1. A vizsgált berendezés ismertetése

Átírás

1

2 1. A vizsgált berendezés ismertetése 1.1. Műszaki leírás A KTK 100 vegyes tüzelésű kazán szerkezeti felépítését az 1. ábra szemlélteti. Főbb konstrukciós egységek: I. Tartószerkezet II. Kazántest III. Burkolat 1 Tűztérajtó 9 Hőmérő 2 Tűztér 10 Füstgázcsonk ( D = 250 mm ) 3 Tűzrács 11 Primer levegő bevezetése 4 Hőcserélő táskák (2 db) 12 Szekunder levegő bevezetése 5 Lángjáratok 13 Hamutér 6 Fordítókamra 14 Füstgázcsappantyú 7 Tisztítóajtó 15 Előremenő vízcsonk ( NA 50 ) 8 Tisztítóajtó 16 Visszatérő vízcsonk ( NA 50 ) 1. ábra A kazán szerkezeti felépítése A KTK 100 vegyes tüzelésű, melegvíz-kazán vízszintes tűztér elrendezésű hőtermelő berendezés. A nagyméretű tűztér alkalmassá teszi a kazánt különféle biomassza tüzelőanyagok (mező-, nád-, erdőgazdasági fő- és melléktermékek) eltüzelésére is. A tűztér és a lángjárat kettős falú kialakítással, durvalemezből készült, megfelelő merevítésekkel. A tűzteret körülvevő kettős falú kazántestben, valamint a hőcserélő táskákban és tűzrácsban víz kering a jobb hőátadás érdekében. 3

3 A tűzrács alatt található a hamutér, amely egyben a primer levegő hozzávezetésére is szolgál. A kazánra szerelt huzatszabályozóval állítható be az égést tápláló levegő mennyisége. A szekunder levegő a tűztérajtó felett jut az égéstér felső részébe, mennyiségét a tűztérajtó felett elhelyezett csappantyú szabályozza, melyet szintén a huzatszabályzó mozgat. A tűztérből a füst a lángjáraton kerül a füstkamrába, majd a kéménybe. A kazánt 30 mm vastag kőzetgyapot szigeteléssel és külső acéllemez borítással látták el Műszaki adatok Névleges hőteljesítmény 100 kw Legkisebb megengedett teljesítmény 20 % Legnagyobb megengedett teljesítmény (max. 10 min) 120 % Maximális előremenő vízhőmérséklet 95 C o Max. vízoldali nyomás 1,5 bar Tüzelőberendezés kialakítása kéthuzamú Rostélyfelület 0,9 m 2 Tüzelőanyag darabos fa vagy vegyes biomassza Tüzelőanyag mennyisége kg/h Névleges fűtőérték kj/kg Hatásfok % 2. A vizsgálatok körülményei A vizsgálatokat a gyártó megrendelésére annak telephelyén év januárjában végeztük el. A vizsgálatoknál a fűtővíz előremenő és visszatérő ágába párba válogatott Pt-100 hőmérőket szereltünk. Ugyancsak Pt-100 hőmérővel mértük a környezeti hőmérsékletet. A füstgázok, a tűztér hőmérsékletét pedig NiCrNi - hőelempárokkal mértük. A kazánon átfolyó vízmennyiséget UFM 610 P ultrahangos átfolyásmérő segítségével határoztuk meg. A füstgázok elemzése Testo-350 típusú füstgázelemzővel történt. A tüzelőanyag 1 m hosszúságú erdészeti hasábfa volt. A tüzelőanyag adagolása kézzel történt. Súlyát előzetesen a helyszínen felállított tizedes mérleggel mértük. A mért adatokat percenkénti mintavételezéssel, folyamatosan rögzítettük. A tüzelőanyag tulajdonságait a ADDITÍV BT határozta meg. A mérések során alkalmazott műszerek: Hőmérsékletek: ADVANTECH mérőkártyák- automatikus adatgyűjtő Érzékelők: 200 C o -ig Pt 100 ellenállás-hőmérő, pontosság +/- 0,5 C o 200 C o felett NiCrNi hőelempárok, pontosság +/- 1 C o Vízmennyiség: UMF-610 ultrahangos áramlásmérő, pontosság +/-5 % Súlymérés: Tizedes mérleg 100 kg-ig pontosság 0,1 kg Füstgázelemzés: Testo 350 füstgázelemző 4

4 Mérési adataink alapján meghatároztuk a tüzelőberendezésbe a tüzelőanyaggal bevitt hőmennyiséget, a kazánról a fűtővíz által elvitt hőmennyiséget, valamint megállapítottuk a veszteségtényezőket. A bevitt és hasznosított hő arányából kiszámítottuk a berendezés direkt hatásfokát, a veszteségtényezőkből pedig az indirekt hatásfokot. A füstgázelemzési adatokból és az eltüzelt tüzelőanyag mennyiségéből kiszámítottuk a határértékekkel meghatározott kibocsátási értékeket. 3. A vizsgálatok eredményei 3.1. Tüzelőanyag vizsgálata A tüzelőanyag darabos fahulladék és hasábfa volt, illetve kísérleti jelleggel kisbálás szalma, s eltüzelésére is sor került. A tüzelőanyag-mintát a statisztikai mintavételezésnek megfelelően több helyről vettük, a mintákat összekevertük, majd ebből a keverékből vettük ki az analitikai elemzéshez szükséges mennyiséget. A faalapú tüzelőanyag összetétele a következő volt (1. táblázat): 1. táblázat Tüzelőanyag jellemzők Összetétel és jellemzők Mértékegység Érték Nedvességtartalom % 8,7 Összes széntartalom % 43,6 Összes hidrogéntartalom % 5,7 Éghető kéntartalom % 0,1 Hamutartalom % 2,1 Oxigéntartalom % 38,4 Nitrogéntartalom % 1,4 Összesen % 100,0 Égéshő kj/kg 18480,0 Fűtőérték kj/kg 16950, Tüzelési vizsgálatok 2. táblázat Kazánteljesítmény-mérés adatai Mért jellemző Maximális Átlagos Füstgázhőmérséklet 486,6 C o 330,4 C o Belső huzam hőmérséklete 637,0 C o 520,2 C o Előremenő víz hőmérséklete 89,7C o 71,2C o Visszatérő víz hőmérséklete 73,5 C o 59,9 C o Kazánteljesítmény 131,0 kw 80,7 kw A mérési diagramokat a 2-3. ábrán közöljük. Amint a mérési adatokból és a diagramból jól látható, a kazánban folyamatos égés volt ugyan, de a névleges hőteljesítmény a viszonylag alacsony hőelvétel miatt csak pillanatokra volt elérhető. 5

5 140,0 Hőfok ( C), teljesítmény (kw) 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 előre C vissza C hőtelj.kw átlag telj. kw Futó idő (min) 2. ábra KTK-100 szilárd biomassza-tüzelésű kazán hőteljesítmény-mérése 700,0 600,0 500,0 Hőmérséklet ( C) 400,0 300,0 200,0 100,0 füst C 1.forditó C 2.forditó C 0, Futó idő (min) 3. ábra KTK-100 szilárd biomassza-tüzelésű kazán füstgázhőmérsékletének alakulása Mivel a kazán hőteljesítménye a hőigényt meghaladja, így célszerű lenne hőtároló tartályt beépíteni a rendszerbe. A névleges hőteljesítmény közelében a füstgázhőmérséklet magasra, 500 C o közelébe emelkedett. A kimenő füstgázok ezért jelentős veszteséget okoznak. Csökkentésük érdekében, a konstrukció változatlanul hagyása esetén, a füstgázokat egy használati melegvíz-készítő hőcserélőn célszerű átvezetni így hasznosítva a veszteséghő jelentős részét. 6

6 3.3. Emissziómérés A füstgázok összetételének mérésekor a következő értékek adódtak: 3. táblázat Füstgázösszetétel-mérési adatok Jellemző Maximális Minimális Átlagos Füstgázhőmérséklet 486,6 C o 22,0 330,4 O 2 tartalom 20,7 tf% 5,9 13,3 CO 2 tartalom 14,0 tf% 1,0 7,3 Légfelesleg 17,0 1,0 1,9 CO tartalom 8330,0 mg/m 3 5,0 2553,8 NO x tartalom 289,5 mg/m 3 4,1 129,4 SO 2 tartalom 143,0 mg/m 3 0,0 31,7 Korom + szilárd 0,67g/m 3 0,06 0,4 Az óránként eltüzelt 24,0 kg/h tüzelőanyaggal számolva a légszennyező-kibocsátások az alábbiak szerint alakultak. 4. táblázat Emisszióadatok Légszennyező Mért Határértékek Koncentráció Kibocsátás 10 m kémény m kémény mg/m 3 kg/h kg/h kg/h Szén-monoxid 2553,8 0,456 5,0 15,0 Kén-dioxid 31,7 0,006 0,15 0,45 Nitrogén-oxidok 129,4 0,023 0,15 0,45 Halogének - - 0,014 0,042 Korom, pernye 400 0,025 0,15 0,45 A füstgázösszetételből látható, hogy a kibocsátott szennyezők értéke meg sem közelíti a 10 m magas kéményre megengedett határértékeket Tüzeléstechnikai számítások eredményei A tüzeléstechnikai számítások fontosabb eredményeit a 5. táblázatban láthatjuk. Tüzelőanyag: faforgács + vegyes fahulladék. 5. táblázat Tüzeléstechnikai eredmények Megnevezés Me. Érték Fűtőérték: kj/kg Óránkénti levegőszükséglet (Lno): m 3 /kg 4,1 Elméleti szárazfüstgáz-mennyiség (Vszno): m 3 /kg 4,1 Elméleti nedvesfüstgáz-mennyiség (Vnon): m 3 /kg 4,8 Füstgáz max. CO 2 tartalma (CO 2 max) tf% 19,9 Füstgáz max. SO 2 tartalma (SO 2 max) tf% 0,001 Tényleges füstgázmennyiség (Vfg.tény) m 3 /kg 7,447 Óránkénti tüzelőanyag-mennyiség (Tüa) kg/h 24,0 7

7 3.5. Hatásfokszámítások A kazán hatásfokát direkt és indirekt hatásfokméréssel határoztuk meg: Direkt hatásfok: Az egy óra alatt eltüzelt tüzelőanyag mennyisége: B = 24 kg/h A tüzelőanyaggal bevitt hőmennyiség: Q = B x H a = 24 x = kj A leadott hőmennyiség az átlagteljesítménnyel számolva: Q H = P átl x 3600 = 80,7*3600 = kj Hatásfok: η = 100 x Q H /Q = 100* / = 71,4 % Indirekt hatásfok: Füstgáz-hőveszteség: vfg = 21,968 Tőkéletlen égésből származó hőveszteség: vco = 0,772 Salakéghető okozta hőveszteség: vsé = 0,072 Felületi hőveszteség: vf = 2,880 Összes veszteség: vő = 28,572 Hasznos hőteljesítmény: Qh = 386,400 kw Hatásfok = η = 71,43 % 3.6. Üzemelési jellemzők A mérések alatt műszaki meghibásodás a kazánnál nem fordult elő. Az egyben berakott hasábfákat a leégés érdekében mintegy 30 percenként meg kellett bolygatni. A bolygatáskor a tűztérajtón a láng kicsapott. A tűztérajtó fogantyúja felmelegedett, hőszigetelés használata célszerű Munkavédelmi jellemzés A berendezés munkavédelmi vizsgálatra nem kötelezett, a gépkönyvbe munkavédelmi kiegészítést javasolunk betenni, mely tartalmazza a kazán telepítési feltételeit. Mivel a kazán atmoszferikus fűtési rendszerben üzemel, így kazánbiztosi felügyeletet nem igényel. A gyártási engedély száma: MBF-TMB ENGEDÉLYEZÉSI FEL- ÜGYELET /

8 4. Szakvélemény A KTK 100 kazán robusztus kivitelű, kezelése egyszerű. A tüzelőberendezés a gépkönyvben megadott paramétereknek megfelel. Eltüzelhető benne minden 1 m-nél rövidebb éghető mezőgazdasági hulladék, de elsősorban fahasábok tüzelésére alkalmas. Vizsgálataink alapján megállapítottuk, hogy a berendezés mintegy 72 %-os hatásfokkal dolgozik. A hatásfokot a kilépő füstgázok magas hőmérséklete rontja, amit pótlólagos használati melegvíz-előállító hőcserélő beépítésével javítani lehet. A kazán fűtőkörébe hőtárolót nem építettek be, mintegy 10 m 3 -es hőtároló beépítésével a hőellátás egyenletessége és a hatásfok kedvező változása érhető el. A kazán egyes érinthető felületei (ajtó, fogantyú stb.) üzem közben felmelegednek javasoljuk ezek hűtését vagy hőszigetelését (pl. kettősfalú vizes ajtók) alkalmazása. A füstgázemissziós értékek a 10 m magasságú kéményre megengedett határértékek alatt maradnak, ezért a gyártó által a kezelési utasításban előírt 15 m kéménymagasságot javasoljuk 10 m-re módosítani. 5. Üzemeltetési ajánlások, javaslatok A magas füstgázhőmérséklet csak a kazán nagyobb terhelésénél jelentkezik, ezért javasoljuk a fűtési rendszerbe puffertároló beépítését, amivel elérhető, hogy a kazán a névlegesnél valamivel kisebb teljesítményen üzemeljen. Javasoljuk a kazán megrendelésekor az opcióként rendelhető használati meleg víz hőcserélőjének megrendelését is. Záradék A vizsgálati eredményeket az FVM Műszaki Intézet és az FVMMI GM Gépminősítő Közhasznú Társaság közös tudományos-műszaki tanácsa jóváhagyta. Lektor és sorozatszerkesztő: Dr. Hajdú József Műszaki szerkesztő: Pálinkás Gábor Igazgatók: Dr. Fenyvesi László, FVM Műszaki Intézet Dr. Szente Márk, FVMMI GM Gépminősítő Közhasznú Társaság Gödöllő, november hó 9