Hőtechnikai berendezések 2015/16. II. félév Minimum kérdéssor.

Átírás

1 1. Biomassza (szilárd) esetében miért veszélyes a 16 % feletti nedvességtartalom? Mert biológiai folyamatok kiváltója lehet, öngyulladásra hajlamos, fűtőértéke csökken. 2. Folyékony tüzelőanyagok tulajdonságai sűrűség viszkozitás dermedéspont folyóssági pont zavarodási pont lobbbanáspont Conradson szám vanádium, kén, hamu tartalom víz, mechanikai szennyeződés 3. Conradson szám A kőolajtermékek meghatározott feltételek mellett végrehajtott termikus bontása után viszszamaradó szénszerű termék (koksz) tömeg %-os mennyisége. Főképpen a különböző motorolajok felhasználás közbeni viselkedésére következtetnek a Conradson-szám értékéből. 4. Égéshő Egységnyi tömegű vagy térfogatú tüzelőanyag tökéletes elégetése során felszabaduló hő, az égésterméket visszahűtve a kiindulási hőmérsékletre a H2O folyékony állapotban van. (É) kj/kg, kj/m 3 5. Fűtőérték Egységnyi tömegű vagy térfogatú tüzelőanyag tökéletes elégetése során felszabaduló hő, az égésterméket visszahűtve a kiindulási hőmérsékletre a H2O gőz állapotban van. (F) kj/kg, kj/m 3 6. Hőigények csoportosítása és jellemzőik. Helyiség fűtés A különböző célú helyiségekben más és más. Néhány jellemző példa: Tároló, raktárhelyiség 0-5 C Lépcsőház, közlekedő 16 C Tornaterem, üzemcsarnok 10 C Hálószoba 20 C Nappali szoba, iroda C Fürdőszoba 24 C Uszoda C Használati melegvíz (HMV) Mosdáshoz, fürdéshez, mosáshoz, mosogatáshoz megfelelő hőmérsékletű folyóvíz biztosítása40-50 C a kifolyásnál - 1 -

2 Technológiai hőellátás Hőtechnikai berendezések 2015/16. II. félév C között a legváltozatosabb igények, az adott technológiának megfelelően. Munkavégzés - villamosenergia termelés A konstrukció és a beépített anyagok adta korlátokon belül a lehető legmagasabb, a minél magasabb hatásfok érdekében. 7. Ismertesse a gőz (telített, túlhevített) mint hőhordozó közegek jellemzőit és alkalmazási területeit. Telített: Jellemzők: A vízgőz, nagy párolgáshője miatt, nagy hőmennyiséget szállít. A gőzös kazánüzem veszélyesnek minősül, Alkalmazási területek: 100 C feletti technológiai hőigények kiszolgálásának jellemző hőhordozó közege, különösen ott, ahol az állandó meghatározott hőmérséklet melletti hőátadás lényeges. Helyiség fűtésre régebben általánosan használták. A melegvízfűtéssel öszszehasonlítva kb %-kal kisebb hőleadó felülettel biztosítható volt a megfelelő fűtés. Viszont a fűtési rendszer veszteségei sokkal nagyobbak, és a rendszer szabályozhatósága is sokkal rosszabb, emiatt ma nem jellemző. Túlhevített: Jellemzők: Túlhevítéssel főként a vízgőz munkavégző képessége növelhető, aminek a szerkezeti anyagok melegszilárdsága szab határt. Manapság ez C. Alkalmazási területek: A túlhevített gőzt jellemzően a villamosenergia termelés, ill. mechanikai teljesítmény szolgáltatás érdekében turbina, gőzgép és gőzmotor hajtására használják. 8. A víz (melegvíz, forróvíz), mint hőhordozó közeg jellemzői és alkalmazási területei. Melegvíz: Jellemzők: Hőmérséklet t<115 C, Nyomás min. 0,5-1,0 bar-ral magasabb, mint a maximális hőmérséklethez tartozó telítési nyomás Alkalmazási területek: Helyiség fűtés, használati melegvíz készítés és 100 C alatti technológiai hőigények általánosan használt közvetítő közege. A hagyományosan elterjedt az ún. 90/70 C-os rendszer. Újabban elterjedőben vannak a 70/55 C-os és az 50/40 C-os rendszerek, amelyekkel magasabb kazán- és hőellátási hatásfok érhető el, viszont egyre nagyobb hőleadó felületek szükségesek. Forróvíz: Jellemzők: Hőmérséklet t >115 C Nyomás min. 0,5-1,0 bar-ral magasabb, mint a maximális hőmérséklethez tartozó telítési nyomás - 2 -

3 Alkalmazási területek: Főként távfűtések hőszállító közege. A magasabb hőmérsékletek miatt nagyobb hőmérsékletkülönbség engedhető meg, ami által csökken a keringetett tömegáram. A rendszer legfőbb jellemzője itt is a két szélső hőmérséklet érték, pl.: 130/80 C-os, ill. 160/110 C-os rendszer. 9. Osztályozza a kazánokat tüzelőanyagaik szerint 10. Mi a különbség a depressziós és a túlnyomásos tűztér között? Depressziós: Ebben az esetben a tűztérnyomásnak mindenkor a környezeti levegőnyomás alatt kell lennie. A depressziót a kéményhuzat, vagy füstgázventilátor biztosíthatja. Túlnyomásos: a tűztérben a környezetinél magasabb nyomás uralkodik 11. Miért káros a füstgáz kondenzáció és milyen hőmérsékletnél kezdődik meg? A füstgázban a tüzelőanyag fajtától függően több-kevesebb vízgőz található, valamint a különböző oxidok a vízgőzzel reagálva savakat képeznek. A füstgázban a kondenzáció általában C-os hőmérsékleten kezdődik meg. 12. Sorolja fel a kiegészítő, segédberendezés rendszereket Tüzelőanyag előkészítő és ellátó rendszer Füstgáz tisztító berendezések Füstgázelszívó ventilátor 13. Milyen kazánkonstrukciókat ismer? (teljesítmény, nyomás értékek) Kiskazánok: 300 kw alatti teljesítménytartományban, lakások, családi házak, csaknem minden esetben melegvizes rendszerűek, (p=2-3 bar), (általában tmax <90 C) Nagyvízterű, lángcsöves-füstcsöves kazánok: A maximális üzemnyomás pmax=20 bar, vagy ez alatt van. A maximális teljesítmény egy lángcső esetén Q=20 MW, ikerlángcső alkalmazása esetén Q=30 MW körüli érték. Egyaránt használják melegvíz, forróvíz és gőzüzemre. Olaj- és gáztüzelésre kiválóan alkalmas

4 14. Mit tud a hőhasznosító kazánokról? Kombinált ciklusú gáz/gőzturbinás erőművekben ún. hőhasznosító kazánokat (HRSG) alkalmaznak. Ezekben a kazánokban nincs tüzelés, legtöbb esetben a gázturbinákból távozó forró füstgázok energiáját hasznosítva termelnek gőzt. 15. Ismertesse a hőszolgáltatás teljesítményszabályozásának 2 alapvető módszerét. Mennyiségi szabályozás: esetén a hőhordozó közeg tömegáramát változtatják, a ki- és belépő hőmérsékletek állandó értéken tartása mellett. Minőségi szabályozás: esetén a ki- és a belépő hőmérsékletet változtatják a tömegáram állandó értéken tartása mellett. 16. Sorolja fel a táp és pótvízelőkészítés lehetséges megoldásait. Termikus lágyítás Csapadékképző vízlágyítás Részleges sótalanítás, vagy dekarbonizálás Teljes sótalanítás Fordított ozmózisos eljárás Gáztalanítás 17. Nitrogén oxidok csökkentésének lehetőségei. Minél magasabb a hőmérséklet a tűztérben, annál több nitrogénoxid található a füstgázban. Csökkentésére többféle módszer is használatos. Az NOx szegény égő, egy olyan speciális tüzelőberendezés, ahol az égéslevegő lépcsőzetes hozzávezetésével, a keveredési viszonyok alakításával olyan viszonyokat hoznak létre a tűztérben, amely meggátolja a magas hőmérsékletgócok kialakulását. A tűztér térfogati terhelésének alacsonyabb értéken tartásával, a tűztéri hőleadás növelésével szintén csökkenthető a tűztérhőmérséklet bizonyos mértékig. Füstgáz recirkuláció alkalmazásával szintén csökkenthető a tűztérhőmérséklet. A kibocsátott nitrogénoxidok mennyisége katalizátorral is csökkenthető, (úgy, mint gépkocsik esetén). Azonban a katalizátorok optimális üzemi hőmérséklete C között található. Ez speciális kazánkonstrukciót igényel, hagyományos kazánkonstrukcióhoz általában nem illeszthető, továbbá költséges berendezés

5 18. Ismertesse a Clausius-Rankine körfolyamatot (T-s diagram és magyarázata) A kazántápszivattyú közel adiabatikusan megnöveli a víz nyomását az 1-2 szakaszon, eközben hőmérséklete is adiabatikusan megnövekszik. A szivattyú belső súrlódási veszteségeit elhanyagolva az 1-2 szakasz egy függőleges izentropikus egyenes. A kazán csöveiben a víz a telítési hőmérsékletig növekszik. Az áramló víz súrlódási nyomásveszteségét elhanyagolva ez a melegítés állandó nyomáson történik. A 2-3 szakaszon a víz eléri a 3. pontra jellemző az adott nyomáshoz tartozó telítési hőmérsékletet. Amíg a víz forr, nyomása és hőmérséklete állandó, fajlagos gőztartalma a telített gőzállapotig növekszik. Ennek az állapotváltozásnak az alsó és a felső határgörbe között a 3-4 vízszintes egyenes szakasz felel meg. A felső határgörbe 4 pontját elérve a gőz hőmérséklete tovább nő, s túlhevített gőzzé alakul a 4-5 szakaszon, nyomása közben csak jelentéktelen mértékben csökken a súrlódási nyomásveszteség miatt. A túlhevített gőz a turbinában expandál, nyomása és hőmérséklete jelentősen csökken. Első közelítésben az expanzió izentrópikus, képe az 5-6 függőleges egyenes szakasz. Az expanzió végén a nyomás alig 0,04 bar, hőmérséklete 30 C körüli. Az ábrából kitűnik, hogy a túlhevített gőz a nedves gőz tartományban fejezi be az expanziót, telített gőztartalma még mindig közel esik az x = 1 értékhez. A kondenzátorban a 6-1 vízszintes szakasszal ábrázolt izobáron a gőz hőmérséklete is állandó, s ahogy hőt ad le, fajlagos gőztartalma az x = 0 értékre csökken, majd az 1. pontba érkezve beömlik a kondenzálódott víz, s újra kezdi a ciklust. Forrá:

6 19. Mit jelent az, hogy izentrópikus? Hőtechnikai berendezések 2015/16. II. félév Olyan idealizált adiabatikus állapotváltozás, amelyben a rendszer és környezete között nem jön létre hőátadás, továbbá a folyamat visszafordítható. 20. Kazánok hőmérlegénél, milyen belépő hőmennyiség összetevők léteznek? - tüzelőanyagban kémiai energia formájában - tüzelőanyaggal bevitt fizikai hő (a tü.a. a környezeti hőmérsékletnél magasabb hőmérsékleten kerül a kazánba) - kazánon kívül előmelegített égéslevegővel bevitt hő (ha füstgázzal melegítem a levegőt) - egyéb (gőz, mint segédközeg a fűtőolaj porlasztásánál, a porlasztógőzzel bevitt hő) 21. Turbinák rendszerezése 22. Jellemezze az akciós fokozatcsoportú gőzturbinát. - Az akciós fokozatcsoport fokozatainak állólapátozatát a vezetőkerekek tartják és erősítik a turbina házához. - A futólapátozat a forgórészből kiképzett vagy arra felhúzott tárcsákra van erősítve - A futólapátozaton a nyomásesés elhanyagolható, a forgórészre ható tengelyirányú erő jelentéktelen. - A fokozatok nyomásesése a vezetőkerekeket terheli, résveszteség a vezetőkerék agya és a tengely közötti résben keletkezik 23. Jellemezze a reakciós fokozatcsoportú gőzturbinát. - A reakciós fokozatcsoport állólapátozata rendszerint közvetlenül a házban, futólapátozata a forgórész dobjára épített. - A fokozatok nyomáesésének mintegy a fele jut az álló-, és fele pedig a futólapátozatra, a forgórészre kb. akkora tengelyirányú erő hat, mint amekkora egy, a lapátozat középátmérőjével azonos dugattyúra ugyanekkora nyomásesés következtében hatna

7 24. Curtis turbina Hőtechnikai berendezések 2015/16. II. félév - Akciós turbina sebesség-fokozatokkal sebességfokozatban alakítja át a gőz hőenergiáját mozgási energiává, és ezzel sikerül a kerületi sebességet lényegesen lecsökkenteni. - Lapátkeréken nincs energiaátalakulás, csak a házhoz kötött, vagyis az álló vezetőcsatornákban. - Hatásfoka elég rossz, ezért önállóan egységként nem alkalmazzák, inkább több fokozatú turbina elé kapcsolják. 25. Zoelly turbina - Egylépcsős akciós turbinák sorba kapcsolása - A ház belső tere annyi, egymástól elkülönített kamrára osztott, ahány járókerék van a turvinában. - ilyen turbinák elé Curtis-kereket kapcsolnak 26. Parsons - turbina - az első reakciós réstúlnyomásosturbina - veszteségek miatt kicsi az egyes lépcsőkön a hőesés, ezért sok fokozatból áll - a sok lapátkoszorú egyetlen dobon, az un. Parsons-dobon helyezik el. 27. Vegyes rendszerű turbinák - a nagynyomású rész akciós, a kisnyomású pedig reakciós, így a legkisebbek a résveszteségek - minél nagyobb egységekből épül, annál gazdaságosabb - hatásfokuk % 28. Gázturbinák Gázturbinának azt a hőerőgépet nevezik, amely gáz halmazállapotú munkaközeggel, az egész körfolyamatot megvalósítva, legfőbb elemeiben áramlástechnikai elven működik. Ez olyan erőgép, amely csak adott nyomású és hőmérsékletű gázt expandáltat: expanziós turbina; a gázturbina a körfolyamatnak minden elemét tartalmazza

8 A dugattyús rendszerű gázgépekkel szemben a gázturbinának csak forgó alkatrészei vannak, amely konstrukciós és üzemtani szempontból kedvező. Nagy előnye még a teljesítményre vonatkoztatott kis fajlagos tömeg, amely alkalmassá teszi járművek hajtására. A gázturbinák hatásfokát elsősorban a turbókompresszor hatásfoka rontja. 29. Gázturbinák technológiai alkalmazásai Az energiaipar: mérsékelt teljesítményre; szakaszos üzemre (csúcserőmű), vízben szegény vidék esetére; A gépjárművek hajtása: igen kis fajlagos tömegű; rövid ideig tartó nagy teljesítmény követelménye esetén (repülőgépek, hadihajók, harckocsik, mozdonyok, különleges gépkocsik); Egyéb célokra, ahol az energiaszolgáltatás kis fajlagos tömeg és gyors üzemkészség mellett rövid időre szükséges (tartalék energiaforrás, tűzoltófecskendő). 30. Nyitott rendszerű gázturbina A nyitott rendszernél az égőkamrába levegőt komprimálnak és ehhez tüzelőanyagot adagolnak, majd az így kapott keveréket villamos szikrával meggyújtják. A nagy sebességű égéstermékek K hőmérsékleten áramlanak a turbina lapátjaira, amelyek hőálló ötvözött acélból készülnek és ott expandálva munkát végeznek. A turbinából a hőcserélőn át a szabadba áramlanak az égéstermékek. A hőcserélőben a kompresszorból jövő friss levegőt előmelegítik. 31. Zárt rendszerű gázturbina A zárt körben levegő kering, amely az égéskamrában a falon át veszi fel a hőenergiát, majd a továbbiakban a lapátokra áramlik, expandál és munkát végez. Ezután a hőcserélőn át a kompresszorba kerül, amely ismét az égéskamrába nyomja, majd a folyamat kezdődik elölről. A zárt rendszerű gázturbina, mint nagy teljesítményű stabil gép, vetélytársa a gőzturbinának. Szerkezete egyszerűbb, mert pl. a tápvíz előkészítését biztosító berendezések elmaradnak

9 Nagy előnye, hogy igen rövid idő alatt üzembe helyezhető. 32. A nyitott munkafolyamatú gázturbinák elrendezési változatai 33. Egytengelyű erőművi gázturbina A kompresszor, a gázturbina és a generátor egy tengelyen van a villamos indítómotorral. Ez utóbbi indításkor forgásba hozza a tengelyt, majd a kompresszor által összesűrített levegő a tüzelőtérbe kerül, ahova az üzemanyag szivattyú szállítja, amellyel a folyékony üzemanyagot a tüzelőtérbe porlasztják. A villamos szikrával begyújtott keverék égésterméke a gázturbinára kerül, amelyen munkát végez, azaz nagy nyomatékkal forgatja a tengelyt. Ez a kompresszort és a villamos áramot termelő generátort is hajtja. Az indítómotor a gázturbina beindulása után lekapcsolódik a rendszerről. 34. Kéttengelyű gázturbina Nagy előnye, hogy kompresszorának fordulatszáma és ezáltal gázszállítása a munkaturbina (és a hajtott gép) fordulatszámától függetlenül változhat a terheléssel. A nagynyomású turbinarész, az égőkamra és a kompresszor együttese ilyenképpen a munkaturbinától független gázfejlesztő, amely szinte hasonlóan szolgáltat gázt a munkaturbina részére, mint a kazántápszivattyú és a kazán gőzt a gőzturbina részére. Ha a munkaturbina állandó fordulatszámú szinkrongenerátort hajt, a teljesítmény a gázárammal változik, és így a hatásfok részterhelésen is kedvező lehet

10 35. Brayton Joule-ciklus Hőtechnikai berendezések 2015/16. II. félév 36. Kombinált ciklusú erőművek A kombinált ciklus olyan termodinamikai körfolyamat, amely több egyszerű körfolyamatból áll. A hőerőgépek a tüzelőanyag elégetéséből származó hőenergiának csak egy részét (általában 50%-nál kevesebbet) tudják hasznosítani. A hőenergia többi része veszteségként a környezetet melegíti. Két vagy több megfelelően választott körfolyamat, például a Brayton Joule-ciklus és a Rankine-ciklus együttműködése a rendszer összhatásfokát javítja. A kombinált ciklusú erőműben egy gázturbina-generátor egység elektromos áramot termel, a gázturbinából távozó még meleg gázzal pedig, amely egyébként veszteséget jelentene, gőzt termelnek, ez gőzturbinát hajt, mely egy másik generátorral áramot termel

11 37. A kombinált ciklusú erőmű elvi vázlata