pa) (légköri) nyomáson mért térfogata. Erre az állapotra vonatkozik az adott anyag sőrősége és főtıértéke. Gyakran használt még a nm (technikai normálköbméter; p=0,967 bar és t=20 C) és a gnm (gáztechnikai normálköbméter; p=0,967 bar és t=15 C) is. Hımérséklet korrekciós tényezı? 2

5 hı Az égés folyamán az égéstermékek hımérséklete nagyon magas értékeket érhet el, akár C-ra is emelkedhet. A hıelvonással ez a hımérséklet fokozatosan csökken (1. ábra). Ha az égéstermék vízgızt is tartalmaz, az egyenletes hımérséklet csökkenés vonala a harmatpontnál megtörik, ugyanannyi elvonására sokkal kisebb lesz a hımérsékletváltozás. Ennek az oka, hogy a víz fokozatosan kicsapódik és felszabadul az az energia (párolgáshı vagy kondenzációs hı), amit a gız az elpárologtatásakor magában eltárolt (a párolgáshırıl a kazánok tárgyalásánál részletesebben lesz szó). Az 1. ábrán látható, hogy az égéshıt akkor kapjuk meg, ha a visszahőtést a kiindulási hımérsékletig végezzük. A gyakorlatban, egészen az elmúlt évekig, a tüzelıberendezések füstgázait jóval a harmatpont feletti hımérsékleten engedték el, ezért nem volt jelentısége a kondenzáció figyelembe vételének. Ezért bevezették a főtıérték fogalmát, aminek értéke a vízgız kondenzációs hıjével kisebb, mint az égéshı. 1. Hıtermelés 1. ábra Az égéshı főtıérték értelmezése 1. táblázat Néhány tüzelıanyag égéshıje és főtıértéke Égéshı Főtıérték Feketeszén MJ/kg MJ/kg Barnaszén 27, , MJ/kg 19,6... 2,2 MJ/kg Lignit 27,6 MJ/kg 14, ,7 MJ/kg Tızeg 22,6 MJ/kg 14,5 MJ/kg Tüzifa 18,8 MJ/kg , MJ/kg Háztartási koksz,5 MJ/kg 29, MJ/kg Tüzelı- és főtıolaj MJ/kg MJ/kg Földgáz MJ/Nm MJ/Nm Propán-bután (PB) MJ/Nm MJ/Nm Biogáz MJ/Nm 24, MJ/Nm A főtıértékkel lényegesen egyszerőbb a tüzeléstechnikai számításokat elvégezni és addig, amíg nem következik be a kondenzáció, a számításokkal nem követünk el hibát. A főtıérték használata olyan mértékben elterjedt, hogy a tüzelıberendezésekbe bevitt hıt a tüzelıanyag főtıértékébıl számítják ki, és erre vo-

6 natkoztatják a berendezés hatásfokát. Emiatt lehetséges, hogy néhány cég a kondenzációs kazánjait úgy hirdeti, hogy azok hatásfoka 100 %-nál nagyobb. 1. példa: Egy családi házban a tulajdonos rendszeresen mérte az elfogyasztott földgáz mennyiségét és annak értéke az egyik hónapban 560 m - nek adódott. Mennyi hıt fogyasztott a ház, ha a földgáz átlagos nyomása 25 mbarg, főtıértéke gáznormál állapotra vonatkoztatva,6 MJ/m és a mérıóránál az átlagos hımérséklet 18 C, a barommetrikus nyomás átlaga pedig 1015 mbar volt? A térfogat korrekciós tényezıje: Ezzel a korrigált térfogat: 288, f = = 1,016 27, V = 1, = 569,0 m gn Az elfogyasztott hıenergia: Q = 569,6 = 19118,5 MJ Az égés feltételei Fizikailag az égéshez: tüzelıanyag oxigén és a gyulladási hımérséklet szükséges. Ahhoz, hogy az égés fenn is maradjon, a tüzelıanyag lehetıleg valamennyi éghetı anyaga elégjen, azaz ne legyen kormoló a láng, további feltételeket is biztosítani kell. Szilárd anyagok égése: A tüzelıanyag, amikor hidegen bekerül a tőztérbe, elıször csak melegszik. A melegedést a tőztér meleg boltozatának a sugárzása, a már égı tüzelıanyag lángjának a visszasugárzása és a visszakeveredı forró füstgáz biztosítja. Ebben a szakaszban kipárolog a tüzelıanyag felületén lévı nedvesség, majd kb. 110 C felett az ún. kristályközi nedvesség is. Kb C között indul meg a hıbomlás, ami az eredeti kristályszerkezet szétesését jelenti, a hosszú szénláncú, szenet és hidrogént tartalmazó molekulák kisebb molekulákra esnek szét. Ezek a kisebb szénláncú molekulák éghetı hı gáz vagy gız formájában, illóként felszabadulnak és kiválnak a visszamaradó szemcsés szilárd anyagból. A vízgız kipárolgásához és a hıbomláshoz szükséges, ezért ebben a szakaszban a tüzelıanyaggal érintkezı levegı hőtı hatása inkább lassítja a folyamatot. Elıször C közötti tartományban a felszabadult illó gyullad Az égés feltételei? Mikor kormol a láng? Az égés folyamata? Mi a korom? 4

7 nı meg. A gáz halmazállapotú bomlástermék a levegıvel keveredve gyorsan, nagy lánggal ég el. A gyors égés következtében nagymennyiségő hı szabadul fel. A láng jelentıs hıt sugároz a tőztér fala és a még meg nem gyulladt tüzelıanyag felé, de még így gyorsan a hımérséklet. A gyors égés miatt nagymennyiségő levegıt kell biztosítani. Ha kevés a levegı, vagy nem tud tökéletesen keveredni a felszabaduló illóval, a láng kormozó lesz, sok elégetlen anyag (szén szemcsék ill. korom és szénmonoxid) marad a füstgázban. A szén, jelentıs része, mint tiszta karbon, a szilárd anyagban marad vissza. Ennek égése 700 C körüli hımérsékleten indul meg. A karbon égés lassú folyamat, ezért jóval kisebb levegıáramot igényel, mint az illó égése. Ha nem veszünk vissza a levegıáramból, a felesleges levegı hőti a tőzteret, a hımérséklet csökkenés miatt pedig az égés abbamarad anélkül, hogy valamennyi szénszemcse elégett volna. A két égési folyamat jellegzetességét jól megfigyelhetjük a kályháknál. Begyújtás után, amikor már a gyújtós annyi hıt termelt, hogy a tüzelıanyag illótartalma meggyullad és tovább ég, hirtelen megszalad a tőz, az égés nagy lánggal történik. Ilyenkor nagy huzatot kell adni, hogy a láng ne kormozzon. Egy idı után, amikor az illó kiégett, csökkenteni kell a huzatot, tartani a parazsat. Sok esetben a huzatajtó teljes lezárásakor is elegendı a levegı hı a parázs (azaz az izzó szénszemcséket tartalmazó hamu) kiégéséhez. Folyékony tüzelıanyagok égése: A folyadékok égése akkor indul meg, ha hatására a felszínen a folyadék elpárolog, és ez a pára a levegıvel keveredve gyullad meg. A szükséges hıt itt is a tőztér falának és a lángnak a visszasugárzása biztosítja. A párolgás a felszínen jön létre, emiatt úgy tudunk intenzív égést kialakítani, ha a tüzelıanyagot apró cseppekre bontjuk. Ezzel a tömegéhez viszonyítva nagy felület mellett azt is biztosíthatjuk, hogy a cseppek jól keverednek az égési levegıvel. Nagyon fontos, hogy a cseppek teljes kiégésükig megmaradjanak a magas hımérsékleti tartományban, különben az égés folyamata megszőnik, a láng kormozóvá válik. A cseppekre bontást az olajégı szerkezetek valósítják meg. A folyadékok a környezeti hımérsékleten is párolognak. Az illékonyabb folyadékok, mint pl. a benzin zárt térben olyan mennyiségben is képes kipárologni, hogy egy idı után a felette lévı levegıvel a folyadék gıze robbanóképes keveréket hoz létre. Ilyenkor egy szikra berobbanthatja a teret. Emiatt a folyadékok begyújtását különös óvatossággal kell megkezdeni, biztosítani kell, hogy az esetleges robbanóképes gız-levegı keverék a gyújtás elıtt el legyen távolítva. Biztonságtechnikai elıírás a gyújtás elıtt a 1. Hıtermelés Korom: szénhidrogénekbıl elégtelen levegı égetéssel vagy termikus bontással elıállított igen finom elosztású szén. A gumigyártás és nyomdaipari festékek alapanyaga. A bontás melléktermékeként hidrogén keletkezik. A gyártás alapanyaga elsısorban földgáz, de gázolajat, lepárlási maradékokat és az oldószeres kenıolajfinomítás extraktját is felhasználják korom elıállítására. 5

8 tőztér átszellıztetése. Gázok égése: Az éghetı gáz, ha levegıvel összekeverjük gyorsan, robbanásszerően ég el. Ezért a gáz égetésekor a keverés és az égés folyamatosan, egyidejőleg történik. Leggyorsabb az égés akkor, ha a gáz és a levegı olyan arányban keveredik, amilyen arányt a kémiai reakció egyenlet határoz meg. Ha a gáz koncentrációja a levegıben egy bizonyos érték alatt (alsó robbanási koncentráció) vagy egy bizonyos koncentráció felett (felsı robbanási koncentráció) van, a keverék nem gyújtható meg. Vannak olyan gázégık, amelyekben a levegıt és a gázt elıször összekeverjük és csak ez után gyújtjuk meg. Ezekben az égıkben az égés nagyon gyorsan játszódik le, a láng rövid, sok esetben nem is látható, a láng hımérséklete magas. Abban az esetben, ha a gáz és a levegı keveredése csak az égéstérben történik, az égés sebességét a keveredési folyamat határozza meg, a láng hosszú, elnyújtott lesz, a láng hımérséklete kisebb. A kereskedelmi forgalomban elterjedt égıknél rendszerint részleges elıkeverést alkalmaznak, a teljes levegı mennyiségét a gáz csak a tőztérben kapja meg. Mivel a legkisebb gázszivárgás is egy idı után robbanóképes keveréket hozhat létre a környezet levegıjével, a biztonsági elıírások gáztüzelésnél a legszigorúbbak. Levegıszükséglet, füstgáz kibocsátás: Az égéshez szükséges levegı mennyiségét a kémiai reakcióegyenletek szigorúan megszabják. Pl.: tiszta karbon égése: C + O 2 = CO 2 tiszta metán égése: CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O Ezek az egyenletek mólnyi mennyiségekre vonatkoznak és így szigorú mennyiségi arányokat szabnak meg. Ha ennél kevesebb oxigént (pontosabban ennél kevesebb oxigént tartalmazó levegıt) adagolunk, a tüzelıanyag egy része nem fog elégni, ha viszont ennél több az oxigén, a felesleg az égéstermékbe kerül, azaz nem vesz részt a reakcióban. A tüzelıanyag összetételének ismeretében tehát ki lehet számítani, mennyi levegıt kell adagolni a tüzelıanyag elégetéséhez és a reakció során mennyi füstgáz keletkezik. Az egységnyi (1 kg ill. gázoknál 1 m ) tüzelıanyag elégetéséhez a reakció-egyenletekbıl számított szükséges levegı mennyiségét elméleti levegıszükségletnek (L 0 ), az elégetés során keletkezett füstgáz mennyiségét elméleti füstgáz mennyiségnek (V 0 ) nevezzük. A gyakorlatban sokszor nem ismerjük a tüzelıanyag összetételét. Ilyenkor a főtıérték alapján közelítı képleteket használhatunk [2]. Ilyenek Légszükséglet? Légfelesleg? Hogyan befolyásolja a légfelesleg a kazán hatásfokát? λ > mint szükséges: a tüzelıanyag tökéletesen elég, de a felesleges levegı hı a kazánházi hımérsékletrıl felmelegszik a füstgáz hımérsékletre és így a levegıvel (füstgázzal) jelentıs mennyiségő kerül a szabadba 6

9 pl.: földgázra: 0,26 H m 0,28 H m L 0 = + 0,25 V0 = + 0, m 1000 m tüzelıolajra: L 0 0,21 H = 2, m kg V 0 0,28 H = 1000 m kg biogázra: 0,24 H m 0,27 H m L 0 = + 0,45 V0 = + 0, m 1000 m A képletekben H a főtıérték, amit kj/kg-ban ill. gázoknál kj/m -ben kell behelyettesíteni. A tökéletes égéshez az szükséges, hogy a tüzelıanyag minden éghetı molekulájához eljusson az oxigén. Ez elméleti levegımennyiség biztosítása esetén gyakorlatilag lehetetlen. Ezért mindig valamivel több levegıt biztosítunk az égéshez. Ezt a többlet levegıt légfeleslegnek nevezzük és a légfelesleg-tényezıvel (λ) vesszük figyelembe: m m L = λ L0 vagy kg m Ez a légfelesleg természetesen nem vesz részt a reakcióban, így annak teljes mennyisége a füstgázba kerül, azaz a füstgáz mennyisége: m m V = V0 + ( λ 1) L0 vagy kg m Légfelesleg-tényezı értéke Füstgáz O 2 -tartalma, tf% A légfelesleg tényezı értéke gáztüzelésnél lehet a legkisebb, szilárd hulladék tüzelésnél a legnagyobb: anélkül, hogy ennek a felesleges levegınek bármi hasznát vettük volna. λ > jellemzıi: a láng színe kékes, a láng hosszú, a füstjáratok lehőlnek, a füstgáz járatokban a nedvesség kicsapódik, a láng erısen lobog, hullámzik, esetleg dübörög. λ < mint szükséges: a tüzelıanyag egy része oxigén hiányában nem tud elégni, így megnı a távozó füstgáz éghetı-anyag tartalma, ami szintén veszteséget jelent. λ < jellemzıi: a láng színe sötétvörös, esetleg fekete, a tőztérben a füst gomolyog, a láng bizonytalan, kormos, leszakad. Füstgázmennyiség? 2. táblázat Gáztüzelés 1, ,2 1...,5 Olajtüzelés 1, ,4 2, Széntüzelés 1,4... 2, ,5 Hulladéktüzelés 1,6... 2, 7, ,7 A táblázatból is látható, hogy a légfelesleg-tényezı és a füstgáz oxigéntartalma szorosan összefügg egymással. Jó közelítéssel, ha az oxigéntartalmat %-ban helyettesítjük be: 21 λ = 21 O 2 2. példa: Egy iskola kicserélte a régi olajos kazánját egy új, földgáz tüzeléső kazánra. Az új kazán teljesítménye 105 kw, (a főtıértékre vonatkoztatott) hatásfoka a névleges teljesítményen 92 %. Mekkora lesz az új kazán füstgáz kibocsátása a névleges teljesítményen történı üzemeltetés esetén, ha a földgáz főtıértéke MJ/m, a légfelesleg tényezı pedig 1,15. 7

10 A 105 kw teljesítmény leadásához szükséges tüzelıanyag-fogyasztás: kw B = 12,45 m / h 0, kj / m = Az elméleti levegıszükséglet és füstgáz mennyiség: L V 0 0 0, kj / m = , kj / m = ,25 = 8,8 m + 0,6 = 9,84 m / m / m Az egységnyi gáz elégetésekor keletkezett tényleges füstgáz mennyiség: V = 9,84 + 1,15 1 8,8 = 11,16 m / m ( ) Ezzel a teljes füstgáz kibocsátás: V& fg = 12,45 m / h 11,16 m / m = 18,94 m / h Fel kell hívni a figyelmet, hogy ez a normál állapotra vonatkozó térfogat, a kb. 110 C hımérséklető gáz tényleges térfogatárama ennél nagyobb. Számítása a normál állapotú térfogatáramot meghatározó, azonos nyomást feltételezı képletbıl, V 27,15 = 27,15 + t n V tény kifejezve történik: 27,15 + t 8,15 V tény = Vn = 18,94 = 1,4 18,94 = 195 m /h 27,15 27, Tüzeléstechnikai alapismeretek Az égéstér kialakítása és szerepe az égetésben A régi szenes kazánokat még az égetést biztosító szerkezetekkel együtt tervezték, ennek megfelelıen helyezték el a rostélyt, a levegı ellátó rendszert, a tőztér boltozatot, stb. A szénhidrogén tüzelések elterjedésével a kazán és a tüzelıberendezés (égı) tervezése és gyártása különvált, a kazán készítıje az égı gyártójától vásárolja a megfelelı berendezést. Bár a fejlesztés és gyártás különvált, a gazdaságos és környezetkímélı tüzelést csak az égı és a tőztér összehangolt mőködése tudja biztosítani: az égı biztosítja a tüzelıanyag és az égési levegı bevitelét a kazánba ugyancsak az égı gondoskodik elsısorban a tüzelıanyag és a levegı összekeverésérıl, bár ezt a tőztér áramlási viszonyai is befolyásolják a tőztérnek elegendıen nagynak kell lennie ahhoz, hogy a térben és idıben elhúzódó kiégés folyamata zavarás nélkül befejezıdhessen. A lángnak el kell férnie a tőztérben. a tőztér geometriája biztosítja az égéstermékek áramlását és elvezetését, esetleges visszacirkuláltatását a tőztér falának hımérséklete jelentıs hatással van a lánghımérsék- Égéstér? Tőztér? Égı, vagy tüzelıbe- 8

11 letre. Nehezen éghetı, kis főtıértékő tüzelıanyagok alacsony falhımérséklet esetén tökéletlenül égnek el. A tőztérben az áramlási sebesség kicsi, a hıt a láng sugárzása adja át a tőztér falának. Láttuk, hogy a tőztér és az égı szoros kölcsönhatásban üzemel. Ugyan az az égı más tőztérre szerelve másmilyen égési jellemzıkkel égeti el a tüzelıanyagot. Rosszul illesztett égı súlyos baleseteket is okozhat. Ezért van az, hogy a tüzelıberendezéseknél az égı és a tőztér összeépítését is hatóságilag engedélyeztetni kell. Égı cseréje esetén az engedélyezı a Területi Mőszaki Biztonsági Felügyelet, hı akik a tanúsító szervezet mérései alapján adják meg az engedélyt Füstjáratok kialakítása Az égés befejeztével a füstgáz hımérséklete jelentısen csökken, sugárzó hatása legyengül. A további átadása hatékonyabb áramlásos hıcsere (konvekció) útján. Ehhez azonban már nagy áramlási sebesség és nagy hıátadó felület szükséges, ezért az áramlási keresztmetszetek leszőkülnek, a füstgáz szők, nagy felülető csatornákon áramlik tovább. A 2. ábra kazánjánál a melegítendı víz egy öntöttvas blokk csatornáiban áramlik, a füstgáz pedig a sőrőn elhelyezett csatornák közötti térben jut tovább. A hıátvitel hatékonyságának növelése érdekében a Füstgáz oldali felület még tüske alakú bordázattal is el van látva. A korszerő nagyobb kiskazánokat öntöttvas elemekbıl szerelik össze. Itt is az öntvény belsejében áramlik a víz, az elemek közötti szők csatornákban pedig a füstgáz. A. ábra egy ilyen öntöttvas tagot mutat. A nagyobb ipari kazánokban a víz az egész tőzteret körülveszi. A füstgáz további útja a vízteret áttörı füstcsövekben folytatódik (Hiba! A hivatkozási forrás nem található.. ábra). rendezés? Égı és tőztér kölcsönhatása? A. ábrán látható elem lényegében egy azonos áramú hıcserélı, melyben a melegebb közeg áramlási iránya megeggyezik a hidegebb (melegítendı) közeg áramlási irányával. Erre a megoldásra azért van szükség, hogy az elemen belül ne alakuljanak ki nagymértékő hıfeszültségek. 1. Hıtermelés 2. ábra A tőztér kialakítása 9

12 . ábra Öntöttvas tagos kazán egy eleme 4. ábra Kazán metszete 5. ábra Kisteljesítményő kazán atmoszférikus égıje 10

13 A nagyobb ipari kazánokon az égéslevegıt ventilátor biztosítja. Háztartási vagy kisebb épületek központi főtését biztosító gázkazánokon gyakran ún. atmoszférikus égıt alkalmaznak, amelyeknél a fúvókán felgyorsított gáz injektor hatása szívja be az égési levegı egy részét. Az 5. ábra egy ilyen atmoszférikus, csıégıbıl álló égı csoportot mutat. Az atmoszférikus égık nagyon érzékenyek a huzat változására és az esetleges nyomáshullámokra. Ezért biztonságtechnikai elıírás ezeken a kazánokon a huzatmegszakító (deflektor). A huzatmegszakítót a füstcsıre szerelik fel, vagy már a kazánba építik be (6. ábra). Atmoszferikus égık? 6. ábra A huzatmegszakító kialakításának kétféle módja Hulladékok égetése A hulladékoknak egy nagy csoportja éghetı, ezért az ártalmatlanításának egyik kézenfekvı hı módja az égetés. Az égetéssel nem csak a hulladék térfogata csökken kb. 1/10-ére, de a felszabaduló hasznosítható is. Az alábbi táblázat néhány jellegzetes éghetı hulladék adatait mutatja []:. táblázat Hulladék fajta Víztartalom Hamutartalom Főtıérték % % kj/kg Fáradt olaj 10 1, Olajemulzió 17,5 1, Olajiszap Bitumen Kátrány hulladék Tartálymaradék Derítıföld Savgyanta Lakkiszap Koksziszap Glikol hulladék Acetát hulladék 1, 0, Polietilén-hulladék 0,02 0, PVC-hulladék - 0, Gumiabroncs 1 6,

14 Bırhulladék 7, Fahulladék Állattetemek A szilárd hulladékok nem csak külsı megjelenésükben és számos anyagjellemzıiben különböznek a tüzelıanyagoktól hanem égési tulajdonságaikban is. Rendszerint széles határok között ingadozik a halmazsőrőség, az összetétel és a főtıérték. Minél vegyesebb egy hulladék, annál több tüzeléstechnikai problémát vet fel. A szelektíven győjtött és adagolt hulladék egyszerőbben égethetı el. Azok a technológiai hulladékok, amelyek anyagukban állandó összetételőek, még ha speciális kezelést is igényelnek, rendszerint egyszerő, nem túl drága berendezésben elégethetık. A nagy illótartalmú, rendszerint mőanyagokat tartalmazó hulladékok hagyományos tüzelıberendezésekben nem égethetık el. Ezeknél ugyanis a hıbomlás olyan gyors, hogy az égési levegı nem tud behatolni a láng belsejébe, a belsı szemcsék nem tudnak kiégni, így jelentıs mennyiségő el nem égett anyag távozik az égéstermékkel együtt. Ezekre az anyagokra kettıs tőzterő ún. pirolítikus vagy félpirolítikus égetıket alkalmaznak. A 7. ábra egy szakaszos üzemő félpirolítikus égetı metszeti rajzát mutatja. A hulladékot az alsó égéstérbe helyezik el, majd légmentesen bezárják az adagoló ajtót. A meleg tőztérben az anyag meggyullad. Az (5) primerlevegı adagoló fejcsövön csak annyi levegıt fújnak a tőztérbe, hogy az elégı tüzelıanyag a többi anyag hıbomlásához szükséges hıt fedezze. A szabályozásával a tőztér hımérsékletét C alatt tartják. Pirolítikus égı? A pirolízis oxigén nélküli hıbontást jelent. 7. ábra Nagy illótartalmú hulladékok kétkamrás égetı berendezésének metszete A hıbomlással keletkezett éghetı illó a tőztérbıl a (2) utóégetı kamrába kerül, ahol nagy sebességgel annyi szekunder levegıt adnak hozzá, hogy az tökéletesen kiégjen. Az utóégetı kamrában legalább 850 C hımérsékle- 12

15 tet, de klórtartalmú hulladékok esetén 1100 C feletti hımérsékletet tartanak. A begyújtást és hıntartást általában támasztóégı is segíti, amit, ha a megfelelı hımérsékletet elérték, kikapcsolnak. Ilyen típusú égetıket alkalmaznak a kórházi hulladékok ártalmatlanítására is. Vegyes, változó összetételő hulladékok ártalmatlanítására gyakorlatilag csak a forgódobos kemencék alkalmasak (8. ábra). 1. Hıtermelés 8. ábra Forgódobos hulladékégetı metszete (1 - adagológarat, 2 - hidraulikus adagolómő, - csigás adagoló, 4 - kemencefej, 5 - kifalazott forgó dobkemence, 6 - utóégetı tér, 7 - folyékonyhulladék-beégetés, 8 - nedves salakkihordó, 9 - hajtómő) Ezeknél a berendezéseknél egy enyhén lejtı, tőzálló béléssel ellátott forgó dob képezi a tőzteret. A hulladékot a dob álló homlokfelületén adagoljál be, ami azután a forgó dob belsejében görögve lassan halad a salaktér felé, miközben kiég. A füstgáz itt is áthalad egy utóégetın, ahol támasztóégı segítségével tartják a hımérsékletet. A forró füstgázt csak az utóégetı után (az ábrán nem látható módon) vezetik rá a hıhasznosító felületekre. Általában a hulladékégetık tőztere tőzálló béléssel van ellátva, hogy minél kisebb legyen a lesugárzott hı, azaz a tüzelıanyag-levegı keverék a lehetı legtovább maradjon a magas hımérséklető zónában, ahol a kiégés biztosított. Csak a kiégett, de még forró füstgázt engedik rá a főtıfelületekre. A bőzhatás miatt a szilárd hulladékot zárt bunkerekben tárolják. A bunkerbıl ventilátorok szívják el a bőzös levegıt, amit a tőztérbe vezetnek. 850 C felett a bőzt keltı szerves anyagok elégnek. A hulladékégetık másik közös jellemzıje, hogy lehetıleg folyamatos és egyenletes terhelésen járatják, nehogy a terhelésváltozások miatt a kiégés minısége romoljon. Ebbıl következik, hogy a hulladékégetık hıhasznosítói mellett egy hagyományos kazánt is üzemeltetni kell, amelyik a ter- 1

16 hı helés változásait felveszi Tüzelıberendezések veszteségei A tüzelıanyagból az égés folyamán felszabaduló nagy része a melegítendı hı közeg felmelegítésére és/vagy elpárologtatására fordítódik. A kéményen távozó meleg füstgáz, az égéstermékben visszamaradó éghetı anyag és a tüzelıberendezés falán lesugárzott azonban veszteségeket okoz. A felsoroltak közül a legnagyobb veszteséget a melegen távozó füstgáz okozza. Értéke hagyományos kazánoknál a tüzelıanyag főtıértékére vonatkoztatva 4-10 %. Minél kisebb a távozó füstgáz hımérséklete és minél kisebb a légfelesleg tényezı értéke, annál kisebb a füstgázveszteség. A légfelesleg tényezıt az égı optimális beszabályozásával lehet csökkenteni. Korlátot jelent, hogy a levegıbevitel csökkentése folyamán egy ponton hirtelen nıni kezd a szénmonoxid kibocsátás, ami azt mutatja, hogy itt már nem tudjuk a tökéletes égés feltételeit biztosítani. A füstgáz hımérsékletének csökkentését a melegítendı közeg belépı hımérséklete korlátozza. Nyilván, egy olyan gızkazánban, amelyben C hımérséklető gızt állítunk elı, nehezen várható, hogy a füstgáz hımérséklete 200 C alatt legyen. Egy melegvizes kazánban jobban le tudjuk hőteni a füstgázt is. Legkisebb veszteséget akkor érhetünk el, ha használati melegvizet (HMV) termelünk, mert a hidegvíz hımérséklete C, így ha a berendezés konstrukciójában alkalmas a távozó füstgáz hımérséklete akár 25-5 C is lehet. A füstgáz hımérsékletének csökkenése kedvezıtlenül hat a huzatra. Amíg magas a füstgáz hımérséklet, addig a sőrőségkülönbség miatt fellépı huzat biztosítja az égéstermék eltávozását. A hımérséklet csökkentésével elérjük azt a pontot, amikor a huzat már nem elegendı a füstjáratok és a kémény ellenállásának a leküzdésére. Ilyenkor füstgázelszívó ventilátort kell beépíteni ami a beruházási költségeket növeli. A korábbiakban láttuk, hogy a harmatpont elérése után, a csapadékkiválás következtében ugyanakkora hımérsékletkülönbség létrehozásával sokkal több hıt tudunk kinyerni a füstgázból, mint a harmatpont feletti tartományban. Az ilyen ún. kondenzációs kazánok nagyon jó hatásfokúak, szerkezeti kialakításukban viszont bonyolultabbak, mint a hagyományos kazánok. A 9. ábra egy kondenzációs kazán felépítését mutatja. 1. Hıtermelés Kazánveszteségek? A levegıbevitel változásának hatása az égésre? Mi korlátozza a füstgáz lehőtését? Kondenzációs kazán? 14

17 zı 9. ábra Kondenzációs kazán felépítése A tüzelıberendezések károsanyag kibocsátása A hagyományos tüzelıanyagok elégetésekor az égéstermék két jellem- komponense a széndioxid (CO 2 ) és az égési levegıbıl visszamaradt nitrogén (N 2 ). Ezen kívül a légfelesleg biztosítása miatt mintegy 2-8 %-ban az oxigén (O 2 ) is megjelenik. A szénhidrogének minden esetben, de rendszerint a szilárd tüzelıanyagok is tartalmaznak hidrogént, ilyenkor az égéstermékben megjelenik a vízgız (H 2 O) is. Ezeket a komponenseket nem tekintjük szennyezı anyagoknak, bár a széndioxid hozzájárul a Földön az üvegház hatás és ezzel a globális felmelegedés kialakulásához, ezért kibocsátásának csökkentése fontos környezetvédelmi érdek. A füstgáz szennyezı anyagait a tökéletlen égés és a nem kívánt kémiai reakciók fellépése okozza. Ezek eredményeként szénmonoxid (CO), különbözı molekuláris felépítéső nitrogénoxidok (egységes jelöléssel: NO x ) és szilárd por formában lebegı szennyezıdések fordulnak elı. Ha a tüzelıanyagban kén szennyezıdés is van, abból kéndioxid (SO 2 ) keletkezik, ami szintén a füstgázba kerül. A szennyezıanyagok mennyisége ppm nagyságrendő. A ppm milliomod részt (10-6 ) jelent és a tüzeléstechnikában térfogatra szokták vonatkoztatni. A szilárd szennyezıanyagot mg/m koncentrációban adják meg. Egy átlagos tüzelıberendezés kibocsátása a mai normák szerint: 4. táblázat szilárd por mg/m szénmonoxid ppm nitrogénoxidok ppm A Környezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium által a különbözı tüzelıanyag égése során átlagosnak elfogadott CO2 kibocsátás, kg/gj-ban: Szén 88,1 Tüzelıolaj 74,0 Főtıolaj 69,9 Földgáz 52,5 Fa 99,0 Villamos energia 90,0 ppm (pars per million): egy rész a millióból. Használják a ppmv jelölést is akkor, ha ki akarják hangsúlyozni a térfogatra vonatkoztatást. 15

18 A kibocsátások megengedett legnagyobb mennyiségét, az ún. kibocsátási határértékeket környezetvédelmi rendeletek szabályozzák. A rendeletek egy része az összkibocsátást (kg/h-ban) is korlátozza.. példa: Számítsuk ki egy 500 kw hasznos teljesítményő, 89 % hatásfokú olajtüzeléső kazán kibocsátásait, ha a füstgáz O 2 -tartalma 6 %, CO koncentrációja 80 ppm, NO x koncentrációja 150 ppm, porkibocsátása pedig 0 mg/m! A kazánba bevitt tüzelıolaj mennyiségét ki tudjuk számítani, ha feltételezzük, hogy a főtıérték 41 MJ/kg: 500 kw 600 B = = 0, kj / kg 49, kg / h Az elméleti levegı szükséglet és füstgáz mennyiség: L V 0 0 0, = 2,2 + = 10,81 m , = = 11,48 m / kg 1000 / kg A légfelesleg-tényezıt az oxigéntartalomból az alábbi közelítı képlettel tudjuk kiszámítani: 21 λ 21 O 2 21 = = 1, A tényleges fajlagos füstgáz mennyiség: V = 11,48 + ( 1,4 1) 10,81 = 15,80 m / kg A CO és NO x térfogat koncentrációkat a sőrőségek ismeretében tudjuk tömeg-koncentrációra átszámítani: c c CO NOx = 1,25 kg / m = 2,054 kg / m 80 ppm = 100 mg / m 150 ppm = 08,1 mg / m ahol a szénmonoxid sőrősége 1,25 kg/m, a nitrogén oxidé pedig (amit a környezetvédelmi számításokban NO 2 egyenértékben adnak meg) 2,054 kg/m. Ezzel az órás kibocsátások: szilárd = 49, kg / h 15,80 m 0 mg / m / kg mg / m CO = 49, kg / h 15,80 m / kg = 0,0779 kg / h ,1 mg / m NOx = 49, kg / h 15,80 m / kg = 0,240 kg / h 6 10 A kéndioxid kivételével a szennyezıanyagok koncentrációját a füstgázban jelentısen lehet befolyásolni a tüzelés technológiájával, azaz az égı és/vagy a kazán konstrukciójának a kialakításával. Gyakran az égı vagy a kazán cseréjével nagyságrendben csökkenthetjük a szennyezıanyag kibocsátást. = 0,02 kg / h 16

19 1.. A h hasznosítása A víz, mint hı hıhordozó A tüzelıberendezések nagy része a vizet, mint hıhordozó közeget melegíti fel (meleg- és forróvizes kazánok), vagy azt el is párologtatja (gızkazánok). Ez után a hıhordozó közeg szállítja a hıt a felhasználás helyére. A víz felmelegítéséhez és elpárologtatásához szükséges hıt a forró füstgáz adja. A átadása a főtıfelületeken történik. Főtıfelületeken értjük a tőztér és a füstjáratok vízzel érintkezı falazatát. A víz melegítésének a folyamatát a 10. ábra mutatja. A 0 C-nál kisebb hımérséklető jég melegítés hatására melegedni kezd, amíg el nem éri az olvadáspontot. Ezen a ponton megindul az olvadás. Azt a hımennyiséget, ami 1 kg szilárd halmazállapotú közeg teljes elolvasztásához (folyékony halmazállapotúvá alakításához) szükséges, olvadáshınek nevezzük. Az olvadáshı jele r o, mértékegysége kj/kg. Az olvadás alatt a szilárd-folyékony halmazállapotú keverék hımérséklete nem változik. További hıbevitel esetén a víz melegedni kezd. Az 1 kg tömegő anyag hımérsékletének 1 C-kal történı hı növeléséhez szükséges a fajhı. Jele c, mértékegysége kj/(kg K). A víz fajhıje 4,18 kj/(kg K). Ha a víz hımérséklete elérte a forráspontot, megindul az elpárolgás. Az 1 kg tömegő folyadék elpárologtatásához szükséges hıt párolgáshınek nevezzük. Jele r, mértékegysége kj/kg. A teljes elpárolgás alatt a folyadék-gáz halmazállapotú keverék hımérséklete állandó marad. A vízmentes gız már tovább melegíthetı. Ilyenkor túlhevítésrıl beszélünk. Különbözı nyomásokon a melegítés folyamata hasonlóan játszódik le csak az olvadáspont ill. a forráspont hımérséklete, és az olvadáshı és párolgáshı mértéke változik. Nagyobb nyomáson magasabb a forráspont és kisebb a párolgáshı [4]: 5. táblázat Nyomás Hımérséklet Párolgáshı bar (abs) C kj/kg 1 99, Fajhı? aeroszol: szilárd v. cseppfolyós részecskéknek kolloidális mérető (1-500 nm-es részecskék) eloszlása gázban [1] 17

20 zı hı 10. ábra A víz felmelegítésének szakaszai A kazánban hasznosított A folyamatok elemzése során fontos szerepet kap a közeg munkavég- képessége, ill. entalpiája (h), J/kg. Az entalpia állapotjelzı. Az entalpia egységnyi mennyiségő áramló közegnél a belsı energia (u) és az ún. áttolási munka (p v) összege, h = u + p v. Az adott hımérséklethez és nyomáshoz tartozó entalpia az hı a hımennyiség, amelyet 1 kg vízzel kell közölni ahhoz, hogy elérje a megadott nyomás és hımérséklet értéket. A 10. ábra figyelembevételével az entalpia tartalmazza a folyadék felmelegítéséhez szükséges hımennyiséget 0 C és a párolgási hımérséklet között, a párolgási és túlhevítési hıt. A füstgázból átvett a víz entalpiáját növeli: Q& = m & h h kw ( ) [ ] ki ahol m& a víz tömegárama (kg/s), h be és h ki a víz entalpiája a be- és kilépésnél (kj/kg). A Q & az a hımennyiség, amit a víz átvett a tüzelıanyaggal bevitt hıbıl, azaz a hasznos hı. Meleg és forróvizes kazánoknál (összenyomhatatlan közegeknél) a víz hıtartalma (entalpiája) a fajhıvel, c (J/(kg K)) is felírható, így a hasznosított hı: Q& = m & c t t kw be ( ) [ ] ki ahol t be és t ki a víz hımérséklete a kazánba belépésnél és a kilépésnél ( C). 4. példa: Mennyi vizet keringet a 25 kw-os kazán keringetı szivattyúja, ha a visszatérı víz hımérséklet 65 C, az elıremenıé 87 C? Mekkora a kazán hatásfoka, ha az óránkénti földgázfogyasztás (gáznormál állapotra átszámítva) 2,94 m /h és a földgáz főtıértéke 4 MJ/m? A fenti képlet átrendezésével a keringetett vízmennyiség: be Entalpia? 18

21 m& = c Q& 25 kw 600 ( t t ) 4,18 kj /( kg K) ( 87 C 65 C) ki azaz kb. 0,98 m /h. be = A bevitt hıt a főtıértékbıl számítjuk: 2,94 m / h Q = 4000 kj / m 600 be = A (főtıértékre vonatkoztatott) hatásfok: 25 kw η = = 0, ,77 kw azaz 90,04% Melegvizes kazánok = 27,77 kw 978,7 kg / h Egy, legfeljebb két lakás főtési igényeinek kielégítésére a falikazánok ( cirkó -k) terjedtek el (11. ábra). Ezek mindig gázzal mőködnek és az égıjük atmoszférikus. Az egyszerőbb kivitelek tőztere lemezzel van körülvéve, ez fogja fel a sugárzó hıt. A lemez falra kívülrıl vízzel hőtött csövek vannak hegesztve. A tőztér fölött bordás csıköteg alkotja a konvektív zónát. Az igényesebb falikazánok víztere egyetlen, vagy több tagból álló precíziós öntvény. A falikazánoknál a burkolaton belül helyezik el a cirkulációs szivatytyút, a füstgáz elszívó ventilátort (ha van) és az automatikát is. Gyakran a tágulási tartályt is itt helyezik el. Falikazán? 11. ábra Falikazán A kazán teljesen automatikus mőködéső, a főtött helyiségben elhelyezett termosztátról vezérelt. Az égı szabályozása lehet ki- bekapcsolásos, 19

22 vagy folyamatos, ún. lángmodulációs. Vannak olyan falikazánok is, amelyek a használati melegvíz termelési egységet is magukba foglalják ( kombi kazánok). A használati melegvíz termelés átfolyó rendszerő és elınyszabályozást alkalmaznak, azaz a HMV fogyasztás idejére a főtés szünetel. A néhány perces kimaradás a főtésben nem okoz problémát. A több lakás központi főtésének ellátásához álló kazánokat szoktak alkalmazni. Kisebb ( kw) teljesítmény tartományban gáz tüzelıanyagra itt is atmoszférikus égıket használnak, nagyobb teljesítményeknél azonban csak blokkégıket használnak. Az álló kazánok egyszerőbb kivitelei hegesztett lemezszerkezetek, az igényesebbek azonban itt is öntöttvas tagokból van összeépítve. Ezeket a kazánokat gyakran külön kazán helyiségben helyezik el. A főtési rendszer szükséges elemei (tágulási tartály, keringetı szivattyú, stb.) már nincs egy blokkba építve, ezért a rendszer kialakítására több variációs lehetıség van. Automatikájuk több lehetıséget biztosít (idıjárásfüggı szabályozás, napi és heti programok, többféle hımérséklet szint egyidejő biztosítása, stb.) ezért üzeme gazdaságosabbá tehetı, mint a falikazánoké. Atmoszférikus égıvel ellátott álló kazán metszeti rajzát mutatta a 2. ábra. Az álló kazánok rendszerint hıcserélın keresztül tárolós rendszerben állítják elı a használati melegvizet. Az ilyen rendszerek könnyen összeépíthetık a napenergiával üzemeltetett melegvíz ellátó rendszerrel, annak kiegészítı hıforrásai lehetnek. A főtımővek nagyobb kazánjai és az ipari célokat szolgáló meleg vagy forróvizes kazánok kb kw teljesítmény tartományban rendszerint ún. nagyvízterő kazánok. Ilyen kazán metszetét mutatta a 4. ábra. Ezeket a kazánokat már rendszerint külön kazánházban helyezik el. A nagyvízterő kazánok egy nagy átmérıjő, hengeres dobból állnak. Ebben a dobban helyezik el a tőzteret (lángcsı) és a füstcsöveket is. A dob fennmaradó részét a melegítendı víz tölti ki. A nagy víztér miatt ezek a kazánok lomhák, a gyors hıigényváltozásokat nem tudják követni. Ezért olyan helyen, ahol gyakori leállás és újraindítás szükséges nagy lesz a leállási és indítási veszteség. A nagy víztér miatt, különösen akkor, ha a vízveszteség jelentıs a rendszeren és sok pótvízre van szükség, javasolt a rendszer lágyvízzel (ioncserélt vízzel) történı fel- és utántöltése. Ezeknek a kazánoknak a felügyelet nélküli vagy idıszakosan felügyelt kivitele jelentıs többletköltségő beruházást igényel. Nagyvízterő kazán? 1.5. Kis- és közepes teljesítmény g zkazánok A gız lényegesen nagyobb energiát hordoz magában, mint a melegvíz. 20

23 Míg 1 kg 100 C-os melegvíz 418 kj energiát tárol, ugyanilyen hımérséklető telített gızben tárolt energia már 2674 kj. Ezért a gızkazánok veszélyessége sokkal nagyobb, mint a melegvizes kazánoké. Ez is indokolja, hogy az 1,7 bar-nal nagyobb nyomású gızkazánok hatósági felügyelet alá tartoznak. A kis- és közepes teljesítményő (0,5-10 t/h gıztermeléső) kazánok szerkezeti felépítésben hasonlítanak a nagyvízterő melegvizes kazánokra azzal a különbséggel, hogy a kazándob felsı részét a gız tölti ki (12. ábra). A gız entalpiája? 1. Hıtermelés 12. ábra Háromhuzamú gızkazán felépítése Ebbe a kategóriába tartozó kazánok legnagyobb része telített gızt állít elı, nyomásszintjük 6-14 barg. A gızkazánoknál fokozottabb a korrózió veszélye, egyrészt azért, mert a forráspont közelében a legnagyobb a sókiválás, azaz a vízkıképzıdés, másrészt azért, mert a gız gyakorlatilag nem tudja magával vinni a vízben oldott sókat, így azok kicsapódnak és besőrősödnek a kazándobban lévı vízben. Ezért a gızkazánok csak elıkészített (lágyított, ioncserélt vagy sótalanított) vízzel üzemeltethetık. A gızös rendszerek soha nem lehetnek olyan zártak, mint a melegvagy forróvizes rendszerek. Minden vízelıkészítés ellenére a kazándobban besőrősödnek a vízzel bevitt sók iszap formájában, vagy oldatban ellúgosítják a kazánvizet. Emiatt szakaszosan vagy folyamatosan a kazánvíz egy részét le kell cserélni (lelúgozás, leiszapolás), pótvizet kell bevinni a rendszerbe. A gızkazánokat csak szakképzett személyzet üzemeltetheti. Lelúgozás? Leiszapolás? 1.6. Kazánok kiszolgáló és segédberendezései Levegıellátás és égéstermék elvezetés Az égéshez levegıre van szükség, ennek feltételeit biztosítani kell. Az atmoszférikus égıvel ellátott kiskazánoknál a gázsugár injektor hatása 21

24 szívja be a levegıt a környezetbıl. Ezért az ilyen kazánok csak jól szellıztetett, elegendı légtérfogattal rendelkezı helyiségbe telepíthetık. Kicsi és zárt helyiségben az égı néhány tized mbar vákuumot hoz létre, ami már elegendı ahhoz, hogy a huzatmegszakítón keresztül a füstgáz a helyiségbe áramoljon és tragédiát okozzon. Igényesebb kazánok huzatmegszakítóira ezért hımérsékletérzékelıt helyeznek el, ami érzékeli a melegebb füstgáz áramot, leállítja az égıt. Készítenek zárt égésterő atmoszférikus égıs kazánokat is. Ezek az égési levegıt a külsı szabad térbıl szívják, így az égéstér nincs kapcsolatban a helyiség légterével. Régebben csak a parapetes berendezéseket látták el zárt égéstérrel, de ezeket a berendezéseket ma már kiszorítják azok a tüzelıberendezések, amelyek duplacsöves kéménnyel vannak ellátva. A duplacsöves kémény két egymásba csúsztatott csıbıl áll. a külsı csövön az égési nı áramlik a tőztér felé, a belsı, egy kissé túlnyúló csövön pedig a füstgáz áramlik ki a szabadba. Ennek a megoldásnak az is elınye, hogy a távozó meleg füstgáz elımelegíti az égési levegıt, javul a láng stabilitása, egyenletesebbé válik az égés és a berendezés hatásfoka. Ezeket a kettıs kéményeket nagyon pontos hidraulikai számítások alapján tervezik, ezért felszerelésük csak a berendezés használati utasításának megfelelıen, a technológiai utasítások szigorú betartásával engedhetı meg. A blokkégıs kazánok levegı ellátását az égıbe beépített ventilátor biztosítja. A levegıt ezek a kazánok is a környezetükbıl veszik el, ezért a szellızés itt is biztonságtechnikai kérdés. A nagyobb kazánokhoz rendszerint külön telepítik a ventilátorokat, sok esetben a pincébe, jól szellıztetett külön helyiségbe vagy a szabadba. A kémény a tüzelıberendezés fontos tartozéka, a legjobb tüzelıberendezés is csak a hozzá illeszkedı kéménnyel együtt tud jól mőködni. A kéménynek hármas funkciója van: biztosítja az égéstermék elvezetését biztosítja a huzatot megfelelı magasságban szétteríti a füstgázban lévı szennyezı anyagokat és a széndioxidot A tőztértıl a kémény kilépési pontjáig a füstjáratnak gáztömören zártnak kell lenni. A tömítetlenség zavarokat okozhat: a kiáramló füstgáz mérgezı lehet, a beáramló levegı a huzatviszonyokat ronthatja le. A füstcsatorna ellenállása fékezi az égéstermékek áramlását. Ennek az ellenállásnak a leküzdésére szolgál a huzat, amit a meleg füstgáz és a környezı levegı sőrőségének különbségébıl adódó természetes felhajtóerı hoz létre. A huzat annál nagyobb, minél magasabb a kémény, és annál kisebb, minél hidegebb a füstgáz. A kéményeket minden esetben a hozzá kapcsolódó tüzelıberendezésre méretezni kell. A tüzelıberendezések gyártói kötelesek megadni a berendezés huzatigényét. A kémény feladata? 1. Hıtermelés 22

25 A blokkégıs kazánoknál a levegı ventilátor túlnyomást hozhat létre a tőztérben. Ilyenkor kisebb huzat is elegendı a füstgáz eltávolításához. Nagyobb kazánoknál gyakran telepítenek füstgáz elszívó ventilátort a füstgáz biztonságosabb elszívására. Minden esetben elszívó ventilátor kell a kondenzációs kazánokhoz, mert az alacsony füstgáz hımérséklet nem hoz létre elegendıen nagy természetes huzatot. Lényeges, hogy a kémény a korróziónak ellenálló, tartós legyen. A kisebb kazánok égıi ki- bekapcsolással szabályoznak. Ha a kikapcsolás hoszszabb idıtartamú, a kémény lehől, a benne lévı füstgázból lecsapódik a vízgız, ami a jelenlévı széndioxiddal és más szennyezı anyagokkal erısen korrodáló csapadékot képez. Újra indításkor ez a csapadék elpárolog, majd a következı leállásnál újra képzıdik. Ezért különösen a szénhidrogén tüzeléső kazánokhoz a kéményeket korrózióálló béléssel kell ellátni. A kéményeket hıszigetelni is kell. A hıszigetelés megvédi a kéményt a túlságosan gyakori kondenz kiválástól és csökkenti a megfelelı huzatot biztosító füstgáz lehőlésének veszélyét. A kéményen kiáramló füstgáz mérgezı, ezért azt nem szabad olyan környezetbe engedni, ahol az élı szervezeteknek árthat. A kibocsátást tehát olyan környezetbe (elegendı magasságba) kell vinni, ahol a természetes légmozgás következtében a szennyezıanyagok felhígulnak olyan mértékben, hogy az már ne jelentsen veszélyt az élı környezet számára Keringetı és tápszivattyúk A kazánok csak akkor tudnak mőködni, ha a víz átáramlását biztosítjuk. Meleg- és forróvizes kazánok esetén ezt legegyszerőbb esetben a főtési keringetı szivattyú biztosítja az áramlást. Ezeknél a kazánoknál olyan automatikát kell alkalmazni, hogy az áramlás kimaradása (pl. áramszünet) esetén az égı reteszelten leálljon. Gızkazánoknál a tápvíz bevitelét a tápvíz szivattyúk biztosítják. Itt mindig gondoskodni kell tartalék szivattyúról, ami az üzemelı szivattyú leállásakor azonnal beindul. Ahol az áramszolgáltatás nem elég megbízható, gyakran a tartalék szivattyú hajtására kis gızturbinát használnak, ami a saját gızrendszerrıl üzemel. Miért kell a kéményt szigetelni? Reteszelt leállás alatt azt értjük, hogy valamilyen hibaüzenet hatására az égı úgy áll le, hogy újra indítását csak a kezelı végezheti el akkor, ha a leállás oka megszőnt Tápvíz és levegı elımelegítık A kazánok hatásfoka növelhetı azzal, ha az égési levegıt és/vagy a tápvizet (gızkazánoknál) a távozó, még elegendıen meleg füstgázokkal elımelegítik. Nagyobb kazánoknál ezeket a hıcserélıket a kazánba beépítik, de egy esetleges racionalizáláskor utólag is kapcsolhatók a kazánokhoz tápvíz és levegı elımelegítık. 2

26 Osztók és győjtık A kazán(ok)ból kilépı hıhordozó közeg elosztása az osztókon történik. Az osztók a fogyasztók egy-egy csoportját látják el hıenergiával. Az osztón lévı elzáró szerelvénnyel lehet az adott fogyasztói csoport kiszakaszolását elvégezni. Főtési rendszereknél az osztókon vagy a győjtıkön történik a főtési körök beszabályozása. Gızös rendszerek győjtıje a kondenztartály, ahová gravitációsan, a hálózat nyomásának hatására, vagy a fogyasztóknál elhelyezett győjtı tartályokból szivattyúval jut vissza a kondenz. Rendszerint a kondenz tartályba vezetik be a pótvizet is Automatika és felügyeleti rendszer A legkisebb tüzelıberendezés is el van látva valamilyen automatikával. Ami egyrészt a kazán biztonságos mőködését biztosítja és a kazán teljesítményét az igényekhez igazítja (pl. termosztát). A nagyobb kazánokhoz moduláris felépítéső automatikát ajánlanak. Ezekkel kiépítéstıl függıen megoldható az egyes főtési körök egymástól független szabályozása, idıbeli programozásuk napi, heti, vagy nagyobb távra, a kazánok terhelés megosztása, automatikus beléptetésük, stb. A modern kazánok automatikáját úgy építik ki, hogy csatlakoztathatók legyenek egy-egy nagyobb, pl. épület-felügyeleti vagy más technológiai rendszerhez Különleges kazánok és h hasznosítók Hıhasznosító kazánok Ipari folyamatoknál gyakori, hogy a folyamatból meleg gáz kerül ki a környezetbe. Ilyenek pl. a különbözı hıkezelı hı kemencék, a nagyolvasztók, dízelmotorok, stb. Ezeket a meleg gázokat még termelésére, melegvíz elıállítására vagy gıztermelésre még fel lehet használni. Azokat a berendezéseket, amelyek meleg gázok felhasználásával felhasználható hıt termelnek hıhasznosító kazánoknak nevezzük. Nagyobb rendszereknél ezek a kazánok felépítésükben hasonlítanak a hagyományos kazánokra, legfeljebb a besugárzott és a konvektív felületek aránya változik a belépı gáz hımérsékletétıl függıen. A kisebb hıhasznosítók a hıcserélıkhız hasonló kivitelőek. A hıhasznosító kazánoknál különös figyelmet kell szentelni a füstgázoldali korróziónak, ugyanis ezek a gázok gyakran korrozív komponenseket tartalmaznak. A szennyezıanyagok, mint pl. a kénvegyületek, megnövelik a füstgáz harmatpontját, így a kondenzáció már 100 C felett megindul, ami a kénessav és kénsav képzıdés miatt rendkívül veszélyes. A hıhasznosító kazánokat egyedileg szokták a technológiai berendezésekhez tervezni. 24

27 Termoolajos rendszerek Az iparban nagyon sokszor azért használnak gızös rendszert, mert a hıigények magasabb, C tartományban jelentkeznek. Ebben hı a tartományban 4-40 bar nyomású gızre van szükség. A hımérséklet szint növelése megoldható a kazán közegének változtatásával is. A termoolajok olyan szintetikus olajok, amelyek forráspontja C felett van és C-ig hıbomlás nélkül alkalmasak szállítására. A termoolaj hıhordozóval üzemelı kazánok felépítése hasonló a melegvizes kazánokéhoz, veszélyességük jóval kisebb, mint a gızkazánoké, nem tartoznak hatósági felügyelet alá. Termoolajjal olyan jól szabályozható, zárt rendszert lehet kialakítani, mint melegvízzel. A magas hımérsékletek miatt a termoolajos kazánok füstgázvesztesége nagy, ezért ha megoldható füstgáz hıhasznosító hozzá kapcsolása javasolt. Termoolaj? Hılégfúvók, füstgáz generátorok Szárítási feladatokra, légfőtésekhez, egyéb meleg levegı elıállításokra hılégfúvókat használnak. A hılégfúvók olyan kazánok, amelyekben a hıhordozó levegı. A levegı áramlását egy vagy több ventilátor biztosítja. A hılégfúvón belül a levegı és a füstgáz árama külön van választva, a közöttük lévı fal a hıátadó- vagy főtı- felület. Kisebb hılégfúvók mobil kivitelben készülnek és építési, szerelési munkáknál használják. Ezek rendszerint olaj tüzelésőek, de gyakran hordozható propán-bután palackkal biztosítják a tüzelıanyagot. Bizonyos szárítási feladatoknál nem igény a meleg szárító levegı tisztasága. Ilyenkor olcsóbb egyszerő füstgáz generátort alkalmazni- A füstgáz generátorban nem választja el fal a levegı és a füstgáz áramot. A levegıt a ventilátor az ún. keverı kamrába szívja be. Ugyancsak erre a keverı kamrára van felszerelve az olaj- vagy gázégı. A lángot az elfújástól védı hıálló fal veszi ugyan körül, de a füstgáz ugyanúgy a keverı kamrába kerül, mint a melegítendı levegı. A levegı és a füstgáz keveredésével alakul ki a szárító gáz közös hımérséklete Kazánüzem Nagyobb, több MW hıigényekhez kazánüzemben termelik a hıt. A kazánüzemet rendszerint állandó, esetleg idıszakosan felügyelı szakszemélyzet üzemelteti. 25