HŐTERMELŐKRŐL KAZÁNOKRÓL BŐVEBBEN

Átírás

1 HŐTERMELŐKRŐL KAZÁNOKRÓL BŐVEBBEN

2 HŐTERMELŐK Közvetlen hőtermelők olyan berendezések, amelyekben fosszilis vagy nukleáris tüzelőanyagok kötött energiájából használható hőt állítanak elő a hőfogyasztók számára. Ezek a berendezések lehetnek kályhák, kazánok és atomreaktorok. Tágabb értelemben vett hőtermelők csoportjához tartoznak még a: Hőszivattyúk, napkollektorok, hőcserélők.

3 Atomreaktorok maghasadás elvén működő, nukleáris hőtermelők, amelyek elsősorban gáz és vízhűtésűek. A Paksi atomreaktor könnyűvizes reaktor, amely azt jelenti a moderátor és a hűtés szerepét könnyű víz (H2O) tölti be, ezen belül is nyomottvízes reaktor, amelyben a víz mindvégig folyadékfázisban marad. Kályhák olyan berendezések, amelyek alkalmazásakor a hőtermelés ott történik ahol a hő hasznosítás. Ide soroljuk az egy és kétaknás kályhákat, cserépkályhákat, kandallókat, tűzhelykazánokat, villanykályhákat, gázkonvektorokat. A kazánok kialakítását nagymértékben befolyásolja a tüzelő berendezések nagysága, és az alkalmazott tüzelőanyag fajtája. A berendezésekkel szemben támasztott követelmények a minél jobb tüzelési hatásfok és a minél kisebb szennyezés kibocsátás.

4 KAZÁN

5 HŐSZIVATTYÚ

6 NAPKOLLEKTOR

7 Kazánok csoportosítása A kazánok csoportosítása többféle szempont szerint történhet. A felhasznált tüzelőanyag szerint: -szilárd (fa, szén koksz, hulladék..) -olaj -gáz (földgáz, kémiai folyamatok során keletkezett gázok) -különleges tüzelőanyagok (biomassza) -villamosenergiával működő berendezések Alkalmazott hőhordozó közeg szerint: -forróvíz -melegvíz -gőz -olaj melegítésre alkalmas készülékek

8 A kazántest alapanyaga szerint: -öntöttvas -acél -nemesacél -alumínium ötvözet -rézötvözet -egyéb ötvözetek Üzemi túlnyomás szerint: -kisnyomású (1 bar túlnyomásig, 120 Co-ig) -nagynyomású (1 bar nyomás és 120 Co feletti)

9 Teljesítményük alapján: -kis (50 kw-ig), háztartási kazánok -közepes(500 kw-ig), ipari és kommunális létesítményi kazánok -nagy(500 kw felett), fűtőművi, erőművi kazánok A tűztérnyomás alapján: -atmoszférikus -túlnyomásos Füstgáz terelés szerint: -kettős huzamú -hármas huzamú -részáramú és ezek kombinációja

10

11

12 Jellegzetes szerkezeti kialakítás bemutatása egyszerű ábrákkal. függőleges vízcsöves vízszintes vízcsöves bordázott vízcsöves

13 rézből készült csőkígyós füstcsöves kondenzációs

14

15 Öntöttvas kazánok Öntöttvas tagos kazánok jellemzői: ig uralkodó típus volt. Jelenleg ismét reneszánszát éli. A kazán üreges öntvényekből tagokból áll, amelyeket kúpos közhüvelyekkel kapcsolják össze. Ezek a közhüvelyek biztosítják a hidraulikai és erőtani kapcsolatot az egyes tagok között. Létezik elő utó és változtatható számú köztag. Az elő és utó tagot kivéve minden tag egyforma és tartalmazza a nagy kazán valamennyi elemét: töltőgarat, rostély, füstjárat, (a szilárd tüzelésűnél) víztér, füstcsatorna. -csekély huzatigényű, -korrózióálló kazánanyag, -fűtőfelület a tagok számával változtatható.

16 Forgórostélyos szilárdtüzelésű Automatikus üzemű, begyújtása az előremenő víz hőmérsékletéről, vagy a helyiség hőmérsékletéről vezérelt.

17

18 Pellet kazán Kompakt pellet kazánok: egy készülékegységben foglalják magukba a kazántestet, a pellet tároló tartályt és az adagoló csigát. A különálló tároló-szerkezetű pellet kazánok, ahogy a neve is mutatja két különálló részből áll és egymáshoz képest önállóan elhelyezhető. Ettől eltérő pellet kazán típus a tárolóegység nélküli, ahol a pellet tárolására általában egy külön épülethelyiség, vagy tároló szolgál, ahonnan adagoló csigával juttatják el a kazánhoz a tüzelőanyagokat.

19 Faelgázosító kazán A VIGAS kazánok nagymértékben különböznek az átlagos szilárd tüzelésű kazánoktól. Az égési folyamat az úgynevezett elgázosítás elvén működik. Az elgázosítási eljárás a szerves és szervetlen anyagok zárt kamrában történő hőbomlásán alapul, amely a befúvóventilátor által létrehozott elsődleges levegő kismértékű túlnyomásánál megy végbe. Az faelgázosítás a hőálló betonfúvóka felett, a kazán tüzelőanyag terében történik. Az első fázisban a tüzelőanyag szárítása és a nedvesség kivonása történik. A keletkező gázok összekeverednek az előfűtött szekunder levegővel és ezek alkotják az égési gázok elegyét a második fázisban. A gázok elégetése a kazán égésterében megy végbe és a harmadik fázisban az égéstermék a hőcserélő csövön keresztül távozik a kéménybe

20 Stirling-motorral kibővített kazán A stirling motor nem belsőégésű motorként működik (mint az Otto- vagy diesel motorok), hanem külső hőátadóként. A fa égésekor képződő hő egy részét a stirling motorhoz vezetik. Ott kívülről felhevíti a henger egyik felét, melyben a munkagázt kitágítja és egy dugattyút eltol. Eközben a munkagáz a henger egy hűvösebb részébe kerül, ahol lehűl és összehúzódik. A dugattyú így visszakerül a kiindulási helyzetében és az egész folyamat ismétlődik. A dugattyú mozgását egy forgattyús tengely forgó mozgásúvá alakítja, ami egy generátort hajt meg és áramot termel.

21

22

23

24

25 A csonkagúla szerű tüskék között áramló füstgázból ha időszakosan vízgőz csapódik le az intenzívebb hőelvonású felületrészeken, az a magasabb hőmérsékletű tüskéken elgő- zölög.

26

27

28

29 Acéllemez kazánok Nagyobb hőmérsékletű, mennyiségű és nyomású fűtőközeg előállítására alkalmas. Fajlagos terhelhetőségük nagyobb az ÖV kazánokhoz képest. A hagyományos acéllemez kazánok kevésbé korrózióállóak, a tápvíz minőséggel szemben támasztott követelmény nagyobb.

30

31

32

33

34 Kishőmérsékletű acéllemez ill. speciális öntvényacéllemez kazánok Kazánon belül két vízkör van. A két kör hihraulikai viszonyainak függvényében alakulnak ki az üzemi viszonyok. A tűztérrel érintkező primer, kis vízkörből injektoron keresztül áramlik a szekunder, nagy vízkörbe a tulajdonképpeni fűtőkörbe a víz. A primer körben a víz 100 sec elteltével a harmatponti hőmérséklet fölé emelkedik, így a füstgázban lévő vízgőz nem tud kondenzálódni.

35

36

37 Két csövet egymásba tolnak és a hővezetés javítása érdekében egymásnak préselnek. A belső cső hajtogatással bordázott acél, mely 2,5-ször nagyobb hőátadó felületet ad, mint egy sima falú cső. A préselési ill. sajtolási helyek különböző távolságra vannak elhelyezve,ezzel a hőátbocsátást befolyásolják,ahol az alacsonyabb hőmérsékletű füstgáz áramlik kevesebb hő adódik át, és így magasabb hőmérsékleten tud távozni a füstgáz, így a kondenzáció megakadályozása biztosított.

38

39 A kombinált két rétegű fűtőfelület radiális bordákkal ellátott gyűrű alakú öntvényt, acél veszi körül, ez érintkezik a víztérrel. Az öntöttvas a füstgáz oldalon magasabb hőmérsékletű lesz, mint a kazánvízzel körülvett acélhenger, a két különböző anyag eltérő hővezető képessége miatt. A füstgázban lévő vízgőz kondenzációjának megakadályozását célozza a speciális kialakítású kazántest.

40 A nagy teljesítményű modern acéllemez három huzamú kazán, nagy hőátadó felületét a speciális, szabadalommal védett bemélyedésekkel ellátott füstcsövek biztosítják.

41 Kondenzációs kazánok A füstgáz harmatponti hőmérséklet alatti hőfokon hagyja el a berendezést, amelynek következtében a füstgázban lévő vízgőz lekondenzálódik leadva kondenzációs hőjét. Az alacsony távozó füstgázhőmérséklet és hasznosuló kondenzációs hő miatt jelentős hatásfok javulás jön létre. Az utóbbi a füstgázban lévő vízgőz mennyiségétől (tüzelőanyag fajtájától, légcsereszámtól, égéslevegő nedvességtartalmától) és a kondenzáció mértékétől függ. H minőségű 1 Nm3 gáz elégetésekor több mint 1 kg vízgőz keletkezik. A vízgőz rejtett hője 2500 kj/kg. A gáz fűtőértékének 11 %-t teszi ki a vízgőz hőtartalma. Az olaj tüzelőanyag fűtőértékének közel 6 %-t teszi ki a vízgőz hőtartalma.

42 A hatásfok javulás feltételei: -Alacsony, 60 Co alatti fűtővíz hőmérséklettel tudjuk kihasználni a berendezés előnyös tulajdonságait. -A kazán anyagának rozsdamentes acélból, vagy korrúzióálló ötvözetből kell lennie. -A keletkező kondenzátum elvezetéséről gondoskodni kell. -A füstgáz gravitációsan a berendezésből az alacsony hőmérséklete miatt nem tud távozni, gépi úton történő elvezetéséről gondoskodni kell. A kondenzációs kazánok lehetnek: -égésterméket egy lépcsőben lehűtő berendezés, -kazán után kapcsolható kondenzációs hőcserélő

43 Kondenzációs kazán tűztér kialakítása szerint: -Száraz tűzterű, amelyben a füstgázt szakaszosan hűtik le, több különálló hőcserélővel. Az első hőcserélő a tűzteret veszi körül és harmatponti hőmérséklet felett dolgozik, míg a második esetleg a harmadik hőcserélő a harmatponti hőmérséklet alá hűti a füstgázt. -Nedves tűzterű, amelyben a füstgáz vízgőz tartalmának jelentős része lekondenzálódik. A tűztér alján gyűlik össze a kondenzátum, amelynek elvezetéséről gondoskodni kell. Az égőt a tűztér felső részén kell elhelyezni, hogy a forró égőre ne csöpögjön a kondenzátum.

44 Nedves tűzterű kondenzációs kazán

45 Száraz tűzterű kondenzációs kazán

46 Kondenzáció a kazán után kapcsolt füstgáz-víz hőcserélőben történik meg

47 Fali kondenzációs kazán

48 Vízgőz harmatponti hőmérséklete- széndioxid tartalom tf %-ban

49 Rendszer hőmérséklete, és annak részaránya a fűtési idényben a külső hőmérséklet függvényében

50 Az előző ábrával megegyező, más fűtőközeg hőfokkal.

51 Kazánhatásfok

52 Füstgáz veszteség R m 3 /kg c Kj/m 3 o C

53 12644 kj/m 3 Szénmonoxid fűtőértéke R m 3 /kg (CO) kg/m 3

54

55 P Q sug sug Sugárzási veszteség Qsug = Ai αi i = Q Q i sug névh [ ] ( t t ) [ W] int burkolaton keresztüli hőveszteség [W] A i i-ik felületelemének mérete [m 2 ] α i i-ik felületelem hőátadási tényezője [W/m 2 K] t i t int i-ik felületelem felületi hőmérséklete [ C] kazánház belső hőmérséklete [ C] P sug burkolaton keresztüli fajlagos hőveszteség [-] Q névh kazán névleges hőterhelése [W]

56

57

58

59

60

61 Kazánhatásfok és keletkezett kondenzátum mennyisége a visszatérő fűtővíz hőmérséklet függvényében

62 Tüzeléstechnikai hatásfok a kazánvízhőmérséklet függvényében

63

64 Összes készenléti veszteség P = Psug + kémény 0 P [ ] P 0 az összes készenléti veszteség [-] P kémény az égéstermék rendszeren keresztüli veszteség [-] P sug a burkolaton keresztüli fajlagos hőveszteség [-] Mérési módszerek: Kazán készenléti állapotban való üzemeltetése Segédfűtés módszere

65 Készenléti veszteség a kazánvíz-hőmérséklet függvényében

66 Kazánterhelés és túlméretezés ( th tk ) Qnévt ϕ = [ ] L = ( t t ) [ ] ϕ kor h ϕ = L km [ ] Q éphő t h a helyiséghőmérséklet [ C] t k a pillanatnyi külső hőmérséklet [ C] t km a méretezési külső hőmérséklet [ C] φ a kazánterhelés [-] Q névt a kazán névleges teljesítménye [W] Q éphő az épület méretezési hővesztesége [W] φ kor a korrigált kazánterhelés [-]

67 Kazánhatásfok részterhelésen η g, x = 1 ϕ kor η100 1 P t + 1 [%] η g,x a kazán hatásfoka φ kor részterhelésen [-] η 100 a kazán hatásfoka teljes terhelésen [-] φ kor a korrigált kazánterhelés [-] P t a kazán fajlagos készenléti vesztesége a φ kazánterheléshez tartozó t köz kazánvíz hőmérsékleten [-]

68 Fűtővíz szabályozása t t e v = = ( ) 1+ M t t ϕ + ( t t ) viz, m h 1 1 ϕ 2 ϕ 2 ( ) 1+ M tviz, m th ϕ ( tem tvm ) + th em t h a helyiséghőmérséklet [ C] t k a pillanatnyi külső hőmérséklet [ C] t km a méretezési külső hőmérséklet [ C] φ a kazánterhelés [-] t em a fűtővíz előremenő hőm. méretezési állapotban [ C] t vm a fűtővíz visszatérő hőm. méretezési állapotban [ C] t viz,m a átlagos hőmérséklete méretezési állapotban [ C] t e a fűtővíz előremenő hőmérséklete [ C] t v a fűtővíz visszatérő hőmérséklete [ C] M a radiátor hőmérséklet kitevője [-] vm + t h

69

70 η B = 1 b 1 b a vh q B + 1 ahol b a /b vh hányados nem más mint a kazán kiterhelésének (φ-nek) reciproka. q = B hõleadás üzemszüneti állapotban teljes terhelésû kazán teljesítmény A q B értékét kísérletekkel határozzák meg. Modern nagy kazánoknál az értéke 0,001-0,01; kis kazánoknál 0, ; tárolós kazánoknál 0,02-0,03; nagyon öreg kazánoknál 0,06-0,09.

71

72

73

74 Hőtermelők elhelyezése

75

76

77

78

79

80

81

82

83 Hőszivattyúk teljesítménytényezője

84 Carnot körfolyamat Q c = T c s P v =W v = (T c -T o ) s Teljesítmény mutató: Q c / W v = T c / (T c -T o )

85 Hűtés fajlagos teljesítménytényezője ε hg T = T h T 0 h = 1 T 1 T 0 h ahol T o a környezeti hőmérséklet T h a hűtési hőmérséklet EER (Energy Efficiency Ratio) = Hűtés energetikai hatékonysága Hasznos hűtőteljesítmény / Előállításához szükséges gépi effektív teljesítményfelvétel Gép teljes (100 %) terhelésén, szabványosított paraméterek mellett ε hsz Hőszivattyú fajlagos teljesítménytényezője T = 1 T c = T c T T c a hőelvezetés hőmérséklete 0 1 T 0 c COP(Coefficient of Performance)=Hőszivattyúzás energetikai hatékonysága Hasznos fűtőteljesítmény / Előállításához szükséges gépi effektív teljesítményfelvétel Gép teljes (100 %) terhelésén, szabványosított paraméterek mellett

86 Valóságos hőszivattyú körfolyamat a lgp-h diagram

87 Villamos hajtású hőszivattyú hőtermelése ε y Q eff HS f = = Q P = Q f HS 1 ε a f = η = + P HS hsz P Q HS f T f T f T 0 η hsz = 0,5 0,6 y HS a fajlagos villamosenergia felhasználás

88 Gázmotoros hőszivattyú hőtermelése f ü HS GM HS f ü GM m GM ü m GM ü GM f GM f HS Q Q q Q Q Q Q W Q Q Q W Q = + = = = = = ) ( µ η η µ ε ε Fajlagos tüzelőhőfelhasználás