Mi a fontos? Tüzelôanyag szerint:

Átírás

1 I. KAZÁNOK A kazán tüzelőberendezésből és a füstgázzal (égéstermékkel) munkaközeget (vízet) melegítő hőcserélőből áll. A tüzelési folyamatot jelenleg csak az anyag és energiamérleg meghatározása céljából vizsgáljuk, a témakör részletesebb tanulmányozására az Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Tüzeléstechnika illetve Tüzelő és kazánszerkezetek tárgyainak keretében a következő félévekben van lehetőség. Mi a fontos? Erőműi gőzkazánok: Kevés, de nagy teljesítmény: Pl. 670 t/h DERT, AES, Háztartási melegvízkazánok: Kis teljesítmény: Pl. 20 kw, de nagyon sok van belőlük! Kazánok osztályozása: Tüzelôanyag szerint: - Szilárdtüzelésû - Olajtüzelésû - Gáztüzelésû Alkalmazott hôhordozó közeg szerint: - Levegô: Léghevítő: Pl. Festék beégető technológia - Melegvíz / forróvíz: Lakás egyedi fűtése, központi fűtés, távfűtés. - Gôz telített / túlhevített: Ipari technológia fűtése: Konzerv, sör, szesz, gyógyszer gyártás, - Termoolaj: Ipari technológia fűtésére. Hőhasznosító konstrukciója szerint: - Nagy(víz)terű - lángcsöves, füstcsöves - (Víz)csöves - Egyéb: - öntöttvastagos, lemezes, alumínium, stb. Vízoldali áramlás szerint: - Természetes cirkulációs - Serkentett cirkulációs - Kényszerátáramlású Füstgázoldali nyomás szerint: - Szívott (depressziós) tűzterű - túlnyomásos tűzterű (csak gáztömör szerkezet) Kazán funkcionális részei: Tüzelôberendezés Tűztér - tüzelőtér: Égés teljes és tökéletes lejátszódására és hőcsere a láng hűtésére. Égéslevegő ellátás: Fűtőfelületek: Fő és kiegészítő fűtőfelületek. I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 1

2 Kiegészítő és segédberendezések: Vízelőkészítés, stb. Füstgáz tisztító: Porleválasztó, kénmentesítő, stb. Füstgázelszívó Hőhordozó közeg rendszer: Keringetô-/tápszivattyú Puffer-/táptartály Víz elôkészítô rendszer Lelúgozó, leiszapoló Gáztalanító Biztonsági szerelvények A munkaközeg melegítési igényének kielégítése kazán alkalmazásával. Az igény lehet: Helyiség fűtés: melegvíz kazán:(tvízki<95 C, p>ps(tvízki)) a legolcsóbb, nem veszélyes és a legjobb hatásfokú: Tvízki alacsony és T=Tfgki-Tvízki C. Forróvíz kazán: (Tvízki>115 C) távfűtés esetén használatos. p>ps(tvízki) Technológiai folyamat fűtése: Melegvíz, forróvíz és telített gőzt termelő kazán. A hőmérséklet pontos tartására a telített gőz különösen alkalmas. p=ps(tgőz) Villamosenergia termelése: Nagy nyomású és jelentősen túlhevített gőz (Ez ad jó körfolyamat hatásfokot, lásd a Carnot körfolyamatot: hőbevezetés és hőelvonás közepes hőmérséklete.) Kombinált hő- és villamosenergia termelés is lehetséges. Számítási feladatok: 1./ Határozza meg a metán égéséhez szükséges levegő-, valamint a keletkező égéstermék fajlagos (1kg tüzelőanyagra vonatkozó) mennyiségét elméleti λ=1 és valóságos pl. λ=1.2 esetben! Tüzelőanyag + Égési levegő = Égéstermék Elméleti az égés, mert az égés teljes és tökéletes: összes C CO 2 valamint összes H H 2 O lesz. Az égési egyenlet: CH O2 = CO2 + 2H 2O Molszámokkal: 1kmol +2kmol 1kmol+2kmol Reagensek = 3 kmol 3kmol = Termékek I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 2

3 (Az égés során =0 kmol térfogat növekedés!) Az égési egyenlet tömegekkel: 16kg + 64kg = 44kg + 36kg 80kg = 80kg (Tömeg nem változik!) Az összes: C CO 2 valamint az összes H H 2 O lesz. (A harmadik éghető elem a kén, ami most hiányzik: S=0 ) Az égés kémiai (sztöchiometriai) egyenlete: Anyagmérleg számítása. Az energetikai tüzelés nem oxigénnel hanem levegővel történik. A levegő összetétele: Térfogat %: 21 % oxigén 79% nitrogén (nemesgázokkal: atmoszférikus N 2 ) Tömeg %: 23.2% " 76.8% " A levegőt ilyen módon leírva: 1 O * + * N térfogat, és 1* O2 + * N tömeg szerinti összetétellel vehető figyelembe. A sztöchiometriai (kémiai) egyenlet levegővel tüzelve a metánt: Molszámokkal: CH 4 + 2*( O2 + N 2 ) = CO2 + 2* H 2O + 2* * N kmol CH 4 +2kmol O 2 +7,524kmol N 2 1kmol CO 2 + 2kmol H 2 O + 7,524kmol N 2 Összesen: 10,524 kmol 10,524 kmol (Növekmény=0kmol, most változatlan!) Tömeggel: 16kg CH kg O ,3kg N 2 44kg CO kg H 2 O + 211,3kg N 2 Összesen: 291,3 kg = 291,3 kg (Nem változik!) Mindkét oldalt elosztva a metán moltömegével (16 kg/kmol): 1kgCH ,2kg levegő = 2,75kgCO 2 + 2,25kgH 2 O +13,27kgN 2 Összesen: 18,2kg = =18,2kg Az 1kg metán tüzelőanyag égéséhez fajlagosan szükséges elméleti levegő mennyisége: µ Lo =17,2kg levegő/kg tüzelő anyag, Elméleti fajlagos égéslevegő mennyiség. A keletkező elméleti fajlagos égéstermék alkotók mennyisége pedig: µ CO2 = 2,75 kg/kg µ H2O = 2,25 kg/kg µ N2 = 13,2 kg/kg 21 Az elméleti fajlagos égéstermék mennyisége: µ Vo = µ CO2 + µ H2O +µ N2 = 18,2kg./kg Az elméleti fajlagos égéstermék összetétele térfogat %-ban és tömeg %-ban: [CO2] = 1/10,524 = 9,5 % 44/290,67 =15,14% I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 3

4 [H2O] = 2/10,524 = 19 % 36/290,67 = 12,39% [N2] = 7,524/10,524 = 71,49 % 210,67/290,67 =72,48% Elméleti égéstermék összetétel a gázelemzéshez hűtéssel megvalósított (lekondenzáltatott víz!) száraz állapotban a vízzel csökkentett mennyiségre vonatkoztatva határozható meg: n száraz =10,524-2=8,524 kmol Száraz füstgáz mennyisége. [CO2] = 1/8,524 = 11,73 % Maximális [CO2] koncentráció. [H2O] = 0/8,524 = 0 % Száraz füstgázt mér a műszer! [N2] = 7,524/8,524 = 88,27 % Az energetikai tüzelés az elméletileg szükségesnél több levegővel eredményez tökéletes és teljes elégést. A többlet levegő mennyiségét jellemzi a λ>1 légfelesleg tényező: λ = µ L / µ Lo vagy λ=l/l 0 Az 1kg metán tüzelőanyag égéséhez fajlagosan bevezetett tényleges levegő mennyiség µ L : µ L =λ µ Lo A keletkező fajlagos égéstermék tényleges mennyisége : µ fg = µ fgo + (λ-1) µ Lo Például a metánra λ=1.2 érték esetén: 17,2kg levegő µ L =λ µ Lo =17,2*1.2=20,64 kg/kg és: µ fg = µ fgo + (µ L - µ Lo ) =µ fgo + (λ-1) µ Lo = 18,2+(1.2-1) 17,2 =21,64 kg/kg A kazán hőmérlege: A kazánba bevezetett hőteljesítmény két részre osztható: Q be =Q hasznos +Q veszteségek A kazán veszteségei: Q veszteségek = Q füstgázhőv +Q elégetlenv +Q falv A tüzelésbe bevezetett hőteljesítmény: Q tüzbe =B F+Q tüza. előmelegítés +Q lev.külső előmelegítés 2./ Határozza meg egy háztartási melegvízkazánra a jellemző tömeg- és energiaáramokat! (Tüzelőanyag: metán) A kazánba belépő víz hőmérséklete: t vbe =55 C A kazánból kilépő víz hőmérséklete: t vki =70 C A kazánba belépő víz tömegárama: G v =18 kg/perc A kazánt elhagyó füstgáz hőmérséklete: t fgki =145 C A tüzelőanyag oktán, légfeleslegtényező: λ=1.2 Az oktán fûtőértéke kalorimetrálás szerint: F=44630kJ/kg A környező levegő hőmérséklete: t k =20 C I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 4

5 A kazán külső felülete: A k =1 m² A kazán külső felületének hőmérséklete: t wk =50 C és ott az átlagos hőátadási tényező: α k =15 W/m² C tvki tfgki Füstgáz ki tw Égõ tk Fûtõfelület Qfal B, F Tûztér Pvill tvbe Víz be Gv Megoldás: A kazán tüzelés és víz oldalán állandósult üzemállapotban a be- és kilépő tömegés entalpia áramok megegyeznek: Qtüz+Qlev+Qvízbe+Pvill = Qvizki+Qfgki+Qfalv+Qégh Átrendezés után a vízáram felmelegítésének hasznos hőteljesítménye: Qhasznos= Qvízki - Qvízbe =G3*(h v4 -h v3 ) ahol: h v =c víz *t víz és c víz =4.2 kj/kg C, amivel: Qhasznos=G3*cvíz*(t4 t3)=18/60*4.2*15=18.9kw A tüzelőanyaggal bevezetett (Fizetünk érte) hőteljesítmény: Qtüz=B1*F1=B1*50152kJ/kg t4 t2 Füstgáz ki tw Égõ t1 Fûtõfelület Qfal B1, F1 Tûztér Pvill t3 Víz be G3 I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 5

6 A kazánban eltüzelt tüzelőanyag tömegáramot még nem ismerjük! A kazánba bevezetett hőteljesítmény: Q tüz =Q hasznos +ΣQ veszteségek A kazán veszteségei: ΣQ veszteségek = Q füstgázhőv +Q elégetlenv +Q falv Legnagyobb érték általában a kéménybe távozó füstgáz által elvitt hőteljesítmény. A veszteségek meghatározásával lehet a szükséges tüzelőanyag-áramot kiszámítani. Ehhez először az égéstermék 1kg tüzelőanyagra vonatkozó entalpiáját határozzuk meg. A reagens és égéstermék alkotók p=állandó melletti és 0-t [ C] közötti integrál közepes fajhője a hőmérséklet függvényében: t i cplev i cpco2 i cph2o i cpn2 i vagy grafikusan: 2.5 cplev i 2 cpco2 i 1.5 cph2o i cpn2 i t i A fajhő számértékek jelentése a levegő közepes fajhőjén bemutatva: 1 cplev. t t 0 1 c p ( t ) dt. t h lev ( t ) [kj/kg] t[ C] I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 6

7 A feladatban szereplő C hőmérséklet tartományban a közepes fajhő állandónak tekinthető, ezért az 1kg tüzelőanyagra vonatkoztatott entalpiák számíthatók: H levo (20 C) = cplev(t)*µ Lo *t=1.007*17,2*20 = kj/kg H levo (145 C) = cplev(t)*µ Lo *t =1.007*17,2*145 =2511,5 kj/kg H CO2 (145 C) = cpco2(t)*µ CO2 *t =0.86*2,75*145 =342,9 kj/kg H H2O (145 C)= cph2o(t)*µ H2O *t =1.87*2,25*145 =610 kj/kg H N2 (145 C) = cpn2(t)*µ N2 *t =1.04*13,27*145 =2001,1 kj/kg Az elméleti égéstermék mennyiség entalpiáját egyszerűbben is felírhatjuk: Hfgo(t)=[cpco2(t)*µ CO2 + cph2o(t)*µ H2O + cpn2(t)*µ N2 ]*t ahol a jobb oldal [] zárójeles mennyisége az elméleti égéstermék hőkapacítása. A konkrét esetre az elméleti égéstermék mennyiség entalpiája: Hfgo(145 C) =H CO2 (145 C)+H H2O (145 C)+H N2 (145 C) = 2954 kj/kg A valóságos füstgázmennyiség kazán tüzeléseknél mindig több az elméletinél a feleslegben adott levegő miatt. A légfelesleg azért szükséges, mert a tüzelőanyag minden részét szeretnénk végtermékké oxidálni a tűztérben tartózkodás véges (<3 sec) ideje alatt. A légfelesleget jellemző tényező: µ L λ = 1 amivel a tüzelés fajlagos levegőszükséglete λ=1.2 mellett: µ Lo µl=17,2*1.2=20,64 kg/kg A tényleges égéstermék entalpiája "λ" légfeleslegtényező mellett: Hfg(145 C) = Hfgo(145 C) + (λ-1)*hlevo(145 C)=3456 kj/kg Vagy a közepes fajhővel: Hfg(145 C) = cpfg*µfg*t=1.103*21,6*145=3460 kj/kg cvíz*tvíz és cvíz=4.2 kj/kg C Az F fűtőértékű tüzelőanyaggal bevezetett entalpiaáram: Q1=B*(F + Hlev(t1)) ahol: B [kg/s] az eltüzelt tüzelőanyag tömegárama. Amiben az égési levegővel bevezetett entalpiaáram is benne van. A kazán hőveszteségei a füstgáz- és a fal hőveszteség. A füstgáz hőveszteséget döntően meghatározza a távozó füstgázzal kilépő entalpiaáram: Q2fg=B*Hfg(t2) A kazán falán a hőveszteség: Qw=αk*Ak*(twk-t2)=0.015*1*(50-20)=0.45 kw Az entalpia mérleg: Q1=Q fgki +Q h +Q falv I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 7

8 B*F + B*m*H levo (t 2 ) = B*H fg (t 2 )+ G 3 *(h 4v -h 3 )+αk*a k *(t wk -t 1 ) A fenti entalpia mérlegben egyedül a B tüzelőanyagáram ismeretlen, így az is kiszámítható. B= [G 3 *(h 4v - h 3v )+αk*a k *(t wk -t 1 ) ]/[F + λ*h levo (t1) - H fg (t 2 )] B= kg/s = kg/h A még hiányzó entalpiaáramok: Q 1 =B*F = kw Q levbe =B*λ*H levo (t 1 ) = kw Q 2fg =B*H fg (t 2 ) = kw A tömegáramok közül a még ismeretlen égési levegő és égéstermék tömegáram: G lev = B* µ L = kg/s =30,4 kg/h G fg = B[µ Vo + (λ-1)* µ Lo ] = kg/s= kg/h Égéstermék normál térfogatárama: V fg0 =G fg /ρ fg0 = m³/h Égéstermék térfogatárama 145 C-on: V fg =G fg /ρ fg0 418/273=38.11 m³/h A kazán hatásfoka az entalpiaáramokkal (direkt meghatározási módszer, ha a számítást a mérhető adatok alapján végezzük el): η= Q hasznos / Q tüza = 18.9/20.54= 0.92 azaz 92%. A mért mennyiségek: t vbe, t vki, B, G v, F. és η= Qhasznos/Q be = G 3 *c víz *( t vki t vbe )/(B*F) Mind az öt mennyiség relatív mérési hibáját ±1%-ra becsülve, a kazán hatásfok értéke a (túl)becsült hibakorláttal: η=92% ±4.5%. (!) A meghatározás módszeréből adódik ekkora hiba. A kazán hatásfok indirekt meghatározása a veszteségek meghatározása alapján: η = [Q tüza - Q fgv - Q falv ]/ Q tüza =1 (Q fgv - Q falv )/ Q tüza η=1-[h fg (t fgki )-λ*h levo (t k )]/F - Q falv /(B*F) A veszteségtényezők összege a hagyományos melegvizes kazánok hatásfokának szokásos értéktartományában kereken 0.08 azaz 8%. A mért mennyiségek: t vbe, t vki, B, G v, F, λ, t fgki, falveszteség, melyek mérési hibáját egyenként ±5%-ra (összesen 25%) becsülve, a kazán hatásfok értéke a (túl) becsült hibakorláttal: η=92% ±2%. Az indirekt kazánhatásfok meghatározási módszer hibája kisebb! Ma lehetőleg csak kondenzációs melegvízkazánt tervezzünk és építsünk be lakásfűtésre és használati melegvíz termelésre, mert ezzel az éves földgáz fogyasztás 20-30%-kal csökkenthető! I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 8

9 Nagyvízterű lángcsöves-füstcsöves gőzkazán robbantott képe: Nagyvízterű gőzkazán vázlata: biztonsági szelep gõz kilépés vízszint 2. füstcsõ huzam 1. füstcsõ huzam lángcsõ kazándob nyomás mérõ p Füstgáz forduló kamra füstgáz kilépés tápszivattyú lúgozó tápszelep fõgõz tolózár lángcsõ G gõz 2. füstcsõ huzam 1. füstcsõ huzam iszapoló p gõz Víz tükör vízállásmutató Lángcsöves kazán kiterített vázlata a hőtechnikai és áramlástechnikai számításokhoz: LÁNGCSÕ Tfal Tvíz α víz Qlcs HÕSUGÁRZÁS TÜZELÕANYAG F [kj/kg] ÉGÕ LEVEGÕ Tlev Ptûztér LÁNG Ttüki QIfk ÉGÉSTERMÉK II. FORDULÓKAMRA GYÛJTÕKAMRA Q2fcs I.FORDULÓKAMRA p1 p2 d1, L1, n1 d2, L2, n2 1. FÜSTCSÕHUZAM 2. FÜSTCSÕHUZAM I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 9 T1 QIIfk α α víz fg δ1 λ1 Q1fcs T3 p3 T2 T4 p4 Tfgki, pfgki TÁVOZÓ ÉGÉSTERMÉK

10 .3. Példa: Ipari technológia fűtés igénye: pg=12bar nyomású ts=188 C hőmérsékletű száraz telített gőz Ggőz=5t/h tömegáramban. A gőzt termelő kazán a gáztalanítóból 105 C hőmérsékletű tápvizet kap. A kazán lángcsöves-füstcsöves kialakítású. A tüzelőanyag fűtőértéke: F=41000kJ/kg, légfeleslegtényező: λ=1.16 µ Lo =14.31 kg/kg µ fgo = kg/kg c plev =1.04 kj/kg.k c pfg =1.1 kj/kg.k A távozó füstgáz hőmérséklete: t fgki =230 C Környezeti hőmérséklet: t k = 20 C A víz jellemzői: Telített folyadék: h sf =h =798 kj/kg v = m3/kg Telített gőz: h sg =h =2783 kj/kg v =0.166m3/kg Tápvíz: h tv =440 kj/kg r=1985 kj/kg Kazándob átmérője: Dd=2500 mm Kazándob hossza: Ld=3445 mm A kazán külső felületén a hőveszteség: Q falv =32.4 kw (A tüzelési teljesítmény 1%-a) Kérdések: Mekkora az igényelt gőzárammal képviselt hőteljesítmény? Mekkora a kazánban a füstgázból a víznek átadott hőteljesítmény? Mekkora a kazán tüzelési teljesítménye (terhelése)? Mekkora a kazán hatásfoka? Mekkora a kazándob falvastagsága? Megoldás: A gőzkazán hőteljesítményei állandósult üzem esetén A kazán hasznos hőteljesítménye: ( ) Q hasznos Q gõz Q tápv G gõz h sg h tv ( ) 3255kW A hőmérleg állandósult üzemben: Átrendezve a hõleadó és hõfelvevõ közeg szerint: Tüzelés oldali hõleadás = Vízoldali hõfelvétel Q tüz.a. + Q lev Q fgki Q gõz Q tápv + Q falv I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 10

11 A kazánban a füstgáz-víz közötti hőcsere teljesítmény:. Q hõcsere Q hasznos + Q falv 3300kW A szükséges tüzelőanyag tömegáram a kazán hőmérlegéből számítható:. B λ µ Lo c plev t k + F µ fgo + λ 1 amiből kifejezve: B=322 kg/h A füstgáz hővesztesége: ( ) µ Lo ( ) µ Lo c pfg t fgki Q hõcsere. Q fgv Q fgki Q levbe B µ fgo + λ 1 c pfg t fgki λ µ Lo c plev t k. Qfgv=369 kw A kazán tüzelési teljesítménye: Ez a legnagyobb vesztesége a kazánnak! A kazán hatásfoka:. Q tüz B F 3667kW. azaz: 90% Q fgv Q falv η k Q tüz Q tüz A kazándob szükséges falvastagsága ha σ meg =450N/mm2, és a biztonsági tényező: k=2.6:. ( ) D d p d p k s o 3.06mm 2 σ meg A k=2,5 biztonsági tényezővel és a feltételezett c korr =1,5 mm korrózió pótlással:. s s o k + c korr 9.5mm A kazándob választott falvastagsága: s=10 mm. A kazán tárolóképességét jellemzi az az idő, amely alatt a névleges gőzáram a kazánban tárolt vizet utánpótlás nélkül (tápvízáram=0) elfogyasztaná. Ez gyakorlatilag nem valósulhat meg!!, mert a fűtött felületeket a tervezési állapotnak megfelelően biztonsággal folyadéknak kell borítani. (Legalacsonyabb vízszint > Legmagasabb fűtött felület + 50 mm. Tárolóképesség~tárolási idő. τ tárol m víz G gõz Tárolási idő=1,8 h I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 11

12 Vízcsöves gőzkazán elvi sémája: A vízcsöves gőzkazánban lejátszódó állapotváltozást a T-s diagramban a 2-3 pontok közötti szakasz mutatja: A gőzkazánban lejátszódó 2 3 pontok közötti állapotváltozás három tartományra bontható: vízhevítés: s 2 -s, elgőzölögtetés: s -s és túlhevítés: s -s 3 Az álapotváltozások elméleti határpontjai: vízhevítés telített folyadék állapotig, (2 s ) elgőzölögtetés száraz telített gőz állapotig (s s ). Így lehet meghatározni az egyes szakaszok elméleti hőszükségletét az igényelt túlhevített gőz tömegáramhoz (G thg ) és állapotjelzőkhöz (h tv, p, h thg ). A vízhevítés elméleti hőszükséglete: Q vh0 = G thg (h -h tv ) Az elgőzölögtetés elméleti hőszükséglete: Q elg0 =G thg (h -h ) A túlhevítés elméleti hőszükséglete: Q th0 =G thg (h thg -h ) A vízcsöves kazánban lejátszódó állapotváltozásokat (vízhevítés, elgőzölögtetés, túlhevítés) általában szerkezetileg és kapcsolásilag is elkülönülő fűtőfelületekben célszerű léterehozni. Ennek oka egyrészt a szerkezeti anyagokban kialakuló legmagasabb hőmérsékletek korlátozása, másrészt a kazán hatásfokának javítása a szabályozhatóság mellett. A kazándob mint fix pont elválasztja egymástól a folyadékkal és gőzzel töltött részeket. A dobos kazán működésének az a kötöttsége, hogy a dobot csak (telített) gőz fázis hagyhatja el, I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 12

13 és abban a folyadék szint közel állandó kell legyen. Ez annyit jelent, hogy a kazándobba annyi tápvizet lehet csak bevezetni, amennyi gőz onnan kilép, vagyis amennyit megtermeltünk. A gőztermelést eredményező hőteljesítmények: Q gőzterm.=q vh +Q elg. Az ezzel megtermelt és a kazándobból kilépő gőzáram időben változatlan folyamatnál: G gőzt =(Q vh +Q elg )/(h -h tv ) Az egyes fűtőfelületek hőteljesítményének aránya egy működő berendezésnél nem marad változatlan (állandó), mert a kazán fűtőfelület tisztasága, terhelése és a tüzelőanyag minősége, vagy a belépő közegek állapotjelzői különböznek a tervezési (névleges) értéktől. A hőfelvétel arányának üzem közbeni megváltozása beavatkozási lehetőség nélkül azt eredményezné, hogy a kazán nem az igényelt állapotú (hőmérsékletű) túlhevített gőzt állítaná elő, ami technológiai kárt illetve hatásfok csökkenést okozhat. Annak érdekében, hogy a vízcsöves kazánból a megkívánt állapotú fűtött közeg lépjen ki, szabályozási beavatkozásra van szükség. A szabályozást tervezéskor úgy lehet figyelembe venni, hogy pozitív és negatív (+/-) irányban egyaránt biztosítson beavatkozási lehetőséget. Pl: a befecskendezéses gőzhűtő névleges üzemállapotban 4-5% tápvizet kap, mert ennek csökkentésére (zérusig) és növelésére (szelep max. áteresztéséig) is van lehetőség. A túlhevített gőz hőmérséklet szabályozás megoldásánál figyelembe kell venni, hogy a fűtőfelületek hőfelvételi arányának sajátos karakterisztikája van a terhelés függvényében. Ez a fűtőfelületek füstgáz áramút menti elhelyezkedésével függ össze. A vízhevítő célszerűen az alacsonyabb hőmérsékletű füstgázáramba kerül, mert a tápvíz tömegárama 0 Gtvmax között változhat, ami a csőfal hőmérsékletét csak alacsony füstgázhőmérséklet mellett garantálhatja. Továbbá a vízhevítő a kazán hatásfokának javításában is jelentős hatású, mivel a leghidegebb fűtött munkaközegről van szó, ami a füstgáz lehűtésének mértékét is meghatározza. (Innen az ECO vagy EKO: Ekonomiser elnevezés.) Az elgőzölögtető fűtőfelületet a legnagyobb hőáramsűrűségű helyre, a tűztérbe szokták elhelyezni, mert a cső falának hőmérsékletét a víz nagy értékű forrásos hőátadási tényezőjével a legolcsóbb korlátozni. (Alacsony ötvözésű acél tmax= C-ig olcsó!) A túlhevítő elhelyezését több szempont határozza meg: Egyik a csőanyag hőmérséklet állósága, a másik a túlhevítő hőteljesítményének változási jellege a kazán terheléssel. (u.n. I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 13

14 karakterisztika) A besugárzott túlhevítő a tűztérhez közvetlenül csatlakozik, így hőfelvételét a láng-test hősugárzása döntő mértékben befolyásolja. A lángtest hősugárzásából származó hőáramsűrűség a terhelés kb. négyzetgyökével arányos, míg a konvektív hőáramsűrűség a terheléssel kb. lineárisan változik. Ebből adódóan a besugárzott túlhevítő hőfelvételének aránya a konvektív túlhevítővel ellentétben a terhelés csökkenésével növekszik. Újrahevítéses gőzkazán kapcsolódása a gőz-körfolyamatba: A kazánban a 2 3 állapotváltozás a nagynyomású túlhevített gőz termelése, a 4 5 állapotváltozás a gőz kisnyomású újrahevítése. A kazánban a nyomás növelésének nincsen elvi korlátja. Ennek megfelelően elterjedt megoldás a nyomást a kritikus feletti értékre választani (szuperkritikus kazán). Ezzel már kétszeres újrahevítés is megvalósítható (7 8 és 9 10 állapotváltozás), ami a körfolyamat hatásfokát további 1.5-2%-kal növeli: I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 14

15 Orientáló kérdések Kazán témakör 1. Milyen igényt elégít ki a kazán? 2. Mi a kazán? 3. Mire szolgál a kémiai (sztöchiometriai) egyenlet? 4. Mi az elméleti fajlagos égési levegő mennyiség? 5. Mi az elméleti fajlagos égéstermék mennyiség? 6. Mi a légfelesleg tényező? 7. Mi a kazán hasznos hőteljesítménye? 8. Mi a kazán tüzelési teljesítménye vagy hőterhelése? 9. Milyen veszteségei vannak a kazánnak? 10. Mi a kazán hatásfoka? 11. Mi a különbség a direkt és indirekt kazánhatásfok meghatározás között? 12. Miért szükséges a kazándobon vízállás mutató? 13. Miért szükséges mérni a kazándobban a nyomást? 14. Mi a gőzkazán tárolóképessége? 15. Mit fejez ki a kazán-képlet? 16. Milyen állapotváltozás játszódik le egy erőművi gőzkazánban? (h-s, T-s diagram) 17. Mi a vízhevítés, elgőzőlögtetés és túlhevítés elméleti hőszükséglete? (lgp-h vagy T-s diagram) 18. Miért van szükség a túlhevített gőz hőmérsékletének szabályozására? 19. Hogyan határozható meg a kazándobból kilépő gőzáram? 20. Milyen állapotváltozás jön létre a tápvíz befecskendezéses gőzhűtőben? I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 15