GERSE KÁROLY KAZÁNOK I.

Átírás

1 GERSE KÁROLY KAZÁNOK I.

2

3 Gerse Károly KAZÁNOK I. BME Eneretikai Gépek és Rendszerek Tanszék, Budapest, 014

4 Gerse Károly: Kazánok I. Első kiadás Szerzői jo Gerse Károly, 014 ISBN (Nyomtatott változat)

5 Tartalomjeyzék Első kötet Bevezetés 3 1. Kazánok általános jellemzői Fűtőelületek, szerepük, hőelvétel, nyomás beolyása a űtőelületek kialakítására Kazánok elüyelete, alapvető biztonsái berendezések Kazánhatások, veszteséek, átvételi vizsálat 15. Kazántípusok általános ismertetése 7.1. Történeti ejlődés 7.. Gőzkazánok Nayvízterű őzkazánok 37.. Vízcsöves őzkazánok Gőzkazánok természetes cirkulációval 76.. Tűztér 9.3. Előzölötető rendszer Kényszerített kerintetés Kényszerített átáramlás Túlhevítők, újrahevítők Tápvíz előmeleítők 1.8. Léhevítők Határteljesítmény 4.3. Hőhasznosító kazánok Gázturbina utáni hőhasznosító kazánok 7.3. Atomreaktor hőhasznosító kazánok Technolóiai olyamatok hőhasznosító kazánjai Különlees kazánok Mele és orróvíz kazánok Háztartási, kisközösséi melevíz kazánok Nayvízterű kazánokból kialakított melevíz, orróvíz kazánok Kényszerített átáramlású kazánok Kétázisú hőátadás, áramlás űtött elületeken Gőzképződés alapvető olyamatai Forrás vételen térben Hőátadás és őzejlődés csőben Hőátadás és áramlás kapcsolata Áramlási ormák Előzölés csőben Folyadékáramlás Aláhűtött buborékos orrás Telített buborékos orrás Kétázisú konvektív hőátadás Folyadékhiányos orrás tartománya Kritikus hőluxus naysáa Hőátadás belül bordás csövekben A kétázisú köze áramlásának alapjai Elemi csőszakasz modellje Homoén modell Szeparált modell Súrlódási nyomásvesztesé Geodetikus nyomáskülönbsé Gyorsítási nyomásvesztesé Vízoldali olyamatok, vízelőkészítés, őztisztasá Meleítés, előzölés közben lejátszódó olyamatok Belső védőréte, lerakódás képződése Vízminőséi előírások Vízelőkészítés Gőztisztasá biztosítása 405

6 4.6. Kazántisztítás Vízoldali korrózió, mehibásodások 45 Irodalomjeyzék az első kötethez 443 Füelék 459 Második kötet 5. Hőtechnikai számítások 3 o Tüzelőanyaok 3 o Sztöchiometriai számítások 11 o Füstáz ajlaos entalpia-hőmérséklet diaramja 7 o Hőmérle 35 o Tűzterek méretezése 47 o Fűtőelületek méretezése 63 Besuárzott űtőelületek Konvektív űtőelületek Közepes hőmérséklet-különbsé Alkalmazási példák, seéddiaramok Falazatok, hőszietelés Füstázoldali olyamatok, létechnikai számítások Lán pulzáció, ázlenések, elületek rezése Leveőellátás, létechnikai számítások Fűtőelületek elrakódása, tisztítása, kopása, korróziója Felületek elpiszkolódása, tisztítása Fűtőelületek kopása Füstázoldali korrózió Gőzkazánok elemeinek szilárdsái számítása Szerkezeti anyaok, tulajdonsáaik Az anyaok tulajdonsáai Szerkezeti anyaok ejlesztése, jellemzői Méretezési eljárások Iénybevételek típusai Heneres szerkezeti elemek Belső nyomásból, külső terhelésekből adódó eszültséek Hőmérséklet különbséekből adódó eszültséek Ellenőrzés váltakozó eszültséekre Láncsövek Víznyomáspróba és értékelése Csövek, csőrendszerek Fűtőelületek Csövek csatlakozása, perem iénybevételek Eyéb szerkezeti elemek Folyamatos üzemirányítás Döntés cseréről, selejtezésről Gőzkazánok üzemeltetése Üzembe helyezés, indítás, leállítás, terhelésváltoztatás Műszerezés, mérések Működés üzemi ellenőrzése, javítása Üzemzavarok 357 Irodalomjeyzék a második kötethez 363 Füelék 383

7 Bevezetés Kazánokkal a mindennapi élet számtalan területén kávéőző, kuktaazék, melevízejlesztő, aszaltkeverő, és a sort hosszan lehetne olytatni találkozunk. Leontosabb alkalmazásuk azonban az eneretikában ipari és erőműi őzkazánok, hőhasznosító kazánok, távűtő melevíz, orróvíz kazánok található. Fő eladatuk a hőeneria lejobb hatásokkal, lekisebb költséel, lenayobb üzembiztonsáal történő átalakítása, az adott technolóia iényei szerint. Fejlődésüket tekintve az ipari orradalom kezdetén, a XVIII. század második elében alkalmazott, rézlemezekből összeszeecselt, kívül űtött, kisnyomású, telített őzt előállító tartályoktól a XX. század véére eljutottunk a szuperkritikus nyomási, a 700 C rissőz hőmérséklet yakorlati alkalmazásái. A hatások néhány százalékról 90 százalék közelébe, szénhidroén tüzeléssel 90 százalék ölé nőtt. A kezdeti, csaknem mindennapos, halálos sérülésekkel járó kazánrobbanások teljesen meszűntek, a lekorszerűbb berendezések akár több évi is üzemelnek mindenajta mehibásodás nélkül. A nay nyomás, maas hőmérséklet, a nyomástartó részben tárolt, bármilyen kis tömörtelensénél szabaddá váló hőeneria nayon ondos tervezést, anyaválasztást, yártást, minőséellenőrzést tesz szükséessé. A yártáshoz alkalmazott speciális, nay termelékenyséű technolóiák, különlees minőséi iények a yártókat specializációra kényszerítették, számuk különösen a elhasználó oldali szerkezetváltás miatti iénycsökkenés következtében jelentősen csökkent. A minőséet szabad piaci viszonyok mellett is arantálni kell, ezt az EU területén eysées szabványok, üetlen, azonos követelményrendszert érvényesítő minősébiztosító szervezetek seítik elő. Íy a kazánok yártása, üzemeltetése, karbantartása, hatósái ellenőrzése koncentrálódott, de mé jelenle is sok embernek ad munkát. A szakemberek képzése az eyetemeken oktatott célirányos tantáryak keretében, illetve a yártók, üzemeltetők, karbantartók, elüyelők szakmai műhelyeiben történik. Számukra azonban a teljes témakört a kor szakmai színvonalán táryaló a berendezésekkel kapcsolatos eladatok ellátásához szüksées, szerteáazó konstrukciós, hőtechnikai, áramlástani, tüzeléstechnikai, veyészeti és más ismereteket célirányosan összeolaló mayar nyelvű szakkönyv nem áll rendelkezésre. Szerző célja e hiány pótlása, a olyamatok, konstrukciós alapelvek lényeesebb részleteinek bemutatásával az olvasót az összeüések önálló meontolására, alkalmazására késztetni. Munkájához az eyetemi oktatóként, szakértőként, vezetőként szerzett mintey 45 éves yakorlat, a nemzetközi szakirodalom, szabványok adják a hátteret. A mű elsősorban az erőműi, ipari, távhő szoláltató kazánokkal olalkozik, de a olyamatokra, szerkezeti kialakításra, yakorlati viselkedésre vonatkozó utalások kisebb berendezéseknél is alkalmazhatók. A könyv, a szerző szándéka szerint, tüzeléstechnikával csak a kazánokban lejátszódó olyamatok, üzemi tulajdonsáok meértéséhez, a szerkezeti kialakítás tervezéséhez szüksées mértékben kíván olalkozni. 3

8 Az olvasónak eltűnhet, hoy az irodalomjeyzékben sok réi cikkre, szakkönyvre történik hivatkozás. Ennek alapvető oka a szerző szándéka, az adott témakörben az eredeti, a szakterület ejlődése során mejelent korabeli közlemények szerzőire történő utalás. Természetesen a nyilvánosan hozzáérhető, korszerű irodalom is mejelenik. A szerző ezek mellett számos személyes közlésre, üzleti titkot tartalmazó dokumentumra is támaszkodott, ezeket azonban csak a közlő személyének, illetve az üzleti titkok tartalmának meőrzésével használta el. A könyv a Műeyetem eykori Kalorikus Gépek Tanszéke kazános tématerületen dolozó oktatóinak, munkatársainak dr. Bassa Gábor proesszor, Juhász István őkonstruktőr, dr. Szabolcs Gábor tudományos tanácsadó, dr. Móricz István adjunktus, Poány Ferenc adjunktus, dr. Radenkovits Péter tudományos munkatárs, Könczöl Sándor tudományos munkatárs uraknak is emléket kíván állítani, hiszen a szerző, a kollektíva tajaként, a közös munka eredményét is kamatoztatta. A szerző ez úton is meköszöni Civin Vilmos úrnak a 4. ejezet átnézését, pontosításához, kieészítéséhez adott javaslatait. 4

9 1. Kazánok általános jellemzői 1.1. Fűtőelületek, szerepük, hőelvétel, nyomás beolyása a űtőelületek kialakítására A kazánok eladata a tüzelőanya eléetésével, vay más módon bevezetett hőmennyisé hőhordozó közeel történő maximális hasznosítása oly módon, hoy a hőhordozó köze nyomása, hőmérséklete az alkalmazási célnak meelelő értéket mennyiséi iény változások esetén is, olyamatosan érje el. A leeyszerűbb iény mele, orró víz, vay telített őz előállítása. A berendezés őzejlesztő esetén a hőhordozó köze oldaláról nézve eyetlen űtőelületből: előzölötetőből a kezdetleesebb berendezéseknél kívülről űtött kazándobból áll. Ezzel a üstázokat csak a telítési hőmérséklet közelébe lehet lehűteni, a telített őz a oyasztói tartó csővezeték hővesztesée következtében nedvessé válik, íy mé kisebb iények esetén is a üstázok minél jobban történő lehűtésére mejelent a tápvíz előmeleítő, az eyenletes őzminősé biztosítására a túlhevítő, mint kieészítő űtőelület. Az előzölötető teljesítményének növelésére a kazándob űtése helyett célszerűbb előzölötető űtőelületek beépítése. E űtőelületek eyik oldalon ééstermékkel, másik oldalon orrásban lévő olyadékkal érintkeznek és kezdetben kizáróla a olyadék és őzázis közötti sűrűsékülönbséet kihasználó természetes cirkulációval működtek. Erőművek esetén a hatások javítására a túlhevítési hőmérséklet növelésére, ennek széles teljesítménytartományban történő szabályozására a túlhevítő több okozatra osztására, a őz újrahevítésének alkalmazásával újrahevítő űtőelületek beépítésére is szüksé van (1.1. ábra). Miután a tápvíz előmeleítő is csak a üstázok belépő tápvíz hőmérsékleti történő lehűtését teszi lehetővé, a további lehűtés (kazánhatások) érdekében a tüzelőanya eléetéséhez szüksées, környezeti hőmérsékletű leveővel hűtött léhevítő eészíti ki a űtőelületeket. Biztonsái szelep Beecskendező szelep UH TE TH 1 TH Főőz szelep Tápszelep Tápszivattyú Vízállás mutató Leiszapolás E E előzölötető TE tápvíz előmeleítő TH 1 túlhevítő 1. TH túlhevítő. UH újrahevítő 1.1. ábra Gőzkazán űtőelületei Az előbbi elosztás mellett a üstázoldali hőátadás jelleének iyelembevételével is szokásos a hőátadó elületek mekülönböztetése. Eszerint azokat a elületeket, 5

10 Hőmérséklet ( C) amelyeken a domináns hőátadási mód a suárzásos hőcsere, besuárzott, azokat, amelyeknél a konvektív hőcsere a domináns, konvektív űtőelületeknek nevezzük. Az eyes elülettípusokon átadandó hőmennyisé, íy a elülettípus naysáa, elhelyezkedése a kazán paramétereitől (eysényi tömeáramra vetítve elsősorban a nyomástól, hőmérséklettől), alkalmazott tüzelőanyatól, űtőközetől ü (1.. ábra). Kisebb nyomáson a kazán döntően előzölötető (E) elületből áll, a nyomás növelésével az előzölötető elület hőelvétele eyre jobban csökken, a jelenlei erőmű paraméterek mellett a hőelvételt elsősorban a túlhevítés (TH) jellemzi. Ennek kazánkonstrukcióra yakorolt hatása a későbbiekben, az eyes kazántípusok ismertetésénél, jól meiyelhető lesz. 600 TE E TH bar TE 5,5 bar E Entalpia (kj/k) 1.. ábra Fűtőelületek hőelvétele h-t diaramban A kazánoknak a elhasználók részére előírt paramétereket (őzáram, őznyomás, őzhőmérséklet, stb.) kell szoláltatni a merendeléskor mehatározott peremeltételek (tüzelőanya, tápvíz hőmérséklet, elállítási hely, stb.) mellett. A paraméterek közül csak a hőmérséklet és a nyomás eltérő alakulására hívjuk el a iyelmet. Előbbi a tápszeleptől kezdve növekszik, utóbbi csökken. Ennek lényees hatása lehet a szerkezeti elemek méretezésére is, mivel a tápvíz előmeleítő, előzölötető rendszer, túlhevítők eltérő méretezési nyomásra, hőmérsékletre is készülhetnek. A nyomás naysáával összeüésben hansúlyozni kell, hoy naysáát őzkazánoknál a űtőanyaal a kazánba bevezetett teljesítmény és a őzzel elvezetett teljesítmény eyensúlya határozza me: az üzemi nyomás a kazán utáni (őzelhasználóktól üő) ellenállás mellett kialakult hőbevezetési-elvezetési eyensúlynak elel me. Az eyensúlyinál nayobb tüzelési teljesítmény esetén a nyomás növekszik, nayobb hőelvezetés esetén csökken. Az üzemi nyomás tápvíz utánpótlás nélkül, lezárt tápszelep mellett is kialakulhat. Íy, leeyszerűsítve, a tápszivattyú eladata a tápvíz utánpótlás, adott kazánnyomás ellenében történő, biztosítása. Forróvíz kazánoknál a nyomást a nyomástartó rendszer állítja be, az előbbi meontolások a kilépő hőmérséklet alakulására érvényesek. 6

11 A kazán szilárdsái méretezésének, hatósái enedélyezésének névlees értékeként mehatározott, a kazán csőrendszerében maximálisan meenedhető nyomás az enedélyezési nyomás. A ténylees üzemi nyomást az üzemben várható nyomásinadozások iyelembevételével néhány (általában max. 5) százalékkal ez alatt állítják be. A elületek elhelyezését, kialakítását hayományos kazánoknál alapvetően két szempont határozza me. Eyrészt a tüzelőanya eléetéséhez, a üstázok lerakódásokat, korróziót, kopást minimalizáló lehűtéséhez, elvezetéséhez meelelő teret, áramlási keresztmetszeteket kell biztosítani, másrészt a berendezés méreteinek, szerkezeti anya iényének, íy tömeének, költséeinek a minimalizálására, a lehető lejobb hőátadást kell mevalósítani. A űtőelületeken a hőátadás a közismert Q k At összeüéssel jellemezhető. Javítására a űtőelület, a hőátbocsátási tényező, vay a hőleadó, hőelvevő közeek közötti hőmérséklet-különbsé naysáának növelésével van mód. A hőáramsűrűsé ( q k t ) növelése uyanakkor a alhőmérséklet, ezzel a szerkezeti anyaminősé iránti iény, alvastasá közeállapottól (olyadék, őz meleítése, előzölötetés) üő növekedéséhez vezet, íy a belső hőátadási tényező változását is iyelembe kell venni. Biztonsái szelep L L L Beecskendezés hőmérséklet szabályozáshoz Leiszapolás Besuárzott túlhevítő TH Besuárzott tűztér TH1 TH3 UH V L Frissőz Újrahevítő után Biztonsái szelepek Előzölötető TE L Újrahevítő előtt v v v Tápvíz v v L V Lételenítés Víztelenítés 100% 60% 30% Tápszivattyúk 1.3. ábra Besuárzott kazán űtőelületeinek elrendezése A részben eymásnak ellentmondó kívánalmak eyüttes, optimális kieléítésének iénye típus meoldások kialakulására vezetett, amelytől az eyes konstrukciók csak kevéssé lényees részletekben térnek el. A lenayobb hőáramsűrűséel, döntően suárzásos hőátadással jellemezhető tűzteret általában előzölötető elületek határolják, mivel az előzölésnél kialakuló nay hőátadási tényezővel mé nay hőáramsűrűsé esetén is olcsóbb szerkezeti anyaokkal uralható alhőmérséklet alakul ki. Ezt (a csőal hőmérséklet űtőelület naysá optimumától üően ellen-, vay eyenáramú elrendezésű) besuárzott, konvektív túlhevítő, újrahevítő elületek, 7

12 konvektív előzölötető elületek és a tápvíz előmeleítő, léhevítő követik (1.3. ábra). Nayobb nyomások esetén az előzölötető hőelvétele annyira lecsökken, hoy a teljes előzölötető űtőelület elér a tűztérben, konvektív előzölötető kialakítására nincs szüksé, sőt előordulhat, hoy a tűztérben úynevezett altúlhevítőt kell elhelyezni, mivel az előzölötető hőelvétele önmaában nem biztosítaná a üstázok kellő lehűtését. A léhevítőnek a üstázok minél alacsonyabb hőmérsékletre történő lehűtésén (ezzel a kazánhatások javításán) túlmenően további szerepe is van. Eyrészt a meleebb éési leveő előseíti a tüzelőanya yorsabb elmeleedését a yulladási hőmérsékletre, íy az éési időt csökkentve hozzájárulhat a tüzelési hatások javításához, a tűztér méreteinek csökkentéséhez, másrészt a kazán átlaos, üstázoldali hőmérséklet szintjének meemelésével növeli a t hőmérséklet különbséet, ezáltal előseíti a hőátadó elületek méretének csökkenését. Szuperkritikus (a vízőz kritikus pontja jelenlei ismeretek alapján p>0,64 bar, t s >373,946 C eletti) paraméterekkel üzemelő kazánoknál a olyadék-őz ázisváltás hiányzik, íy a kazán e ázisváltást kihasználó (természetes cirkulációval működő előzölötető rendszer), illetve (pl. ázisszétválasztást) szoláló részei átalakulnak. A változásokra a későbbiekben térünk ki részletesen. 8

13 1.. Kazánok elüyelete, alapvető biztonsái berendezések Hatósái elüyelet. A kazánok a tüzelő berendezésekben elhasznált könnyen yulladó, robbanó tüzelőanyaok, illetve az éés során kialakuló maas hőmérséklet, valamint mérező ééstermékek, másrészt a nyomástartó térben tárolt nay eneriamennyisé miatt különösen veszélyes berendezések. Ezért a berendezés szerkezeti eyséét (interitását) lehetőle minden a normál és váratlan üzemállapotokban kialakuló körülmény mellett me kell őrizni [8, 1.1, 1.]. A ondos üzemvitel mellett ezt: a berendezések minőséorientált tervezése, anyaválasztása, yártása, szerelése, hatósái elüyelete, és a biztonsái berendezések seítik elő. Az Európai Unióban a yártmányok szabad mozásának előseítésére és eyúttal a biztonsá azonos színvonalon történő arantálására a nyomástartó berendezésekkel kapcsolatos követelményekre irányelvet oadtak el [1.1], amelyet a hazai jorendbe is átültettek [1.]. Ez szabályozza a nyomástartó berendezések veszélyessétől üő besorolását, ennek üvényében a tervezés, anyaválasztás, yártás, üzembe helyezés és üzemvitel során követendő szabályokat. Kazánok 1 m 3 téroat, vay 3 bar méretezési nyomás elett, illetve az esetben, ha méretezési nyomás (bar) és a téroat (m 3 ) szorzata a 10-et mehaladja, a lesziorúbb, IV. kateóriába tartoznak. Ezeknél a berendezéseknél a sorozat, vay eyedi yártástól üően kötelező: az EK- típusellenőrzés (tervellenőrzés, yártási tervdokumentáció, számítások, yártás során alkalmazott vizsálatok adatainak ellenőrzése, szükséesnek ítélt tesztek elvézése), melynek eredményeként 10 évi érvényes EK-típusellenőrzési/tervellenőrzési tanúsítvány adható ki, a yártás minősébiztosítása, vay teljes minősébiztosítás, ennek tanúsíttatása, rendszeres elülvizsálata, az EK-típus-/tervellenőrzési tanúsítványban jóváhayottak teljesítésének minden leyártott berendezésre történő iazolása, EK eyedi ellenőrzés: műszaki leírások, tervek, számítások, elhasznált anyaok, yártási, vizsálati eljárások, érintett személyzet minősítésének vizsálata, átvételi eljárás, nyomáspróba leolytatása, biztonsái szerelvények ellenőrzése, ezek alapján az elvézett vizsálatokról meelelőséi tanúsítvány állítható ki. Az előbbi általános szabályozások alapján a nyomástartó berendezések létesítésének, áthelyezésének, használatbavételének, üzemeltetésének, átalakításának, javításának, meszüntetésének (elhayásának), műszaki-biztonsái eltételeit, az időszakos és rendkívüli ellenőrzések műszaki biztonsái előeltételeit és módját a hatósái elüyeletet ellátó szervezet (a könyv írásának idején Mayar Kereskedelmi és Enedélyezési Hivatal 1 ) által működtetett Nyomástartó Műszaki Szakbizottsá által kidolozott, elülvizsált Nyomástartó berendezések műszaki-biztonsái szabályzata [1.9] tartalmazza. 1 Az évi november 5-én kelt, császári nyílt parancs alapján mekezdett hazai őzkazán ellenőrzés változatos történetét Várnai Imre ismerteti [1.3]. 9

14 Az EU irányelv, hazai joszabályok, előbbi szabályzat időről időre változhatnak, íy a yakorlatban a tervezés, enedélyezés, létesítés előtt mindi ellenőrizni kell az aktuális szabályozást. A keretszabályoktól üetlenek, íy nem változnak az esetlees veszélyhelyzetek kialakulását eredményező olyamatok ellenőrzésére, beolyásolására alkalmazott alapvető biztonsái berendezések leontosabb eladatai: a tápvíz előmeleítő, előzölötető elületek vízhűtésének biztosítása, a nyomástartó elületeken a méretezési (lenayobb meenedhető üzemi) nyomást mehaladó túlnyomás kialakulásának meakadályozása, a túlhevítő elületek túlhevülést kizáró hűtése, a nyomástartó elületeken a méretezési hőmérsékletet mehaladó hőmérséklet kialakulásának meelőzése, a kazán vízterében kivált, a csőrendszer esetlees duulását, a űtőelületek mehibásodását előidézni képes anyaok elvezetése, a tüzelőberendezések működési hiányossáaiból adódó, a üstáztér méretezési nyomását mehaladó nyomáshullámok levezetése, a berendezések eltöltésénél a lételenítés lehetősée, a berendezések leürítésénél a vákuum meelőzése az esetlees behorpadás elkerülésére. Vízszint ellenőrzése. A szubkritikus nyomás tartományban a tápvíz előmeleítő, előzölötető elületek hűtése természetes cirkuláció esetén általában mindi biztosított, ha a üstázokkal érintkező elületeket víz borítja. Ezért a kazánok eyik leontosabb biztonsái berendezése a kazándobra elszerelt vízállásmutató, a minimális és maximális vízállás jelzésével. Az inadozási tartomány azért szüksées, mivel a vízszint állandósáát a tüzelésoldali, íy hőejlődési, illetve a hőelvezetés oldali (ebből adódóan a nyomás változását előidéző) zavarások mellett, mé a leondosabb az elvezetett őz és a bevezetett vízáram eyenlőséét biztosító szabályozással sem lehet biztosítani. A vízszint változása a zavarások hatására döntően a víz-őz keverékben lévő őzbuborékok hőbevezetés intenzitásától üően változó száma és a nyomásváltozásból adódóan változó mérete, kisebb részben a olyadékázis (nyomás ) telítési hőmérséklet-változásból adódó téroatváltozása miatt következik be. A tápvíz bevezetés, őzelvezetés eyensúly változása is zavarásként hat a kazánnyomásra: a növekvő őzelvétel a nyomás csökkentésével a buborékok méretén keresztül a vízszint átmeneti növekedését, a tápvízáram az előzölötető elületre kerülő köze hőmérsékletének csökkentésével a buborékok számának csökkentésén keresztül a vízszint átmeneti csökkenését idézi elő. A vízszint változásának meenedett értékét a dobtéroat és a tápvízszabályozás iyelembevételével kell mehatározni. Az alsó értékre általában iyelmeztető (ény, han) jelzés, az úynevezett vészvízszint elérésekor a tüzelőanya adaolást leállító, kikapcsoló berendezés is beépítésre kerül. A maximális vízállás korlátozására a őz által elraadott vízcseppek mennyiséének, ezzel a őzminősé romlásának elkerülésére, az után kapcsolt túlhevítő elületek mehibásodásának meelőzésére van szüksé. A különlees kvarcüveből készített vízállásmutatók mellett, a maasabb kazánoknál (miután a kezelő tartózkodási helyéről a vízállás a dobra elhelyezett készüléken biztonsáal már nem állapítható me) mindi alkalmaznak újabban a olyamatellenőrző rendszerbe is interált távmutató vízállásmutató készülékeket. Hosszabb kazándoboknál a dob mindkét oldalán, 10

15 többdobos kazánoknál, minden olyadékkal üzemszerűen teljesen el nem töltött dobon el kell helyezni vízállásmutatót. Kényszerátáramlású kazánoknál a meelelő hűtést a tüzelési teljesítménytől, (és természetesen a kazánon belüli hőátadástól) üő kényszerített közeáramlás biztosítja, íy a tüzelést, a betáplált vízáramhoz kell reteszelni. Ez jelenthet merev kapcsolatot, azaz a tüzelés csak vízbetáplálás (kerintetés) esetén működhet, jelenthet minimális vízáramlásra történő reteszelést, de lehetsées a tüzelőanya/tápvízáram aránypár adott tartományon belüli változásának meenedése is, amikor a tüzelés leállítására csak a tartományból való kilépés (az adott tüzelési teljesítményhez elételen vízáramlás) esetén kerül sor. Nyomás korlátozása. A méretezési nyomást mehaladó nyomás meelőzésére nyomáshatároló elemeket alkalmaznak. A kisebb (<0,5 bar) nyomású berendezéseknél előordul szakadó tárcsa, állványcső alkalmazása is, a nayobb nyomású berendezéseknél azonban a biztonsái szelep vált kizárólaossá. A biztonsái szelepet úy kell méretezni, hoy képes leyen a berendezés névlees őzteljesítményének biztonsáos levezetésére [8], [ ]. A nyomásnövekedés a lenayobb meenedett üzemi nyomást 10%-nál jobban átmenetile sem haladhatja me. A meszólalási nyomás és a teljes nyitás közötti karakterisztikát a védendő berendezés maximális nyomásváltozási sebesséének iyelembevételével kell mehatározni. Több biztonsái szelep alkalmazása esetén az első szelepnek az üzemi nyomás túllépésekor nyitni kell. A biztonsái szelepnek kompresszíbilis közeek esetén 10%, nem kompresszíbilis közeek esetén 0%, meszólalási nyomáshoz viszonyított nyomáscsökkenésnél kell zárni. Szerkezeti kialakítástól üően a biztonsái szelepek lehetnek közvetlenül működőek, vay vezéreltek. Az előbbieknél a nyomás a (súllyal, ruóval, leveőnyomással) terhelt szeleptányérra hat és a meszólalási érték elérését követően a szeleptányér meemelésével történik a közeelvezetés. A vezérelt szelepek őszelepből és vezérlőberendezésből álnak. A őszelepet mechanikusan (rúóval), vay seédeneriával (sűrített leveő, hidraulika, elektrománes), vay akár a munkaközeel terhelik. A vezérlőberendezés a meszólalási érték elérésekor a terhelést meszünteti, íy a őszelep a tányérra ható közenyomás, vay nyitási irányba ható lealább két eymástól üetlen eneriaorrásból biztosított nyitó erő hatására nyit. A zárás a nyitóerő meszűnésének, illetve a záró erő mejelenésének hatására következik be. A szelepeket a szeleptányér emelkedése alapján is mekülönböztetik: A normál (yakorlatban yakran alacsony) emelkedésű szelepeknél a szeleptányér a maximális 10% nyomásnövekedésen belül eléri a levezetendő őzmennyiséhez szüksées emelkedést. Eyéb a nyitási karakterisztikára vonatkozó elvárások nincsenek. A teljes emelkedésű szelepek a meszólalást követő 5% nyomásnövekedésnél hirtelen a véállási nyitnak. A kezdeti arányossái tartományban a szeleptányér emelkedése a teljes emelkedési maassá 0%-át nem haladhatja me. Az arányos (emelkedésű) szelepek a nyomás növekedésével közel arányosan nyitnak. A szelepemelkedés 10%-án belül hirtelen nyitás nyomásnövekedés 11

16 nélkül nem jelentkezik. A maximális őzmennyisé levezetéséhez szüksées teljes emelkedést a meszólalási nyomást 10%-al mehaladó nyomásértéknél érik el. A biztonsái szelepeket közvetlenül, záró szerelvények nélkül kell a védendő berendezésrészekre elszerelni. Az elvezetett köze akadálymentes áramlását, a vezérlő, leúvató vezetékeken kondenzálódó víz elvezetését biztosítani kell. A leúváskor keletkező zaj minimalizálására, a kiáramlást nem zavaró, kellően méretezett zajcsökkentőket kell alkalmazni. A biztonsái szelepe(ke)t a berendezésen úy kell elhelyezni, hoy eyrészt biztosan elkerülhető leyen a meenedettnél nayobb nyomásnövekedés, másrészt a berendezésrészek hűtése a leúvatás alatt is eloadható leyen. Az előbbi szempontból a kazándobra kellene a meelelő szelep keresztmetszetet beépíteni, ekkor azonban az után kapcsolt túlhevítő hűtése lényeesen romlana, a túlhevítő első okozatában a dob nyomás csökkenésből adódóan hőmérséklet-csökkenés következne be, mí a többi okozatok tömeáramának csökkenése hőmérsékletnövekedésre vezetne. A csak a túlhevítők után beépített biztonsái szelep(ek) a kellő hűtést biztosítanák, de a túlhevítő okozatok nay ellenállása miatt nem lehetne arantálni a nyomásnövekedés meenedett értékének betartását. Íy a yakorlatban a mind a kazándobra, mind a túlhevítő után beépítenek biztonsái szelepeket, mintey 50-50% teljesítményaránnyal, rendszerint oly módon, hoy a kazándobra elhelyezett szelep vezérlőberendezése a túlhevítő utáni szelepet is működteti. A szelepek yakori meszólalásának elkerülésére az üzemi nyomást a méretezési nyomás alatt kell tartani. Hőmérséklet korlátozása. A túlhevítő elületek meenedhetetlen túlhevülését, a elületek meelelő, a változó üzemállapotokat is iyelembevevő méretezésével, a biztonsái szelepek előbbiek szerinti meosztásával, meelelően méretezett beecskendezéses hőmérséklet-szabályozás kialakításával, illetve a kazán indítása alatt a elületek szüksé szerinti vízzel való eltöltésével lehet meelőzni. A beecskendezéses hőmérséklet-szabályozást, illetve kazánindítást a későbbiekben (.6., illetve 8.1. ejezet) részletesen ismertetjük. A méretezési értéket mehaladó alhőmérsékletek elsősorban a suárzásos hőátadásnak kitett, nay hőterhelésű, rendszerint előzölötető elületeken alakulhatnak ki. Az ok eyrészt a belső hőátadás elételen tömeáram miatti leromlása, másrészt a lán alakjának meváltozása, úynevezett (alnak ütköző) szúrólán kialakulása. Túlhevítőknél elsősorban a csöveken belüli áramlási eyenlőtlenséek vezethetnek yors mehibásodást okozó alhőmérséklet növekedésre. A hőátadás csőbeli, eloadhatatlan mértékű romlása a kazán ondos, különéle üzem állapotokat iyelembevevő tervezésével mind az előzölötetőknél mind a túlhevítőknél meelőzhető. A lánok alakjának meváltozása, a lán menyúlása, szúrólán kialakulása, mé ondos üzemelüyelet mellett sem zárható ki. A berendezések mehibásodásának meelőzésére ezért alhőmérőket (láncsöves kazánoknál a láncső első részére, kötelezően), illetve hőáramsűrűsé mérőket (besuárzott kazánoknál a tűztéralra, a merendelővel eyeztetve) építenek be. Előbbiek a meenedett érték elérésekor azonnal leállítják a tüzelést, utóbbiak az üzemeltető személyzetet tájékoztatják. Az 1

17 eyenlőtlenséet okozó salak-, pernyelerakódások meelőzésére széntüzelésű berendezéseknél a tűztérben vízlándzsázást, a konvektív elületeken koromúvózást kell alkalmazni. Ilyen tisztító berendezésekre minden, szilárd, olyékony szennyezőanya tartalmú ééstermékkel érintkező űtőelületnél is szüksé van. Lerakódások meelőzése. A vízoldali kiválások a tápvízzel a kazánba bevezetett szennyeződésekből, a tápvíz oldott sótartalmának átalakulásából, kiválásából, illetve a kazán szerkezeti anyaának korróziójából jöhetnek létre. A kiválásra, korrózióra vezető olyamatokat a későbbiekben (4. ejezet) részletesen is táryaljuk. A kazán biztonsáának a meőrzésére, a kiválásokból, korróziós termékekből adódó esetlees duulások meelőzésére a kazándobból, illetve a kazán mélypontjairól időszakosan rendszerint a kazán üzemnyomásának elérését követően nem teljes sótalanítás, mint vízelőkészítés esetén üzem közben is leiszapolást kell alkalmazni. Az elvezető helyeket, a leiszapolás során alkalmazott áramlási sebesséet úy kell meválasztani, hoy az esetlees kiválások elvezetésére minél kisebb közeveszteséel, minél rövidebb idő alatt kerülhessen sor, és a kiválások a leiszapoló vezetékek szerelvényeiben ne okozzanak tömörtelenséet eredményező kopást, lerakódást. A rendszerint telítési állapotú kazánvíz hőeneriájának hasznosításáról, a közevesztesé minimalizálásáról is ondoskodni kell. Mí a kiválások elvezetésére csak esetenként és időleesen van szüksé, addi az úynevezett lelúozást, mely a tápvízhez adaolt és az előzölés következtében bedúsult lúosító szerek eleslees mennyiséének elvezetését célozza, rendszerint olyamatosan működtetni kell. Miután a lenayobb koncentráció a ázis (őzkazánvíz) szétválasztásnál alakul ki, a lelúozás célszerűen a kazándobból, a vízszint alól történik. Az elvezetendő köze mennyiséét, az elvezetés módját (olyamatos, szakaszos) a kazánvíz minőséére vonatkozó előírások iyelembevételével kell mehatározni. Az eneriahasznosítást, a környezet károsodásának meelőzését ez esetben is biztosítani kell. Lenések meelőzése, hatásuk csökkentése. Tűztéri nyomáshullámok kialakulásával, a lán lenésével minden tüzelőanyanál számolni kell (6.1. ejezet). Ennek minimalizálása a keveredési viszonyok, lánstabilitás javításával, az áramlási eredetű eyenlőtlenséek, rezések meszüntetésével, elhanolásával a tüzeléstechnika eladata. A olyamatos ejlődés ellenére azonban nem lehet kizárni, hoy éő mehibásodásból, keveredési eyenlőtlenséből, a olyamatos újrayújtás instabilitásából adódóan a lenések nyomáshullámainak amplitúdóját lényeesen mehaladó naysáú úynevezett berobbanások, vay tűztéri robbanások orduljanak elő. Az ezeknél meiyelhető nyomáscsúcs általában lényeesen nayobb a üstázterek szokásosan Pa naysáú méretezési nyomásánál. Íy könnyen a tűztéralazat, üstázjáratok elhasadását, az ekkor elszabaduló szerkezeti elemek a környezet, személyzet veszélyeztetését eredményezhetnék. Ennek elkerülésére, a tűztérre, üstázjáratokra a várható nyomáshullám meenedhető csúcsértéken történő korlátozására, robbanóajtókat kell elhelyezni, amelyek az esetleesen kiáramló üstázokat a berendezés és személyzet veszélyeztetése nélkül tudják a környezetbe vezetni. Lételenítés. A kazánban visszamaradó, vay a tápvízzel behordott leveő a kazán első részén meakadályozhatja a űtőelületek vízzel történő nedvesítését, ezzel meelelő hűtését, ami az érintett szerkezeti elemek yors mehibásodására 13

18 vezethet. Forróvíz kazánoknál a visszamaradt, vay a kerintetett vízzel áztalanítás hiányában olyamatosan bevitt leveő a kazán vízoldali lenését is előidézheti (.31. ejezet). Íy a kazán, csővezetékek áztalanított vízzel történő eltöltése mellett a kazán szerkezeti elemeinek első részén lételenítő csonkokat kell elhelyezni, ezek hatásossáához azonban a kialakításnál, elrendezésnél a holt tereket, lézsákokat is el kell kerülni. Vákuum meelőzése. A kazánok leürítésénél, különösen nayvízterű kazánoknál alakulhat ki veszélyes helyzet, amennyiben a kazántest vákuum alá kerül. Miután ennek elviselésére a nayobb átmérőjű kazánköpeny általában alkalmatlan, a kazán leürítésének mekezdése előtt eyrészt nyitni kell a lételenítő vezetéke(ke)t, másrészt biztosítani kell, hoy esetlees vákuum esetén automatikusan nyíló szippantó szelep lépjen működésbe. Vákuum kialakulásával elűtött, lezárt kazán lehűlésekor is számolni kell, ezért a tüzelés kikapcsolása után a vízszint alakulását, nyomás csökkenését iyelni és az esetlees tápvíz utánpótlásról, lételenítő nyitásról ondoskodni kell. A rissen leállított berendezést nem lehet elüyelet nélkül maára hayni (kivéve, ha ilyen eset kezelésére is alkalmas vezérléssel rendelkezik). 14

19 1.3. Kazánhatások, veszteséek, átvételi vizsálat Kazánhatások alatt a hasznosított és bevezetett hőmennyisé arányát értjük. Meállapítására a berendezés üzembe helyezést követő átvételénél, illetve üzem közben, rendszeres időközönként a berendezés állapotának ellenőrzésére kerülhet sor [ ]. Mehatározására a yakorlatban kétéle módszert alkalmaznak. Direkt módszer. Az úynevezett direkt módszernél a hatások számítására a hasznosított ( Q h ) és bevezetett ( Q b ) teljesítmények alapján kerül sor. Q h k 1.1 Q b A hasznosított hőteljesítmény őzkazánoknál: Q h Q [ m U1 G h Q U1 U1 ( m Q U1 U m Q U1b L )h [ m U1e m ( m ] [ m ( m m L( hl htv ) ahol (az eyes jellemzőket az 1.4. ábra mutatja) Q rissőzzel hasznosított hőteljesítmény [kw], G G h G h U1b bu1 G m bg U )h h tv U m bg h U bg ] m U b Q U1 újrahevített 1. őzzel hasznosított hőteljesítmény [kw], Q U újrahevített. őzzel hasznosított hőteljesítmény [kw], Q L leiszapolással hasznosított hőteljesítmény [kw], m a rissőz tömeáram [k/s], G m újrahevített 1. őz tömeáram [k/s], U1 m újrahevített. őz tömeáram [k/s], U m a túlhevítőbe beecskendezett hűtővíz tömeárama [k/s], bg mu 1 b mu b )h U e m az újrahevítő 1-be beecskendezett hűtővíz tömeárama [k/s], az újrahevítő -be beecskendezett hűtővíz tömeárama [k/s], m h h G tv L leiszapolás tömeárama [k/s], rissőz entalpiája [kj/k], tápvíz entalpiája [kj/k], h újrahevített 1. őz entalpiája [kj/k], U1 h újrahevített. őz entalpiája [kj/k], U hu 1 e újrahevítő 1-be bevezetett őz entalpiája [kj/k], h újrahevítő -be bevezetett őz entalpiája [kj/k], U e h túlhevítőbe beecskendezett víz entalpiája [kj/k], bg h újrahevítő 1-be beecskendezett víz entalpiája [kj/k], bu1 h újrahevítő -be beecskendezett víz entalpiája [kj/k], h bu L lelúozott köze entalpiája [kj/k]. h U b bu ] 1. Hőhordozó közeet meleítő (melevíz, orróvíz, termoolaj, stb.) kazánoknál a hasznos hőteljesítmény: 15

20 ahol m h h u e Q m( h h ) 1.3 a hőhordozó köze tömeárama [k/s], a kilépő hőhordozó köze entalpiája [kj/k], a belépő hőhordozó köze entalpiája [kj/k]. h u e m h G G m h U 1 U 1 m h U U Beecskendezés m bg h bg Beecskendezés Beecskendezés mu 1b hu 1b mu b hu b P ksz Szivattyúhűtés Q ksz Leiszapolás m L h L Porlasztóőz p h p Olaj, Gáz m ta Hi hta Szén Q h Léhevítő Szekunder leveő hu e hu 1 e h tv m hl h hl Hamisleveő P R Füstáz recirkuláció Q F Q m P e P m Maloműtés Eyéb villamos oyasztás Kalorier Fűtőőz P F Pernye visszavezetés m LP h LP m h ka kae Q H Külön hűtés P l Füstázelszívás P Q s Q p Q sv h kau Q CO Leveőszállítás t 1.4. ábra Kazánba bevezetett és elvezetett eneria áramok A bevezetett teljesítmény a tüzelőanya áramtól üő eneriaáramok összeeként számítható: Q ta és az attól üetlen Q Q b Q ta ta Q i m ta ta H i, er m [( H h h p Q p )(1 l ) H ] P é l m P P l P P e ksz P Q R k Q m

21 ahol m az eléett tüzelőanya tömeárama [k/s], H ta i a tüzelőanya vonatkoztatási hőmérsékletre számított űtőértéke [kj/k], h ta a tüzelőanya előmeleítésből adódó entalpianövekedés (általában csak olaj tüzelőanyaoknál) [kj/k], ajlaos porlasztóőz mennyisé (csak olajtüzelésnél) [k/k], p h p a porlasztóőz vonatkoztatási hőmérsékletre számított entalpiája [kj/k], l é eléetlen tüzelőanya áram aránya az eléett tüzelőanya áramhoz viszonyítva, mehatározását a salak-, pernyeéhető vesztesé számításánál mutatjuk be [k/k], H l nyomóventilátor utáni ( t l ) hőmérsékletű leveő, vonatkoztatási ( t v ) hőmérsékletre, eysényi tüzelőanya tömeáramra számított entalpiája [kj/k] ( H c ( t t )), P m P l P P e ksz l L p,l malmok teljesítményelvétele [kw], l leveő ventilátor(ok) teljesítményelvétele [kw], v üstáz elszívó ventilátor(ok) teljesítményelvétele [kw], eyéb motorok teljesítményelvétele [kw], P kerintető szivattyú (amennyiben van) teljesítményelvétele [kw], P R recirkulációs ventilátor (amennyiben van) teljesítményelvétele [kw], Q k kalorierbe bevezetett teljesítmény [kw] ( Q k m ka( hkau hkae ) Q m a maloműtéshez (amennyiben van) bevezetett teljesítmény [kw], L ajlaos leveőszüksélet [k/k], c leveő közepes ajhője [kj/k C], p,l h kae a kalorierbe vezetett űtőőz ajlaos entalpiája [kj/k], h a kalorierből kilépő köze ajlaos entalpiája [kj/k], kau m a kalorier űtőőz tömeárama [k/s]. ka Nem a tüzelőanya bevezetéssel arányos porlasztóőz elhasználás esetén, az íy bevezetett hőáramot is a tüzelőanya áramtól üetlen hőáramok között kell iyelembe venni. Az 1.4 ábrán a hasznos és bevezetett teljesítmények képletének elírásánál nem használt teljesítmények is szerepelnek: P F elektroilter (amennyiben van) teljesítményelvétele [kw], a kazán hatásokának számításánál eltérő meállapodás hiányában nem kell iyelembe venni, A kazánba vezetett tüzelőanya áram az m ta,o m ta( 1 lé ) kiejezésből adódik, ezért szerepel az előbbi képletben az ( 1 lé ) -vel történő szorzás. Meordítva: az eléetett tüzelőanya áram a bevezetett tüzelőanya áramból az m ta m ta,o /( 1 lé ) képlettel számítható. A képlet oly módon is elírható lenne, hoy az m ta helyett az m ta. o szerepelne, ez esetben azonban a H l képletében kellene iyelembe venni, hoy éési leveőre csak a tényleesen eléő tüzelőanya mennyiséhez van szüksé. 17

22 Q ksz kerintető szivattyú hűtő teljesítmény [kw], Q H eyéb (például éőej, üstázelszívó, recirkulációs ventilátor, stb.) hűtő Q F Q s teljesítmény [kw], pernyeleválasztó hűtő teljesítmény [kw], salakkal távozó vesztesé [kw], Q p pernyével távozó vesztesé [kw], Q sv suárzási, vezetési vesztesé [kw], Q CO eléetlen ázok okozta vesztesé [kw]. Az előbbi (a közeáramok és hőmérsékletek mérésével meállapítandó), Q ksz, Q H, Q F hűtő teljesítményeket, amennyiben a hőkörolyamatban hasznosulnak, a veszteséek meállapításánál nem kell iyelembe venni. A veszteséek kiszámítása általában nem abszolút, hanem a bevezetett hőmennyiséhez viszonyítva relatív értékben történik. Az m LP, hlp jelölések, a tűztérbe visszavezetett pernyére, az m, h hl hl jelölések a kazánba betört hamisleveőre vonatkoznak, a hatások meállapításánál külön nem veendők iyelembe. Indirekt módszer. Az indirekt módszernél a hatások meállapítására az eyes veszteséek mehatározása alapján kerül sor. k 1 i 1.5 i A veszteséeket attól üően, hoy az éés minőséétől vay a űtőelületek hatásossáától ünek éési, vay elületi veszteséeknek nevezzük. Az éés minőséétől üő, tüzelési veszteséek közül a yakorlatban általában csak a e salak-, pernyeéhető (a kazánból távozó salakban, pernyében lévő eléetlen karbon űtőértékéből adódó, nem teljes éés okozta) vesztesé, CO eléetlen ázok (a üstázokkal távozó, tökéletlen éés esetén keletkező éhető ázok elsősorban CO, H, néha CH 4 űtőértéke) okozta vesztesé számítását vézik el. Elméletile mekülönböztetik a rostélyáthullási ( rá ), szállókoksz ( szk ), korom éhető ( ko ) veszteséeket is: A rostélyáthullási vesztesé a tüzelőrostélyra adaolt szén inomabb (rostélyelemek távolsáánál kisebb méretű) részecskéinek, yulladást meelőző lehullásából adódik. Összeyűjtését követően az áthullást visszaadaolják a rostélyra, hatásokmérésnél rendszerint összekeverik a salakkal, íy általában a salakéhető vesztesé részeként jelenik me, de elkülönített tömeméréssel külön is kimutatható lenne. A szállókoksz vesztesé a üstáz által a tűztérből (rendszerint a rostélyról) maával raadott, kiázosodott, de a rövid tűztéri tartózkodási idő miatt el nem éett, kokszosodott szénszemcsék által okozott vesztesé. A szállókoksz szemcsék a üstázáramban a pernyével keverednek, íy a szállókoksz vesztesé a yakorlatban a pernyeéhető vesztesé részeként jelenik me. A koroméhető vesztesé a tökéletlen éés, hirtelen hűtés következtében a üstázból kiváló, tiszta karbonból álló koromrészecskék eneriatartalma által 18

23 okozott vesztesé. A koromszemcsék a üstázból csak speciális mintavétellel lennének elkülöníthetők, íy külön általában nem kerülnek kimutatásra. A elületeken ki nem váló hányada a pernyeéhető vesztesében jelenik me. A elületi veszteséekhez, amelyek a hőátadó elületek, hőszietelés vées méretei miatt következnek be, a: a vonatkoztatási hőmérsékletnél meleebben távozó üstázok által okozott üstázvesztesé, sv a kazán burkolóelületein a környezet, az állványszerkezet kapcsolódási pontjain a talaj elé átadott hőmennyisé által előidézett suárzási, vezetési vesztesé, sh a vonatkoztatási hőmérsékletnél meleebben távozó salak izikai hője okozta vesztesé tartoznak. Mejeyezzük, hoy korábban a üstázzal távozó pernye izikai hője által okozott veszteséet is mekülönböztették, jelenle a pernye iyelembevételére a üstáz részeként kerül sor, íy a sh vesztesé csak a salakkal távozó hőveszteséet tartalmazza. Felületi veszteséet eredményeznek a kerintető szivattyú, a pernyeleválasztó és eyéb hűtések is, amennyiben a hőkörolyamatban nem hasznosulnak. Az átvételi vizsálatra vonatkozó szabvány [1.7] ezeket eyéb, időüő vesztesének nevezi. A relatív érték kiszámítása a bevezetett teljesítménnyel ( Q ) való osztással történik. b A salak-, pernyeéhető vesztesé mehatározása a kazánból elvezetett salak, pernyeáramok éhető tartalmának vizsálatával történhet. A salakban visszamaradt éhető anyaáram: m ses A pernyében visszamaradt éhető anyaáram: m Ezek összee az eredeti éhető tartalomhoz viszonyítva: ahol m, m s p m e m e m ( 1 a w)e 1.6 s s p p ta, o a salakáram, illetve a pernyeáram [k/s], e s, e p a salak, illetve a pernye éhető tartalma [k éhető /k salak, pernye ], a a tüzelőanya hamutartalma [k/k], w a tüzelőanya nedvessétartalma [k/k], e átlaos éhetőtartalom [k el nem éett éhető /k tüzelő anyaban lévő éhető ]. Az összes hamuáram e p p m a( 1 ) m ( 1 e ) m ( 1 e ) 1.7 ta,o s s Előbbi képletben a hamu illóanya tartalma [k/k], amely a üstázzal távozik a berendezésből. Az eyenletek átrendezéséből a tüzelőanyaban lévő eredeti éhetőtartalomra vonatkoztatott átlaos éhetőtartalom: p p a( 1 ) e ( 1 a w ) m e m m ( 1 e ) m ( 1 e ) s s s s p p e p p

24 Ebből az eléetlen és eléett tüzelőanya éhetőtartalom aránya is kiszámítható: e l é e Amennyiben a salakáram mérésére nem kerül sor, az előbbi levezetéshez elhasznált képletekben kiejezéssel helyettesíthető. Íy m [ m a( 1 ) m ( 1 e )] 1.10 s ta,o p p a( 1 ) 1 e 1 a w 1 e Hasonlóan, a pernyeáram mérésének hiányában s [ e s m p( es ep ) ] m a( 1 ) ta,o 1.8a a( 1 ) 1 e 1 a w 1 e p [ e p m s( es ep ) ] m a( 1 ) ta,o 1.8b Amennyiben a salak és pernyemennyisé a hamumérleből és becsült salakbekötésből kerül kiszámításra a(1 ) 1 e [ ep ( es ep) s] 1.8c 1 a w 1 e p ahol s salakbekötési tényező, a salak részaránya a tüzelőanya illóval csökkentett hamutartalmához viszonyítva [k/k]. Tervezésnél az átlaos éhetőtartalmat ey eltételezett salak, pernyearány iyelembevételével határozzák me. Amennyiben a kazán űtőelületein (leyakrabban az úynevezett kereszthuzamban) is van lehetősé pernyekiválásra, ennek részarányát, éhetőtartalmát is iyelembe veszik. ahol e e se k e pe 1.11 s k a szilárd éési maradványok átlaos éhető tartalma [k éhető /k szilárd éhető maradvány], s,k, p a salak, űtőelületi (kereszthuzami) kiválás, pernye részaránya az összes szilárd maradványhoz viszonyítva [k/k]. A salak-, pernyeéhető vesztesé A képletben ( m ses m pep )Hi e e Q 1.1 b p H az éhető űtőértéke, számértéke kőszén esetén 33 MJ/k, i e barnaszén (linit) esetén 7, MJ/k. Az átlaos éhetőtartalom iyelembevételével a salak-, pernyeéhető vesztesé: 0

25 ) mta, o(1 a w e Hi e e Q 1.1a b A veszteséet a szilárd éési maradványok átlaos éhető tartalmával elírva, iyelembe véve, hoy Sz m a( 1 ) Sz e ta, o Sz e H m a(1 ) e H i e ta, o i e e Q b (1 e) Q 1.1b b Eléetlen ázok okozta vesztesé számítására a üstázáramban mért éhető ázkoncentráció alapján van lehetősé: ahol V ' sz ' m ta Vsz( CO )Hi CO CO Q 1.13 b ajlaos elméleti száraz üstáz mennyisé, miután a üstáz eyes alkotóinak koncentrációját a száraz üstáz összetételre vonatkoztatják, ' ' ' ' V V L ( 1 ) [m 3 /k], részletesen lásd 5. ejezetben, Sz sz o sz o V / Sz ( CO ) a üstáz szénmonoxid tartalma [m 3 /m 3 ], H i CO a szénmonoxid űtőértéke:1654 kj/m 3. Más éhető áztartalom esetén, ennek koncentrációját és vonatkoztatási hőmérsékletre számított űtőértékét kell a képletbe behelyettesíteni. Hidroén estén például H i H =10779 kj/m 3. A üstázvesztesé mehatározása a üstázáram és a üstázhőmérséklet alapján történik. Érdemes meiyelni, hoy mind a üstázvesztesé mind az eléetlen ázok okozta előbbi vesztesé kiszámításánál a ténylees, a szilárd éési maradványok csökkentő hatásának (hiszen az el nem éett éhetőből nem keletkezik üstáz) iyelembevételével számított üstázáram szerepel a képletekben. ' m tav c p ( t tv ) Q b 1.14 ahol ' ' ajlaos elméleti üstáz mennyisé ' ( ) [k/k], ' V ' V 0 V V L ajlaos elméleti nedves üstáz mennyisé [k/k], ' L 0 ajlaos elméleti leveőszüksélet [k/k], léelesle tényező, c a üstáz állandó nyomásra vonatkozó, közepes ajhője [kj/k C], p t távozó üstáz hőmérséklete [ C]. Az előbbi ajlaos mennyiséek, léelesle tényező mehatározását az 5. ejezet, a üstáz közepes ajhőjének számítását az 5.3. ejezet ismerteti részletesen. 1

26 A suárzási, vezetési vesztesé számítása a különböző tüzelőanyaal üzemelő berendezések statisztikai adatai alapján általánosított összeüéssel lehetsées: b CQ h max sv Q 1.15 b ahol C állandó, a hatályos európai szabványok [1.7, 1.8] alapján az 1.1 táblázatban, Q a kazán maximális hasznos teljesítménye [MW], b h max kitevő, a hatályos európai szabványok [1.7, 1.8] alapján az 1.1 táblázatban. 1.1 táblázat b C Barnaszén Kőszén Olaj/öldáz Vízcsöves kazánok 0,7 0,0315 0,0 0,0113 Nayvízterű kazánok 0,6 0,0144 0,007 A salak izikai hője okozta vesztesé számítására a salak mennyisée, és hőmérséklete alapján van lehetősé. sh m scs( t Q s b t v ) m ta,o a( 1 ) scs( t Q b s t v ) 1.16 Az előbbi, vesztesé számítási összeüések lényeesen eyszerűsíthetők, ha a Q b összeüésében a tüzelőanyatól üetlen ( Q ) eneriaáramok elhanyaolhatók (a képletekben szereplő értelmezése az 1.4 képletben látható): A salak-, pernyeéhető vesztesé: Hi, er illetve az átlaos éhető tartalommal: Az eléetlen ázok okozta vesztesé: A üstázvesztesé: A salak izikai hője okozta vesztesé: ( a w )eh i e e 1, 1.1c H i,er a( 1 )eh i e e 1.1d ( 1 e )H é i,er ' VSz( CO )Hi CO CO 1.13a ( 1l )H é i,er ' V c p ( t tv ) 1.14a ( 1l )H sh i,er i,er a( 1 ) scs( ts H t v ) 1.16a A hivatkozott európai szabványok az előbbi, űtőértékre vonatkoztatott számítási összeüések mellett az ééshőre vonatkoztatott kiejezéseket is tartalmazzák. Ez esetben nemcsak a bevezetett teljesítmény képletében, hanem a bevezetett leveő, távozó üstáz entalpiájánál is iyelembe kell venni a nedvessétartalom őz és olyadékázisa közötti különbséet: űtőértékkel való számításnál a nedvessé őzázisban, ééshővel való számításnál olyadékázisban veendő iyelembe.

27 Veszteséek változása a terhelés üvényében. Az eyes veszteséek kazánterhelés üvényében történő alakulását vizsálva a következők állapíthatók me: A csak szilárd tüzelőanyaokat elhasználó berendezéseknél előorduló salakéhető, pernyeéhető tartalom, miután a növekvő terheléssel a tűztéri tartózkodási idő csökken, általában nő. A ténylees veszteséérték azonban elsősorban a leveőellátástól, keveredéstől és a tüzelőanya, hamutartalmától, űtőértékétől ü. Leeyszerűsítve: az átlaos e ey adott tüzelési módnál (rostély, szénpor, salakolvasztó, stb.) nem csökkenthető le ey, a tüzelési módra jellemző minimális érték alá. Íy kisebb hamutartalom, nayobb űtőérték mellett mindi kisebb éhető vesztesé adódik. Naysáa általában 1-5% és a kazánterheléssel enyhén növekszik. Modern, utóéető rostélyos porszéntüzelésű kazánoknál 1% alatti értékek is elérhetők. Az eléetlen ázok okozta vesztesé elsősorban a leveőellátástól, keveredéstől ü, de az átlaosnál hideebb, a yulladást lassító tűztér is növekedése irányába hat. Modern tüzelő berendezéseknél értéke maximum néhány tized százalék, de a yakorlatban, az esetek többséében általában elhanyaolható. Növekvő terheléssel, a keveredés romlásával, a léelesletényező csökkenésével az előbbi mértéken belül akár urásszerűen is növekedhet. A üstázvesztesé alakulása elsősorban a kazánkonstrukciótól, tüzelési módtól, a léhevítő típusától és csak kevésbé a kazán terhelésétől ü. Nem tömör alazatú kazánkonstrukció, vay ljunström típusú (.8. ejezet) léhevítő esetén a berendezésen átáramló, a tüzeléshez szüksételen, úynevezett hamisleveő mennyisée közel állandó. Íy a léelesletényező kisebb terhelés esetén lényeesen nayobb, mint a névlees terhelésnél, amiből mé kisebb üstázhőmérsékletnél is nay üstázvesztesé adódhat. Miután a üstázhőmérséklet a terheléssel növekszik, az előbbi konstrukcióval jellemezhető kazánoknál kisebb terhelésen a nay léelesle, nayobb terhelésen a növekvő üstázhőmérséklet hatása érvényesül. Íy a terhelés növekedésével a vesztesé kezdetben csökken, majd ey 50-60% terhelésnél meiyelhető minimum után növekszik. Tömör kazánkonstrukcióknál a léelesle közel állandó értéken tartható, íy jellemzően a üstázhőmérséklet növelő hatása érvényesül. Általában a üstázvesztesé a kazánok lenayobb vesztesée, értéke a konstrukciótól, tüzelési módtól üően 6-15% között lehet. A suárzási vezetési vesztesé a kazán szerkezeti, elületi hőmérsékletétől ü, amely a modern, könnyűszerkezetes kazánoknál közel állandó. Íy a vesztesé százalékos aránya a terhelés növekedésével mint az előbbi 1.15 képletből is látható hiperbolikusan csökken. Naysáa 1-5% között szokásos. A salak izikai hője okozta vesztesé amely csak szilárd tüzelőanyaok elhasználásánál jelentkezik naysáa elsősorban a tüzelési (például olyékony, szilárd salakeltávolítás, utóéető rostély, stb.) módtól ü. Folyékony salakeltávolítást kivéve, amelynél a kellő viszkozitás érdekében az elvezetési hőmérséklet a terheléstől üetlenül közel állandó, a terhelés növelésével a salak hőmérséklete is kismértékben nő, íy a vesztesé mértéke is növekszik. Naysárendje néhány százalék. 3

28 Kazánhatások [%] A yakorlatban, a kazánhatásokokra az 1. táblázatban összeolalt értékek jellemzők: 1. táblázat Hatások (%) Linit, szénpor-, luid tüzeléssel Linit, rostélytüzeléssel Kőszén szénpor-, luid tüzeléssel 88-9 Kőszén rostélytüzeléssel Biomassza rostélytüzeléssel 8-87 Földáz Fűtőolaj A kazánhatások a jelenle szokásos erőműi konstrukcióknál a következő (1.5.) ábra szerint változik: széntüzelésnél kis terhelésen nayon alacsony, 70-80% terhelés környezetében maximuma van, majd kismértékben csökken. Olaj, áztüzelésnél általában monoton növekszik % 0% 40% 60% 80% 100% Kazánterhelés Olajtüzelés Gáztüzelés Linittüzelés 1.5. ábra Kazánhatások alakulása a terhelés üvényében. Átvételi vizsálatok. A kazánra arantált, szerződéses értékek, közöttük a hatások teljesítésének iazolása az úynevezett átvételi vizsálatok során történik. A kazánok szállítására, átalakítására vonatkozó szerződésekben általában a következő kikötések szerepelnek: Névlees teljesítmény (őzáram) Maximális teljesítmény, ennek alkalmankénti időtartama (szokásos a tartós, illetve átmeneti maximális teljesítmény mekülönböztetése) A vízőz, illetve más hőhordozóköze paraméterei (nyomás, hőmérséklet) Kazánhatások (esetle eyedi veszteséek) Ezeket előírt eltételrendszerben: tüzelőanya minősé, űtőérték, szilárd tüzelőanyaoknál hamu-, nedvessétartalom (általában inadozási sáv meadásával), őrölhetősé, apríthatósá, tápvíznyomás, -hőmérséklet, -minősé, újrahevítés esetén a turbinából visszatérő őz mennyisée, paraméterei, lényomás, 3 Az úynevezett kondenzációs kazánoknál, részben a tüzelőanya ééstermékének párolási hőmennyisée is hasznosítható, íy a hatások a hayományos értelmezéssel akár 100% elett is lehet. 4

29 külső hőmérséklet, lénedvessé tartalom, huzat a kazán kilépő csonkján, stb. kell teljesíteni. Mellékkötelemként yakori: különéle, eltérő minőséű tüzelőanyaokra vonatkozó hatások, veszteséelvárások, az ilyen tüzelőanyaokkal elérhető teljesítmény, őzparaméterek, a őz tisztasáának, a részterhelésekre vonatkozó őzparaméterek, hatásokértékek, a őzejlesztő, túlhevítő, újrahevítő rendszerek nyomásveszteséének, az újrahevítőbe beecskendezett, hőmérsékletszabályozó vízmennyisé értékének, a leveőcsatornák, tüzelőberendezések, üstázjáratok nyomásveszteséének, a léelesletényező kazánon belüli értékeinek, a seédberendezések teljesítményiényének előírása is. Állandósult állapot. Az átvételi vizsálatokat a berendezések úynevezett állandósult (eyenletes terhelés melletti), üzemszerű (elpiszkolódott) állapotában, a vállalt eltételrendszer mellett kell elvéezni. Ennek részletei előírásra kerülhetnek a szállítási szerződésben, ennek hiányában az alábbiakat kell iyelembe venni. Miután a környezeti eltételek betartása csak pontatlanul lehetsées és az alkalmas időpontok kivárása nayon elnyújtaná a vizsálatok időiényét, a szállítóknak az eltérő eltételrendszerre korrekciós örbéket kell meadni. Az átvételi vizsálatok előtt a berendezések beállítására, a mérőeszközök, ellenőrzésére, a mérőszemélyzet esetlees betanítására úynevezett elővizsálatok véezhetők. Sikeres elővizsálat esetén az érdekeltek eyetértésével az, utólaosan, akár átvételi vizsálatnak is minősíthető. A vizsálandó rendszer határait (például az 1.4. ábrán bemutatott rendszer elhasználásával), a elhasználni kívánt mérési módszereket, mérőeszközöket, adatrözítést, mintavételeket a vonatkozó szabványok iyelembevételével kell metervezni, az érdekeltekkel eyeztetni. A mérőeszközök osztálypontossáát, hitelesséét, a vizsálatot véző intézmény akkreditációját a vizsálatok előtt iazolni kell. Az átvételi vizsálatokra lehetősé szerint közvetlenül a próbaüzem után, a kazánszállító jelenlétében kell sort keríteni. Amennyiben a vizsálatokra a későbbiekben kerül sor, a vizsálatok előtt a berendezés állapotát a szállítónak ellenőrizni kell. A vizsálatok a szállító előzetes eyetértése esetén, jelenléte nélkül is elvéezhetők. Az állandósult állapot elérésére a berendezést a ténylees mérések mekezdése előtt a kazán naysáától üő időtartammal (erőműi kazánok esetén lealább 3 órával) a vizsálni kívánt üzemállapotban kell üzemeltetni. A mérések mekezdését követően, az állandósult állapotot a hőmérsékletek nyomások alakulását iyelembe véve értékelni kell. Miután az üzemi változások nem zárhatók ki, különösen arra kell üyelni, hoy az állandósult állapotra jellemző paraméterek (nyomások, hőmérsékletek, vízállás, tömeáramok, tüzelési jellemzők), ezek változási iránya, változási sebessée a mérések kezdetén és lezárásukkor azonos leyen és az inadozások az előzetesen eloadott tűréseken belül maradjanak. A mérések során az eyértelmű meítéléshez szüksées számú, a várható inadozásokhoz választott yakorisáú leolvasást kell véezni. 5

30 A kiértékelést követően az alkalmazott vizsálati, mérési módszerekre vonatkozó, az alkalmazott szabványokban részletezett tűrésszámításokat is el kell véezni. A kazán hatásoka a vizsálatok alapján akkor tekinthető a szavatolt értékkel összevetve eloadhatónak, ha a szavatolt érték a mért érték tűrésmezején belül, vay az alatt van. 6

31 . Kazántípusok általános ismertetése.1. Történeti ejlődés A őzkazánok ejlesztését az ipari orradalom, a szénbányászat iényei kényszerítették ki, a XVIII. század második elétől kezdődően []. Ezt meelőzően csak néhány, inkább érdekesséként, mint yakorlati alkalmazásként szoláló említés ordul elő. Az első őzkazán valószínűle az időszámítás előtti második században élt Alexandriai Heron, nemzetközile közismert nevén Hero által leírt aeolipila, vay hasonló szerkezetek hajtására szolált. A következő, említésre méltó szerkezet az olasz Giovanni Branca által a XVII. század elején készített, lapátozott kereket hajtó, úvókán keresztül vezetett őzt előállító, a Hero által leírthoz hasonló kazán. A rancia Denise Papin e század vée elé találta el a nyomás alatti őzőedényt (kukta azekat), amelyen biztonsái szelepet is alkalmazott..1. ábra Alexandriai Heron által leírt aeolipila A bányaszivattyúkhoz alkalmazott kazánok, a XVIII. század elején mé összeszeecselt rézlemezekből készültek, alakjuk sem volt mindi ideális (ömb, hener, vay ezekből összeállított ormájú), űtésük a palást ey részén történt, a tüzelőanyaot nayon rosszul hasznosították. A hatékonysá javítására az első vizsálatokat, hatásokszámítást John Allen véezte 1730 körül. Ő javasolta a üstjáratok víztér belsejében történő menetszerű elhelyezését, és az ééshez szüksées leveő rostély alá történő beúvását. Az első, nayobb nyomásra alkalmas berendezést az anol Richard Thevithick készítette 1804-ben, a kazán (mintey láb maximális méretű) kovácsolt lemezekből (a henerelt lemezek csak a XIX század véén terjedtek el) összeszeecselt heneres vastartály volt, sík enekekkel, láncsővel, az ebben elhelyezett rostéllyal. Ezzel mejelent a mai, nay vízterű kazán őse, jóllehet a láncsöves konstrukció csak a XIX. század utolsó harmadában vált általánossá. Az úynevezett vízcsöves kazánokra vonatkozó első ismert javaslat William Blakey-től, 1766-ból származik, yakorlati alkalmazására azonban csak évtizedekkel később került sor. A korabeli berendezések rendkívül balesetveszélyesek voltak, miután a elhasznált anyaok minősée eyenlőtlen volt, a yártás és a berendezések méretezése 7

32 yakorlati alapon, anyavizsálatok, mebízható számítási módszerek nélkül történt. Ezek mellett, a kazánba bevezetett vízből a űtőelületeken kiváló lerakodások is hozzájárultak a elületek túlmeleedéséhez, esetenkénti yors mehibásodásához. A yakori kazánrobbanások (víztér elhasadások) sok halálos és sebesült áldozatot követeltek. A ejlődés a henerelt lemezek mejelenésével, nay téroatú tartályok helyett vízcsövek alkalmazásával, az 1800-as évek második elében yorsult el [.1]. Az eyik leyakrabban alkalmazott kazántípus a.. ábrán látható úynevezett Cornwall kazán volt, amelynek űtőelületét a rostély elhelyezését is biztosító nayobb átmérőjű láncső, valamint a kazánköpeny képezte. A üstáz rendszerint három huzamban távozott a berendezésből, a láncsőből kilépve, a kazántest alá, középre beépített alazat eyik oldalán áramlott előre, a másikon vissza... ábra Kétláncsöves szeecselt, alazott kazán [.1] Az ábra szerinti, túlhevítővel is ellátott, 8 atü 4 enedélyezési nyomású, 97,87 m űtőés 3,14 m rostélyelületű őzkazánt a CYCLOP Mehlis & Behrens Gépyár Berlinben yártotta. A láncső lemezövekből került összeállításra, az eyes szakaszok összekapcsolása úynevezett Adamson éle kivitelben, a merevítést is előseítő, vaslemez tárcsák közbeiktatásával történt. Az oldalnézeten meiyelhető, hoy a kazánalazat meelelő kialakításával a üstáz csak a kazánköpeny vízzel hűtött részével érintkezhetett, a kazántest súlyát a köpenyt űtő üstázzal érintkező, öntöttvas bölcsők továbbították az alap elé. A őztisztasá biztosítására (cseppelraadás csökkentésére) csaknem minden kazánnál alkalmaztak őzdómot, miután a korabeli kazánokba mé mindennemű előkészítés nélkül adaolták a tápvizet. A kazán működésének ellenőrzésére részletes vizsálatokat véeztek, ez alapján lehetősé van a korabeli hatások meítélésére is. A távozó üstázhőmérséklet 1,8-, naysáú léelesle tényező mellett C között volt, miközben a 4,9-5,5 atm üzemnyomáshoz tartozó telítési hőmérséklet csak mintey 150 C. A kazánhatások 1,47 t/h őztermelésnél, 4555 kcal 5 /k űtőértékű, cseh barnaszénnel 6,4, 1,15 t/h őztermelésnél, 6866 kcal/k űtőértékű, sziléziai kockaszén eltüzelésével 71% volt. A tápvizet környezeti hőmérsékleten táplálták a kazánba. A ajlaos őztermelés 19,3-9,3 k/m volt. A salak éhető tartalom 10-53%(!) között változott (a szén hamutartalma csak néhány százalék volt). 4 atü, att: réi nyomás mértékeysé, a léköri nyomáshoz viszonyított túlnyomás, 1 at=1,0135 bar 5 kcal: réi hőmennyisé mértékeysé, 1 kcal=4,1868 kj 8

33 A kazánok teljesítményének növelése csak a űtőelület menayobbításával volt lehetsées, ezt a berendezések ey részénél ey második, rendszerint üstcsöves kazántest alkalmazásával oldották me. A.3. ábra a Maschinenbau Anstalt Humboldt (Kalk Köln mellett) által yártott 170 m űtő-, 3,3 m rostélyelületű, max. 9,5 atü nyomású kazánt mutatja, amelynél a űtőelület növelésére a kazán láncsövében elhelyezett erde, nayátmérőjű, lemezből kovácsolt, szeecselt, Galloway-csöveket is alkalmaztak. A cső beépítése láncsöves kazánoknál is szokásos volt..3. ábra Kétdobos Tischbein őzkazán [.1] Az ábrán a korabeli kettőskazán-konstrukciók számos jellezetessée meiyelhető. Eyrészt a első kazándobon a vízszint ellenőrzésére kezdetben csaknem minden yártó külön, előrenyúló nyúlványt alkalmazott. A vízszintet a első és alsó kazándobban külön tartották, azaz külön-külön őztér volt, amelyet a veyi vízelőkészítés hiánya, a cseppelraadás csökkentése tett szükséessé. A cseppelraadást a őzátvezető csőre elhelyezett sapkával is csökkentették. Gondosan üyeltek az alsó térrészben keletkezett őz átvezetésére a első őztérbe. A első kazándob vízszintjének állandó értéken tartására a nayátmérőjű őzátvezető csőben elhelyezett túlolyó csövet alkalmaztak. Rendszerint űtött volt az alsó kazándob őztere is (ezt a első dobban elhelyezett üstcsövekben lehűlt üstázok tették lehetővé). 9

34 Már a korai konstrukcióknál mejelent a láncsöves, üstcsöves kialakítás. A.4. ábrán látható hajókazánt a Dresdner Maschinenabrik und Schiswert AG. készítette, rostélyelülete 3,04 m, űtőelülete ~69 m, enedélyezési nyomása 1 atm volt, 104 db, 83 mm átmérőjű, 3,5 mm alvastasáú, valamint 48 db, 6,5 mm alvastasáú (úynevezett horony-) csővel rendelkezett. Meiyelhető a mellső és hátsó kazánal, valamint a hátsó ordulókamra ondos merevítése. A tüzelés minőséének javítására a rostély véén a terelőjáratokban elmeleedett szekunder leveő beúvására volt lehetősé. A teneri hajókazánokat, a kazánkőképződés minimalizálására, általában desztillált vízzel táplálták. Leveő beúvással (50 vízoszlop-mm túlnyomásnál) 1 m rostélyelülettel 0 LE teljesítményt is elértek..4. ábra Lán- és üstcsöves hajókazán [.1] A vasúti mozdonykazánoknál tűzszekrényt, ehhez csatlakozó üstcsöveket alkalmaztak (.5. ábra). A későbbi típusoknál a hatások javítására a üstcsövekbe a kémény elől beduott túlhevítő elületeket is elhelyeztek..5. ábra Mozdonykazán hosszmetszete [Wikipedia] 30

35 A űtőelületek további növelésére stabil kazánoknál a vízzel hűtött csövek alkalmazása adott lehetőséet. Ennek eyik változata a L.&C. Steinmüller (Gummersbach) által kiejlesztett lemezkamrás (lemeztáskás) kazán volt, amely a.6. ábrán látható. A őzejlesztő űtőelülete 155,6 m, túlhevítő űtőelülete 36,6 m volt. A 95 mm átmérőjű, 3,5 mm vastasáú orrcsöveket keresztirányban 180 mm, üőlees irányban 150 mm osztással helyezték el, sakktáblás elrendezésben. (A rajzon enedélyezési nyomásra utaló adatok nincsenek.) A mellső és hátsó lemeztáskák átmeneti idommal közvetlenül csatlakoztak a kazándobhoz (ez volt a Steinmüller-éle szabadalom lényee). A mellső kamrából a őz-víz keverék ey részét, a hosszdob alján elhelyezett csövön keresztül, közvetlenül a hátsó kamracsonkhoz vezették, más része az eyenletes, cseppelraadás-mentes őz-víz keverék szétválás érdekében a vízszint ölé elhelyezett tálcára került, amelyből a víz az alsó elületen elhelyezett uratokon távozhatott. A őzelvezetés a dob első alkotója alatt hosszirányban elhelyezett perorált csövön történt..6. ábra Lemeztáskás őzkazán [.1] A tápvíz bevezetése elől, a kamra csatlakozás előtt történt. Leiszapolásra a dob hátsó részéből, illetve a hátsó lemezkamrából volt mód. A kazán alátámasztása a lemezkamrákon történt, az első lemezkamránál volt a ixpont, a hátsó ördülő alátámasztással rendelkezett. (A dobot a alazat is alátámasztotta.) A túlhevítőt alazattal elválasztott szekrényben helyezték el, a hőmérséklet szabályozására kívülről állítható csappantyúk voltak, elől és hátul a üstázáramba beépítve. A lemezkamrák lezárására kezdetben a kívülről csavarokkal leoott meoldásokat alkalmazták. Ezeknél azonban a csavarok yakori törése után a edél elszabadult, és 31

36 a nyíláson kiömlő orró víz, illetve víz-őz keverék veszélyeztette a személyzet életét. Ezért a későbbiekben belülről kúposan beszoruló vay belső élen elekvő záró edelet alkalmaztak, amely a belső nyomás hatására biztosan tömített. Az ábrán láthatónál kisebb, ey másik kazányár által készített (11 m űtőelületű,,56 m rostélyelületű) kazánon, 1897-ben elvézett, őzejlesztési vizsálat során 7747 kcal/k űtőértékű szénnel, 8,33 atü őznyomásnál, 13,3 C átlaos túlhevítéssel, 17,1 C tápvíz hőmérséklet mellett: 76,6% (direkt módon, hőmérle alapján mehatározott) hatásokot, 155 k/h teljesítményt, 19,11 k/m h ajlaos őztermelést értek el. A távozó üstázhőmérséklet átlaosan 336,7 C, a huzat 9,19 vízoszlop-milliméter volt. A vízcsöves kazánok ejlődésben a méröldkövet a erde vízcsöves, elemkamrás (yakorlatban a yártó után Babcock & Wilcox, rövidítve BW) kazánokra vonatkozó szabadalom, amerikai Stephen Wilcox általi bejelentése 1856-ban jelentette. A.7. a-b. ábrák szerinti hosszdobos, BW kazán 1 atü nyomásra, 18 m űtő-, és 3,46 m rostélyelülettel készült. A hosszú idei alkalmazott konstrukcióból Európában 1867-ben építették az első változatot..7. a. ábra Hosszdobos, elemkamrás BW kazán hosszmetszete [.1] A 10 mm átmérőjű, 15 hajlásszöel elhelyezett orrcsöveket a.7. c. ábra szerinti elemkamrákba henerelték be, melyek külön-külön bekötőcsövekkel csatlakoztak a kazándobba. A meoldás a nayméretű lemezből készült heesztett, vay szeecselt lemezkamrákhoz képest nayobb rualmassáot biztosított, a yártás, ellenőrzés, minősébiztosítás eyszerűbbé, ez által a kazán biztonsáosabbá vált. Az elemkamrák csövekkel szembeni nyílásait lezáró szerkezet is különös ondossáal készült, a tömítő elület a peremezett homloklapon volt, a csövek 3

37 henerlésénél, tisztításánál nem sérülhetett me. Íy tömítőanya alkalmazására nem volt szüksé. Az elemkamrák vízszintes irányú osztása 173 mm, a sakktáblásan elhelyezett orrcsövek üőlees irányú osztása 15 mm volt..7. b. ábra A.7. a. ábra szerinti BW kazán keresztmetszete Az ábrán bemutatott változatnál a orrcsöveket összeoó.7. c. ábra első része szerinti elemkamrák bekötőcsövei mé kovácsolt, alakos keresztidomok közbeiktatásával csatlakoztak a kazándobba, a keresztidomok méretének csökkentésére kis átmérőjű dobokat alkalmaztak, emiatt a bemutatott kazánhoz is két hosszdobra volt szüksé (.7. b. ábra). A keresztidomot a csövek üőlees be-, illetve elvezetésének biztosítása tette indokolttá. A későbbiekben az alakos idomot elhayták, a bekötő csöveket közvetlenül a hosszdobba henerelték (a bekötés nem párhuzamosan, hanem a dob tenelyének irányába történt), majd a kazán szélesséének növelésére a hosszdobok helyett keresztdobokat alkalmaztak. Ezen konstrukciónál is nay ondot ordítottak a őztisztasá biztosítására. Ezt célozta az elemkamra-bekötőcsövek párhuzamos bevezetése is. A mellső bekötőcsövek ölé ütközőlemezt építettek, ezzel a őz-víz keveréket a dob hossztenelyével eyirányú áramlásra kényszerítették, mely eyenletesebb őzkiválást eredményezett. A homlokal előli vízszintes tápvízbevezetés is a dob hossztenelye menti áramlást seítette elő. Leiszapolásra a hátsó elemkamrák alá beépített, iszapyűjtő kamrából volt lehetősé. Külön me kell említeni a kazánszerkezet elüesztését, alátámasztását. A kazándobokat a.7. a-b. ábrákon látható módon nem alátámasztották, hanem a kazán állvány szerkezetére üesztették, kovácsolt acélpántokkal. Ezek közvetlenül a mellső és hátsó kazánenekek közelében voltak elhelyezve. A jelenlei kazándob 33

38 elüesztéseknél is ez a leyakrabban alkalmazott meoldás, azzal, hoy a kazándob eyenletes alakváltozása érdekében, a üesztő pántok üőlees irányú elhelyezését a tömeeloszlás iyelembevételével optimalizálják. A mellső és hátsó elemkamrák a kovácsolt keresztkamrákon, bekötőcsöveken keresztül a első kazándobokon ütek, a hátsó rualmasabban csatlakozó elemkamráknál (csatlakozó iszapyűjtő kamránál), illetve a alazat-csőrendszer csatlakozásoknál volt alsó seédmetámasztás is..7. c. ábra Elemkamrák lezáró szerelvénye [.1] Szokatlan meoldás volt, hoy a domborított kazánenekek közül az elsőn a vízállásmutató, tápvízcsonk csatlakoztatására sima elekvő elületeket alakítottak ki, íy kihúzásokra nem volt szüksé. Az eysételjesítmény további növelésére csak a orrcsövek számának növelésével volt mód. Ennek eyik meoldása a Herman Garbe (Berlin Pankow) által szabadalmaztatott Garbe kazán, melyet a.8. ábra mutat. A szabadalom lényee az alsó és első kazándobra szeecselt, alakos, úynevezett Garbe lemezek közé beépített eyenes orrcső elrendezés, illetve a külső ejtőcsővel kialakított cirkulációs rendszer. Az ábrán látható kazán 1 atü nyomásra készült, 140 m űtő-, 3,4 m rostélyelülettel. A csőrendszer 57 mm átmérőjű csövekből készült, hosszirányban 00, 90, 00 mm, keresztirányban 100 mm csőosztással. A szokatlan csőosztást a kazán könnyű javíthatósáa tette szükséessé. A ábrákon bemutatott üstcsöves, erdecsöves kazánoknál a kazán előtt vay möött alakítottak ki eleendő naysáú helyet, hoy az esetleesen mehibásodott csöveket kihúzzák, illetve az újakat beépítsék. A csőtisztításhoz, csőcseréhez a lemezkamrákon minden csőnyílás záró edelét el kellett távolítani. A Garbe kazánnál a két kazándobon lévő búvó nyílást, illetve a kazán alazaton lévő bemászó ajtót kellett csak kinyitni. A kettős, 90 mm osztású csősorokat követő 00 mm-es osztás lehetővé tette minden cső metekintését, a mehibásodott csövek eltávolítását, a alazaton kialakított bemászó ajtón a belső térbe (üstjáratokba) bevihető, új csövek beépítését. Íy a tisztítások, vay bármilyen javítás sokkal yorsabban volt elvéezhető, mint a erdecsöves kazánoknál. 34

39 .8. ábra Garbe kazán [.1] A kazánrendszert az alsó dob alatti öntöttvas bölcsőkre támasztották, a alazat terhet nem viselt. A tápvizet a első kazándobba vezették, eyenletes elosztását ey hosszirányú cső biztosította. Miután az előkészítetlen, hide tápvíz a telítési hőmérsékletű kazánvízzel keveredve, a dobban elmeleedett, a keverék az eyetlen, nay átmérőjű (az ábrán 50 mm) ejtőcsövön került át az alsó kazándobba, ahol a csapadék, a csőalakról esetleesen levált kazánkő kiválhatott, íy a orrcsövekben minimális lerakódás keletkezett, amely hosszú élettartamot valószínűsített. Az eyenes csövek a első kazándobból könnyen tisztíthatók voltak, a kitisztított szennyeződés az alsó kazándobból eltávolítható volt...9. ábra Stirlin kazán [.1] 35

40 A ejlődés következő lépését az amerikai Allan Stirlin 1880-as szabadalma alapján, a Garbe lemez elhayásával épített, az alul és elül elhelyezett dobokat űtött, meredek (akár üőleesen vezetett), hajlított csövekkel összekötő kazánok jelentették. Erre példaként a The Stirlin Company, Chicao által készített hajókazánt (.9. ábra) mutatjuk. A több dob alkalmazását a űtőelület növelése tette szükséessé, miután adott dob átmérő és dobhosszúsá mellett csak korlátozott számú orrcsövet, íy korlátozott naysáú űtőelületet tudtak elhelyezni. A Stirlin kazán abban is továbblépést jelent a Garbe kazánhoz viszonyítva, hoy a csövek kazándobhoz csatlakoztatása a csövek véeinek suárirányú hajlításával történt. Az előzőekben bemutatott láncsöves, lokomobil, Steinmüller, BW, Stirlin kazán típusokat kisebb módosításokkal a huszadik század első elében is nay számban építették. Kialakításukat lényeesen beolyásolta, hoy rostélytüzelésre készültek. Csak elvétve építettek olajtüzelésű láncsöves, vay Stirlin kazánt. A kazánkonstrukciókban áttörést a rostélytüzelés szénportüzeléssel történő kiváltása (első alkalmazás 1918-ban az Amerikai Eyesült Államokban), ezzel az úynevezett besuárzott tűztér mejelenése, a rostélyméretektől üetlen kazánméretek lehetősée hozott. E mellett a varrat nélküli acélcsövek, villamos ívheesztés széleskörű elterjedésével, a nayobb hőmérsékleteknek is tartósan ellenálló, ötvözött acélanyaok kiejlesztésével a lehetőséek tovább bővültek, ezt jelzi a szuperkritikus nyomás, kényszerátáramlás alkalmazására vonatkozóan a szudétanémet származású Mark Benson (eredeti nevén Müller) szabadalma [.71] (19), illetve az eycsöves kazánra vonatkozó Sulzer szabadalom (1933), a heesztett membránal alkalmazása a 60-as évek véén, yárila készre szerelt, úynevezett csomaolt (packae) ipari kazánok mejelenése a 60-as években, toronykazán konstrukció, szuperponált kerintetés alkalmazása a 70-es évek elején. A ejlesztés nem állt me. A leontosabb cél az erőmű hatások javítása érdekében a kezdő paraméterek (őznyomás, őzhőmérséklet) növelése, de emellett a elhasználók számára ontos az üzembiztonsá javítása, a yártási költséek, időtartam csökkentése, az eyre sziorodó környezetvédelmi előírások leolcsóbb teljesítési lehetősée is. A hazai kazánparkot a közelmúlti a veyes előordulás jellemezte. A szezonális működésű élelmiszeripari üzemekben, elsősorban cukoryárakban mé az 1900-as évek elején yártott kazánok is előordultak, de erőművekben is találkozni lehetett az évszázad első eléből való, időközben többször elújított, tüzelőberendezést váltott, de az alapvető jellemzőket meőrző berendezésekkel. Mára, különösen a 1990-es évek elején bekövetkezett azdasái szerkezetváltás, illetve a környezetvédelmi elvárások, műszaki ejlődés miatti erkölcsi avulás következtében a réebbi berendezéstípusok mind az ipari üzemekből mind az erőművekből eltűntek, íy a következőkben elsősorban a jelenlei berendezés típusokkal, szerkezeti jellemzőkkel olalkozunk. Uyanakkor, miután a jelenlei, korszerű berendezések számtalan meoldást, szerkezeti részletet átvettek a korábbi típusoktól, néhány esetben ezekre is utalunk. 36

41 .. Gőzkazánok Kazánok elosztása. A kazánokat sokéle szempont szerint lehet csoportosítani. Gyakorlatban szokásos a nyomás, tüzelőanya, tüzelési mód, hőhordozó köze, alapvető konstrukciós jellemzők alapján történő elosztás: Nyomás szerint kis (1,5-0 bar enedélyezési nyomás), közép (0-80 bar), nay ( bar), ien nay nyomású (>140 bar), szuperkritikus (>71 bar) kazánokat különböztetünk me. Tüzelőanya, tüzelési mód szerint szokásos például a szénportüzelésű, rostélytüzelésű, luid tüzelésű, olajtüzelésű. áztüzelésű, biomassza tüzelésű, nyomás alatti tüzelésű menevezés. A technolóiai olyamatok, ázturbinák hulladék hőjével űtött, általában tüzelőberendezés nélküli kazánokra a hőhasznosító kazán elnevezés használatos. A hőhordozó köze alapján lehetnek őzkazánok, mele-, orróvizes kazánok, termoolaj kazánok, más szerves hőhordozó közeel működő kazánok. Az alapvető szerkezeti jellemzők alapján nayvízterű és vízcsöves kazánokat különböztetünk me. A nayvízterű jelző a kazándobban a termelt őzmennyiséhez viszonyítva tárolt kazánvíz mennyisére utal, az arány a ma yártott berendezéseknél általában 1-4 elett van. A korszerű vízcsöves kazánoknál ez az arány lényeesen kisebb 1-nél. A következőkben az eyes típusokat az utóbbi osztályozás szerint táryaljuk részletesen, elsősorban a őzkazánokat és sajátossáaikat ismertetve, de a.3. ejezetben kitérünk a mele-, orróvizes kialakításokra is..1. Nayvízterű őzkazánok Meenedhető nyomás. A korszerű nayvízterű kazánok általában ey nayobb kazándobból és az ennek belsejében elhelyezett láncsőből, üstcsövekből állnak. A nayobb teljesítmény a több űtőelület elhelyezésére nayobb köpeny átmérőt iényel. Ezt azonban a szállíthatósá, a köpeny alvastasáát a azdasáossá, szállíthatósá, hosszát a szállíthatósá és stabilitás korlátozza, íy az elérhető kazánteljesítmény, őznyomás is korlátozott. Közúton a maximális szállítható kereszt (maassái) méret 4,3 m, erre tekintettel a sorozatban yártott kazánok átmérője általában nem haladja me a 4,1 m-t, és csak különlees célra készített berendezéseknél éri el a maximális értéket. A kazántest minimális alvastasáa (s, mm) a közismert kazánormulából adódik: Dk p s c.1 ( K p )v p ahol D k a kazántest külső átmérője [mm], p méretezési nyomás [N/mm ], K biztonsái tényezővel csökkentett, méretezési hőmérsékletre vonatkozó szilárdsái jellemző [N/mm ], v yenítési tényező, c alvastasá pótlék [mm]. 37

42 Hőmérséklet ( C) Látható, hoy a nyomással a alvastasá közel lineárisan nő, íy nayobb nyomáshoz az előbbi, nay átmérők mellett ien nay alvastasáok adódnának, ami a kazántest tömeét, ezzel költséét nayon menövelné. A szokásos enedélyezési nyomás 1-14 bar, de nayobb a lenayobb méretű berendezéseknél 3-40 mm köpeny alvastasáal 0-5 (3) bar enedélyezési nyomásra is készítenek nayvízterű kazánokat. Vízoldali rualmassá. Az ipari elhasználóknál a nayvízterű kazán az eyik lekedveltebb kazántípus. Ennek az oka, hoy a nayszámú alkalmazás, ebből adódó sorozatyártás, yári készre szerelés, rövid szállítási határidők mellett kiválóak a mebízhatósái mutatók és az alkalmazkodóképessé a változó őziényekhez. A termelt őzmennyiséhez viszonyított, nayobb tárolt vízmennyisé uyanis lehetővé teszi, hoy a őzelvétel inadozását a kazán a nyomás kismérvű változásával eyenlítse ki p 50 p 1 00 h 1 h Entrópia (kj/k).10. ábra Eneriatárolás nayvízterű kazán vízterében A őziény hirtelen menövekedésekor ( G, k/s) (amennyiben azt a tüzelési teljesítmény urásszerű növekedése nem tudja követni) meindul a nyomás csökkenése (.10. ábra). Az M [k] tömeű, eredeti p [bar] kazánnyomáshoz v ' tartozó h (kj/k) telített olyadék entalpiájú kazánvízből az eredeti és nyomás csökkenésével csökkenő telített olyadék entalpia különbsééből adódó hő elszabadulás hatására (az ábrán a vonalkázott terület az eysényi tömeből elszabaduló hőmennyiséet jelöli) mekezdődik a őzejlődés. A olyamat véén a ' ' kazánvíz nyomása p1 -re, entalpiája h1 -re, tömee M v -re csökken. A nyomáscsökkenés hatására keletkező őzmennyisé ( G ), a őz r [kj/k] pároláshőjét állandónak eltételezve közelítőle 6 : M h h G ' ' v ( 1) r. Például ey 17 bar nyomású, 34 t kazánvizet tartalmazó kazán nyomását 16 bar-ra ' ' csökkentve, a h h1 1 kj/k olyadékentalpia csökkenés ( r 168 kj/k pároláshőt iyelembe véve) több mint 3 perci, akár 4 t/h többlet őzelvételt is 6 A ténylees tárolóképessé számításához a kazánvíz mellett a kazán szerkezet és a őztér, őzbuborékok tároló képesséét is iyelembe kell venni. 38

43 Meenedett hőterhelés (MW) lehetővé tesz. Ezzel szemben ey lényeesen kisebb víztéroatú vízcsöves kazán az előbbi többletteljesítményt csak néhány másodperci biztosíthatná. A yakorlatban számtalan nayvízterű kazánkonstrukció alakult ki, ezek az eyéb jellemzők alapján tovább csoportosíthatók aszerint, hoy tartalmaznak-e láncsövet (és hányat), a üstáz hány huzamban halad át a kazánon, hol lép ki a láncsőből, a kazántest ekvő, vay álló elrendezésű. Eszerint ismertek például az ey, két láncsöves, előtüzeléshez csatlakozó, vay hőhasznosító, csak üstcsöves kazánok, lokomobil (a üstcsövek a láncsövet követik az első huzamban), két, háromhuzamú kazánok, U-lánú tűztérrel készített kazánok, stb. Láncsövek, méretek, elhelyezés. A nayvízterű kazánoknál a tűztér általában láncső, amelynek ő eladata a tüzelőanya tökéletes eléetésének biztosítása és a üstázok olyan mértékű lehűtése, hoy azok a következő űtőelületnek ütközve, ne okozzanak mehibásodást. Méreteit általában a kazán teljesítményének meelelő tüzelőanya eléetéséhez szüksées átmérő, hosszúsá határozza me. A VdTÜV és a FDBR közötti meállapodás alapján kiadott Irányelv (1971) ey adott átmérőjű láncső tüzelési teljesítményét (.11. ábra) korlátozta. Valójában a hőterhelés maximalizálásával a külső nyomásra iénybevett láncső alhőmérsékletét kívánták korlátozni. A jobb minőséű (ötvözött) anyaok nayobb alhőmérséklet elérését is lehetővé teszik, ez mayarázza a nayobb meenedhető hőteljesítményt Vd TÜV Ötvözetlen acélok Vd TÜV Ötvözött acélok (17Mn4, 19Mn6, 15Mo3) Rostély, P 95 GH Olaj P65 GH Ölaj P95 GH, P 355 GH Láncső belső átmérője (mm).11. ábra Láncsövek meenedett hőterhelése A kazán teljesítményének növelésére az ey láncsővel elérhető teljesítmény teljes kihasználását követően, több láncső alkalmazása kínált lehetőséet. Korábban üstcsövek nélkül építettek három láncsöves kazánokat is, üstcsöves kivitelben azonban a két láncsöves meoldás (.13. ábra) vált típustermékké. Az EN szabvány [.8] a korábbi előírásokhoz képest meváltoztatta a láncsövenként meenedhető maximális tüzelési teljesítményt (.11. ábra). Gáztüzelésre az olajtüzeléshez viszonyítva 30%-al nayobb értékek enedhetők me, íy ey láncsővel olajtüzelésnél 14 MW, áztüzelésnél 18, MW a maximális bevezethető hőteljesítmény. Eyúttal a meenedhető maximális láncső alvastasáot is menövelte 0 mm-ről mm-re. Uyanakkor előírta, hoy 1400 mm belső láncső átmérő, vay 1 MW hőteljesítmény elett a láncsövön lealább három helyen mérni kell a alhőmérsékletet, hoy a menövelt hőbevezetés hatása pontosabban leyen 39

44 ellenőrizhető. Ezzel a két láncsöves kivitel maximális teljesítménye, a korábbi 5 t/h (telített őz, 100 C tápvíz hőmérséklet mellett) értékről, 35 MW, 54 t/h értékre nőtt. A láncső célszerű átmérője az alkalmazott éőtípustól is ü. Foróserlees olajéő alkalmazása esetén, az ilyen éőtípusok lenayobb yártója [.16] 1,15- MW tüzelési teljesítmény ( Q ) között 75 mm láncső átmérőt, -10 MW között a 0, 383 Q D 75 [mm].3 képlet alapján számítható, belső átmérőjű láncső alkalmazását javasolja. A láncsöveket leyakrabban eyenes áramlású kivitelben építik, azaz a láncső elején elhelyezett éőn bevezetett tüzelőanyaból keletkezett üstáz a láncső véén hayja el a tűzteret (.1. ábra). Ez esetben a tűztér hosszát a szokásos konstrukcióknál a belső átmérő mintey néyszeresére választják, ezt azonban mindi ellenőrizni kell az éő lánalakja és a távozó üstázhőmérséklet iyelembevételével. Eyenes áramlású láncső Visszaordított áramlású (U-lánú) láncső Füstcsövekben olytatódó láncső (holland, skót kazán).1. ábra Láncső kialakítások Kisebb teljesítményű, nyomású kazánoknál ey üstázhuzam kialakításához és a hátsó ordulókamra elhayására yakran alkalmaznak U lánú tüzelést, amelynél a szokásosnál lányeesen nayobb átmérőjű láncsőben a üstázáramlást visszaordítják, a üstázok a kazán homlokalán, rendszerint yűrű alakban lépnek ki a tűztérből. A kazántest korlátozott külső átmérője esetén (lokomobiloknál) a üstcsöveket a láncső olytatásában kell elhelyezni, íy a üstáz a tűztérből közvetlenül a üstcsövekbe lép be. Ez a meoldás csak a láncső méreteihez viszonyított, átlaosnál kisebb tüzelési teljesítménynél alkalmazható, mivel csak az átlaosnál jobban lehűlt üstázok esetén előzhető me a lánütközésnek kitett csőal mehibásodása. A láncső kazánon belüli elhelyezésére a hátsó ordulókamrától, kazánteljesítménytől üően is több meoldást alkalmaznak (.13. ábra). Ey láncső esetén a leyakoribb meoldás a kazán szimmetriatenelyében történő elhelyezés. Több yártó alkalmazza az oldalra eltolt láncsövet is. Ennél a láncső és a al között intenzívebb áramlás alakulhat ki. Két láncsöves kialakításnál szimmetrikus, oldalra eltolt elrendezést alkalmaznak. A altól és eymástól mért távolsáot a átolt alakváltozások (az ebből adódó járulékos eszültséek) 40

45 41 minimalizálására, a csőalak merevíthetőséére és a láncsövek hűtésére tekintettel választják me. a) Ey láncsöves háromhuzamú kazán c) Két láncsöves háromhuzamú kazán b) Ey láncsöves háromhuzamú kazán oldalra eltolt láncsővel.13. ábra Láncsövek elhelyezése A láncsövek heneres, vay hullámos kivitelben készülnek. A heneres kivitel olcsóbb, de a hullámos kivitelhez viszonyítva előnytelenebb a kisebb külső nyomással szembeni teherbíró képessé és a nayobb hosszirányú merevsé miatt. Ezért csak kisebb nyomás és rövidebb láncsövek esetén alkalmazható. A láncsövek teherbíró képesséét plasztikus alakváltozásra és rualmas horpadásra kell vizsálni [8] (.1. táblázat)..1. táblázat Plasztikus alakváltozás Rualmas horpadás Sima láncső m m m m d S u s d, d, d s K p X n n n ) ( d s X n ) n ( d s S E p k k k Hullámos láncső w s d S u l Awd d, td A K p m m m m 1 4 k td m ) ( S EI p A táblázatbeli képletekben K a láncső méretezési hőmérsékletén meenedett szilárdsái jellemző [N/mm ], 0 s pótlékmentes alvastasá [mm],

46 d m a lenayobb merevítetlen láncső szakasz hossza [mm], a láncső közepes átmérője [mm], d k a láncső külső átmérője [mm], u ovalitás, a lenayobb és lekisebb átmérő különbsée az átlaos átmérővel osztva, S biztonsái tényező, értéke vízszintes láncsövekre:,5, álló láncsövekre:, S k biztonsái tényező horpadás ellen, méretezési nyomásra:3,0, próbanyomásra:,, A a hullámos láncső osztásköznyi merevítő keresztmetszete [mm ], t a hullámok osztása [mm], I a hullámos láncső osztásköznyi másodrendű nyomatéka [mm 4 ], w a hullámok maassáa [mm], E rualmassái eyüttható a méretezési hőmérsékleten [N/mm ], Poisson szám, n horpadási hullámok lehetsées száma, eészszámú, nayobb, vay eyenlő kettővel, illetve mindi nayobb, mint X d k /, becslése az 63 4 n 1, ( dk / ) dk / so képlettel lehetsées. Az EU európai szabvány [.8] a plasztikus alakváltozásra vonatkozó előbbi számítási összeüéseket metartotta, az S biztonsái tényező értékét azonban eyséesen 5-tel veszi iyelembe. Hullámos láncsőnél rualmas horpadásra történő ellenőrzést nem tart szükséesnek (7.4. ejezet). Láncső típusok. A yakorlatban a Fox és a Morison éle hullámos láncső kialakítás terjedt el (.14. ábra). A merevítő keresztmetszet, másodrendű nyomaték a vonatkozó szabványokban metalálható. A láncső alhőmérsékletét a t q s t q s vo cs.4 képlettel lehet számítani, ahol t s enedélyezési nyomáshoz tartozó telítési hőmérséklet [ C], q lenayobb elületi hőterhelés [W/m ], az átlaérték ~ kw/m körül van, a csúcsérték az 500 kw/m értéket is elérheti, a lán alakja, suárzási tulajdonsáai alapján kell mehatározni, vo vízoldali hőátadási tényező [W/m K], vízoldali elpiszkolódás (például kazánkő lerakódás) vastasáa [mm], cs elpiszkolódás hővezetési tényezője [W/mK], s láncső alvastasáa [mm], láncső anyaának hővezetési tényezője [W/mK]. Részletes számítás nélkül a telítési hőmérséklethez viszonyított hőmérsékletnövekedés (olajtüzelésre 300, áztüzelésre 40 kw/m elületi hőterhelés, 0,5 mm vastasáú, 1, W/mK átlaos hővezetési tényezőjű kazánkő lerakódás iyelembevételével [.8]): 1 MW-nál kisebb hőbevezetésnél Δt=4s [mm]+15 C, 1 MW-nál nayobb hőbevezetésnél olajtüzelésre Δt=3,5s [mm]+80 C, 1 MW-nál nayobb hőbevezetésnél áztüzelésre Δt=3s [mm]+65 C. 4

47 A.11. ábrán eltüntetett anyaminőséeknél a meenedett alhőmérséklet a TRD alapján 400 C. 450 C meenedett alhőmérséklethez 16Mo3 anyaminőséet kell választani. Fox típusú láncső proil s h t Morison típusú láncső proil s h t.14. ábra Hullámos láncső proilok Példaként: ey 7 t/h teljesítményű, 1 bar enedélyezési nyomású kazánnál a víztérben lévő közehez viszonyítva az alábbi.. táblázatban összeolalt hőmérséklet-növekedés ( C) valószínűsíthető [.19]. Az indulásra jellemző, nay értékek abból származtak, hoy a orrás kezdetben mé a láncső elületén sem indul me, íy csak a olyadékázis természetes cirkulációjából adódó vízoldali hőátadási tényezővel lehet számolni... táblázat Láncső II. huzami üstcsövek III. huzami üstcsövek Indulás, naylán 18,6 30,0 9,8 Indulás, kislán 55,5 8,5 1,9 Kis nyomás, naylán 38,0 9,3 6,3 Kis nyomás, kislán 19,3 5,6 3,3 Névlees nyomás, naylán 38,0 9, 6, Névlees nyomás, kislán 19,3 5,6 3,3 A alhőmérséklet növekedését leinkább a vízkőréte vastaodása okozza. A szokásos vastasá 0,5 mm, vay ez alatt van, de mé 0,5 mm-t, mint maximális értéket is meenedhetőnek tartanak [.6]. A vízkő átlaos hővezetési tényezője a yakorlati számításoknál λ=1,163 W/mK. A szokásos komponensek CaCO 3 (λ=0,4-3,0 W/mK), CaSO 4 (λ=0,6-,0 W/mK), CaSiO 3 (λ=0,-0,6 W/mK), melyek ténylees hővezető képessée a lerakódott réte porozitásától, is ü. Eyéb kazánkőtípusokra a 4.1 ejezetben találhatók adatok. Rualmassá. A hullámos láncső hosszirányú rualmassáa a csőal és a láncső csatlakozásánál kialakuló eszültséek csökkenését is előseíti. Uyanis a láncső és a üstcsövek (mé azonos anyaminősé esetén is) az eltérő hőterhelésből adódóan üzem közben eltérően nyúlnak me (a.15. ábrán szaatottan ábrázolt t h elmozdulás) (A tüzelőberendezés kikapcsolt állapotában a menyúlás a csőalakon közel azonos.) A hosszúsá különbséet a láncső körüli csőal yűrűnek kell kieyenlíteni. Ez azonban, a belső nyomás hatására (a peremén beoott, eyenletesen meoszló terheléssel terhelt köryűrű alakú lemezhez hasonlóan, deormálódni akar (előbbi ábrán w) [.7]. A deormációt a láncső korlátozza, íy az 43

48 eredő alakváltozás a nyúláskülönbsé és a nyomás miatti csőal deormáció (w) eredőjeként alakul ki. h s w L l h.15. ábra Láncső-csőal rendszer alakváltozása A kívül belül beoottnak eltételezett, köryűrű alakú lemez alakváltozása, a belső nyomásból meoszló, a hosszúsá különbséből belső peremen ébredő, koncentrált terheléssel közelíthető. A hullámos láncső alakváltozása a sima láncsőhöz viszonyítva a h B 1 11, 1.5 s kiejezéssel közelíthető. A hőtáulás különbséből, belső nyomásból és a járulékos erőhatásokból adódó eyes alakváltozások kieyenlítik eymást: 4 Fr l B Fr l p rk Fr rk l( Lt1t1 Ltt ) n 1 n A E A E E s E s 1 1 ahol l a láncső hossza [mm], Lt lineáris hőtáulási eyüttható [mm/mmk], az 1. jelölés minden esetben a láncsőre, a. a üstcsőre vonatkozik, t telítési (indulásnál átlaos víztéri) hőmérséklettől való eltérés [ C], F r a átolt alakváltozásból ébredő erő [N], A a járulékos erővel terhelt keresztmetszet [mm ], E rualmassái modulus [N/m ], n az eyüttműködő csőal lemezek száma, p belső túlnyomás [N/m ], r k a csőal tárcsa külső suara [mm], s a csőal vastasáa [mm], alaktól üő tényező, a csőal tárcsa külső és belső átmérőjének arányától, alakváltozási esettől (1 belső nyomásra, peremterhelésre) ü. A képletből a méretek és anyajellemzők alapján az F r járulékos erőhatás kiszámítható. Ey 13 bar nyomású, sorozatban yártott, háromhuzamú kazánra (láncső átmérő 1130 mm, a köryűrű alakú lemez átmérőviszonya 1,5, 16 mm láncső, 0 mm csőal vastasá) elvéezve a számítást: sima láncsőre 9, 10 4 N, hullámos láncsővel 50 mm-es hullámmaassá esetén 19, N, 75 mm-es 1 44

49 Hátsó ordulókamra hullámmaassáal 11, N erőhatás adódott. Miután a hosszúsá különbsé, járulékos terhelés minden elűtésnél kialakul, üzem közben a terheléstől üően változik, ennáll a kisciklusú kiáradás veszélye. Az előbbi számítás a szabályos alaktól (pl. a körtárcsával közelített csőal) való eltérést nem tudja iyelembe venni, íy csak közelítő eredményt ad. A ténylees alakváltozások a valódi berendezéseken elvézett mérésekkel, vay vées elemes módszerrel történő számítással határozhatók me. A mehibásodások meelőzésére a láncső és a kazánköpeny, a láncső és a üstcső köteek, illetve a üstcső köteek és a kazánköpeny között meelelő távolsáot kell hayni. Ennek mértéke [.8] 5 mm-nél kisebb enéklemez vastasá esetén lealább a láncső átmérőjének 5%-a (50 mm), vastaabb enéklemez esetén 6,5%-a és a kazán hosszával nő, 6,5 m kazánhosszúsá elett elérheti a 10%-ot ( mm-t) is. A láncsövek közötti távolsá 10 mm-nél, a láncsövek sarok merevítőtől, támrúdtól (támcsaptól) mért távolsáa 00 mm-nél általában nem lehet kisebb. Kazánkialakítás, burkoló méretek. A nayvízterű kazánokat jelenle döntően háromhuzamú, heneres kivitelben építik (.16. ábra). A láncsövet hűtött hátsó ordulókamra, üstcsövekből álló második huzam, hűtetlen mellső ordulókamra és ismét üstcsövek követik. Kieészítő űtőelületként túlhevítő, tápvíz előmeleítő beépítése jöhet szóba. A kazántestet yárila készre szerelik. A telepítési időiény, költséek csökkentésére a minősé arantálására szokásos a keretre szerelt, hőszietelt, tápszivattyút, tüzelőberendezést, szüksé esetén olaj előmeleítőt tartalmazó, komplett kivitel is. Sarokmerevítők Robbanóajtó nyílás III. huzam II. huzam Láncső Támcsapok.16. ábra Háromhuzamú kazántest sima, illetve hullámos láncsővel A kazántest méretét a üstázok kellő lehűtéséhez szüksées, kazánvízzel borított űtőelület elhelyezése és a víztér ölötti, jó őzminősé biztosításához szüksées őztér mérete határozza me. Jó nevű kazányártók katalóusadatai [pl.:.4] alapján a szokásos őméretek: A kazántest D átmérője [mm] a G [t/h] kazánteljesítmény üvényében (hőszieteléssel eyütt) ey láncsöves kialakításnál (R =0,996): D , 6G.7 A kazántest L hossza [mm] ordulókamrákkal, hőszieteléssel eyütt ey láncsöves kialakításnál (R =0,964): 45

50 L , ln( G ).8 Két láncsöves kialakításnál a kazántest átmérője hőszieteléssel eyütt (R =0,997): D 65, , G 6199, G.9 A lenayobb eyséeknél a kazántest hőszietelés, külső ordulókamra nélküli hossza 5,6-6 m, a ordulókamra hosszmérete az 1 m-t általában nem haladja me. Hátsó ordulókamra kialakítások. A nayvízterű kazánok láncsövet követő szerkezeti eleme a hátsó (U lánú tüzelésnél mellső) ordulókamra. A kazán teljesítményétől, nyomásától, az iényelt túlhevítési hőmérséklettől üően sokéle kivitelben készítik. A.17. ábra néhány jellemző meoldást mutat. VÍZSZINT VÍZSZINT VÍZSZINT Támcsapok Tűz lezá a) Úszóejes ordulókamra VÍZSZINT b) Vízcsövekkel lezárt ordulókamra c) Tűzálló alazattal lezárt ordulókamra VÍZSZINT VÍZSZINT VÍZSZINT Támcsapok d) Edényenekekből kialakított vízhűtésű ordulókamra VÍZSZINT e) Heesztett, vízhűtésű, tám csapokkal merevített ordulókamra ) Membránalas ordulókamra VÍZTÉR.17 ábra Hátsó ordulókamra kialakítások ) Heneres, úszóejes ordulókamra A letöbb yártó az úszóejes, hátsó ordulókamrát alkalmazza. Ennek homlokalát a üstcsövek, a hátsó alát a yártáshoz, vizsálatokhoz búvónyílásként is szoláló robbanóajtó csonk, valamint támcsapok merevítik. A heneres köpeny rendszerint nem iényel merevítést. Miután a hátsó al, kazánenék is képes alakváltozásra, a 46

51 láncső, üstcsövek eltérő hőtáulásából adódó járulékos erőhatásokat is csökkenti (az eyüttműködő csőal lemezek száma akár 4 is lehet, de az eltérő méreteket, anyajellemzőket külön-külön kell iyelembe venni). A vízcsövekkel lezárt ordulókamrát, amelynél a csövek közötti hézaot tűzálló masszával tömítik, illetve a tűzálló alazattal lezárt hátsó ordulókamrát őle kisteljesítményű kazánoknál alkalmazzák. Az ey irányban vezetett, a hőterheléstől üően táuló, összehúzódó csövek merevítik, de eyúttal eyenlőtlenül deormálják is a ordulókamrát. A tűzálló alazattal enekelt ordulókamra a kazán suárzási, vezetési veszteséét 0,-0,3 százalékponttal növeli [.6]. Az edényenékből, heesztett lemeztáskából kialakított ordulókamra is kisteljesítményű kazánoknál szokásos, az éőnyílás beépítésével yakran mellső ordulókamraként is. A víz- és őzoldali összekötő csövek rendszerint szabványos karimákhoz csatlakoznak, íy a láncső, üstcsövek metekintéséhez, tisztításához mebonthatók. Nayobb nyomásokra, teljesítményre, nayobb túlhevítési hőmérséklet iénye esetén, a hátsó ordulókamrát membránalas kivitelben alakítják ki. Dupla láncsöves kialakításnál a kazán két oldalát az alsó elosztó, első yűjtőcsövek közé beépített csősorral is elválasztják. Íy a két láncső tüzelőberendezése külön beállítható, szabályozható, a lán instabilitásokból adódó pulzáció veszélye minimalizálható. A.18. ábra szerinti ordulókamránál a túlhevítő elhelyezésére a láncső és II. huzam üstcsöveinek elhelyezése aszimmetrikus. A enék nay átmérőjű csövei közötti hézaot tűzálló massza tölti ki..18. ábra Ey láncsöves kazán túlhevítő elhelyezésére alkalmas, külső ordulókamrája [.4] A.17. ábrán vázolt heneres úszóejes ordulókamrát különlees konstrukcióknál alkalmazzák. Miután a láncső vée hosszirányban szabadon táulhat, sima láncső is alkalmazható. A élömb, mélydomborított edényenekek nem iényelnek merevítést. Hátrányos, hoy a különböző hosszúsáú, vonalvezetésű üstcsövek járulékos terhelése is eyenlőtlen lesz. Vándorrostélyos kazánoknál a rostélyról lehulló salak eltávolításához a ordulókamra alján nyílást kell hayni, amelyet a hamisleveő betörés meakadályozására vízzáras salak eltávolító berendezéssel célszerű ellátni (.19. ábra, amely az eykori Tatabányai Szénbányák Vállalat által értékesített, 6 t/h teljesítményű, 17 bar 47

52 enedélyezési nyomású, 50 C őzhőmérsékletű, kj/k űtőértékű minőséi daraszénnel, 76% arantált hatásokú berendezést mutatja). A rostélyáthullás hátsó ordulókamrába továbbítására szállítócsiát alkalmaztak..19. ábra HSz-A6 típusú, vándorrostélyos tüzelésű háromhuzamú kazán Füstcsövek, mellső ordulókamra. A üstcsövek szabványos méretű, varrat nélküli, általában ötvözetlen acél csövekből készülnek. A II., III., huzami áramlási keresztmetszetet a hőátadás és az áramlási ellenállás iyelembevételével történő optimumkeresés határozza me. Az áramlási sebessé növelése javítja a hőátadást, de növeli az ellenállást. Íy csökkentheti a kazán méretét, olcsóbbá téve a berendezést, uyanakkor a nayobb tűztéri nyomás tűztéri lenésekhez, a nayobb teljesítményű ventilátor miatt beruházási, üzemeltetési költsénövekedéshez vezethet. A üstázoldali hőátadási tényező növelésre több kazányártó acéllemezből, drótból perdítő elemeket is elhelyez a üstcsövekben. A szokásos külső csőátmérők [mm]: Kisebb teljesítményű berendezéseknél: 44,5, 48,3, 51,0, 57,0, 60,3, 63,5. Nayobb teljesítményű berendezéseknél: 70,0, 76,1. A csövek alvastasáát elsősorban a csővéek tömörséének (csőalakba történő behenerlés, beheesztés minőséének) biztosítása, másrészt a várható korrózió és kevésbé a szilárdsái méretezésből adódó, minimálisan meenedhető értékek határozzák me [.8]. A második, harmadik huzam hosszúsáa, csőszámainak meválasztása beolyásolja a kazánokon belüli hőmérséklet eloszlást is. Utóbbira példát, ey 1 bar enedélyezési nyomású, 7 t/h névlees teljesítményű kazánra a.3. táblázat mutat [.19]. Miután a II. huzam utáni üstáz hőmérséklet, mint a táblázatban is látható általában alacsony, a mellső ordulókamrák háromhuzamú kazánoknál a kazán homlokalára elheesztett, nyitható edelű, tömör, hőszietelt lemezszekrények. A nyitható edélre az üzem közben általában elkormozódó, elrakódó üstcsövek tisztításához van szüksé. 48

53 Tiszta kazán Olajtüzelés Tisztított kazán Tisztított kazán, 5% tüzelési teljesítmény.3. táblázat Földáztüzelés Tisztított kazán Láncső kilépésnél ( C) Hátsó ordulókamra után ( C) II. huzam után ( C) III. huzam után ( C) Kazánhatások (%) 87, 85,8 84,6 87,0 A korom-, pernyelerakódás sebessée a tüzelőanyatól, tüzelőberendezés minőséétől, beállításától ü. A lerakódás vastaodásával az áramlási keresztmetszet csökken, a kazán ellenállása menő. Íy a tüzelőberendezés teljesítménye ey idő után csökken, a kazán nem tudja leadni a névlees teljesítményt, másrészt a hőszietelő hatás miatt a üstázok kevésbé hűlnek le, a kazánhatások is romlik. Arra is volt példa, hoy a tüzelőberendezés rossz beállítása miatt, a kazán ey napi üzem alatt kormozódott el a további üzemeltetést ellehetetlenítő mértékben. Áramlás a kazánban, vízelszín alakja. A.13. ábrán (szaatott vonalakkal) vázoltuk a kazánvíz kazán keresztmetszetében történő cirkulációját. E mellett a kazántestben, hosszirányban is intenzív közeáramlás van. Miután a tűztéri, illetve a hátsó ordulókamrabeli hőleadás a kazán hátsó elében intenzívebb őzejlődést eredményez, itt lesz a elszálló á és a kazántest mellső részén, a homlokal közelében a leszálló á (.0. ábra). Ezt az is előseítheti, hoy a tápvíz bevezetést, mintey 10 cm-el a vízszint alá, általában a kazántest első neyedébe építik be. Tápvíz bevezetés Olajtüzelés Gáztüzelés.0. ábra Hosszirányú közeáramlás és a vízszint alakulása háromhuzamú kazánokban A kazánon belül a vízszint nem eyenletes, az elöl elhelyezett vízállásmutató nem a valódi vízszintet mutatja. Ennek az oka a kazán hossztenelye mentén változó hőleadás és ebből adódó eltérő intenzitású őzejlődés. Miután a kazán őztérében és a enekén a nyomás állandó, az áramlási, yorsulási nyomáskülönbsé (számításukat részletesen a 3.431, ejezet ismerteti) a hidrosztatikus nyomáskülönbséhez képest elhanyaolható, a több őzt tartalmazó, kisebb átlaos sűrűséű metszékekben azonos naysáú hidrosztatikus nyomáskülönbséhez nayobb eodetikus maassára van szüksé. Íy az intenzívebb őzejlődéssel jellemezhető helyeken a vízszint maasabb lesz. 49

54 Olajtüzelésű kazánoknál a leintenzívebb őzejlődés a láncső harmadábanelében és a hátsó ordulókamránál van, ezért a vízszint is ezek elett lesz a lemaasabb. Gáztüzelésnél a letöbb őz a hátsó ordulókamra közelében ejlődik, ezért ennek közelében, e ölött lesz a lenayobb vízállás (.0. ábra). Íy a vízszint a kazántestben nem lesz vízszintes. A minimális vízszintnek a lemaasabban lévő üstcsöveket lealább 10 cm-el me kell haladni. A vízállásmutatót lehetőle a lealacsonyabb kazántestbeli vízszint közelébe (a kazán elejére) kell csatlakoztatni. A vízállásmutató háromhuzamú kazánoknál az előbbi beépítés ellenére, normál üzemben mindi a víztérbeli vízszintnél kisebb értéket mutat. Ennek oka, hoy a vízállásmutató alsó és első csonkja közötti azonos nyomáskülönbséhez a őzbuborékokat is tartalmazó víztéri közeben nayobb eodetikus maassá kell, mint a csak a telítési hőmérsékletnél hideebb olyadékkal töltött vízállásmutatóban. A kazánon belüli áramlás javítására a történeti ejlődés során (mint arra a kazán kialakítások ejlődésének ismertetése során, a.1. ejezetben utaltunk) különéle meoldásokat alkalmaztak, később a háromhuzamú kazánoknál ezek teljesen elmaradtak. Ennek ellenére ma is vannak kazányártók, akik áramlás (hűtés, ezzel kazánhatások) javító szerkezeti elemeket építenek be. Ey mé jelenle is nay számban, használatban lévő hazai kazántípusnál, az ovális (támrudakkal merevített) kazántest két oldalán perorált lemezeket alkalmaztak (.1. ábra). A lemezek elválasztják a al melletti leelé áramlást a űtött elületek eletti elelé áramlástól, íy a kerinés javulhat, másrészt a perorációkon a űtött oldalra átkeveredő olyadék csökkentheti az átlaos őztartalmat, javíthatja a hűtést..1.ábra Sántha éle, hűtést javító terelőlemezek Túlhevítők. A nayvízterű kazánoknál a túlhevítőket a mellső, vay a hátsó ordulókamrában helyezik el. Az előbbi meoldás kisebb, utóbbi nayobb őzhőmérséklet elérését teszi lehetővé. A kazánokat használók részéről yakori iény a telítési hőmérsékletet csak 10-0 C-al mehaladó túlhevítési hőmérséklet (őzszárítás), amely a kazándobból elvezetett, kedvezőtlen esetben 1-% visszamaradó nedvesséet is tartalmazó őz kiszárítását, enyhe, a oyasztói vezetékek, szerelvények hőveszteséének edezetét biztosító őzhőmérsékletet szoláltat, miután a őz elhasználására kondenzációs hőközléssel kerül sor. Nayobb ( C) hőmérsékletre és hőmérséklet-szabályozás kialakítására elsősorban nyomásejtő őzturbinát is kiszoláló berendezéseknél van szüksé, ekkor a túlhevítő a hátsó ordulókamrába kerül. 50

55 a) Mellső ordulókamrába beépített túlhevítők Füstáz b) Füstcsőben elhelyezett Hamburi könyök -ös túlhevítő c) Álló túlhevítő. ábra Nayvízterű őzkazánok túlhevítői A túlhevítők kialakításánál a kellő naysáú hőátadó elület mellett elsősorban az üzembiztonsára kell törekedni. A láncsövek, üstcsövek elhelyezésétől üően sok bevált meoldás létezik. A mellső ordulókamrákban elhelyezett túlhevítő elületeknél, (.. a) ábra) szimmetrikus láncső elhelyezésnél a üőlees álló, vay vízszintes síkokban elrendezett ekvő túlhevítők szokásosak. Oldalra tolt láncsöveknél a (yakran a kazánköpeny örbületéhez ívesen hajlított) belóatott, vay álló túlhevítőket alkalmaznak. Mí az álló, vay ekvő túlhevítőkből a berendezés leállítása után lekondenzálódó olyadék maradéktalanul el tud távozni, addi belóatott túlhevítőknél erre nincs mód. Íy hosszabb üzemszüneteknél korrózióval kell számolni. Lokomobil kazánoknál, mozdonyoknál yakori meoldás a nayobb (108, 114,3, 17 mm) átmérőjű üstcsövekbe, a tűtérrel ellentétes oldalról betolt, kovácsolt, Hamburi 7 könyökkel ellátott túlhevítő (.. b) ábra). A túlhevítőt tartalmazó és nem tartalmazó üstcsövek átmérőjét a közel azonos üstázlehűlés iyelembevételével választják me. A szűkebb, túlhevítő csövet nem tartalmazó üstcsőben a kevesebb üstáz jobban lehűlhet, mint a bővebb, több üstázt áteresztő, de jobban hűtött túlhevítős csövekben. Hátsó ordulókamráknál a túlhevítőt álló (.. c) ábra), vay vízszintesen ektetett csőkíyókkal készítik, a elületeket az eyik kamra mentén az áramlási sebessé növelésére, a párhuzamosan kapcsolt, eyenlőtlenül űtött túlhevítő csövek közötti eyenletesebb hőmérséklet eloszlás, vay a.164. ábrán vázolt közbenső visszahűtés céljából meosztva. Mellső ordulókamrákba épített túlhevítőknél általában nincs hőmérséklet-szabályozás. A hátsó ordulókamrákba épített túlhevítőknél a hőmérséklet szabályozás iénytelenebb berendezéseknél telített őz bekeverésével, iényesebb berendezéseknél a túlhevített őz ey részének a kazántesten belül a víztérben elhelyezett hőcserélőben történő lehűtésével, visszakeverésével történik. 7 A csövek minimális meenedett hajlítási suara általában a külső átmérő kétszerese. Ilyen (>4D) távolsában elhelyezett túlhevítő csövek azonban csak ien nay, a konstrukció szempontjából eloadhatatlan átmérőjű üstcsövekben lennének elhelyezhetők. A kovácsolt, úynevezett Hamburi könyököknél, Y alakú eláazásoknál, yűjtőelemeknél a két cső távolsáa az idomdarab és a cső összeerősítő körvarratának elkészítéséhez szüksées minimális méretre csökkenthető. 51

56 .3.ábra Hátsó ordulókamrában elhelyezett túlhevítő hűtése kazánindulásnál Miután a hátsó ordulókamrában a üstázhőmérséklet, mint a.3. táblázat bemutatta, a kazánteljesítménnyel jelentősen változik, állandó őzhőmérséklet biztosításához a túlhevítőt jelentősen túl kell méretezni. A mellső ordulókamrákban elhelyezett túlhevítőnél a várható hőmérséklet-inadozás mé nayobb, ennek ellenére bekeveréses hőmérséklet-szabályozás csak ritkán kerül alkalmazásra. A üstcsőbe betolt túlhevítőt kivéve a túlhevítők üstázzal történő átáramlása eyenlőtlen (a túlhevítőket a üstázáram ívben járja át), íy a tényleesen optimális méret vélees kialakítása yakran csak üzemi tapasztalatok alapján lehetsées. Nem sorozatban yártott berendezéseknél a túlhevítő e miatt is túlméretezett. Indítás során csak a hátsó ordulókamrákban elhelyezett túlhevítők (.3. ábra) iényelnek hűtést, ezt a kazántest aljáról elvezetett, indítószivattyúval kerintetett, a őzcsonkon visszavezetett közeel biztosítják. A kerintetést addi kell enntartani, amí a őznyomás a kazántestben el nem éri a túlhevítő kellő hűtéséhez szüksées áramlás biztosításához elésées értéket. Vízhevítők, léhevítők. A nayvízterű kazánoknál alkalmazott vízhevítők a kazántesttől általában külön, a üstcsatornába kerülnek beépítésre. Kialakításuknál (a csövek minimális elületi hőmérsékletének, anyaának meválasztásánál) az alacsony hőmérsékletű korrózió meelőzését kell szem előtt tartani. Szerkezetile általában vízszintes síkokban ektetett, sűrű osztású, teljesen leüríthető csőkíyókból állnak. Miután a üstjárat ellenállását lényeesen menövelhetik, kialakításukat, elhelyezésüket az éési leveő ventilátor kiválasztásánál iyelembe kell venni. Az esetlees elkormozódás rendszeres tisztítására mosóberendezés beépítése is szükséessé válhat. Rozsdamentes, saválló szerkezeti anyaok alkalmazásával a távozó üstáz, éésből származó nedvessétartalmának részbeni lekondenzáltatása (a távozó üstázok harmatpont alá történő lehűtése) is szóba jöhet. A harmatponti hőmérséklet a tüzelőanyatól és a léelesletől üően változhat, áztüzelésnél 60 C, tüzelőolajnál 50 C alatt van. A háztartási méretű, kisebb kazánoknál már széles körben alkalmazott kondenzációs, vay esetenként ééshő hasznosító menevezésű kazánok kialakításánál iyelembe kell venni, hoy a kondenzátum ph értéke öldáz 5

57 tüzelőanya esetén,8-4,9, mí kénmentes tüzelőolajjal üzemeltetett berendezéseknél,-4, között, a kondenzátum mennyisée ~1,5 liter/m 3 öldáz, illetve ~0,9 liter/k tüzelőolaj naysárendben van. A nay mennyiséű kondenzátum elvezetéséről, semleesítéséről is ondoskodni kell. A üstázban lévő teljes vízőzmennyisé lekondenzáltatása nem oldható me, hiszen a telítési hőmérséklethez tartozó parciális nyomás tüzelőanyatól, léelesletől üő, kezdeti mintey 0,1-0,18 bar értéke 30 C-nál mé csak 0,04 bar értékre csökken. Emiatt a üstelvezetést nem csak korrózióálló kivitelben, hanem a további hűlés során kicsapódó kondenzátum zavartalan elvezetésére, összeyűjtésére is tekintettel kell mevalósítani. A hideebb, nayobb sűrűséű üstáz miatti huzatveszteséet az éési leveő ventilátor nyomómaassáának növelésével, vay külön üstázelszívó ventilátor beépítésével kell pótolni. Ipari üzemeknél esetenként a hűtéshez szüksées alacsony közehőmérséklet és a kellő hűtőköze mennyisé biztosítása is nehézséekbe ütközhet. Ez az oka, hoy a nayobb teljesítményű, nayvízterű kazánoknál a kondenzációs kivitel jelenle mé nem terjedt el. Nayvízterű kazánoknál léhevítőket, C maximális előmeleítési hőmérséklettel elsősorban a suárzási, vezetési vesztesé csökkentésére, tűzálló alazatrészek hűtésére alkalmaznak. A vízcsöves kazánoknál szokásos, különálló léhevítők nayvízterű kazánoknál csaknem ismeretlenek. A tüzelőberendezések a letöbb esetben környezeti hőmérsékletű, vay a nayobb berendezéseknél a kazánház mele léteréből elszívott leveővel működnek. A kazántest alátámasztása. A kazántest alátámasztása általában két nyereel történik, nayobb berendezéseknél mindi párnalemezes kivitelben. A nyerekialakításnál, elhelyezésnél a kazánköpenyben ébredő eszültséek minimalizálására kell tekintettel lenni [.8]. Miután a kazántest hosszúsáa a víztérbeli közehőmérséklet üvényében változhat, csak az eyik alátámasztás lehet ix, a másodikat, esetlees továbbiakat csúszó, ördülő kivitelben kell készíteni. Fix alátámasztásnak a tüzelőberendezéshez közelebbit célszerű választani (.19. ábra). A kazántest mozására a csatlakozó (tápvíz, őz, lelúozó, leiszapoló, tüzelőanya, stb.) vezetékek, leveő-, üstázcsatornák kialakításánál is üyelni kell..4. ábra Nayvízterű, üstcsöves őzkazán előtéttűztérrel Különlees nayvízterű kazánok. A leyakoribb láncsöves, üstcsöves kialakítás mellett eyéb nayvízterű kazánok alkalmazása is szokásos. Ezek közül csak két változatot: az elsősorban biomassza, hulladéktüzelésre épített, vízcsöves előtéttűztérrel kieészített üstcsöves kazánt (.4. ábra), illetve a háztartási, kommunális célokra alkalmazott, szén, a, biomassza, vay szénhidroén tüzelésű, álló kazánt (.5. ábra) mutatunk be. 53

58 Az előbbinél az előtéttűztérre a lassan elmeleedő, kiéő biomassza kellő tartózkodási idejének biztosítására van szüksé. Az álló, lépcsős, vay mozórostély az előtéttűztér alsó részére kerül beépítésre, a yulladást előseítő tűzálló alazatokkal szüksé szerint kieészítve. A tűztér homlok és hátalát is tűzálló alazat alkotja, bár jobb minőséű biomassza esetén a homlokal a yújtóboltozat elett vízcsöves előzölötető elülettel is borítható. A tűzteret követően a üstázok a kis üstázoldali áramlási vesztesé érdekében rendszerint eyhuzamban elrendezett üstcsöveken hűlnek le. A kis áramlási ellenállásra az üzembiztonsá érdekében van szüksé, a rostélyon éő anya leveőellátását kéményhuzattal, villamoseneriaellátás hiányában is biztosítani kell. A vízcsöves előtéttűztér áramlási rendszere vízoldali bekötőcsővel, illetve a első yűjtőkamrával a nayvízterű kazántesthez csatlakozik. Az álló kazánelrendezésnél a rostély (ritkább esetben olaj, vay ázéő) a kazán alsó részén kialakított tűztérben helyezkedik el, melyet üőleesen vezetett üstcsövek követnek. E kazánnál is alapvető követelmény a kis üstázoldali ellenállás, a berendezésnek szilárd tüzelőanyaokkal villamoseneria-ellátás hiányában is üzembiztosan működni kell. Kis nyomás esetén a tápvíz utánpótlás ravitációsan is biztosítható. Érdekessé, hoy a üstcsövek a őztéren is áthaladnak, erre csak jól lehűtött üstázok esetén van mód..5. ábra Álló elrendezésű, nayvízterű, üstcsöves őzkazán Vízminősé, őzminősé. A nayvízterű kazánok a tápvíz minőséel szemben a vízcsöves kazánokhoz viszonyítva általában kisebb iényeket támasztanak (a részletes előírásokat a 4.3 ejezet, 4.., 4.3. táblázat olalja össze). Mekövetelt a tápvízből a keményséokozó sók teljes eltávolítása (ioncserés vízláyítás), a tápvíz áztalanítása, lúosítása, valamint szilárd anya mentessée. A kazánvíz kondicionálása általában csak trisó adaolással és a vízszint alól elvezett olyamatos lelúozással történik. A lelúozást a kazán mellső részéről, a bevezetett tápvíz kazánvízbe történő bekeveredése előtt kell véezni. Az esetlees kivált szilárd maradványok elvezetésére a kazántest alsó részén célszerűen hátsó elében, harmadában leiszapoló csonkot kell kialakítani. Nayvízterű kazánoknál a őz sótartalmát nem a kazánvízben lévő sók oldhatósáa, hanem elsősorban az elraadott vízcseppek sótartalma határozza me. Ezért a őztisztasá biztosítása a cseppelraadás minimalizálását iényli. Erre több meoldás ejlődött ki (.6. ábra). A leyakrabban alkalmazott szerkezet a őztérben a kazán hossztenelyében vezetett, első elén 3-8 mm-es uratokkal perorált, leenekelt cső. A többszöri irányelterelés hatására a víztérből elraadott vízcseppek kisebbik része jut csak be a csőbe és ey részük ott ki is válik. Ezek alul lévő lyukakon, vay ritkábban, víz alá merülő csövön olyhatnak ki. A peroráción 54

59 létrejövő nyomáskülönbsé miatt, az utóbbi esetben mindi ellenőrizni kell, hoy a víz alá merülő cső ne működhessen szívócsőként. Vízszint Vízszint a) Perorált cső b) Lemeztáska Vízszint c) Ciklon.6. ábra Gőz cseppmentesítésére alkalmazott meoldások Hasonlóan, a két oldalán zárt lemeztáskás kialakításnál a kazánköpeny melletti, mintey -8 mm-es résben elyorsuló, majd lelassuló őz mozását a vízcseppek nem tudják követni, íy részben kiválnak. Ezzel a meoldással 0,3% alatti nedvessétartalom is arantálható. Lejobb leválasztást a jól méretezett ciklonokkal lehet elérni (4. ejezet). Ennél csak a lekisebb méretű cseppek tudnak a őzben visszamaradni. Uyanakkor a kiváló víz olyamatos elvezetése ondos hidraulikai tervezést kíván. Kazánenekek csatlakoztatása a kazánköpenyhez. A mellső, hátsó csőalak kazánköpenyhez történő csatlakoztatására három meoldás terjedt el (.7. ábra). Nay teljesítménynél, nyomásnál, iényes yártmányoknál a domborított kazánenekeket alkalmazzák. Kis teljesítménynél a betolt, vay támasztott kívül-belül körbeheesztett kazánenekek is használatosak. Ezek olcsóbbak, de uyanolyan méreteknél, nyomásnál lényeesen nayobb járulékos eszültséet eredményezhetnek. Emiatt a támasztott sík kazáneneket csak kisebb iénybevételeknek kitett konstrukcióknál szabad alkalmazni (7.4. ejezet). a) Domborított kazánenék b) Betolt, sík kazánenék c) Támasztott, sík kazánenék.7. ábra Kazánenék, kazánköpeny csatlakozások Csőtartó alak. A nayvízterű kazánok élettartam szempontjából eyik lekritikusabb szerkezeti részlete a üstcsövek hátsó csőalba történő beerősítése. A lekorábbi konstrukcióknál ez csak henerléssel történt. A csővéet és a csőalat a henerlés során eltáítva a plasztikus alakváltozást elszenvedő csővé beeszült a henerlés során döntően csak rualmas alakváltozással kitáított csőalba (7.4. ejezet). A henerlések ey részénél az axiális erőhatások viselésére peremezést is alkalmaztak. Az olaj és áztüzelés elterjedésével a hőterhelés menőtt, íy először elhayták a peremezést, majd a behenerelt csővéeket beheesztették a csőalba. Kezdetben ez csak az üzem közben szivárások meelőzését szoláló tömítő 55

60 heesztés volt, a későbbiekben a henerlés csak a urat és a cső illesztését célozta és az erőhatásokat a heesztés vette el. A heesztést általában előmeleítés nélkül vézik, íy a csőalhoz viszonyítva vékonyabb csővé mint a.8.a) ábra mutatja elmeleszik, az alapállapothoz képest a átolt alakváltozás következtében a heesztést követően járulékos eszültséek, károsodott szövetszerkezet maradnak vissza. Ez az üzem közbeni elűtésből-lehűtésből, nyomásváltozásból adódó terhelési ciklusok hatására könnyen repedésre, a csővé tömörtelenné válására vezethet. Semlees szál helye w t w p a) Heesztés b) Alakváltozások c) Üzem közben.8. ábra Csővé-csőal rendszer alakváltozása A várható eszültséek ey olyan modellel közelíthetők, ahol ey átlaos csövet hat másik cső vesz körül [.10,.1]. A alhőmérséklet a hőközlés hatására mind a csőalban mind a csővében változik. Íy szabad alakváltozási lehetősé esetén síkonként eltérő táulásnak kellene bekövetkezni. Lekisebbnek a hűtött belső elületen, lenayobbnak a űtött külső elületen (csővéen). Erre azonban nincs lehetősé, mivel a csőal-üstcsövek rendszer az alakját csak ali tudja meváltoztatni, a csőal a űtetlen részeken be van ova, a csövek körüli részen pedi sík al marad. A csőalban az eltérő hőmérsékletek, átolt táulás hatására síkonként a cső középpontja elé irányuló, eltérő naysáú suárirányú nyomó, vay húzóeszültséek ébrednek, amelyek naysáa a átolt alakváltozásból számítható. Az íy számítható eszültséek nem lesznek azonosak a ténylees eszültséekkel (a nyomásból, behenerlésből, heesztésből, stb. eredő eszültséek elhanyaolása miatt), de az élettartamot mehatározó kisciklusú kiáradás szempontjából a ténylees viszonyokat jól közelítik. A modellnél a következő eltevésekből lehet kiindulni: A üstcsöveket a csőosztás elével azonos suarú csőal yűrű veszi körül. Az átlaos hőmérsékletű síkhoz viszonyítva a meleebb sík kitául, de ezt az alakváltozást a yűrű külső elületén ébredő nyomás meakadályozza (a átolt hőtáulás miatt az eredő alakváltozás zérus értékű). A cső belső elületén a nyomás zérus értékű. Az alakváltozás a rualmas tartományban marad. Ezek alapján azokban a síkokban, ahol a cső a csőalba nem eszül be [.10]: t p t u 1 wt wp Ltt 0 1 E u.10 ahol w t hőtáulás a csőalban [mm] w p a hőeszültsé által előidézett külső nyomásból adódó alakváltozás a csőalban [mm] lineáris hőtáulási eyüttható a vizsált sík hőmérsékletén [1/ C] Lt 56

61 t hőmérséklet különbsé az átla hőmérséklethez viszonyítva [ C] E rualmassái modulus a csőal anyaára, a vizsált sík közepes hőmérsékletén [N/mm ] t u átmérő viszony a csőalra, ahol d a cső beerősítésére szoláló urat d átmérője a csőalban =0,3 Poission szám Az előbbi összeüés akkor is alkalmazható, ha a csőal és a behenerelt cső hőtáulási eyütthatója és rualmassái modulusa azonos, de ebben az esetben az u átmérőviszonyt a üstcső eltáított d 1 belső átmérőjével kell számítani. Az anyajellemzők eltérése esetén abból lehet kiindulni, hoy a üstcső külső elületén az elmozdulás mindkét irányból azonos és a szimmetriasík (a t/ suarú yűrűelület) nem mozdul el [.10]: ' ' wt 1 wp 1 ( wt wp ) 0.11 '' w w w 0.1 t p p ahol (értékek mm-ben) w t1 a cső alakváltozása hőtáulásból, w p1 a cső alakváltozása a külső, hőeszültsé által előidézett nyomásból, ' wt a csőal belső suarának menövekedése a hőtáulás hatására, ' wp a csőal belső suarának csökkenése a hőeszültsé által előidézett külső nyomás, illetve a üstcső külső elületén a hőeszültsé hatására ébredő táító nyomás hatásának eredőjeként, " w a t/ suarú csőal yűrű suarának növekedése a csőben ébredő hőeszültsé hatására Behelyettesítve: d Illetve Lt1 p1d t1 E 1 u u d Lt p1d t E 1 u u p d E u.11a t p1d 1 1 pt u 1 t a Lt E u E u Az első eyenletből p 1 értékét kiejezve és a második eyenletbe helyettesítve p értéke kiszámítható. A számítások elvézéséhez szüksé van a csőal, üstcső hőmérsékleteinek ismeretére. Mehatározásuk a ténylees berendezésen elvézett mérések alapján, vay modellkísérletek és számítások alapján lehetsées. Füstcső beerősítések kísérleti vizsálata. Ilyen, különböző (henerelt, henereltheesztett, heesztett) csővé kialakítások eyidejű vizsálatára alkalmas kísérleti berendezést [.11] mutat a.9. ábra. Az alakváltozások, terhelések, anyajellemzők minél pontosabb mehatározásához, a különéle cső-csőal 57

62 kapcsolatok közül a leoptimálisabb kiválasztásához mind a üstcsövekbe, mind a csőalba több hőmérő került beépítésre. Íy lehetővé vált az átmeneti és stacioner állapotok vizsálata is. A berendezéssel olaj és áztüzelésnél elvézett mérések során kialakuló hőmérsékleteket, ezek indítás, leállítás alatti változását a ábrák mutatják [.1]. A hőmérséklet leutások alapján meállapítható, hoy a csövek közötti csőal, illetve a üstcsövek különböző pontjai között jelentős hőmérséklet-különbséek alakulnak ki. Hasonló mérésekre üzemelő berendezéseken is sor került [.15]. A hőmérséklet vastasá menti leutása (.33. ábra) a modellen, illetve az üzemelő berendezésen különböző síkokban vézett hőmérsékletmérések alapján került ábrázolásra. A diaramból az is meiyelhető, hoy a mele kazán kiesését követő újraindításkor a csőal külső elülete a telítési hőmérséklet alá hűl, íy ekkor is váltakozó iénybevétel alakul ki..9. ábra Kísérleti berendezés különéle csővé beerősítések hőmérséklet eloszlásának vizsálatára Csőal hőmérséklet számítása. A különéle berendezéseken [.9-.11,.13,.15] elvézett mérések lehetőséet adtak a várható hőmérsékletek számítására szoláló eljárás kidolozására is. A csőal alhőmérséklet számításához a vízoldalra összezett hőáram sűrűséből ( q v ) lehet kiindulni. A csövek közé zárt csőalat (.3. ábra): a homlokalon hősuárzás, a homlokalon ütközéses hőtranszport, a üstcsövek belépő szakaszán konvektív hőtranszport űti. A különéle jelleű hőáramok alapján a vízoldalra összezett hőáramsűrűsé [.10]: Ahol az előbbi képletben: q v A q A q A s s ü ü be be.13 v A q 58

63 A s a homloklap besuárzott elülete [m ], A a homloklap ütköző elülete [m ], ü A be a üstcső csőal melletti hőelvevő elülete (amennyiben a csővé kiló a csőalból, a kilóó elületrészeket is iyelembe kell venni) [m ], A a csőal üstcsövek közötti vízoldali elülete [m ], v q s suárzásos hőtranszport, a suárzó térrész jellemzői (kitöltő köze hőmérsékletek, szötényezők, eketeséi okok) alapján kell mehatározni [kw/m ], q ü ütközéses hőtranszport az alábbi.14 képlet alapján [kw/m ], q be a cső belépő szakaszára jellemző konvektív hőtranszport ( q be t ) [kw/m ], a hőátadási tényező értékénél az áramlás kialakulatlansáát is iyelembe véve (az irodalom alapján C=3 naysáú korrekciós tényezővel [.11])..30. ábra Kísérleti csőalban kialakuló hőmérsékletek öldáztüzelésnél.31. ábra Kísérleti csőalban kialakuló hőmérsékletek ázolajtüzelésnél 59

64 A konvektív és suárzásos hőátadás melletti ütközéses hőtranszport azért érdemel iyelmet, mert: eyrészt a alnak ütköző, nay hőmérsékletű üstáz elvékonyítja a határréteet (íy a határréteben a szokásosnál lényeesen nayobb hőmérséklet radiens, ezzel hőáramsűrűsé alakul ki), másrészt a hátsó csőal előtti, nay hőmérsékleten mé előordulhatnak az áramló közeben (lán véében) reakcióképes komponensek (radikálok, eléetlen ázok) amelyek az ütközésnél létrejövő átkeveredés hatására rekombinálódhatnak, eléhetnek, íy többlet eneriát szállíthatnak 8 a határrétebe..3. ábra Csövek közé zárt csőal elem Az előbbi kísérleti berendezésen és ipari kazánokban vézett mérések alapján mehatározására a Buhr [.8,.9,.11] éle összeüés q ü, 6 q 0, 037 Pr 0 c ( h h ).14 ü h alkalmazható, eltételezve, hoy a lán turbulens szerkezetű, az ütköző elület a maximális hőterhelés helyén túl helyezkedik el, a lánon belüli recirkulációs áramlás a őáramlás mellett az ütközés helyén elhanyaolható és a alhőmérséklet a lánhőmérsékletnél lényeesen alacsonyabb, mely eltételek ipari kazánoknál általában mindi teljesülnek. Az előbbi képletben Pr Prandtl szám a határréte zavartalan áramlású részének hőmérsékletén, a köze sűrűsée a zavartalan áramlás hőmérsékletén [k/m 3 ], c t h h h áramlási sebessé az ütközés előtt [m/s], köze entalpiája a lánvé hőmérsékletén [kj/k], 8 Élő konvekció [.3]. Kémiaila reakció képes ázok hőátadásának olyamatát Veron La convection vive elnevezéssel illette. Az űrhajózással összeüésben, Kármán Tódor után ( ) aerothermochemistry névvel terjedt el. t h 60

65 Falhőmérséklet ( C) h köze entalpiája a al hőmérsékletén [kj/k]. A t v vízoldali alhőmérséklet, a q átlaos vízoldali hőáramsűrűsé, s csőal vastasá és a csőal hővezetési tényezője alapján a térbeli hőtranszport helyett síkalon át történő hővezetést eltételezve a csőal t külső hőmérséklete a t s tv q v.15 képlettel közelíthető. Az előbbi, elhanyaolásokkal, leeyszerűsített számítási összeüésekkel mehatározott alhőmérséklet a yakorlatban eloadható pontossáal eyezett [.11] a modellen, különéle tüzelőanyaokkal, üzemállapotokban elvézett mérések során mehatározott csőal hőmérséklettel (.33. ábra). A mérések során az ééstermek CO tartalmát a léelesletényező csökkentésével 0,% ölé növelve az ütközésnél a határréteben bekövetkező átkeveredés hatására 5-30% ütközéses hőáramsűrűsé növekedés volt meiyelhető [.11] mm 19 mm Modell olajtüzelés Modell áztüzelés 50 Kazán olajtüzelés, 18,8 bar Kazán szellőztetés Csőköteal vastasáa (mm).33. ábra Csőalban mért hőmérsékletek (Vízoldalra összezett hőáram sűrűséek: modellen olajtüzeléssel: 448 kw/m, modellen áztüzeléssel: 540 kw/m, GIB MHO5/ kazánon olajtüzeléssel 445 kw/m ) Gátolt alakváltozások. Ey hazai yártmányú háromhuzamú kazánra, amelynél a üstcső véét a csőalba 4 mm-el visszahúzták (.34. ábra, jelenlei kialakítás) ey különlees üzemállapotra, 574 C számított külső csőal, 450 C számított semlees szál hőmérsékletekkel a átolt alakváltozásokat, hőeszültsé által előidézett nyomásokat a.11a-.1a eyenletrendszer meoldásával mehatározva a következő eredmények adódtak [.1]: A csőal elületén (t=90 mm, d =7 mm, u =1,5, Lt =14, / C, Δt = =14 C, E = N/mm ): p =71,47 N/mm. A visszahúzott csővé síkjában (t=90 mm, d 1=64 mm, u 1=1,406, Lt1 = Lt =14, / C, Δt = =105 C, E 1 = E = N/mm ): p =94,03 N/mm. 61

66 A heesztési varratban a külső nyomás hatására ébredő eszültsé a p 1 r u1 1 u1 képlettel számítható, amelyből az előbbi adatokkal -39,9 N/mm nyomóeszültsé adódott. Az érték (555 C-on) maasabb a szerkezeti anya olyáshatáránál, íy eltételezhető, hoy az alakváltozás plasztikus, emiatt a varratban maradó alakváltozással lehet számolni..34. ábra Cső-csőal csatlakozások kialakítása A csőal 35 C hőmérsékletű belső elületén mivel a cső összehúzódhat, a csőal pedi nem (a táulás a semlees szál alakváltozásának elel me), amennyiben a behenerlés után nem maradt vissza eleendő nyomóeszültsé a cső és a csőal között a két elület ahoyan az a.8.c) ábrán látható elválik. A résben meindulhat a kazánvízből kiváló sók lerakódása, illetve korróziós olyamat. A t/ suarú yűrű külső elületén húzóeszültsé ébred. Naysáa (t=90 mm, d =7 mm, u =1,5, Lt =13, / C, Δt =35-450=-14 C, E = N/mm iyelembevételével): a =131,75 N/mm, amely a olyáshatárnál lényeesen kisebb. A számított alakváltozások a elületeken ~0,0 mm naysárendűek, de előjelük ellentétes, vízoldalon táulás, üstázoldalon összenyomódás. Kisciklusú kiáradás. A csőal belső, külső elületén ébredő hőmérsékletek, az ezekből különéle üzemállapotokban kialakuló járulékos terhelések alapján a 6

67 szerkezeti elemek kiáradási olyamata is becsülhető. A cső-csőal heesztési varratra például a kiáradást okozó eszültsé amplitúdó ( ): Ahol =10 p ˆ ˆ ( ).17 i p p t r p p a belső nyomásból adódó eszültsére vonatkozó eszültsékoncentrációs tényező [.], t = a átolt alakváltozásból adódó nyomóeszültsére vonatkozó eszültsékoncentrációs tényező ([8] TRD 301, Anlae 1), ˆ p, p a belső nyomásból adódó (a csövet a csőalból kiszakítani akaró) eszültsé maximuma, illetve minimuma, ˆ r, r a hőmérséklet különbséből ébredő járulékos nyomó (a csövet összenyomni akaró) eszültsé maximuma, illetve minimuma. (Fiyelembe kell venni, hoy mint a későbbiekben a 7. ejezetben bemutatjuk az axiális irányú járulékos eszültsé azonos a radiális irányúval.) Kazánoknál a eszültsé maximumok általában a lenayobb terhelésnél, a eszültsé minimumok indításnál, üzem közbeni kiesésnél jelentkeznek, íy a különéle, kényes szerkezeti elemekre az irodalomban meadott [8] kiáradási örbék alapján a meenedett ciklusszámok mehatározhatók. A különéle irányelvekben, szabványokban közzétett eljárások általában normál szövetszerkezetű anyaokra és nem heesztési varratokra vonatkoznak. Utóbbiaknál azt is iyelembe kell venni, hoy az esetenkénti, adott szerkezeti meoldástól üő eltérő technolóiákra csak eyedi vizsálatokkal lennének mehatározhatók a mértékadó kiáradási jellemzők. Ennek hiányában a tervezők a yakorlat során iyelembe véve, hoy [.0] a heesztési varratokra a kiáradást okozó eszültsé amplitúdó mindi kisebb, mint ép anyaokra korrekciós tényezőt alkalmaznak. A.34.a) ábra szerinti cső-csőal kialakításra, az üzemelő berendezésen különéle üzemállapotokban mért hőmérsékletekkel a kiáradást okozó eszültsé amplitúdót az ép anyara meenedett érték 1/3-ára eltételezve (amely az ép anyahoz viszonyítva csak 5-10% kiáradási ciklusszámot ad), az üzemi alhőmérséklet terhelési ciklusonkénti maximuma üvényében a következő (.35.) ábrán látható kiáradási ciklusszámok adódtak. Látható, hoy a eltételezésekkel a.33. ábrán bemutatott, 45 C maximális alhőmérsékletnél, a 30 mm vastasáú csőalra csak mintey 150 hide és 1000 db mele indítási ciklusból álló terheléskollekció (részletesebb kiejtését a 7.3. ejezet tartalmazza) enedhető me. (Hideindítási ciklus alatt az adott esetben a hide állapotból, illetve a 10 bar alatti, mele indítás alatt a 10 bar eletti nyomásról történő elűtés értendő.) A terheléskollekció kihasználása nem jelenti azt, hoy a berendezés tönkrement, a meadott ciklusszámok azt sem jelentik, hoy kisebb értékeknél nem következik be mehibásodás. Uyanis a kiáradási olyamat mindi az anya mikró szerkezetétől, a tényleesen lejátszódó olyamatoktól ü, ezek pedi a yártási, üzemi eltérések üvényében lényeesen eltérőek lehetnek, íy a számítások a lenayobb ondossá mellett is, csak valószínűséi becslést adnak. Ezen túlmenően arra is utaltunk, hoy az adott esetben és a yakorlatban általában a számítások, korrekciós t r i 63

68 Repedést okozó ciklusszám (db) tényezők (mé a vées elemes módszerek alkalmazásával is) csak közelítő pontossáúak, íy a kiáradási számításokhoz szüksées jellemzőket is csak közelítően tudjuk mehatározni. Erre tekintettel arra kell törekedni, hoy a közelítések eredményeként a biztos oldalon maradjunk, a mehibásodás a becsültnél később következzen be Maximális alhőmérséklet ( C) Repedést okozó meleindítási szám (db) Repedést okozó hideindítási szám (db).35. ábra Repedést okozó mele- és hideindítási ciklusszámok [.15] Az adott esetben a terhelési kollekció kihasználása előtt belső szerkezeti vizsálatot kell véezni, ezzel el lehet tárni a ténylees állapotot és dönteni lehet a berendezés esetlees javításáról vay további, következő belső ellenőrzési történő üzemeltetéséről (7.4. ejezet). Kedvezőbb csővé kialakítások. Az előbbi ciklusszámok ey kazán elvárt élettartama, szokásos üzemvitele szempontjából nayon alacsonynak tűnnek. Ezért szükséessé válhat a konstrukció módosítása. Erre csőalaknál az ad lehetőséet, hoy a méretezési előírások (7.4. ejezet, [.8]) alapján a csőal alvastasáának mehatározása általában a merevítetlen mezők alapján történik. A csövek közötti, merevített mezőkben a merevítetlen részekhez viszonyítva kisebb (30 mm helyett a különéle számítási eljárások alapján 1-19 mm) alvastasára van szüksé. Másrészt azt is iyelembe kell venni, hoy a csőal szabad táulási lehetősée esetén kisebb járulékos eszültséek alakulnak ki. A.34. ábrán vázolt, A-D meoldási lehetőséeket értékelve: Minden meoldásnál csökken a hő elvevő elület, illetve a hőáramsűrűsé. A meleebb oldali szabad hőtáulási lehetősé az A, B meoldásoknál jobb, mint a másik két meoldásnál. A varratok az A, B meoldásoknál közelebb vannak a csőal semlees síkjához, íy kisebb járulékos hőeszültsé ébred bennük, mint a C, D meoldásoknál. A hűtőelület menövelésével (C, D meoldások) csökken a cső és a uratkerület alhőmérséklete, ezzel a járulékos hőeszültsé, csökken a belső oldali eltávolodás lehetősée, kisebb lehet az ennek meakadályozásához szüksées belső nyomás. 64

69 A külső-belső lemunkálások az eredeti kialakítás mehibásodása esetén, az anyaszerkezetile károsult részek eltávolításával utóla is elvéezhetők, íy az új varrat szilárdsái jellemzői az eredeti állapothoz hasonlóak lesznek. A csőal már javíthatatlan elhasználódása esetén a sérült, csőmezőket tartalmazó részek kiváására, új, esetle eltérő alvastasáú csőalmezők beheesztésére is mód van. Ilyen esetben azonban a kiváandó részek méretét a szélső csősoroktól, esetlees vonórudaktól, sarokmerevítőktől, vízszinttől való távolsára különös tekintettel, ondosan kell mehatározni. A beheesztési technolóia tervezésénél a heesztésből adódó járulékos eszültséek minimalizálására, kedvező szövetszerkezetet eredményező hozaanya alkalmazására kell törekedni. A heesztés vérehajtása előtt próbadarabokon ellenőrizni kell a technolóia és a heesztést véző szakszemélyzet alkalmassáát. Füstcsövek alakváltozása. A láncső, üstcsövek, csőal rendszer kisciklusú alakváltozásával van az is összeüésben, hoy bizonyos üzemidő után (például kazántisztítás során) a üstcsövekbe betekintve azok ey részét örbültnek látjuk. Ennek alapvető oka, hoy a üstcsövek járulékos iénybevétele jelentősen eltérő lehet. A szélső, a láncső eltérő táulását, vay a merevítetlen kazánenék öveket ellensúlyozó üstcsövek járulékos terhelése lényeesen nayobb, mint a üstcsőköte közepén ekvőké. Ebből adódóan a kazánköpenyhez viszonyítva maradóan is menyúlhatnak. Íy a berendezés hide állapotában kénytelenek lesznek örbült alakot elvenni. A nayobb terhelés ellensúlyozására, a maradó alakváltozás minimalizálására a szélső üstcsöveket esetenként nayobb alvastasáal készítik. Ez azonban az átlahoz viszonyított kisebb üstázátáramlásra, kisebb alhőmérsékletre, nayobb hőmérséklet-különbséből adódó (láncsőhöz viszonyított) nyúláskülönbsére, nayobb járulékos terhelésre, íy kedvezőtlen esetben az eredeti meoldással azonos maradó alakváltozásra vezethet. Csőal méretezése az EN :00 szabvány alapján. Az európai méretezési szabvány [.8] a hátsó csőal hőterhelésének, hőmérsékletének számítására az előbbiektől eltérő módszert ismertet. Eszerint A maximális émhőmérséklet: tm ts 15 ( t ts ) ( t / N ) A közepes alhőmérséklet: tátl ts 15 ( t ts ) ( t / N ) ahol t üstázhőmérséklet [ C] 1 tényező, ak 1 cosh K1 sinh K1 A a tényező, ( ) A 65

70 K 1 t tényező, változó, K 1 A ak 1 1 A ak At a / s 1 tanh K 1 tanh K1 A ak CA súlyozott átlaos hőátadási tényező, d A csőal csövekkel érintkező elülete [mm ], a a csőal csövek közötti homlokelülete [mm ], d a üstcsövek belső átmérője [mm], suárzásos hőátadás a csőal elé [W/m K], s kbe 1 t ( 5 kbe konvektív hőátadás a csövekbe történő belépésnél [W/m K], a 0, s ) ( k s ) d A a d d k konvektív hőátadási tényező a csőbeli áramlásra, a belépő üstázhőmérséklettel [W/m K], N vízoldali orrásos hőátadási tényező, N =4000 W/m K C a csövek és a csőal közötti hővezetés jósáától üő korrekciós tényező, behenerelt csőre C =0,9, henerelt és a véén heesztett csőre C =0,95, teljesen átheesztett varratra C =1. A képletekből látható, hoy a csőalbeli hővezetést az általunk alkalmazott lineáris modellnél pontosabb összeüéssel közelíti, uyanakkor az ütközéses hőátadást, kialakult konvektív hőátadással helyettesíti. A hátsó csőal maximális émhőmérséklete a 40 C-t nem haladhatja me, ami yakorlat számára eloadható kiáradási ciklusszámot valószínűsít. A vastaabb csőalak jó hűtése, a varratok hőmérsékletének csökkentése érdekében a szabvány is a.34. ábrán vázolt C, D változatokhoz hasonlóan javasolja a uratperem csővel érintkező maradó vastasáának csökkentését. A csőal csökkentett avastasáa a üstcső alvastasáának néyszeresét nem haladhatja me. Azonban az ábrán bemutatott, leélezett meoldás helyett süllyesztett, él U varratkiképzéshez hasonló vízoldali hűtőyűrűt ismertet. A vízoldali hűtés szempontjából lényees, csövek közötti át szélesséének henerelt kötéseknél a 0,15d+1,5 [mm], heesztett kötéseknél, 800 C eletti üstázhőmérséklet esetén pedi a 0,15d+9 [mm] kiejezésből adódó értéknél nayobbnak kell lenni, de heesztett kötések esetén a 15 mm-t nem kell mehaladni. Nayvízterű kazánok elűtése. A járulékos terhelések minimalizálására a kazánok indításánál is különös ondossáal kell eljárni. A kazántest, láncső, üstcsövek, a elűtés során eyenlőtlenül meleszenek. Mí a láncső az éő beyújtását követően nayon yorsan elmeleszik (.. táblázat), addi a üstcsövek és a kazánköpeny, amelyet csak a űtőelületek által elmeleített kazánvíz meleít, sokkal lassabban, vay ali meleednek. Íy ien nay átolt alakváltozások alakulhatnának ki, különösen úy, hoy a kazánköpeny őztérrel érintkező része az 66

71 előzölés meindulása előtt csak a albeli, kerületirányú hővezetés hatására meleszik. További kedvezőtlen körülmény, hoy a nay tömeű kazánvízben, kezdetben ali alakul ki hőmérséklet-különbsé, íy csak lassan indul me a hőmérséklet eltéréseket kieyenlítő cirkuláció. Ezért a elűtésre csak szakaszosan, a kerületi irányú hővezetés iyelembevételével kerülhet sor. Fiyelni kell a ördülő (csúszó) alátámasztás akadálytalan mozást is. (Ey 5 m hosszúsáú kazántest, környezeti hőmérsékletről a 1 bar üzemi nyomás eléréséi mintey 10 mm-t nyúlik.) A kazánvíz néhány okos elmeleítése után a tüzelést mindi le kell állítani és me kell várni a köpenybeli hőmérséklet kieyenlítődését. Ezt követően a tüzelés ismét beindítható és új elmeleítési ciklus kezdhető. Az eyes ciklusokban meenedett tüzelési teljesítményt, a ciklusok hosszát, várakozási időt a kazányártók általában yakorlati tapasztalatok alapján adják me. A olyamat irányítására, ellenőrzésére a kazánköpenybe, különböző síkokba, alkotókba beépített alhőmérséklet mérők alapján lenne mód, mint ahoy az erőműi kazánoknál az szokásos. Az előbbiekkel van összeüésben, hoy a köpenylemezek hosszvarratait a elűtésnél jelentkező járulékos eszültséek minimalizálására, eymáshoz képest 10 okkal eloratva, a lehetsées vízvonalat elkerülve kell elhelyezni. Veszélyes mehibásodások lehetősée. Gondos tervezés, yártás, üzemvitel mellett a nayvízterű kazánok nay mebízhatósáal működnek. Ennek ellenére előordulhatnak váratlan események. Ezek közül két különösen veszélyes lehetősére a láncső és a merevített, űtött csőalak elnyílására hívjuk el a iyelmet. Mint a különböző méretű láncsövekben meenedett tüzelési teljesítménynél, a láncső alvastasáának meállapítására vonatkozó képletek ismertetésénél arra utaltunk, a láncső meenedett alhőmérséklete korlátozott, naysáa üzem közben elsősorban a hőterheléstől, illetve a vízoldali lerakódás vastasáától ü. Íy váratlan mehibásodásra, a stabilitás elvesztése következtében horpadásra, elnyílásra, ezzel naymennyiséű, a nyomáscsökkenés hatására hirtelen kiőzölő orróvíz kiáramlására e két (a tervezési értéket lényeesen mehaladó hőterhelés, illetve vasta vízoldali lerakódás), véső soron a kezelőszemélyzet ondatlansáára visszavezethető ok miatt lehet számítani. A hőterhelés elsősorban az éő mehibásodása, tenelyének elordulása és ezekből adódóan szúrólán kialakulása miatt növekszik me. A.36. ábrán vázolt kazánrészletnél az éőövben, a első élen kialakult, mevastaodott kokszlerakódás hatására a lán tenelye elelé meörbült (az irányelterelés miatti nayobb sebessé miatt a lerakodás előli oldalon a statikus nyomás lecsökkent) és a lán szúrólánként a láncső első elületének ütközött. Az elerdült lántenely hatására a kokszréte olyamatosan vastaodott, ezzel a lán eyre jobban örbült elelé, a torlópont eyre közelebb került az éőhöz, eyre nayobb alhőmérsékletet eredményezve. A leszűkült keresztmetszet már kezdetben is lényeesen növelte a lánsebesséet, ennek ütköző hatása eredményezhette a hátsó ordulókamra elszíneződését, enyhe alakváltozását. Uyanis a nayobb hőterhelés hatására a vízoldalon helyi ilmelőzölés alakulhatott ki. A üstcsövek kiszakadása pedi rossz hűtés (a szúrólánal terhelt első láncső alkotóról vízoldalon ien nay őztartalmú köze áramlott a csőal mentén, ami ien nay alhőmérséklet kialakulását, ezzel a szerkezeti anya olyáshatárának jelentős csökkenését eredményezhette), illetve a 67

72 nay alhőmérséklet mellett nayon menyúlt láncsőből adódó járulékos terhelés miatt következhetett be. A ténylees berendezés mehibásodásához az előbbiek mellett ey szerelvénytörés miatti urásszerű őzelvétel növekedés, ennek eredményeként yors nyomáscsökkenés is hozzájárult. A yors nyomáscsökkenés miatt a elületeken őzilm alakult ki, ami rövid időn belül a szerkezeti részek további túlhevülését, teherbíró képesséük elvesztését eredményezte..36. ábra Láncső szúrólán hatására bekövetkezett horpadása Jelölések: 1. első szakaszon eyszeres horpadás;. hátsó részen kettős horpadás; meredek átmenet a kétéle horpadás között; 4. meolyt (elvékonyodott) láncső al, a sarokvarratnál lyukadással; 5. meolyt, kiszakadt csövek; 6. elszíneződési nyomok, ali észrevehető deormáció; 7. a málló alazat első részéről leszakadt kokszlerakódás. Amennyiben a kezelőszemélyzet a tüzelőberendezés működésének olyamatos ellenőrzésével a kokszréte kialakulását időben észleli, a úvókát kitisztítja, vay kicseréli, a lerakódott kokszréteet leveri, a kazán teljes tönkremenetele mé a szerelvénytörés ellenére is meelőzhető lett volna. A vízkőlerakódások indokolatlan mevastaodása elsősorban a vízkezelés elhanyaolása, csaknem láyítatlan nyersvíz hosszú időn át történő betáplálása esetén következhet be. Ez csak ondos üzemirányítással, a vízelőkészítő berendezésre jellemző értékek naplózásával, naponkénti ellenőrzésével előzhető me..37. ábra Külső űtött ordulókamra mehibásodása 68

73 A.37. ábrán vázolt, lemezből heesztett, bekötőcsövekkel a víz és őztérhez kapcsolt ordulókamránál a vízszint a szűkre méretezett bekötőcsövek miatt már kis lánteljesítménynél is (bal oldal) a kazán vízszintje alatt alakult ki. (A őzoldali összekötőcső visszatorlasztotta a vízáramlást.) Ekkor azonban a ordulókamrán belüli recirkuláció mé biztosította a ordulókamra űtött elületének kellő hűtését. A tüzelési teljesítményt névlees értékre növelve (jobb oldal), a ordulókamra nem kapott eleendő vízutánpótlást, a vízszint tovább süllyedt. A űtött oldalon a kamrán belüli, természetes cirkuláció melletti, alacsony tömeáram sűrűsénél ilmelőzölés alakult ki, a csőal hőmérséklete a stabilitási szempontból meenedett érték ölé nőtt. Ennek következtében a merevítést biztosító támcsapok közötti rész, a belső nyomás hatására kidomborodott, majd elhasadt. A mehibásodásban elsősorban a konstrukciós okok játszottak közre, közöttük az is, hoy a ordulókamrában kiváló kazánkő leiszapolási lehetősé hiányában összeyűlhetett a vízoldali összekötőcsőben, növelve annak ellenállását, eyre rontva a kamra hűtését. Nayvízterű őzkazánok szabályozása. A nayvízterű kazánok többséénél csak vízszint és dobnyomás szabályozást alkalmaznak. Gőzhőmérséklet szabályozásra a túlhevítőknél ismertetett módon csak ritkábban van példa. W tv W tv,névlees Minimum Gőztér Víztér h, vízállás Maximum Úszó Szabályozószelep Tápvíz a) Vízáram a vízszint b) Úszóolyós üvényében vízszint szabályozás.38. ábra Nayvízterű őzkazánok vízszint szabályozása Vízszintszabályozás esetén a beavatkozó jellemző a tápvíz mennyisé. A szokásos meoldást a.38 ábra mutatja. A kazántesten belül, vay a vízállásmutató közelében elhelyezett, a víz és őztérrel is összekötött edényben ey úszótestet helyeznek el, amely rudazattal, vay elektromos jelátvitellel a szabályozószelepet működteti. A szabályozás arányos jelleű, kisebb vízszinthez nayobb tápvíz mennyisé tartozik. A vízszint szabályozási tartománya a közepes értékhez viszonyítva kisebb (1 t/h teljesítmény alatti) berendezéseknél ±5, nayobb teljesítményű berendezéseknél ±40 mm. A vízszint változásával a víz- és őztér téroata, illetve a vízelszín is változik. Az alacsonyabb vízszinthez tartozó nayobb őztér és vízelszín a őztisztasá (cseppelraadás) szempontjából előnyös (4.5. ejezet). Nyomásszabályozásnál a beavatkozó jellemző a tüzelési teljesítmény. Iénytelenebb, elsősorban kisebb teljesítményű berendezéseknél kihasználva a kazán tároló képesséét a szabályozás a tüzelőberendezés ki-be kapcsolásával, úynevezett kétpontos szabályozással (.39. a) ábra, valójában vezérléssel) történik. Ilyen szabályozás azonban csak 1 MW tüzelési teljesítmény alatt meenedett [.8] A kapcsolási értékek beállításánál iyelembe kell venni, hoy a tüzelőanya beyújtását meelőzően a tűzteret a üstázoldali kazántéroat lealább ötszörösével ki kell szellőztetni, és ez alatt a nyomás tovább csökken. Ez 69

74 Maximális teljesítmény elkerülhető a hárompontos szabályozással (.39. b)), amikor a tüzelőberendezés teljesítményét ey minimum és maximum tüzelőanya áram között kapcsolatják. Erre csak olyan éőkialakítás esetén van mód, amikor az éő mindkét teljesítményen tökéletes keverékképzési eltételeket tud biztosítani. p dob maximum Előszellőztetés p dob minimum Van, nincs tüzelés τ a) Kétpontos szabályozás Tüzelési teljesítmény c) Arányos szabályozás p dob maximum minimum Naylán, kislán váltakozása τ b) Hárompontos szabályozás.39. ábra Nyomásszabályozás nayvízterű kazánoknál Nayobb teljesítményű berendezéseknél a tüzelőberendezés a minimális és maximális teljesítmények között olyamatosan üzemeltethető, ezért arányos (.39. c) ábra), vay arányos-interáló nyomásszabályozást alkalmaznak. Az arányossái tényezőt általában úy választják me, hoy a szabályozó ~0,5 bar nyomásváltozásra a teljes szabályozási tartományt beussa. Állító motor Áramlásőr Indító vezeték Túlhevítő Keverőszelep Visszahűtő.40. ábra Gőzhőmérséklet szabályozás bekeveréssel [.4] A őzhőmérséklet szabályozására alkalmazott bekeveréses szabályozás ey jellezetes meoldását a.40. ábra mutatja. A kazánvízzel visszahűtött (lekondenzáltatott) túlhevített őz sótartalma minimális, íy a kiadott őz elsózódásával nem kell számolni. A szabályozás arányos, vay arányos interáló jelleű lehet. A kapcsolás a túlhevítő védelmére, az esetlees túlhevülés meakadályozására áramlásőrt is tartalmaz, amely a őzáram beállított minimális értékre csökkenése esetén a tüzelőberendezést kikapcsolja. Erre csak a hátsó ordulókamrába beépített túlhevítők esetén van szüksé. Szabályozások működése. Az eyes szabályozások működését példaként a yors őzelvétel, illetve tüzelőanya áram változtatás hatásán mutatjuk be. Urásszerű őzelvétel változásnál (növekedésnél,.41.a) ábra): Azonnal mekezdődik a őznyomás csökkenése, ennek hatására tüzelőberendezés elszabályozása. A bevezetett tüzelőanya mennyisé 70

75 nayobb nyomáscsökkenés esetén mint a pontvonal mutatja az eyensúlyi érték ölé nőhet. A nyomáscsökkenés hatására a víztérben lévő őzbuborékok kitáulnak, a nayobb tüzelési teljesítmény hatására a őzejlődés intenzívebbé válik, emiatt yors vízállás emelkedés, ezzel a tápvíz betáplálás csökkenése következik be. Íy a többlet őzelvételt a kazán döntően nem a telítési hőmérsékletnél hideebb tápvízáramból, hanem a kazánban tárolt vízmennyiséből biztosítja. A maas vízállás, intenzív kiőzölés a cseppelraadás növekedésére, a őz elsózódására, a őzhőmérséklet letörésére vezethet. p dob -Δp p dob +Δp h h, vízszint +ΔW tv h h, vízszint +ΔW tv W tv W tv, tápvízáram -Δh W tv W tv, tápvízáram -Δh G G +ΔG +ΔG B +ΔB B +ΔB τ τ a) Gőzáram változtatása b) Tüzelőanya áram változtatása.41 ábra Nayvízterű kazán viselkedése yors őzelvétel, illetve tüzelési teljesítmény változtatás hatására A nayobb tüzelési teljesítmény hatására meindul a őznyomás növekedése, a tápvízáram visszaeséséből adódóan esetle az eyensúlyi érték ölé lendülve. Ez visszahathat a tüzelési teljesítményre, csökkentve azt. Az intenzív kazánvíz oyasztás hatására a vízállás yorsan csökken, mekezdődik a tápvízáram növekedése, amely lehűti a kazánvizet, ezzel annak őztartalma csökken, ami yorsítja a vízállás csökkenését, a tápvízáram növekedését. A túllendült kazánnyomás csökken. Az elvezetett őznél nayobb vízáram mellett mekezdődik a vízállás növekedése, a tápvízáram csökkenése, a kazánvíz átlaos őztartalmának növekedése. Utóbbi ismét az eyensúlyi szint ölé növeli a vízállást. Újabb vízáram csökkenés indul el. Íy a vízállás (és arányos szabályozás esetén a őznyomás) a korábbinál kisebb eyensúlyi értékre általában csak csillapodó lenéssel áll be. Urásszerű tüzelőanya áram változásnál (növekedésnél,.41.b) ábra): A nayobb tüzelési teljesítmény miatt nő a őzejlődés intenzitása, amely a őznyomás és a vízállás növekedéséhez vezet. A tároló képesséből adódó késedelemmel mekezdődik a őzáram növekedése. A vízállás növekedése a tápvízáram csökkenését, ezzel az előzőekhez hasonlóan a őznyomás és a őzáram yorsuló növekedését eredményezi. 71

76 A döntően a tárolt kazánvízből történő többletőz szoláltatás a vízállás csökkenésére, tápvízáram növekedésére, csillapodó lenések kialakulására vezet. A olyamat véére a beavatkozást meelőzőnél nayobb őznyomás, illetve kisebb vízállás alakul ki. Az új eyensúlyi állapot kialakulására vezető változások amelyekben a bemutatott példák alapján a kazánok tároló képessée mellett különös jelentősée van a víztérben lévő őztéroatnak, és a őzejlődés intenzitásának az eyéb zavarások esetén is az előbbiekhez hasonlóan játszódnak le, és mindi számítani lehet a vízállás, őznyomás, őzhőmérséklet csillapodó lenésére. Gyakorlati szempontból a meenedett kitéréseket a kazán mehibásodásának (vízállásnál a túlhevítő elsózódásának, őzelvételnél az elételen hűtés, őzpárna kialakulásának) elkerülése határozza me. Bár a várható változások részben elméletile is számíthatók, mindi indokolt a szállító által arantált értékek kísérleti ellenőrzése is [.5]. Dinamikai jellemzők. A berendezések üzemi viselkedése szempontjából ontos jellemző, hoy ey adott őzelvétel változásnál mennyire változik a őznyomás, illetve a meenedett őznyomásváltozás mekkora őzelvétel változást tesz lehetővé. Ezek számítására a tároló képessére, illetve a tüzelésre vonatkozó időállandók alapján van lehetősé [.6]: A relatív nyomásváltozás G naysáú őzelvétel változás esetén (az időállandók értelmezése a.43. ábrán látható): p d G T T 1 e.0 p n G n TT A nyomásváltozás mértéke lehetőle ne haladja me a ±4% értéket. A meenedett nyomásváltozáshoz tartozó őzelvétel változás az előbbi képlet átrendezésével: G pd TT 1.1 G n pn T T 1 e A meenedhető urásszerű őzelvétel változás elvárt értéke nayvízterű kazánoknál lealább ±10%. A olyamatos terhelésváltoztatás meenedhető értéke T dg pd TT e G n. d pn T T 1 e A T T tárolóképesséi, illetve T tüzelési időállandó meállapítása üzemi mérések alapján történik A T T [s] tárolóképesséi időállandót a c T [k/bar] tárolóképesséi állandó seítséével számítják. 7

77 T T p n ct.3 G n p [bar] G [k/s] Δp d Gőznyomás Gőzáram Δm τ 1 τ.4. ábra Tárolóképesséi állandó mehatározása a kazán kisütésével τ [s] A c T állandó értékét a kazán állandó tüzelési teljesítmény melletti kisütésével, vay eltöltésével lehet meállapítani (.4. ábra). c T p 1 d 1 Gd.4 Előbbi képletekben: p d a kazán, mint tároló kisütése, illetve eltöltése alatti dobnyomás változás a 1 és időpontok között [bar], G őzelvétel változás az eyensúlyi állapothoz viszonyítva [k/s], p n névlees dobnyomás [bar], G n névlees őzteljesítmény [k/s]. G T 1 T Gőzelvétel változása B T h T k Tüzelési teljesítmény változtatása T ábra Tüzelés időállandójának mehatározása Az ábrán T 0 : elutási idő, T h : holtidő, T k : késedelmi idő, T : tüzelés időállandója, T a =T 1 +T : átviteli idő. τ A tüzelés átviteli üvényének (.43. ábra) jellemzőit állandó őzelvétel melletti tüzelési teljesítmény változtatás nyomásváltozásra yakorolt hatásának vizsálatával lehet meállapítani. A tárolóképesséi időállandó, T T értékére, nayvízterű kazánokra, az irodalomban [pl.:.6] s érték található. A korszerű, anyatakarékos berendezésekre saját méréseink csak <1100 s értéket adtak. A tüzelési időállandó, T szénhidroén tüzelés esetén általában s között van. Az előbbiek mellett mindi ellenőrizni kell a vízállás változását is, hoy a tároló képessé szempontjából meenedhető, 73

78 előbbi képletekből számítható őzelvétel, őznyomás változásnál vajon nem következik-e be a kazán elhabzása, ennek következtében a túlhevítő elárasztása, elsózása, a őzhőmérséklet letörése. A különéle korlátok alapján adódó lekisebb érték oja mehatározni a tényleesen meenedhető urásszerű őzelvétel változást. Meenedhető nyomáscsökkentési sebessé. Mint az előzőekben arra utaltunk, a nyomáscsökkentés hatására bekövetkező esetlees helyi őzilm, őzduó képződést amely a szerkezeti anyaok túlhevülésére, szövetszerkezeti károsodásra, kedvezőtlen esetben a teherbírás elvesztésére vezethet mindenképpen me kell akadályozni. A őzilm, őzduó képződés lehetősée uyanis a kazán nyomásának csökkenésekor mindazokon a helyeken ennáll, ahol a valódi közehőmérséklet nayobb, mint a ténylees helyi nyomáshoz tartozó telítési hőmérséklet. Nayvízterű kazánoknál a víztérben, a üstcsöveken keresztül leelé áramló közeben is előordulhat őzképződés. Gyors nyomáscsökkenés esetén az előzölötető elületek őztermelése átmenetile (mivel a hőátadó elületek alhőmérséklete, elületek melletti köze entalpiája a nyomáscsökkenést meelőző állapotnak elel me, íy a lecsökkent telítési hőmérséklethez tartozó, az előzölés intenzitását mehatározó túlhőmérséklet) menövekszik, az áramló közeben lévő őz téroatelemek kitáulnak, ezáltal a őz téroataránya a kazánban menő. Ebből adódóan a ajsúlyarányok helyile is eltolódnak, és az áramlási viszonyok is meváltoznak. Kritikus estben az is elképzelhető, hoy a keletkező őzbuborékok nem tudnak eltávolodni a űtőelülettől, ezzel a alhőmérséklet növekedését, szerkezeti anyaok károsodását idézhetik elő. A jelenséet az előzölötető szakaszok hosszváltozásának elkerülésével lehet meelőzni. Ez akkor teljesülhet, ha a nyomáscsökkenésből adódó telítési hőmérséklet-csökkenés az L áramvonal hosszon nem halad yorsabban, mint ahoy a helyi hidrosztatikus nyomáshoz tartozó telítési hőmérséklet lecsökken (8.1. ejezet, ábra): p Hw [N/m s].5 L ahol: H a leelé áramló szakasz eodetikus maassáa [m], a leelé áramló szakaszban lévő köze átlaos sűrűsée [k/m 3 ], w a leelé áramló köze átlaos sebessée [m/s], L a leelé áramló szakasz hossza [m]. Az előzőekből is meállapítható, hoy a nayvízterű őzkazánok a látszóla eyszerű konstrukció, bevált, nay számban alkalmazott szerkezeti részletek, hosszú üzemi tapasztalat ellenére ondos tervezést iényelnek, a tartós, zavarmentes működéshez a lehetsées üzemállapotok alapos elemzését kívánják. Ehhez, mé a mai korszerű számítástechnikai háttér mellett is yakran van szüksé üzemi vizsálatokra. 74

79 .. Vízcsöves őzkazánok A vízcsöves őzkazánokat az előzölötető rendszerbeli cirkuláció módja (természetes cirkuláció, kényszerített kerintetés, kényszerített átáramlás), a természetes cirkuláción belül a vízcsövek hajlásszöe, (a réebbi besorolás alapján erde-, meredekcsöves, besuárzott tűzterű) alapján osztályozzuk. A hőhasznosító kazánok és az előbbi osztályozásból kilóó különlees kazánok többsée is vízcsöves kivitelben készül. A vízcsöves őzkazánok a nayvízterű kazánokhoz viszonyítva általában nayobb enedélyezési nyomásra, rissőz hőmérsékletre, őzteljesítményre készülnek, de kis teljesítményű kazánokat, akár kényszerátáramlással is építenek vízcsöves kivitelben. Nayvonalúan általánosítva a vízcsöves kazánok a nayvízterű kazánokhoz viszonyítva anyatakarékos, de munkaiényesebb berendezések, utóbbi ellenére bizonyos vásárlói iények esetén a vízcsöves meoldás kisebb teljesítmény esetén is előnyösebb lehet a nayvízterűnél. A berendezéseket ipari és erőműi alkalmazási cél szerint is mekülönböztetik, de ez nem jelent alapvető különbséet, hiszen az ilyen berendezéseket iénylő ipari üzemeknél csaknem minden esetben van házi erőmű, amely az üzemi őziények azdasáos kieléítését biztosítja. Íy az erőműi jelző inkább a lényeesen nayobb teljesítményre készített, a körolyamat lehető lejobb hatásokára és a villamoseneria-rendszer változó iényeitől, értékesítési lehetőséeitől üő üzemvitelre optimalizált berendezésre utal. Az ipari berendezéseket nayon sokéle névlees paraméterre (őznyomás, őzteljesítmény, őzhőmérséklet) készítik, de a rendelések yors teljesíthetősée és a költséek csökkentése érdekében méis meiyelhető eyajta tipizálásra törekvés. Az alapparaméterek rendszerint sorozatot (például őzteljesítményre: 6,4, 8, 10, 1,5, 0, 5, 40, 64, 80, 100, 15 t/h, enedélyezési nyomásra: 0, 5, 3, 40, 64, 80, 100, 15 bar, őzhőmérsékletre: 30, 350, 380, 40, 450, 480, 500, 50 C) követnek. Erőműi alkalmazások estén 135 bar őznyomáshoz C, 165 bar őznyomáshoz C, e ölötti őznyomások esetén a szerkezeti anyaok által meenedett C őzhőmérséklet alkalmazása szokásos. A őzteljesítményt a őzturbina névlees teljesítményéhez, a körolyamat paraméterei (hatások, önoyasztások, tápvíz hőmérséklet) határozzák me. Mí az ipari kazánok (lealább részeyséeik) a vásárlói iények yors, jó minőséű, versenyképes árú kieléítése érdekében sorozatban yártott berendezéseknek tekinthetők, addi az erőműi kazánok, mé azonos tüzelőanya minősé, paraméterek esetén is inkább eyedi yártmánynak számítanak. Utóbbiaknál a körolyamat hatásokának javítására a üstázok minél kisebb hőmérsékletre történő lehűtésére, már nem a kazánhoz tartozó, a őz körolyamatba interált (a korrózió elkerülésére leinkább) műanya hőcserélőket is alkalmaznak. Az előbbieknél kevesebb yártmányra, íy nayobb hatékonysára való törekvés is meiyelhető. A ГOCT számú, orosz szabvány például csak a 35 bar/435 C, 90 bar/535 C, 130 bar/565 C, 40 bar/560 C paraméter sorozatot határozta me. 75

80 Vízcsöves kazánokat mindenéle tüzelőanyara, tüzelési módra készítenek: Különéle szenekre, rostély, szénpor és luidtüzeléssel, utóbbiak tűztér kialakítása, kazánszélessée nincs a rostélyméretekhez kötve. Fűtőolaj-, öldáztüzelésre. Biomassza hasznosításra, rostély, luidtüzeléssel. Maradék anyaok (például papíryári lú) hasznosítására. Hőhasznosító kazánként ázzal hűtött atomreaktoroknál, ázturbinák után, technolóiai olyamatok hulladék hőjének hasznosítására. A berendezések kialakítása a tüzelőanyatól, tüzelési módtól, nyomástól, alkalmazási céltól üően nayon sokéle lehet. A következőkben néhány jellezetes, ma is üzemben lévő, vay yártott elrendezést vázolunk..1. Gőzkazánok természetes cirkulációval A leeyszerűbb konstrukciós kialakításoknál a olyadék és őze közötti sűrűsékülönbséet használjuk ki a űtőelületek hűtését biztosító közeáramlás meindítására, olyamatos enntartására. A lehetősé azonban korlátozott, és elhasználása lényeesen beolyásolja a berendezés kialakítását: Uyanis a sűrűsékülönbsé a nyomással csökken, íy ilyen kazánok üzembiztosan csak mintey 175 bar rissőznyomási (195 bar dobnyomási) építhetők. A nayobb nyomások mellett kialakuló áramlási sebesséek már nem tudnák biztosítani az előzölötető elületek kellő hűtését. Másrészt, miután a elhajtóerő: p H ), a H eodetikus ( olyadék keverék maassáal növekszik (részletesen lásd.3. ejezetben) a kisebb sűrűsékülönbséet bizonyos mértéki a maassá növelésével ellensúlyozni lehet. Ezért amí mintey bar nyomási az ipari őzkazánok alacsonyak lehetnek és vízszintes üstázvezetéssel is építhetők, addi e ölött csak üőlees üstázvezetésű kazánok készülnek és a nyomás növelésével a kazán (előzölötető rendszer) maassáát is növelni kell. Ey további jellezetessé, amely az 1.4. ábrához kapcsolódó mayarázattal van összhanban: kisebb nyomásoknál csaknem mindi találunk konvektív előzölötetőt is, nayobb nyomásoknál azonban ilyen űtőelületre a pároláshő csökkenése miatt már nincs szüksé, illetve lehetősé. Ennek ellenére bizonyos kazányártók [] mé 150 bar kazánnyomásnál is alkalmaznak a túlhevítők után elhelyezett, Stirlin rendszerű (kétdobos) előzölötető elületet. A különéle vevői iények lehető leyorsabb, lejobb minőséű teljesítéséhez a már említett sorozatyártás mellett minimalizálni kell a dráa, időiényes helyszíni szerelés mennyiséét is. Ennek érdekében a kazánokat tipizálják, típuselemekből állítják össze, kisebb teljesítményű berendezéseknél lehetősé szerint a nyomástartó részt (akár a hőszieteléssel is) a yártóműben készre szerelik (.65. ábra). Ipari kazánok. A modern vízcsöves kazánok kisebb nyomásnál is ( ábrák) besuárzott tűztérrel rendelkeznek, rendszerint kéthuzamúak, de háromhuzamú elrendezésben is készülnek [.46. ábra]. Kéthuzamú kivitelnél, amelyet általában 8-40 t/h őzteljesítményre, 45 bar őznyomási, 450 C őzhőmérsékleti ajánlanak, az oldal- és válaszali membránal csövei az alsó dobból indulnak és a első kazándobba kötnek be [.44. ábra]. A második huzami előzölötető elület a 76

81 kazándob kisebb yenítésére minden esetben sakktáblás csőosztással készül. A változó névlees teljesítmény iényhez a tipizált tűztér keresztmetszet méreteivel és a kazán hosszúsáának lépcsős változtatásával alkalmazkodnak. Mellső al, első kamra Éőnyílás Konvektív előzölötető Bandázs Besuárzott tűztér Határoló elületek Mellső al, alsó kamra.44. ábra Vízcsöves kazán keresztmetszete A tüzelőberendezések (ey, vay több szénhidroén éő) a kazán homlokalára kerülnek beépítésre. Rostélytüzelés esetén a rostélyt a tűztér enék helyére építik be, ezért a tűztér szélesséét a rostély szélesséének meelelően kell választani (.51. ábra). Az oldalal tűztéreneket és tűztértetőt alkotó részei a szüksées hajlásszöel (a enéknél lealább 7-10, a tetőnél lealább10-15 ok) készülnek. A homlok és hátal alsó és első kamrát összekötő eyenes csövekből áll. A kamrákat nay átmérőjű vízbekötő, illetve összekötő csövekkel kötik össze az alsó, illetve első kazándobbal. Tűzálló téla borítás.45. ábra Kéthuzamú vízcsöves kazán hosszmetszete A kazán hosszát elsősorban a lán hosszúsáa, az ééstermékek biztonsáos lehűtése határozza me. Olyan berendezések is készülnek, ahol a tűzteret is tartalmazó első huzam hosszabb a lánhosszúsánál és a második huzamba ey, a lán hosszúsáának meelelő távolsában elhelyezett, a hátallal párhuzamos orrcsövekből álló al (.60. ábra) mekerülésével léphet át a üstáz. Az íy beépített, két oldalról űtött előzölötető elület jelentősen növelheti a kazán teljesítőképesséét, eyúttal csökkenti az átlépő keresztmetszetben lévő előzölötető csövek, illetve a túlhevítő elületek mehibásodásának veszélyét is. A tűzteret határoló, jól űtött előzölötető elületek bizonyosan orrcsövek. Az alsó és első kazándobot összekötő, yenébben űtött konvektív előzölötető csövek rendszerint ejtőcsőként viselkednek. A tűztér enekét, előzölötető huzamokban a kazándobok, kamrák üstázzal érintkező elületeit az eyenlőtlen űtés és a 77

82 korrózió elkerülésére minden esetben kellő vastasáú tűzálló télával, masszával borítják. A túlhevítő a közbenső hőmérséklet szabályozás érdekében rendszerint osztott kivitelben, vízszintesen ektetett csőkíyókból összeállítva, a második huzam elején kerül elhelyezésre. Kialakítása a őz hőmérséklettől üően lehet eyen, vay ellenáramú, a csőosztás rendszerint sakktáblás. A vízhevítő külön eyséet alkot, és a üstcsatorna elrendezés szempontjából kedvező szakaszában kerül elhelyezésre. Mindi ellenáramú, sakktáblás csőosztással készül. Beüesztett túlhevítő Tűzálló téla borítás.46. ábra Háromhuzamú vízcsöves kazán hosszmetszete A t/h őzteljesítményre is ajánlott háromhuzamú kivitelnél (.46. ábra), nem ekvő, hanem inkább a tűztértetőn, első kazándobon nyuvó acélszerkezetre elüesztett, vay az alapkereten alátámasztott túlhevítőt alkalmaznak és (a.50. ábrán vázolt meoldáshoz hasonlóan) yakori az oldal és válaszali orrcsövek alsó, első kamrákba történő csatlakoztatása, melyeket nay átmérőjű csövekkel kötnek össze az alsó dobbal, illetve a első dob őzterével. Miután a két oldalról űtött, többlet válaszallal az előzölötető elülete menövekszik és a harmadik huzam elején a túlhevítőknek nem kell helyet hayni, a tápvíz előmeleítő elület is elhelyezhető a kazánban. Uyanakkor a nayobb szélessé miatt az ilyen berendezéseknél csak speciális esetben (pl.: hajón történő helyszínre szállítás) lehet mód a nyomástartó rész yári összeállítására, nyomáspróbájára. A névlees teljesítményiényt általában a kazán maassáával, hosszúsáával követik..47. ábra Füőlees üstjáratú vízcsöves kazán 78

83 A nyomás, kazánteljesítmény növekedésével a kazán maassáát a teljesítményiénytől üetlenül is növelni kell (.47. ábra). Az éők a kazán homlokalára, vay a tűztér enekére kerülnek. A túlhevítő elületet széthúzott, válaszali orrcső ráccsal árnyékolják. A lán véének átkeverésére csaknem minden konstrukciónál terelést alkalmaznak. A két oldalal alsó kamrákból indul, és első kamrákba köt be. A kamrákat nay átmérőjű csövek kötik össze a kazándobokkal. A két kazándobot összekötő előzölötető csövek, melyeket a üstáz a terelőlemezek kialakításától üően kereszt, illetve hosszirányban jár át, részben emelő, részben ejtőcsövek. Az áramlási irány a terheléstől üően is változhat, íy meelelő hűtésük bizonytalan lehet, több kazányártó közbenső huzamot alkalmaz (.48.ábra), amely növeli az előzölötető elületet, és a csőköte előtti üstázhőmérséklet csökkentésével eyértelművé teheti a két kazándobot összekötő, előzölötető csövek ejtőcső jelleét..48. ábra Füőlees üstjáratú háromhuzamú kazán A kazándobokon lévő uratok számának csökkentésére yakran alkalmazzák az ábra jobb oldalán vázolt meoldást, amelynél a homlokali csőrendszer szakaszolásával, kamrák közbeiktatásával csatlakoztatják a tűzteret a második huzamtól elválasztó tűztér hátalat. Íy a első kamra és kazándob közötti csövek osztásának meelelő meválasztásával a túlhevítő csövek optimális átvezetése is biztosítható. A hasonló kazánszerkezeteknél a tápvíz előmeleítő elhelyezésére a kazán után, a üstcsatornában kerül sor, amely lehetőséet ad a tápvíz előmeleítő áramlási keresztmetszetének, elrendezésének optimális meválasztására is. Ezeket a kazántípusokat t/h őzteljesítményre, 80 bar őznyomási, 50 C őzhőmérsékleti készítik. A kazánokat a változó névlees teljesítményhez azonos, tipizált maassá, tűztérmélysé mellett rendszerint a kazánszélessé és a homlokali éők számának növelésével illesztik. A kazán nyomásának további növelésével (már bar elett) az alsó dob és a konvektív előzölötető elület elhayható (.49. ábra). A tűztér határoló elületei orrcsőként, a második huzam hátsó elülete ejtőcsőként működnek. A kazán az ábrán vázolt módon, a homlokalon elhelyezett szénhidroén-, vay a tűztér és a második huzam enekének tölcséres kialakításával, szénportüzeléssel is mevalósítható. A teljesítmény, őzhőmérséklet az előbbi értékeknek meelelően, a őznyomás mintey 15 bar nyomási szokásos. 79

84 Tápvíz bevezetés.49. ábra Kéthuzamú vízcsöves kazán Mí az előbbi kazánok, a.44. ábrán vázolt kialakításhoz hasonlóan, alátámasztott kivitelben készülnek, és íy nincs szüksé kazánállványzatra, addi a.49. ábra szerinti meoldásnál szüksées a kazándob elüesztése, ami kazánállványzat építését is iényli. Ez lényeesen medráíthatja a berendezést, menövelheti az építési időt. Erre tekintettel ejlesztették ki a.50. ábrán vázolt konstrukciót. Tápvíz bevezetés.50. ábra Eydobos vízcsöves kazán Ennél a kazándob két oldalán, két nay átmérőjű, növelt alvastasáú, alul metámasztott ejtőcsövön támaszkodik, íy állványzat alkalmazása szüksételen. A további alátámasztást a mellső és válaszali alsó kamrák teherhordó kialakítása biztosítja. További jellezetessé a közös alsó, első oldalali kamrák alkalmazása. A dob alatti, második huzami, oldalali csövek vay közvetlenül a dobba, vay a dob alatti seédkamrákba csatlakozhatnak..51. ábra Kéthuzamú vízcsöves kazán rostélytüzelésre 80

85 A biomassza tüzelésre készített kisebb teljesítményű kazánokat általában rostélytüzeléssel látják el. Miután a különéle bio tüzelőanyaok hamujának olvadáspontja a szenek hamujához viszonyítva alacsonyabb, általában a szokásosnál nayobb tűztérre van szüksé. A túlhevítőket a.51. ábrán vázolt módon árnyékolva, vay a tűztér ölé belóatva, árnyékolás nélkül helyezik el. Az oldalalak alakja (mint hulladéktüzelésre a.56. ábrán látható) a boltozatok kialakításához iazodhat. A tűztér elületeket a rostély elett különösen a yújtó, terelő boltozatoknál tűzálló burkolattal látják el. Az előbbi berendezések csak konvektív túlhevítő elületeket tartalmaztak. Az úynevezett viláító lánoknál (szén és olajtüzelés esetén) célszerű besuárzott túlhevítő elületek alkalmazása is. E mellett szénportüzelésnél arra is különös ondot kell ordítani, hoy a üstázból a kazánban kiváló pernye akadálymentesen távozhasson, ne okozzon duulást. Ennek érdekében a üstjáratok alsó, erde elületeit kellő naysáú hajlásszöel kell kialakítani. Erőművi kazánok. A.5. ábrán vázolt szénportüzelésű kazánnál az előbbiek mellett további jellezetessé, hoy az előzölötetés hőiényének csökkenése miatt a üstázjáratokat határoló elületek ey része már nem előzölötetőként, vay tápvíz előmeleítőként, hanem altúlhevítőként kerül kialakításra. Nyilvánvaló, hoy a hőtáulás különbséből adódó járulékos hőeszültséek minimalizálására, e membránal túlhevítőkben a telítési hőmérséklethez viszonyítva csak mérsékelt hőmérséklet-emelkedés enedhető me. A tűztértölcsér az oldalelületek alsó részének erde kialakításával jön létre. A vázolthoz hasonló, kéthuzamú, kereszthuzamot is tartalmazó kazánok Európán kívül a lenayobb, erőművi méretben, üesztett kivitelben kényszerátáramlásra is készülnek []..5.ábra Kéthuzamú kazán, szilárd tüzelőanya elhasználására Az erőművekben alkalmazott, újrahevített őzt is szoláltató olaj/áztüzelésű őzkazánokat a yártók többsée enéktüzelésű kivitelben (.53. ábra) építi. A tápvíz 81

86 előmeleítő a kazántesten kívül kerül elhelyezésre. A második huzami űtőelületek be- és kilépő kamrái a huzam ejtőcsőként működő, hátsó alára vannak elüesztve..53. ábra Fenék tüzelésű erőművi kazán Meiyelhető, hoy a hőátadás naysáát mehatározó üstáz-köze oldali hőmérséklet-különbsé növelésére a üstázáramban leelöl kilépő (túlhevítő, újrahevítő) okozatok vannak és sorrendben a leutolsó az újrahevítő belépő okozata. Ezzel szemben az előbbi, szénportüzelésű kazánnál az optimális csőanya választás érdekében, a csőalhőmérséklet csökkentésére a lejobban űtött, besuárzott túlhevítő elületet nem a kilépő, hanem ey közbenső okozat alkotja. A csőalhőmérséklet csökkentésére mindkét berendezés kilépő túlhevítő okozata eyenáramú kapcsolású. A vízszintesen elhelyezett űtőelületeket a enéktüzelésű és a.5. ábrán vázolt, szénportüzelésű kazánnál is leelé átáramlott, túlhevítőként kapcsolt, úynevezett üesztő csövek tartják. A tető túlhevítő tűztér ölötti része besuárzott túlhevítőként viselkedik. Konvektív túlhevítő Besuárzott túlhevítő Tápvíz előmeleítő Tápvíz előmeleítő.54. ábra Kéthuzamú őzkazán Ey csaknem univerzálisan alkalmazható, erőművi kazán konstrukciót mutat a.54. ábra (a vázlaton a kazándobot, csatlakozó csővezetékeket elhaytuk). 8

87 Jellezetessée a tűztér eletti keresztmetszet arányos meosztása, ebben a túlhevítő, újrahevítő és tápvíz előmeleítő űtőelületek elhelyezése. A vázolt meoldás enéktölcsérrel szénportüzelésű, de a tűztér enék meelelő kialakításával szénhidroén tüzelőanyaokra enék-, ront-, vay boxer tüzelésű változatokat is építettek. A meoldás a tipizálás kiváló példája, hiszen a tűztér maassáának, keresztmetszetének, enékkialakításának és a kazán maassáának lépcsős változtatásával azonos elemekből csaknem minden vásárlói iény kieléíthető. A üstáz két huzam közötti irányváltása, ennek következtében a üstázban lévő pernyeszemcsék eyenlőtlen eloszlása a második huzamban jelentős kopást eredményezhet, íy a konstrukció üzembiztosan csak kis hamutartalmú szénéleséekre alkalmazható. Sarokcsöves kazánok. A vízcsöves őzkazánok nay számban yártott változata az úynevezett sarokcsöves kazán konstrukció [.83]. Jellezetessée, melyről elnevezését kapta, hoy a kazántest élein nayobb átmérőjű, eymással összeheesztett, közeáramlás szempontjából sorba, vay párhuzamosan kapcsolt csövek vannak elhelyezve és az előzölötető, tápvíz előmeleítő csövek ezekhez csatlakoznak. A.55. ábrán vázolt, tipikus meoldásnál a kazándobot a homlokal üőlees alkotóit képező ejtőcsövek támasztják alá, ezekből történik a homlok és oldalali alsó kamrák ellátása. A homlokali, az S alakban vezetett válaszali és az oldalali csövek orrcsövek. Előbbiek keresztkamrákba, utóbbiak az oldalal első alkotóin elhelyezett yűjtőkamrákba vezetnek. Ezek elett azonos méretű, a véűkön és eyey átömlő csővel a yűjtőkamrákkal összekötött, úynevezett túlolyó csövek utnak. A yűjtőcsövek a dob vízszintjének maassáában vannak elhelyezve, a túlolyó csövek a őztérbe kötnek be. A meoldás a keletkezett őz könnyű távozását, ezzel az áramlási ellenállás minimalizálást teszi lehetővé. A tűztér enék meelelő kialakításával rostélytüzelésű változat is készül. Túlhevítő Konvektív előzölötető Fojtás.55. ábra Sarokcsöves őzkazán A túlhevítők az oldalalakon, seédcsövekkel kialakított ablakokon keresztül kerülnek beépítésre. Érdekes, melevíz és orróvíz kazánoknál is alkalmazott meoldás a konvektív előzölötető kialakítása. Mint az ábra jobb oldalán lévő részlet vázolja, az oldalal üőlees orrcsöveibe ey elzárást, vay szűkítést meelőzően és követően csatlakoznak a kisebb átmérőjű U alakú vízszintes elrendezésű, űtött csőkíyók. A két oldal azonos kialakítása érdekében a konvektív előzölötetőt alkotó csőkíyók elváltva, hol jobb, hol bal oldalról indulnak. A cső elrendezés lehet az ábrán vázolt sakktáblás, vay soros is. 83

88 Tápvíz előmeleítő Konvektív túlhevítők.56. ábra Hulladéktüzelésű őzkazán Hulladéktüzelésű, biomassza kazánok. Jelentős számban készítenek hulladéktüzelésre is vízcsöves kazánokat. Ezek konstrukciója az adott hulladékra optimálisnak talált (rendszerint rostély) tüzelő berendezéshez történő illesztés kialakításában, másrészt a hayományos tüzelőanyaokhoz viszonyítva lényeesen kisebb hőmérsékleten meinduló maas hőmérsékletű korrózió elkerülésére tér el az előző berendezésektől (.56. ábra). A tüzelő berendezésekhez történő meelelő illesztést, a suárzó, terelő boltozatok kialakítását, a tűztér homlok és hátali csöveinek vonalvezetése biztosítja. A csőelületeket a yulladáshoz, kiééshez szüksées hősuárzás biztosítására tűzálló anyaokkal borítják. A maas hőmérsékletű korrózió meelőzésére a üstázokat a túlhevítő elülettel történő érintkezés előtt lehetőle besuárzott elületekkel jól le kell hűteni. Ezért a konvektív elületeket tartalmazó üstázhuzam előtt rendszerint ey üres, besuárzott üstázhuzam is kialakításra kerül. Eyes kazányártók ebben elhelyeznek besuárzott űtőelületet is. A tűztér elületét a rostély elett különösen, de célszerűen teljesen (beleértve az átlépő keresztmetszet csöveit is) korrózióálló edéssel, bevonattal kell ellátni. Ebből adódóan, a hulladéktüzelésű kazánok ajlaos, elületre vetített őztermelő képessée a hayományos tüzelőanyaokkal űtött kazánokhoz viszonyítva sokkal kisebb. A luid tüzelésű kazánok ( ábrák) lényeesen eltérnek az előbbi konstrukcióktól. Alapvető jellemzőjük, hoy a nay porterhelésű tűztérben csak az áyban, illetve a határoló alakon helyeznek el űtőelületet. Az utóbbiak általában előzölötető elületek, esetenként a túlhevítő valamelyik közbenső okozata, altúlhevítőként kialakítva. A többi űtőelület a második, harmadik, kisebb porterhelésű huzamokban van, a szokásos túlhevítő, újrahevítő, tápvíz előmeleítő sorrendben. A luid áyas kazánok kisebb teljesítményre (<0 t/h), esetenként több, a teljesítménytől üően működő áyal (íy tűztérrel) is készülnek. Ipari, erőművi célra a cirkulációs luidtüzelésű kazánokat alkalmazzák, akár 500 MW villamos teljesítményi is. Ezeknél a kazánoknál (.58. ábra) a tűzteret mindi porleválasztó követi, amely az esetek döntő részében több, párhuzamosan kapcsolt, rendszerint hűtött ciklonból áll. De alkalmaznak [,.30] a tűztér és kereszthuzam közötti belépő keresztmetszetben, több sorban, eltoltan elhelyezett U alakú erendákat is, az áyból kihordott részecskék leválasztására, amelyek visszahullnak az áyba. Íy a kereszt és második huzam kialakítása a kisebb üstázsebessétől 84

89 eltekintve azonos maradhat a hayományos szénportüzelésű kazánokéval. Miután ezek leválasztási hatásoka a ciklonokénál rosszabb, a második huzam véére multi ciklon eyséet építenek be és az ezen leválasztott anyaot is visszavezetik az áyba. Ez a meoldás a szabadalom tulajdonosa szerint a ciklonos meoldáshoz viszonyítva 0-30%-al kisebb téroatot, kevesebb ventilációs teljesítményt iényel..57. ábra Fluid áyas kazán [.31] 1) Fluid áy kényszerátáramlású előzölötető hűtéssel, ) Éési leveő, 3) Áyleeresztés hűtéssel A.58. ábrán meiyelhető, hoy eyrészt a cirkulációs luidtüzelésű kazánoknál a tűztérkeresztmetszet jóval kisebb a szénportüzelésű kazánokhoz viszonyítva, másrészt a luidizáláshoz szüksées nayobb leveőnyomás miatt, csöves léhevítőt kell alkalmazni..58. ábra Cirkulációs luidtüzelésű kazán [,3] Ipari kazánok álló kivitelben. A vízcsöves kazánok különlees változata az álló kazán (.59. ábra), amely háztartási mérettől (ömb alakú kazándobbal) 80 t/h kazánteljesítményi, túlhevített őz előállítására is készülhet [.33] A kazán tűzterét, 85

90 üstázhuzamait szorosan eymás mellé illesztett, vay yűrű alakú membránalként kialakított üstcsövek alkotják..59. ábra Álló őzkazán A üstáz tűztérből első üstázhuzamba, illetve innen a további üstázhuzamokba történő átlépését az előzölötető csövek széthúzásával, modernebb konstrukcióknál a csövek közötti átlemez elhayásával biztosítják. A tűztér besuárzott, a üstázhuzamokban az áramlás a csövek tenelyével párhuzamos. A tűzteret határoló és a második-harmadik huzam közötti vízcsövek orrcsövek, a lekevésbé űtött, külső előzölötető csősor űtött ejtőcsőként működik. Nayobb nyomásnál a lemezből heesztett, alsó és első kazándob helyett csövekből kialakított yűrű alakú alsó és első kamrákat, és külső, űtetlen ejtőcsöveket alkalmaznak. A tüzelőberendezés elhelyezhető a kazán tetején, de a kazán meemelésével az alján is. A tetőn elhelyezett tüzelőberendezés kényes, és sok nehézséet okozhat amiatt, hoy kikapcsolása (éőn keresztüli huzat) esetén a tűztérben elmeleedő köze elelé áramlik, utánpótlás esetén jól átmeleítve a tüzelőberendezés szerkezeti elemeit is. Íy nayobb berendezéseknél a enéktüzelést, kisebbeknél inkább az ilyen kazánokhoz yártott tüzelőberendezésekkel, a tetőtüzelést választják. Kazántest alátámasztás, hőtáulása. Mint arra már utaltunk, a kazánok elűtése, lehűtése jelentős alakváltozással jár. Ennek követésére nayvízterű kazánoknál elésées volt a kazántest hossztenelye irányában bekövetkező alakváltozást ey ix, és ey vay több elmozduló alátámasztással követni. A nay méretű, vízcsöves kazánoknál ez nem elésées, íy a valódi, vay virtuális ix ponthoz viszonyítva a táulási lehetőséet minden irányban biztosítani kell. Az alátámasztott konstrukcióknál a ix pontot az alsó kazándob (vay a első kazándobot tartó ejtőcsövek támasztó patasorának) eyik véén, vay elező tenelyében célszerű kialakítani, és a többi, elmozduló alátámasztást e középponthoz viszonyítva suárirányban elhelyezni. Füőlees irányban a hőtáulás általában nem akadályozott, de a csatlakozó tápvíz, őz, tüzelőanya vezetékek rualmas alakváltozását, a kazántest és a üstcsatorna közötti mozáskülönbsé áztömör áthidalását, valamint a kezelőjárdák és a kazántest, épületszerkezet ütközésének elkerülését lehetővé kell tenni. A mozó alátámasztás meoldására többek között a hidaknál alkalmazott örős alátámasztás, vay például a.60. ábrán látható, csuklós meoldás kínál lehetőséet. 86

91 .60. ábra EVT vízszintes üstáz vezetésű, háromhuzamú, Serienkessel t/h teljesítményre [.34] A elüesztett kazánkonstrukcióknál (.61. ábra) a kazántest, kazándob, első kamrák a kazánállványzattal alátámasztott hídszerkezeten rendszerint kellő hosszúsáú, vízszintes irányú elmozdulást meenedő, az eyenletes teherelosztás érdekében yakran tekercsrúókkal alátámasztott rudazattal ünek. Az elmozdulás centruma a kazántest alkalmas üőleesében, a csatlakozó rendszerek iyelembevételével kerül kiválasztásra..61. ábra Kazándob és űtőelületek elüesztése [.35] Füőlees irányban a ix szintet a hídszerkezeten lévő elüesztési pontok adják. Az eész kazántest leelé tául. Például: 40 m kazánmaassánál, 170 bar őznyomásnál a kazán alsó részének a süllyedése a elűtés során a 150 mm-t is elérheti. A csatlakozó rendszereket (csővezetékek, csatornák, stb.) ezen alakváltozási lehetőséek iyelembevételével kell kialakítani, nem meeledkezve arról, hoy a őznyomás változása is a kazánburkolat, kamrák, stb. emelkedésével, süllyedésével járhat. Kisebb üesztett, leelé táuló kazánoknál olyan meoldást is alkalmaznak, amikor a kazán dobot, kamrákat nem üesztik, hanem alátámasztják ey állványzatra (a kazán tartószerkezetére) ektetett hídszerkezeten. Ezen 87

92 alátámasztások rendszerint a kazándob eyik véén kialakított ix pontból és ehhez képest suárirányban elmozduló örős alátámasztási pontokból állnak. Falazat, merevítések. Az eyes konstrukciók előbbi, vázlatos ismertetésénél nem tettünk említést a leontosabb szerkezeti elem, a vízcsövek kialakításáról. A hayományos, besuárzott tűzterű, alazott kazánoknál [.41,.4] a orrcsövek a tűztérhűtés szándékolt mértékétől üő osztással kerültek elhelyezésre (.6. ábra). A orrcső sort három (tűzálló, hőszietelő, teherviselő vörös télából készült) réteű alazattal burkolták. Az úynevezett nehéz, önhordó alazatnál a vastasá elérte a mm-t is. Gyakran az ejtőcsöveket is a alazaton belül vezették. A élnehéz, ~50 mm vastasáú alazatoknál a alazatot a sűrűn (5-8 mm hézaal) elhelyezett orrcsövekhez rözítették, íy az eyütt mozott a csövekkel. A élnehéz alazatot mindi, az önhordót yakran ellátták lemezburkolattal is. Manapsá ilyen alazatokat csak kis teljesítményű, biomassza tüzelésű kazánoknál alkalmaznak. Forrcsövek Tűzálló alazat Tűzálló alazat Ejtőcsövek Hőszietelő alazat Hőszietelő alazat Téla alazat Lemezborítás a) Háromréteű alazat b) Falazat, ejtőcsővel, lemezborítással.6. ábra Hayományos kazánalazat A korszerű alazatok kialakulásánál az első, lényees változást az úynevezett skin casin (melelemezes) meoldás (.63. a) ábra) hozta. Ennél a minimális hézaal eymás mellé helyezett, és ésűs lemezekkel összeoott orrcsöveket külső oldalukon, áztömören a ésűs lemezekhez heesztett acéllemezekkel burkolták, és kívülről a korábbi alazathoz képest könnyű, mintey 150 mm vasta hőszieteléssel, majd edőlemezzel borították. A meoldás a kazán tömörséének biztosítása mellett csökkentette a kazán önsúlyát, anyaiényét, munkaerő ráordítását és lényeesen yorsította a kivitelezés, üzembe helyezés idejét. A meoldás hátrányát a orrcsövek, lemezburkolat eyenlőtlen meleedéséből, hűtéséből adódó, átolt hőtáulás hatására bekövetkező varratszakadások jelentették. A orrcsövek ésűslemezből történő elszabadulása yakran a hőelvétel jelentős növekedésével, a cirkuláció elételenséével, ennek eredményeként a cső elszakadásával járt eyütt. A burkolólemez varratok repedése pedi a léelesle lényees növekedésére, pulzáló tüzelésnél akár üstázkiáramlásra is vezethetett. Ennek ellenére kevésbé elkészült, membránalak yártásához célépekkel nem rendelkező kazányártók, elsősorban ipari kazánoknál, jelenle is alkalmazzák. Az iazi áttörést a cső-át-cső, heesztett membránal kialakítás hozta. Ennél a áztömör, merev kazánal a csövek célépeken, átlemezekkel mindkét oldalon történő összeheesztésével (.63. b) ábra) jött létre. A membránal meátolta a csövek elszabadulását, a tömörtelenné válást. A szokásos csőméretek: 57 mm külső csőátmérő, 75 mm osztással, 76 mm csőátmérő. 100 mm osztással, illetve 90 mm csőátmérő 10 mm osztással. Természetes cirkulációjú kazánok tűzterében csaknem kivétel nélkül az első változatot alkalmazzák, a többi változat yenébben űtött, válaszali, hátsó ali elületek kialakításához alkalmas csak. Meelelő 88

93 berendezéssel nem rendelkező, kisebb kazányártók a.63.c) ábra szerinti, kézzel heesztett meoldásokat alkalmazzák, ezeknél a sűrűn eymás mellé helyezett csöveket közvetlenül, vay heneres közdarabbal, kézzel heesztik össze akár a elület teljes hosszában is. Mele lemez b) Cső-át-cső membránalas kazánal kialakítás Fésűs lemez Varratok c) Csövek összeheesztése közvetlenül, illetve közdarabbal a) Mele lemezes Skin Casin kazánal kialakítás.63. ábra Heesztett kazánal kialakítások Az uszonyos csövekből készített membránal (.64. a) ábra) jobb minőséet (nincs heesztési varrat a cső elületén), eyenletesebb csőkerület menti hőterhelés eloszlást, kevesebb heesztési varratot eredményez. Az úynevezett ómea, szuper ómea csövek nay terhelésnek, erős kopásnak (tűztértölcsér, luid áy oldalala, áyban elhelyezett űtőelületek) kitett helyeken alkalmazhatók. a) Uszonyos csövekből álló membránal b) Ómea csövekből álló membránal c) Dupla szuper ómea csövekből álló membránal.64. ábra Heesztett kazánal kialakítások A sarkok kialakításánál, párhuzamos csőrendszereknél át-át, merőlees csőrendszereknél ésűslemez-át csatlakozást alkalmaznak, a varratokat általában kézzel készítik. A membránalakat alkotó csövek kamrákhoz történő csatlakoztatásánál szűkítő közdarabokat alkalmaznak, íy a kamráknál a uratok közötti átméret nayobb a csövek közötti átlemez szélesséénél. Nyílások a kazánalon. A kazántesten a tüzelőberendezés elhelyezéséhez, a lán meiyeléséhez, a bemászó ajtók, a üstáz visszaszívó aknák, stb. kialakításához nyílásokat kell készíteni. Ez a membránal átmeneti meszakításával, kihajlított csövek közbeiktatásával lehetsées. A.65. ábrán, az oldalal elején látható iyelő nyílásokat két cső kihajlításával alakították ki. A üstáztömörsé érdekében a nyílások köré lemezkeretet (amelyet a iyelőablak, bemászó ajtó, robbanóajtó, stb. zár le) is ki kell képezni. A.66. a) ábrán jól látható, hoy hajlított csövekből tetszőlees alakú nyílás készíthető. Az ábrán a membrán elületet lezáró (és nayobb kiváások esetén eyúttal merevítő) keret is meiyelhető. 89

94 .65. ábra Szállításra előkészített kazántest [.36] A beillesztett, kihajlított csőszakaszok vonalvezetésénél, hosszánál különös iyelemmel kell lenni a csövek természetes cirkulációjának lehetősé szerinti azonossáára, az esetleesen menövelt űtés, illetve lecsökkent hűtés miatti mehibásodások veszélyének minimalizálására. Ennek érdekében a csövek kihajlítása helyett a.65. ábrán az éő-, illetve búvó nyílásnál alkalmazott, nayobb átmérőjű csőyűrűvel, mint yűjtő és elosztó kamrával kialakított kiváásokat is készítenek. A meoldás további előnye a lapos kialakítás, uyanakkor ilyen módon nayon merev, csak kisebb (<40 bar) nyomásoknál alkalmazható szerkezet jön létre. E mellett előállítása dráább lehet a csövekből készített kihajlítások yártási költséénél. a) Füstáz visszaszívó akna b) Bemászó nyílás.66. ábra Nyílások kialakítása [.37,.38] Falazat bevonása. A hulladéktüzelésű, luidtüzelésű berendezésekkel összeüésben utaltunk a tűztéri alazat burkolására. Ennek célja más a luid és más a hulladéktüzelés esetén. Előbbinél elsősorban a kopásállósá, utóbbinál a korrózióállósá a lényees. A meelelő anyaú, vastaabb bevonat csövekre történő elvitelére a csövek tüskézése (torkrétírozása) kínál lehetőséet. A tüskézés során a membránal csövekre, átakra a védeni kívánt szakaszokon, automatikus heesztő berendezéssel 8-10 mm átmérőjű, mm hosszúsáú csapokat (tüskéket) heesztenek, síkonként eltolva, osztásonként 3-4 darabot. A tüskézett elületet, kellő vastasában a kívánt célnak meelelő tűzálló betonnal, összeüően bevakolják ( belövik ), bedönölik. 90

95 .67. ábra Tüskézett membránal részlet [.39] Membránalak merevítése. A membránalak a csövekkel párhuzamos alkotók (átlemezek) mentén könnyen hajlanak. Ezért a tüzelés pulzációja, a belső túlnyomás vay huzat könnyen a elület deormációját, rezését eredményezné. E mellett a kazán határoló elületeinek a kamrákból, csővezetékekből adódó járulékos terheléseket is viselni kell. Íy a határoló elületeket merevíteni kell [.44]. Kisebb berendezéseknél erre a ésűslemez is alkalmas lehet, de az ipari, erőművi kazánoknál minden esetben bandázs szerkezetek beépítésére van szüksé. Ezeknek biztosítani kell a kazán hőtáulását, a membránal kitámasztását, uyanakkor mind üőlees mind kereszt irányban eyüttműködhetnek a membránalakkal. a) Mele bandázs [.41] b) Kettős bandázs [.41] c) Kazánsarok [.40].68. ábra Membránal merevítése A kialakításukat tekintve három alapváltozat szokásos, az úynevezett mele bandázs, a kettős bandázs, illetve a hide bandázs (.68. a-c) ábra). Előbbinél a csövekre merőlees, hajlító nyomaték viselésére kialakított, rendszerint U erendát, amelyet alul, elül elváltva a átlemezekhez heesztett tartóülekkel közvetlenül onak a membránalhoz, hőszieteléssel borítják. Íy eyensúlyi állapotban hőmérséklete a membránal hőmérsékletével lesz azonos, a kazán keresztirányú mozását nem átolja. Átmeneti állapotban a tartóülek deormációja eyenlítheti ki a hosszkülönbséet. Ez a meoldás általában kisebb méretű (.44.,.60. ábrák) berendezésekre alkalmas. Nayobb méretű, nyomású berendezéseknél a kettős bandázskialakítást alkalmazzák. Ezeknél a membránal hátoldalán, tartóülekkel alul, elül elváltva meoott, széles acélból készített melebandázs (inkább kapcsolólemez) ut véi (.68. b) ábra). Ezt kívülről mm maassáú, azonos szélesséű távtartók támasztják me, amelyek vízszintesen elmozdulhatóan támaszkodnak a hajlító nyomatékra méretezett, rendszerint I erendából kialakított hidebandázshoz. A csak hidebandázst tartalmazó meoldásoknál (.68. c) ábra) U alakú, (>80 mm szármaassáú) szárvéüknél a csövek közötti átlemezekre heesztett, talpukkal a 91

96 hidebandázsnak támaszkodó 0,5-1,0 m távolsában elhelyezett távtartókkal támasztják me a membránalat. A bandázsszerkezet súlyát a mele bandázson, tartóüleken keresztül a membránal viseli. Íy a hőtáulást meenedő, de széles alak esetén is kellően erős szerkezet alakítható ki. A hidebandázs véein (az alátámasztásoknál) ébredő erőket a sarokelemekkel a merőlees membránalba vezetik be (.68. b-c) ábrák). A sarokelemeknek eyrészt a csuklós rudazatokkal biztosítani kell a hidebandázs altól, mele bandázstól eltérő hőtáulását, másrészt a membránalra heesztett talplemezeken át az erőbevezetést. Olyan hidebandázs kialakítások is ismeretek, amikor a.68. c) ábrán bemutatott kettős csuklós szerkezet mellett a erendákat véeiken nyomórúóval is összekapcsolják, íy a reakcióerők kieyenlítésében a merőlees kazánal bandázsszerkezete is részt vesz. A kellő vastasáú hőszietelést (yakran több réteben) [.43] a átlemezekre, közel eyenletes osztásban ráheesztett, ~5 mm átmérőjű ~00 mm hosszúsáú rudakra tűzik rá, dróthálóval és a rúdvéek lehajlításával leszorítják, kívülről lemezburkolattal leedik. A bandázsyűrűk távolsáát, a bandázserenda méretét a merevíteni kívánt elület naysáa határozza me. 3-5 m-nél nayobb távolsáot általában nem alkalmaznak. A bandázsyűrűket yakran a üőlees, hosszirányú elmozdulást meenedő, a membránelületet a közbenső részen metámasztó, üőlees seédtartókkal is összekötik... Tűztér A vízcsöves kazánok eyik leontosabb űtőelülete a tűzelőteret határoló tűztéral, amely az 1.1 ejezetben összeolalt alapelvek iyelembevételével általában előzölötetőként szoláló, besuárzott űtőelület. A tűzterek eladata a tüzelőanyaok lehetősé szerinti teljes és tökéletes eléésének biztosítása, a üstázok kieészítő űtőelületek elszennyeződését, károsodását meelőző lehűtése, valamint a károsanya képződés minimalizálásának előseítése. Mí a nayvízterű kazánoknál a szabályzatok, szabvány eyértelmű előírásokat tartalmaznak a láncsövek méreteire, vízcsöves kazánokra a lehetőséek sokélesée miatt ilyen szabályozás nem alakult ki. Ezeknél a besuárzott tűzterek méreteit, alakját a elhasznált tüzelőanyaok sajátossáai mellett az éők elhelyezése, eysételjesítménye, kialakítása, a lánhosszúsá, lánútvonal, és a meenedhető maximális tűztérkilépő hőmérséklet határozzák me. Éőelrendezés. Az idők olyamán nayon sokéle éőelrendezést alkalmaztak, a leyakoribb meoldásokat méis be lehet sorolni néhány alapvető változatba (.69. ábra): Fronttüzelés: az éők ey vay több sorban, a tűztár homlokalára vannak beépítve. Olaj, áztüzelésre, olyékony hulladékok tűztérbe juttatására alkalmazzák. A tűztér szélesséét az éők eymás közötti, illetve az oldalalhoz képest biztosítandó távolsáa, a tűztér mélyséét a maximális lánhossz (a szúrólán kialakulásának elkerülése) határozza me. A tűztéri hőterhelés eloszlása eyenlőtlen, az éőövben az oldalalakon, illetve a hátalon alakulhat ki az átlaot lényeesen mehaladó hőáramsűrűsé. Az eyenlőtlensé a tűztér maassáa mentén is jelentkezik. 9

97 Boxer éőelrendezés: az éők ey vay több sorban a kazán két oldalalára, vay homlok, hátalára vannak beépítve, úy hoy a szemközti éők tenelye eymáshoz képest él osztással el van tolva. Elsősorban olaj és áztüzelésre alkalmazzák. Az eltolás lehetővé teszi, hoy az éők elhelyezésére szoláló alak távolsáa a kétszeres lánhosszúsánál kisebb lehessen. Hőáram eyenlőtlensé az oldalalakon (az éők elrendezése nem szimmetrikus) és a tűztér maassáa mentén alakul ki. Olyan meoldás is szokásos, amikor a él osztással történő eltolásra nem vízszintesen, hanem a szemközti alon lévő éősorok között üőlees irányban kerül sor. Sok, kisebb teljesítményű éő esetén szénportüzelésnél is yakori a szemközti alakon történő szimmetrikus boxer éőelrendezés is. a) Frontéők b) Boxeréők c) Fenékéő d) Sarokéők e) Tetőéő.69. Éőelrendezések [.45] Fenéktüzelés: ey vay több olaj, illetve áztüzelésű éő a tűztér enekére kerül beépítésre. A meoldás előnye a szimmetrikus (több éő esetén szimmetrikusabb) hőterhelés eloszlás. A tűztér keresztméreteit a lán átmérője, több éő esetén az éők között és a altól betartandó távolsáok, maassáát a lán hossza határozza me. Szilárd tüzelőanyaoknál nem alkalmazható. Saroktüzelés: a tüzelőberendezések a tűztér néy, üőlees alkotójának alsó részére kerülnek beépítésre. Elsősorban yene minőséű szenekre, úynevezett réséőkkel alkalmazzák, de jó minőséű szenekre, perdületes éők sorával is szokásos. Az éők beúvási irányát ey, a tűztér tenelyével azonos tenellyel elképzelt henerhez (esetenként elelé táuló csonka kúphoz) érintőleesen veszik el. Innen származik a yakorlatban használt tanenciális tüzelés elnevezés. A tűztéralak melletti recirkulációs zónák előseítik a tüzelés stabilitását. A hőterhelés eloszlása keresztirányban (a recirkulációs zónáktól, a lán altól mért távolsáától üően) kissé eyenlőtlen, üőlees irányban (minden éősarok eyenletes teljesítménye esetén) szimmetrikusnak tekinthető. Tetőtüzelés: az éők a tűztér tetőelületére kerülnek beépítésre. Az ééstermék a vázolthoz hasonlóan a tűztér tetején (U lán), vay alul, az eyik oldalalon távozik. Elsősorban yenébb minőséű szenekre alkalmazzák. A tűztér salakosodásának veszélye más, szénportüzelésnél szokásos éőelrendezéshez viszonyítva kisebb. A hőterhelés eloszlás alul távozó ééstermékek esetén a enéktüzeléshez hasonlóan szimmetrikus, U lán esetén nayon eyenlőtlen lehet. Mivel a leelé áramlási és a lebetetési sebessé összeadódik, szilárd tüzelőanyaoknál, alul távozó üstázok esetén az eyéb meoldásokhoz viszonyítva általában maasabb, a.69. e) ábrán 93

98 látható, visszaordított áramlás esetén alacsonyabb, de nayobb keresztmetszetű tűztérre van szüksé. Salakolvasztó tűztér. Jó minőséű kőszeneknél alkalmazott, salakolvasztó tüzelésnél (.70. ábra) ey leárnyékolt, tűzálló anyaal, vay a tüskézett orrcsövekre olvadt salakkal hőszietelt térben a tüzelőanya hamujának olyási hőmérsékleténél nayobb hőmérsékletet állandósítva, a szilárd éési maradványok döntően olvadt állapotban, kiolyónyíláson távoznak, mí kisebb részük, a üstázokkal ey orrcsövekből álló hűtőrácson átlépve, yorsan a hamu raadóssái pontja alá hűl. A kis salakéhető vesztesé érdekében a pernyét olyamatosan visszavezetik a salakolvasztó térbe. A kiolyónyílásnál mé részterhelésen is a salak olyáspontjánál nayobb hőmérsékletet kell biztosítani. Ezt a yakorlatban ciklontüzeléssel, vay az olvasztókamrán belüli tetőtüzeléssel lehet mevalósítani. Mind a ciklonok, mind a tüzelőterek kívül hűtött kialakításúak, a határoló elületeket alkotó csövek a orrcső rendszer részét képezik. Az olvasztóteret lehatároló elválasztó rácsot követő tűztérrész suárzó térnek tekinthető, jóllehet a pernyeszemcsékben visszamaradt karbon éésének lehetőséét nem lehet teljesen kizárni. A salakolvasztó tűzterek részleteivel a továbbiakban, hazai alkalmazás hiányában, nem olalkozunk. Tüzelés Suárzó tér Szekunder leveő Suárzó tér Tüzelés Olvasztó tér Olvasztó tér Kiolyó nyílás Kiolyó nyílás a) Salakolvasztó tüzelés tetőéővel b) Salakolvasztó ciklontüzelés.70. Salakolvasztó tüzelőterek Éési idő, lánméretek. A teljes és tökéletes éés biztosításához: a tartózkodási időnek nayobbnak kell lenni a tüzelőanya szemcsék, cseppek, éési idejénél, áztüzelés esetén a keveredési és éési időnél, másrészt a tűztér méreteinek a lánütközés (szúrólán) elkerülésére nayobbnak kell lenni a lán hosszúsáánál, amelyet uyancsak az éés ideje határoz me. Az éési idő (amelybe a diúziós keverékképzés, yulladási hőmérsékletre meleedés, illó kiázosodás, krakkolódás, előzölés, illóéés, kokszéés időiényét is beleértjük) a különéle tüzelőanyaoknál a tüzelőanya előkészítésétől, a tűztérbe vezetés módjától, a leveőellátástól, keveredéstől, hőmérséklettől üően, mé ey adott tüzelőanyaajta esetén is nay mértékben változhat. Az éési idő, lánméretek meítélésénél a tűztér kialakítása, szempontjából alapvető különbsé van az olaj/áztüzelés és a szénportüzelés között. Előbbieknél általában az eyes éők lánjának méreteit külön veszik iyelembe, az éőket olyan távolsára helyezik el, hoy eymás működését ne zavarják, a lehetősé szerinti eyenletes hőterhelést, tűztérkilépő hőmérsékletet az éők elrendezésével, a üstáz tűztérkilépés előtti irányeltereléssel történő átkeverésével biztosítják. Szénportüzelés esetén ezzel 94

99 szemben általában az eyes éőkön bevezetett tüzelőanya, hordozóköze összekeveredik (yakran az éőket e keveredés előseítésére rendezik el), és véül eyetlen lántest alakul ki. A nayobb (kiázosodott koksz) szemcsék éése mé a besuárzott túlhevítők közötti suárzótérben is olytatódhat. Íy a tűztér eometriai méreteinek meállapításánál széntüzelés esetén nem a lán mérete, hanem a szemcsék kiééshez szüksées tartózkodási idő biztosítása a mértékadó. Miután a beújt szemcsék teljes áramlási útvonala lánhossznak tekinthető, ezen útvonal metételéhez szüksées tartózkodási időnek kell nayobbnak lenni az előbbi, táan értelmezett éési [s] éési időnél. Leeyszerűsítve, biztonsáal a lánhosszat a tűztérkilépés és az éő közötti távolsáal ( L ) helyettesítik, íy elelé áramlás esetére: éési L ' m ta(1 lé ) V c F leb.6 Ahol m ta az eléett tüzelőanya tömeárama [k/s], l é eléetlen tüzelőanya áram aránya az eléett tüzelőanya áramhoz viszonyítva, mehatározását lásd az 1.3 ejezetben, a salak-, pernyeéhető vesztesé számításánál [k/k], ' V ajlaos elméleti üstázmennyisé [k/k], üstáz közepes sűrűsée [k/m 3 ], F tűztér keresztmetszet [m ], c a szemcsék lebetetési sebessée [m/s]. leb Szénporszemcsék éésidejét sokan vizsálták. A teljes időszüksélet a száradás, yulladási hőmérsékletre meleedés, yulladás, illóéés és kokszszemcse éés időiényéből tevődik össze: A száradás nayrészt metörténik a malmokban, jóllehet a szénajtától, hordozóköze hőmérsékletétől, nedvessétartalmától üően mindi számolni kell maradék nedvessétartalommal. Ennek elpárolásához szüksées időt azonban általában a yulladási hőmérsékletre meleedés időiényébe számítják be. A szénszemcsék yulladási hőmérsékletre meleítése suárzásos és konvektív hőátadással történik. Kisebb szemcsékre a konvektív hőátadás, nayobbakra a suárzásos jellemző. Gyene tűztéren belüli recirkuláció esetén emiatt előadódhat, hoy a nay szemcsék yorsabban elmeleednek a yulladási hőmérsékletre. Maa a yulladás többéle módon metörténhet: indulhat a szemcséből kiázosodott illótartalom yulladásával, a elmeleedett szénszemcse heteroén elületi reakcióival, vay mindkét olyamattal eyidejűle. Az illóéés időiénye a szemcse illótartalmának kiázosodási és éési időtartama. Az éési időn belül a lehosszabb időtartamot a már kiázosodott, belül ürees, esetenként elúvódott kokszszemcsék kiéése iényli. Az előbbi időtartamokra, kísérleti vizsálatok alapján az irodalom (pl. [1]) több összeüést ismertet. Fiyelembe kell azonban venni, hoy különösen a yulladási, 95

100 illóéési időtartam naymértékben ü a szénajtától, íy az irodalmi adatok elhasználásánál nay körültekintéssel kell eljárni. Adott esetben, ey adott szénélesére laboratóriumi vizsálatokkal indokolt mehatározni a tűztér méretezésénél elhasználható adatokat. Az éési időtartamot lejobban beolyásoló kokszszemcse éésére vonatkozó közelítő összeüések többsée az időszükséletet érdemben mehatározó diúzió n iyelembevételével C r alakú, ahol az n kitevő értéktartományban van. Nayvonalú számításoknál leyakrabban mé ma is Gumz, a szénszemcse illó- és ballaszt anya tartalmát is iyelembe vevő képletét [.46] alkalmazzák, mely szerint: i 0, 15 1, 85 0, sz r k( ) k 6 i , 4* , 15 T cleb O i 1 Ahol: sz a szénszemcse sűrűsée [k/m 3 ], a hordozóáz kinematikai viszkozitása [m/s], r a szénszemcse mérete [m], T közepes hőmérséklet [K], c leb a szemcse lebetetési sebessée [m/s], i illóanya tartalom [%], az illó ééséhez szüksées oxién részaránya, O i k( ) a léelesle tényezőtől üő korrekciós tényező, λ=1-1,5 között k i k( ) , lo 46, 745lo 04, 85lo 487, 96lo 465, 45lo a elúvódott szemcse téroatának aránya eredeti téroatához viszonyítva, az illóanya tartalom és elúvódás lebetetési sebessére yakorolt hatását iyelembevevő tényező. Az O i és értéke az illótartalom, a k( ) korrekciós tényező, az illótartalom és a elúvódás üvényében a.4. táblázat alapján vehető iyelembe. k i.4. táblázat i O 0 0,11 0, 0,96 0,357 0,415 i 1 1 1,3 1,7 1, ,0 1,035 1,055 1,08 1,11 1,14 1,5 1,03 1,05 1,068 1,09 1,115 1,139 1,50 1,04 1,06 1,075 1,094 1,116 1,138 1,75 1,05 1,07 1,08 1,098 1,117 1,137 Miután a tűztérbe vezetett szénpor szemcseeloszlásától üő, különéle méretű szemcsék különéle éési idővel rendelkeznek, a lenayobb méretű szemcsék esetén mé az uyancsak szemcsemérettől üő nayobb lebetetési sebessé ellenére is ien nay tartózkodási időiény, íy tűztérmaassá adódna. Ennek elkerülésére, a maximális tartózkodási időt az eloadható pernyeéhető vesztesé 96

101 Éési idő [s] iyelembevételével határozzák me, azaz a tűztér csak ey adott szemcseméret alatt biztosít a teljes ééshez elméletile elésées tartózkodási időt. Szénszemcsék éésidejére a Deutsche Babcock Werke AG-től [.54] származó adatok alapján a.71. ábra mutat példát. Az ábrán szereplő értékek 850 C közepes hőmérséklet és 7% O tartalom (λ 1,5) iyelembevételével adják me az éésidőt barnaszénre (linitre) és kőszénre. Meiyelhető, hoy a szokásos, mintey,5-3 másodperces tartózkodási időhöz, az éési vesztesé minimalizálására a maximális szemcseméret barnaszénnél nem lehet nayobb μ-nál. Kőszénnél uyanekkora tartózkodási időhöz 0 μ-nál kisebb szemcseméret kellene. A yakorlatban a tűztérhőmérséklet nayobb (ez az előbbi képlet alapján csökkenti az éési időt), másrészt kőszeneknél növelhető a tartózkodási idő Barnaszén Kőszén ,1 0,001 0,01 0, Szemcseméret [mm].71. Szénszemcsék éésideje [.54] Lánméretekre vonatkozóan mebízható összeüéseket csak olajlánokra adnak me. Gőzporlasztású olajéőre, m =0,5-3,5 t/h teljesítmény tartományban [.45]: ta 4 A lánhosszúsá [m]: L 385, 0, 475m ta m ta.8 Éők minimális távolsáa eymástól, vízszintes, üőlees irányban [m]: T 0, 15m 1, 3.9 Éők minimális, altól mért távolsáa [m]: T al ta m ta 0, 15m 1, 01 m.30 Saacke yártmányú oróserlees olajéőre, ázéőre [.16] D-E 301 munkalapja alapján] Q = 1-50 MW tüzelési teljesítmény tartományban: A minimális lánhosszúsá (rövid lán) [m]: 0,3 L 1,7 Q.31 A maximális lánhosszúsá (hosszú lán) [m]: 0,3 L,5Q.3 Lánátmérő (minimális lánhosszúsáú) rövid lánnál [m]: 0,36 D 0,69Q.33 0,361 Lánátmérő (maximális lánhosszúsáú) hosszú lánnál [m]: D 0,60Q.34 A tűztér hosszának és szélesséének az előbbi képletekből kiadódó értéknél 0,5 m- el nayobbnak kell lenni. Különéle olajéőre, m ta = k/h teljesítmény tartományban [5]: 0, ( 1 ) A lánhosszúsá [m]: L 115, mta 0, , e 1 0, 387 ( 1 ) A lánátmérő [m]: D m 0147, 0, 05e 1 ta ta ta 97

102 Gáz esetében a vermischt verbrannt 9 meiyelés alapján elsősorban a keverési idő határozza me az éési időtartamot. Ez általában kisebb a hasonló teljesítményű olajéők olajködének párolási, kiéési idejénél, íy yártói adatok hiányában perdületes, diúziós ázéőknél a lánméretek a hasonló teljesítményű olajéők lánméreteivel azonosnak vehetők. Fajlaos terhelések. A tűzterek jellemzésére a yakorlatban három összehasonlító, átlaos terhelés terjedt el: Fajlaos téroati hőterhelés [kw/m 3 ], amely az eysényi (V ) tűztértéroatra jutó ( Q ) tűztérbe bevezetett hőmennyisé: ta Q ta q V.37 V Fajlaos keresztmetszeti hőterhelés [kw/m ], amely az eysényi ( F ) tűztértér keresztmetszetre jutó ( Q ) tűztérbe bevezetett hőmennyisé: ta Q ta q K.38 F Fajlaos elületi hőterhelés [kw/m ], amely az eysényi ( A ) tűztértér elületen átadott ( Q ) hőmennyisé: tü Q tü q tű.39 A Szénportüzelésű kazánoknál szokásos mé a ajlaos éőöv terhelés [kw/m ] használata is, amely az éőöv eysényi ((U ) tűztérkerület*( H é ) éőöv maassá- ( A éő ) éők által elolalt terület) elületére jutó ( Q ta ) tűztérbe bevezetett hőmennyisé: Q ta q.40 É U H é Aéő A tűztérben hasznosított és a tűztérbe bevezetett hőmennyisé arányát, amely a tűztérkilépő és elméleti éési hőmérséklet hányadosával ( dimenzió nélküli tűztérkilépő hőmérséklettel) is kiejezhető kiszámítva és a elületet, valamint a téroatot télatest ( a, b, h élhosszúsáú) illetve kocka alakú ( a élhosszúsáú) tűztér ő méreteivel is elírva Q tü 1 T q A q ki tü tü ( a b )h q tü 6a 3 Q.41 ta Tad q V V q V a bh q V a látható, hoy a tűztér kilépő hőmérséklet változatlansáa esetén a kazán teljesítményének növelésével, a ajlaos téroati hőterhelést csökkenteni kell, mivel a V / A arány (melynek reciprokát a yakorlatban ormatényezőnek nevezik) a méret 9 Szószerinti ordításban: összekeveredett-eléett 98

103 növelésével arányosan növekszik. Ebből adódik, hoy mí kisebb teljesítményű kazánoknál q V az éés intenzitására jellemző, addi nayobb teljesítményű kazánoknál inkább a beépített téroatra. A keresztmetszeti hőterhelés a lán stabilitását, lán hosszát, széntüzeléseknél az elsalakosodás, maas hőmérsékletű korrózió mértékét, nay hamutartalom esetén az utóűtőelületek kopását jellemzi. A kazán teljesítménnyel általában növekszik. A q tű elületi hőterhelés a tűztéri hőátadás (lánsuárzás, konvekció) jósáára, íy a tűztér tisztasáára (elsalakosodására) is jellemző. Az erőművi berendezésekre szokásos téroati, keresztmetszeti hőterhelések n yakorlatban mevalósított berendezések adataiból következtetve q C, illetve V Q ta n q K CQ ta alakú összeüésekből számíthatók [.49]. A ténylees értékek a képletekből adódó ajlaos terhelésekhez viszonyítva mintey ±10%-os tartományon belül voltak. A képletekbe Q ta értékét 100 MW-ban kell helyettesíteni, az eredmények MW/m 3 -ben, illetve MW/m -ben adódnak. A.5. táblázat irodalmi adatok ([.50] ábrája, illetve [1] ábrája) alapján a barnaszén-, kőszén-, olajtüzelésre is tartalmaz közelítő állandókat. q V számításához q K számításához C n C n q V.5. táblázat Jellemző értékek q É MW/m MW/m 3 Linittüzelés 0,95-0,4,59 0, 0,1-0, 1,1-1, Barnaszéntüzelés 0,30-0,4,6 0,4 0,1-0, 1,1-1, Kőszéntüzelés 0,306-0,3,67 0,4 0,1-0, 1,5-1,8 Olajtüzelés 0,544-0, 3,80 0,35 0,-0,3 Az előbbiekkel szemben Želkowski [.5] kőszéntüzelésű kazánokra, MW tüzelési teljesítmény tartományában lineáris összeüéseket mutat be. Néhány más berendezésre a következő téroati hőterhelés értékek iyelhetők me (MW/m 3 ) [3]: Salakolvasztó tüzelés, üőlees ciklonban 0,5-1,0 Salakolvasztó tüzelés vízszintes ciklonban 3,0-5,0 Olajtüzelés 0,-,0 Gáztüzelés 0,-10 Gázturbina éőtér 10 Belsőéésű motor 6-30 Suárhajtómű Rakétahajtómű 60 Nyomott vizes reaktorok 90 Gyorsreaktorok 85 A ajlaos elületi hőterhelés átlaértékére erőműi kazánoknál barnaszéntüzelés esetén 100 kw/m, kőszéntüzelés esetén 140 kw/m, olaj-, áztüzelés esetén kw/m szokásos. 99

104 Tűztérkilépő hőmérséklet. A tűzterek yakorlati méretezése a meelelő kiééshez szüksées keresztmetszet, hosszúsá, tartózkodási időtartam mellett a tűztérkilépő hőmérséklet számításával történik. A tűztérből távozó ééstermékek hőmérsékletének mehatározása a tűztér hőmérlee alapján lehetsées: A tűztérbe bevezetett hőmennyisé meeyezik a tűztérben hősuárzással leadott és az onnan távozó ééstermékek hőmennyiséének összeével (a konvektív hőátadás a hősuárzás mellett besuárzott tűztereknél általában elhanyaolható, íy külön 10 általában nem számítjuk, de minden olyan esetben, amikor részaránya néhány százaléknál nayobb, indokolt iyelembe venni). Q ta Q Q.4 tű Behelyettesítve (a salak izikai hőjével távozó hőmennyiséet elhanyaolva) m ta H A ( T ' i( 1 é CO) hta php (1 lé ) L0 h 4 l T 4 ) m ' tav c p 1 c pl ( t ol t v.43 T 1 T l T T o.7. ábra Hőmérsékletek a tűztérben A bevezetett hőmennyiséet az elméleti éési hőmérséklettel elírva, és a vonatkoztatási hőmérséklet tartalmazó taokkal eyszerűsítve: ' m c ta V p 4 4 ' T l T m tav cp 1 A.44 o h Előbbi összeüésekben: m ta az eléett tüzelőanya tömeárama [k/s], H i a tüzelőanya vonatkoztatási hőmérsékletre számított űtőértéke [kj/k], e salak-, pernyeéhető vesztesé (1.1 képlet), e eléetlen ázok okozta vesztesé (1.13 képlet), h ta a tüzelőanya előmeleítésből adódó entalpianövekedés (általában csak olaj tüzelőanyaoknál) [kj/k], ajlaos porlasztóőz mennyisé (csak olajtüzelésnél) [k/k], p h p a porlasztóőz vonatkoztatási hőmérsékletre számított entalpiája [kj/k], l é eléetlen tüzelőanya áram aránya (1.9 képlet) [k/k], ' L 0 ajlaos elméleti leveő szüksélet [k/k], ' V ajlaos elméleti üstázmennyisé [k/k], c a leveő közepes ajhője [kj/kk], pl 10 A yakorlatban alkalmazott, üzemi mérések alapján kidolozott, az 5.5 ejezetben részletesen is ismertetendő tűztérszámítási eljárásoknál a konvektív hőátadás hatása is iyelembevételre kerül, hiszen a számítási eljárást mealapozó, mért kilépő üstázhőmérsékletet a ténylees suárzásos és konvektív hőátadás eyüttesen határozta me. 100

105 c p a üstáz közepes ajhője [kj/kk], T l T o 1 a lán közepes hőmérséklete [K], a tűztéral közepes hőmérséklete [K], elméleti éési hőmérséklet [ C], ' H i( 1 e CO ) hta php 1 le ) L c 0 o c ' V p ( pl ( t ol t v ) t v.45 tűztérkilépő hőmérséklet [ C], t ol a tűztérbe bevezetett (előmeleített és előmeleítés nélküli) leveő átlaos hőmérséklete [ C], t v a vonatkoztatási hőmérséklet [ C], a tűztér eredő emissziós tényezője, Stean-Boltzmann állandó, a ekete test suárzási tényezője 8 5, 76* 10 [W/m K -4 ], A a tűztér hatásos elülete [m ]. h ' ' 4 4 Átrendezve: m c ( ) m c (T T ) A T T.44a ta V p o 1 ta V p o 1 h l Bevezetve a tűztéri hőátadásra jellemző, dimenziónélküli Boltzmann (eredetile Konakov) számot: ahol h h o 1 ' m tav c Bo A T h p 3 o ' m ' tav c p ( o 1 ) m tav ( ho h1 ) 3 3 A T ( ) A T ( ) h o o 1 h o o 1.46 az elméleti üstázhőmérséklethez tartozó ajlaos üstázentalpia [kj/kk], a tűztérkilépő üstázhőmérséklethez tartozó ajlaos üstázentalpia [kj/kk]. Az előbbi,.44 eyenletet átrendezve, 4 To -el véiosztva: 4 4 Bo T 1 T T l ( 1 ) T o To To Fiyelembe véve, hoy a tűztéral ( C) hőmérsékletének neyedik hatványa az ( C) elméleti éési hőmérséklet neyedik hatványához viszonyítva elhanyaolható, továbbá a lánhőmérsékletet az elméleti éési hőmérséklet és a tűztér kilépő hőmérséklet mértani középarányosával ( Tl ToT1 ) helyettesítve: Átrendezve és a o Bo T ( 1 T 1 o T ) T o 1 4 To T /T seédváltozót bevezetve 1.47a Bo Bo 0.48 amelyből (csak a yakorlatban szóba jöhető meoldást iyelembe véve): 101

106 Bo Bo Bo.49 Az előbbi, elméletile a T l becslésénél durva közelítéssel levezetett összeüés helyett, nayon sok berendezésen elvézett mérés alapján [.47] Gurvics után a 1 0,6 E.50 1 Bo kiejezés használatát javasolja, ahol E a lán tűztérbeli elhelyezkedését iyelembevevő tényező. A lán (mint körbezárt test)-alazat rendszerre az eredő emissziós tényező [.48]: A lán 1 1 lán Aalazat alazat Ahol a lán eredő emissziós tényezője, lán alazat a alazat eredő emissziós tényezője, A lán a lán suárzó elülete [m ], A alazat a lánot körülvevő alazat suárzó elülete [m ]. Az eyes tényezők, elületek mehatározásának részleteit az 5.5 ejezet ismerteti. Meenedhető tűztérkilépő hőmérséklet. Mint a ejezet bevezetőjében jeleztük, a üstázok lehűtésénél a következő elületek elszennyeződésének, károsodásának meelőzésére is tekintettel kell lenni. Az elrakódás veszélye szénportüzelések esetén a lenayobb, amikor a üstázzal utazó, meolvadt, raadóképes szemcsék a űtőelületeknek ütközve yorsan lehűlnek, és a elületre tapadnak. Ebből adódik, hoy a tűztérkilépő hőmérsékletnek a tüzelőanya hamujának raadóssái hőmérsékleténél alacsonyabbnak kell lenni. A yakorlatban nehézséet jelent, hoy eyrészt a távozó üstáz hőmérséklet eloszlása az üzemben lévő éők számától, elhelyezkedésétől üően is nayon eyenlőtlen, másrészt a kazánokban, különösen kőszéntüzelés esetén, különéle, eltérő salakolvadási tulajdonsáokkal rendelkező szénéleséeket kell eltüzelni, íy a mértékadó (biztosítandó) tűztérkilépő hőmérsékletet nay körültekintéssel kell mehatározni. Nayvonalúan elvethető, hoy kellően alacsony értéket elvéve bizonyosan jól lehűlnek majd a üstázok. Fiyelembe kell azonban venni, hoy ez esetben jóval nayobb tűztér, állványzat, stb. méretek adódnak, amelyek jelentősen medráíthatják (és adott esetben versenyképtelenné tehetik) a konstrukciót. Ökölszabályként a salakraadóssái hőmérsékletnél 0-50 C-kal kisebb tűztérkilépő hőmérséklet választása, a elületek rendszeres tisztításával már eloadható üzemviszonyokat eredményez. Miután az eyenlőtlensé a kazán méreteivel növekszik, (1000 MW teljesítményű blokk kazánjánál) akár a 100 C-t is mehaladhatja, részletes vizsálatoknál vées elemes számítások, különéle üzemállapotokra való elvézése is indokolt. Mint arra utaltunk, a dimenzió nélküli tűztérkilépő hőmérséklet, a ajlaos terhelések és a tűztér eometriája között eyértelmű összeüés van. 10

107 q tü A 1.5 q V V Íy a betartandó tűztérkilépő hőmérséklet, kazánteljesítmény, valamint a yakorlatban szokásos ajlaos terhelések iyelembevételével a tűztér ő méretei mehatározhatók. Salakosodás, vízlándzsázás. Az éésolyamat során a tüzelőanyaok hamutartalma olvadt állapotba kerül. Ennek következtében a tűztéralaknak, tűztérbe, vay a ölé lóatott elületeknek ütközhetnek, yorsan lehűlnek, a elületre tapadnak (6.3 ejezet). Idővel újabb szemcsék ráolvadásával vasta salakréte alakulhat ki, amely hőszieteli a alazatot, csökkenti a tűztéri hőleadást, növeli a tűztérkilépő hőmérsékletet, mekönnyítve további űtőelületek elsalakosodását. A olyamat idővel a kazán teljesítményének csökkenéséhez, a szavatolt paraméterek tarthatatlansáához vezethet. A naytömeű salaktömbök, tűztéren belüli, nay maassából történő leszakadása a tűztértölcsér, salakeltávolító berendezések, alátámasztó szerkezetek esetlees, súlyos mehibásodását is előidézheti. Ezért a salakosodást me kell előzni, a méis kialakuló súlyosabb zavart mé nem okozó salaklerakódásokat rendszeresen el kell távolítani. A meelőzést a szemcsék tűztéralnak történő ütközésének meakadályozása szolálná, amely a nay hőmérsékletű ééstermékek al melletti recirkulációjának minimalizálásával, alazat menti összeüő leveőüöny enntartásával lehetsées. Ezek azonban a salakosodást csak részben tudják beolyásolni. A salaklerakódások elhelyezkedése, vastasáa üzem közben a tüzelési teljesítménnyel, éők üzembevételével, leállításával változik. Részbeni leválásukhoz a űtőelületek nyomásváltozás hatására bekövetkező alakváltozása is hozzájárulhat, íy kisebb-nayobb darabok rendszeres leválásával számolni kell, a tűztértölcséreket ennek meelelően kell méretezni. Ezek a leválások azonban elételenek a kazán tűzterek elvárt hőelvételének szavatolására, ezért a tűztéri hőelvevő elületek rendszeres, üzem közbeni tisztításáról ondoskodni kell. Erre a célra leyakrabban a elületek időszakos vízlándzsázását alkalmazzák. A hatásmechanizmus azon alapul, hoy a telítésinél kisebb hőmérsékletű víz a nay hőmérsékletű salak elületét yorsan lehűti, ezzel nay hőeszültséet idéz elő a salakréteben, amely mereped, részben vay teljes vastasában leválik. A vízlándzsázásra két eymástól eltérő meoldást alkalmaznak: A tűztérelület tisztítása az ééstermékeken keresztül a szemközti alon bevezetett vízlándzsával történik, amelynek suarát a tisztítandó elületen vízszintes, vay üőlees irányban, a kellő tisztítóhatás eléréséhez szüksées osztás távolsáal vezetik véi (6.4. ábra a) részlet). A tűztérelület tisztítása a tűztérbe okozatosan benyúló, körben oró vízlándzsával történik, amely a beelé (és kielé) történő, valamint a körmozás hatására a tisztítandó elületet spirál vonal mentén hűti le (6.4. ábra b) részlet). Az előbbi meoldásnál kevesebb vízlándzsára van szüksé, az utóbbinál a vízlándzsákat a hatókörnek meelelő távolsáokban kell elhelyezni a tisztítandó elületen. Hőterhelés eloszlás. A lán hossza (tűztér maassáa) mentén az éés nayon eyenlőtlen, íy az előbbiekben bevezetett ajlaos téroati, űtőelületi hőterhelések 103

108 r ro csak ey átlaértéket jelentenek. Helyile mind a elületi mind az eyéb hőterhelések az éés intenzitásától és a ballasztanya tartalomtól ünek. A ténylees értékek mehatározására csak mérésekkel van lehetősé (8.. ejezet), uyanis a különéle háromdimenziós, vées elemes modellek is csak közelítő értékeket adnak. Ennek ellenére a kazántervezők a berendezések méretezéséhez mekísérelnek eyszerű összeüéseket levezetni, amelyek lealább a bonyolult olyamatok hatásának valószínűsítését lehetővé teszik. A téroati hőterhelés tűztér hossz menti változására példaként ey, már Ledine által [7] ismertetett levezetést (.73. ábra) mutatunk be. m ta F c átl x dx L r x q kx t x t o t 3q k r o méretű monodiszperz halmaz polidiszperz halmaz q k.73. ábra Téroati hőterhelés változása a lánút mentén x Feltételezések: az F keresztmetszetű, L hosszúsáú tűztérben a szemcsék c átl átlaos sebesséel haladnak véi, az r 0 kiinduló suarú szemcse r suara t x éési idővel, íy az átlaos sebesséel történő mozás következtében a belépéstől mért távolsáal arányosan csökken (középső ábra), a szemcse kiéése a tűztér vééi teljesen és tökéletesen metörténik. Ezekkel: rx tx x ro to L Az x tűztér hosszúsánál a részecskék mé: rx Q ta x m tah i.54 ro tüzelési teljesítmény leadására képesek. Ezt a tűztérbe bevezetett tüzelési teljesítményhez viszonyítva, a lineáris méretváltozás, eyenletes sebessé iyelembevételével: 3 Q m ta ta x H i x 1 L

109 A helyi, dx hosszúsáú téroatelemre vonatkoztatott téroati hőterhelést kiszámítva: dq ta x m tahi x q V x F dx F L L A képletből látható, hoy az x =0 helyen a helyi téroati hőterhelés az átlaérték háromszorosa, mint azt a.73. ábra alsó részlete mutatja. A valósában polidiszperz szemcsehalmaz esetén a kisebb méretű szemcsék yorsabban elének, az illó éése is nayon yorsan metörténhet, ezért elméletile a maximális érték az átlaértéket sokkal jobban is mehaladhatja. Doležal [.51] a ténylees ajlaos elületi hőterhelés eloszlásának közelítésére javasol összeüést: k 1 y k y.57 q q e e Ahol k 1, k állandók y relatív lánhossz ( x / L ) q közepes hőterhelés, amely a ajlaos elületi hőterhelés értékéből az alábbi képlettel számítható: q tü q k k e 1 e k1 k A ajlaos elületi hőterhelés az előbbi képlet átrendezésével számítható. A maximális hőluxus relatív helye: A maximális hőluxus naysáa: ln k k 1 y max.59 ln k k 1 A hőluxus naysáa a tűztér kilépésénél: k1 k kk1 k k1 q max q * k.60 1 k k q k 1 ki q e e.61 A tűztérben ey adott relatív lánhosszúsái átadott hőmennyisé: k1y k y 1 e k11 e k1 k 1 e k 1 e k Q y q tü ( a b )l k.6 1 Az előbbi képletekből három, tetszőlees helyen lévő (például: a számított átlaos, a tűztérkilépésnél, és bárhol a tűztérben mért) hőterhelés alapján mehatározható q, k 1, k értéke, és ezek elhasználásával a ajlaos elületi hőterhelés eloszlása. 105

110 Méretek (m) Fajlaos elületi hőterhelés [kw/m ] A yakorlatban kialakuló ajlaos elületi hőterhelésekre ([.55] alapján) a.74 ábra mutat példát, különéle tüzelőanyaokra és tüzelési módozatokra. Jól látható, hoy a lekisebb átlaértékek és leeyenletesebb eloszlás a szénportüzeléseknél ordulnak elő, a lenayobb helyi értékekre és leeyenlőtlenebb eloszlásra olajtüzeléseknél lehet számítani. A salakolvasztó tüzelések a szénportüzelésekhez viszonyítva lényeesen nayobb hőterhelést eredményeznek Barnaszéntüzelés 1. Barnaszéntüzelés. Kőszéntüzelés Salakolvasztó tüzelés sovány kőszénnel Salakolvasztó tüzelés zsíros kőszénnel Olajtüzelés 1. Olajtüzelés ,1 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Relatív tűztérmaassá.74. ábra Felületi hőterhelés eloszlása különéle tüzelőanyaokra, tüzelési módokra a tűztér maassáa mentén [.55] A yakorlatban az új, nayobb teljesítményű, vay más tüzelőanyara készülő berendezések ejlesztése a működő berendezések tapasztalatai alapján történik. Hazai yakorlatban a lenayobb teljesítményű kazánok linittüzelésre készülhetnek. A helyes tűztérméretek meválasztásához nyújthatnak seítséet a.75. ábrán, a Mátrai 00-MW-os blokkoktól, az 1000 MW-os Niederaussemi BoA linittüzelésű blokkoki összeolalt jellemző méretek Tűztér szélessé (m) Tűztér maassá (m) Tölcsér,maassá (m) Éő maassá (m) ,0 00,0 300,0 400,0 500,0 600,0 700,0 800,0 900,0 Gőzteljesítmény (k/s).75. ábra Mevalósított linittüzelésű kazánok tűztér méreteinek alakulása Tűzterek linittüzelésre. Nem szerepelnek az ábrán a Patnowi, illetve a 800 MW-os Schwarze Pumpe-i kazán adatai, amelyek közül az első a szokásokhoz képest lényeesen szűkebb (~- m), de jóval hosszabb (~+10 m) tűztérrel (azaz lényeesen nayobb keresztmetszeti és kisebb téroati hőterheléssel), a második 4*4 m keresztmetszetű, 84 m maas, (a szokásosnál lényeesen kisebb keresztmetszeti és téroati hőterheléssel) készült. Ezt a lényeesen eltérő ballasztanya tartalom, 106

111 nayobb űtőérték, átlaostól eltérő salakosodási tulajdonsáok mayarázhatják. Ez is elhívja a iyelmet, hoy a széntüzelésű kazánokat minden szénélesére (erőműi kőszeneknél szénélesé típusra) eyedile kell kialakítani, iazítani. Tűztér vée C 94,40 m. leveő beúvás 84,00 m Füstáz visszaszívás 76,9 m 1. leveő beúvás 65,50 m Tűztér # 3,16 m Tűztér maassá Utóéők 38,00 m Főéők 5,87 m Tölcsér első éle 19,8 m Indító éők Éő sztöchiometria 0, 0,4 0,6 0,8 1,0 1, λ léelesletényező.76. ábra 1000 MW-os BoA blokk tűztér kialakítása, NO x szeény tüzelés hatása a tűztérre [.53] További lényees eltérést eredményez, hoy az említett, korábbi berendezések tervezésének idején az NO x kibocsájtásra mé nem voltak előírások, a tüzelőberendezés, tűztér ő eladata a szilárd éési maradványok minimalizálása, a salaklerakódások elkerülése volt. Íy az éés kellő leveőelesleel történt. Ezzel szemben jelenle különös ondot kell ordítani a lészennyezés minimalizálására, íy a jelenlei konstrukcióknál a tüzelés leveőhiánnyal indul, a kezdeti lassabb éést hosszabb lánúttal (maasabb tűztérrel) eyenlítik ki (.76. ábra). Tűzterek rostélytüzeléshez. Rostélytüzelés esetén a tűztér és a rostély méreteinek mehatározásakor, eymásnak részben ellentmondó követelményeket kell kieléíteni. A rostély típusát, hosszát, a kapcsolódó boltozatok kialakítását elsősorban a elhasznált tüzelőanya határozza me. A tűztérnek a rostélyhoz szélesséében illeszkedni kell, mélysée, maassáa a hőleadás, korrózió meelőzése (minimalizálása), valamint az anya és yártási költséek iyelembevételével optimalizálható. Fajlaos rostélyterhelés [10-3 k/m s].6. táblázat [1], [.] Fajlaos rostély hőterhelés [MW/m ] Vándorrostély [1] Kőszén (diószén) ,16-1,50 Kőszén (borsószén) ,81-1,05 Vándorrostély [.] Barnaszén ,47-1,50 Bolyató (előtoló, Nyers barnaszén ,81-1,05 visszatoló) rostélyok [1] Linit ,60-0,80 Bolyató rostély [.] Linit ,93-1,16 Előtoló rostély [.] Linit, barnaszén ,70-1,05 Visszatoló rostély [.] Linit (~6300 kj/k) ,8-1,74 Lépcsős rostély [1] Nyers barnaszén ,55-0,60 Szóró tüzelés és Kőszén ,1-1,6 alátoló rostély [1] Alátoló rostély [.] Gázdús kőszén ,74-,44 107

112 A rostélyok méreteinek mehatározására a ajlaos rostélyterhelés (a rostély eysényi elületén, időeysé alatt eléetett tüzelőanya mennyisé, [k/m s]) és a ajlaos rostély hőterhelés (a rostély eysényi elületén elszabaduló hőteljesítmény, [MW/m ]) iyelembevételével történik. Ezek különböző rostélytípusokhoz, tüzelőanyaokhoz tartozó, jellemző értéktartományait [1] és [.] alapján az előbbi,.6. táblázat mutatja. A meelelő rostélytípus, rostélyméret kiválasztása a tüzelőanya minősé, ennek várható inadozása alapján, a különéle yártók által kínált méretválasztékból történik. A rostély melletti, illetve a boltozott részek általában tűzálló alazattal burkoltak, ez esetben a tűztéral csőrendszere csak a létömörsé biztosításában, illetve esetenként a tűzálló alazat tartószerkezetének részeként játszik szerepet. Jó minőséű tüzelőanyaoknál a rostély két oldalán a tüzelőanya alazathoz tapadásának meelőzésére az előzölötető rendszerbe kapcsolt, néyszöletes proilú, oldalhűtő erendákat kell alkalmazni. A további tűztérrész általában suárzó térnek tekinthető, a membránalas csőrendszer burkolattal történő védelmére csak korróziv ééstermékek (elsősorban váloatás nélküli háztartási hulladék, vay biomassza tüzelőanya) esetén van szüksé. A burkolatok ellenálló képesséüktől üően oynak, íy rendszeres javításukra, pótlásukra lehet szüksé. a) Hosszú lapos yújtó boltozat b) Hosszú erde yújtó boltozat c) Hosszú lapos terelő boltozat d) Ferde yújtó és terelő boltozat e) Rövid boltozatok, nyitott tűztér ) Hosszú boltozatok, leárnyékolt tűztér ) Hosszú boltozatok, előreterelt lán.77. ábra Tűztérboltozatok kialakítása [1,.] Boltozatok. A tűztérbe vezetett tüzelőanya kiszárítását, meyújtását, valamint az éhető anyaok és az éési leveő jó átkeveredését a boltozatok seítik. A tüzelőanyaoktól üően nayon sokéle boltozattípus alakult ki: Nay űtőértékű, nehezen yulladó, ázdús szenek (5.1 ejezet) esetén a.77. a) ábrán vázolt, hosszan előrenyúló, a kiázosodott illót a lán elé terelő boltozat alkalmazása célszerű. A hosszú erde yújtóboltozat (.77. b) ábra) nayobb űtőértékű, de eyúttal nayobb nedvessétartalmú tüzelőanyaok yorsabb kiszárítását seíti elő. A hosszabb, lapos hátsó boltozat (.77. c) ábra) előretereli a orró üstázokat, ezzel előseíti a yulladást, a leveő és az éhető anyaok jó átkeveredését, másrészt a meelelő hőmérséklet enntartásával a nehezen éő szénéleséek kiéését. A erde yújtó és terelőboltozatok eyüttes alkalmazása (.77. d) ábra) elsősorban yene minőséű, kis éhető illó tartalmú, alacsony hamu láyuláspontú tüzelőanyaoknál célszerű. A erde hátsó boltozat előretereli az ééstermékeket, de a rostélyon éő tüzelőanyaot nem árnyékolja le, íy 108

113 hőmérséklete a láyuláspont alatt maradhat. A erde boltozat előre suároz, és az első boltozattal eyüttesen előseíti a tüzelőanya száradását, yulladását. Gyene minőséű tüzelőanyaoknál az éési olyamat optimális irányítására a rostélyon aláújt és a rostély hűtését is biztosító leveő mellett, a boltozatokon keresztül vay azok elett nay impulzusú szekunder leveő bevezetéseket is kialakíthatnak. A nyitott tűzteret, rövid boltozatokat (.77. e) ábra) ázdús, könnyen kiéő, nay űtőértékű szeneknél alkalmazzák, miután ezeknél a lánsuárzás önmaában elésées a tüzelőanya beyújtásához. Az elől, hátul hosszú boltozatok, leárnyékolt tűztér, előreterelt lán (.77. -) ábrák) nay nedvessétartalmú, yene minőséű, alacsony hamutartalmú tüzelőanyaok (például: kommunális szemét) eléetéshez szükséesek. Uyanakkor lészáraz biomassza eltüzeléséhez a.77. e) ábrán vázolt meoldás szokásos, ~10-15 ok dőlésszöel. A rostélyokon a tüzelőanya tartózkodási ideje 15 (nay nedvessé és illó tartalmú, kis hamutartalmú biomasszák bolyató tüzelése) 40 (nehezen kiéő, kis illótartalmú kőszenek tüzelése) perc. A nayobb (~1,-1,3) léelesle tényezőből, yenébb tüzelőanya minőséből adódóan a tűztérhőmérséklet lényeesen kisebb, mint szénportüzelés esetén. Az éési vesztesé a hosszabb tartózkodási idő, nayobb léelesle ellenére, 1-5 százalékponttal is nayobb lehet a szénportüzelésekhez viszonyítva. A rostély alá újt leveő hőmérséklete nem haladhatja me a 170 C-ot (speciális esetekben a 00 C-ot). A kapcsolódó tűztér téroati hőterhelése 0,1-0,3 MW/m 3, keresztmetszeti hőterhelése 0,8-,5 MW/m tartományban lehet. Fluidtüzelések. A különéle luidtüzelések esetén a tűztér induló keresztmetszetét a luidizációs sebessé határozza me, amely nyuvó (stacioner) áyak esetén 1,5-,5 m/s, cirkulációs luidtüzelés esetén 3,5-7 m/s között van. A keresztmetszeti hőterhelés nyuvó áynál 1- MW/m, cirkulációs luidtüzelésnél 4-6 MW/m, utóbbi a hayományos szénportüzelések naysárendjében szokásos. Az áymaassá általában nem haladja me az 1 m-t, cirkulációs luidtüzeléseknél a mm-t. Nyuvó áyaknál 1,5- m is előordulhat. Cirkulációs luidtüzeléseknél a bevezetett tüzelőanya szemcsemérete 5-15 mm közötti, előkészítéséhez a malmoknál eyszerűbb törőberendezések (pl. kalapácsos törő) is eléséesek. Uyanakkor elmarad az őrlőszárítás, íy a barnaszenek, linitek nayobb nedvessétartalommal kerülnek bevezetésre a tűztérbe. A száradást előseíti, hoy a tüzelőanyaot a ciklonból a tűztérbe visszavezetett orró áyanyaba adaolják, íy száradása már az adaoló vezetékben mekezdődik. A nayobb méretű szemcsék kiéése lényeesen hosszabb tartózkodási időt iényel, melynek biztosítását a tűztér után ciklonnal, vay más módon leválasztott anya tűztérbe történő többszöri visszavezetése seíti elő. A luidtüzeléseknél szokásos ciklonok általában csak a μ-nál nayobb szemcséket választják le, a kisebbek a üstázárammal tovább áramlanak és a kazán után kerülnek leválasztásra, ahonnan rendszerint visszajuttatják a luidáyba. Az előbbi, általános jellemzők mellett, az eyes szabadalmasok eltérő meoldásokat alkalmaznak, amelyek a tüzelés és a hőleadás összehanolását célozzák: Alapesetben, a tűztérben hőátadó elület csak a luid áyban, illetve a határoló elületeken van. Ezek szokásos esetben előzölötető elületek. A tüzelőtérben az áy elett a porkoncentráció elérheti a 0 k/m 3 értéket. Ennek 109

114 Idő (s), Lebetetési sebessé (m/s) 1 10 Visszavezetések száma döntő része azonban nem tüzelőanya, hanem inert anya (homok, visszatartott hamu). Az áymaassában szélesedő tűztér lehetővé teszi, hoy a középen kialakuló elelé történő őáramlás mellett a tűztér oldalalainál leelé irányuló recirkuláció jöjjön létre és az elraadott nayobb szemcsék visszahulljanak az áyba. Az áyanya nay koptató hatása szükséessé teszi az áyban lévő (úynevezett merülő) és az áyat határoló űtőelületek erózió elleni védelmét. Előbbi rendszerint a elületek páncélozásával, utóbbi tüskézett elületek tömedékelésével történik. A ciklon előtti közehőmérséklet C. A hőmérséklet a luidáyban is alacsony, C között van, íy salakosodással, eyenletes keveredés esetén, nem kell számolni. Az ééstermékek ilyen hőmérsékletre történő lehűtése azonban nayobb nyomásoknál, az előzölötetési hőiény csökkenése miatt (1.. ábra) már nem teszi lehetővé a szokásos őzhőmérsékletek elérését. Ennek elkerülésére a Luri cé meoldása alapján lehetőséet ad, ha a ciklonok után leválasztott, mé éhető anyaot is tartalmazó anyaot ey külső, seéd luidáyban a túlhevítő, újrahevítő, vay előzölötető rendszerbe kapcsolt merülő űtőelülettel hűtik. A külső luidáyból az áyanya visszaolyik a őáyba. A tűztér első részén a határoló elületet alkothatják túlhevítő elületek [.57], illetve a közeáramba belóathatók Schott túlhevítő, újrahevítő elületek [.58]. A belóatott űtőelületeket is védeni kell erózió ellen páncélozással, vay szuper ómea csövek (.64. ábra) alkalmazásával. 1000,0 Peremeltételek: (1) H=17,5 m; c=3,5 m/s; () T=850 C; O =7%; (3) 300 C-ról 600 C-ra 100,0 Barnaszén szemcse kiéési ideje () 10,0 Tartózkodási idő a tűztérben (1) Kőszén szemcse kiéési ideje () Lebetetési sebessé 1,0 Visszavezetések száma kőszénre 10 0,1 Visszaűtési idő (3) 0,001 0,01 0, Szemcseméret (mm) ábra Tartózkodási idő, kiéés CIRKOFLUID tűztérben [.54] A Deutsche Babcock cé által kidolozott CIRKOFLUID eljárásnál [.54] nayobb tűztér keresztmetszetet, az áyban 4 m/s sebesséet, az éési leveő 40%-ának szekunder leveőként történő bevezetését, kisebb (3,5-5 m/s) tűztérbeli áramlási sebesséet, ezzel kisebb 1- k/nm 3 porkoncentrációt alkalmaznak. A meoldással a durva szemcsékből ey nyuvó, a kisebbekből ey cirkulációs luid rendszer jön létre. A kisebb sebessé miatt a nayobb szemcsék a stacioner áyban maradnak és csak a kisebbek lépnek ki az áyból, de ezek tűztéri tartózkodási ideje is eléri az 5 másodpercet. A.78. ábrából, amely ey 17,5 m maas tűztérre jellemző kiéési és tartózkodási időket mutatja, meiyelhető, hoy a kiéés érdekében csak a 40 μ-nál nayobb kőszén szemcsék visszakerintetésére van szüksé. Az íy 110

115 lecsökkent koptatóhatás mellett a tűztér első részén is elhelyeznek konvektív űtőelületeket, amelyekkel a C-os áramló közeet a ciklon előtt, C-ra hűtik le. A ciklonon keresztül kerinő hamumennyisé mé ennél a meoldásnál is a beadaolt szénmennyisé 10-0-szorosa. Indulásnál a rétevastasá elérheti a m-t is. Az ábrából az is meállapítható, hoy a 300 C-ra visszahűlt áy késedelem nélkül újrayújtható..3. Előzölötető rendszer Működés alapelve. Természetes cirkulációjú, vízcsöves kazánoknál az előzölötető rendszer ey vay több kazándobból és az ezekhez közvetlenül, vay kamrák közbeiktatásával csatlakozó csőrendszerekből áll. A űtött csőelületek hűtését, az előzölötető elületeken elpároló olyadék utánpótlását biztosító közeáramlást (yakorlati szóhasználattal természetes cirkulációt) a űtött és űtetlen (illetve kevésbé űtött) csöveket kitöltő közeben kialakuló sűrűsékülönbsé hozza létre. A leeyszerűbb csőrendszer kazándobból, ejtő és emelő (orr) csövekből áll (.79. ábra). Gőz elvezetés Tápvíz p s, t s W Δp H W ρ orr Δp Δp din ρ e q Munkapont W K W Kerinési szám.79. ábra Cirkulációs kör elvi vázlata, kerinési szám, munkapont E csőrendszerben a űtetlen ejtőcsövek és a űtött orrcsövekben lévő közeek között, a csöveket kitöltő közeek eltérő átlaos sűrűséének hatására, a csőrendszer lealsó közös pontjára (az ábrán az ejtőcső alatti kamra szimmetria tenelyére) vonatkoztatva p H ( ).63 e naysáú eodetikus nyomáskülönbsé (yakorlati szóhasználatban: elhajtóerő) jön létre, amely a közeet mozásba hozza. Az áramlást a sebessé néyzetével arányos áramlási és yorsítási veszteséek ékezik. A orrcsövekben keletkező őz ( W ) mennyisée adott nyomásnál csak a hőelvételtől ü az áramlási viszonyoktól (a hőátadásra yakorolt hatástól eltekintve) üetlen. Íy az eyensúly kialakulása csak a kerinő mennyisétől ( W ) ü, hiszen a orrcsövekbeli átlaos sűrűsé változását is az állandó W őzáram mellett az ejtőcsövekbe belépő W olyadékáram határozza me (növekvő olyadékárammal az átlaos sűrűsé eyre közelebb kerül a olyadékázis sűrűsééhez). Ezért a eodetikus nyomáskülönbsé ( p ) és a veszteséek összee ( pdin ) a két közeáram kerinési számnak nevezett hányadosának, orr K 111

116 W K.64 W üvényében ábrázolható. A munkapont, a tényleesen kialakuló kerinési szám a növekvő olyadék árammal csökkenő elhajtóerőt és a növekvő veszteséeket ábrázoló jelleörbék metszéspontjaként határozható me. Az előzőek alapján az is meállapítható, mint arra a.1. ejezetben már utaltunk, hoy a nyomás növekedésével (miután az ejtőcsőbeli és orrcsőbeli sűrűsé különbsée kisebb lesz) a p csökken, íy a.79. ábra jobb oldalán a elhajtóerő jelleörbéje leelé tolódik, azaz az eyéb eltételek változatlansáa esetén eyre kisebb kerinési szám alakul ki. Ezt a H szintmaassá növelésével ellensúlyozni lehet, de ey adott nyomás elett az elérhető kerinési szám már nay kazánmaassá esetén sem lesz elésées a csövek hűtéséhez. Ez az oka, hoy 195 bar enedélyezési nyomás elett sehol sem készítenek őzkazánokat természetes cirkulációval. Ekó szakasz. A kazándobba bevezetett tápvíz telítési, vay annál kisebb hőmérsékletű. Olyan esetben, úynevezett orraló ekónál amikor a tápvíz előmeleítőből részben előzölött olyadék lép be a kazándobba, a olyadék és őzázis szétválik, a bevezetett őz nem keveredik a dob alsó elében lévő kazánvízzel. Íy a kazándob vízterében (a olyadékelszíntől eltekintve, ahol a őz és olyadékázis mindi eyensúlyban van és ezért hőmérséklete meelel a dobnyomáshoz tartozó telítési hőmérsékletnek) a kazánvíz hőmérséklete telítési hőmérsékletűnél hideebb tápvíz bevezetése esetén a keveredési arányoktól üően, elmaradhat a telítési hőmérséklettől. Fűtetlen ejtőcsövek esetén leelé haladva a köze nyomása eyre növekszik, miközben hőtartalma (közelítőle hőmérséklete) nem változik, íy mé a kazándobban telített állapotú kazánvíz esetén is eyre távolabb kerül a telített állapottól, úynevezett aláhűtött állapotba kerül. Ezért a űtött orrcsővekbe belépve a orrás nem indulhat me azonnal, a közenek ehhez, kivételes esetektől (3.33. ejezet) eltekintve, telítési hőmérsékletre kell elmeleednie. A orrcsőveknek azt a szakaszát, ahol a olyadék hőtartalma eyenlővé válik a változó (orrcsövekben csökkenő) helyi nyomáshoz tartozó telített olyadék hőtartalommal a cső ekó szakaszának ( H ekó ) nevezik. Fűtött ejtőcsöveknél a hőelvétel telítési hőmérsékletre meleítheti, vay akár részben el is őzölötetheti az áramló közeet. Ez esetben az ekó szakasz elmaradhat. Az ekó szakasz naysáának meállapítása az eysényi közemennyisére vonatkozó hőmérle elírásával lehetsées. h dob h e h q h H H a e pe H ekó p W p.65 Ahol h dob telítési állapothoz viszonyított entalpia eltérés (yakorlati elnevezéssel: hőhiány) a dobban, hdob ( h htv ) / K (Ha htv h, hdob=0) [kj/k], h e entalpianövekedés a (űtött) ejtőcsőben [kj/k], H a a orrcső alsó űtetlen szakaszának eodetikus maassáa [m], 11

117 Telítési hőmérséklet 0 1 Folyadék ma hőmérséklete β α Csőal hőmérséklet x Folyadék hőmérséklet Gőzma hőmérséklete Csőhosszúsá h e áramlási vesztesé az ejtőcsőben [N/m ], h p q W telített olyadékentalpia nyomás szerinti dierenciahányadosa [(kj/k)/(n/m )], az eysényi orrcső hosszon átadott hőmennyisé (yakorlati elnevezéssel: vonalterhelés) [kw/m], orrcső rendszer közeárama [k/s], orrcső rendszer ekó szakaszát kitöltő köze sűrűsée [k/m 3 ], h tv a tápvíz entalpiája a dobba történő belépésnél [kj/k]. A kiejezés yakorlati alkalmazásánál, a vízszinteshez mért hajlásszöel, erdén vezetett csöveknél a hőelvétel számításánál a maassá és csőhossz közötti eltérést iyelembe kell venni: q helyett q / cos helyettesítendő. Amennyiben a orrcső rendszer több, különböző űtöttséű szakaszból áll, ezeket külön-külön kell számításba venni, oly módon hoy az előbbi eyenlet bal oldalán az ekó szakaszt meelőző szakaszok entalpianövekedését, nyomás csökkenését az ejtőcsőre vonatkozó változásokhoz hasonlóan be kell számítani. Az eyenletből H kiejezhető és kiszámítható. A H ekó szakasz maassáa a orrcső rendszer közeáramától is ü, íy a ténylees érték a közeáram (kerinési szám) mehatározására vézett iteráció eredményeként adódik ki. Előzölés hatása. A telítési hőmérséklet elérését követően a orrcsövekben meindul az előzölés (.80. ábra), melyet részletesen a ejezet ismertet, a köze áramlása kétázisúvá válik. Csőal és olyadék hőmérséklet H Áramlási kép Eyázisú őzáramlás Hőátadás Konvektív hőátadás őz elé ekó x=1 G Gyűrűs áramlás cseppelraadással Folyadék hiányos orrás F E Gyűrűs áramlás cseppelraadással Gyűrűs áramlás Kényszerített konvektív hőátadás olyadékilmen keresztül D Tömlős áramlás Telített buborékos orrás x=0 C B Buborékos áramlás Aláhűtött buborékos orrás A Eyázisú olyadékáramlás Konvektív hőátadás olyadék elé.80. ábra Előzölés, őztartalom, téroatarány (téroathányad), keresztmetszet kitöltési tényező üőlees orrcsőben A kazánoknál előorduló normál hőterhelések tartományában a őzejlődést kezdetben telített buborékos orrás jellemzi. Előrehaladtával a csőkeresztmetszet eyre nayobb részét töltik ki őzbuborékok, amelyek úynevezett duókká, tömlőkké állhatnak össze. Miután a őzázis sűrűsée a olyadékázisénál lényeesen kisebb, a buborékok, duók elelé áramló köze esetén a olyadékázishoz viszonyítva előresietnek, és íy üőlees csőben, az általuk 113

118 elolalt keresztmetszet, ey adott csőkeresztmetszetben lényeesen kisebb az addi a keresztmetszeti keletkezett őz elméleti keresztmetszet arányánál. Leelé áramló olyadékban (ejtőcsőben) képződő őzbuborékok, őzduók ezzel szemben nem előresietnek, hanem visszamaradnak a olyadékáramban. Emiatt ey adott csőkeresztmetszetben az általuk elolalt keresztmetszet nayobb lehet az addi keletkezett őz elméleti keresztmetszet arányánál. Nayobb őztartalom esetén a cső közepét teljesen a olyadéktól eltérő sebesséel áramló őz töltheti ki, a olyadék csak a csőelületet nedvesíti, az áramlás yűrűssé válik. Tovább olytatva a hőközlést a csőelület kiszárad, olyadék csak a cső közepén áramló, a olyadékilmből a alon képződő őzbuborékok által elraadott olyadékcseppekben marad vissza, majd ezek is elpárolonak. Minőséi jellemzők. A kétázisú köze minőséének jellemzésére az őztartalmat és az keresztmetszet kitöltési tényezőt használják. Előbbi: x x h h.66 h h M M a cső ey adott keresztmetszetéi képződött o M őzáram aránya a csőbe belépő M o olyadékáramhoz viszonyítva. A keresztmetszet kitöltési tényező: a őz által kitöltött A.67 A A keresztmetszet aránya a teljes A csőkeresztmetszethez viszonyítva. Ezt me kell különböztetni az ey adott keresztmetszeti képződött őz eyensúlyi, azonos, előresietés nélküli közesebesséeket eltételező téroatarányától, amely V.68 V az adott keresztmetszeti képződött V őzáram aránya a teljes V téroatáramhoz viszonyítva. A kiejezés, a téroat és tömeáramok közötti összeüések, valamint az x őztartalom elhasználásával, átalakítható csak a őztartalmat, illetve a őz és olyadékázisok sűrűséét tartalmazó képletté: M M M M o M ox M x o 1 ( 1 x ) 1 x 1 x.68a E képlet alapján is meállapítható, hoy azonos őztartalomnál, kisebb nyomáson, kisebb őz/olyadékázis sűrűsé aránynál, a cső nayobb keresztmetszetét olalja el a őz, mí a nyomás és ezzel a sűrűsé arány növekedésével a téroathányad csökken (.81. ábra). Mejeyezzük, hoy az anol irodalom alapján, -t téroathányadnak (void actor), -t téroati minősének (void quality) is nevezik. 114

119 Téroatarány (β) Ey l hosszúsáú d belső átmérőjű csőszakaszban létrejövő őztartalom növekedés a ql d 4ql x.69 d G r d G r 4 kiejezéssel határozható me, ahol G u tömeáram sűrűsé, a csőben áramló köze sebesséének és sűrűséének a cső bármely keresztmetszetében számított szorzata, a cső hossza mentén állandó [k/m s], r h h pároláshő, a telített őz és olyadékentalpiák különbsée [kj/k], q az előzölötető cső belső elületére vonatkoztatott elületi hőterhelés [kw/m ]. 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 1 bar 10 bar 40 bar 100 bar 165 bar 10 bar Kritikus nyomás 0,3 0, 0,1 0, Gőztartalom (x).81. ábra A téroatarány változása a nyomás és őztartalom üvényében Gyakorlatban a elhajtóerő számításához a keverék átlaos ( ) sűrűséére van szüksé. Ez a keresztmetszet kitöltési tényező elhasználásával számítható: ( 1 ).70 A őzázis helyi sebessée: M ox v u A A olyadékázis helyi sebessée: M o( 1 x )v u A A A két sebessé s aránya (slip) azt ejezi ki, hoy ey adott keresztmetszetben a őzázis hányszor halad yorsabban a olyadékázisnál u s u Fiyelembe véve, hoy x v( A A ) ( 1 x )v A A.71 / A, az előbbi eyenlet átrendezhető a u 1 x v 1 x v 1 1 s u x v x v 115

120 Meiyelhető, hoy a ázisok azonos sebessée ( s =1) esetén -val eyenlővé válik. A keresztmetszet kitöltési tényező ( ), illetve az eyensúlyi téroathányad ( ) előbbi képletéből ( 1 x ) / x értékét kiejezve: 1 v 1 1 v v s v Ebből a keresztmetszet kitöltési tényező (téroathányad) az eyensúlyi téroathányad és az előresietési arány (slip) seítséével is kiejezhető. 1.67b 1 1 s Az x,, változását a cső hossza mentén elelé áramló közere eyenletes űtés és teljes előzölés eltételezésével a.80. ábra jobb oldala mutatja. Kétázisú áramlás. A kétázisú áramlás jellemzőit, számítását a 3.4. ejezet ismerteti. Ezen belül az eyensúlyi téroathányad és a keresztmetszet kitöltési tényező yakorlati számítása a 3.43., az áramlási (csősúrlódási, irányelterelési, belépési kilépési, keresztmetszet változási, ojtási, stb.), valamint yorsítási nyomásveszteséek levezetése, számítása a 3.41., , ejezetekben szerepel. A részletek ismertetése nélkül az előzőek alapján előrebocsátható, hoy ey tetszőleesen vezetett, előzölötető cső két vépontja közötti eodetikus nyomáskülönbsé (3.184 képlet): p k L, ( z) 1( z) sin ( z) dz amelyből az előzölötető cső maassáára átlaolt sűrűsé: L ( z) 1( z) sin ( z) dz orr 0 H.7 A dinamikus nyomásveszteséet az áramlástanban szokásos összeüésekkel számítjuk, azzal az eltéréssel, hoy kétázisú áramlás esetén az eyázisú, belépő olyadékáramra vonatkoztatott áramlási veszteséeket (3.174, képletek) ey a nyomástól, őztartalomtól üő o kétázisú súrlódási nyomásveszteséi tényezővel korriáljuk (3.1 képlet), illetve az eyázisú áramlásnál általában elhanyaolt yorsítási nyomásveszteséet (3.18 képlet) is iyelembe vesszük. o,i v i Íy kétázisú áramlásra: pk,din pk,s pk,a G li i i D rk, a.73 v i Eyázisú áramlásra: pdin ps pa G li i ra i D.73a 116

121 Kétázisú súrlódási nyomásveszteséi tényező Gőztartalom, Keresztmetszetkitöltési tényező Relatív elületi hőterhelés Lánma helyzetének hatása a cirkulációra. A valósában, mint azt a.. ejezet részletezte a csövek hőterhelése nem eyenletes és üzem közben is lényeesen változhat. Ebből adódóan a őzejlődés, keresztmetszet kitöltés is eltérő lehet. A leyakoribb változás a lánma üőlees irányban történő eltolódása. Ennek hatását a.8. ábra mutatja. 1,6 1,4 Alsó lán Felső lán 1, 1,0 0,8 0,6 0, Tűztér zónák 0,6 0,5 0,4 x (alsó lán) α (alsó lán) x (első lán) α (első lán) 0,3 0, 0,1 0, Tűztéri zónák,0 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1, 1,1 1,0 alsó lán első lán Tűztéri zónák.8. ábra Lánma helyzetének hatása a keresztmetszet kitöltési, illetve a kétázisú nyomásveszteséi tényezőre Az ábra ey D=46 mm belső átmérőjű, H =0 m maas, 10 eyenlő hosszúsáú zónára osztott, orrcsőre vonatkozik, K =5 kerinési számnál (500 k/m s tömeáram sűrűsénél). Az alsó és első lán relatív hőáramsűrűsé leutása eymás tükörképe, a leadott hőmennyisé mindkét esetben azonos. Meiyelhető, hoy alsó lán esetén a cső alsó részén intenzívebb a őzejlődés, ebből adódóan a keresztmetszet kitöltési tényező ( ) értéke yorsabban növekszik. Hasonlóan, az intenzívebb őzejlődés miatt yorsabban nő a kétázisú súrlódási nyomásveszteséi tényező ( ) értéke is. A maassára átlaolt értékek (alsó, illetve első lán): o keresztmetszet kitöltési tényező 0,314, illetve 0,3003 (-6,57%), kétázisú súrlódási nyomásveszteséi tényező 1,553, illetve 1,518 (-,5%) átlaos sűrűsé 46,3, illetve 436,0 (+,8%). Összesséében (miután a eodetikus nyomáskülönbsé általában többszöröse a dinamikus nyomáskülönbsének, ezért a eodetikus nyomáskülönbsé növekedése 117

122 Geodetikus nyomás [N/m ] nayobb mérvű, mint az áramlási veszteséeké) alsó lán esetén általában jobb cirkuláció alakul ki. Íy a yakorlatban, a tűztér kihasználása mellett, a cirkuláció javítása érdekében is, a lehető lealacsonyabban elhelyezkedő lánormára kell törekedni Eredeti hőterhelés 15 % hőterhelés 150 % hőterhelés Kerinési szám.83. ábra Hőterhelés hatása a eodetikus nyomáskülönbsére Átlaos hőterhelés hatása. A lán elhelyezkedése mellett, az átlaos hőterhelés naysáa is lényeesen beolyásolja a cirkulációt mehatározó jellemzőket. A.83. ábra a hőterhelés növekedésének hatását mutatja az előbbi orrcső eodetikus nyomáskülönbséére. Meiyelhető, hoy az intenzívebb őzejlődés hatására a nyomáskülönbsé csökken. Az ábrán a örbék az összevethetősé érdekében azonosan K=1-től indulnak, de a valósában a jobban űtött csövekben nyilvánvalóan több őz ejlődik, íy tömeáram üvényében történő ábrázolásnál a jobban űtött csövek jelleörbéje a hőterheléssel arányosan eltolódna jobbra. Az ábra alapján következtethetünk arra, hoy eyrészt az azonos ejtőcső rendszerhez tartozó, különböző űtöttséű csövek cirkulációja lényeesen eltérő lehet, másrészt a nayobb hőterhelés melletti intenzívebb előzölés a nayobb (ejtőcső-orrcső közötti) eodetikus nyomáskülönbsé következtében intenzívebb cirkulációt is biztosít, íy a jobban űtött csövek eyben jobban hűtöttek is lesznek. Ez azonban nem jelenti azt, hoy a hűtés a űtéssel arányosan változna, hiszen íy nem alakulhatna ki az intenzívebb cirkulációt biztosító, nayobb átlaos őztartalom és keresztmetszet kitöltési tényező ( ). Nyomás és elhajtóerő összeüése. Az előzőekben többször utaltunk a nyomás és a elhajtóerő közötti összeüésre. Erre ey, az előbbi méretű orrcsövekből és az 1/3 ( A ejtő / Aorr) keresztmetszetű ejtőcsőből, H bek = m hosszú bekötőcsőből álló rendszerre a.84. ábra mutat példát. Az ábrán meiyelhető, hoy azonos ( K =5) kerinési szám esetén, az azonos eodetikus nyomáskülönbséet eredményező maassá yorsan csökken, már 100 bar dobnyomásnál is csak mintey ele a 165 bar nyomáshoz tartozó értéknek. Kisebb nyomásnál a meelelő hűtéshez yakorlati tapasztalatok (.89. ábra) alapján nayobb minimális kerinési szám szüksées, íy ez esetben a kisebb átlaos őztartalom mellett, azonos eodetikus nyomáskülönbséhez nayobb relatív maassára van szüksé. A teljes cirkulációs hurok szüksées maassáa, az elvárt kerinési számnál a elhajtóerő és az áramlási veszteséek.79. ábrán bemutatott eyenlőséét leíró következő,.63a összeüésből határozható me (a közelítő eyenlőséjel a csősúrlódási, belépési, irányelterelési veszteséek eyszerűsített iyelembevételére utal): 118

123 Relatív eyenértékű maassá v Aorr v Aorr H ( e orr) G H beki o l bek beki o ra D Aejtő D Abek.63a Mint a.84. ábra mutatja, a szüksées maassá a nyomás csökkenésével yorsan csökken, de 50 bar nyomás alatt a nayobb minimális kerinési szám biztosítása az azonos hőelvételhez szüksées tömeáram növelésén keresztül a relatív eyenértékű emelőmaassá növekedését eredményezi. A valósában kisebb nyomású kazánoknál nayobb átmérőjű orrcsövek alkalmazhatók, íy az áramlási ellenállás lényeesen csökkenhet és a cirkulációs hurok maassáa tovább csökkenthető, az ábrán látható, 50 bar alatti maassánövelésre nincs szüksé. 1, 1,0 0,8 azonos kerinési számnál minimális kerinési számnál ejtőcső-orrcső huroknál 0,6 0,4 0, 0, Dobnyomás (bar).84. ábra Hőterhelés hatása a eodetikus nyomáskülönbsére Cirkulációs számítás. Az előzölötető rendszer cirkulációs számítására és ennek meelelően a jelleörbék ábrázolására kétéle yakorlat alakult ki. Az eyiknél a.79. ábrához (és az előző képlethez) hasonlóan különválasztják a eodetikus nyomáskülönbséeket (az ezekből kiadódó elhajtóerőt) és az áramlási veszteséeket és a kettő eyensúlyát vizsálják. A másiknál az eyes csövek, csőszakaszok alsó vépontjára (belépő kamra szimmetriatenelyére) számított, két vépont közötti nyomáskülönbséét határozzák me és az eyensúlyi tömeáramokat a sorba, vay párhuzamosan kapcsolt szakaszok jelleörbéinek meelelő összezésével állapítják me. Eredő jelleörbék mehatározása. Felelé áramlásnál az áramlási veszteséek növelik, leelé áramlásnál csökkentik az eyes csőszakaszokban kialakuló eodetikus nyomáskülönbséet. Az alábbi összeüéseket eyázisú áramlásra írtuk el, de előzölés esetén a számítást mindi a kétázisú áramlásra kell elvéezni. p p p p.74 emelő ejtő p p p p.74a s s a a Több, különéle módon kapcsolt elem esetében az összezés sorba kapcsolt elemeknél a tömeáram üvényében az adott csőszakaszok nyomásainak, párhuzamosan kapcsolt elemeknél a nyomáskülönbsé üvényében az eyes elemek tömeáramainak összeadásával véezhető el. Mí a elhajtóerőt és az áramlási veszteséeket különválasztó eljárás csak eyszerűbb, eyetlen hurokból álló előzölötető rendszerekre alkalmazható, addi az elemek jelleörbéit 119

124 Nyomás [N/m ] Gőztartalom, Keresztmetszetkitöltési tényező meelelően összező eljárás bármilyen összetett, eyenlőtlen űtésű rendszer, jól átlátható vizsálatára alkalmas. Íy a következőkben utóbbi leírásmódot alkalmazzuk. 0,6 0,5 0,4 x (elelé áramlás) α (elelé áramlás) x (leelé áramlás) α (leelé áramlás) 0,3 0, 0,1 0, Tűztéri zónák.85. ábra Gőztartalom és a keresztmetszet kitöltési tényező változás azonos űtés, tömeáram ( K =5) esetén ejtőcső, emelőcső üzemmódban Fűtött csövek viselkedése. Alsó, első dobokhoz csatlakozó, keresztáramlással űtött, Stirlin rendszerű előzölötető csöveknél (például.44. ábra, konvektív előzölötető) a csövek a űtés erősséétől, párhuzamosan kapcsolt csövek számától üően, ejtő és emelőcsőként is viselkedhetnek. A őztartalom azonos űtés, tömeáram esetén azonos leutású marad, ettől eltérően az emelőcsőben a elelé áramlásnál előresiető, illetve az ejtőcsőben leelé áramlásnál visszamaradó őzbuborékok, őzduók lényeesen eltérő keresztmetszet kitöltést (téroathányadot) eredményezhetnek. Mí elelé áramlásnál a keresztmetszet kitöltési tényező csökken, addi leelé áramlásnál nő, a téroatarányhoz viszonyítva (.85. ábra). Ezért azonos eltételek esetén a eodetikus maassákülönbsé leelé áramló közeben kisebb lesz, mint a elelé áramló közeben. Ebből következik, hoy a csövek eredő jelleörbéje teljesen más alakú lesz ejtő- és emelőcső üzemmódban Geodetikus nyomás elelé áramlás Geodetikus nyomás leelé áramlás Emelőcső üzemmód Ejtőcső üzemmód Δp s +Δp a H**ρ orr H**ρ Kerinési szám.86. ábra Forrcső jelleörbéje ejtőcső, emelőcső üzemmódban Erre példát az előbbi paraméterekkel jellemezhető őzejlesztő csőre a.86. ábra mutat. Ejtőcső üzemmódban, a eodetikus nyomáskülönbsé vonala (az átlaosan nayobb keresztmetszet kitöltési tényező, és az ennek következtében kisebb átlaos sűrűsé miatt) kisebb értékről indul, de uyanúy a telített olyadékkal kitöltött cső eodetikus nyomáskülönbsééhez ( H ) tart. Az áramlási veszteséek ( p p ) változása a kerinési szám (tömeáram) üvényében s a 10

125 közel néyzetes (a tömeáram néyzetesen növelő hatását, az átlaos őztartalom csökkenésével mérséklődő, kétázisú súrlódási nyomásveszteséi tényező csökkenti). Íy, ey őztermelő cső alsó pontjára számított nyomás, emelőcső üzemmódban, a tömeáram (kerinési szám) üvényében eyenletesen növekszik, ejtőcső üzemmódban pedi általában maximummal rendelkező, eredő nyomáskülönbsé jelleörbe alakul ki. Ez a yakorlatban azt jelenti, hoy a űtött, őztermelő ejtőcsövek uyanazon (jelleörbe maximumnál kisebb) nyomásnál több üzemállapotot vehetnek el, elvile lehetősé van emelőcső üzemmódból ejtőcső üzemmódba történő átváltásra, labilis üzemmódra is. Δp Δp Δp s +Δp a Δp s +Δp a Δp =Hρ Δp =Hρ orr W Ejtőcső üzem Emelőcső üzem Ejtőcső üzem Emelőcső üzem W a) eyázisú áramlás b) kétázisú áramlás.87. a. ábra Forrcső jelleörbéje ejtőcső, emelőcső üzemmódban Az előbbiek alapján az eyes csőtípusok, közeáramlások jelleörbéi általánosíthatók (.87. a. ábra). Az eyázisú áramlást néyzetesen emelkedő, csökkenő jelleörbe jellemzi. A kétázisú áramlásnál (előzölötető csöveknél), emelőcső üzemmódban a jelleörbe harmadokú üvény alakhoz hasonlít, ejtőcső üzemmódban pedi az előbbiek szerint maximuma van. Kétázisú áramlásra a jelleörbe a K =1-nek meelelő tömeáram alatt izikaila nem értelmezhető, mivel a kerinő közemennyisé (állandósult állapotban) a keletkező őzmennyisénél nem lehet kisebb. Hasonlóan a p k, eodetikus nyomáskülönbsé a H értéknél (a csövet teljesen őzázis töltené ki) nem lehet kisebb. Δp c) yenén űtött orrcső.87. b. ábra Gyenén űtött orrcső jelleörbéje ejtőcső, emelőcső üzemmódban Visszaáramlás. Gyenén űtött orrcsöveknél, különösen indulásnál előordulhat, hoy az előzölötető csövekbe a kilépő őzzel szemben olyadék lép be, azaz eyidejűle létezik ey elelé történő őzáramlás és ey leelé történő olyadékáramlás, melyek eredő tömeárama neatív. Erre az esetre jellemző, a.87. b. ábrán látható, úynevezett neatív tartományba áthajló csőkarakterisztika. Ledine [7] szerint ilyen akkor alakulhat ki, ha a keletkező őzmennyisé kisebb a orrcsőben előresiethető őzmennyisé kétszeresénél: W 11

126 G A u u ).75 orr ( Munkapont mehatározása. Az eyes csövekre vonatkozó jelleörbék alapján, a.79. ábra bal oldalán vázolt, eyszerű cirkulációs kör munkapontja a űtetlen ejtőcső és az emelőcsőként működő előzölötető cső jelleörbéjének metszéspontjaként adódik ki (.88. ábra). Δp Emelőcső jelleörbe Ejtőcső jelleörbe Munkapont W.88. ábra Fűtetlen ejtőcsőből és orrcsőből álló cirkulációs kör munkapontjának mehatározása Cirkulációs kör elépítése a yakorlatban. Eddi csak ejtő és emelőcsövekből, kazándobból, kamrákból álló eyszerű előzölötető rendszert vizsáltunk. A valósában a csőrendszerek sokkal bonyolultabbak. Ey, a yakorlatban előorduló részelemeket tartalmazó, természetes cirkulációjú előzölötető rendszer elépítését a.89. ábra mutatja. Az eyes részelemek szerepe, a kialakításuknál iyelembe veendő szempontok a következőkben olalhatók össze: A kazándob (1) eladata eyrészt a őz és olyadékázisok szétválasztása, ennek részeként, a olyadékcseppek elraadásának meakadályozása (minimalizálása), másrészt a őzelvétel és tápvíz betáplálás eltéréséből adódó mennyiséi eltérések kieyenlítése. A víztér elszínén a olyadék és őzázis eyensúlyban van eymással, a közehőmérséklet a dobnyomáshoz tartozó telítési hőmérsékletnek elel me. Az alsóbb réteekben a közehőmérséklet a tápvízbevezetés kialakításától ü. Folyadékszint alá vezetett, telítésinél hideebb tápvíz esetén a kazánvíz hőmérséklete kisebb lesz a telítési értéknél. Gőztérbe vezetett, meelelően elosztott, a őzzel nay elületen érintkező tápvíz telítési hőmérsékletre meleedhet. Az előleválasztó dob () alkalmazásának célja az előzölötető csövekből érkező őz-víz keverék szétválasztása, a dobvízszint hullámzásának, a dobon belüli röcskölés, elhabzás esetlees előordulásának meelőzése, ezzel a őzminősé javítása. Mintey menöveli a kazándob őzterét. Előordulása esetén a tápvízbevezetés is ide történik. Telítésinél hideebb tápvíz esetén, a víztérben a kazándobhoz hasonlóan, aláhűtött olyadékhőmérséklet is kialakulhat. A őzoldali (9), vízoldali (10) összekötő csövek keresztmetszetének, áramlási ellenállásának meválasztásával biztosítani kell, hoy az előleválasztó dob alján mindi leyen olyadék. A kazándobbal ey maassában elhelyezett előleválasztó doboknál (a őzoldali összekötő csövek ellenállásának növelésével) arra is üyelni kell, hoy a dobból olyadék ne áramolhasson vissza. Teljes sótalanítással előkészített tápvíz esetén alkalmazása nem szokásos. Szétválasztó dobot (3) a kazándob őzterének növelésére, a kazándobból esetleesen elraadott, nay sótartalmú olyadékcseppek leválasztására 1

127 alkalmaznak. A őz és olyadékázis is telített állapotban van. Csak különlees kazánkonstrukcióknál alkalmazzák. A tápvízbevezetés (4) eladata a tápvíz előmeleítőből érkező tápvíz kazánvízzel történő, lehetősé szerinti eyenletes keveredésének biztosítása. Ennek előseítésére a dob hossztenelye mentén véiutó vályú, perorált cső alkalmazása is szokásos. Rosszabb kazánvíz minősé esetén a őztérbe ilmszerűen vezetett tápvízzel a őz sótartalmának csökkentésére a őz mosása is szokásos volt. A belépő köze hőmérséklete, előzölötető tápvíz előmeleítőknél telített, eyébként telítési hőmérséklet alatt van, üzem közben is inadozhat. Erre tekintettel a tápvíz bevezető csonk(ok) kazándobba történő bevezetésénél, az eseteleesen eltérő hőmérsékletekből adódó hőeszültséek minimalizálására, különös ondossáal kell eljárni, lehetősé szerint a őztéren keresztül, a vízszint inadozás sávjától távol történő bevezetést kell alkalmazni. Az ejtőcsövek (5) eladata az előzölötető csövekben elpárolotatott köze olyamatos pótlása, a kazándobot az elosztó kamrákkal, vay a vízoldali összekötő csövekkel kötik össze. Összes keresztmetszetük a orrcsövek keresztmetszeténél (általában lényeesen) kisebb. Kialakításuk sokéle lehet: több űtött vay űtetlen kisebb, illetve néhány űtetlen, nayobb átmérőjű cső. Utóbbi esetben több kisebb átmérőjű összekötő csővel csatlakozik a kazándobhoz. Telített vay aláhűtött közeet szállít, űtött ejtőcsövekben előzölés is lehetsées. Gyakori konvektív előzölötető csövek ejtőcsőként történő alkalmazása. Gőzelvezetés Tápvíz 4 8 Jelölés: 1 Kazándob Előleválasztó dob 3 Szétválasztó dob 4 Tápvízbevezetés 5 Ejtőcső 6 Előzölötető cső (orrcső) 7 Recirkulációs cső 8 Felszálló cső (őz bekötőcső) 9 Gőzoldali összekötő cső 10 Vízoldali összekötő cső 11 Gőzelvezető cső 1 Víz visszavezető cső 13 Vízoldali bekötő cső 14 Elosztó kamra 15 Gyűjtő kamra.89. ábra Előzölötető rendszer elépítése A orrcsövek (6) a köze előzölötetésére szolálnak. Hőterhelésük és ez által őztermelésük, alhőmérsékletük a lán alakjától, elhelyezkedésétől, tüzelőanya minősétől stb. üően változik. Rendszerint csak eyik oldaluk űtött. A réteződés (őz-olyadék keverék szétválásának) elkerülésére vízszintes vezetésüket kerülni kell. Recirkulációs csöveket (7) a kazándob és az ejtőcsövek tehermentesítésére alkalmaznak. Miután a yűjtő kamrákban a ázisszétválasztás nem tökéletes, kis őztartalmú őz-olyadék keveréket szállítanak. Az áramlás stabilitása érdekében űtetlenek. Keresztmetszetük kisebb a orrcsövekénél, 13

128 csatlakoztatásukat a köze eyenletes eloszlásának iyelembevételével kell kialakítani. A elszálló csövek (8) a orrcső rendszert kötik össze a kazándobbal. Falazaton belüli vezetés esetén az előzölés a elszálló csövekben is olytatódik. Keresztmetszetük általában kisebb a orrcsövek keresztmetszeténél, yűjtő kamrákhoz történő csatlakoztatásuknál az eyenletes közeelosztásra üyelni kell. A dobvízszint eletti szakaszt (maassáot) túlemelésnek nevezzük. A őzoldali összekötő csövek (9) az előleválasztó dobban a beérkező őzolyadék keverékből kivált őz, kazándobba vezetésére szolálnak. Keresztmetszetüket a vízoldali összekötő csövekkel összehanoltan kell mehatározni. A vízoldali összekötő csövek (10) eladata az előleválasztó dobba beérkező olyadék kazándobba vezetése. Telített, vay aláhűtött közeet szállítanak. Utóbbi esetben kiszáradásuk yors hőmérséklet-növekedésre, ebből adódóan a járulékos eszültséek miatt, yors mehibásodásokra vezethet. Ennek elkerülését az előleválasztó dob alját kitöltő olyadék, vay a kazándobban a csővéek olyadékszint alá vezetése biztosítja. A őzelvezető csövek (11) a kazándobból vezetik a nedves őzt a leválasztó dobba, vay ey őzvezeték előtti yűjtőkamrába. Keresztmetszetüket, csatlakozási pontjukat a cseppelraadás minimalizálásának iyelembevételével kell mehatározni. A vízvisszavezető csövek (1) a leválasztó dobban kivált vízcseppek kazándobba való visszavezetésére szolálnak. A vízoldali bekötő csövek (13) az ejtőcsövet kötik össze az elosztó kamrával, csatlakoztatásukat a köze lehetőle eyenletes elosztásának biztosítására kell kialakítani. Az elosztó kamrák (14) az ejtő, vízoldali bekötő, előzölötető és (amennyiben van) a recirkulációs csövek csatlakozását biztosítják, a cirkuláció stabilitása érdekében. Szakaszokra osztásuk általában indokolt. A yűjtő kamrák (15) eladata az előzölötető és elszálló csövek csatlakozásának biztosítása. A cirkuláció stabilitásának javítására célszerű szakaszokra osztani őket. A réteződés elkerülésére, a cső be- és elvezetéseket lehetősé szerint szimmetrikusan kell kialakítani. Természetes cirkuláció mebízhatósáa. A vízcsöves kazánoknál, az előzölés során a olyadéknak az előzölötető elületek nedvesítése mellett, a csőal meelelő hűtését is biztosítani kell. A olyadékot csak olyan mértékben szabad besűríteni, hoy az oldott sók, ionok kiválása mé a csőal menti határréteben kialakuló, nayobb hőmérsékleten se következzen be. Ezek a követelmények ey, az adott nyomásnak, hőterhelésnek meelelő, maximális őztartalommal, minimális közeáramlási sebesséel, tömeárammal általában kieléíthetők. A yakorlatban a berendezések, mé a lejobb szabályozó beállítások esetén is, olyamatosan változó tüzelőanya minősé, lánalak, őznyomás, tápvízáram mellett üzemelnek, íy a csövekben a cirkuláció is változik. Erre tekintettel a rendszert úy kell kialakítani, hoy zavarok esetén is mebízhatóan működjön, elkerülhető leyen: az áramlás meállása, meordulása, a őz-víz keverék réteződése, őz-víz keverék csövek közötti eyenlőtlen eloszlása, 14

129 Falhőmérséklet az ejtőcsövekbeli kavitáció, orrás, áramló közebeli sebessé inadozás. Kritikus őztartalom, minimális áramlási sebessé, -tömeáram. A orrcső rendszer csöveinek anyaválasztásánál, méretezésénél a várható csőal hőmérsékletből kell kiindulni. Ennek mehatározása a köze hőmérsékletből ( t köze ) kiindulva történik, értékét (i) a ( q b hőáram sűrűséből, köze közeoldali hőátadási tényezőből számítható) belső közeoldali hőátadás miatti; (ii) a cső belső elületén képződött oxidréte, vay lerakódás miatti ( t ); valamint (iii) a csőalban oxidréte létrejövő hővezetés miatti hőmérséklet-növekedéssel menövelve. q q b b Dköz t al tköze toxidréte ln.76 D D köze A belső, közeoldali hőátadási tényező naysáa a hőátadás és az áramlás jelleétől ü. A számítási összeüések aláhűtött buborékos orrásra (.80. ábrán B szakasz) a 3.33., telített buborékos orrásra (C, D szakaszok) a 3.34., kétázisú konvektív hőátadásra (E, F szakaszok) a 3.35., olyadékhiányos orrásra (G szakasz) a ejezetben találhatók. 700 C Gőznyomás: 167 bar Tömeáram sűrűsé: 700 k/m s Fűtés (kw/m ) Folyadék hőmérséklete x=0 Gőztartalom x=1 Folyadék Túlhevített őz 00 1,0 1,5,0,5 3,0 MJ/k Entalpia.90. ábra Csőal hőmérséklet alakulása az előzölés során a hőterhelés üvényében [.59] A.90. ábrán (167 bar őznyomásra, 700 k/m s tömeáram sűrűsére) bemutatott mérési eredményekből jól látható, hoy ey adott tömeáramnál, hőterhelésnél már viszonyla kis őztartalomnál (x=0,3-0,6) mekezdődik a alhőmérséklet emelkedése. Kis áramlási sebessé, tömeáram esetén, a belső hőátadás leromlása miatt, bekövetkezhet a csőelület ejezetben táryalt kiszáradása, túlhevülése, mehibásodása is. Ennek elkerülésére a tömeáramot úy kell meválasztani, hoy a várható őztartalom a ejezetben részletesen táryalt kritikus őztartalom, illetve a űtőelület ténylees hőterhelése a választott tömeáramhoz tartozó kritikus hőterhelés alatt leyen. Ledine a kritikus hőterhelés elkerülésére az atomreaktorokat is beleértve 1,5 értékű biztonsái tényező iyelembevételét javasolta. 15

130 Minimális kerinési szám [k/k] Minimális hidevíz sebessé [m/s] Helyesbítő tényező A mevalósítandó minimális áramlási sebesséet, a űtőelület meelelő hűtéséhez szüksées tömeáram mellett, az áramlás réteződésének, áramlási instabilitások veszélyének elkerülése is beolyásolja. Ezért a kazányártók a yakorlati tapasztalatok alapján belső irányelveket doloztak ki. Ey ilyen, a Deutsche Babcock AG. cé által készített dokumentumban [.6] meadott irányértékeket mutat a.91. ábra. Füőlees orrcsövekre az ábra bal oldali diaramjából kiolvasható, erdén vezetett csövekre a vízszinteshez mért hajlásszö és a kilépő őztartalom üvényében a jobb oldali diaramból leolvasott helyesbítő tényezővel növelt értéket javasolják. Az ábrán szereplő hidevíz sebessé, a környezeti hőmérsékletre átszámított áramlási sebesséet jelenti. A minimális kerinési szám, a kiválások elkerülésére, 3-nál nem lehet kisebb. 0 0, , Meenedhető minimális hidevíz sebessé q 116, 3kW / m 0,15 0, x=0,5 x=0,0 x=0,15 x=0,10 x=0,05 x= Meenedhető minimális kerinési szám q 116, 3kW / m Dobnyomás [bar] 0,05 0, Cső hajlásszöe a vízszinteshez [ok].91. ábra Meenedhető minimális kerinési szám, hidevíz sebessé és erde csőre vonatkozó helyesbítő tényező [.6] Az eyes csövek eltérő űtöttsée, yártási, szerelési eyenlőtlenséek miatt a cirkulációs sebessé is eltérő lesz. Ebből adódóan a csatlakozó kamrákban is áramlási eyenlőtlenséek alakulhatnak ki. Ennek elkerülésére, az elosztó és yűjtő kamrákat úy kell szakaszolni, hoy ey kamraszakaszon belül a lejobban és lekevésbé hűtött csövekben kialakuló áramlási sebesséek különbséének, a lekevésbé hűtött csőbeli sebesséhez viszonyított aránya a 0%-ot ne haladja me. umax umin 0 %.77 u min Áramlás meállása, meordulása. Cirkuláció meállásával, meordulásával minden, az ejtőcső üzemmódhoz tartozó maximális nyomáskülönbsénél kisebb nyomáskülönbséel üzemelő, párhuzamosan kapcsolt csövekből álló előzölötető rendszernél számolni kell. A veszélynek elsősorban a csőköteek lekevésbé űtött csövei vannak kitéve, hiszen ezeknél a csöveknél, a nayobb átlaos sűrűséből adódóan, a jelleörbe maximuma maasabban van. Az áramlás meállása úy következhet be, hoy a űtés növekedése esetén, a jobban űtött csövekben ejlődő nayobb őzmennyisé miatt jelleörbéjük jobbra (nayobb tömeáramok irányába) tolódik, íy a munkapont kisebb nyomáskülönbsénél alakul ki. Emiatt a yenébben űtött csövekben a közeáram lecsökken, az áramlási sebessé közel zérus lesz. A kísérleti meiyelések alapján 16

131 a csövek nem telnek me őzzel, uyanis a csöveket nayrészt kitöltő olyadékból elelé áramló őz csak a keresztmetszetek viszonyla kisebb részén áramlik. Előordulhat, hoy a csövekből kilépő őzzel szemben olyadék áramlik be a csövekbe. A alhoz tapadó őzduók, mé kis hőterhelés esetén is, a csőal yors mehibásodását eredményezhetik. A túlemeléssel épített rendszereknél a meállás úy is bekövetkezhet, hoy a kis elhajtóerő következtében, indulásnál az áramlás nem indul me, vay kis terhelésen meszűnik. A határteljesítmény, amelynél az áramlás meáll (vay ameddi mé nem indul me), az a terhelés, amelynél a csőbe belépő olyadékmennyisé éppen a csőből az előresietési sebesséel távozó őz mennyiséel lesz eyenlő ( K =1). A csövet kitöltő őz-víz keverék a dob vízszintje ölé emelkedik, de a lemaasabb ponton nem tud átbukni. Mehatározása abból a eltételből történhet, hoy az áramlás meindulásához (a elszálló cső túlemelt szakaszának lemaasabb pontján történő átbukáshoz) az ejtőcső áramlási veszteséekkel csökkentett alsó kamrára számított nyomómaassáának nayobbnak kell lenni az előzölötető+eszálló csövet kitöltő keverék statikus nyomásánál: H p ( H H ).78 áramlásie túlemelés kev Meordulás az áramlási irány hirtelen meváltozása miatt következhet be. Ekkor is lehetősé van arra, hoy a őz és a csőal között közvetlen érintkezés jöjjön létre és az átmenetile kialakuló, rossz hőátadás következtében a csőal túlhevüljön. Kisebb nyomásoknál (mintey 30 bar-i) inkább meállás következik be, nayobb nyomásoknál a meordulás valószínűbb. Ennek ellenére az ellenőrző számításokat mindkét esetre el kell véezni. A számítás a yenén űtött előzölötető csövek ejtőcső üzemmódra mehatározott jelleörbe maximumának és az üzemi munkapontnak az összehasonlításán alapul. Amennyiben a maximum értéke az üzemi munkapontra mehatározott nyomáskülönbsé 90-95%-ánál kisebb, az áramlás meordulásával nem kell számolni. A hayományos ellenőrzési eljárást orosz orrások alapján [3.16] ismerteti. Ey a katasztróa elméleten alapuló vizsálati meközelítést Nowotny [.63] közöl, a részletesen vizsált esetre kimutatva, hoy amennyiben a lejobban és lekevésbé űtött csövek hőterhelésének aránya a 4-et eléri, az áramlás a yenébben űtött csövekben meordulhat. A yakorlatban, előzölötető csőköteeknél a első kazándob szakaszolásával (például a tápvíz bevezetése a leyenébben űtött csövek ölé történik, ezáltal a nayobb átlaos sűrűsé következtében a csövek bizonyosan ejtőcsőként működnek), más esetekben az elosztó-, yűjtő kamrák hőterhelés eloszlásnak meelelő szakaszolásával az áramlás meállása, meordulása bizonyosan meelőzhető. Gőz-víz keverék réteződése. A réteződés elsősorban vízszintesen, vay kis hajlásszöel vezetett előzölötető csöveknél, eláazásoknál [.64] következik be, de üőlees csöveknél is kialakulhat eyenlőtlen űtés, kis tömeáram sűrűsé esetén. Kialakulását a csőátmérő növelése is kedvezőtlenül beolyásolja. Gyakorlati tapasztalatok alapján: 15 oknál meredekebben vezetett csövekben hatása elhanyaolható, 3 m/s-nál nayobb hidevíz sebessé estén, mm átmérőjű, 40 bar-nál nayobb üzemnyomású csövekben réteződés általában nem következik be [.60]. 17

132 Gőz-víz keverék eyenlőtlen eloszlása. A kétázisú köze eyenlőtlen eloszlásával a kazándob és az előzölötető csőrendszer közé iktatott kamrák, őzbekötő csövek esetén kell számolni. Az előzölötető csöveket követő kamrákban bekövetkezhet a ázisok réteződése, emellett a továbbvezető csövekbe történő belépésnél további eyenlőtlenséek alakulhatnak ki [.65], íy a kétázisú keverék összetétele az elvezető csövek kezdetén nayon különböző lehet. Meelőzése a lehetősé szerinti eyenletes (osztással, sebesséel, szimmetrikusan történő) bevezetéssel, elvezetéssel lehetsées. Üyelni kell: több alkotó mentén történő bevezetésnél, elvezetésnél a csonkok kamra kerület menti szimmetrikus elrendezésére, a kétázisú keverék kamra hossztenelye mentén történő áramlásának elkerülésére, minimalizálására, az elvezető csövek bevezető csövekkel azonos, vay azokénál kisebb keresztmetszetére, a bevezető és elvezető csövek hossztenely menti arányos elrendezésére. Kavitáció az ejtőcsövekben. A kazándobban a kazánvíz telített, vay aláhűtött állapotban van. Az ejtőcsőbe történő belépésnél statikus nyomása a belépési vesztesének és sebessének ( u e ) meelelő dinamikus nyomással csökken, és előordulhat, hoy a statikus nyomás a közehőmérséklethez tartozó telítési nyomásnál kisebb lesz. Ekkor az ejtőcsőben meindul a őzejlődés, amely az áramlás rövid időre történő meállásához vezethet. A őzejlődés lehetősée mindaddi ennáll, amí a statikus nyomás nem növekszik a telítési nyomás ölé. Az áramlás meállása, esetlees lenések a űtött csöveknél, azok esetlees túlhevülése esetén okozhatnak mehibásodást. Ennek meelőzésére a kazándobokban a kavitáció elkerüléséhez szüksées naysáú ejtőcső belépőcsonk eletti vízszintmaassáot ( h ) kell biztosítani. ue h 1,5.79 E mellett, a konstrukciós kialakítással, mindenképpen me kell akadályozni a kazándobba különéle csöveken beáramló őz-víz keverékből, őz ejtőcsövekbe történő esetlees bejutását. Forrás az ejtőcsövekben. Kialakulása űtött ejtőcsöveknél várható, hatására a cirkuláció romlik, esetle meáll, íy a csőrendszer eyes részei túlmeleedhetnek, mehibásodhatnak. A jelensé lehetőséének ellenőrzését a lejobban űtött, lekevesebb olyadékot szállító csőre kell elvéezni. Utalni kell azonban arra, hoy az ejtőcsőbeli előzölés önmaában, amennyiben a rendszer tervezésénél iyelembe vették, meenedhető, elé csak a Stirlin rendszerű előzölötetőkre utalni. Sebesséinadozások a csövekben. Mint arra utaltunk, a cirkuláció mé a berendezések állandósult állapotában sem állandó, a kerinő köze sebessée, összetétele mindi változik, az áramló köze lenésbe jöhet [.61,.66]. A lenések lehetnek periodikusak, vay aperiodikusak. Előbbinél a sebessé ey átlaérték körül, közel azonos értékkel inadozik, utóbbinál változik a sebesséváltozás mértéke is. A lenés veszélyes, mert: 18

133 a űtőelületen változhat az előzölés mértéke, előordulhat, hoy a őztartalom átmenetile a kritikus érték ölé nő, a csőal kiszárad, túlmeleszik, ebből adódóan helyi kiválások, lerakódások jöhetnek létre, a csőalon lévő manetit réte sérülhet, a cső mehibásodhat, yors hőmérséklet-változás esetén kisciklusú kiáradás történhet, az állandó lenés (oszcilláció vay pulzáció) a kazánszerkezet rezését is előidézheti, ezáltal is csökkentve a kazán élettartamát. Különlees esetben elemek mehibásodása is bekövetkezhet. Filmelőzölés például aperiodikus vay periodikus oszcillációt, buborékos orrással jellemezhető duós áramlás yűrűs áramlásra történő átváltása pedi pulzációt eredményezhet. A lenés lehetőséét a statikus, illetve dinamikus stabilitás vizsálata alapján lehet mérleelni. Amennyiben a kazán üzemében jelentkező különéle átmeneti zavarások (mint például a hőelvétel, őzelvétel, tápvízáram változása, stb.) a csövekben, vay lealább azok ey részében nem okoznak lenést, statikus stabilitásról beszélünk. Ilyen átmeneti zavarásoknál lenés akkor jöhet létre, ha a csőben áramló mennyisé növekedése (például a kisebb őzejlődés miatt a kétázisú súrlódási nyomásveszteséi tényező változásán keresztül) a nyomásvesztesé csökkenését eredményezi, vay meordítva. Amennyiben az áramlási zavarások (például: buborékképződés, nedvesítés, áramlási orma változása stb.) hatására nem jön létre lenés, dinamikus stabilitás van. Ilyen zavarások hatására részben nayrekvenciás nyomáshullámok (akusztikus oszcilláció), részben kis rekvenciájú sűrűsé hullámok (téroati pulzáció) keletkezhetnek. Gyakorlatban mindkettő előordulhat. A yakoribb téroati lenés a őztermelésre hatással lévő, kerinő tömeáram zavarával indul. A őztermelés változása pedi beolyásolja a nyomáskülönbsé naysáát, ezzel az eyensúlyi tömeáramot. Kedvezőtlen csőeometria és peremeltételek (űtés, tápvízáram, őzelvétel, stb.) estén visszacsatolás és olyamatos lenés alakulhat ki. A hivatkozott irodalom alapján a lenés amplitúdója a ajtéroatok arányától (őznyomástól) ü, rekvenciája üetlen a nyomástól. Cirkulációs számítás a yakorlatban. Az előzőekben bemutattuk a természetes cirkulációs kör általános elépítését, működésének alapelveit. A tervezés során a cirkulációs csőrendszer kialakítása az előzölötető elület (orrcsövek) hőtechnikai számításokból adódó, optimális elrendezésének van alárendelve, mivel az ejtőcsövek, bekötőcsövek, stb. méreteinek, kapcsolásának, vonalvezetésének mehatározása, csak az előzölötető rendszer iyelembevételével lehetsées. Az előzölötető rendszer csőelrendezését követően az eyik első eladat annak eldöntése, hoy hány és milyen cirkulációs hurok kialakítására kerüljön sor. A hurkok számának növelése javítja a cirkuláció mebízhatósáát, de a csövek, kamrák számának növelésével dráítja a konstrukciót. Csőköteeket tartalmazó előzölötető rendszereknél vizsálni kell, hoy szüksé van-e külön (űtetlen) ejtőcsőre, vay a csőköte meelelő szakaszolásával e nélkül is lehetsées a mebízható hűtés. Hurkokat rendszerint az azonos méretű, csőelrendezésű, hosszúsáú, űtöttséű, azonos kamra és dobszakaszokhoz tartozó csövekből alakítunk ki. A ontosabb konstrukciós szempontokat az eyes, lényeesen eltérő őzejlesztők cirkulációs számításainak ismertetésénél a következőkben vázoljuk. 19

134 Előzölötető szakasz A cirkulációs számításokat célszerű különálló cirkulációs hurkonként véezni. Ismerni kell az eyes csövek méretét, számát, a cső hosszát, vonalvezetését, hajlításainak számát, ezek suarát, szöét, a dobokhoz, kamrákhoz történő csatlakozások kialakítását, a csövek hőelvételét a hosszuk mentén. Maa a számítás minden esetben az előzölötető csövek szakaszokra osztásával, ezekben az átlaos őztartalom ey eltételezett tömeáram iyelembevételével történő mehatározásával indul. A őztartalom alapján a elhajtóerő, áramlási ellenállások, yorsítási vesztesé számítása elvéezhető, majd a teljes csőre összeezhető. A számításokat több eltételezett tömeáramra elvéezve, az eyes csövek jelleörbéi merajzolhatók. A számítások bonyolultabb rendszerekre hayományos, kézi módszerekkel, a jelleörbék elrajzolásával csak lassan, nay munkaráordítással véezhetők el, íy az optimális konstrukciós meoldás kidolozása hosszú időt iényelne. Ezért a számításokat általában számító proramokkal vézik [3.16]. Ezek közül az eyszerűbbek csak ey-ey hurok számítására képesek, de ismertek a több, különböző hurok eyidejű számítására alkalmas proramok is. Ezek hiányában időtakarékossából a lekedvezőtlenebb hurok, hayományos módszerekkel történő vizsálata ajánlható, ez esetben azonban valószínűle az optimálisnál több szerkezeti anya elhasználására kerül sor [.87]. A kazánoknál a letöbb mehibásodás a túlmeleedett túlhevítőknél, ezt követően az előzölötetőknél ordul elő. Az eléedett üzemeltetők érdekében, a mehibásodások meelőzésére, az előzölötetőket célszerű túlméretezni, azaz a különéle módszerek alapján elvárt, minimális cirkulációnál minden üzem állapotban nayobbat biztosítani, vay ey kissé jobb csőanyaot alkalmazni. Ezeknek a yártók közötti árverseny nyilván határt szab, de a aranciális időszak alatti, vay későbbi javítások valószínűsíthető költséeinek iyelembevételével az optimális túlméretezés mértéke eldönthető. Gőz Tápvíz Túlemelés Felszálló cső Fűtetlen szakasz Állandó hőterhelés Változó hőterhelés p Ejtőcső Forrcső Változó hőterhelés Felszálló cső Ekószakasz Állandó hőterhelés Fűtetlen szakasz Forrcső Munkapont.9. ábra Meredekcsöves, besuárzott tűzterű őzkazán cirkulációs körének vizsálata [3.16] Besuárzott tűzterű, meredekcsöves őzejlesztő. Ey besuárzott tűzterű, meredekcsöves őzejlesztő általános cirkulációs körének kialakítása a.9. ábrán látható. A orrcsövek számát a tűztér kerülete határozza me. A leyakoribb csőméret 57 mm külső átmérő, 75 mm-es csőosztással (lásd.1. ejezet). Az ejtőcsövek, elszálló csövek áramlási keresztmetszetét a orrcsövek áramlási keresztmetszetének mintey eyharmadára választják. Az ejtőcső, vízoldali W 130

135 bekötőcsövek általában űtetlenek, a elszálló cső részben űtött. A orrcsöveket és a elszálló csöveket összekötő kamra a kazánalazaton kívül, űtetlen helyen van. A tűztér szélessée mentén változó hőterhelés miatt ezt és az alsó kamrát hosszirányban (3-7 részre osztva) indokolt szakaszolni. A túlemelés naysáa a dob suaránál általában kisebb. A változó hőterhelés a lánal érintkező szakaszokra, mí az állandó hőterhelés az eyenletes ázsuárzással űtött szakaszokra utal. A orrcsövek alsó, űtetlen része a tűztéren kívüli (kamra és másik oldali tűztéral közötti) szakasz. Hasonlóan: a elszálló csövek űtetlen szakasza a csövek üstázjáraton kívüli része. A cirkulációs jelleörbék az ábra bal oldalán láthatók. A stabilitási vizsálatot (vajon a hurokhoz tartozó leyenébben űtött csőben nem áll-e, ordul-e me az áramlás), a kritikus hőterhelés, csőal hőmérséklet számítást, az anyaválasztás ellenőrzését a munkapontra adódott tömeáram (tömeáram sűrűsé) alapján kell elvéezni. Elételensé esetén az ejtőcső, bekötőcsövek, elszálló csövek keresztmetszete a cirkulációs sebessé érdekében növelhető. Instabilitás veszélye esetén a kamraosztás újraondolása, az előbbi csőkeresztmetszetek növelése, esetle (1/6-1/1 keresztmetszet arányú) szűkítő tárcsák orrcső belépő szakaszokra történő beépítése jelenthet meoldást. Utóbbiak emelőcső üzemmódban növelik, ejtőcső üzemmódban csökkentik a csőszakaszok két vépontja közötti nyomáskülönbséet. Gőzbuborékok ojtótárcsán át történő leelé áramlása a nyomásveszteséet a olyadékázishoz viszonyítva lényeesen menöveli. Íy a munkapont bizonyosan az ejtőcső üzemmódra vonatkozó jelleörbe maximuma ölé kerül. A ojtótárcsák alkalmazásának hátránya a kerinési szám csökkenése, illetve a yártási költséek növekedése, ezért alkalmazásuk csak más lehetősé hiányában célszerű. Cirkulációs kör recirkulációs csővel. A recirkulációs csövek alkalmazásának célja, mint arra már utaltunk az ejtő és őzbekötő csövek tehermentesítése. Íy az ejtőcsövek száma, áramlási keresztmetszete csökkenthető. A orrcsövekhez viszonyított szokásos keresztmetszetarány Ledine [7] szerint: ejtőcsöveknél ~1/7-1/8, elszálló csöveknél ~1/-1/3, recirkulációs csöveknél ~1/3,8. A csőrendszer kialakítására eyébként a recirkulációs csövek nélküli, meredekcsöves csőrendszerre ismertetettek érvényesek. Gőz Tápvíz Felszálló cső Ejtőcső Forrcső Recirkulációs cső.93. a. ábra Előzölötető csőrendszer recirkulációs csővel [3.16] A recirkulációs csővel kialakított előzölötető rendszer eyszerűsített vázlatát a.93. a. ábra mutatja. A cirkulációs számítás az eyes csőszakaszok (ejtőcső, recirkulációs cső, orrcső, eszálló cső) jelleörbéjének mehatározásával kezdődik. 131

136 A jelleörbéket az ejtőcsövek (.93. b. ábra bal oldala) és a recirkulációs csövek (jobb oldali ábra) tömeárama üvényében ábrázoljuk. A orrcső jelleörbét ez esetben azonban nemcsak az ejtőcsövön át kerinő olyadékmennyisé (R=0), hanem az ehhez hozzáadódó, különéle naysáú (R1-R4), recirkulációs csövön kerinő olyadékmennyiséek iyelembevételével is ki kell számítani. Ez tulajdonképpen az R=0 értékhez tartozó jelleörbe R1-R4 értékekkel, balra történő eltolását jelenti. A különéle recirkulációs tömeáramokhoz tartozó orrcső jelleörbékhez, a sorba kapcsolt elszálló cső jelleörbéjét hozzáadva, a különéle tömeáramokhoz tartozó orrcső+elszálló cső jelleörbék adódnak. Ezeknek az ejtőcső jelleörbéjével való metszéspontját, az azonos recirkulációs tömeáramokhoz tartozó, orrcső jelleörbékre visszavetítve, ey orrcső seédvonal adódik. Ez a különéle recirkulációs áramokhoz tartozó, eyensúlyi orrcső nyomás különbséeket mutatja, amelyek íy (jobb oldali ábrán) a recirkulációs tömeáramok üvényében is ábrázolhatók. A recirkulációs és orrcső jelleörbék metszéspontja a recirkulációs csőrendszeren kerinő tömeáramot adja. Az ehhez tartozó, eyensúlyi nyomáskülönbséet a bal oldali ábra orrcső seédvonalára visszavetítve, az ejtőcső eyensúlyi tömeárama adódik. A orrcsövön a két tömeáram összee áramlik Δp 0000 Ejtőcső R4 R3 R R1 Forrcső+ elszállócső 5000 Δp 0000 Recirkulációs cső Forrcső R4 R3 R R1 R=0 Ejtőcső által szállított mennyisé Forrcső seédvonal Ejtőcsövekben kerinő vízmennyisé (t/h) Forrcső Recirkulációs cső által szállított mennyisé Recirkulációs csövekben kerinő vízmennyisé (t/h).93. b. ábra Recirkulációs csővel kialakított csőrendszer jelleörbéi [3.16] A munkapont mehatározását a stabilitási vizsálat követi. Vajon az eyensúlyi nyomáskülönbsé nayobb-e, és mennyivel a orrcső ejtőcső üzemmódra számított jelleörbéjének maximumánál. Azt is célszerű mevizsálni, hoy vajon a kedvezőtlenebb elrendezésű recirkulációs csövekben (például a orrcsövek szívó hatására) nem ordul-e me az áramlási irány. Az előbbiekből is meállapítható, hoy a számítás bonyolult, a recirkulációs csövekben visszaáramló ténylees őzmennyisé ismeretének hiányában mindi közelítő. A konstruktőrnek ellentétes szempontokat kell eyidejűle kieléíteni: a orrcsövekben a stabilitás érdekében nay nyomáskülönbséet, a nay recirkulációs tömeáram érdekében kis nyomáskülönbséet kellene biztosítani. Ezek is hozzájárultak, hoy a alazott kazánoknál széles körben alkalmazott meoldás visszaszorult, ma csak elvétve (például: sarokcsöves kazánoknál [.69]) építenek be recirkulációs csöveket. 13

137 Alsó, első dobokhoz csatlakozó űtött csőrendszer. Az ipari kazánoknál nay számban alkalmaznak űtött, alsó és első kazándobok közé beépített, előzölötető csőköteeket (.94. a. ábra). Az eyes csövek mérete, vonalvezetése a dobokhoz történő csatlakozástól, hőelvétele a üstáz áramlási irányától, tömeáramától üően lényeesen eltérő. Íy eltérő az alsó és első vépontjaik közötti nyomáskülönbsé is. Fűtetlen ejtőcsövek hiányában, a csövek ey része kényszerűen ejtőcsőként üzemel. Emiatt a nyomáskülönbsé a szokásos űtetlen ejtőcső-orrcső rendszerekhez viszonyítva sokkal kisebb, ami az instabil üzem veszélyét valószínűsíti. Az instabilitás lehetősée az emelő és ejtőcsövek közötti sűrűsé különbsé növelésével, ennek érdekében az ejtőcsőnek tervezett csövek hőelvételének emelőcsövekhez viszonyított lényees csökkentésével (például az eltérő eladatra szánt előzölötető csőköteek közé túlhevítő beépítésével), vay a első dob szakaszolásával, a telítésinél hideebb tápvíznek az ejtőcsöveknek szándékolt csőköteet tartalmazó szakaszba történő bevezetésével, íy a orrás meindulásának késleltetésével, az ejtőcsöveknek szánt előzölötető csövek ellenállásának mérséklésével (átmérőjük növelésével) csökkenthető. Ezek mellett szóba jöhet terelőal beépítése (az ejtőcsőnek szánt csövek leárnyékolása), kerülő üstázjárat kialakítása is, ezek azonban a beépített űtőelület hatékonysáát lényeesen csökkentik, a konstrukciót dráítják. Célszerűbb lehet helyettük űtetlen, nayobb átmérőjű ejtőcső alkalmazása. Csövek 1 sorszáma Füstáz áramlás iránya.94. a. ábra Fűtött előzölötető csőköte A csőköte cirkulációs vizsálatát abból kiindulva lehet elvéezni, hoy a párhuzamosan kapcsolt csövek vépontjai között a nyomáskülönbsé, illetve a leelé és elelé áramló tömeáram azonos. A eladat az eyensúlyt biztosító ejtő és emelő csőszámok mehatározása. A módszert ey 4 m maas, öt (100, 90, 80, 70, 60 % arányban), különbözőképen űtött csőből álló csőrendszerre mutatjuk be. Az eyes csövek jelleörbéit eltüntető.94. b. ábra alapján meállapítható, hoy az eltérő űtött hosszúsá, hőelvétel, vonalvezetés ellenére az eyes csövek jelleörbéi között ali van különbsé. Lealul, mind az ejtőcső (E1-E5), mind az emelőcső (F1-F5) tartományban a lejobban űtött cső jelleörbéje helyezkedik el. Az ábra a jelleörbéket az azonos méretű csövek tömeáram sűrűséének üvényében mutatja. A lényeet illetően nem jelent változást a tömeáram üvényében történő ábrázoláshoz, hiszen utóbbi az előbbi érték csőkeresztmetszettel szorzott értéke. A választott ábrázolás esetén közvetlenül is meítélhető, hoy a cső hűtése várhatóan elésées lesz-e. 133

138 Nyomáskülönbsé (N/m ) Nyomáskülönbsé (N/m ) Nyomáskülönbsé (N/m ) F1 F F3 F4 F5 E1 E E3 E4 E Tömeáram sűrűsé (k/m s).94. b. ábra Fűtött előzölötető csőköte csöveinek jelleörbéi emelőcső (F) és ejtőcső (E) üzemmódban A lehetsées munkapont(ok) mehatározása próbálatással történik. Feltételezzük, hoy az 1-4 jelű csövek emelőcsőként (F1, F, F3, F4), az 5 jelű cső ejtőcsőként (E5) működnek. Az eyes csövek jelleörbéinek összezésével mehatározzuk az emelőcsőként működő csövek eredő (F1-F4) jelleörbéjét (.94.c. ábra, bal oldal), melyet az ábra az ejtőcsőként működő cső tömeáram sűrűséének üvényében ábrázol. A munkapontot a két jelleörbe metszéspontja határozza me F1 F F3 F4 E1 E E3 E4 E5 F1-F F1 F F3 E1 E E3 F1-F3 E4-E Tömeáram sűrűsé (k/m s) Tömeáram sűrűsé (k/m s) a) 1-4. csövek emelőcső, 5. cső ejtőcső üzemmódban b) 1-3. csövek emelőcső, 4-5. csövek ejtőcső üzemmódban.94. c ábra Fűtött előzölötető csőköte eredő jelleörbéi Az eyensúlyi nyomásértéket az eyes csövek jelleörbéire visszavetítve, kiadódik az eyes emelőcsőként működő csövek tömeáram sűrűsée. Miután az eyensúlyi nyomáskülönbsé kisebb a 3-4 jelű csövek ejtőcső üzemmódra vonatkozó (E3, E4) jelleörbéjének maximumánál, ezekben a csövekben az áramlás instabil lehet. Uyanakkor, mint azt a.94. c. ábra jobb oldala mutatja, az F1-F3 eredő jelleörbének nincs közös metszéspontja az E4-E5 eredő jelleörbével. Íy az áramlás a bemutatott üzemállapotban, a 4 jelű csőben teljesen nem ordulhat me. Kisebb hőelvételnél azonban ez bekövetkezhet. A.94. d. ábra ey különlees üzemállapotot mutat. Ey adott hőterhelés eloszlásnál az F1-F4 eredő jelleörbe nem metszi, hanem csak érinti, az E5 jelleörbét és munkapont stabilnak is tűnik, mivel a nyomáskülönbsé nayobb az 1-4 csövek, 134

139 Nyomáskülönbsé (N/m) ejtőcső üzemmódra vonatkozó jelleörbéjének maximumánál. Az eyes emelőcsövekre kiadódott munkapontok (tömeáram sűrűsé az emelőcsövekben ~ k/m s naysárendben van) alapján meállapítható, hoy a csövek meelelő hűtése nem biztosított, íy a cirkulációt az előzőekben ajánlott lehetőséek elhasználásával javítani kell. Általánosan vizsálva: a elületek hőelvételének, ezek arányának üvényében a lehetsées munkapontok ey térbeli elületen helyezkednek el [.67]. A teljes munkatartományban stabil működést csak a űtött ejtőcsövek hőelvételének minimalizálása, illetve a űtetlen ejtőcsövek alkalmazása tudja arantálni. Kis hőterhelés esetén a alhőmérséklet mé a cirkuláció meállása, átmeneti meordulása esetén is a meenedhető tartományban maradhat, a berendezés mehibásodása nem következik be F1 F F3 F4 E1 E E3 E4 E5 F1-F Tömeáram sűrűsé (k/ms).94. d. ábra Fűtött előzölötető csőköte eredő jelleörbéi Többdobos kazán. Többdobos (több csőkötees) konstrukciók manapsá már csak hulladék, biomassza tüzelésű kazánoknál jöhetnek szóba, olyan esetben, amikor a meelelő naysáú előzölötető elület kialakítása csak több kazándob alkalmazásával biztosítható. Ezek mellett, esetenként mé találkozhatunk korábban épített ilyen kazánokkal is. Ey három dobos kazán cirkulációs rendszerének vázlatát a.95. ábra mutatja. Mellső kazándob G 1 G Hátsó kazándob Gőzelvezetés Tápvíz bevezetés V 1 B 1 B V F 1 F 13 F 1 F F 3 E 1 F 11 F 3 F 4 E B 3 Alsó kazándob Vonatkoztatási maassá.95. ábra Többdobos kazán kerinési rendszerének vázlata A vázolt kialakítás tartalmaz besuárzott (F 3, F 4 ), illetve konvektív (F 11 -F 3 ) előzölötetőket, űtött ejtőcsöveket (E 1, E ), továbbá a két dob közötti vízoldali (V 1, 135

140 V ) és őzoldali (G 1, G ) összekötő csöveket. A dobok közé beoott csövek hőtáulása eltérő hőelvételükből adódóan különböző, ezért vonalvezetésük rualmas, eyik vay mindkét véükön irányeltereléssel csatlakoznak a kazándobokhoz. A cirkulációs számítás az eyes eltérő eladatot betöltő, eltérően űtött csőszakaszok jelleörbéjének mehatározásával kezdődik. Ezt követően az eyes sorosan, vay párhuzamosan kapcsolt jelleörbék alábbi sorrendben vérehajtott összezésével határozhatók me az eredő jelleörbék: F 3 +B 1 sorba kapcsolt szakaszok (F 3 +B 1 ) eredő jelleörbéje, F 4 +B sorba kapcsolt szakaszok (F 4 +B ) eredő jelleörbéje, az (F 3 +B 1 ) és (F 4 +B ) párhuzamosan kapcsolt részrendszerek (F 3 +B 1 +F 4 +B ) eredő jelleörbéje, az (F 3 +B 1 +F 4 +B ) részrendszer és vele sorba kapcsolt B 3 vízoldali összekötő cső (F 3 +F 4 +B 1 +B +B 3 ) eredő jelleörbéje, az F 11 -F 13 párhuzamosan kapcsolt előzölötető csövek eredő (F 1 ) jelleörbéje, a besuárzott űtőelületeket tartalmazó (F 3 +F 4 +B 1 +B +B 3 ) szakasz és a vele párhuzamosan kapcsolt F 1 konvektív csőköte eredő (F 1 +F 3 +F 4 +B 1 +B +B 3 ) jelleörbéje, a két kazándobot összekötő víz és őzoldali csövek (V) eredő jelleörbéje, a besuárzott és mellső konvektív elületeket tartalmazó (F 1 +F 3 +F 4 +B 1 +B +B 3 ) részrendszer és a vele sorba kapcsolt, dobösszekötő csövek (V) eredő jelleörbéje (F 1 +F 3 +F 4 +B 1 +B +B 3 +V) az F 1 -F 3 párhuzamosan kapcsolt előzölötető csövek eredő (F ) jelleörbéje, a hátsó dobba a bekötő csöveken keresztül csatlakozó (F 1 +F 3 +F 4 +B 1 +B +B 3 +V) részrendszer és a vele párhuzamosan kapcsolt (F ) hátsó előzölötető rendszer, eyben az emelőcső rendszer eredő jelleörbéje, az E 1 -E párhuzamosan kapcsolt ejtőcsövek (E) eredő jelleörbéje. Az utóbbi két jelleörbe metszéspontja a munkapont. Az ehhez tartozó tömeáramot, nyomás különbséet ordított sorrendben visszavetítve, minden elemi szakasz munkapontja meállapítható. A számításnál vonatkoztatási maassáként célszerűen az alsó dob lealsó pontját célszerű választani. Fiyelembe kell venni, hoy a mellső és hátsó dob között nyomáskülönbsé és vízszint különbsé is kialakulhat (ez biztosítja a kerinéshez szüksées olyamatos közeáramlást a mellső dobból a hátsó dobba). A yenébben űtött (elsősorban F 1 -F 3 ) emelőcsövekre a stabilitás ellenőrzését mindenképpen el kell véezni. Számítóépes számításnál ilyen összetett rendszerek esetében az iterációs meoldás helyett célszerűbbnek tűnik az elemi szakaszok jelleörbéinek mehatározása, ezekre többváltozós, kellően pontos közelítő üvények illesztése, majd a üvények előbbiek szerinti összezésével az eredő munkapont, ebből az elemi szakaszok munkapontjának mehatározása. Ferdecsöves elemkamrás kazánok. Elemkamrás kialakításnál a erdén vezetett előzölötető csövek ey, a első véén táplált közös kamrából indulnak, és ey a első véén őzelvezetéssel ellátott kamrába csatlakoznak (.96. a. ábra). A üstáz a csöveket keresztirányban átáramolva űti, terelőalakkal több üstázjárat is kialakítható (.7. a. ábra). A lealul elhelyezkedő csősorokat lánsuárzás is érheti. 136

141 Nyomáskülönbsé (N/m ) Íy az eyes csősorok hőelvétele lényeesen különböző lehet. Eymás elett, soros vay sakktáblás osztással a cirkuláció stabilitása érdekében csak 8-10 csősor helyezhető el. A szokásos csőméret 86, illetve 10 mm külső átmérő, az elemkamra mérete néyszöletes kamráknál 115*140, vay 140*140 mm, a csőosztás 150 mm. A alvastasáot a őznyomás határozza me. Heneres kamráknál tetszőlees méretek választhatók. Felszálló csövek G A Ejtő csövek Forrcsövek 1 B Elemkamrák.96. a. ábra Elemkamrás kazán vázlata A jelleörbék szerkesztését, munkapontok mehatározását ey öt csőből álló rendszerre mutatjuk be. A számítás az ejtő, előzölötető és elszálló csövek jelleörbe pontjainak mehatározásával indul. A vonatkoztatási pont az ejtőcső lealsó pontja, a.96. a. ábrán B-vel jelölve. Az eyes orrcsövek számításánál iyelembe kell venni, hoy a belépő elemkamrában a köze lassul, nyomása a B ponthoz viszonyítva a maassákülönbsé miatt is nő. A kilépő elemkamrában a köze yorsul és eodetikus nyomása is csökken. Íy a orrcsövek jelleörbéi az előbbi nyomáskülönbséeket is tartalmazzák. F1 F F3 F4 F5 Bekötő Ejtő F1-F5 F1-F5+Bekötő Ejtőcső Gőzbekötő cső Forrcsövek Tömeáram sűrűsé (k/m s).96. b. ábra Elemkamrás kazán jelleörbéi A munkapont mehatározása a párhuzamosan kapcsolt orrcsövek jelleörbéinek tömeáram sűrűsé menti összezésével, az eredő jelleörbéhez a őzbekötő cső jelleörbéjének hozzáadásával, az összezett jelleörbe és az ejtőcső jelleörbe metszéspontjának meállapításával, a kiadódott tömeáram és nyomáskülönbsé 137

142 értékek visszavetítésével történik. A számítás menetét bemutató előbbi,.96. b. ábrán ismételten nem a tömeáram, hanem a orrcsövek tömeáram sűrűséének üvényében ábrázoltuk a jelleörbéket. Látható, hoy a kiadódott orrcső munkapontok tömeáram sűrűsée ez esetben is nayon alacsony. A helyzeten az eredő munkapont jobbra történő eltolásával, a őzbekötő cső jelleörbéje meredekséének csökkentésével (csőkeresztmetszet növelésével) lehetne javítani. A munkapontok mehatározása után a stabilitás ellenőrzése következne, vajon nem ordulhat-e me az áramlás a erde emelőcsövekben. Az ejtőcsőként viselkedő cső esetében az összehasonlítást nem az A és B pontok közötti jelleörbéken, hanem az elosztó és a yűjtőkamra nyomásnövelő, nyomáscsökkentő hatását iyelmen kívül hayva, csak a erde csövekre mehatározott jelleörbéken kell elvéezni..4. Kényszerített kerintetés Természetes cirkuláció előnyei, hátrányai. Az előzölötető csőrendszer hűtéséhez olyamatosan hőelvonás kell, amely a olyadék, illetve a belőle keletkező olyadék-őz keverék olyamatos, a meenedett csőal hőmérséklet betartását arantáló, áramoltatásával biztosítható. Az előbbiekben részletesen bemutatott, sűrűsé különbséen alapuló természetes cirkuláció előnye, hoy: seédeneria nélkül üzemeltethető, tetszőleesen kis terhelésen is üzemben tartható, a csőrendszer indulás előtt az alsó kamrákba történő őzbeújással, vay hőntartó (kisteljesítményű seéd) éővel meleen tartható, a elhasználó őziényéhez könnyen iazodik. A természetes cirkuláció hátránya, hoy az előzölötető csőelületek hűtése a terhelés üvényében lényeesen változhat, a párhuzamosan kapcsolt, különbözőképpen űtött előzölötető csöveknél az áramlás meállhat, meordulhat, a meelelő áramlási sebessé eléréséhez, esetenként a hőátadás, kazánkonstrukció szempontjából optimális csőméreteknél nayobb csőátmérőt kell alkalmazni, az előzölötető rendszer adott méretei miatt, a nyomásváltozást rissőz hőmérséklet változással kompenzálja, érzékeny a yors nyomáscsökkenésre, a terhelés-, nyomásváltozás vízszint és tápvíz mennyisé lenésekhez vezethet. Kényszerített kerintetés, mint meoldás. A minden üzemállapotban stabil áramlás, meelelő csőal hűtés (tömeáram sűrűsé) az előzölötető körbe beépített, kerintető szivattyúval kényszerített kerintetéssel biztosítható. Ennél a közeáramlást nemcsak a sűrűsé-különbséből adódó elhajtóerő, hanem részben vay teljesen a kerintető szivattyú emelőmaassáa hozza létre. Nyilvánvaló azonban, hoy a villamos motorral, vay kis őzturbinával hajtott kerintető szivattyú működtetése eneriát iényel, ami a kazán (ezzel a körolyamat) hatásokát csökkenti (<0,6%-al). Ezért a szivattyú teljesítményiényének minimalizálására a kazán űtőelületeit optimálisan, a tömeáram lehetősé szerinti minimalizálásával kell kialakítani. 138

143 A yakorlatban többéle elvi meoldás alakult ki: Alapvetően természetes cirkulációval tervezett kazánoknál is lehetnek olyan elsősorban konvektív előzölötető elületek, amelyek meelelő hűtését kényszerített kerintetéssel kell biztosítani (.97. ábra, b) részlet). Ebben az esetben a természetes és kényszerített kerintetés párhuzamosan működik, a két rendszer között az átjárás a kazándobon keresztül lehetsées [.]. Besuárzott űtőelület hűtése kényszerített kerintetéssel (.97. ábra, c) részlet). Párhuzamosan kapcsolt besuárzott és konvektív előzölötető elületek hűtése kényszerített kerintetéssel (.97. ábra, d) részlet). Konvektív (például: ázturbina utáni hőhasznosító kazán) előzölötető elület hűtése kényszerített kerintetéssel (.97. ábra, e) részlet). A rendszer működésének előeltétele, hoy a kazándobban az előzölési ix pont helyén a ázisok szétválása metörténjen. Íy a kényszerített kerintetés is csak mintey 195 bar rissőz nyomási (szubkritikus rissőz paraméter tartományban) alkalmazható, és az előzölötetési ix pontból adódóan, összeüő nyomás- és hőmérséklet-változás jellemzi a) Természetes cirkuláció b) Természetes cirkuláció kényszerített kerintetésű elülettel c) Kényszerített kerintetés d) Kényszerített kerintetés konvektív előzölötetővel , 3 3 Leválasztó edény 3 Keverőej e) Kényszerített kerintetésű konvektív előzölötető ) Kényszerített átáramlás ) Kényszerített átáramlás belső cirkulációval h) Kényszerített átáramlás szuperponált cirkulációval.97. ábra Cirkulációs rendszerek 1 tápvíz előmeleítő, tűztéri előzölötető, 3 konvektív előzölötető, 4 utó előzölötető, 5 túlhevítő Általános meoldás. Kényszerített áramlásnál (.97. ábra, ) részlet), amely szuperkritikus nyomás-tartományban is alkalmazható, az álladó őzparaméterek a tüzelési teljesítmény változtatásával minden esetben biztosíthatók. Ennek a rendszernek a hátránya, hoy a kazánkialakítástól üő minimális teljesítmény alatt az előzölötető csőrendszer meelelő hűtése nincs biztosítva, a kazánteljesítmény a névlees teljesítmény 40%-a alá általában nem csökkenthető. Ez a hátrány a belső cirkulációval (.97. ábra, ) részlet), vay a szuperponált cirkulációval (.97. ábra, h) részlet) ellátott kényszerített átáramlás alkalmazásával szüntethető csak me. Ezeket részletesen a.5. ejezetben ismertetjük. 139

144 Konstrukciós elvárások. A kényszerített kerintetésű (eltalálójuk után: La-Mont 11 ) kazánok cirkulációs rendszerének kialakítását két lényees szempont határozza me: A kavitáció elkerülése érdekében, a kerintető szivattyú szívócsonkján kellő túlnyomást (aláhűtést) kell biztosítani. Ez eyrészt lealább 7-8 m ráolyási maassáal, másrészt amennyiben erre a űtőelületek hőelvételének kiosztása lehetőséet ad a telítésinél hideebb tápvíz kazándobba (esetenként a kerintető szivattyú szívócsövébe [7]) vezetésével valósítható me. Az előzölötető csövekben lealább a.91. ábrán bemutatott, illetve a csőanyara meenedett alhőmérséklet elkerüléséhez szüksées áramlási sebesséet (tömeáram sűrűséet) el kell érni. Ez a tömeáram (teljesítményiény) minimalizálására kis áramlási keresztmetszetet iényel. Ebből adódóan általában 3-38 mm külső átmérőjű csöveket alkalmaznak. A csövekben a sebessé elérheti a 15-0 m/s értéket is [.]. A nayobb közesebessé következtében az áramlási ellenállás a eodetikus nyomáskülönbséhez viszonyítva lényeesen nayobb Miután a csövek elrendezését a lekisebb áramlási ellenállás elérésére törekvés nem korlátozza, tetszőlees (üőlees akár el-le, vízszintes, meander, csőkíyó) vonalvezetés választható (.98. ábra). Uyanakkor kívánatos, hoy az áramlási veszteséekből adódó nyomásesés az 1 bar értéket lehetőle ne haladja me, miközben a kerintető szivattyú emelőmaassáa,5-3 bar tartományban szokásos. Az eyenletes, illetve a kívánatos közeeloszlás érdekében a orrcsöveket belépésüknél eyenkénti, az áramlási ellenállás különbséek iyelembevételével méretezett ojtótárcsákkal, esetenként állítható ojtóelemekkel látják el. Ezek nyomásvesztesée a orrcsövek nyomásveszteséének naysárendjében van. Az üzembiztonsá érdekében -3 kerintető szivattyút építenek be párhuzamosan, melyek közül az eyik tartalék. A kerintető szivattyúk hozzáolyó vezetékeiben az áramlási sebessé 1,5-3,5 m/s, a nyomóvezetékekben -4 m/s tartományban van [1]. Ledine [7] nayobb értékeket is meenedhetőnek tartott. A nayobb teljesítményű, kényszerített kerintetésű kazánoknál a villamos motor hajtású, tömszelence mentes kerintető szivattyút a nay átmérőjű külső ejtőcsövekbe építik be. A nayobb áramlási sebesséből adódóan a kazándobban nayobb röcsköléssel kellene számolni, a bekötőcsövek beömlő nyílásait tartalmazó dobtér lehatárolásával és vízleválasztó ciklonok beépítésével azonban a cseppelraadás minimalizálható. Kis teljesítményű berendezéseknél üőlees tenelyű dobot is alkalmaznak, amelybe a őz-víz keveréket érintőleesen vezetik be, íy a dob a cseppleválasztó ciklon szerepét is betölti. A tápvíz előmeleítők, túlhevítők, újrahevítők kialakítása (a telítésinél hideebb tápvíz előmeleítő utáni közehőmérséklet iénytől eltekintve) a természetes cirkulációjú kazánokéval azonos. 11 Az Amerikai Eyesült Államokban élő Walter Doulas Lamont sorhajó hadnay az 190-as években szabadalmaztatta a kényszerített cirkulációjú kazánt, amelyet hazájában nem oadtak be. Kiváló tulajdonsáai (kis töme, yors indíthatósá, mebízható üzem, stb.) miatt kezdetben elsősorban a német és japán hadihajókon alkalmazták [.68]. Az eredetitől eltérő név írásmód e miatt került az európai yakorlatba. 140

145 A kényszerített kerintetésű csőrendszer jelleörbéje. A kényszerített kerintetésű előzölötető rendszer a természetes cirkulációhoz hasonlóan két szakaszra osztható: a helyi nyomáshoz tartozó telítési hőmérsékletnél hideebb olyadékot telítési hőmérsékletre meleítő ekó, és a ténylees előzölötető szakaszra. Előbbire a kerintető szivattyú kavitációjának meelőzésére, mindenképpen szüksé van. Az l e ekó szakasz belépő és kilépő pontja közötti áramlási nyomáskülönbséet ( pe ) a belépési ( pbe), csősúrlódási ( ps ) és irányelterelési ( pi ) nyomásveszteséek iyelembevételével elírva: pe pbe ps pi.80 Behelyettesítve, a szokásos elírásmóddal: p e be G v G v G v le i d ahol: a belépési vesztesétényező, be i az irányelterelési vesztesétényező, G tömeáram sűrűsé [k/m s], v olyadékázis ajtéroata [m 3 /k], csősúrlódási tényező, d a cső belső átmérője [mm]. G v be le d i.80a Az l előzölötető szakasz belépő és kilépő pontja közötti áramlási nyomáskülönbsé ( p ) a csősúrlódási ( ps ), irányelterelési ( pi ), yorsítási ( py ) és a kilépési ( ), nyomásveszteséek iyelembevételével: pki Kiejtve: p p p p p.81 s i y ki l G v G v x v ( 1 x ) p o,zdz i G v 1 d 0 ( 1 ) l G v 1 x v ( 1 x ) o,zdz i 1 ki o,l d 1 0 ( ) ahol a kilépési vesztesétényező, ki o,l kilépő keresztmetszetre vonatkoztatott kétázisú korrekciós tényező, olyadékázis sűrűsée [k/m 3 ], őzázis sűrűsée [k/m 3 ], ki o,l G v.81a o,z a cső z helyére vonatkozó kétázisú korrekciós tényező, a cső kilépő keresztmetszetére vonatkozó őzkitöltési tényező (téroathányad), x őztartalom a kilépő keresztmetszetben. 141

146 A szokásos nay áramlási sebessé mellett az előresietési sebessé általában elhanyaolható. Füőlees, erde csöveknél a eodetikus nyomáskülönbséet is iyelembe kell venni: p L 0 ( z ) 1 ( z ) sin dz.8 ahol: ( z ) a cső z helyére vonatkozó őzkitöltési tényező (téroathányad), L az előzölötető cső hossza [m], a cső vízszinteshez mért hajlásszöe [ok]. Íy az eredő nyomáskülönbsé: p ( p p p ).83 e A eodetikus nyomáskülönbsé ü a kazán szerkezeti kialakításától, az előzölötető csövek elrendezésétől. A.98. ábrán vázolt, üőlees vonalvezetésű előzölötető csöveknél a számítás a természetes cirkulációval azonos. A csőkíyó elrendezésű elületnél a orrcsövek íves szakaszai és a bekötőcső, a konvektív előzölötetőnél pedi csak a konvektív elület íves szakaszai és a bekötőcsövek számítanak. A többi üőlees csőszakaszon olyadékázis áramlik (íy nincs, vay ali van sűrűsé különbsé), a vízszintes csőszakaszokon pedi nincs maassá különbsé. Az előbbi,.8 képlet alapján vézett számítás természetesen helyes eredményt ad. a) Hayományos besuárzott elület b) Csőkíyóval hűtött besuárzott elület c) Konvektív elület.98. ábra Kényszerített áramlású kerinési rendszerek Az áramlás stabilitásának vizsálatához elterjedt yakorlat, hoy a belépési, kilépési, irányelterelési, yorsítási veszteséet a hosszú csőszakasz csősúrlódási vesztesééhez képest elhanyaolják (mintey vízszintes csőszakaszt eltételezve), a eodetikus nyomáskülönbsé csőelrendezéstől üő alakulását pedi külön vizsálják. Homoén áramlás eltételezésével (kétázisú szakaszokon a tényleesen szeparált áramlásból adódó eltérések elhanyaolásával), az előmeleítő szakaszon a köze sűrűséét a telített olyadéksűrűséel, az előzölötető szakaszon pedi a olyadék és a csőből kilépő víz-őz keverék átlaos sűrűséével helyettesítve, az ekó és előzölötető szakaszra azonos súrlódási vesztesétényezőt eltételezve: 14

147 143 e e s v v ) l L ( l d v G p.84 Ahol: 1 ki ki v x )v x ( v v az átlaos ajtéroat [m 3 /k], W r ) l L q( x e ki a kilépő őztartalom, q az átlaos hőterhelés (eyenletes hossz menti űtést eltételezve) [kw/m], W a tömeáram [k/s], q ) h W( h l e e az ekó szakasz hossza [m], e h a csőbe belépő, aláhűtött olyadék entalpiája [kj/k]. A tömeáram sűrűséet tömeárammal helyettesítve és a d b állandót bevezetve: 3 0 L r ) v q( v W L r ) v )( v h ( h v W q r ) v ( v ) h ( h W b p e e s.85 További állandókat kiemelve és az r ) v ( v tényezőt bevezetve: q ) h ( h q r ) v ( v ) h ( h b e e 1.86 L v ) h ( h L r ) v )( v h ( h v b e e.87 3 L q L r ) v q( v b.88 illetve q ) h ( h d b b A e L v ) h ( h d b b B e L q d b b C.91 Ezekkel kényszerített áramlású előzölötető csövekre: W C BW AW b W b W bw b p s a Az áramlás stabilitása. Az előbbiek alapján a kényszerített kerintetésű, előzölötető cső csősúrlódási nyomásvesztesé jelleörbéjét harmadokú polinom írja le. Az eyéb nyomáskülönbséek ezt torzítják, de érdemben nem változtatják.

148 Áramlási nyomásvesztesé Miután a tömeáram növekedésekor a kilépő őztartalom csökken, a örbe leutása stabil, (a tömeáram üvényében olyamatosan emelkedő) és instabil (a tömeáram üvényében emelkedő, majd süllyedő) jelleű is lehet (.99. ábra). Az utóbbi lehetőséét az első derivált: d p s AW 3 BW C dw leutása [1] határozza me..9 Stabil áramlás Instabil áramlás Lehetsées munkapontok Tömeáram.99. ábra Kényszerátáramlású előzölötető csövek lehetsées jelleörbéi Valós zérus helyek esetén a nyomásvesztesé örbe maximum, minimum szélsőértékekkel rendelkezik, íy az áramlás instabil. Valós számtartományban nem létező zérus hely esetén az áramlás stabil. A másodokú összeüést meoldva: B W 1 1, B 3AC 3A 3A.93 Amennyiben ( B 3AC )<0 nincs szélsőérték, az áramlás stabil, ( B 3AC )=0 a két szélsőérték azonos, az áramlás mé stabil, ( B 3AC )> 0 két szélsőérték adódik, az áramlás instabil (.99. ábra). A levezetést [1] nem részletezve, az áramlás stabilitása csak: Illetve átrendezve v v h he 0,54 7,46,.94 v r v h he v 0, 54 7, v v r v v eyenlőtlenséekből kiadódó tartományban várható. Leeyszerűsítve, a stabilitás a nyomástól, illetve az aláhűtéstől ü. Ey adott őznyomásnál az aláhűtésnek (.100. ábra, ahol az aláhűtést a telített és a csőrendszerbe belépő olyadékentalpia h h különbsée jellemzi) ey, az előbbi összeüésből számítható minimális értéket el kell érni, és nem léphet túl ey maximális értéket, amely a nyomás növekedésével eyre nayobb lesz. e 144

149 Fajlaos entalpia (kj/k) Meenedett entalpia különbsé (kj/k) A elhajtóerő javíthatja a jelleörbe stabilitását, de az instabilitás biztos meelőzése csak az előzölötető csövek ekó szakaszába (rendszerint a csövek belépő keresztmetszetébe) elhelyezett, már említett ojtóelemekkel lehetsées. Ezek meelelő meredekséű, másodokú jelleű jelleörbéjét az instabil harmadokú előzölötető cső jelleörbével összeezve, stabil harmadokú jelleörbe adódik. A ojtóelemek átmérője a cső belső átmérőjének mintey harmada és a hőterhelés eloszlástól, vonalvezetéstől üően csőről-csőre változhat. Méretezésük, elhelyezésüktől üően, a képletek szerinti vesztesétényezők elhasználásával történhet. Az elduulás meelőzésére eyedi, vay a kamrák lehatárolásával csoportos szűrőket kell eléjük beépíteni Stabil tartomány Nyomás (bar).100. ábra Stabil működés tartománya Kerintetési szám: A kényszerített kerintetésű kazánoknál a szokásos kerintetési szám 3-6 között van [3]. A kisebb szám a nayobb nyomású, teljesítményű kazánokra vonatkozik. Ebből adódóan, a orráskrízis valószínűsée esetenként nayobb lehet, mint a természetes cirkulációjú előzölötetőknél. Erre a nyomásváltozásnak is lényees beolyása lehet, uyanis mint a.101. ábra mutatja, a nyomás növekedésével (adott cső keresztmetszetben az entalpia állandó marad) az amúy is nay őztartalom (1-el jelölt nyilak) tovább nő. Kis őztartalom esetén (-vel jelölt nyilak) a őztartalom csökken. Mivel a őznyomás szabályozó a nyomás növekedésével csökkenti a tüzelési teljesítményt (amely a őztartalom csökkenésével jár), kis őztartalom esetén a két változás iránya azonos, nay őztartalom esetén ellenkező. Íy nay kerintetési számnál az előzölötető stabil, az előbbi, kisebb kerintetési szám esetén labilis lehet Nyomás (bar).101. ábra Nyomásváltozás hatása a őzejlődésre [3] 145

150 A olyamat a változás előtti és utáni állapot entalpia-növekedésnek elírásával vizsálható. Állandó tömeáramot, belépő ( h e ) entalpiát eltételezve az előzölötető ey adott helyén: h,p r p x p h e h r x h,p p pp pp e.96 Feltételezve, hoy a változások a nyomás üvényében lineárisak: dx 1 dp rp p dh dp p x p dr dp p.97 Kis őztartalomnál a szöletes zárójel első taja arányaiban nayobb, íy a őztartalom csökken. Nay őztartalomnál a második ta menő, túlszárnyalja az elsőt, íy a őztartalom növekszik. Nayobb nyomásoknál r is lecsökken, íy a növekedés mé nayobb, a nyomás radiens tovább nő. Az x p meenedett értékét az előbbi eyenletből, ( dx / dp ) =0 eltételezésével lehet mehatározni: p p x p,meenedett ( dh / dp ) p.98 ( dr / dp ) p A különéle nyomásokra kiadódó értékek 30-0 bar nyomás tartományában x =0,474 érték elett vannak, íy az előbbi K > 3 kerinési számok valószínűsítik az p áramlás stabilitását. Lehetsées-e numerikus meoldás? A őzejlesztő cső jelleörbéjének előbbi elírása alapján úy tűnhet, hoy a cirkulációt leíró eyenlet az ejtő- és emelőcsövek nyomáskülönbséét leíró összeüések eyenlővé tételével numerikusan is meoldható. A valósában erre nincs lehetősé, mivel az előbbi csak a olyamatok jelleét bemutató levezetések során számos elhanyaolással, közelítéssel éltünk. A mebízható szerkezeti kialakítás érdekében, a cirkulációs számításokat minden esetben a természetes cirkulációra néhány példával bemutatott módszerekkel, a 3. ejezetben részletezett összeüések, ellenállás tényezők, korrekciós tényezők iyelembevételével kell elvéezni, üetlenül az előzölötető rendszerbeli kerintetés jelleétől..5. Kényszerített átáramlás Történeti visszatekintés, alaptípusok. A kényszerátáramlású kazán lehetősée már az ipari orradalom kezdetén elmerült. Az Eyesült Államokban az első szabadalmi bejelentések 184-re datálódnak []. A csak csövekből álló berendezés mevalósítását az motiválta, hoy a korai őzkazánoknál elsősorban anyahibából, túlhevülésből sok kazánrobbanás következett be. Jóllehet a kazán típusok ejlődése mint pl.: az elemkamrás BW vay meredekcsöves kazán az üzembiztonsáot lényeesen javította, olyamatosan elmerült a kazándob elhayásának iénye. A yakorlatban három alaptípus alakult ki, amelyek elrendezését, alapvető szerkezeti kialakítását a.10. ábra [10] mutatja. 146

151 Az első, mai értelemben vett kényszerátáramlású kazán a XX. sz. elején, az Eyesült Királysában, Ruby-ban létesült, 4 t/h teljesítménnyel Mark Benson szabadalma alapján. A berendezés szuperkritikus nyomású volt, íy a két ázis szétválasztásának iénye nem jelentkezett ban, Beliumban már 113 t/h teljesítményű berendezés is létesült, uyancsak szuperkritikus nyomással. A nay nyomás a korabeli adottsáok mellett számos csőmehibásodásra vezetett, ezért a nyomást csökkenteni kellett. A szuperkritikus nyomás alkalmazására általában csak a tápvíz előmeleítő, előzölötető okozatoknál került sor, ezt követően a nyomást ojtással a korabeli turbinák adottsáainak meelelő, szubkritikus értékre csökkentették ban [.71] a Benson kazán szabadalmát a Siemens cé szerezte me és ejlesztette tovább. Benson kazán, sorba kapcsolt üőlees áramlású űtőelületekkel Sulzer kazán, meander csőelületekkel, ix előzölési véponttal Ramzin kazán, csavart előzölötető elülettel, ix előzölési véponttal.10. ábra Kényszerátáramlású kazánok alaptípusai 1. tápvíz bevezetés,. tápvíz előmeleítő, 3. előzölötető, 4. vízelválasztó edény. 5. utó előzölötető, 6-7. túlhevítő elületek, 8. őzelvezetés Me kell jeyezni, hoy az előző ábrán bemutatott űtött emelőcső, űtetlen ejtőcső, űtött emelőcső - meoldással szemben a Benson kazán szabadalom eredetile a jelenlei yakorlati meoldásokhoz hasonló csavart csőrendszerre is vonatkozott (például: 197-ben, Berlin-Garteneld-ben, 30 t/h teljesítményre készült ilyen kialakítás, alazott kivitelben). Az üzemi tulajdonsáok, illetve yártástechnolóiai okok miatt a 30-as évektől azonban hosszú idei a üőlees áramlású, sorba kapcsolt űtőelületeket alkalmazták, és csak a 60-as évektől a membránal mejelenésétől kezdődően készültek spirális csőrendszerű Benson kazánok [.71]. A üőlees csőelrendezés, mint arra a későbbiekben részletesebben rámutatunk stabil áramlást, a kamrákban, ejtőcsövekben a köze jó átkeveredését biztosítja, íy elmarad a hosszú párhuzamosan kapcsolt csövek eltérő űtöttsée miatti eyenlőtlensé, instabilitás. A Benson kazánnál az előzölés vépontja, a terheléstől üően, olyamatosan vándorolhat a csőrendszerben. A svájci Sulzer cé által kiejlesztett kényszerátáramlású kazánnak a Benson éle meoldástól eltérően, ey őz-olyadék szétválasztó edény ( előzölötető elület utáni) beépítésével ix előzölési vépontja van. A vízleválasztó edény arra is lehetőséet ad, hoy az előzölés eredményeként besűrűsödő, 4-5% maradék vízben lévő szennyeződések, sókiválások ne a űtőelületeken rakódjanak le. E mellett az előzölötetőt követő lerosszabb őzoldali hőátadású úynevezett (a 147

152 vízleválasztás hatásossáától üő mértékben) utóelőzölötető elületek kisebb alhőmérsékletet eredményező, yenébben űtött részeken helyezhetők el. Az előzölötető űtőelületeket vízszintesen, üőleesen, esetle veyesen elhelyezett, (a örö vázák rajzolata után elnevezve) meander vonalvezetéssel, meszakítás nélkül alakították ki. A meelelő hűtés biztosítására, a következőkben bemutatandó alapelvek iyelembevételével, minimális számú párhuzamosan kapcsolt csövet alkalmaztak, előordult az is, hoy csak eyetlen csőből álló előzölötető elület készült, ebből származik a kazán típus yakorlatban is használt elnevezése: eycsöves kazán. A harmadik, történelmile kialakult alaptípus az úynevezett Ramzin kazán, amely csavart előzölötető elülettel, de ix előzölötetési véponttal rendelkezik. Ennek kényszerű kiejlesztésére a II. Viláháború alatt, azt követően a Szovjetunióban került sor, amikor a területolalások, háborús károk következtében nem állt rendelkezésre dobyártó kapacitás, íy olyan meoldást kellett találni, amely csak csövek elhasználásával, a kazándobok elhayásával lehetővé tette őzkazánok létesítését. A meoldást a kényszerátáramlású, dobot nem tartalmazó kazántípus jelentette, amelynek első példánya 140 bar nyomásra készült. Uyanakkor a korabeli tápvíz előkészítés minőséi jellemzőiből adódóan, a túlhevítő elületek elrakódásának meakadályozására az előzölötető elületeken besűrűsödött kazánvíz leválasztása (kisméretű kazándob beépítésével) a későbbi berendezéseknél nem volt elhayható. Meemlítendő, hoy a kazántípust 35 bar nyomásra is építették. A kényszerátáramlású kazánnál elvile minden űtőelületen azonos mennyiséű víz áramlik át, ebből adódik, hoy a kazán részterhelésén a tömeáram sűrűsé lényeesen lecsökkenhet. Íy a részterheléseken is meelelő hűtés biztosítására névlees üzemállapotban 000 k/m s (vay e eletti) tömeáram sűrűséet kellett választani. Mint az előzőekben utaltunk rá, az ilyen, leválasztó edény nélküli kényszerátáramlású kazánnál, szubkritikus üzemmódban az előzölés vépontja a csőrendszeren belül vándorolhat. Változatlan tápvíz és rissőz paraméterek esetén az előzölés vépontja csak átmeneti üzemállapotokban, illetve a űtőelületek eltérő űtéséből adódóan vándorol. Íy jól behatárolhatók azok a csőszakaszok, ahol az előzölés beejeződik. Az alaptípusok közül lenayobb számban a Benson kazán készült, mind szub- mind szuperkritikus őznyomásra. Az alapkonstrukció ejlesztésére elsősorban az üzemi tulajdonsáok javítása érdekében került sor, de a módosítások a berendezések költséeinek, élettartamának kedvező változásához is hozzájárultak. A lelényeesebb változást a kényszerátáramlású blokkok szabályozási meoldásainak módosítása eredményezte. Szuperponált kerintetés. A dobos kazánoknál a természetes cirkulációból adódóan a nyomás, hőmérsékletek elutása, adott terheléshez történő optimalizálása a kazán károsodása nélkül, szabadon történhet, hiszen a jobban űtött csövekben a cirkuláció automatikusan menő. A Benson típusú kényszerátáramlású kazánnál természetes cirkuláció hiányában, a lenayobb nehézséet a párhuzamosan kapcsolt csövek meelelő naysáú tömeáram sűrűséének különböző üzemállapotok melletti biztosítása jelenti. A meoldást, az előzölötető elületek tömeáram sűrűséének lehetősé szerinti állandó értéken tartására, a (Combustion Enineerin által kiejlesztett) kombinált kerintetés bevezetése adta. Az előzölötető elületeken, visszakerintető szivattyú seítséével, menövelték a 148

153 tömeáramot, a kényszerített átáramlás mellett kényszerített kerintetést is alkalmaztak. Ehhez azonban a ázisszétválás (őzképződés) meelőzésére, a kerintető szivattyú kavitációjának elkerülésére állandóan az indítás, részterhelés időszakában is szuperkritikus nyomást kellett biztosítani (indításnál, csak a kazán után csökkentve a nyomást). A szuperkritikus blokkokra is az úynevezett állandó nyomású szabályozás volt jellemző, ami azt jelentette, hoy a turbina belépő csonkján minden terhelési állapotban állandó nyomást tartottak, és a kisebb teljesítményhez szüksées kisebb őznyelést a turbina szabályozó (ojtó) szelepeinek beállításával véezték. Olyan meoldás is ismert, ahol a nyomáscsökkentésre a kazán első és második túlhevítő okozatai között került sor [.7]. Ehhez a üőlees, sorba kapcsolt előzölötető űtőelületekkel ellátott kazán volt a lealkalmasabb, íy yakorlatban alkalmazott típus [.75,.76]. Ezeknél csak 60-80% terhelés elett alkalmaznak ix nyomást (azaz ebben a tartományban a turbinák ojtószelepeivel állítják be a turbina nyelőképesséét). Ez alatt mintey 30% teljesítményi a őznyomás a terheléssel arányosan csökken, de az előzölötetőben a őzkiválás meelőzésére szuperkritikus marad [.7]. Ez, az elsősorban az Eyesült Államokban [.75] yakori meoldás azonban a napi indulás-leállításra, terheléskövető üzemmódra nem, vay ali volt alkalmas. Európában, a 60-as évektől alkalmazott, spirális tűztérhűtő elülettel épített kényszerátáramlású kazánok csúszó paraméteres üzemmódra készültek. Ezeknél nem a tömeáram 5 sűrűséet kellett 5 a csőszámhoz, 5 részterheléshez 5 meválasztani, hanem mint később bemutatjuk a csőszámot, csőméretet lehetett a mekívánt tömeáram sűrűséhez, kazánméretekhez optimalizálni. Kombinált, vay szuperponált 1 cirkulációval 1 ( ábra) 1 a berendezések 1 a változó 3 üzemállapotokhoz is jól illeszthetők voltak [.80]. Uyanakkor a spirál elületek előállítása, a tűztéri elületek elüesztése, merevítése lényeesen dráább konstrukciót eredményezett. a) Természetes cirkuláció b) Természetes cirkuláció kényszerített kerintetésű elülettel c) Kényszerített kerintetés d) Kényszerített kerintetés konvektív előzölötetővel , 3 3 Leválasztó edény 3 Keverőej e) Kényszerített kerintetésű konvektív előzölötető ) Kényszerített átáramlás ) Kényszerített átáramlás belső cirkulációval h) Kényszerített átáramlás szuperponált cirkulációval.103. ábra (.97. ábra részlete) Kényszerített kerintetés ejlődése 1 tápvíz előmeleítő, tűztéri előzölötető, 3 konvektív előzölötető, 4 utó előzölötető, 5 túlhevítő A Combustion Enineerin által javasolt, kombinált cirkulációnál (ábrán ) változatnál) [.76,.77] részterhelésen a leválasztó edényben szétválasztott víz-őz keverék olyadékázisának előzölötető elület elé történő visszakerintetésével állandó, illetve a elület hűtéséhez szüksées mértékű, csökkentett tömeáram biztosítható. Névlees terhelésnél (annak közelében a leválasztó edény bevezető és őzoldali csonkját összekötő csőszakaszba beépített elzáró szerelvény nyitásával a 149

154 berendezés kényszerátáramlásúvá tehető, a recirkuláció szüksételenné válik. A meoldás hátránya, hoy a kerintető szivattyú szívócsonkján szubkritikus állapotban a olyadék közel telítési hőmérsékletű, íy az átmeneti üzemállapotokban bekövetkező kavitáció meelőzése ondos szerkezeti kialakítást (nyomómaassá meválasztást) tesz szükséessé. A Sulzer és az EVT által kiejlesztett szuperponált cirkulációnál (az ábrán h) meoldásnál) [.80], a telített állapotú kazánvíz és a tápvíz előmeleítőből kilépő hőmérsékletű tápvíz, keverőejben összekevert keverékét kerintetik, íy a kerintető szivattyú kevésbé érzékeny az üzemállapot változásokra. Névlees terheléshez közeli üzemállapotban a kerintető szivattyú többletszállítási teljesítménye lecsökken, a szivattyú mintey elúszik, a berendezés kényszerátáramlásúvá válik. Az ábrákon nem került eltüntetésre, de mindkét meoldásnál lehetősé van a vízleválasztó edényből olyamatos olyadékhűtőn keresztül táptartályba történő leeresztésre, amely a berendezések indításának időszakában lehet üzemben. Párhuzamos csövek száma. Miután a kényszerített átáramlású berendezéseknél a munkaköze (a szuperponált cirkulációval seített részterhelésektől eltekintve) általában csak eyszer áramlik át a csőrendszeren, a párhuzamosan kapcsolható csövek számát ( n ) az iényelt (meenedett) elmeleedés határozza me. A köze ajlaos hőtartalmának növekedése ( h ) ey d átmérőjű, t osztású csőrendszerben qt L h.99 d G 4 ahol q ajlaos hőterhelés [kw/m ], G tömeáram sűrűsé [k/m s], L csőhossz [m]. A párhuzamos csövek összesített tömeáramának a kazánteljesítménnyel kell azonosnak lenni: d W ng Fiyelembe kell azt is venni, hoy a csőben áramló köze hőátadása és a hőáramsűrűsé között eyértelmű kapcsolat van ( ejezetek). A csőben áramló köze G tömeáram sűrűséét (ezzel a cső belső átmérőjét) a cső.76 képlet szerint számítható, anyaminősétől is üő alhőmérsékletének betartásához meenedhető, belső, közeoldali hőátadás miatti (alábbiakban t ) alhőmérséklet növekedés iyelembevételével kell kiválasztani. Fiyelemmel kell lenni a kritikus hőáramsűrűsé kialakulásának meelőzésére is. A buborékos orrás esetére a Schmidt [.59] által meadott k o 0, 7 0, 3 q b r q 6150 C, u r c pt s G 0, 7 b

155 összeüést iyelembe véve (miután a 3.3 képlet alapján o C G 1 0, 8 ), a belső hőátadás miatti alhőmérséklet növekedésre a következő közelítő összeüés adódik: q q 0, 3 b b b t C C 0, , 1 k 0, 8 q b G G 0, 7 G 3 q Átrendezve: G b C t Azaz, a tömeáram sűrűsé szüksées értéke, közelítőle a elületi hőterhelés harmadik hatványával arányos. Az is meiyelhető, hoy a tömeáram sűrűsé minimális értéke milyen érzékenyen reaál a meenedhető alhőmérséklet növekedés változására. A tömeáram sűrűsének a meenedett elmeleedéshez (entalpianövekedéshez) tartozó minimális értéknél nayobbnak kell lennie, íy: q 4W 4qt L nd hd.104 W h n.105 qt L Néhány szokásos csőméretet, csőosztást az alábbi.7. táblázat mutat (az első oszlopot kivéve uszonyos csövekkel):.7. táblázat t, csőosztás d, külső csőátmérő s, cső alvastasá ,5 n, csőszám (például) Az előbbiek mellett, a spirálcsöves elrendezésnél további eltételt is teljesíteni kell. Az eyszeres áramlás érdekében az n számú csövet olyan osztással, hajlásszöel ( ) kell indítani, hoy a tűztér kerülete ( a b) mentén eyenletesen helyezkedjenek el. Íy: ( a b)sin n.106 t Véeredményben tehát a t csőosztás (a átban meenedhető hőmérséklet növekedést is iyelembe véve), a d csőátmérő, hajlásszö, a cső és a át anyaminősée és a meelelő hűtés biztosítására szüksées G tömeáram sűrűsé között a minimális yártási, üzemeltetési költséet eredményező optimumot kell mekeresni. A spirálalakú csőelrendezés a üőlees csőelrendezéshez képest [.71] nayobb tömeáramot, a csövek eyenletesebb űtését, ebből adódóan kisebb hőmérséklet eltéréseket tesz lehetővé. A.104. ábra ey 1000 t/h teljesítőképesséű, 50 m tűztér 151

156 kerületű berendezés tűztér elületeinek csőelrendezését mutatja üőlees, illetve spirálalakú kialakításnál. A üőlees csőelrendezésnél 85 db ø38 x 5,6 mm-es cső beépítésére kerülhet sor, 44 mm-es csőosztással, mí a spirálalakú elrendezésnél uyanilyen csőosztás, csőszám mellett ø33,7 x 5 mm-es csövek beépítésére van lehetősé. Látható, hoy azonos számú, de kisebb átmérőjű csövek beépítésének hatására a tömeáram sűrűsé mintey 9%-al nayobb, íy kisebb alhőmérséklet, nayobb üzembiztonsá várható. G Oldalalanként 85 db Φ38*5,6 mm-es cső, 44 mm osztásra elhelyezve a) Emelőcső-külső ejtőcső rendszer Tömeáram sűrűsé: 1636 k/m s db Φ 33,7*5 mm-es cső, 4*44=176 mm osztásra elhelyezve b) Spirálcsöves kialakítású rendszer Tömeáram sűrűsé: 108 k/m s.104. ábra Füőlees és spirál alakú csőelrendezés összehasonlítása Miután a spirális csőelrendezésnél az eyes csövek között ali van hőmérséklet különbsé, kisebb járulékos hőeszültséek keletkeznek, mint a üőlees csőelrendezésnél, ahol az eyes csőpanelek (oldalalak) között különösen szuperkritikus nyomású berendezéseknél lényeesen nayobb lehet a hőmérséklet különbsé. Cirkulációs jelleörbe. Ey csőszakasz belépő és kilépő pontja közötti nyomáskülönbséet, a korábbiak alapján, a belépési ( pbe), csősúrlódási ( ps ), eodetikus ( ph ), yorsulási ( py) és kilépési ( pki ) nyomásveszteséek iyelembevételével lehet mehatározni: p p p p p p.107 be s Részletesebben, a kétázisú áramlás táryalásánál szokásos elírásmóddal: h y ki p be o,0 G l 0 o, z G d x v (1 x) G v 1 ki (1 ) v v o, l dz G v l 0 ( z) 1( z) sin dz

157 ahol: a belépési vesztesétényező, be a kilépési vesztesétényező, ki o,0 belépő keresztmetszetre vonatkoztatott kétázisú korrekciós tényező, o,l kilépő keresztmetszetre vonatkoztatott kétázisú korrekciós tényező, G tömeáram sűrűsé [k/m s], v ( ) olyadékázis ajtéroata [m 3 /k], (sűrűsée [k/m 3 ]), v ( ) őzázis ajtéroata [m 3 /k], (sűrűsée [k/m 3 ]), csősúrlódási tényező, a cső z helyére vonatkozó kétázisú korrekciós tényező, o,z d a cső belső átmérője [mm], ( z ) a cső z helyére vonatkozó őzkitöltési tényező (téroathányad), x őztartalom, l a cső hossza [m]. Az eyes űtőelület típusokat áramlás szempontjából a kazán cirkulációs rendszerétől, nyomásától üően vizsálva meállapítható, hoy: A tápvíz előmeleítő mindi kényszerített átáramlású, általában eyázisú áramlással, kivéve az előzölötető előmeleítőket, ahol az előzölötető szakaszban az áramlás kétázisú. Az előzölötető elületek lehetnek természetes, vay kényszerített átáramlásúak, szubkritikus nyomás tartományban mindi kétázisú áramlással, szuperkritikus nyomás esetén eyázisú áramlással. A túlhevítő, újrahevítő elületek mindi kényszerített átáramlásúak, eyázisú közeáramlással. Az előzőekből következik, hoy ey csőszakasz jelleörbéjénél (nyomásvesztesé közeáram üvényében történő változásánál) a lenayobb változatossára az előzölötető szakaszoknál lehet számítani. A kényszerített átáramlás elméleti vizsálatánál is a korábban a kényszerített kerintetés elemzésénél a.84 képlet elírásához már elhasznált meoldást: a belépési, kilépési veszteséeknek a hosszú csőszakasz csősúrlódási vesztesééhez képesti elhanyaolását, a eodetikus nyomáskülönbsé esetén pedi mintey vízszintes csőszakaszt eltételezve, a csőelrendezéstől üő hatás különválasztását alkalmazzuk. Íy a tömeáram sűrűsé tömeárammal történő helyettesítésével, homoén áramlás eltételezésével (kétázisú szakaszokon a tényleesen szeparált áramlásból adódó eltérések elhanyaolásával) a G v 8 dp dz W vdz d d csőhossz menti interálását kell elvéezni [5]. A v ajtéroat (a köze elmeleedése, előzölése miatt), illetve a cső eyes szakaszainak hossza (a tömeáramtól üően eltérő ajlaos hőelvétel miatt) a tömeáram üvényében is változik. Eyenletes hossz menti űtést ( q, kw/m) eltételezve szubkritikus 153

158 154 rendszernél a csövet tápvíz előmeleítő (őzejlődést meelőző) és előzölötető szakaszra osztva és a következő jelöléseket bevezetve: a tápvíz előmeleítő szakaszon (0-1 z között) 1 h 1 v v be be h h v v 1 h h W z )q z ( h h h be h q h W z 1 az előzölötető szakaszon ( 1 z - L között) a.87 képlethez bevezetett r v v állandóval h v v W )q z z ( h 1, továbbá dz W q z z v dz W q z z v W d p L z z Az interálást elvéezve: W q q h W L q h W W q q h W L q h W v L v W q q h W W q q h W q h W v W d p Az összevonások, eyszerűsítések és átrendezés után a.85 képlethez bevezetett d b állandóval: W L q LW v h W q h ) ( b p További, korábban a kényszerített áramlású előzölötető jelleörbéjének levezetésénél már alkalmazott jelöléseket bevezetve: q h ) ( b a L v h b.87a 3 L q b.88a

159 Nyomásesés (bar) a kényszerített áramlású előzölötető rendszerre levezetett.85a kiejezéssel azonos alakú összeüés adódik: bw 3 b W b W AW 3 BW CW p b.85b 0 1 Eltérés csak a b 1 állandók (.86, illetve.86a kiejezések) között van. 3 Eenberer [1] a vizsálatot a kényszerátáramlású cső túlhevített szakaszára is kiterjeszti, a túlhevített őz ajtéroatának változását a p őznyomás és a h entalpia üvényében a 1 3 v, 3310 h 1075,.113 p összeüéssel közelítve. Interálás helyett azonban az eyes szakaszokra a ajtéroat átlaértékével számítja a nyomásveszteséet. A véeredmény meeyezik az előbbi harmadokú kiejezéssel, az eyes tényezők azonban lényeesen különböznek [1]: 3 * 1075,, 3310 hbe 1 b1 ( vbe v )( h hbe ) r( v v ) ( h hbe ) v p q 3, 3310 ( h hbe ) 1075, * b v L p.115 3, 3310 L b * 3 p q A harmadokú üés a tömeáramtól arra vezethető vissza, hoy a közeáram növelésével csökken az előzölötetett mennyisé aránya, ezzel a kétázisú keverék ajtéroata és áramlási sebessée, ennek azonban kisebb a hatása, mint a tömeáram növekedésének. A stabilitási határok elméletile a kényszerített kerintetéshez (.100. ábra) hasonlóan, a p -re adódott kiejezés első deriváltjának, illetve a b ( b * ) tényezők előjelének vizsálatával (neatív előjel esetén a jelleörbe bizonyosan stabil) becsülhetők. 0,05 0, C 0, C 80 C 0,0 0 0,05 0,1 0,15 0, 0,5 0,3 Tömeáram (k/s).105. ábra Füőlees és spirál alakú csőelrendezés összehasonlítása 155

160 Geodetikus nyomáskülönbsé (N/m) Példaként a nyomásesés leutását ey 145 bar nyomású, L = 30 m hosszú, d = 5 mm belső átmérőjű, = 0,03 csősúrlódási tényezőjű, 8,64 kw/m hőterhelésű, ey csőből álló, vízszintes, kényszerátáramlású csőrendszerre, különböző belépő közehőmérsékletek (80, 100, 130 C) esetén a.105. ábra mutatja. Látható, hoy az áramlás már 100 C belépő közehőmérsékletnél is labilissá válik. A p képletéből adódóan a jelleörbe leutását a csövek űtése, a tömeáramot a két vépont közötti ténylees nyomáskülönbsé, űtés is beolyásolja. Általánossában a következők iyelhetők me: Azonos nyomáskülönbsé esetén a kevésbé űtött csőben nayobb lesz a tömeáram (az átlaos ajtéroat, illetve a kétázisú súrlódási vesztesé korrekciós tényezője kisebb lesz), illetve ennek ordítottja: azonos tömeáram esetén a kevésbé űtött csőben kisebb nyomáskülönbsé alakul ki. Kisebb nyomáskülönbsé, azonos hőelvétel esetén a csőben kevesebb köze áramlik, íy jobban elmeleszik, a csőal túlmeleedhet (ezért a bevezető, elvezető kamrákban a lehető leeyenletesebb nyomáseloszlásra kell törekedni). A ténylees jelleörbe alakjára azonban nemcsak az előbbi jellemzőknek, hanem a csövek vonalvezetésének az előzőekben iyelmen kívül hayott eodetikus nyomáskülönbsé alakulásának is lényees hatása van Emelkedő vízszintes csöveből álló csőkíyó Füőlees csöveből álló csőkíyó ,05 0,1 0,15 0, 0,5 0,3 Tömeáram (k/s).106. a. ábra Füőlees és spirál alakú csőelrendezés összehasonlítása A.106. ábra a Sulzer kazánoknál a yakorlatban alkalmazott két jellemző (azonos űtőelületű) csőelrendezés: Vízszintes csövekből (10 db, eymás ölött elhelyezkedő, sorba kapcsolt 3 m hosszúsáú csőből) álló emelkedő (1,875 m maassáú) csőkíyó, illetve üőlees (16 db, sorba kapcsolt, eymás mellé elhelyezett, 1,875 m hosszúsáú csőből) álló vízszintes (3 m széles) csőkíyó eodetikus nyomáskülönbséét mutatja. Látható (.106. a. ábra), hoy a üőlees csövekből álló csőkíyó eodetikus nyomáskülönbsée a tömeáram növelésével csökken, az emelkedő vízszintes csöveké pedi növekszik. Íy a csősúrlódási és eodetikus nyomáskülönbséeket eyüttesen iyelembe vevő (100 C belépő közehőmérsékletre vonatkozó) jelleörbe, emelkedő vízszintes csövek esetén stabillá válik, mí üőlees csövek esetén az instabilitás nő (.106. b. ábra). 156

161 Nyomásvesztesé (bar9 Kazánoknál különösen űtőelületek elüesztésére yakran alkalmaznak üőlees csőrendszereket, amelyekben a köze az összekötő csövekkel való takarékoskodás érdekében esetenként leelé áramlik. Miután a csövek rendszeresen eltérő űtöttséűek, az áramlás stabilitását beolyásoló konstrukciós kérdés, hoy vajon valamelyik csőben meordulhat-e az áramlás. 0, 0, 0,18 Csősurlódás Csősurlódás+eodetikus emelkedő vízszintes csőkíyókkal Csősurlódás+eodetikus üölees csőkíyókkal 0,16 0,14 0,1 0,1 0,08 0,06 0,04 0, ,05 0,1 0,15 0, 0,5 0,3 Tömeáram (k/s).106. b ábra Füőlees és spirál alakú csőelrendezés összehasonlítása Az ennek lehetősée a.107. ábrán meadott összeüések alapján vizsálható. Áramlási irányváltásra csak akkor kerülhet sor, ha az eyes csövek között olyan nay sűrűsékülönbsé alakul ki, amelyből az áramlási ellenállásnál nayobb eodetikus nyomáskülönbsé adódik. p be p ki 1 1 H H p ki Leelé áramlás p be Felelé áramlás H p H( p ki < p 1ki H p 1 áramlási1 áramlási ) p áramlási p 1 1 áramlási p p 1ki < p ki ( H1 páramlási 1 ) pbe ( H p be áramlási H( ) p áramlási p 1 áramlási1.107 ábra Felhajtóerő hatása kényszerített áramlásnál Szuperkritikus nyomástartományban (eyázisú áramlás, azaz x =0, =0 és =1) üzemelő csőszakaszra a nyomásvesztesé a ( v ) ajtéroat ( h ) köze o entalpia üvényében történő változását leíró, közelítő üvény elhasználásával határozható me. Miropolszkíj [6] szerint: ) 157

162 m v Ch.117 amelynek állandóit a.8. táblázat tartalmazza..8. táblázat Tartomány Érvényesséi tartomány (h, kj/k) C m a 40 h 404p 0,5 1,3*10-4 0,33 b 404p 0,5 h 4000 (94/p) 0,646 *7,0*10-13,89 Íy a hossz menti interálás az entalpia üvényében történő interálássá alakítható (a 0 jelölés a csőszakasz kezdetére, az 1 jelölés a véére vonatkozik): p be G G l d( h h h0 h1 h1 vbe l sin dh l szkrv( h )dh G 1 0 ) ( h h0 1 h0 ) v( h ) ( h h0 1 h0 ) h0.118 A yakorlatban három eset ordulhat elő: A csőszakasz kezdete, vée az a tartományba esik (I). A csőszakasz kezdete az a tartományban, vée a b tartományban van (II). A csőszakasz kezdete és vée is a b tartományban van (III). Az esettől üő ajtéroat üvényt az előbbi,.118 eyenletbe behelyettesítve (a csőhossz menti entalpiaváltozást eyenletes űtést eltételezve a h 4ql / G d kiejezéssel iyelembe véve) a következő összeüések adódnak: dh v( h ) ki G v ki I. eset p p 13, * 10 be 4 1, 4* 10 G ( h 0, h szkr 0, 33 0 G 3 ( h ) p 1, 33 1 ki h q 1, 33 0 ), 8* 10 3 Gd sin h q 0 4ql Gd 0, 67 h 0, G II. eset p p be Gd sin, 8* 10 q 7, 0* 10 III. eset p p 1, 4* be G 7, 0* p 0, 5 1, 33 1, , 89 0, 5 3, 89 ( 404 p ) h, 6* 10 h ( 404 p ) 0, 5 0, 67 0, p 0, 646 0, 5 1, 89 1, 89 ( 404 p ) h 19, * 10 ( ) ( 404 p ) h 0, 646 1, 4* p szkr h G q, , , 4* 10 13, * 10 szkr ( h, 89 1 h 0, h G 3 94 q p 0, , 646 ) p p ki 94 0 p 1 0, a 3, 89, Gd sin p 0, 646 1, 89 1, 89 h h 19, * 10 ( ) h h ki 1 0 q b 158

163 Amennyiben az előbbi összeüések levezetésénél eltételezettektől eltérően a csőszakasz hőelvétele nem eyenletes, a képleteket (értelemszerűen a belépési, kilépési és yorsítási nyomásveszteséek eyszeri iyelembevételével) elemi csőszakaszokra lehet alkalmazni, és az ezekre kiadódott nyomáskülönbséeket összeezni. Feltehető a kérdés, hoy a jelenlei számítástechnikai háttér mellett van-e értelme az előbbi képletek ismertetésének. A válasz eyértelműen ien, mivel seítséükkel az alapadatok alapján mé számítóépek elhasználásával is sokkal yorsabban, áttekinthetőbben meítélhető a csőszakaszok várható áramlási jelleörbéje, eltérő üzemi paraméterek melletti viselkedése, ellenőrizhető a szimulációs számítások eredménye. Statikus, dinamikus stabilitás. A kazánok cirkulációs köreiben az áramló köze sebessée mé stabil üzemviszonyok esetén sem állandó [.88]. Állandó kazán teljesítmény esetén is változik a tüzelőanya űtőértéke, a lán helyzete, ebből adódóan a űtőelületek hőelvétele. Íy olyamatosan zavarás jelentkezik. A yakorlati cél az, hoy a zavarások minél kevésbé beolyásolják az áramlást, a köze elmeleedését és ezzel a űtőelületek alhőmérsékletét. Kedvezőtlen esetben az áramlás instabillá válhat, az instabilitásából adódóan a csőal hőmérséklet a méretezési érték ölé növekedhet (ezzel a csőanya yorsabban kiáradhat), a berendezés rezésbe jöhet (ez a elüesztő szerkezeti elemek, csőrendszerek kiáradását eredményezheti), szabályozás technikai problémák jelentkezhetnek. Az előzőekben bemutattuk, hoy szubkritikus üzemállapotban a nyomás, belépőköze hőmérséklete, a csőrendszer jellemzői, a elület kialakítása, elrendezése üvényében az áramlás instabil lehet. Gyakorlatban az instabilitás kétéle módon jelenhet me: A berendezés tápvíz, őzárama állandó, de a csőrendszer instabilitásából adódóan az eyes párhuzamosan kapcsolt csövek lényeesen eltérő üzemállapotban üzemelnek. A berendezés a zavarás hatására kimozdul eyensúlyi állapotából és a seédberendezések rossz meválasztása, illesztése miatt nem tud visszatérni oda. Például a berendezés és a tápszivattyú jelleörbéje nem illeszkedik, a zavarás hatására menövekvő tápvízáram adott nyomás melletti szállítására a táprendszer nem alkalmas. Az előbbi instabilitást azzal lehet meelőzni, hoy az eyes csövek stabilitását biztosítjuk. A párhuzamosan kapcsolt csövek eyedi áramlási stabilitására, minden üzemállapotban, olyamatosan emelkedő jelleörbét kell elérni. Ennek ellenőrzését a stabilitási (Schnackenber) szám vizsálata [1,.86] teszi lehetővé, amelyet az dp dw W dp S.10 p p dw W 159

164 kiejezéssel deiniálunk. Stabil áramlásra csak akkor lehet számítani, ha S számértéke minden üzemállapotban a neatív hatású bizonytalansáokat (különösen a párhuzamosan kapcsolt csövek eltérő közeáramát) is iyelembe véve pozitív. Tápvíz előmeleítők, túlhevítők (eyázisú áramlás) esetén, amikor a köze ajtéroatának változása elhanyaolható, az áramlási vesztesé a: p K 0 W.11 kiejezéssel közelíthető. A tömeáram szerinti dierenciálást elvéezve, S képletébe behelyettesítve: W S K 0 W K0W Vízszintes csőben történő kétázisú áramlás esetén:.1 ahol az átlaos csőhossz menti ajtéroat: p K W v.13 1 v L L 0 vdl.14 S számítására eyen-, ellenáramú, illetve eyenletesen űtött előzölötető elületekre Hellwi [.86] ad közelítő összeüést. A dierenciálást elvéezve: illetve dp KWv KW dw dv.15 dw W dv S.16 v dw Érdemes mejeyezni, hoy S értéke kizáróla a köze termodinamikai jellemzőitől, a cső űtésétől, tömeáramától (az előzölés olyamatától, mértékétől) ü, és üetlen a cső méretétől, érdesséétől, hosszától [1]. Miután az átlaos ajtéroat növekvő tömeárammal csökken, S értéke bizonyosan kisebb lesz -nél, de szélső esetben neatívvá is válhat. Az áramlás stabilitását a cső belépéséhez (tápvíz előmeleítő szakaszba) beépített ojtóelemekkel lehet javítani. Füőleesen vezetett csövek esetén, a eodetikus nyomás hatását iyelembe véve: H p K W v v.17 dp dv H dv KWv KW dw dw v dw

165 Nyomás (bar), tömeáram (k/s) dv H dv dv W H KWv KW 3 dw v dw dw v KWv S.19 H H KWv 1 vw KW v Látható, hoy a korábbiakban említettekkel összhanban, a üőleesen vezetett csöveknél a eodetikus nyomás stabilizáló hatású az áramlásra. A stabilitási számhoz hasonló kiejezések a nyomás-, tömeáram-, kilépő entalpiaváltozás hőelvétel változástól üő érzékenyséére is levezethetők. Mí a nyomásváltozás érzékenysée a p előbbi képlete alapján közelítőle numerikusan is levezethető, addi a tömeáramra, kilépő entalpiára csak a különéle állapotokra elvézett számítások eredményeire ektetett trendvonalak alapján becsülhető az érzékenysé. A pulzáció csak szubkritikus nyomáson üzemelő, kényszerátáramlású kazánoknál jelentkezhet, a berendezés ekó-, kezdeti őzejlesztő szakaszát érintheti. Kialakulása a al és az áramló köze közötti kölcsönhatással mayarázható. Kiinduló okként az eyre növekvő méretű és számú buborékokat említik [10], amelyek különösen vízszintes, erde csöveknél a alhoz tapadnak, okozatosan növekedve átmenetile leékezik az áramlást, ezzel a őzejlődés növekedését eredményezik, a teljes csőkeresztmetszetet kitöltő őzduó képződhet. Az álló, lassan mozó őzduó belsejében a őznyomás menövekedhet, amely kilöki a őzduót határoló olyadékot, leesik a nyomás, újra meindul az áramlás, íy a űtőelületet újra olyadékázis töltheti ki, a őzejlődés lelassul, a nyomásleutás normalizálódik. Amennyiben a őzduó a csőrendszer elején helyezkedik, el az is előordulhat, hoy a kilökődés a normál áramlási iránnyal ellentétesen történik. A olyamatot a szakirodalomban sűrűsé hullám instabilitás -nak is nevezik [1,.80], mivel a köze sűrűsée a pulzáló csőben olyamatosan változik Tápvíz áram Gőz áram Nyomás Idő (sec).108. ábra Pulzáció hatása A pulzáció abból adódhat, hoy az előbbi zavarás hatására - miközben a berendezés tápvíz árama, a őzelhasználó berendezés őznyelése állandó - az adott csőben a tápvízáram lecsökken, ezzel meváltozik (csökken) a ojtótárcsa ( d p ) ), ( t 161

166 ekószakasz ( d p ) ) ellenállása, az elpárolotató szakasz ellenállása is csökken ( ekó ( d p ) ). Az áramlás, ezzel a őzejlődés ismételt meindulásával a őznyomás is ( elp nő, majd a olyamat ellentétesre vált, mint a.108. ábra mutatja. A lenés periódusideje a eometriai, hidraulikai paraméterektől ü, az ábrán mintey 60 másodperc [.73] (de az irodalom 6-15 másodperces periódus időt is említ [3.16]). Petrov [.73] részletes vizsálatai szerint a pulzáció bizonyosan meelőzhető, ha zavarásnál a olyadék (belépő) oldali nyomáscsökkenés nayobb a őz (kilépő) oldali nyomáscsökkenésnél: p p d( p )] [ p d( p )] p [ p d( p )].130 e Átrendezve: [ t t eko ekó y elp elp p p p p p ) d( p ) d( p ) d( p ).130a e y ( t ekó elp t eko elp Fiyelembe véve, hoy a belépő kamra ( p e ) és kilépő (yűjtő) kamra ( p y ) közötti nyomáskülönbsé eyenlő a ojtótárcsa ( p t ), ekó- ( pekó ) és előzölötető szakasz ( pelp ) nyomásveszteséével és pekó pelp pcső (kétszeres! elv): d p ) d( p ) d( p ).130b ( t eko cső Ennek biztosítására, ezzel a pulzáció elkerülésére a hőátadás változásának hatását elhanyaolva a ojtótárcsa nyomásvesztesé ( p, eyázisú áramlás iyelembevételével) és a csőszakasz nyomásvesztesé ( iyelembevételével) arányának t pcső, kétázisú áramlás 1 hbe h hbe 1,5 1 p h t 3 r h.131 pcső h h be 1 r h kell lenni. A képletben a telítési és a csőszakaszba belépő olyadékentalpiák különbsée, hbe h a csőszakaszból kilépő és oda belépő entalpia különbsée. Feltételezve, hoy a hőátadás a őztermeléssel arányosan változik: p p t cső r hbe h h r be 1 h ( ) h 1.131a A ojtótárcsa ellenállásának növelése mellett (helyett) kis átmérőjű csövek, íy nay tömeáram sűrűsé alkalmazásával is csökkenteni lehet a pulzáció valószínűséét. Gyakorlatban a pulzáció meelőzésére (a hidraulikai beavatkozásokon túlmenően), a párhuzamos előzölötető csöveket, a hossz harmada előtt, az előzölötető szakasz kezdetén kieyenlítő csővel kötötték össze [1], amelyet az eyes 16

167 előzölötető csövek hátoldalán úrt lyukakhoz csatlakozó vékony bekötő csövecskékkel, vay a lyukakra közvetlenül ráheesztve alakítottak ki. Szuperkritikus üzemállapotban az előzölötető rendszerbeli lenéssel nem kell számolni, de eyéb instabilitások ekkor is jelentkezhetnek. Hőátadás, alhőmérséklet. A.3. szakaszban a kritikus őztartalommal összeüésben bemutatott, csőal hőmérsékletet beolyásoló tényezők közül lenayobb jelentősée a közeoldali hőátadási tényezőnek van. Szubkritikus üzemállapotban ey csövön belül különéle áramlási és hőátadási ormák alakulhatnak ki. Minden esetben számolni kell a olyadékázis elé történő hőátadással (nayobb hőterhelés estén aláhűtött buborékos orrással is), a buborékos őzejlődéssel, yűrűs áramláshoz tartozó előzöléssel és a olyadékhiányos orrás állapotával, őzhevítéssel. Ezek számítására a kétázisú áramlással, hőátadással olalkozó 3. ejezet bősées inormációt ad. A hőátadási tényező értékét ey előzölötető csőre a nyomás üvényében a.109. ábra mutatja [1], 1500 k/m s tömeáram sűrűsé mellett (a hőáram sűrűséet, ennek változását a orrás nem közli). A olyadékhiányos orrás elnyúlhat, az irodalom [.93] x=1,4 (~70 C túlhevítés) esetén meiyelt olyadékcseppekről is említést tesz. A csőal kiszáradását követően, a orrással történő hőelvonáshoz viszonyítva, 180 Cal nayobb alhőmérséklet is elléphet Hőátadási tényező (W/m K)106 Konvekció olyadék elé Forrás Aláhűtött orrás Dryout Folyadékhiányos orrás Entalpia (kj/k) Konvekció őz elé Nyomás (bar).109. ábra Hőátadás változása kényszerátáramlás során [1] A hőátadással olalkozó irodalom általában nem táryalja a vízszintes, vay erde csövekben történő előzölés során a ázisok szétválása, ebből adódóan a első és alsó alkotón érvényesülő, eltérő belső hőátadás miatti csőal hőmérsékletkülönbséet ( t ). Miropolszkij és Snyejerova [10] vizsálatai alapján a hőmérsékletkülönbsé a hőterhelés, a cső hővezetési tényezője, alvastasáa, helyi őztartalom iyelembevételével a következő képletből számítható: t csős 0,75 0,9 0, x Re Pr.13 qd Értéke normál üzemviszonyok esetén általában 40 C-nál kisebb. Szuperkritikus állapotban a köze a hőelvétel (elmeleedés) során a olyadékként jellemezhető állapotból olyamatos átmenettel őz tulajdonsáokkal jellemezhető állapotba mey át. Fázisváltás nem következik be, kritikus hőluxus nem 163

168 tapasztalható. Uyanakkor a 1 <p/p krit <1,15 relatív nyomás tartományban két, orráshoz hasonló viselkedés iyelhető me: pszeudo-orrás, illetve pszeudóilmelőzölés []. A pszeudo-orrás a hőátadási tényező növekedését jelenti, amely nem mayarázható a hayományos konvekciós viszonyokkal. A jelenséet a csőal közelében a olyadék- és őz-szerű közeelemek kölcsönhatásából adódó turbulenciának tulajdonítják. A pszeudó-ilmelőzölésnél, nay hőáram sűrűséek esetén, a hőátadási tényező drámai csökkenése tapasztalható (hasonlóan a szubkritikus nyomásnál meiyelt kritikus hőluxushoz). Ez a viselkedés a köze anyajellemzőinek yors változásával van összeüésben. Annak tulajdonítják, hoy a turbulencia nem tudja a nayobb hőmérsékletű, őz-szerű közeet a altól eltávolítani és a hideebb, olyadék-szerű őáramba bekeverni. A belül bordás csövek (3.38. ejezet) ez esetben is hatékony meoldást jelenthetnek. Fázisváltás hiányában a közeoldali hőátadási tényezőt elvile az eyázisú áramlásra vonatkozó összeüés alapján lehet mehatározni. 0,8 1/ 3 o *0,03Re Pr 3.3a D Mint ismert, az anyajellemzők közül a dimenzió nélküli Re szám a köze kinematikus viszkozitását, a Pr szám a kinematikus viszkozitást és a köze hővezetési tényezőjétől, ajhőjétől, sűrűséétől üő hőokvezetési tényezőt tartalmazza. A hővezetési tényező, dinamikus viszkozitás, ajhő, valamint a Pr szám változását a hőmérséklet üvényében 40, illetve 300 bar nyomásra a.110. ábra mutatja Látható, hoy az anyajellemzőkben viszonyla szűk hőmérséklet tartományban 1 ien jelentős változások következnek be. Az előbbi képlet használatánál ez nay pontatlansáot eredményezhet. A kísérleti tapasztalatok (Sztirikovics, Miropolszkij, Schitzmann, [10]) alapján az eltérések azzal mayarázhatók, hoy a csőal menti határréteben az anyajellemzők lényeesen eltérnek a mahőmérséklethez tartozó értéktől. A Pr szám kitevőjének 0,8 értékre változtatásával, a kísérleti eredményekkel való eyezés lényeesen javítható: 0,8 0,8 o *0,03Re Pr 3.3b D A képletben a -át és a Re számban lévő anyajellemzőt a közere, az adott helyen lévő középértékkel kell helyettesíteni. Ezzel szemben a Pr számot a alhőmérséklethez tartozó értékkel kell iyelembe venni, amennyiben ez a Pr szám kisebb, mint az áramlás tenelyének hőmérsékletéhez tartozó érték, illetve az áramlás tenelyének hőmérsékletéhez tartozó értékkel, ha ez kisebb, mint a alhőmérséklethez tartozó érték. Íy a számított értékek a mért értékektől 15%-nál kevésbé térnek el [10]. A Babcok&Wilcox cé [] a hőátadási tényező számítására Jakob (1938) alapján a következő képlet alkalmazását javasolja (a al index a csőalra, olyadék index a közeáramra vonatkozik). 1 A ajhő maximum (másodlaos ázisváltás) helyére a t v =374,3+0,348(p-6,65) összeüés alapján lehet következtetni [.81], amely 1, bar, 374,15 C kritikus nyomás, hőmérséklet értékpárra vonatkozik. Időközben az anyajellemzők pontosításával, a kritikus nyomás és hőmérséklet értéke is csökkent. Az IAPWS-IF-97 alapján jelenle eloadott értékek: 0,64 bar nyomás, 373,946 C hőmérséklet. 164

169 Anyajellemzők Anyajellemzők Anyajellemzők Anyajellemzők D h olyadék h 0,93 al v al olyadék 0,00459 Re al t al t ollyadék al v.133 al A képletből számítható hőátadási tényező értékek 9,4-38,1 mm belső átmérő és kisebb hőáram sűrűséek esetén jól korrelálnak a kísérleti eredményekkel. 0,613 0, cp 10*Pr cp 10*Pr Hőmérséklet ( C) Hőmérséklet ( C) / cp *Pr Hőmérséklet ( C) / cp *Pr Hőmérséklet ( C) 40 bar nyomás 300 bar nyomás.110. ábra Hővezetési tényező [W/mK], kinematikus viszkozitás10 6 [k/ms], ajhő [kj/kk] és a Prandtl szám változása a hőmérséklet üvényében, 40 és 300 bar nyomáson Dinamikai tulajdonsáok. A kényszerített átáramlású kazánok jelleéből, nayobb áramlási ellenállásából adódóan, a különéle zavarások eymásra hatása összetettebb, mint a természetes cirkulációjú kazánoknál. Változhat a elületrészek szerepe is. A sokéle olyamat közül a következőkben csak a kazánterhelés, tüzelési teljesítmény változtatására mutatunk példát, különös tekintettel a kazán üzemi tulajdonsáaira, konstrukciójára kiejtett hatásokra. A részletesebb elemzéseket, a szabályozás optimális kialakítását az erőművek szabályozásával olalkozó bősées szakirodalom (például. [.83]) ismerteti. 165

170 Hőmérséklet ( C) Mí dobos kazánoknál a nyomásszabályozás az előzölés vépontjának ix helyén, a kazándobban kívánja a nyomást állandó értéken tartani, addi kényszerátáramlású kazánoknál a leeyszerűbbnek a kazánból való kilépésnél történő nyomástartás tűnik (.111. ábra). Ez esetben azonban, azonos tápvíz hőmérsékletet eltételezve, terheléscsökkenésnél (a nyomásesés csökkenése következtében) lecsökken az előzölötető szakasz nyomása, az előzölés kezdete előbbre, vée hátrább tolódik a csőrendszerben (b), másrészt a kazán elején nay nyomásinadozás (c) adódik. Emiatt a kényszeráramlású kazánoknál is célszerűbb a szabályozott érték (szabályozási hely) előzölés vépontjának közelében történő kiválasztása (d) Entalpia (kj/k) a) TE E TH b) c) p tv p th d) p ix pont.111. ábra Teljesítmény csökkenés hatása az előzölötetésre (meváltozott állapot: szaatott vonal) Lényeesen eltérő a tüzelési teljesítmény változtatásának hatása is. Mí dobos kazánoknál az előzölés ix vépontjából adódóan, a tüzelési teljesítmény növelése a őztermelés és ezzel a őznyomás növekedésére vezet (.11. ábra b) részlet), addi kényszerátáramlású kazánnál a többlet hőbevezetés, eyéb beavatkozás hiányában, a őzhőmérséklet növekedését eredményezi (.11. ábra a) részlet), a őznyomás csak az áramlási ellenállás változása miatt módosul. Tápvízáram Tüzelési teljesítmény Tápvízáram Tüzelési teljesítmény Gőzáram Gőzáram Frissőz hőmérséklet Dobnyomás Vízállás Idő a) Kényszerátármlású kazán b) Természetes cirkulációjú, dobos kazán Idő.11. ábra Tüzelési teljesítményváltoztatás hatása 166

171 Kényszerátáramlású kazánnál a őzteljesítmény növelését a tápvízáram növelésével érhetjük el (.113. ábra a) részlet). Változatlan hőbevezetésnél a kilépő őzhőmérséklet csökken. Dobos kazánnál a őzelvétel növelése eyéb beavatkozás hiányában a dobnyomás, dob vízszint csökkenésével jár (.113. ábra b) részlet), a többletőz orrása a kazánban tárolt kazánvíz, íy az alsó határértékek előtt a tüzelési teljesítmény, tápvízáram növelésével be kell avatkozni, ahoy az a.41. ábrán, nayvízterű kazánra látható. Ezzel szemben, a kényszerátáramlású kazán kisebb rissőz hőmérséklet, (és nyomás) melletti üzemeltetése tartósan is ennmaradhat. Tápvízáram Tápvízáram Gőzelvétel Tüzelési teljesítmény Tüzelési teljesítmény Gőzáram Dobnyomás Frissőz hőmérséklet Vízállás Idő a) Kényszerátármlású kazán b) Természetes cirkulációjú, dobos kazán Idő.113. ábra Tápvízáram, őzelvétel változtatás hatása Me kell említeni azt is, hoy kényszerátáramlású kazánoknál a zavarások hatására a túlhevítési hőmérséklet általában kevésbé inadozik, mint a dobos kazánoknál, mivel előbbieknél az előzölötető ey része is túlhevítővé válhat, illetve viszont. Ezzel szemben a dobos kazánoknál a túlhevítő elülete nem változik, íy kisebb a túlhevítőben tárolt hőmennyisé. Részterhelés. A kazánkonstrukciót, a ma általánosnak tekinthető csúszó paraméteres üzemmód mellett is, alapvetően beolyásolja a várható üzemmenet. Miután a liberalizált piaci eltételrendszerben, a meújuló villamos eneria termelők piacra lépési előnye következtében, valamint idővel az erkölcsi kopásból adódóan is, yakori részterhelésekkel kell számolni, a berendezéseket ezek tartós elviselésére is alkalmassá kell tenni. Ezzel összeüésben két lényees konstrukciós kérdést: a űtőelületek hűtését (cirkulációját), illetve az előzölötető csőrendszer kialakítását kell külön kiemelni. A hayományos kényszerátáramlásnál [.80], ahol a tűztérhűtő elületekben a tömeáram a terheléssel arányosan csökkent (.114. ábra a), a tömeáram sűrűséet úy kellett meválasztani (ien nayra), hoy minden üzemállapotban kieléítő hűtést biztosítson. A kazán üzemviszonyai javíthatók voltak, a névlees terheléshez tartozó tömeáram sűrűsé csökkenthető volt azzal, ha indulásnál, kis részterhelésen (amely szuperkritikus kazánoknál szubkritikus üzemállapotban is történhet) a tűztérhűtő űtőelületeken elmeleedett (szubkritikus üzemállapotban részben előzölött) közeet ey indítóedénybe, majd onnan a körolyamatba vezették (előbbi ábra b). A jelenle épülő berendezéseknél a.103. ábra kapcsán már említett kombinált (c), vay szuperponált (d) kerintetést alkalmaznak. A visszakerintetendő köze leválasztása történhet a tűztér véén, vay az utóűtő elületeket határoló alelületeket képező csőrendszereket követően is. 167

172 Hőmérséklet ( C) Előzölötető tömeáram Előzölötető tömeáram Előzölötető tömeáram Előzölötető tömeáram Kényszerátáramlás Elvezetés az Indító edénybe Kényszerátáramlás a b Kazán teljesítmény Kazán teljesítmény Többlet kerintetés Kényszerátáramlás Szuperponált kerintetés Kényszerátáramlás c d Kazán teljesítmény Kazán teljesítmény.114. ábra Tömeáram részterhelésen [.80] A kialakításnál azt is iyelembe kell venni, hoy a nay teljesítményű kazánoknak, az aktuális teljesítménytől üően, mind szubkritikus mind szuperkritikus üzemmódban mebízhatóan kell működni. Előbbi azt jelenti, hoy esetle naponta többször is előordulhat a kétázisú, eyázisú előzölötetés közötti, ennek során kényszerátáramlásról kerintetéses üzemmódra és viszont történő váltás. Ezek vérehajtása számos zavarral járhat: A váltásban lényees szerepet játszó nívóedény (.103. ábrán leválasztó edény) előtt a köze a tűztér tisztasáától üően különéle állapotban lehet (.115. ábra). Tiszta tűztér esetén túlhevített állapot (3), mí nayon elpiszkolódott tűztér esetén csak nedves állapot () várható. Íy a olyamat alkalomról alkalomra másképpen mehet vébe. Kényszerátáramlásról kerintetésre történő átállásnál a nívóedény teljesen tele van. Fokozatosan le kell üríteni, ehhez a tápvíz áramot csökkenteni kell. Kedvezőtlen esetben yors vízszintcsökkenés következhet be, ami a kazán kiesésével járhat Normál állapot Nedves állapot 3 Túlhevített állapot TE E TH Entrópia (kj/k).115. ábra Előzölés vépontja Amennyiben az átállást meelőzően a nívóedénynél a köze állapota túlhevített volt, azt le kell csökkenteni telítési értékre. Ez a tápvízáram átmeneti növekedésével jár. Túl nay közeáram, a hőmérséklet csökkentés yors vérehajtására hőlökést eredményezhet a nívóedényben, túlhevítőben. Nívóedény utáni előzölési vépont esetén, a tápvízáram változtatásának előzőekben bemutatott hatása a őzhőmérsékletre nem érvényesülhet, mivel a nívóedényből az el nem őzölő többletmennyisé leeresztésre kerül. 168

173 Vízszint nívóedényben Közeállapot előzölötető után Közeáramok Tüzelési teljesítmény Tömeáram A tüzelési teljesítmény változtatásokra a tápvízszabályozás késedelemmel reaál, ezért hőmérsékletcsúcsok alakulhatnak ki. A kerintető szivattyú rossz időpontban történő indítása esetén (kis előzölötető hőelvételnél) a leválasztó edény teletölthető ( meitatható ). 100 % Gőzáram Hőterheléstől üő, meenedett, minimális tömeáram Beecskendezés Kerintetés Tápvízáram Benson pont Gőzáram 100 %.116. ábra Tömeáram változása az üzemállapot üvényében Az optimális meoldás kialakítását beolyásolja, hoy a őzhőmérséklet pontos szabályozásához, kényszerátáramlás esetén is, szüksé van beecskendezésre, íy a kazán tápvíz előmeleítő, előzölötető elületein a közeáramnak csak ey része áramlik át (.116. ábra). Az ábrán jelölt Benson pont a lekisebb, kerintetés nélküli teljesítményt jelöli, értékét általában a névlees teljesítmény százalékában adják me. Indulás Leállás h t őz Átmeneti tartomány Beecskendezés Gőzáram Tápvízáram Minimális előzölötető áram Kerintetés Gőzhőmérséklet Entalpia előzölötető után Telítési hőmérséklet ábra Átállás kerintetésről kényszerátáramlásra és viszont [.169] Az előbbi zavarok hatásainak minimalizálására, a nívóedény utáni őzhőmérsékletet (t őz ) a kerintető szivattyú leállítását követően, tiszta kényszerátáramlású üzemmódban enyhén túlhevített értékre állítják be (.117. ábra). A tápvízáram szabályozása részben erről a hőmérsékletről történik. A kazán indítása, minimális terhelésről történő elterhelése során az alábbi változások következnek be: A tüzelési teljesítmény növelésével növekszik a őzejlődés, nyomás, nívóedény utáni hőmérséklet. A nívóedényben a vízszint csökken, a 169

174 kerintetést a szelep zárásával csökkenteni kell. A meelelő hűtés érdekében a tápvíz áramot is növelni kell. Amennyiben a közeállapot a nívóedény után eléri a telítési állapotot (h=h ) a kerintetés leáll, a szivattyú mé ey idei üzemben marad (1-el jelölt állapot). Az entalpia tovább nő (h>h ) nyit a beecskendezés, majd a h=h előírt értékének elérését követően a tápvízáram is növekszik. Ezt követően a tápvízáram szabályozása az előzölötető utáni entalpiáról történik. Leállásnál: A tüzelési teljesítmény csökkentésével az előzölötető utáni entalpia kisebb lesz az előírtnál, a tápvízáram eléri a kerinési minimumot (3-al jelölt állapot). Az előzölötető utáni entalpia a telített őz entalpia alá csökken, a nívóedényben mejelenik, majd nőni kezd a vízszint, meindul a kerintetés. A vázolt meoldással az átmenet a két üzemállapot között olyamatos, tetszőlees terhelés tartható, a nayobb minimális tápvízáram következtében nayobb átmérőjű, a csavart előzölötető helyett esetleesen üőlees, belül bordázott csövek is alkalmazhatók, kisebb a csőrendszer nyomásvesztesée, nincs pulzáció, kisebbek a változó üzemállapotokban ellépő hőmérséklet-különbséek. 100 Szuperkritikus Nyomás (%) Állandó nyomás Szubkritikus Csúszó nyomás Benson pont Kerintetés Kényszerátáramlás Kazánteljesítmény (%).118. ábra Szuperkritikus kazán üzemállapotai [.101] A különéle üzemállapotok közötti váltásnál szuperkritikus paraméterű kazánoknál kerintetéses üzemmódban a szuperkritikus-szubkritikus nyomástartományok közötti váltást, mint azt a.118. ábrán a üőleesen vonalkázott terület mutatja, lehetőle el kell kerülni. Uyanis a kerintetés szabályozásához az előbbiek szerint pontos olyadékszint mérésre van szüksé, uyanakkor közvetlenül a kritikus nyomás alatt a vízállás mérése nayon bizonytalan, íy az átmenet csak nehezen hajtható vére [.101]. Ey további tiltás szokásos a kerintető-szivattyú yártók részéről. A szivattyúk alkalmasak mind szubkritikus olyadék, mind szuperkritikus köze szállítására, de az átmenet az eyik közeállapotról a másikra mindkét irányban tiltott. Ennek mayarázata, hoy a szivattyúkkal a őz-olyadék keverék szállítását, illetve esetlees őzbuborékok képződését, majd összeroppanását (kavitációt) a szivattyúkban mindenképpen el kell kerülni. A őzázis mejelenése kavitáció nélkül is veszélyes lehet, mivel a járókerék oró terében az e miatti esetlees eyenlőtlen eloszlás rezésre, a szivattyú csapáyazásának yors mehibásodására vezethet

175 + + Gőznyomás, szelep állás Kerintetés Tömeáram (%) 100 % Turbina szabályozó szelep állás Frissőznyomás 100 % Előzölötető tömeáram Hőmérséklet szabályozás működési tartománya Teljesítmény csökkenés Tápvízáram Teljesítmény növekedés Szintszabályozás működési tartománya Kazánteljesítmény 100 % a) Turbina és kazánszabályozás összehanolása Kazánteljesítmény 100 % b) A.117 ábrán vázolt szabályozási olyamat yakorlati mevalósítása.119. ábra Csúszóparaméteres teljesítményszabályozás, tápvízszabályozás [.101] Az előbbi optimális üzemmódot biztosító szabályozás yakorlati mevalósítását a.119. ábra mutatja [.101]. A turbina szabályozószelepeket már kerintetéses üzemmódban csaknem teljesen kinyitják (.119. ábra a) részlet). (A néhány százalékos tartalék a inomszabályozáshoz szüksées.) Ezt követően a teljesítményszabályozás a nyomás változtatásával csúszó paraméteres üzemmódban történik. Túlhevítő Nívóedény Előzölötető Δp p F T h tény + - h előirt + - F Teljesítmény Vízleeresztés indító tartályba Tápvíz előmeleítő PI Tápszivattyú M T - + P P - + S - + Kerintetés S szabályozó szelep PID Vízállás szabályozó - + M E + + Előírt minimális tápvízáram PID Vezérlés F Hőmérséklet szabályozó.10. ábra Tápvízszabályozás [.101] Tüzelési teljesítmény A tápszabályozás ténylees kialakítását a.10. ábra mutatja. A tápvízáram előírt értéke alatt a vízszintszabályozás működik, elette a kerintetés leállását követően, tiszta kényszerátáramlású üzemmódban a hőmérséklet-szabályozás. Ekkor a kerintetés szabályozatlan, a kerintető szivattyú leállítására, indítására a mennyiséi tűrések iyelembevételével kerül sor. Kazánszerkezetek. Európában a modern porszéntüzelésű erőműi kazánok csaknem kivétel nélkül a.11. ábrán 13 látható, toronykazán kivitelben készülnek [.8]. Az Eyesült Államokbeli, Japán yártók elsősorban linittől eltérő tüzelőanyara kéthuzamú kivitelben is építenek, kényszerátáramlású, szuperkritikus berendezéseket. 13 Az ábra a Weisweileri 600 MW-os blokk, 191 bar, 530 C rissőz paraméterekkel mevalósított 1803 t/h teljesítményű kazánját mutatja. 171

176 .11. ábra Toronykazán kialakítása [.8] 17

177 A toronykazán kialakítás előnye az irányelterelés, ez által a üstáz által szállított pernye al melletti bedúsulásának elmaradása, a kopás miatti mehibásodások számának lényees csökkenése, másrészt az utóűtő elületek eyenletesebb hőterhelése. A határoló és utóűtő űtőelületek az oszlopokra támaszkodó tetőszerkezetre vannak elüesztve, íy a kazántest leelé szabadon táulhat, amely a kazán maassáától üően a cm-t is elérheti. A tűztér méretét, kialakítását a szilárd éési maradványok minimalizálása, a salaklerakódások elkerülése, az NO x keletkezés meenedett határértékeken belül tartása határozza me. A jelenlei konstrukcióknál a tüzelés leveőhiánnyal indul, a kezdeti lassúbb éést mint azt a.76. ábra kapcsán részletesen ismertettük hosszabb lánúttal (maasabb tűztérrel) eyenlítik ki [.53]. Uyanakkor a maassára a besuárzott és az azt követő túlhevítők csőosztásának lényees szerepe lehet [.100]. A kisebb maassá elsősorban az acélszerkezet, üstázcsatorna, őz-, tápvíz vezetékek, hőszietelés költséeinél eredményezhet lényees metakarítást. A tűztérhatároló űtőelület manapsá a berendezések többséénél spirálcsöves kivitelben, a tűztérmérethez, kazánteljesítményhez illesztett méretű, darabszámú, rendszerint uszonyos kazáncsőből készül. Ezzel a meoldással a csövek kialakítása szimmetrikus, minden űtési zónát érintenek, hőelvételük eyenletes. Uyanakkor a spirálcsöves konstrukció bonyolult, dráa tartószerkezetet, összeállítást iényel. A kitámasztást, a húzott támasztó-üesztő elemeket a hőeszültséek minimalizálására a csőallal eyütt szietelni kell. d) Osztott, alsó részen erde csövezés közbenső kamrával 1 1 a) Osztatlan üőlees csövezés b) Osztott, alsó részen kettős csövezés c) Osztott, alsó részen erde csövezés e) Osztott, alsó részen erde csövezés vízleválasztó kamrával.1. ábra Tűztéri csőrendszer kialakítása [.94] A spirális csőelrendezés csak a tűztérben szokásos, az e eletti, utóhűtő elületek melletti határoló elület üőlees csőelrendezésű. Ennek alapvető oka, hoy az utóelületek csöveit a űtött téren kívül elhelyezkedő kamrákhoz csatlakoztatni kell. A nayszámú átvezetés a jól meválasztott osztással elrendezett, üőlees csövezésű oldalalakon eyszerűen, bevált konstrukciós elemek alkalmazásával meoldható. Mí az osztatlan üőlees csövezést (.1. ábra) a üőlees kazántest teljes maassáában véi lehetett vezetni, addi a.104. ábra a) részletén vázolt üőlees csövezésnél, vay erde csövezésnél a csőrendszert me kell osztani. Ez a kivezetések, kamrák, csővezetékek miatt jelentős többletköltséel jár. A.1. ábrával kapcsolatban különösen a b) részletet kell meemlíteni, amelynél az alsó részen két eymással sorba kapcsolt, de váltakozva eymás mellé épített csőrendszert alkalmaznak. Az 1-el jelölt csőrendszer első 173

178 kamrájából külső ejtőcsövekkel vezetik a közeet a -vel jelölt csőrendszer alsó kamrájába. A Babcock&Wilcox cé csaknem minden szuperkritikus kazánját ezzel a meoldással építette [.94]. A csőrendszerbe az előzölötető után beépített ojtószelepekkel csúszó paraméteres üzemmenetet is mevalósíthatnak. Az Európában szokásos csavart tűztéri csövezésnél az átmenet a üőlees csőelrendezésről (tűztértölcséreknél), illetve üőlees csőelrendezésre (utóelőzölötetőknél) lehetsées közvetlenül, kovácsolt idomdarabokkal (.13. ábra) [.103], vay közbenső kamrákkal. Utóbbinak lehetsées olyan meoldása, amikor az alsó és első rész csövei azonos kamrába kötnek be (.1. ábra d) részlet), vay olyan, amikor a vízleválasztó ciklonok és a nívóedény a csavart csövezésű szakasz után van beépítve (.1. ábra e) részlet). Nayobb teljesítményű, szuperkritikus kazánoknál az utóbbi meoldás szokásos, mí az idomdarabokkal történő, közbenső kamrák nélküli átvezetést kisebb teljesítményű berendezéseknél alkalmazzák. Utóelőzölötető: üőlees csőelrendezés Előzölötető: csavart csőelrendezés Kovácsolt átmeneti idomok Tűztér tölcsér: üőlees csőelrendezés.13. ábra Füőlees és erde csövek összekapcsolása A különéle konstrukciós meoldások részleteiben a terjedelmi korlátok miatt nem tudunk elmélyedni, uyanakkor néhány, a berendezések üzemi tulajdonsáait is beolyásoló kritikus részletet ismertetünk. A túlhevítők, vízhevítő kialakítására a későbbiekben, a űtőelületek részletes táryalásánál ( ejezetekben) térünk vissza..14. ábra Vízleválasztó ciklon Vízleválasztó, nívóedény: Az előzölötető csövekből kilépő őz-víz keverék szétválasztása szubkritikus, kerintetéses üzemállapotban a ciklonokban történik. Ezekbe (.14. ábra) a közeet tanenciális irányban vezetik be, a ázisszétválasztás a centriuális erő hatására mey vébe. A őz elvezetése, az edény tetején benyúló merülő csövön, a túlhevítő első okozatába történik, amely a csavart csőrendszer után elhelyezett vízleválasztóknál a üőleesen vezetett első oldalali csőrendszer, a kazán tetején elhelyezett vízleválasztóknál, a üesztő csőrendszer. A berendezések teljesítményétől üően általában 4-8 vízleválasztót 174

179 Tanenciális eszültsé (N/mm ) alkalmaznak. Ezekhez, az átkeveredés érdekében, általában két oldalalról is csatlakoznak bevezető csövek. A ciklonok belső átmérője a kazán teljesítményétől üően mm, belső maassáuk eléri a 3-5 métert. A kazán teljesítményétől üően alkalmazott ey vay több nívóedény hasonlóan karcsú kialakítású, mm belső átmérő mellett maassáuk mehaladhatja a 30 métert. Az előzőekben már utaltunk arra, hoy a nayteljesítményű berendezéseknél is yakori üzemállapot változásra kell számítani. Erre tekintettel a vízleválasztó ciklonokat, nívóedényeket a lehető lenayobb hőmérséklet-változási sebessé elérésére [.95] a lehető lekisebb alvastasáal kell készíteni. Merevítések: Mint az előzőekben említettük a kazántest elüesztett szerkezetű, ebből adódóan a határoló alaknak önhordó kivitelűnek kell lenni. A üőleesen vezetett csövek húzottak, az önhordó kialakítás meoldható. (A nay kazánmaassáok, bandázsokból adódó hajlítóeszültséek mellett ezek méretezése is bonyolult meontolásokat iényel, amelyeket a későbbiekben, a szilárdsái számításoknál vázolunk.) A csavart csőkíyóknál azonban az eyes csövek az uszonyokon, elheesztett átlemezeken keresztül oldalirányú terhelést kapnak, íy a csőproil hajlításra van iénybe véve, benne komplex eszültséállapot alakul ki. Ey 35 mm külső átmérőjű, 5 mm alvastasáú uszonyos csövön 10 N/mm keresztirányú terhelés hatására, a belső és külső elületen, a kerület mentén ébredő (tanenciális) eszültséet a.15. ábra mutatja [.98]. Az oldalirányú erők hatására a csőproil torzul, oválissá válik, merevítés hiányában a csőosztás menő. A csövek terhelése az üzemállapottól is üő naysáú olyadéktöltet, a tűztértölcsért kitöltő salak, a tűztéralról esetleesen, vay tisztítás esetén leszakadó salakdarabok hatására olyamatosan változik, íy a proiltorzulás mértéke is változó. Ez a csövek yors mehibásodására vezethet. Ennek meelőzésére me kellett oldani a spirális csőrendszer hőtáulásból adódó elmozdulását meenedő kazán állványzatra, vay a első üőlees csőrendszerre történő elüesztését. 0,8 0,6 Tanenciális eszültsé belső szálon 0,4 0, 0,0 Tanenciális eszültsé külső szálon - 0, - 0,4-0,6 α - 0, α hajlásszö (ok).15. ábra Tanenciális eszültséek erde uszonyos csövekben [.98] Ennek leontosabb eleme az uszonyokban, átlemezekben ébredő üőlees irányú erőhatások húzott (például *5-40 mm keresztmetszetű) bandázslemezekbe, vay ésűs kapcsolóelemekbe történő kivezetése (.16. ábra). Mí az előbbinél az erőbevezetés a át-, uszonyelemekre heesztett proilos elemeken keresztül történik, a csövekben járulékos eszültsé ali keletkezik, addi az utóbbinál ey merev szerkezet jön létre. A merevítések hőszietelése, 175

180 méretezése különös iyelmet érdemel. Uyanis a erdén csövezett membránal, a belső nyomás, hőmérséklet-változás, járulékos terhelések hatására, nemcsak a cső hosszirányában és üőleesen, hanem a csövekre merőleesen (erde irányban is) is eltérően változtathatja méretét. Ehhez járul, hoy a űtött elület és a ráerősített, merevítő szerkezetek között különösen átmeneti üzemállapotokban jelentős hőmérséklet-különbséek alakulhatnak ki. Ezek járulékos hőeszültséekhez vezethetnek, amelyek a berendezések kisciklusú kiáradás eredményeként létrejövő mehibásodását idézhetik elő. Ennek meelőzése csak a meelelően meválasztott, el-, és leterhelés során meenedhető hőmérséklet különbséek betartásával lehetsées. Húzott bandázs lemez Fésűs kapcsoló lemez.16. ábra Spirálcsöves előzölötető csősorok merevítése [.93] A.68. ábrán bemutattuk a üőlees csőrendszereknél szokásos sarokmerevítéseket, a bandázserendák elerősítését. Ferde csőrendszereknél a merevítések, bandázstartó sarokelemek elerősítése a.16. ábrán, a húzott bandázslemeznél alkalmazott átlemezre, illetve uszonyokra heesztett elemekkel, vay a csövek közé, azokra ráheesztett tartóelemekkel (.17. ábra) történhet. A sarokelemek kialakítása eyrészt hasonló a üőlees csőrendszerekéhez, mivel a bandázserenda metámasztása a másik oldalalon történik, másrészt különbözik attól, mivel a merev, erde, hajlított csövekből kialakuló sarkok helyi metámasztására nincs szüksé. Eltolva elheesztett tartóelemek.17. ábra Spirálcsöves előzölötető elület bandázstartó elerősítése [.10] 176

181 A erde csőrendszerek eletti üőlees csőrendszereknél külön üőlees, húzott bandázselemeket nem kell alkalmazni. Ezért me kell oldani az alsó, erde csőrendszeren ébredő üőlees irányú erőhatások bevezetését a üőlees csőrendszerbe. Erre a yakorlatban kétéle alap meoldás terjedt el. Az első meoldásnál (.18. ábra) a spirális csőrendszer üesztő elemei (1) a első csőrendszerre heesztett, ésűs () kapcsolólemezekre üeszkednek, jelentős járulékos terhelést eredményezve. A másik meoldásnál (.13.,.19. ábrák) tömör allá összeheeszthető kovácsolt elemekkel, a járulékos terhelést minimalizálva, történik a csatlakoztatás. Meiyelhető a spirális csőelrendezésről a üőlees csőelrendezésre történő átmenetnél szüksées csőszám és csőméret váltás (spirális csövek/üőlees csövek száma:.18. ábrán 1:6,.19. ábrán 1:)..18. ábra Csavart és üőlees csőrendszer kapcsolata [1] A csőméretet, csőszámot a erde, jól űtött tűztéri szakaszon, mint arra korábban már utaltunk a kritikus hőterhelés elkerüléséhez különéle üzemállapotokban szüksées tömeáram sűrűsé, a üőlees szakaszon a konvektív elületek elrendezéséhez szüksées optimális csőosztás határozza me..19. ábra Spirális és üőlees csőrendszerek összekapcsolása kovácsolt idomdarabbal [1] Bordás orrcsövek alkalmazása: Az előzőekből látható, hoy miközben a erde, spirálcsöves csőelrendezés biztosítja a mebízható üzemvitelhez szüksées hűtést, bonyolult konstrukciós részleteket, nayobb anya és yártási ráordítást jelent, 177

182 iényesebb yártási színvonalat eltételez, íy jelentősen dráább (emiatt több Európán kívüli kazányártó nem is alkalmazza). Esetenként mint azt ey, dél-arikai kőszénre tervezett szuperkritikus paraméterű kazánra [.84] a.9. táblázat mutatja a spirálisan elrendezett csövek átmérőjének, alvastasáának változtatása is elkerülhetetlen a spirál csövekben szüksées tömeáram sűrűsé értékének biztosítására. (Az Európában tűztéri csöveknél szokásos 6,3 mm maximális orrcső alvastasáot nem veszik iyelembe.).9. táblázat Tölcsér Tűztér alsó rész Tűztér első rész Csőszám (db) Csőméret (mm) Φ38,0*6,3 Φ38,0*5,6 Φ44,5*7,1 Anyaminősé 16 Mo 3 13 CrMo CrMo 4 4 Tömeáram sűrűsé névlees 73,8 454,7 190,4 (BMCR 14 ) terhelésen (k/m s) Tömeáram sűrűsé minimális (40% TMCR) terhelésen (k/m s) 1061,3 953,3 745,8 Ezért olyamatosan elvetődik a spirális csőrendszer elkerülésének lehetősée. Az eyenértékű, vay jobb meoldást a belül bordás csövek alkalmazása jelentheti. A sima kazáncsövet belül bordás csővel helyettesítve, az eloadható első-alsó alkotó közötti hőmérséklet-különbsé biztosításához szüksées tömeáram sűrűsé k/m s értékről 300 k/m s értékre mérsékelhető [.77]. Uyanis a bordás csövek alkalmazásával mint azt a ejezetben részletesen ismertetjük lényeesen csökken a cseppelraadás, javul a hőátadási tényező, íy a névlees terheléshez tartozó tömeáram sűrűsé érték csökkenthető. Véeredményben: a űtőelület névlees terhelés melletti nyomásvesztesée ~40%- al csökken, a csőbeli perdület (átkeveredés) következtében kisebbek lesznek az alsó-első alkotó közötti hőmérséklet-különbséek, a minimális terhelés 35%-ról 0%- ra csökkenhet, csökkenthető az indító rendszer mérete, esetle elhayható a kerintető szivattyú, a napi indítás-leállítás helyett 0%-os minimális üzem olytatható. Íy, a csavart csőelrendezés helyett, a tűztérben is üőlees csőelrendezés alkalmazható. Ez esetben pedi a üőleesen elelé átáramlott csövekben érvényesülhet a természetes cirkuláció kieyenlítő hatása: a yenébben űtött csövekhez képest, a jobban űtött csövekben kialakuló sűrűsékülönbsé többlet közeáramlást eredményez a yenébben űtött csövek rovására. Véeredményben az eltérő űtés, eltérő csövenkénti áramlást, de közel azonos elmeleedést idéz elő. A bordás csövek célnak meelelő optimalizálásával az eredmény javítható [.75]. Az új típusú, üőlees csőelrendezéssel: mintey 3%-al kisebb beruházási költsé, az előzölötető csőrendszer nyomásveszteséének jelentős csökkenése (annak ellenére, hoy a bordázott cső kétázisú vesztesétényezője mint a.130. ábra mutatja lényeesen, mintey 4-szer nayobb [.76]), a kilépő hőmérsékletek kieyenlítődése, ~0% minimális terhelés kerintetés nélküli mevalósíthatósáa érhető el. (Az ábrán a piros nyilak az 1000 k/m s tömeáram sűrűsénél, 100 bar nyomáson meiyelt orrás krízis (Dry out) helyét mutatják.) 14 BMCR: Boiler Maximum Continuous Ratin, TMCR: Turbine Maximum Continuous Ratin 178

183 Kétázisú ellenállástényező 30 5 Sima cső Bordázott cső ,1 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Gőztartalom.130. ábra Sima és belül bordázott (huzaolt) cső jellemzőinek összehasonlítása [.76] A meoldással már kísérleti tapasztalatokat is szereztek. Szubkritikus berendezéseknél a tűztér véén elhelyezett kamrából kisméretű leválasztó kamrába kivezetett köze szétválasztásával szuperponált cirkuláció is mevalósítható, amely a hayományos természetes cirkuláció és a dob akár rekonstrukcióknál történő elhayásával [.77] ebben a nyomástartományban is jelentős költsémetakarítást tesz lehetővé. Az is elképzelhető, hoy nem a teljes csőrendszer készül huzaolt csövekből, hanem csak a kritikus csőszakaszokra építenek be ilyen csöveket. Ezzel elérhető az üzembiztonsá javulása, uyanakkor a cső alkalmazásával eyütt járó költsénövekedés szerényebb lesz..6. Túlhevítők, újrahevítők Feladatuk a munkaköze előírt őzhőmérsékletének biztosítása. Rendszerint nayszámú, párhuzamosan kapcsolt, suárzással és konvektív hőátadással űtött csőből állnak. Elrendezésük a hőátadás jelleétől ü. A nyomás növekedésével a kazán űtőelületeinek eyre nayobb részét alkotják. Miután ezek a elületek üzemelnek a lenayobb köze (íy rendszerint csőal) hőmérsékleten, ajlaosan (eysényi tömere vetítve) a ledráábbak, és ajlaos költséük a nyomás és hőmérséklet növekedésével eyre jobban nő. Emiatt kialakításukat, anyauk kiválasztását a lehető lenayobb ondossáal kell véezni. A hőátadás módját, elrendezésüket tekintve két nay csoportra oszthatók: Besuárzott túlhevítőkre, amelyeknél a üstázoldali hőátadás döntően a lán suárzásának hatására történik. Az ilyen űtőelületek közvetlenül a tűzteret követően, a suárzásos hőátadás számára kedvező kialakítással, széles osztással, a szüksées naysáú ázsuárzási terek biztosításával, mintey üönyként vannak elhelyezve (.131. ábra). A több párhuzamos üönyből álló besuárzott túlhevítő szokásos elnevezése schott túlhevítő. A besuárzott túlhevítő különlees változata a altúlhevítő, amely a tűztér véének közelében a tűztéri előzölötető elületekre (vay azokat kiváltva) kerül elüesztésre. Falazott kazánoknál alkalmazták az előzölötető csövek közé beépített túlhevítő csöveket is. 179

184 Kialakításukat, elrendezésüket, elhelyezésüket eyrészt az elérni kívánt elmeleedéshez szüksées elület, illetve a üstázok kellő lehűtéséhez szüksées suárzó tér naysáa, másrészt a választott szerkezeti anyara meenedhető alhőmérséklet határozzák me. A kéthuzamú kazánelrendezésnél szokásos meoldásokat a.131. ábra a) - ) részlete mutatja. Nayobb elmeleedés nayobb elületet (a), ) kialakítások), a őzejlődés arányának növelése relatíve nayobb suárzó teret, (c) - e) meoldások), jobb belső hűtés kisebb csőszámot (b) részlet) iényelnek. a) b) c) d) e) ) ).131. ábra Besuárzott túlhevítők elrendezése Toronykazánok esetén a besuárzott túlhevítő elület a leelé átáramlott elüesztő csövek alsó részén, azok olytatásaként kerül kialakításra (.131. ábra ) részlet). Az a) b) részleten vázolt, csak üőlees be- és elvezető szakaszokkal rendelkező elületeknél a csőelületekben a nyomáspróba után, vay a kazán lehűlésénél (amikor a kazánon átáramló, az előzölötető rendszerben uralkodó nyomáshoz tartozó telítési hőmérsékletnél hideebb leveő hatására a túlhevítőkben kondenzálódik a őz) víz maradhat vissza. Ez ayveszély esetén, illetve a kazán indításánál iényel különös iyelmet. Az eyéb kialakításoknál a olyadék az alsó kamra víztelenítő vezetékén keresztül leüríthető. Általában minden eyes üöny csöveit külön-külön kell átvezetni a határoló csőalakon, a b) és ) kialakításoknál a elnyúló elületrészek üesztő elemeinek átvezetése is szüksées. Mivel utóbbiak átvezetése eyszerűbb és olcsóbb, a.13. ábrán vázolt, sorba kapcsolt üöny elrendezést is alkalmazták..13. ábra Több, sorba kapcsolt üönyből kialakított besuárzott túlhevítő 180

185 Érdemes meiyelni, hoy lényees eltérés van a üönyöket alkotó eyes csövek hosszában. Ennek következtében a őz elmeleedése, emiatt a csövek alhőmérséklete lényeesen különbözhet. A rövidebb csövekben az átla alatti, a hosszabb csövekben átla eletti hőmérsékletekkel kell számolni. Különösen nay eltérésre lehet számítani a.13. ábra szerinti vay hasonló meoldásoknál. Konvektív túlhevítőkre, amelyeknél a üstázoldali hőátadás döntően konvektív hőátadással történik. Ennek növelésére kellő üstázoldali áramlási sebessére (>6 m/s), sűrű csőosztásra van szüksé. Kialakításuk rendszerint kötees hőcserélőként, soros, esetenként sakktáblás csőosztással történik. b) a) c).133. ábra Konvektív túlhevítő kialakítások Szokásos több, párhuzamos, különböző hosszúsáú, kevesebb hajlítást tartalmazó (.133. ábra a), b) meoldások) vay hosszú, sok hajlítással készített (.133. ábra c), d) meoldások) csőkíyók alkalmazása. Előbbieket általában nayobb keresztirányú csőosztások, koptató hatású üstáz esetén építik be. A kétéle elrendezésnél a határoló elületeken történő átvezetések, illetve a szüksées elüesztések száma is lényeesen eltérő. A üőlees elrendezést (.133. ábra a), c) meoldások) kéthuzamú kazánok kereszthuzamaiban alkalmazzák. Ezeknél a visszamaradó víz a hasonló kialakítású, besuárzott túlhevítőknél említett ondokat okozhatja. Elrendezés: Füstázirányban, az előbbiekből adódóan, először a besuárzott túlhevítők, majd a konvektív űtőelületek vannak beépítve. Mí besuárzott túlhevítőt nem minden esetben alkalmaznak, addi konvektív túlhevítő minden, nem telített őzt kiadó kazánnál van. A túlhevítőket nem eyetlen köteben helyezik el, hanem a tisztíthatósá, javíthatósá, az eyes, eltérően űtött csőkíyókban különbözőképpen elmeleedett őz átkeverésére, a kilépő hőmérséklet szabályozására okozatokra osztják. Ezek csőosztása, csőmérete eltérő lehet, az anyaminősé változására ey okozaton belül is yakran kerülhet sor. A hőcserélők lehetnek ellen-, eyen-, vay kevert áramúak (.134.,.135. ábrák). Ey adott esetben a választást a költséek minimalizálása és az üzembiztonsá határozza me. Ellenáramú hőcsere (.134. a) részlet) esetén nay lesz a közepes hőmérséklet-különbsé, kisebb a túlhevítő űtőelülete, de nayobb lesz a csőal hőmérséklete. Íy kevesebb, de dráább csőanyaot kell beépíteni. Utóbbi elkerülésre, a csőal hőmérséklet korlátozására alkalmazzák az eyenáramú d) 181

186 kapcsolást (.134. b) részlet). Ez esetben azonban túl nay űtőelületre lehet szüksé, vay a kívánt hőmérséklet elérése ellehetetlenülhet. Füstáz lehűlése Gőz elmeleedése a) Ellenáram b) Eyenáram.134. ábra Túlhevítők üstázoldali kapcsolása Ilyen esetekben jöhetnek szóba a kevert áramú hőcserélők (.135. b) meoldás), amelyeknél a csőkíyó első szakaszán ellenáramlást, második szakaszán eyen áramlást alkalmaznak. Olyan meoldás is ismert, ahol mindkét szakaszon eyenáramú áramlást választanak, de a nayobb őzhőmérsékletű elületrész nayobb üstázhőmérséklettel találkozik (.135. a) meoldás). A nayteljesítményű erőművi kazánoknál (miután nay hőmérséklet-növekedést kell elérni) a kevert áram helyett inkább a űtőelület több szakaszra osztását alkalmazzák, íy veyesen eyen- és ellenáramú okozatok követhetik eymást. Füstáz lehűlése Gőz elmeleedése a) Kétrészes eyenáram b) Ellenáram+eyenáram.135. ábra Túlhevítők összetett üstázoldali kapcsolása A.136. ábrán vázolt toronykazán kialakításnál a üesztő csövek olytatásaként kialakított besuárzott túlhevítőt a túlhevítő és újrahevítő eymásba épített (párhuzamosan elrendezett) kilépő okozata követi, majd elváltva túlhevítő és újrahevítő okozatok következnek, minden elület ellenáramú kialakításban. A kilépő okozatok párhuzamos elrendezése több változatban: például az eyes csőkíyók elváltva történő elhelyezésével vay középen a túlhevítő csőkíyók, kétoldalt az újrahevítő csőkíyók beépítésével meoldható. Más, kéthuzamú kazánoknál szokásos túlhevítő elrendezéseket a ábrák mutatnak. A nayteljesítményű, linit vay kőszén tüzelésű, toronykazán kialakításoknál a kieészítő elületek elrendezése tipizáltnak tekinthető. A kazányártók yakorlatila azonos űtőelület kialakítást (üesztő csövek, elület típusok, csőosztás) alkalmaznak, melyet csak kis mértékben beolyásol a berendezésben elhasznált 18

187 Frissőz beecskendezés szénajta. A leelső, besuárzott túlhevítőnél (ez rendszerint ey közbenső okozat) a csőosztás mm naysárendben van, amely üstáz irányban elelé haladva többször eleződik, a mm naysárendű minimális csőosztásra. A csőelrendezés a kopás minimalizálására kezdetben soros, és rendszerint csak a tápvíz előmeleítő űtőelületnél, újrahevítő első okozatánál alkalmaznak sakktáblás csőelrendezést. A űtőelületek naysáának utólaos, kazán üzembe helyezés utáni korrekcióját biztosítani kell, ezért mind a túlhevítőknél, mind az újrahevítőknél lealább ey okozatot úy alakítanak ki, hoy elületük az üzemi tapasztalatok alapján növelhető vay csökkenthető leyen. UH1 UH hideá TH1 UH TH UH beecskendezés TH3 + UH3 UH meleá Frissőz Füesztő csövek, schott.136. ábra Túlhevítők elrendezése Az RWE részére készülő 1000 MW-os BoA blokkoknál mint a.137. ábra mutatja a üesztő csövek eybeoásából kialakított, ellenáramú besuárzott túlhevítőt három eyenáramú elület (TH, TH5, UH3) követi [.53]. Füstáz léhevítőhöz Újrahevítő hideá Gőz ciklonból TE1 TE UH1 Tápvíz belépés Gőz ciklonból Tápvíz előzölötetőbe Víz-őz keverék ciklonba Újrahevített őz UH1/TH3 TH4 UH TH5 TH TH1 Trilux űtőelület Beecskendezéses hőmérséklet szabályozás Frissőz Koromúvók 9 síkban mindkét oldalon 7-7 darab.137. ábra 1000 MW-os BoA kazán túlhevítő elrendezése [.53] Ezek után ey úynevezett trilux űtőelület következik, amelyet a hatások javítására, az újrahevítő beecskendezés minimalizálása érdekében alkalmaznak. A trilux [.104] elület (.138. ábra) általában üstáz-őz, és ennek belsejében őz- 183

188 őz hőcserélőt tartalmaz. Gőzkazánoknál rendszerint a üstázzal érintkező újrahevítő I okozat csöveinek belsejében van elhelyezve ey részárammal hűtött (I., vay II. túlhevítő okozat utáni) túlhevítő űtőelület. Az ábra szerinti berendezésnél az újrahevítő elület ellenáramú, a túlhevítő elület eyenáramú kapcsolású, és az újrahevítő elület naysáa mintey háromszorosa a túlhevítő elület naysáának. Utóbbit a lerakódásokkal szennyezett külső csőelületen kialakuló üstáz-őz hőátadásnál lényeesen jobb őz-őz hőátadás is indokolja. Újrahevítő cső Túlhevítő cső Füstáz.138. ábra Trilux űtőelület kialakítása A MW-os teljesítmény tartományban, rajnavidéki linitekre szokásos túlhevítő/újrahevítő csőosztásokat a.10. táblázat mutatja. A leelső, lejobban széthúzott túlhevítő űtőelületek osztásának mehatározásánál yakran a tűztér (és ezzel a kazán) maassára kiejtett hatást is iyelembe veszik (olyan osztást választanak, amellyel a leoptimálisabb kazánméretek adódnak)..10. táblázat Fűtőelület Linittüzelés [.89] Keresztirányban Hosszirányban TH TH UH TH UH TH UH EKO Az előbbi, lejobb hatásokra tervezett sokokozatú, dráa túlhevítő elrendezést más elhasználók iyekeznek elkerülni (a hatások helyett a berendezés minimális beruházási költséét részesítik előnyben) és rendszerint csak háromokozatú túlhevítést, kétokozatú újrahevítést alkalmaznak. Ey ilyen, dél arikai kőszénre tervezett kazán űtőelület kiosztását, a elelé eleződő csőosztásokat a.11. táblázat mutatja [.84]. Hasonló osztások schott üönyöknél mm (4-54 inch), beüesztett, konvektív elületeknél mm (9-4 inch), vízszintes csőköteeknél 114 mm (4,5 inch) jellemzők a kéthuzamú kazánokra is a []. A toronykazán kialakításoknál (például a ábrákon bemutatott elrendezéseknél) a túlhevítő első okozatát képező elüesztő csövek ellenáramban, elülről leelé vezetik a közeet. Ez normál üzemállapotban a 184

189 kényszerített őzáramlás miatt nem jelent ondot (a őznél az esetlees eyenlőtlen űtésből adódó kis sűrűsékülönbsé mellett az áramlás nem ordul me), de a kazánok esetlees nedves indításakor, a túlhevítők vízzel történő eltöltése esetén, a hűtés stabilitására (a.107. ábrán bemutatott, meordulást előidéző eltételrendszer kialakulásának elkerülésére) intézkedések szükséesek..11. táblázat [.84] Fűtőelület Belépő üstázhőmérséklet Áramlás jellee Csőosztás keresztirányban TH Ellenáram 960 TH Eyenáram 480 UH 965 Eyenáram 40 TH 846 Ellenáram 10 UH1 710 Ellenáram 10 EKO 479 Eyenáram (bordás cső) 10 Az előbbi túlhevítő kialakítási koncepciót követné a 700 C őzhőmérsékletre tervezett, kőszéntüzelésű kazánok túlhevítő elrendezése is. A széles nemzetközi összeoással [.85] vézett vizsálatok részeként két közepes (65 bar, 705 C), nay (365 bar, 705 C) nyomásra, eyszeres (70 C), illetve naynyomású kivitelben kétszeres (70/70 C) újrahevítéssel készítettek elő terveket. Közös jellemzőjük, hoy minden változat toronykazán konstrukció, a tűzteret csavart kialakítással, a üstázhuzamban a határoló elületet üőlees csövezéssel tervezték. A.139. ábrán vázolt, naynyomású, eyszeres újrahevítésű meoldásnál az indulásnál, leállításnál, részterhelésen kialakuló kétázisú, előzölötetéses üzemállapotban szüksées vízleválasztók, nívóedény a tűztér vééhez, a csavart űtőelületet követően vannak beépítve. Íy az utóelőzölés, előtúlhevítés a kisebb hőterhelésű, üőleesen elelé átáramlott csövekben történhet. Az ekó és az újrahevítő első okozatának ey része bordázott csövekből készülne. A elületek a kilépő okozatokat kivéve ellenáramúak lennének. TE TH1 UH1 TH3 TH1 UH TH4 TH E E.139. ábra Tanulmányterv 550 MW teljesítményű, naynyomású blokk őzkazánjára Fluidtüzelésű kazánoknál a túlhevítők a kevesebb szállóport tartalmazó ázárammal űtött második huzamba (.57.,.58. ábrák), vay speciálisan a leválasztó ciklonok alazatába, luid áyba kerülnek beépítésre. A jelenle ismert lenayobb teljesítményű, a lenyelorszái Łaisza erőműben meépített 460 MW-os blokk, 185

190 Foster-Wheeler Eneria Oy által tervezett, 76 bar, 560 C rissőz, 54,8 bar 580 C újrahevített őz paraméterű, luid áyas kazánjának túlhevítő kialakítása is ezt az elrendezést követi [.74,.115]. A nívóedényből a őzt a tűztér mennyezetbe vezetik, majd a második, konvektív huzamban elhelyezett tartócsövek, ezt követően a második huzam határoló alai következnek. Ez összhanban van a hayományos kazántervezésnél követett yakorlattal: a hőtáulás különbséek minimalizálására a tetőtúlhevítőket (lásd.53. ábrát is), üesztő csöveket, határoló alakat a lealacsonyabb hőmérsékletű őzzel kell hűteni. Ezt követően az első TH okozat, második huzamban elhelyezett konvektív csőkíyói következnek. A túlhevítő második okozata besuárzott túlhevítőként a tűztér első terében van, ahol a szilárd részecskék sűrűsée és aránya kisebb. A elület alsó élét erózió ellen ondosan védik. Miután a tűztér átlahőmérséklete a hayományos kazánokhoz képest lényeesen alacsonyabb, a suárzásos hőelvétel aránya is kisebb. A következő (a yártó elnevezése szerint TH3) túlhevítő okozatot a tűztér és a második huzam közé, a kazán két oldalala mentén beépített, 4-4 párhuzamosan kapcsolt ciklon membránalas kialakítású határoló elületei alkotják. A hőveszteséet külső hőszieteléssel akadályozzák me. A túlhevítő kilépő (TH4) okozatát a kazán eyik oldalán lévő luid áyas (a luid áyban elhelyezett csövekből kialakított) INTREX túlhevítő alkotja. A hőmérsékletet a véokozat és a meelőző okozat elé beépített, beecskendezéses szabályozással lehet beállítani. Az újrahevítő első okozata a második huzamban van elhelyezve, a második okozatot a túlhevítő véokozatához hasonlóan a kazán másik oldalán lévő INTREX luid áyas hőcserélő képezi. Az újrahevített hőmérséklet szabályozása az első okozat őzoldali mekerülésével lehetsées, íy nincs szüksé vízbeecskendezésre. a) Keresztezés átkötő vezetékekkel b) Keresztezés átkötő csövekkel c) Keresztezés azonos él oldalon d) Keresztezés másik él oldalon.140. ábra Túlhevítők keresztezése Fűtőelületek keresztezése: Mint a.., tűztérrel olalkozó ejezetben bemutattuk, a kazánok tűzterében, illetve a kilépésnél eyenlőtlen hőmérséklet eloszlás alakulhat ki. Ebből adódóan az azonos keresztmetszetekben elhelyezett túlhevítő csövek eltérő hőmérsékletű közeel érintkeznek, a bennük áramló őzt eltérően meleítik el. A csövekből kiáramló őz a kilépő kamrákban uyan keveredik, de a kamra hossztenelye mentén, vay a különböző kamrákban eltérő 186

191 átlahőmérséklet alakulhat ki. Az eltérés minimalizálására a őzútvonalakat keresztezni kell. Ennek mevalósítására a kazán szélesséétől üően több yakorlati meoldás alakult ki (.140. ábra). A leyakrabban, a kilépő kamrákból átkötő vezetékkel, a kazán másik oldalára, vay szélesebb kazánoknál a kazán szélső neyedéből a középső neyedébe vezetik át a őzt. Több, úynevezett átkötő csővel (.140. ábra b) részlet) mevalósított keresztezésnél elvile eyenletesebb őzoldali hőmérséklet eloszlást lehet elérni, a yakorlatban azonban miután a üstázoldali hőmérsékletproil olyamatosan változhat az eyes csősíkok, kilépő kamrák között mindi meiyelhető a őzhőmérséklet eltérése ábra Azonos kilépő őzhőmérséklet biztosítása Annak érdekében, hoy a őzturbinánál minimális leyen a két oldal közötti eltérés, yakran a.141. ábrán látható átkötést is mevalósítják: minden kilépő kamrából vezetnek őzt a őőz vezetékek indító kamráiba. Túlhevítők alátámasztása, elüesztése: A szerkezeti kialakításnak biztosítani kell, hoy a túlhevítő csövek a tervezés során mehatározott osztásokkal, rendezetten helyezkedjenek el. Uyanis a csősorból kilóó csövek hőterhelése a tervezési állapothoz viszonyítva lényeesen menőhet, ami a csövek helyi túlhevüléséhez, idő előtti mehibásodásához vezethet. a) b) c) d).14. ábra Túlhevítő csövek alátámasztása a) kimozdulás elkerülésére csappal biztosítva, b) üesztő cső eyik oldalán, soros csőosztással, c) üesztő cső mindkét oldalán sakktáblás osztással, d) két üesztő cső között, rövid ülekkel Rendezett csősorok kialakítására, a csövek alátámasztására vízszintes csövekből álló csőkíyóknál leyakrabban a.14. ábrán vázolt üesztő csövekre heesztett, támasztó üleket alkalmazzák. Ezek elhelyezhetők a üesztő cső eyik 187

192 oldalán (soros csőosztás), mindkét oldalán (sakktáblás, soros csőosztás). A csövek a kerület és hossz menti eyenlőtlen űtés hatására yakran deormálódnak és több alátámasztás esetén némelyik alátámasztásból kiemelkedhetnek. Előbb-utóbb a cső kiuorhat a tartóülekből. Ennek meakadályozására meelelő hézaal yakran ey csapot is heesztenek a cső ölé (.14. ábra a) részlet). Uyanakkor ez menehezíti a cső esetlees javítását, yors cseréjét. Miután a tartóülek teljes kerületük, és oldalalaik mentén űtöttek és csak a csőre heesztett véükön hűtöttek, hőmérsékletük mé a keresztmetszet optimális meválasztása esetén is, C-al nayobb lehet a cső alhőmérsékleténél. Ezért esetlees maas hőmérsékletű korrózió hatására oyásnak indulhatnak. Ennek elkerülésére a lekényesebb helyeken, két üesztő cső közötti, rövid ülekkel történő alátámasztást (.14. d) részlet) célszerű választani. a) b) c) d) e).143. ábra Túlhevítő csövek alátámasztása, csősorok összekapcsolása A támasztó ülek mellett, alkalmazzák a bilincsel történő meoást, a csőívek alátámasztását. Előbbinél (.143. ábra a) részlet) a túlhevítő cső meelelő elekvése, az esetlees rezésből adódó kopások elkerülése érdekében bölcsőlemezt is heesztenek a üesztő csőre. A csőívek metámasztása (.143. ábra b) részlet) általában a határoló alakon történik, íy ey vay két üesztőcső sor is elhayható. Ilyen meoldásoknál a tartócsőre ey ület heesztenek, és erre támaszkodik, elmozdulhatóan a csőívre heesztett ül. A csőelületek rendezettséét a sűrűn eymás mellé helyezett csöveknél is biztosítani kell. Erre a.143. ábra c) részletén vázolt, illetve más, hasonló, elmozdulást, elordulást is meenedő kapcsolóelem, vay a.143. ábra d), e) részletein vázolt két, összeheesztendő, csavarozandó élből álló hüvelyes kapcsolóelemek alkalmazhatók. Eymásra ektetett vízszintes csőkíyók Hézaosan elrendezett vízszintes csőkíyók Membránalra elheesztett tartó bordák Alsó csőre elheesztett bölcső.144. ábra Vízszintesen vezetett túlhevítő csövek alátámasztása, 188

193 Vízszintesen ektetett túlhevítő elületek alátámasztása (.144. ábra) rendszerint a lealsó csősoron történik. Erre a többi csősor hézamentesen, vay hézaosan támaszkodik. Utóbbinál a csősorok közé távtartó rudakat ektetnek, vay a első csősorok az alsó csőre heesztett bölcsőre támaszkodnak. Iényesebb konstrukcióknál a határoló alakra tartó bordákat heesztenek, és az eyes csősorok ezeken ekszenek el. Füesztő kampó Támasztó bölcső a) Távtartóval vezetett csövek b) Eymásra ektetett csövek.145. ábra Füőleesen vezetett túlhevítő csövek elüesztése, A üőlees túlhevítő elületeket a kazán tetősíkja eletti erendákra üesztik el. A erendákról rualmasan alátámasztott, üesztő rudakat vezetnek a kazántérbe és ezek véére kampóval (.145. ábra) vay átkarolással üesztik el a csöveket. Több csősor esetén, a kopás meelőzésére, rendszerint távtartóval támasztják eymásra a csöveket. Ipari kazánoknál a elüesztés a membránalon átduott, kisebb elületeknél a be- és kilépő kamrákhoz kivezető, membránalba (a.147. ábra c-d) részleteihez hasonlóan) beoott túlhevítő csövekkel is történhet. A csövek rendezettséét a üőlees elületeknél is biztosítani kell. Ennek meoldása a elület naysáától, párhuzamosan kapcsolt csövek számától ü. A leeyszerűbb meoldás a.143 c), vay e) részlet szerinti kapcsolóelemek alkalmazása. Átoó csövek Kapcsoló elemek.146. ábra Besuárzott túlhevítő csöveinek összeoása Széles, sok csőből álló elemeknél, mint általában a besuárzott (schott) túlhevítők, a kapcsoló elemek mellett úynevezett átoó csöveket is alkalmaznak (.146. ábra), amelyek a közöttük lévő csöveket mintey összeova minimalizálják azok deormációját. Ilyen átoó csövek konvektív üönyöknél is szokásosak, ezeknél 189

194 rendszerint az alsó hajlításnál lebelül vezetett csövet nyújtják me, és ez oja körbe a többi csőkíyót. Csövek átvezetése a membránalon: A kazántest határoló alain belül elhelyezett űtőelületek a kívül lévő be- és kilépő kamrákhoz csatlakoznak. A csatlakozó csövek határoló alon történő átvezetését úy kell kialakítani, hoy az biztosítsa a kazántest létömörséét, se leveőbeszívásra, se üstázkiáramlásra ne kerülhessen sor. Az átvezetések kialakításánál arra is iyelemmel kell lenni, hoy a határoló alak, üesztő csövek hőtáulása eltérő, mé az esetben is, ha sorrendben eymás után következő elületek (üesztőcső: tápvíz előmeleítő kazándobba vezető csövei, határoló al: előzölötető, vay üesztőcső: túlhevítő első okozata, határoló al: előzölötető, illetve a.139. ábrán vázolt konstrukciónál üesztőcső: TH bevezető csövei, határoló al: előtúlhevítő) alkotják őket. Ezért arra kell számítani, hoy az átvezetések hajlító iénybevételnek lesznek kitéve. Ezt iyelembe véve mebízhatósá szempontjából a rualmasabb (.147. ábra b), c) részletek) átvezetések kedvezőbbek. Az esetben, ha a üesztőcső altól mért távolsáa nay, a túlhevítő cső kellően rualmas, a.147. ábra a) részletén vázolt, meelelő szélesséű, vay a csövek.147. ábra d) részlet szerinti széthúzásával kiszélesített átlemezbe történő beheesztés is alkalmazható. a) b) c) d).147. ábra Csövek átvezetése a membránalon Réebbi alazott konstrukcióknál a csőátvezetéseknél elmozdulást lehetővé tevő csőhüvelyeket alkalmaztak, a csöveket az átvezetéseknél rualmas, hőálló (rendszerint azbeszt) zsinórral is körbetekerték. A üesztő rudakat csuklósra készítették, a mennyezetbe beoott, merev részt tűzálló betonnal is körbeöntötték. Az arra akasztott bármely irányban elmozdulni képes tartó rudak követhették az eltérő hőtáulás miatti alakváltozást. Melelemezes konstrukcióknál a üesztő rudaknál, átvezetéseknél a mele lemezt körbe heesztették, a ödémet esetle tűzálló betonnal is kiöntötték. Kamrák elrendezése: A üstázjáratokban elhelyezett túlhevítő csőkíyókat az eyes elületek közötti átvezetés, átkeverés érdekében kamrákhoz kell csatlakoztatni. Ennek a yakorlatban számtalan meoldása alakult ki, ezek közül néhány alaptípus azonban kiemelhető: Minden cső külön csatlakozik a kamrákhoz. Csak kevés csőnél, vay az összes cső csatlakoztatására alkalmas nayobb átmérőjű kamráknál alkalmazható. 190

195 A kamrákhoz csatlakoztatandó csőszámot a csövek nadráolásával csökkentik (például: duplázás/elezés, stb.) A kamrákhoz kisebb átmérőjű seédkamrákat csatlakoztatnak és a csöveket ezekhez csatlakoztatják. Az eyes meoldások közötti választást eyrészt a költséek, másrészt az elérni kívánt őzeloszlás biztosítása határozzák me. Ma a költséek csökkentésére nayobb kazánoknál elsősorban a csövek eyenkénti csatlakoztatását részesítik előnyben. a) Elosztó kamra b) Gyűjtő kamra c) U kapcsolás d) Z kapcsolás p w 0 p w 0 p p w 0 w(x) w(x) w(x) w(x) w 10 x p 1 l p 1 Δp 1 p x p 1 l p 1 p Δp w 10 x p 1 p 1 l Δp 1 w 10 x p 1 p1 l Δp 1 p Δp p Δp.148. ábra Túlhevítők őzoldali kapcsolása A túlhevítő csőrendszerek eyes csövein átáramló közemennyiséet, és ezáltal a csövekből kilépő őz hőmérsékletét, a csőkíyók ellenállása, hosszúsáa, hőelvétele mellett, a be és kilépő kamrák őzoldali kapcsolása is beolyásolja. A kamrák csőcsatlakozásai alapján néy alapvető konstrukció alakult ki (.148. ábra). Az ábrán is látható, hoy az elosztó kamrákban a köze oyása, emiatti okozatos lassulása következtében a statikus nyomás (p 1 ) növekszik, mí a kilépő yűjtő kamrákban a köze csövekből történő okozatos beáramlása miatti sebessénövekedés következtében a statikus nyomás (p ) csökken. A nyomásváltozás mértéke: G Ev1 Az elosztó kamrában az i-edik csőre számítva: p1 i Ei.134 G Gyv A yűjtő kamrában az i-edik csőre számítva: pi Ai.135 Ahol: E nyomásátalakulási szám az elosztó kamrában az i-edik csőre i A i v 1 v G E ([.65] alapján 0,6-0,7) nyomásátalakulási szám a yűjtő kamrában az i-edik csőre ([.65] alapján,0-,) a túlhevítőbe belépő őz ajtéroata [m 3 /k], a túlhevítőből kilépő őz ajtéroata [m 3 /k], tömeáram sűrűsé az elosztó kamrában [k/m s], G tömeáram sűrűsé a yűjtő kamrában [k/m s]. Gy Eyenletes statikus nyomással csak a kamra hossztenelye menti áramlás elmaradása esetén (például: közvetlenül a kazándobhoz csatlakozó túlhevítő csövek, 191

196 Nyomásváltozás a kilépő kamrában (bar) Tömeáram eloszlás 1. oldal. oldal 0,0777 0,0994 0,1006 0,1016 0,105 0,1033 0,1039 0,1044 0,1048 0,1051 Számított nyomásesés: 4,8 bar Nyomásváltozás a belépő kamrában (bar) vay nayszámú a kamra hossztenelye mentén csatlakozó bevezető- illetve elvezető cső) lehet számolni. Az ey oldalon csatlakozó csővezetékek esetén (U kapcsolás) a nyomásnövekedés és csökkenés eymás ellen hat, mí ellenkező oldalon csatlakozó csővezetékek esetén (Z kapcsolás) a nyomásnövekedés és csökkenés hatása összeadódik. Kikinis vizsálatai [.65] meerősítették, hoy Z kapcsolásnál a leutolsó csövön mindi nayobb tömeáram áramlik, mint a leelsőn, illetve hoy U kapcsolásnál a két szélső cső tömeáramának aránya kisebb, eyenlő és nayobb is lehet. Ebből következik, hoy a kapcsolás és a kamrák méretének meelelő meválasztásával a őz tömeáram elosztását a üstázhőmérséklet leutásához illeszteni, és ezáltal az eyes csövekből kilépő őzhőmérsékletek eltérését minimalizálni lehet. Erre mutat példát a.149. ábrán vázolt kialakítás, amelynél eyidejűle U és Z kapcsolást is mevalósítottak. Ezáltal elérték, mint azt az ábrán eltüntetett tömeáram eloszlás mutatja, hoy a határoló alaknál kisebb a tömeáram, mint a beljebb lévő csőköteekben. Uyanakkor az is meállapítható, hoy az adott elrendezés mellett a tömeáram eloszlás nem szimmetrikus, inkább a Z, mint az U kapcsolás hatása érvényesül. 0,3 0, 0,1 0 0,6 0,5 0,4 0,3 0, 0,1 0 Z kapcsolás U kapcsolás.149. ábra Túlhevítők őzoldali kapcsolásának hatása a tömeáram eloszlására [.109] Áramlási- és hőmérséklet eyenlőtlensé. A túlhevítők különböző hosszúsáú és űtöttséű párhuzamosan kapcsolt csőrendszereknek tekinthetők. Íy az eyes csövekben eltérő őzhőmérséklet alakulhat ki. A tényleesen várható hőmérséklet eloszlás mehatározásához az áramlási és hőátadási olyamatokat leíró alapeyenletekből lehet kiindulni: Az átáramló őzmennyisé az eyes csövek őzáramának összeével azonos: W W.136 i A nyomáskülönbsé minden párhuzamosan kapcsolt csövön át azonos: G i v1 i p pi v p i p1 i pi.137 A elület hőelvétele az eyes csövek hőelvételének összeével azonos: 19

197 Q Q F q.138 i Előbbi képletekben: W az átáramló őzmennyisé tömeárama [k/s], W i az i-edik csövön átáramló őzmennyisé tömeárama [k/s], p a túlhevítő be és kilépő keresztmetszete közötti nyomáskülönbsé [N/m ], p i a túlhevítő be és kilépő keresztmetszete között, az i-edik csövön kialakuló nyomáskülönbsé [N/m ], a belépő keresztmetszetre vonatkoztatott átlaos vesztesétényező [.106], v G i v 1 ( i i p i ) 1i 1 l tömeáram sűrűsé az i-edik csőben [k/m s], i 1i 1i 1i v be i 1 1 ki d.139 i i i i i i őz ajtéroata (sűrűsée) a cső belépő keresztmetszetében [m 3 /k], ( v ) a őz sűrűsée (ajtéroata) a cső kilépő keresztmetszetében [k/m 3 ], i eodetikus nyomáskülönbsé az i-edik csőben [N/m ], p 1i H i 1i i pi i i nyomás változás az elosztó kamrában az i-edik csőre számítva [N/m ], p i nyomás változás a yűjtő kamrában az i-edik csőre számítva [N/m ], be a belépési vesztesétényező ([.65] alapján 1,1 ±0%), ki a kilépési vesztesétényező ([.65] alapján 0, ±100%), i a irányelterelési vesztesétényező, csősúrlódási tényező, l az i-edik cső hossza [m], i d i H i az i-edik cső belső átmérője [m], az i-edik cső két vépontja közötti eodetikus maassákülönbsé [m]. Az előbbi összeüésekből álló (a őz sűrűséének részben átlaértékekkel történő iyelembevétele miatt) közelítő eyenletrendszer csak többlépcsős iterációval oldható me, ezért a yakorlat számára eyszerűbb kiejezéseket is kidoloztak [.106]. Eyenlőtlensé azonos csőhosszúsánál: A csőrendszer átlaos nyomásveszteséét az elosztó, vay a yűjtőkamra elől elírva: p v G 1 v 1 p y G v p.141 v1 y v.14 v Bevezetve az elosztó és a yűjtőkamra a kamrákban kialakuló nyomásváltozás és a csőrendszer átlaos (yorsítási nyomásveszteséet is tartalmazó) áramlási nyomásvesztesée arányának néyzetyökét kiejező eyenlőtlenséi számát: 193

198 illetve p1 z1 1 E p p F p z A.144 p p F Ahol 1 az elosztókamra eyenlőtlenséi száma, a yűjtőkamra eyenlőtlenséi száma, z 1 elosztókamrából kilépő csövek száma, z yűjtőkamrába belépő csövek száma, 1 az elosztókamrából kilépő cső keresztmetszete [m ], a yűjtőkamrába belépő cső keresztmetszete [m ], F 1 elosztókamra keresztmetszete [m ], F yűjtőkamra keresztmetszete [m ]. Az áramlás eyenlőtlenséének jellemzésére: az első és utolsó csőbeli áramlási sebessé különbséének az átlaos áramlási sebesséhez viszonyított arányát kiejező átlaos eyenlőtlenséi okot: 1 v v u ( l) u(0), illetve.145 u az átlaos áramlási sebessé és ey adott csőbeli áramlási sebessé különbséének az átlaos áramlási sebesséhez viszonyított arányát kiejező helyi ( x ) eyenlőtlenséi okot u u( x) ( x).145a u lehet alkalmazni. A.148. ábrán vázolt túlhevítő kapcsolásokra az előbbi eyenletek meoldása alapján számított sebesséeloszlást és eyenlőtlenséi okokat [.106] alapján a.1. táblázat olalja össze. A táblázatban a maximális eyenlőtlensé helye és az összeüések érvényesséi tartománya is szerepel. Az áramlási eyenlőtlenséek mellett mindi jelentkezik űtési eyenlőtlensé is. Ennek iyelembevételével mehatározható [.106] a hőelvétel eyenlőtlensée, amelyből a hőmérséklet eyenlőtlensée is kiszámítható: ahol ( x) ( x) h( x) h( x) h ( h h1 ).146 1( x) q( x ) q ( x ) a űtési eyenlőtlensé jellemzője, amely a vizsált ( x ) cső q átlaos q ( x ) hőterhelése és a teljes csőrendszer átlaos q hőterhelése különbséének a teljes csőrendszer átlaos q hőterheléséhez viszonyított arányát ejezi ki. 194

199 Axiális elosztó kamra Axiális yűjtő kamra U kapcsolás 1 A C 1 1 Z kapcsolás 1 A C 1 1 sin Sebesséeloszlás u( x ) u 1 Eyenlőtlenséi ok 1 1 cos 1 x / l 1 cos 1 1 sin 1 1 sin.1. táblázat [.106] Helyi eyenlőtlenséi ok cos 1 1 sin ( x ) x / l Maximális eyenlőtlensé helye: x 0 ; Az áramlás eyértelműséének eltétele: sh ch 1 x / l ch 1 sh sh ch 1 sh x / l Maximális eyenlőtlensé helye: x 1 ; Az áramlás eyértelműséének eltétele: - A sin A cos A A 1 x / l 1 cos sin A A sin cos 1 x / l A A sin A A 1 / Maximális eyenlőtlensé helye: x 0 ; Az áramlás eyértelműséének eltétele: A / u( x ) u áll. 0 ( x ) 0 Maximális eyenlőtlensé helye: -; Az áramlás eyértelműséének eltétele: - C C sh ch 1 x / l ch x / l C 1 ch 1 C sh sh sh C C Maximális eyenlőtlensé helye: x 1 ; Az áramlás eyértelműséének eltétele: - 1 cos A 1 x / l cos A x / l A sin A 1 1 cos A sin A A A A cos cos x / l cos ( 1 x A 1 A sin Maximális eyenlőtlensé helye: x 0 ; Az áramlás eyértelműséének eltétele: / cos A x / l / 1 B B / B x / l1 B Maximális eyenlőtlensé helye: x 0 ; Az áramlás eyértelműséének eltétele: 1 ch C x / l chc( x / l ) 1 sh C C ch C C 1 sh C B ch C C 1 ch C ( 1 C x sh Maximális eyenlőtlensé helye: x 0 ; Az áramlás eyértelműséének eltétele: / l ) C A B ch C A 1 x / l ch C / / l ) 1 Csőhosszúsá hatása az eyenlőtlensére. Hosszú, kis átmérőjű csövekből álló túlhevítőknél a csőrendszer ellenállása elsősorban a csőkíyók áramlási ellenállásától ü. Az eyéb veszteséeket, nyomásváltozásokat elhanyaolva az i- edik cső nyomásvesztesée: li G i vi pi.147 d A tömeáram sűrűséet a tömeárammal helyettesítve és az állandókat összevonva: W 1 i KW.148 l v i Amennyiben a őz ajtéroatát a különböző hosszúsáú csövek átlaértékével, az eyes csövek hosszúsáát a cső sorszámával arányosan i 195

200 Csőhosszúsá (m) Kilépő őzhőmérséklet ( C) lmax lmin li lmin ( i 1).149 z 1 vesszük iyelembe, a túlhevítő csöveken átáramló összes őzmennyisé [.107]: l max min K W z.150 lmax lmin W Az eyenletből K W értéke mehatározható és ezzel az eyes csöveken átáramló őzmennyisé számítható: l Az eyes csövek hőelvétele: v W i KW.151 l v i i Q W h W c t d l q.15 i i i i pi Ebből a tömeáram előbbi képletének behelyettesítése, az állandók összevonása után a hőmérséklet-változás kiejezhető: i i i vi ti K li li q i.153 v illetve a sűrűsé hatását elhanyaolva t K l l q.153a i i i i Csőhosszúsá (m) Kilépő őzhőmérséklet ( C) Belépő őzhőmérséklet: 360 C Átlaos hőmérsékletnövekedés: 10 C Cső sorszáma.150. ábra Csőhosszúsá hatása a őzhőmérsékletre [.107] Ey tetszőlees cső és az átlaos cső hőmérséklet növekedésének hatását elírva, az állandó kiesik t l l q i i i i t l l q illetve a sűrűsé hatását is iyelembe véve.154 ' ti t li l l q i i l q v i v.154a 196

201 Nyomásváltozás az előkamrában (bar) Tömeáram eloszlás, kilépő őzhőmérséklet ( C) 0, ,4 0, ,3 0, ,5 0, ,5 0, ,6 0, ,6 Miután a közepes t elmeleedés a elület hőtechnikai számításából, vay üzemi mérésekből ismert, a csőhosszak és a csövek elhelyezkedésétől üő hőáram sűrűséek alapján az eyes csövekbeli t hőmérséklet-növekedés is számítható. i Ey különböző hosszúsáú csövekből álló,.13. ábrán vázolt kialakítású besuárzott túlhevítőre elvézett vizsálat [.107] eredményét a.150. ábra mutatja. 10 C átlaos elmeleedés mellett a lerövidebb csőnél csak mintey 59,5 C, a lehosszabb csőnél 169 C hőmérséklet-növekedés adódott. A berendezésen elvézett mérések során, a lerövidebb csövön 400 C, a lehosszabb csövön 595 C alhőmérsékletet is mértek. Utóbbiban a űtőelület lán előli oldalán elhelyezkedő, lehosszabb cső átlaosnál nayobb hőelvétele is szerepet játszott. A számítások alapján a csövenként eltérő átlaos őz ajtéroat elhanyaolása az adott esetben mintey ±5% őzhőmérséklet eltérést okozott. Belépő kamra P be =áll. t be =470 C Φ31.8*7,1 10CrMo910 Φ38* Kilépő kamra 0 0, Φ31.8*6,3 X0CrMoV11 Előkamra Víztelenítés 0,.151. ábra Túlhevítők őzoldali kapcsolásának hatása a tömeáram eloszlására és a őzhőmérsékletre [.109] Az eltérő hőelvétel, kamrakialakítás hatása mé közel azonos hosszúsáú, közel azonos tömeáramú csöveknél is lényeesen eltérő kilépő hőmérsékletet eredményezhet. Erre mutat példát a.151. ábrán vázolt, hat párhuzamos, elő- (a yakorlatban esetenként szivar) kamrához csatlakozó csőre mehatározott, a mérési eredményekkel teljes összhanban lévő hőmérséklet eloszlás [.109]. Heesztések hatása. Mint a.151. ábrán is látható, a túlhevítő csövek általában különböző anyaú, alvastasáú, (esetle átmeneti darabokkal kieyenlített) különböző átmérőjű csövekből készülnek. E mellett, az anyavesztesé minimalizálására, mé azonos anyaminősé, méretek esetén is toldják a csöveket. A toldásra rendszerint automatikus tompaheesztéssel kerül sor. Nayobb csőalvastasá esetén csak akkor kapható meelelő szilárdsáú, mebízható kötés, ha az összeheesztendő csőszakaszokat nay erővel nyomják össze. Ebben az esetben a kötésnél a cső kerületén és belső elületén is 1,5-4 mm maassáú, yűrű alakú, esetenként szakállszerű kidudorodások jönnek létre, amelyek a heesztések számától, elhelyezkedésétől üően, csőkíyónként eltérő áramlási ellenállás növekedést eredményezhetnek. A yártási előírások (pl.: [8]) alapján a kidudorodásokat tüskével, vay sűrített leveővel átlőtt, meelelő méretű acélolyóval mé képlékeny állapotban csökkenteni kellene. Erre a yakorlatban az esetenkénti nayszámú hajlítás miatt azonban csak korlátozottan van 197

202 lehetősé. Íy a őzhőmérséklet eyenlőtlensé számításánál a heesztések hatását is indokolt mevizsálni. A különéle tompaheesztések vesztesétényezője: d b azonos átmérőjű csövek kötéseinél h 0, 97 0, d d1 b d különböző átmérőjű csövek kötéseinél h 0, 97 1 d 1 d 1 0, a képletekkel számítható [.108]. Az előbbi összeüésekben: d a cső belső átmérője [mm], d 1 az áramlási irányban első (heesztés előtti) cső belső átmérője [mm], d az áramlási irányban második (heesztés utáni) cső belső átmérője [mm], b a yűrű alakú kitüremkedés vállmaassáa [mm]. A tömeáram eloszlás, esetlees hőmérséklet eltérés mehatározására a vesztesétényezők összeéből eyenértékű járulékos csőhosszúsáot számítva az eltérő csőhosszúsára vonatkozó előbbi összeüések alapján kerülhet sor. Ey 50,1 m hosszú, 7 darab, különböző alvastasáú csőből összeállított, közel 7 bar nyomásveszteséű csőkíyónál a szakaszonkénti ey-ey darab további tompaheesztés mintey ±5% közeáram eltérést eredményezne [.108]. Csőméretezés, anyaminősé. A túlhevítők, mint a őzkazánok lenayobb hőmérsékleten üzemelő szerkezeti elemei anyaminőséének, méreteinek mehatározása különös iyelmet kíván. Ennek alapvető oka, hoy a tartósan nay hőmérsékleten üzemelő anyaoknál a szerkezeti anya hőmérsékletétől üő sebesséel kúszás, szövetszerkezeti átalakulás, őz- és üstázoldali korrózió is jelentkezik. Íy a őzhőmérsékletben, hőáramlásban mejelenő kis eltérések is yors mehibásodásra vezethetnek. Ezért a tervezés során a yakorlatban várható üzemviszonyok lehető lejobb közelítésére kell törekedni, és a űtőelületeket ezek eyüttes hatásának iyelembevételével kell az elvárt élettartamra méretezni. A szerkezeti anyaok viselkedését és a méretezést részletesen a 7. ejezetben ismertetjük, itt csak a elületek kialakítása szempontjából leontosabb ismereteket olaljuk össze. A túlhevítőknél leyakrabban alkalmazott hener alakú szerkezeti elemeknél (csöveknél, kamráknál), a alvastasá az úynevezett kazán ormulából számítható: s K S ahol: d k a cső külső átmérője [mm], p belső nyomás [N/mm ] K sz d k p c p v p 0 sz c.1a szilárdsái jellemző [N/mm ], a hőmérséklettől üően a mele olyáshatár, időtartamszilárdsá 15 6, 6 6, Próbanyomásnál a 0 C-hoz tartozó olyáshatár, 350 C-nál kisebb méretezési hőmérsékletnél meleolyás határ, e ölött a méretezési hőmérsékletre arantált meleolyás határ, vay 198

203 S v c c 0 biztonsái tényező a szilárdsái jellemzőtől üően yenítési tényező a cső hajlítás miatti alelvékonyodását iyelembe vevő korrekciós tényező alvastasá pótlék [mm], a cső yártási tűrésére, várható kopására, korróziójára tekintettel iyelembe vett korrekciós tényező A szilárdsái jellemzőt a csőal várható hőmérséklete alapján kell iyelembe venni. A várható alhőmérséklet mehatározása a közehőmérsékletből ( t köze ) kiindulva történik, menövelve az áramlási, hőátadási eyenlőtlenséből adódó esetlees t ) többlethőmérséklettel, a belső hőátadás miatti, illetve a cső belső első elületén ( ey képződött oxidréte, vay lerakódás miatti ( t oxidréte ) hőmérséklet növekedéssel, valamint a csőalban létrejövő hőmérséklet növekedéssel: t q b b köz al tköze tey toxidréte ln.76a köze d b db Az áramlási, hőátadási eyenlőtlenséből adódó ( t ) hőmérséklet eltérés (.146,.154a, illetve a.11. táblázatban meadott képletek, vay az adott csőelrendezés, kamrakialakítás, hőelvétel eloszlás alapján összeállított modell szerinti) számításánál iyelembe kell venni a üstázoldali tömeáram eloszlás, hőmérséklet, hőátadási tényező, elpiszkolódás átlatól eltérő hatását, a cső esetlees kilóását, illetve a őzoldali tömeáram eloszlás közehőmérsékletre yakorolt hatását. Esetenként a vonatkozó szabályzatok (pl. [8]) alapján a részletes elemzések helyett úynevezett hőmérséklet pótlékot (besuárzott túlhevítőknél hőmérsékletszabályozás előtt 75 C, után 50 C, konvektív túlhevítőknél hőmérsékletszabályozás előtt 50 C, után 35 C) vesznek iyelembe. Az előbbi pótlékok naysáa az átlaostól eltérő (például a.150. ábrán bemutatott) esetekben azonban elételen lehet. A kazán ormulát a belső átmérővel is elírva, valamint a alvastasá pótlékokat elhanyaolva és a v yenítési tényezőt, varratmentes csőanyaok használatát eltételezve 1,0 értékre elvéve, elírható a cső külső és belső átmérőjének aránya: K sz p d k S.156 d K b sz p S Az összeüésből az anyaminősé, méretezési nyomás és hőmérséklet iyelembevételével kiszámítható az átmérők aránya, majd a cső alvastasáának elvételével mehatározható a külső csőátmérő (.15. ábra). A csőátmérő meválasztásánál iyelembe kell venni, hoy a csőben a alhőmérséklet alacsonyabb értéken tartásához kellő naysáú őzsebessé alakuljon ki (1-5 m/s, a nayobb értékek választása a nayobb hőterhelésű, q ey d időtartamszilárdsá ( óra iénybevétel után szakadást okozó eszültsé) közül a kisebb érték. Ezen elül, 350 C elett ellenőrízni kell azt is, hoy a méretezési hőmérséklet 15 C-kal menövelt értékéhez tartozó időtartamszilárdsáal, illetve kúszás- (tartós nyúlási) határral ( óra iénybevétel után 1% nyúlást okozó eszültsé) a biztonsái tényező értéke lealább 1 leyen. 199

204 elsősorban besuárzott túlhevítőknél célszerű), uyanakkor a nyomásvesztesé mé eloadható mértékű leyen. A kazán ormulából eyértelmű, és a.15. ábrából számszerűen is látható, hoy nayobb csőátmérőhöz nayobb alvastasá szüksées. A leyakrabban alkalmazott külső csőátmérők: 31,8, 33,7, 38,0, 4,4, 44,5, 48,3 (esetle 51) mm, alvastasáok: 3,, 3,6, 4,0, 4,5, 5, 5,6, 6,3, 7,1, 8,0, 8,8 (luid tüzelésű kazánoknál akár 10,0, 1,5) mm. Falvastasá: 7,1 6,3 5,6 4,5 1,8 1,8 1,7 1,7 1,6 1,6 1,5 1,5 d k /d b 1,4 1,4 1,3 1,3 1, 1, 1,1 1,1 Anyaminősé: 10CrMo bar 180 bar 00 bar Külső csőátmérő (mm) 30 1,0 1, Méretezési hőmérséklet ( C).15. ábra Csőátmérő mehatározása az anyaminősé, méretezési hőmérséklet, méretezési nyomás, alvastasá iyelembevételével Kellő alvastasáot választva a csőal valószínűsíthetően elviseli majd a várható iénybevételeket. Íy a berendezés méretei elvile az elvárt működési élettartam iyelembevételével tervezhetők. Nyilvánvaló, hoy a csőátmérő és alvastasá növelése ey adott szerkezeti anya esetén a berendezés méreteinek, tömeének, ezzel előállítási költséének növelésével jár eyütt, másképp oalmazva a biztonsáos működést a beruházási költséek növelésével kell meizetni. Kisebb csőátmérő esetén növelni kell a párhuzamosan kapcsolt csövek számát, ami uyancsak a yártási költséek növekedésével jár eyütt. Gyenébb (olcsóbb) szerkezeti anyaokat alkalmazva nayobb alvastasá adódik, esetle olyan mértékű méretnövelést iényelve, amely a yakorlatban yártási, kivitelezési nehézséet okoz, vay mevalósíthatatlan. Miután a túlhevítő csövekben a őz okozatosan meleszik el, nem szüksées a teljes elületet azonos anyaminőséből, azonos alvastasáal készíteni. A hőmérséklet növekedésével először azonos anyaminősé mellett növelik a alvastasáot, majd javítják az anyaminőséet (.151. ábra,.15. táblázat, esetle a alvastasá eyidejű csökkentésével). Esetenként a csőátmérőt is csökkentik. A nem űtött, íy kisebb alhőmérsékletű, kamrákba bekötő csőszakaszok kisebb alvastasáal készülhetnek. A lekisebb szokásos alvastasá általában 3 mm [8], a lenayobb, űtött szakaszokon 8,8 mm. Az anyaminősé váltásnál iyelembe kell venni az eltérő hőtáulásból adódó járulékos eszültséeket is (7.3. ejezet). A alvastasá növelésének a yártási nehézséeken, kazán tömeének, árának növelésén túlmenően további korlátjai is vannak. Az előző,.76a képletből is látható volt, hoy a alvastasá növelésével a csőalbeli hőmérséklet-növekedés is növekszik. Ez a szilárdsái jellemző csökkenésére, alvastasá növelési iényre vezet (mintey önerjesztő olyamat). Ennél nayobb ondot jelent azonban, hoy a berendezések terhelésének változtatásánál a heneres övek külső és belső elületének hőmérséklete eltérő sebesséel változik, közöttük jelentős hőmérséklet- 00

205 különbsé alakulhat ki, amelynek ismétlődése a szerkezeti elem alában kisciklusú kiáradást, a eszültsé yűjtő helyeken, a jelensé yakori előordulása esetén különösen a nayobb alvastasáú kamráknál repedéseket idézhet elő (részletesen lásd a 7.. ejezetben). A heneres övben ébredő hőeszültsé, kvázi stacionárius állapotban, a vt t ( C/min) hőmérséklet-változási sebesséből kiindulva: E Lt vts h c ahol: E rualmassái modulus [N/mm ] (minden anyajellemzőt a közepes hőmérsékleten kell iyelembe venni), Lt lineáris hőtáulási eyüttható[1/ C], szerkezeti anya hővezetési tényezője [W/mK], szerkezeti anya sűrűsée [k/m 3 ], c szerkezeti anya ajhője [kj/kk], Poisson szám, a szerkezeti elem kialakításától üő ormatényező (7.16. táblázat alapján, a belső, vay külső alkotóra számítva). Meiyelhető, hoy a alvastasá növekedésével a hőeszültsé néyzetesen nő, íy az optimális (yakorlatban mevalósítható) üzemeltetés érdekében a alvastasáot a lehető lekisebb értékre kell választani, amely nyilvánvalóan jobb minőséű, dráább szerkezeti anyaokat iényel. Erre tekintettel az anyayártók, kazán konstruktőrök kezdetektől ova törekedtek az anyaminősé ötvözéssel történő javítására, amely jobb szilárdsái jellemzőt eredményezve lehetővé teszi a alvastasá csökkentését. Miután az ötvözött acélok ára az ötvözéssel növekszik, kialakultak azok az acéléleséek, amelyek a különéle hőmérséklet tartományokban a lekedvezőbb szerkezeti kialakítást tették lehetővé. A hayományosan as évet követően 15 Mo 3, 13 CrMo 4 4, illetve a 40-es éveket követően 10 CrMo 9 10 alkalmazott, errit-perlites acélok összetétele az 5. üelékben található me. A túlhevítő anyaoknál a nay hőmérsékleten mekívánt, eloadható alvastasáot eredményező tartamszilárdsá mellett, a üstáz- és a vízőz oldali korróziónak való ellenálló képesséet is biztosítani kell. Ennek érdekében, az előzőekben említett errit-perlites szerkezeti anyaok mellett, már a II. viláháborút követően is alkalmaztak túlhevítőknél, újrahevítőknél ausztenites szerkezeti anyaokat, kiejlesztésre került (70-es években [.110]) az X 0CrMoV 1 1 jelű, nayobb krómtartalmú, martenzites acéltípus, amellyel az 550 C körüli őzhőmérsékletű berendezések mebízhatóan tervezhetők, üzemeltethetők voltak. A 80-as évek véén célként jelölték me a 600 C-os közehőmérséklet biztonsáos elérését. (Az 50-es, 60-as években is készültek berendezések a 600 C-ot meközelítő őzhőmérsékletre, ausztenites szerkezeti anyaokkal, ezek azonban a yakorlatban nem váltották be a reményeket, a berendezések a valósában a névlees alatti őzparaméterekkel üzemeltek.) Az új acéltípusok ejlesztésére irányuló törekvések az Eyesült Államokból és Japánból indultak ki, az első 01

206 eredmények a P 91 típusjelű acélról számoltak be. Ezen acéltípust a 90-es években vérehajtott rekonstrukcióknál Európában is alkalmazták. A tapasztalatok alapján Európában is ejlesztéseket indítottak hasonló, vay kedvezőbb tulajdonsáú acéltípusok előállítására [ ,.78]. Üzemelő berendezésekbe teszt űtőelületeket építettek be, elvéezték a szerkezeti elemek tartós, üzemi körülmények között történő vizsálatát is. E kutatások eredményeként több, a yakorlatban várhatóan mebízhatóan alkalmazható acéltípust ejlesztettek ki. Az EN 195- szabvány szerint szóba jöhető csőanyaokra a.13. táblázatban összeolalt méretezési hőmérsékletek vehetők iyelembe (a tartamszilárdsái jellemzőket a hőmérséklet üvényében a 7.1 ejezet, 5. üelék ismerteti)..13. táblázat X0CrMoV C X3CrNiMoN17-13 (SB) 615 C S 304H (SB) 645 C HR3C 670 C Sanicro C Alloy C Alloy C A kamra- és csőanyaoknál üstázoldali korrózióval nem kell számolni, íy kiválasztásuknál a tartamszilárdsá és a őzoldali oxidációnak való ellenálló képessé a leontosabb szempontok. A szóba jöhető tervezési hőmérsékleteket a.14. táblázat mutatja..14. táblázat X0CrMoV C P C E 911, P 9 65 (UH: 635) C VM 1 (vizsálat alatt) 65 C Alloy C Alloy C A.139. ábrán vázolt kazán [.85], túlhevítő csöveinek és a kamráinak tervezett anyaminőséét a.15. táblázat mutatja. Jól meiyelhető az optimális anyaválasztás, a TH3 és UH1 elületeknél a növekvő hőmérséklettel javuló anyaminősé..15. táblázat Felület Anyaminősé Belépő kamra Kilépő kamra Cső Arány a teljes csőhosszhoz TH, P 9 Alloy 617 m Sanicro 5 Füesztő csövek, schott TH4 Alloy 617 m Alloy 63 Alloy 740 1/1 UH Alloy 617 m Alloy 617 m Alloy 617 m 1/1 HR3C 1/8 TH3 Alloy 617 m Alloy 617 m Sanicro 5 3/8 Alloy 617 m 4/8 10CrMo9-10 1/6 T91 1/6 UH1 13CrMo4-5 Alloy 617 m S 304 B SB /6 HR3C 1/6 Alloy 617 m 1/6 0

207 Tűztérben leadott hőmennyisé aránya Tűztérkilépő hőmérséklet ( C) Suárzásos hőáram (%) Fluidtüzelésű kazánoknál a kisebb átlaos hőterhelésből, a hőelvétel eyenletesebb eloszlásából adódóan [.74] kisebb cső alhőmérséklettel lehet számolni, ezért olcsóbb csőanyaok (.16. táblázat) alkalmazhatók (csak az INTREX hőcserélőknél kell Ni bázisú anyaot alkalmazni)..16. táblázat Hőcserélő Csőanya Kamra anya Túlhevítők, újrahevítők 13CrMo4-5 7CrMoVTiB10-10 X0CrMoV11-1 TP 347H FG (INTREX) 13CrMo4-5 X10CrMoVNb9-1 X11CrMoWVNb9-1-1 Túlhevítők viselkedése a kazánterhelés üvényében. A űtőelületeket úy kell kialakítani, hoy változó tüzelőanya minősé, kazánterhelés esetén is biztosítani tudják az elvárt őzparamétereket. Ehhez ismerni kell a elületek ajlaos hőelvételének változását az előbbi paraméterek üvényében. Mint a.153. ábra (ey 440 MW névlees teljesítményű, linittüzelésű blokk kazánjára elvézett számítások alapján) mutatja, a tűztérkilépő hőmérséklet csökken a kazánterheléssel. Ennek ellenére (.154. ábra) a tűztérben leadott hőmennyisé aránya a terhelés csökkenésével növekszik. Ebből az következik, hoy a őzejlődés aránya a tűzteret követő kieészítő űtőelületek (íy a túlhevítők) hőelvételéhez képest menövekszik Tűztérkilépő hőmérséklet Suárzásos hőáram 100% 90% 80% 70% 60% 40% 60% 80% 100% Kazánterhelés (%).153. ábra Tűztérkilépő hőmérséklet és a suárzásos hőáram változása a kazánterhelés üvényében A túlhevítőkön belül azonban a besuárzott és konvektív elületek ellentétesen viselkednek. Előbbiek a tűztér határoló elületének részeként csökkenő teljesítménnyel relatíve nayobb hőmennyiséet vesznek el, íy a besuárzott túlhevítőkben a ajlaos hőelvétel (és ezáltal a őz hőmérséklet növekedése) növekszik. 0,35 0,30 0, kj/k 7948 kj/k 605 kj/k 0,0 0,15 0,10 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Kazánterhelés (%) 03

208 Hőmérsékletnövekedés ( C).154. ábra A tűztérben leadott hőmennyisé aránya a kazánterhelés és űtőérték üvényében Ezt jól mutatja a.153. ábrán vázolt (tűztér kilépő keresztmetszetére számított) suárzásos hőáram változása is: miközben a kazánteljesítmény (őzáram) 40%-ra csökken, a suárzásos hőáram csak a névlees teljesítményhez tartozó érték mintey kétharmadára. A besuárzott túlhevítőkkel szemben a konvektív űtőelületek relatív hőelvétele a kazán teljesítmény csökkenésével csökken (.155. ábra), íy e elületekben a köze elmeleedése is kisebb lesz. Az előbbieket iyelembe véve, a őzhőmérséklet állandósáának biztosítására a lekedvezőbb meoldást az optimális méretű besuárzott és konvektív túlhevítők sorba kapcsolása jelentené. A.155. ábrán vázolt esetben a két túlhevítő típus kazánteljesítménnyel erősen változó túlhevítése ellenére az eredő jelleörbe közel állandó őzhőmérsékletet eredményez. A yakorlatban a teljes kieyenlítést nem lehet elérni, mivel a túlhevítők relatív hőelvételét a kazán teljesítménye mellett más paraméterek (a tűztérben, illetve a túlhevítő elületeken vébemenő hőátadási olyamatokat beolyásoló jellemzők, mint például a lán hőmérsékletére, a üstáz mennyiséére, a elületek elpiszkolódására kiható körülmények) is beolyásolják: A űtőérték romlása csökkenti a tűztérben leadott relatív hőmennyiséet, ezzel a őztermelést, íy növeli a konvektív túlhevítők relatív hőelvételét. Hasonló hatása van a tápvíz hőmérséklet csökkentésének is, hideebb tápvízből azonos hőbevezetés mellett kevesebb őz keletkezik, íy a konvektív túlhevítőkön a őz elmeleedése menő. A kazánnyomás csökkentése a pároláshő növekedése miatt csökkenti a őztermelést, íy a túlhevítés mértéke menő, amit mé az is előseít, hoy a nyomás csökkenésével lecsökken a őz ajhője is. Összesítve minden olyan változás, ami növeli a őzejlődést, csökkenti a túlhevítési hőmérsékletet és viszont Konvektív túlhevítő Besuárzott tulhevítő Eredő jelleöbe Kazánterhelés (%).155. ábra Túlhevítő jelleörbék Átmeneti állapotokban a hőmérséklet alakulására a kazán tárolóképessée is hatással van. Ez részben előseíti a mennyiséi változások yors követését, részben csökkenti azok hőmérsékletre yakorolt hatását. Gyors őzelvétel növelés esetén azonban mindi a őzhőmérséklet letörésével kell számolni, mí iénycsökkenés esetén a hőmérséklet növekedése várható. Ezért mindi indokolt hőmérséklet-szabályozás kialakítása. Hiányában a őzhőmérséklet az iényelt őzmennyisétől, rendelkezésre álló tüzelőanya minősétől, a tápvíz hőmérséklet naysáától, a tüzelőberendezés beállításától, a 04

209 kazán elpiszkolódásától és eyéb eltételektől üően változna, ami csak alárendeltebb célokra történő őzelhasználás esetén lenne eloadható. Túlhevítési hőmérséklet szabályozása: A hőmérséklet-szabályozás célja eyrészt a túlhevítő elületek túlhevülésének meakadályozása (a lehető lehosszabb élettartam elérésére), másrészt a kazán által szoláltatott őz hőmérsékletének előírt határértékeken (állandósult állapotban ± 4 C, változó üzemállapotban +5, -10 C [1]) belüli állandósáának biztosítása, lehetőle a kazán hatásokának, üzemi tulajdonsáainak, élettartamának rontása nélkül. E mellett eyszerűnek, üzembiztosnak, a szabályozónak a szabályozott körrel optimálisan összehanolhatónak kell lenni. A yakorlatban kétéle elvet alkalmaznak: a hőelvétel, illetve a őzhőmérséklet beolyásolását. Az első csoportba a üstázoldali szabályozások, a második csoportba a őzoldali szabályozások tartoznak, meemlítve, hoy a őzhőmérséklet beolyásolásának mindi van hatása a hőelvétel naysáára is. Füstázoldali szabályozások: Éők billentése (.156. ábra a) részlet): A rendszerint tanenciális saroktüzeléseknél alkalmazott éőbillentéssel a lánma a tűztérben lejjebb tolható, vay eljebb emelhető. Alsó állás esetén menő a tűztérben lesuárzott hőmennyisé, több őz ejlődik, íy csökkenthető a túlhevítési hőmérséklet. Felső állás esetén lecsökken a őzejlődés, menő a tűztérkilépő hőmérséklet, növelhető a túlhevítési hőmérséklet. A lánma helyzete a tűztér, besuárzott túlhevítő elsalakosodását is beolyásolhatja, íy billenthető éők alkalmazása esetén a szokásosnál nayobb tűzterek kialakítása célszerű. Mevalósítása, üzemeltetése maasabb yártási, üzemeltetési színvonalat kíván, ezért Európán kívül ali alkalmazzák. Különböző maassában elhelyezett éők ki-bekapcsolása (.156. ábra b) részlet): Fronttüzelésnél, boxer éőelrendezésnél részterhelésen az alsóbb éők, éősorok leszabályozhatók, kikapcsolhatók, íy a tűztérben leadott hőmennyisé, őzejlődés csökkenthető. Ezáltal növelhető a tűztérkilépő és a túlhevítési hőmérséklet is. Felsőbb éők leszabályozásával, kikapcsolásával ellentétes hatást, a túlhevítési hőmérséklet csökkentését lehet elérni. Kőszéntüzelésű kazánoknál széleskörűen alkalmazott meoldás. Minden éősor üzemel Csak a leelső éősor üzemel Felső éőállás Alsó éőállás Teljes terhelés Minimális terhelés a) Éők billentése b) Éők ki-bekapcsolása.156. ábra Füstázoldali hőmérséklet-szabályozási módszerek A lánma eltolásának hatására kialakuló tűztérkilépő hőmérséklet változását különböző kazánteljesítményekre (a már hivatkozott 440 MW névlees 05

210 Tűztérkilépő hőmérséklet ( C) teljesítményű, linittüzelésű blokk kazánjára elvézett számítások alapján) a.157. ábra mutatja. Meiyelhető, hoy 80% kazánteljesítménynél a tűztérkilépő hőmérséklet a lánma ~4 m-el történő meemelésével a névlees terhelésen kiadódó átlaos kilépő hőmérséklet közelébe növelhető. Kisebb részterheléseken a kilépő hőmérséklet a lánma meemelése esetén már elmarad a névlees értéktől, de a őzejlődés csökkentésére és a túlhevítési hőmérséklet növelésére kiejtett hatás eyértelműen kedvező Lánma eltolása (m).157. ábra Tűztérkilépő hőmérséklet változása a lánma helyzete és a kazánteljesítmény üvényében 40% 60% 80% 100% Párhuzamos, mekerülő járatok kialakítása (.158. ábra): A túlhevítő üstázoldali mekerülésével csökken a üstázoldali hőátadási tényező, és a loaritmikus hőmérséklet-különbsé, íy a túlhevítési hőmérséklet. A kerülő üstázjáraton elvezetett üstáz mennyiséének csökkentésével a túlhevítési hőmérséklet növelhető. A járatokon átáramló üstáz mennyiséének beállítása torlasztó csappantyúkkal történik (.6. ábra). A kerülő (párhuzamos) járatba beépített előzölötető, tápvíz előmeleítő űtőelületekkel a szabályozás hatékonysáa javítható, hiszen a túlhevítő hőelvételének csökkentésével eyidejűle növeli a őzejlődést, vay ordítva a túlhevítőn átáramló üstázhányad növelésével növeli annak hőelvételét, miközben a párhuzamos járatbeli hőelvétel csökkenésével a őzejlődés csökken. A leréebben alkalmazott meoldás, ma is alkalmazzák, Európán kívül mé a kéthuzamú nayteljesítményű kazánoknál is []. TH TH TE a) Mekerülő járat b) Mekerülő járat tápvíz előmeleítővel.158. ábra Mekerülő járatok Füstáz recirkuláció alkalmazása: A léhevítő elől vay után elszívott üstázt a kazán tűzterének aljára, vay közvetlenül a tűztér kilépő keresztmetszete előtt eyenletesen elosztva vezetnek vissza. A hideebb üstáz hatása kettős: eyrészt csökkenti az átlaos hőmérséklet-különbséet, másrészt növeli a üstázsebesséet, íy a konvektív hőátadási tényezőt. A tűztér aljára visszavezetve csökkenti az előzölötetés arányát, mindkét esetben mérsékli az elsalakosodást. A tűztér aljára történő visszavezetés esetén javulhat a kazánhatások, mivel a visszavezetett üstázban lévő oxiéntartalom miatt csökkenthető az éési leveő mennyisée. (Ennek részleteit és a recirkuláció 06

211 Hőelvétel aránya hatásának általános elemzését az 5. ejezet táryalja.) Az előzölés arányának csökkentésével a túlhevítési hőmérséklet növelhető. Uyanakkor a recirkuláció technikai mevalósítása (visszaszívó ventilátor, hőszietelt üstázcsatornák, beúvónyílások, szabályozó csappantyúk, stb.) jelentős költséekkel jár és eneriaelhasználása rontja a kazán hatásokát. A recirkuláció maximális mennyisée a 30%-ot általában nem haladja me. 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0, 0, % 95% 87% 77% Újrahevítők Konvektív túlhevítők 0% 10% 0% 30% Recirkuláció Besuárzott túlhevítők Vízhevítő Tűztér Kazánteljesítmény.159. ábra Relatív hőelvételek változása a recirkuláció üvényében A recirkulációs szabályozás hatását a Bánhidai Erőmű, már leállított, 30 t/h teljesítményű, 136 bar/570 C rissőz paraméterekkel tervezett kazánjára, a tűztér aljára történő visszavezetést eltételezve elvézett számítások alapján a.159. ábra [.114] mutatja. Az ábrából meállapítható, hoy a kazánteljesítmény csökkenése ellenére a recirkuláció növelésével a tűztérben leadott hőmennyisé aránya nem nő (mint az recirkuláció nélkül a.154. ábrán bemutatott módon bekövetkezne), hanem csökken. A tápvíz előmeleítő, mint konvektív űtőelület relatív hőelvétele növekszik, íy részben kompenzálja az előzölötető csökkenő hőelvételét. A besuárzott túlhevítők relatív hőelvétele kis mértékben csökken, a konvektív túlhevítőké nő. Hasonlóan kis mértékben növekszik az újrahevítők relatív hőelvétele is. Az eredményekből eyértelmű, hoy a üstáz recirkuláció alkalmas a hőmérséklet szabályozására. Uyanakkor mértékének meállapításakor nayon ondosan kell eljárni, mivel a tápvíz előmeleítő a hőelvétel növekedésével előzölötetővé válhat, a túlhevítőkben, újrahevítőben pedi a bemutatott példában növelni kellett a beecskendezett víz mennyiséét. Kettős tűztér alkalmazása: A réebbi kazánkonstrukcióknál alkalmazott meoldásnál a két tűztér sorba kapcsolva működött, a homlokalhoz közelebbi tűztérből a üstázok a második, hátsó tűztéren keresztül áramolva jutottak a konvektív huzamba. A besuárzott túlhevítőt a második tűztérhez illesztették. Íy ezzel a meoldással az első tűztér visszaterhelésével, kikapcsolásával a őzejlődés lényeesen csökkenhetett, miközben a konvektív huzamba belépő üstáz hőmérséklete csaknem állandó volt, csak a üstázmennyisé változott a kazánterhelésnek meelelően. Ennek következtében a túlhevítők relatív hőelvételének változása lényeesen kisebb volt, mint a hayományos meoldásoknál. Gőzoldali szabályozások: A névlees hőmérséklet eléréséhez szükséesnél nayobb űtőelület beépítésével és a őz kilépő, vay közbenső okozatok előtti visszahűtésével a kilépő őzhőmérséklet az előírt értéken tartható, és meakadályozható, hoy az adott túlhevítő elület alhőmérséklete mehaladja a tervezett értéket. A túlhevítők elületének túlméretezése azt eredményezi, hoy a 07

212 elület részben előzölötetőként működik. Az előzölötetés mértéke a kazánteljesítménnyel csökken. A elületeket úy méretezik, hoy a merendelő iényeitől üően, de yakran már 60-75% teljesítmény alatt ne leyen szüksé visszahűtésre. Íy kisebb teljesítményeknél a kilépő őzhőmérséklet csökkenhet. 500 C 400 C TH3 TH4 TH 300 C 53 MW 78 MW 14 MW 16 MW 5 MW.160. ábra Hőmérséklet-növekedés túlhevítő okozatokban Néhány kazányártó a túlhevítők jelentős túlméretezésével előzölötető elületeket helyettesít. Nyilvánvaló, hoy ez jelentős költsénövekedést eredményezhet, miután az ötvözött anyaokból készülő túlhevítők ajlaosan jóval dráábbak az előzölötető elületeknél. Erre a yakorlatra az eyik hazai berendezésre, amelynél a TH3 túlhevítő okozat yakorlatila előzölötetőként működik a blokkteljesítmény üvényében a.160. ábra mutat példát. A visszahűtésre alkalmazott meoldások: Felületi őzhűtők: A túlhevített őz eészének vay részáramának visszahűtése elületi hőcserélőn keresztül történik. Több yakorlati meoldása ismert. o Kazándobban elhelyezett hőcserélő, amellyel a őz részáramát lehűtik (.161. ábra a) részlet). A lehűtött őzt visszakeverik a őáramba. Szabályozása a részáram és őáram arányának változtatásával történik. o Tápvízzel hűtött külön hőcserélő (.161. ábra b) részlet). Az első túlhevítő okozat után kivezetett, kerülőában visszahűtött őzt rendszerint a véokozat elé vezetik be. Szabályozása a kerülőába beépített hőcserélőbe bevezetett tápvíz részáram mennyiséének változtatásával történhet. Olyan meoldást is alkalmaztak, amelynél a teljes őzmennyiséet átvezették a hőcserélőn. Működését nehezítheti a tápvíz mennyisé és hőmérséklet esetlees inadozása. a) Gőz visszahűtése kazándobban b) Gőz visszahűtése tápvízzel.161. ábra Gőz visszahűtése 08

213 o Bilux rissőz-újrahevített őz hőcserélő. Elsősorban az újrahevített őz beecskendezés-mentes hőmérséklet-szabályozására alkalmazzák. Az újrahevítési nyomásra méretezett tartályon átáramló újrahevített őzt a tartály belsejében elhelyezett csőkíyókon, részáramban átvezetett, nayobb hőmérsékletű rissőzzel űtik. A rissőz túlhevítő elületeket az újrahevített őznek átadandó hőmennyisé iyelembevételével túl kell méretezni. A szabályozás a rissőz részáram változtatásával történik. o Trilux üstáz-újrahevített őz-rissőz hőcserélő. Az előző meoldáshoz hasonlóan az újrahevített őz beecskendezés mentes hőmérsékletszabályozására szolál. A űtés a külön edényben elhelyezendő bilux meoldáshoz képest a üstázáramban elhelyezett duplacsöves hőcserélőben valósul me (lásd: ábra). Ez esetben is szüksées a rissőz túlhevítő elület túlméretezése. A szabályozást a rissőz részáram változtatásával oldják me. o Aerolux leveő-rissőz hőcserélő. Ez a meoldás is az újrahevített őz beecskendezés-mentes hőmérséklet-szabályozására szolál. Az újrahevített őz visszahűtése a mele leveő csatornában elhelyezett részáramú hőcserélővel történik. A szabályozás a hőcserélőbe vezetett újrahevített őz mennyiséének változtatásával történik. Vízbeecskendezés a visszahűtendő őzbe. A túlméretezett túlhevítő elületeken túlmeleedett őzt a túlméretezésnek meelelő hőmérséklet különbséel (~0-40 C) visszahűtik. A.160. ábrából látható, hoy esetenként nemcsak többletelületek beépítésére kerül sor, hanem a beecskendezés nélküli meoldáshoz képest nayobb kilépő hőmérséklet (TH) miatt jobb anyaminősére, nayobb alvastasára is szüksé lehet. A leyakrabban alkalmazott meoldás. Biztonsái okokból, kis mennyiséű beecskendezés lehetőséére a bilux, trilux és aerolux hőcserélővel történő hőmérséklet-szabályozásnál is el kell készülni. Visszahűtésre csak a őz minőséét nem rontó (sótartalmát nem növelő) víz alkalmazható, ezért nem sótlanított tápvíz esetén csak lekondenzáltatott őzt szabad visszahűtésre elhasználni. Gyakorlati mevalósítására alapvetően hároméle meoldás terjedt el: o A kilépő és belépő kamrákat összekötő csővezetékbe beépített beecskendezés. o Visszahűtő kamrába beépített beecskendezés. o Nedvesíthető töltetet (pl.: Raschi yűrűket) tartalmazó kamrába történő vízbevezetés. A leeyszerűbb, csővezetékbe beépített meoldás helyett, a bonyolultabb meoldások alkalmazását elsősorban ipari kazánoknál a beecskendezett vízcseppek elpárolásának, eyenletes keveredésének időiénye indokolhatja. A külön kamrában, tölteten keresztül történő nedvesítés esetén eyrészt kedvezőbb keveredés valósítható me, másrészt nayobb párolási elület biztosítható. Esetenként azonban e meoldásoknál sem lehet kizárni a cseppelraadást. Vízbeecskendezés hőmérlee. A beecskendezendő vízmennyisé mehatározása a keveredési olyamat hőmérlee (.16. ábra) alapján történik: m u m beh be m behbv m uhbu

214 amelyet átrendezve m h h be bu be mu.159 hbe hbv Ahol m beecskendezett köze mennyisée [k/s], be m őzáram a beecskendezés után [k/s], u h be bu őz entalpiája a beecskendezés előtt [kj/k], h őz entalpiája a beecskendezés után [kj/k], h beecskendezett víz entalpiája [kj/k]. bv Felmeleedés kétszeri visszahűtéssel (névlees terhelés) Visszahűtés nélküli elmeleedés (részterhelés) t be m be t bv t bu m u TH1 TH TH3.16. ábra Beecskendezéses hőmérséklet-szabályozás Látható, hoy annál nayobb visszahűtő köze mennyisére van szüksé, mennél nayobb a visszahűtés mértéke. Javasolt, hoy az összes beecskendezés eyüttes mennyisée a kilépő őzáramra vonatkoztatva túlhevítőknél az 5, újrahevítőknél az 1 százalékot ne haladja me. Porlasztó vezeték Porlasztó Védőcső Porlasztó vezeték Összekötő csővezeték Venturi cső a) Vízbeecskendezés perdületes porlasztással Porlasztó nyílások Vízelosztó kamra Összekötő csővezeték b) Vízbeecskendezés Venturi csővel.163. ábra Beecskendező hely kialakítása Beecskendezések kialakítása. A beecskendezések kialakításánál különösen üyelni kell a beporlasztott víz inom szemcseeloszlására, a őzzel történő eyenletes elkeveredésére és a vastaabb alú csővezetékekben, tartályokban az esetlees hőlökések elkerülésre. Az elhelyezésre általában a túlhevítő kamrákat összekötő vezetékekben kerül sor, amelyre két meoldást alkalmaznak széleskörűen (.163. ábra). A yakrabban alkalmazott védőcsöves meoldásnál (a) részlet) az összekötő cső eyenes szakaszába benyúló, ey vay több, perdületes, nyomásporlasztásos úvókával ellátott porlasztó vezetéket védőcsővel veszik körül. A mintey 4-5 mm alvastasáú védőcső eladata elsősorban az áramló őznél lényeesen kisebb hőmérsékletű vízcseppek csőalnak ütközésének meakadályozása, ezzel a hőlökés elkerülése, másrész az íy kivált, vízilmet 10

215 képező olyadék részére elpárolotató elület biztosítása. Kialakításánál iyelemmel kell lenni a stabil rözítésre, rualmas táulási lehetősére, az esetlees rezések, rezonancia elkerülésére, kellő hosszúsára, meelelő hőállósára (a nayszámú, beecskendezett mennyisé változásnál előálló hősokk elviselésére). A Venturi csöves meoldásnál (b) részlet) a hűtőköze bevezetésére nem úvókákon, hanem cső szűkületében elhelyezett porlasztó nyílásokon kerül sor. Ezzel a őz és víz eyenletesebb elkeveredését kívánják elérni. Az előbbiektől eltérő, kisebb kazánoknál alkalmazott meoldást mutat a.164. ábra [.116], amelynél a beecskendezést a két okozat közötti üőlees összekötő kamrában helyezték el. Hőmérsékletek kieyenlítődése vízbeecskendezésnél. A beecskendezett vízcseppnek először a helyi nyomásnak meelelő telítési hőmérsékletre kell meleedni, el kell őzölöni, a őznek eyenletesen el kell keveredni. Az elpárolás, a hőmérsékletek kieyenlítődése lassú olyamat. Utóbbi mérések szerint, esetenként csak 8-10 m hosszú szakaszon következik be. A úvókákból kikerülő vízcseppek elé a hőátadás suárzással (elsősorban a csőalról), konvekcióval (a őz és a vízcseppek áramlási sebessékülönbsééből adódóan), vezetéssel (a sebessékülönbsé kieyenlítődése után a őzzel azonos sebesséel utazó vízcseppet körülvevő határréteen át) történik ( képletek). A beecskendező szakaszban mind a őz (~9-33 m/s) mind a kialakuló vízcseppek (14-4 m/s) sebessée széles határok között változhat, íy a keveredés minősée, hőátadás is lényeesen módosulhat. A olyamatok a őz nyomásától, hőmérsékletétől is ünek. Leontosabb azonban a csepphalmaz lehető lenayobb elülete, amely a úvóka kialakítás és a porlasztási nyomáskülönbsé mellett elsősorban a porlasztott mennyisétől ü (kisebb terhelésen a beecskendezett mennyisé, áramlási sebesséek is lecsökkennek, íy a olyamatok minősée leromlik). Ennek meelőzésére olyan meoldásokat is alkalmaznak, amelyeknél kis teljesítményen kevesebb úvóka működik és a kazánterhelés üvényében növekvő beecskendezési iény biztosítására több úvókát kapcsolnak be. Lételenítő (leváva ellenőrző nyílás) Hőmérők Kilépés a következő okozatba Kitámasztás Védőcső Válaszal Beecskendező/hűtő tér Belépés az előző okozatból Beecskendező úvóka Hőmérő Víztelenítő Beecskendező víz.164. ábra Közbenső kamrában kialakított beecskendező hely [.116] 11

216 A üőlees összekötő kamrában elhelyezett beecskendezésnél (.164. ábra) a hőmérsékletek kieyenlítődésére rendelkezésre álló úthossz korlátozott. A olyamat szempontjából előnyös, hoy a védőcső alának ütköző, ott összeyűlő hűtővíz a ravitáció hatására lassabban áramlik, esetle visszaelé olyik. Az előzölést az is előseíti, hoy az előző okozatból kilépő, visszahűtendő őz a védőcső alsó szakaszát körbeáramolja, olyamatosan meleíti. A kamrán elhelyezett lételenítő, víztelenítő vezetékek a túlhevítő csövekből a berendezés indításánál kiáramló köze elvezetésére szolálnak, normál üzemben zárva vannak. A ma már kisebb jelentőséű Raschi yűrűs visszahűtő töltetnél alapvetően kétéle meoldást alkalmaztak. Az eyiknél a őz üőleesen leelé axiális irányban áramlott át a beecskendezett vízzel azonos irányban nedvesített tölteten. A másik, yakran alkalmazott meoldásnál a szokásosnál nayobb átmérőjű vízszintes, közbenső kamrában, perorált vályúban helyezték el a töltetet, amelyet teljes hosszában elülről nedvesítettek, miközben a őz alulról kereszt irányban lépett be és a vályú elett hosszirányban távozott. A töltet a porlasztott vízcseppekhez viszonyítva intenzívebb érintkezést biztosított, íy helyiénye lényeesen kisebb volt. Hátránya a jóval nayobb holtidő, lassúbb elutás íy az utóbbi időben ali alkalmazzák. Az is meemlíthető, hoy miután az előzölés a yűrűk elületén történik, a őz kevesebb sót visz maával, mint a beecskendezésnél, ahol a beporlasztott vízcseppek csaknem teljes sótartalma a őzben maradhat. Ennek ellenére a beecskendezett víznek ez esetben is teljesen sótalannak kell lenni..7. Tápvíz előmeleítők A tápvíz előmeleítők eladata eyrészt a kazánok hatásokának javítása a üstázok lehűtésével (kisebb teljesítményű kazánoknál nem építenek be léhevítőt, íy a vízhevítő a leutolsó űtőelület), másrészt a meelőző űtőelületek hőoklépcsőjének növelése (a tápvíz előmeleítéshez szüksées hőmennyisé miatt a meelőző űtőelületek mentén a üstázhőmérséklet nayobb, mint tápvíz előmeleítő nélkül). A nayobb hőoklépcső kisebb elületet eredményez, az olcsóbb anyaból készíthető tápvíz előmeleítővel dráább űtőelületet lehet metakarítani. Esetenként elsősorban ipari kazánoknál az adott tűztérméretek mellett elételen őzejlesztés kieészítésére is alkalmazzák. A yakorlatban elsősorban az eneria metakarítási szerep ismert, ebből származik az ekó elnevezés is, amely az eredeti anol economiser kiejezés rövidítése. A őzkazánok belépő tápvíz hőmérséklete, íy az előbbi hatások mértéke a vízőz körolyamat optimalizálásától ü. Atmoszérikus nyomású áztalanításnál ~105 C, ipari kazánoknál C, erőmű körolyamatba illesztett tápvíz előmeleítők alkalmazása esetén C (szuperkritikus nyomású kazánoknál akár 330 C [.74]) belépő tápvíz hőmérséklet alkalmazása szokásos. A kilépő hőmérséklet szempontjából a kilépő nyomáshoz tartozó telítési hőmérsékletnél kisebb, illetve telítési hőmérsékletet elérő hőmérsékletű, részben előzölötető (orraló ekó) űtőelületeket különböztethetünk me. A [] szakirodalom azokat a tápvíz előmeleítőket is előzölötető ekónak nevezi, amelyeknél az entalpianövekedés az adott nyomáshoz tartozó telített olyadék és a belépő tápvíz entalpia különbséének /3-át mehaladja. Nay nyomású, természetes cirkulációjú kazánoknál nem ajánlott, hoy az ekó kilépő hőmérséklete a telítési hőmérsékletet 1

217 0-30 C-nál jobban meközelítse. A tényleesen előzölötető tápvíz előmeleítők csak kis nyomású kazánoknál enedhetők me, de a kilépő őztartalom a 0%-ot ezeknél sem haladhatja me. Előzölés az eyes csövek közötti áramlási, hőelvételi eyenlőtlensé, a tápvízáram szabályozási beavatkozásból adódó visszaesése miatt is bekövetkezhet. Ezért az esetlees őzbuborékok, őzduók akadálymentes eltávozásának lehetőséét biztosítani kell. Emiatt tápvíz előmeleítőket olyan üőlees (a.166. a) ábrán vázolt elrendezéshez képest merőlees) csövezésű űtőelületekkel, amelyeknek első csőívében esetleesen összeyűlő őz nem tud eltávozni, és íy a elület meelelő hűtés hiányában túlhevülhet, hayományos őzkazánoknál nem építenek. Csak a vízszintes, vay a kilépő kamra elé emelkedő vonalvezetés szokásos. Füstáz b) Öntöttvas elemekből összeállított előmeleítő.165. ábra Öntöttvas tápvíz előmeleítő a) Bordás öntöttvas tápvíz előmeleítő elem A tápvíz előmeleítők kialakítására kétéle szerkezeti meoldás terjedt el: 100 bar nyomási, 60 C tápvíz, 700 C üstáz hőmérsékleti [1] alkalmazhatók hőálló acélból öntött bordázott csövek (.165. ábra). A vízszintes csöveket a üstázjáratban üőleesen, eymásra ektetve párhuzamos csőelrendezéssel, helyezik el. A csövek összekapcsolása a üstázjáraton kívül elhelyezett azonos anyaminőséű, öntött könyökökkel, karimás csőkötésekkel történik. Az öntöttvas elemekben az eyenlőtlen alhőmérsékletekből adódó hőeszültséek minimalizálására, az esetlees yors visszahűlésből adódó hősokkok meelőzésére az előzölést mindenképpen el kell kerülni. A víz alulról elelé áramlik, ezért a üstáznak az ellenáramú hőátadás érdekében elülről leelé kell áramolni. Gyakorlati alkalmazása okozatosan visszaszorul. a) Füőleesen elrendezett acélcsöves vízhevítő b) Acélcsövek elüesztése.166. ábra Acélcsöves tápvíz előmeleítő A varratnélküli acélcsövekből készített tápvíz előmeleítők mindenéle tápvíznyomásra alkalmasak. Nayobb teljesítményű kazánoknál csaknem kizárólaosan a hajlított csőkíyók üőlees elrendezését (.137.,.166. ábra) alkalmazzák. Az ellenáramú hőátadás érdekében ezeknél is lehetőle elülről leelé történő üstázáramlást kell mevalósítani. Olyan esetben, 13

218 amikor erre nincs mód (például a.137. ábrán vázolt toronykazán esetén), az előmeleítőnek azt a okozatát (TE) ahol az előzölés veszélye ennáll, eyenáramú elrendezéssel kell kialakítani vay a üstáz visszavezető aknában elhelyezni. Íy az esetlees őzbuborékok könnyebben távozhatnak a kilépő kamra elé. Az eyenáramú okozat méretének meválasztásánál azt is iyelembe kell venni, hoy csúszóparaméteres teljesítményszabályozás mellett részterhelésen a tápvíz előmeleítőkben előzölés jelentkezhet. A hulladéktüzelésű kazánoknál yakran alkalmazott harmadik huzamban elhelyezett űtőelületeknél minden tápvíz előmeleítő okozat eyenáramú, de ezeket ellenáramba kapcsolják (az előző okozat elül elhelyezett kilépő kamrájából a közeet az alsóbb szinten elhelyezett következő okozat alul elhelyezkedő belépő kamrájába vezetik). Kisebb teljesítményű olaj, vay áztüzelésű kazánoknál a (.144. ábrán vázolt túlhevítőhöz hasonlóan, közvetlenül vay távtartó közdarabokkal eymásra ektetett) csőkíyók vízszintes elrendezése is szóba jön [.116]. Ez esetben a üstáz vízszintesen áramolhat. A vízszintes elrendezésű űtőelület több okozatra osztása esetén a okozatokat alulról elelé kell eymásra építeni és a üstázt (iránytörésekkel) az eyes okozatok között elülről leelé kell vezetni. A tápvíz előmeleítők csőkíyói, kisebb nyomású kazánoknál ötvözetlen szénacélból, nayobb nyomású kazánoknál 15 Mo 3, szuperkritikus nyomású kazánoknál [.85] 13 CrMo 4 5 típusjelű ötvözött acélból készülnek. Lerakodás veszélyével nem enyeető, vay tisztító hatású üstázok (öldáz, szénportüzelés) esetén, a csöves vízhevítők bordázott csövekkel is kialakíthatók. Ez esetben a űtőelület mérete csökkenthető. Különéle tüzelőanyaokhoz különéle bordakialakítások jöhetnek szóba []: o Erősen koptató, lerakódásra hajlamos szemcséket tartalmazó üstázoknál a csövek uszonyos csövekhez hasonló hosszirányú bordázása alkalmazható. Az eyes csőkíyók a bordák összeheesztésével esetle a membránalakhoz hasonlóan is kialakíthatók. Az osztás (sakktáblás elrendezés), áramlási sebessé rossz meválasztása esetén duulás, erózió előordulhat. o Gázturbina hőhasznosító kazánoknál szokásos tüskézett csövek áramlási ellenállása nay, széntüzelésnél a nay kopás, elrakódás miatt sem ajánlott. o Leyakrabban a csőre csavarmenetszerűen rátekert lemezből kialakított bordázott csöveket alkalmazzák. A szokásos bordavastasá 1,5- mm, a menetemelkedés áztüzelésnél ~6, szén- vay olajtüzelésnél ~13 mm, a borda maassáa 15-0 mm. A macső átmérője, alvastasáa (44,5-51 mm) a kazán nyomásától ü. o Esetenként alkalmazzák a macsőre két élből ráheesztett kör, vay télalap alakú bordákat is. Ezeket 1-5 mm távolsára heesztik a csövekre, vastasáuk ~3 mm. Maassáukat az anyaelhasználás szempontjából optimális értékre választják. A bordák két ele nem ér össze. Ezeknél is ennáll az elrakódás veszélye. A üőleesen elhelyezett csőkíyók (a túlhevítőkhöz hasonlóan) üesztő csövekre, kisebb (<450 C) üstázhőmérséklet esetén 10-0 mm vastasáú 14

219 lemezből készített üesztő elemekre (.166. ábra b) részlet) támaszkodnak. A lemezből készített üesztő elemeket üesztő csövekhez, a kazán tetőerendázatához, vay a űtött térben elhelyezett acélerendákhoz erősítik. A kazánalon történő átvezetésnél tápvíz előmeleítőknél is üyelni kell az eltérő hőtáulásból adódó elmozdulás különbséek hatásának minimalizálására. Membránalak esetén az átvezetés a túlhevítőknél alkalmazott (.147. ábrán vázolt) meoldásokkal történhet. Vízszintes elrendezés esetén elüesztésre nincs szüksé. A csőköteeket a szerelés meyorsítására, a csövek üesztő elemekből történő kimozdulásának meelőzésére yakran keretekkel is összeoják. Áramlás stabilitása: A tápvíz előmeleítő űtőelület csöveit előszeretettel alkalmazzák üesztő csőként is, esetenként elülről leelé történő áramlással is kísérleteznek. Ezeknél, a.107 ábrán bemutatott eltételek kialakulása esetén, könnyen meordulhat az áramlás, amely uyancsak őzejlődésre, helyi túlhevülésre vezethet. Ennek elkerülésére a tápvíz előmeleítőként kapcsolt üesztő csöveket, illetve a tápvíz előmeleítők kazándobhoz vezető űtött bekötőcsöveit lehetőle mindi elszálló áramlással, vízszintes vonalvezetés helyett áramlási irányban néhány okos hajlásszöel, emelkedő elrendezéssel kell kialakítani. A kényszerátáramlású elületekhez hasonlóan a várható teljes működési tartományban vizsálni kell az áramlás stabilitását ( S szám) és indokolt estben ojtótárcsákat is be kell építeni a hosszú, meszakítás nélküli csőszakaszokba. A csövekben a sebesséet olyan értékűre kell választani, hoy biztosított leyen a csőal meelelő hűtése, az esetleesen képződött, alhoz tapadt őz eltávozzon. Csőkíyóknál 0,5-1 m/s, öntöttvas bordáscsöveknél 0,-0,6 m/s a javasolt sebessé. A tápvíz előmeleítő csőköteeket a javíthatósá és tisztíthatósá iyelembevételével kell kialakítani. Az elrakódások meszüntetésére, a elületen metapadt szennyeződések eltávolítására koromúvókat kell beépíteni. Emiatt az eyes okozatok maassáa az 1-1,5 m-t nem haladhatja me és közöttük 0,5-0,8 m közt kell hayni. A szakirodalom [1] az ey okozatban meenedett entalpianövekedésre is irányértéket (165 kj/k) ad. A okozatszám a teljes űtőelület maassáa és az előbbi optimális okozatmaassá alapján határozható me. Az előbbiekben a tápvíz hőmérséklet naysáánál a vízőz körolyamat optimalizálására utaltunk. A hőcserélő elület üzembiztonsáa szempontjából nem a tápvíz hőmérséklet, hanem a űtőelület hőmérséklete mértékadó, amelynek az alacsonyhőmérsékletű korrózió elkerülésére mindenképpen nayobbnak kell lenni a üstázban lévő, korróziót okozó alkotók harmatpontjánál. Íy a meenedhető lealacsonyabb tápvíz hőmérsékletet esetenként nem az optimális vízőz körolyamat, hanem a berendezés üzembiztonsáa határozza me. Üzembiztonsá: A tápvíz előmeleítő elületek hűtését mindi biztosítani kell. Ezért a vízzel való teljes eltöltés biztosítására minden okozat leelső pontjához lételenítő vezetéket kell csatlakoztatni, az esetlees leürülés elkerülésére a belépő kamra elé (tápejnél) visszacsapó szelepet, a kilépő kamrákból leelé vezető összekötő vezetékeken a köze elolyását meakadályozó túlemelést kell beépíteni. A szabad átjárás (és a téroatváltozások hatásának kieyenlítése) érdekében a tápvíz előmeleítő és az előzölötető (kazándob) közé elzáró szerelvényt beépíteni tilos. 15

220 Az előzőekben említést tettünk a elületek eróziójáról, amely a tüzelőanya hamujának tulajdonsáai mellett elsősorban a üstáz áramvonalától, áramlási sebesséétől, a elületek kialakításától, esetlees irányelterelésektől, ütközésektől ü és a tápvíz előmeleítőknél a letöbb üzemzavart okozza. A jelensére és meelőzésére részletesebben a 7. ejezetben, az optimális sebessé mehatározására az 5. ejezetben térünk ki. Táulási tartály Kéménybe Léhevítőtől Kéntelenítő.167. ábra Füstázhő hasznosító Hőtranszormáció (Wärmeverschiebun): A tápvíz előmeleítők különlees alkalmazása a széntüzelésű nayblokkok kéntelenítői elé beépített űtőelület, amely a üstázból a kéntelenítő elől elvont hővel a kéntelenítő utáni üstáz visszameleítését vézi (.167. ábra). Eyrészt ey zárt rendszerről van szó, másrészt a üstáz a kéntelenítő előtt bizonyosan a benne lévő SO /SO 3, HCl, HF és más, korróziv ázok harmatpontja alá hűl. Íy csak olyan szerkezeti anyaok alkalmazhatók, amelyek a korróziónak hosszabb üzemidőn át is meelelően ellenállnak. Erre a célra a lemeelelőbbnek a nikkel bázisú csőre (pl.: Alloy 59) raasztóanyaal (pl.: PAI) rözített luor bázisú (PFA, PTFE) műanyacső bevonatú réteelt csövek tűnnek. Ezeknél a émcső adja a szilárdsáot, alakállósáot, javítja a hőátadást, a műanya cső a savállósáot biztosítja, a raasztóanya eladata a belső és külső cső szilárd összekapcsolása, valamint a korróziv anyaok émcső elülethez történő diúziójának meakadályozása [.117]. Az alacsony hőmérséklet miatt olyamatos a kondenzáció, amely a üstázban visszamaradt szilárd anyaok metapadásához is jó előeltételeket biztosít. Ezért ezeket a űtőelületeket is a tisztíthatósá érdekében szüksées csőosztással kell beépíteni, és meelelő mosóberendezésről is ondoskodni kell. Miután az ilyen berendezéseknél a hőmérsékletekből adódóan előzöléssel biztosan nem kell számolni, a űtőelületek az ábrához hasonlóan üőleesen vezetett csövekből álló csőkíyókkal is mevalósíthatók. Biomassza, szeméttüzelésű kazánoknál léhevítő helyett is az előbbi meoldást alkalmazzák..8. Léhevítők A léhevítők leontosabb eladata, mint arra az 1.1 ejezetben már utaltunk, a kazán hatásokának javítása. A nayobb leveőhőmérséklet emellett előseíti a tüzelőanyaok yújtását (szilárd tüzelőanyaoknál száradását is), csökkenti az éési időt, javítja a kiéést, menöveli a hőoklépcsőt, íy a űtőelületek mérete csökkenhet. A szüksées, illetve meenedhető előmeleített leveő hőmérséklet a tüzelőanyatól, illetve a tüzelőberendezésektől ü. Rostélytüzelésnél barnaszén estén ~100, kőszén esetén C a meenedhető érték. Szénportüzelésnél 16

221 linit esetén 30-80, kőszénnél C, utóbbi salakolvasztó tüzelése esetén C a szokásos érték. Olaj, áz tüzelés esetén C értéket alkalmaznak [1]. A léhevítőbe belépő üstáz ( t be ) hőmérséklete, az elérni kívánt leveőhőmérséklet mellett, a meenedett távozó üstázhőmérséklettől ü. A leveő és üstázátszökéstől, valamint a hővesztesétől eltekintve: ahol t a távozó üstázhőmérséklet [ C], t lu t le m l t be m lc pl( tlu tle ) t.160 m c p az elérni kívánt előmeleített leveő hőmérséklet [ C], a léhevítő előtti leveőhőmérséklet [ C], az előmeleített leveő tömeárama [k/s], m a léhevítőn átáramló üstáz tömeárama [k/s], c p l, p c a leveő, illetve üstáz közepes ajhője [kj/(kk)] A távozó üstázhőmérséklet meenedett, minimális értéke elsősorban a távozó üstázban lévő vízőz és kénsavőz parciális nyomásától ü, amelyet a tüzelőanya minősée, léelesletényező, illetve a tüzelőanya hamutartalmának összetétele, bázikussáa beolyásol. Az irodalomban a parciális nyomások üvényeként meadott, harmatpontra vonatkozó számítási összeüések is találhatók (6.33. ejezet), a valósában azonban a ténylees parciális nyomások csak nayon pontatlanul határozhatók me. Emiatt, ey adott tüzelőanyaal szerzett yakorlati tapasztalatok hiányában, a léhevítők minimális távozó üstázhőmérsékletére névlees terhelésen, szokásos konstrukciós kialakításokra a következő értékek iyelembevétele javasolható [.10]: szénportüzelésnél C, öldáztüzelésnél C, olajtüzelés 145 C. Füstáz a) Bordás öntöttva s léhevítő elem b) Öntöttvas elemekből összeállított léhevítő.168. ábra Öntöttvas bordáscsöves léhevítő Léhevítők ajtái: A léhevítés yakorlati mevalósítására, az eyéb űtőelületeknél is alkalmazott rekuperatív (elületi) hőcserélők mellett, reeneratív hőcserélőket is alkalmaznak. Az előbbiek közül az öntöttvas bordáscsöves, a lemezcsatornás és a simacsöves kialakítások említése indokolt. A elületi hőcserélők minden esetben keresztáramlásúak. 17

222 Az öntöttvas bordáscsöves léhevítők (.168. ábra) kívül-belül bordázott, 1-3 m hosszúsáú, tömítés közbeiktatásával szorosan eymás mellé helyezett öntöttvas elemekből kerülnek összeállításra. Közvetlenül a alazatra (azon keresztül a kazán állványzatra) támaszkodnak. A bordák a leveő, illetve a üstáz áramlási irányával párhuzamosak. A üstáz- és leveőoldali keresztmetszetek a várható téroatarányoknak elelnek me. A meelelő áramlási sebesséeket a párhuzamosan kapcsolt elemek számának meválasztásával állítják be. Az öntöttvas jó hő-, reve- és korrózióállósáa széleskörű alkalmazhatósáot tesz lehetővé. Füstáz Füstáz Lemezcsatornák Leveő a) Lemezcsatornás léhevítő elem b) Lemezcsatornákból összeállított léhevítő.169. ábra Lemezcsatornás léhevítő Lemezcsatornás léhevítőknél (.169. ábra) a csatornákat meelelően hajlított összeheesztett, ~-3 mm vasta acéllemezekből állítják össze. A lemezek eymáshoz viszonyított meelelő távolsáát távtartókkal, az elemek éleinek hajlításával biztosítják. A csatornák szélessée üstázoldalon 0-40, leveőoldalon 15-0 mm. Az ábrán leelé történő üstázáramlást vázoltunk, azonban az áramlási irány a csatornák eloratásával szabadon meválasztható (pl.: vízszintes üstázáramlás, üőlees leveőáramlás). A hazai yakorlatban a meoldásra a lemeztáskás elnevezést is használják, miután a ormázott lemezekből összeállított eyedi elemek táska ormájúak. A űtött csatornák összekötése, az öntöttvas bordáscsöves léhevítőkhöz hasonlóan, a űtött téren kívül elhelyezett leveőcsatornákkal történik. A lemezcsatornás alapelven működő léhevítők összeállítása meelelően kialakított, elváltva eymásnak ordított öntöttvas elemekből is történhet. Ezt a meoldást, amelynél az öntöttvas elemeket a várható áramlási iránnyal párhuzamosan mindkét oldalukon ellátták bordákkal is Kablitz típusú léhevítőnek nevezik. Az acéllemezből készült meoldáshoz viszonyítva ez hő-, korrózió- és erózióállósá szempontjából előnyös tulajdonsáokkal rendelkezik, uyanakkor tömee többszöröse az acéllemezes kialakításénak, ami a lassú elmeleedés miatt különösen a berendezések indításakor hátrányos. Füstáz Füstáz Leveő Leveő a) b) 18

223 .170. ábra Simacsöves léhevítő A simacsöves léhevítők (.170. ábra) mm átmérőjű -1 m hosszú, a várható kopás, korrózió iyelembevételével meállapított minimális alvastasáú, eyenes acélcsövekből készülnek. A yakorlatban az ábrán vázolt mindkét meoldást a üstázok csövekben (a) részlet), illetve csövekre merőlees (b) részlet) vezetését is alkalmazzák. Adott esetben a várható kopás iyelembevételével kell dönteni. Az áramlási keresztmetszeteket a téroatarányoknak meelelően kell meválasztani. Miután a lehideebb zónában korrózióra is lehet számítani, a elületet célszerű szektorokra elosztani, lehetővé téve az esetlees yakoribb cserét. Az előbbi meoldások közül a lekisebb helyiényt a simacsöves meoldás iényli. E mellett további előnye, hoy meelelő kivitelezés esetén a leveő és a üstázoldal közötti nay nyomáskülönbsé esetén is minimális a hamisleveő betörés és emiatt a hatásokromlás. Alakított (pl.: ip tube ) csövek alkalmazásával [.118] további jelentős méret és súlycsökkenés érhető el. Meemlítendők a korrózió és kopásálló kerámia, továbbá kvarc, illetve bórszilikát üvecsövek is, amelyekkel lényeesen kisebb távozó üstázhőmérsékletek is elérhetők. Ezek azonban hátrányaik (pl.: szerelhetősé, rossz hővezető képessé) miatt a kazántechnikában nem terjedtek el. Reeneratív (ljunström) léhevítő: A hayományos ljunström léhevítőknél a üstáz zónában a üstáz a hőt a hőcserélő lassan (1-5 körülordulás/min) oró tömeének adja át, amely a leveő zónában a leveőnek adja tovább. Ezután a hőtároló töme visszakerül a üstáz zónába. A hőleadás és hőelvétel mindkét zónában konvekcióval történik. A hőtároló töme (.171. ábra), kazánoknál alkalmazott léhevítőknél, a üstáz és a leveő által könnyen átjárható acéllemez (esetle kerámia) kazettákból készül. A ljunström léhevítő minden kazántípushoz, kazánteljesítményhez (a lenayobb teljesítményeknél párhuzamosan kapcsolt eyséekkel) alkalmazható, helyiénye a elületi hőcserélőkhöz viszonyítva lényeesen kisebb. Ey adott eladatra történő kiválasztása a yártók típusméret sorából (mintey 50 méret a 1,3-0, m orórész átmérő tartományban) a maassá 5.6 ejezetben ismertetett optimalizálásával történik. A orás közben a hőelvétel (az első zónában) és a hőleadás (a második zónában) eyidejűle játszódik le. A kazetták periodikusan, ordulatonként, a üstáz által űtött zónában elmeleszenek, a leveő által hűtött zónában lehűlnek. A két zónát a közecsere meakadályozására a orórész alatt, elett és a kerület mentén tömítés választja el eymástól. A orórészen a üstáz és leveő ellenáramban halad át. Íy a hőtároló áramlási irányra merőlees réteeiben különböző hőmérséklet leutás és átlahőmérséklet alakul ki. 19

224 Felületi hőmérséklet Füstáz Forórész Tömítés Csapáyazás Leveő Kazetták.171. ábra Ljunström (reeneratív) léhevítő [.119] Hőmérsékletinadozás, javasolt émhőmérséklet: A hőtároló lemezekben lejátszódó periodikus elmeleedés és lehűlés során, mint azt a.17. ábra mutatja, a lealsóbb réteekben, a lemezek a leveő zónában a savharmatpont alá hűlnek. A üstázzónába átordulva, a hide lemezen azonnal mekezdődik a savkondenzáció. Majd továbbordulva, a elmeleedés hatására a lemez kiszárad. Ennek ellenére a nem saválló anyaok korrózióját nem lehet kizárni. Az ábrából az is meiyelhető, hoy a korróziósebessé maximuma a kondenzáció kezdetéhez tartozó hőmérsékletnél jóval (akár 0-40 C-al [.11]) alacsonyabb hőmérséklet értéknél van. Füstáz Korróziós maximum Savkondenzáció kezdete λ>>>1 λ>>1 λ>1 t s Kondenzáció t l max Közepes lemez hőmérséklet (t l átl ) Korróziós tartomány t l min Vízőz kondenzáció kezdete Ey körülordulás Leveő t l átl >t s Korróziós sebessé.17. ábra Hőmérséklet-változás a ljunström hőcserélő lemezeken Az alacsony alhőmérséklet a elületi hőcserélőknél tartósan is ennállhat, íy ezeknél a korrózió veszélye nayobb lehet. Ezért a károsodás eloadható mértéken tartására, az eyes, szokásos tüzelőanyaokra a minimális távozó üstázhőmérsékletek mellett, minimális émhőmérséklet értékek iyelembevételét is javasolják []. A javasolt értékek: Ljunström léhevítőnél széntüzelésre (3% kéntartalom alatt) C, űtőolajra (1% kéntartalom alatt) és öldázra 95 C. Felületi hőcserélőknél szénportüzelésre (3% kéntartalom alatt) C, rostélytüzelésre (3% kéntartalom alatt) C, (0-1% kéntartalom között) C (közel lineárisan nő a kéntartalom loaritmusa üvényében), olajtüzelésre (1% kéntartalomi) 115 C. Kialakítások: A ljunström léhevítő hayományos, üőlees tenelyű orórésszel kivitelezett meoldása mellett eyes yártók célszerűséi, illetve 0

225 szabadalmi okokból más változatokat is készítenek. Ezek közül a vízszintes, oró tenelyű kialakítást, illetve a üőlees átáramlású, álló hőtároló tömeű meoldást kell meemlíteni. Előbbi yakorlatila a hayományos kialakítás 90 okkal eloratott változata. Előnye a leveő- és üstjáratok iránytörések nélküli kedvezőbb kialakítása, illetve a lényeesen kisebb helyiény. A másik (a yártó cé neve alapján úynevezett Rothemühle) meoldásnál a hőtároló töme helyett, a tenelyszimmetrikusan elhelyezett csatlakozó csonkok, valamint a üstáz és leveő szektorokat elválasztó tömítések oronak. Az eyes meoldások között további eltérés jelentkezik a ház és orórész alakváltozásában, a oratás eneriaiényében, leveőátszökésben, a kilépő hőmérsékletek eyenletesséében: A hayományos kialakításnál a.17. ábrán bemutatott hőmérsékletproilból adódóan, eyrészt a ház a kerület mentén eyenlőtlenül meleszik el, másrészt a orórész alakja a kerületmenti periodikus hőmérséklet-változásból adódóan olyamatosan változik. Íy, jóllehet a tömítések mindi uyanabban a hőmérsékletzónában helyezkednek el, az állandó orórész alakváltozás miatt a tömítés minősée is változhat. A orórész oratásának teljesítményiénye nayobb eyséeknél elérheti a 10 kw-ot is. Miután a lenayobb eyséek tömee tonna, a csapáyazással szemben különlees iények jelentkeznek. A leveőátszökés, melyet részletesen a 6.. ejezetben ismertetünk, kisebb részt a oró rotorban áthordott közeből (azonos téroatú üstázzal a leveő is szennyeződik), nayobb részt a nayobb nyomású leveőoldalról a tömítések mentén a üstázoldalra történő szivárásból adódik. Ennek hatására a léelesletényező akár 5%-al is növekedhet. Ezt nayobb eyséeknél üstázzsilippel kísérlik me csökkenteni. A üstázzsilip lényee, hoy a üstázszektor belépő oldaláról, közvetlenül a tömítés mellől, a lehideebb réte elől ventillátorral elszívják a közeet (döntően a leveőoldalról átáramlott leveőt) és a üstázszektor kilépő oldalára a tömítés elé a leveőénél nayobb nyomással visszavezetik. Íy a leveőoldalról a üstázszektor belépő oldalára beszivárott leveő a kilépő oldalon a nayobb helyi nyomás hatására részben visszaáramlik a leveőoldalra. Miután, mint azt a.17. ábra is mutatja, a üstáz és a leveő eltérő hőmérsékletű hőtároló elemmel találkozik, a lehűlés és a elmeleedés az eyes szektorokban nem lesz azonos. A helyi kilépő üstázhőmérséklet a orórész leveőoldalról történt belépését követően lesz a lealacsonyabb, és a leveőoldalra történő visszalépést meelőzően a lenayobb. A leveőoldalon ordított kilépő leveő hőmérsékletproil adódik: a helyi leveőhőmérséklet a orórész üstázoldalról történt belépését követően lesz a lenayobb és a üstázoldalra történő visszalépést meelőzően a lekisebb. Az álló hőtároló tömeel, oró csatlakozó csonkokkal kivitelezett meoldás esetén a ház hőmérséklete eyenletesebb marad, íy alakváltozása csökken. A oró csatlakozó csonkok tömítése mind a kerület, mind a homlok és hátelületek mentén rualmas kialakítású, ezek miatt kisebb átszivárás várható. A oró töme lényeesen kisebb, a csatlakozó csonkok ordulatszáma csak 0,6-1 körülordulás/min, íy kisebb hajtóteljesítményre van szüksé. E meoldásnál is érvényesek a hőmérsékletek kerület menti alakulására a hayományos berendezésnél leírtak azzal, hoy a csatlakozó 1

226 csonkokban ey olyamatos átkeveredés valósul me, amit a csonkok orása (a közeek mindi a kerület más pontjára kerülnek bevezetésre) is előseít. A leveőátszökés minimalizálására, a tömítések kialakítására, beállítására, rendszeres utánállítására nay ondot kell ordítani. A tömítéseket úy kell ráeszíteni, nayobb berendezéseknél üzem közben olyamatosan utánállítani, hoy a tömítés eloadható mértékű kopás mellett is meelelő leyen. Erre a célra állandó terhelésű mechanizmusokat [.119], vay elektronikus hézaállítókat [1] is alkalmaznak. Kettős léhevítő: A Ljunstrőm léhevítők meelelő leveőoldali kialakításával eltérő hőmérsékletű leveőáramok is előállíthatók. Ilyen kialakításra elsősorban kőszéntüzelésű berendezéseknél, a szén őrlőmalombeli szárításához szüksées, meleebb leveő előállítására van szüksé. A szárításhoz és a tüzeléshez mekívánt leveőhőmérsékletet a orórész meelelő szakaszolásával, külön leveőcsatornák kialakításával, a leveőáramok meelelő meválasztásával állítják be. Különéle yakorlati kialakításokat a [.167] irodalom ismertet. Lemeztípusok: A kazetták anyaa szempontjából a nayobb hőmérsékletű réteekben (a hőtároló töme első részén) általában a hőállósá, a lekisebb hőmérsékletű réteekben (a hőtároló töme alsó részén) a korrózióállósá a leontosabb. E miatt a hőtároló tömeet mint azt a.171. ábra jobb oldala mutatja maassái irányban 3-4 rétere osztják. A réteekben eltérő anyaminőséet, kazettakialakítást alkalmaznak. Az iényeknek meelelően a kazetták közönsées vay rozsdamentes acélból, a lealacsonyabb hőmérsékletű réteekben zománcozott kivitelben, esetle kerámiából készülnek. Az acéllemezeket a rezések minimalizálására és a hőátadás javítására (turbulencia növelésére) hullámosra, oazottra henerlik. A hullámok, oak maassáa adja a csatornaméretet. a) Foazott lemez (N, notched, NC, notched cross) b) Redőzött lemez (C, corruated HB herrinbone) c) Síklemez (P, plain, F, lat ) d) Foazott, hullámosított lemez (D, duble UN, undulated notched)) 30 e) Hullámosított lemez (U, undulated).173. ábra Hőcserélő típuslemezek NP UNF NU DU CU CF CHB FNC.174. ábra Ljunström hőcserélő lemezpárosítások

227 A szokásos lemeztípusokat a.173. ábra mutatja. Az ábrán az anol elnevezéseket, betűjelöléseket is eltüntettük. A HB betűjel a mintey 90 okkal eltérő szöel elváltva redőzött, az NC az áramlási irányhoz viszonyítva mintey 0 okkal oazott lemeztípust jelöli. A kazettákat az előbbi elemek váltakozva történő elhelyezésével töltik me. A szokásos párosításokat a.174. ábrán vázoltuk. Gyakorlatban, meleebb réteekben a ~0,5-0,75 mm-es lemezekből álló DU, CU, illetve FNC, a lehideebb réteekben (vastaabb ~1-1, mm-es lemezekből) az NP párosításokat alkalmazzák leyakrabban [.10]. A DU, CU lemezpárosítások teljes maassáa (osztástávolsáa) mintey 1-13 mm, az NP párosításé, a lemezvastasától is üően, ~9-13 mm. A keramikus kazetták csatornái általában szabályos néyszö keresztmetszetűek. Minimális émhőmérséklet biztosítása: A korrózió minimalizálása érdekében javasolt előbbi émhőmérsékletek betartásához iyelembe véve, hoy kazánok üzemeltetéséhez rendelkezésre álló leveő hőmérséklete széles határok között változhat általában kieészítő intézkedésekre, meoldásokra van szüksé: Kisebb berendezéseknél a nyomóventilátor a leveőt a kazánházból szívja, íy a kazán suárzási, vezetési vesztesée részben hasznosul, túlzottan alacsony hőmérsékletű leveő beszívására télen sem kerül sor. A leyakrabban a leveőhőmérséklet léhevítő előtti menövelését alkalmazzák. Ennek a yakorlatban két módja szokásos. A yakrabban alkalmazottnál őzzel űtött kaloriert építenek be. Ez, amennyiben a nyomóventilátor elé helyezik el, nemcsak a léhevítőt, hanem a ventilátorlapátokat is védi a korróziótól. Hátránya, hoy a léhevítő hőelvétele a kalorierben közölt hőmennyiséel kisebb, íy a hőoklépcső a kazánban kevésbé nő. Emiatt yakran csak indulásnál, részterhelésen, vay nayon alacsony környezeti hőmérsékletnél üzemeltetik. A másik meoldásnál a léhevítőből kilépő mele leveőből kevernek vissza a ventilátor szívócsonkjához (8.5. ábra). Ez is védi a ventilátort, uyanakkor nayobb ventilátorra, hőcserélőre van szüksé. Kisebb léhevítőknél a leveő ey részével mekerülik a léhevítőt. Íy a kisebb leveőoldali hőátadási tényező és a leveő yorsabb elmeleedése következtében a émhőmérséklet közelebb lesz a üstázoldali közehőmérséklethez. A mekerülő mennyisé a kazánteljesítmény üvényében változhat. Uyanolyan leveőoldali átlaos véhőmérséklet eléréséhez, a kisebb hőoklépcső következtében, nayobb hőcserélő elületre van szüksé, mint mekerülés nélkül. A minimális émhőmérséklet alá hülés meelőzésének biztos meoldása, amikor a több okozatú léhevítőnél a lehideebb leveőt a középső okozatba vezetik be, íy a lehideebb üstázzal érintkező okozatba már előmeleített leveő áramlik és ennek következtében a alhőmérséklet sehol sem lesz az elvárt érték alatt. A helyzetet tovább javíthatja, mé nayobb émhőmérsékletet eredményezhet, ha a belépő és a lehideebb üstázzal űtött okozat eyenáramú kapcsolású. A kisebb hőoklépcsők miatt ez esetben is nayobb űtőelület beépítésére van szüksé. Összeolalóan meállapítható, hoy az elvárt minimális émhőmérséklet betartható, ez azonban a léhevítő méretének, íy költséeinek növelésével jár eyütt. 3

228 Elrakódás, tűzveszély: A sűrűn elhelyezett lemezek hajlamosak az elrakódásra. Ez csökkenti a hőközlő tömeet, elületet, növeli az ellenállást. Szénhidroén tüzelésnél a lemezek közé lerakódó korom tűzveszélyes is lehet. Emiatt a léhevítőket indokolt ellátni üzem közben is működtethető koromúvókkal. Ennek hiányában a berendezés leállított helyzetében (az iényektől üően kis vay nay akár 350 bar nyomású vízzel) történő mosás is szóba jön. A mosásnál különös tekintettel kell lenni a lemezek esetlees alakváltozásának, törésének meelőzésére. Tűz keletkezésére elsősorban indítás alatt vay azt követően lehet számítani, amikor a hideebb tűztérben nayobb mennyiséű, a hide léhevítő lemezekre rátapadó korom, koksz szemcse keletkezhet. Meelőzésre a léhevítő indítás alatti rendszeres koromúvatásával, mosásával van lehetősé. A tűz keletkezése az erre a célra beépített termoelemek, üstázösszetétel érzékelők által jelzett értékek alapján érzékelhető. Kiindulási pontja rendszerint a hőátadó elületek hideebb oldalán van. Bekövetkezésekor a kazánt, leveő nyomóventilátort azonnal le kell állítani, a orásban hayott orórészre a mosóberendezésen keresztül a lehető letöbb vizet kell juttatni. A léhevítő mosásból, esetlees tűzoltásból származó anyaok nehéz émeket, más veszélyes anyaokat tartalmazhatnak, ezért kezelésük során a vonatkozó előírásoknak meelelően, azok sziorú betartásával kell eljárni. Reeneratív hőcserélők kéntelenítőkhöz: A.167. ábrán bemutatott eladat ljunström típusú léhevítőkkel is mevalósítható, űtő közeként a kéntelenítő előtti, hűtő közeként a kéntelenítő utáni üstázt alkalmazva []. Ez esetben a lehűtés a hayományos léhevítő utáni hőmérsékletről mintey 90 C-ra történik, a visszameleítés pedi a kéntelenítő utáni ~45 C-ról C-ra. Miután a mele oldalon a üstáz a később leválasztandó savas veyületeket tartalmazza, a hőmérséklet harmatpont alatt van, erős korróziós veszéllyel, nedves lerakódásokkal kell számolni. Ilyen célra csak korrózióálló (rozsdamentes, zománcozott, más saválló bevonattal ellátott stb.) kivitelben épített, kettőzött tömítésekkel, mindkét oldalán koromúvókkal, álló helyzetben vízzel történő mosási lehetőséel, a szennyezett áz tisztított áz szektorokba történő esetlees szivárását kizáró szerkezeti meoldással kialakított berendezés lehet alkalmas..9. Határteljesítmény Az előzőekből látható, hoy a kazántechnika az utóbbi évtizedekben mind a őzparamétereket mind a kazánok teljesítményét és az ezek mevalósításához elhasznált szerkezeti anyaokat, technolóiai meoldásokat tekintve jelentősen ejlődött. A őbb méröldköveket a barnaszén-tüzelésű kazánokra a [.1] alapján a.175. ábrán külön is bemutatjuk. A paraméterek és az eysételjesítmény növelésének hajtóereje az erőművek versenyképesséének, környezeti jellemzőinek javítása. A ejlesztéseket lépésről lépésre, a korábbi berendezéseken szerzett tapasztalatok elhasználásával véezték [.13-15]. A paraméterek javítását az alkalmas szerkezeti anyaok ejlesztésének időiénye lassítja. A ejlesztés nemcsak a meelelő anyaösszetétel metalálását, hanem a kapcsolódó yártási, minőséellenőrzési, helyszíni szerelési, üzemeltetési eljárások ejlesztését, az alkalmazási tapasztalatok kiértékelését is jelenti. A olyamatban lévő ejlesztések alapján jelenle úy tűnik, hoy a ~700 C-os őzhőmérséklet jelentheti a mevalósítható határt. Ellentétes tendenciák is érvényesülnek. Mí Európában a 4

229 Kényszer átáramlás NO x szeény tüzelés, kéntelenítés Füstáz hulladékhő hasznosítás Előszárított linit hatások maximalizálását, ezzel a környezetszennyezés minimalizálást elsődlees szempontnak tartjuk, addi más réiókban az eyszerűbb, olcsóbb, jól bevált és ezért olcsóbb konstrukció élvez előnyt, a környezetszennyezés csökkentése kevésbé ontos szempont , ,4 35, , ,6 4,3 >43 >48 85/600/60 6/554/563 75/580/600 6/554/ /700/70 Kiadott teljesítmény MW >5 Nettó hatások % Gőz paraméterek bar/ C/ C 00/530/ /530/530 Körolyamat optimalizálása Szerkezeti anyaok ejlesztése Ni bázisú T91 Ausztenites anyaok X0 anyaok ábra Paraméterek és szerkezeti anyaok ejlődése [.1] A bekövetkezett ejlődést látva úy tűnt, hoy a kazánparaméterekkel ellentétben a kazánok teljesítménynövelésének a tűztér keresztmetszetek és maassá növelésével nincs határa. A ajlaos terhelések.. ejezetbeli képletei alapján belátható, hoy a kazán méretei (az arányok és a ajlaos elületi hőterhelés állandósáát eltételezve) a tűztérbe vezetett hőmennyisé néyzetyökével arányosak. Íy a tűztértéroat a tűztérbe vezetett hőmennyisé 3/-ik hatványával változik. Ebből következik, hoy a téroati hőterhelés a tüzelési teljesítmény -1/-ik hatványát követi. A keresztmetszeti hőterhelés nem változik. Miután a tüzelőanya éési időiénye a kazán teljesítménytől nem ü, (adott hőmérséklet mellett állandónak tekinthető) a lán a tűzteret a növekvő teljesítménnyel eyre kevésbé tölti ki. A tűztér elsősorban nem éési térként, hanem hőelvevő elületként unkcionál. Emiatt a yakorlatban az arányok állandósáa nem tartható (.75. ábra), továbbá a tűztérméretek, ajlaos terhelések elvételénél eyéb elsősorban a keveredéssel, lánok kialakulásával, primer NO x csökkentéssel kapcsolatos szempontokat is iyelembe kell venni..17. táblázat [.56] Olajtüzelés Kőszéntüzelés Barnaszéntüzelés Határoló elületek 1 1,8,07 Konvektív űtőelületek 1 1,17,4 Összes űtőelület 1 1,9, táblázat [.56] 300 MW 600 MW 100 MW 400 MW Tűztér szélessée (m) 1,48 17,8 3,04 30,7 Tűztér maassáa (m) ~5 ~68 ~100 ~150 Kazán maassáa (m) Állványzat maassáa (m)

230 .19. táblázat [.56] 300 MW 600 MW 100 MW 400 MW Tűztér szélessée (m) 15, 0 7, 36,8 Tűztér maassáa (m) ~45 ~68 ~96 ~133 Kazán maassáa (m) Állványzat maassáa (m) Az eysételjesítmény növelésének lehetőséét különéle tüzelőanyaokra, a működő, MW villamos teljesítményű, toronykazánokkal épített berendezések méreteinek általánosításával vizsálták [.56]. A vizsálatok mé az első olajválsá (1978) előtt készültek, íy az összehasonlításoknál az olajtüzelésű berendezések is szerepelnek. Az eredményekből három adatsort ismertetünk: a űtőelületek arányait (.17. táblázat), amely az eyes tüzelőanyaokkal épített berendezések tömeének, íy költséeinek összehasonlítására adhat támpontot, a kőszéntüzelésű kazánok őbb méreteit (.18. táblázat) és a linittüzelésű kazánok őbb méreteit (.19. táblázat). A teljesítménynövelés a méretnövekedés mellett konstrukciós változást is eredményezne. Mintey 100 MW teljesítmény elett a tűztér a hayományos spirálcsövezés helyett üőlees csövezéssel készülhetne, a membránalakból történő kilépésnél a köze túlhevített lenne. A nay méretek, üőlees csövezés miatt ien nay áramlási és hőelvételi eltérések adódhatnának. A membránalakat, 1- m-enként szakaszolni kellene. A túlhevítőket is mintey 150 MW-onként párhuzamos áakra kellene osztani. A kazánok keresztmetszeti, tűztérmaassái méreteinek növelésével csökken a lán, illetve a üstáz áramlás rekvenciája, akár a kazán határoló elületeinek sajátrekvencia értékére (6.1. ejezet). Íy a kazán csőrendszere, bandázsszerkezete könnyen lenésbe jöhetne, ami nayon rövid időn belül mehibásodásokra vezethetne. A lenayobb ondot azonban a növekvő maassáal növekvő terhelés és a meépíthetősé jelenti. Mint az előzőekben utaltunk rá a modern kazánok üesztett határoló alakkal készülnek. A határoló elületek tartják a bandázsszerkezetet és az eyéb ráüesztett szerkezeti elemeket (túlhevítő és más kamrák, koromúvók, éők, stb.), továbbá a tűztértölcsérbe lehulló salakot is. A leelső keresztmetszetet terhelő töme a több ezer tonnát is mehaladhatja. Olyan csőkeresztmetszetet kellene választani, amely ezt, a tűztéri salakmennyisé és a csövekben a terhelés üvényében kialakuló őz-víz arány üvényében változó terhelést a kazán teljes élettartama alatt üzembiztosan elviseli. A terhelés mé akkor is jelentős, ha a kazán maassáa mentén több síkban (például tölcsér teteje, éők első síkja, tűztér vée) a terhelések ey részét elmozduló teherátadó elemekkel kivezetik a kazán állványzatba. A méretekkel növekszenek a yártási, kivitelezési költséek, íy elveszhet a nayobb blokknaysából adódó előny. Meépíthetősé szempontjából a kivitelezésnél alkalmazható daruk emelőmaassáa, teherbírása (például: Mammoth, 04 m émmaassá, 1600 t teherbírás) is korlátot jelent. Ebből következik, hoy a kazánok eysételjesítményének további növelése nem várható. Jelenle kőszéntüzelésű kazánoknál ~800 MW, barnaszén-tüzelésű kazánoknál MW jelenti az optimális teljesítménynaysáot. 6

231 .3. Hőhasznosító kazánok Elméletile minden környezetinél nayobb hőmérséklettel működő olyamat, berendezés esetén lehetsées hő hasznosítás, miután a technolóiai olyamat véén (esetenként közben is) a olyamatban már nem hasznosítható eneria áll rendelkezésre, vay maa a olyamat iényel közbenső hőelvonást. A hasznosítás módja (őzkazán, melevíz kazán, vízmeleítő, léűtés, stb.) a hőt hordozó közetől, a hulladékhő mennyiséétől, rendelkezésre állásának olyamatossáától, hőmérsékletétől ü. Gyakorlati alkalmazásának előeltétele, hoy a hőhasznosító berendezés alkalmazása a hőoyasztó költséeit a beruházási, üzemeltetési költséek iyelembevételével is csökkentse. A hőhasznosító berendezéseken belül külön kateóriát képviselnek a hőhasznosító őzkazánok, amelyek deiníció szerint eredetile nem őzejlesztési céllal előállított, alkalmas hőmérsékletű, hulladék hőmennyisé hasznosítására szolálnak. Hőorrásként számtalan ipari olyamat (például acélyártó konverterek, pörkölő, üveolvasztó, krakkoló, pirolízis stb. kemencék) jöhet szóba. Ezekhez speciális kazánokat ejlesztettek ki, mintey külön ipará jött létre az alkalmas berendezések yártására. Jelen könyvben csak a hayományos kazánokkal azonos eladatok ellátására alkalmas, nayobb számban alkalmazott berendezéseket táryaljuk..31. Gázturbina utáni hőhasznosító kazánok A hőhasznosító kazánok lejelentősebb alkalmazása a ázturbinákból kilépő üstázok hőjének hasznosítására, úynevezett kombinált (áz-őz) ciklusú körolyamatok mevalósítására szolál. Az ilyen kazánok kialakítását alapvetően mehatározza a hőhasznosítás célja. Lenayobb számban villamoseneriatermelés céljából létesítenek kombinált olyamatokat. Ezen belül is különbséet lehet tenni a rendelkezésre álló ázturbina kilépő hőjének lenayobb hatékonysáú hasznosítására kiejlesztett alkalmazások és a melévő erőmű őzparamétereihez illeszkedő alkalmazások között. Az előbbiek rendszerint többnyomású körolyamathoz optimalizált, többnyomású kazánokat iényelnek, mí az utóbbiaknál általában ey nyomású, esetenként a mecsapolásos tápvízelőmeleítőket is kiváltó kazánokat alkalmaznak. További eltérést eredményezhet, hoy a kívánt őzparaméterek, teljesítmény a hulladék hővel önmaában biztosíthatók-e, vay szüksé van póttüzelésre. Általánossában elmondható, hoy a ázturbinák belépő hőmérsékletének növelésével a póttüzelés iránti iény erőműi alkalmazások esetén csökkent. Ipari alkalmazásoknál uyanakkor a őziény ázturbina kiesés esetén történő meszakításmentes biztosítására, külön kialakított tűztérbe beépített, rissleveős tüzelőberendezések létesítésére is sor kerülhet. A hasznosítható hőmennyisé a ázturbinából kilépő üstázmennyisétől, ennek hőmérsékletétől és a üstázösszetételt iyelembe véve meenedett lehűtési hőmérséklettől ü. A könyv összeállítása idején a kombinált áz-őz körolyamatoknál alkalmazott ázturbinák kilépő hőmérséklete ~ C körül van, a hőhasznosító berendezés után a tüzelőanya kéntartalmától üően C kilépő hőmérséklet szokásos. A minimális érték kénmentes öldáz tüzelőanya esetén 75 C. A őz, és ezzel a kombinált körolyamat hatásoka szempontjából hőhasznosító kazánoknál is minél nayobb nyomásra, hőmérsékletre kell törekedni. A berendezés költséei szempontjából a minél kisebb, minél olcsóbb anyaból 7

232 Hőmérséklet készíthető űtőelület jelenik me iényként. A két, ellentétes elvárás a üstáz és a munkaköze közötti hőmérséklet különbsé optimalizálását iényli. Jellemző hőmérséklet különbséek: A kazánban kialakuló hőmérséklet különbséek közül kiemelt jelentősée van az előzölötető elület utáni üstázhőmérséklet és a telítési hőmérséklet különbséének, amelyet az anol elnevezés után a yakorlatban pinch point -nak (.176. ábra) nevezünk. Mennél kisebb ennek értéke, annál nayobb nyomást lehet elérni, de csak nayobb űtőelület, dráább berendezés rovására. Optimális értéke a körolyamat hatásoka, az értékesített villamos eneria ára, mennyisée és a beruházási, valamint tőke költséek iyelembevételével számítható [.18], íy a várható piaci viszonyoknak is üvénye. Szokásos értéke C, de kivételes esetekben 6 C hőmérsékletkülönbséet is alkalmaznak. A pinch point naysáának hatását ey 5 MW teljesítményű ázturbina után kapcsolt 40 bar nyomású, 350 C rissőz hőmérsékletű hőhasznosító kazánra a [.131] irodalom alapján a ábra mutatja (a 100% értékek a 8 C tervezési hőmérséklet-különbsének elelnek me). Látható, hoy a termelt őzmennyisé a hőmérséklet-különbséel arányosan változik (a üstáz állandó nyomáson számított ajhőjének változásától eltekintve), a űtőelület naysáának változása az 1/x üvény változását követi (a elület számítására szoláló képletben a loaritmikus hőmérséklet-különbsé a nevezőben van). A költséek változása a elület méretének változásánál lényeesen kisebb, miután a kazán yártásához elhasznált anyaok, yártás mennyisée csak részben ü a űtőelület naysáától. Füstáz belépő hőmérséklet TH meközelítés Pinch point hőmérséklet különbsé Ekó meközelítés Füstáz kilépő hőmérséklet Túlhevítő Előzölötető Tápvíz előmeleítő Tápvíz belépő hőmérséklet Hőleadás, hőelvétel.176. ábra Hőhasznosító kazán hőmérséklet leutása [] A pinch point mellett további két jellemző hőmérséklet különbséet is mekülönböztetünk []: mennyire közelíti me a rissőz hőmérséklete a üstáz belépő hőmérsékletét (túlhevítő (TH) meközelítés, nemzetközi yakorlatban superheater approach), illetve a tápvíz előmeleítő utáni közehőmérséklet a telítési hőmérsékletet (tápvíz előmeleítő meközelítés, economizer approach). Előbbi jelentősée erőművi berendezéseknél a hőhasznosító kazánok belépő üstáz hőmérsékletének növekedésével csökkent, (értéke jelenle 40 C), kisebb berendezéseknél 0-30 C a szokásos érték. Az ekó meközelítés a tápvíz előmeleítőbeli előzölés veszélyének meítélése szempontjából ontos. Uyanis a ázturbina utáni hőhasznosító kazánok jelentős részénél nem tartják be a.7. szakaszban kiemelt szabályt, a víz a csövekben nem elelé (az esetleesen keletkező őzbuborékok távozását előseítve), hanem leelé áramlik, íy 8

233 Arány (%) mindenképpen el kell kerülni a őzejlődést. Erre tekintettel az ekó hőmérsékletkülönbsé értékére 6-15 C szokásos. Esetenként, a kényszerátáramlású naynyomású okozatok tápvíz előmeleítőinél, értékét 0-ra csökkentik [1] Fűtőelület naysáa Költséek Gőzmennyisé Előzölötető hőmérséklet különbsé ( C).177. ábra Nyomásváltozás hatása a hőmérséklet leutásra [.131] Hőmérle: A.176. ábra a hőhasznosító kazánokban lejátszódó hőmérsékletváltozások jellemző ábrázolási módját: a üstázoldali hőmérséklet-változásból a üstáz ajhőjének és tömeáramának elhasználásával kiszámított hőleadás üvényében, a üstáz és vízoldali hőmérsékletek változását mutatja. Miután a üstáz hőleadása a kazán határoló alain jelentkező hővesztesétől eltekintve azonos a vízoldali hőelvétellel, a üstáz és vízoldali hőmennyiséek és ezzel a hőmérsékletek között eyértelmű kapcsolat van. Ey adott ázturbinából kilépő üstáz tömeáram, hőhasznosító kazánból kilépő üstáz hőmérséklet, rissőz paraméterek és őznyomás esetén a maximálisan előállítható őztömeáram a hővesztesé, és túlhevítési hőmérséklet szabályozását szoláló, esetlees tápvíz beecskendezés elhanyaolásával a következő hőmérleből számítható ki: ' m c ( t T ) m ( h h ).161 p ahol m ázturbinából kilépő üstáz tömeárama [k/s], c üstáz közepes ajhője [kj/(kk)], p be t s T pp be ázturbinából kilépő üstáz hőmérséklete [ C], s előzölötető nyomáshoz tartozó telítési hőmérséklet [ C], telítési hőmérséklet különbsé, (pinch point) [ C], m maximális őztömeáram [k/s], h rissőz (ajlaos) entalpiája [kj/k], pp ' h telített (az ekó hőmérséklet-különbsé iyelembevételével, aláhűtött) olyadékentalpia [kj/k]. A hőmérleet a hőhasznosító kazán eyéb űtőelületeire is az előbbiekkel azonos módon kell elírni. Az esetben, ha vízoldalon két, vay több különéle elület kerül párhuzamosan elhelyezésre, hőáramukat össze kell adni. A hőveszteséet a nayvonalú számításoknál a üstázoldalon leadott hőmennyisé 1%-ával lehet iyelembe venni. 9

234 Hőmérséklet ( C) Gőzparaméterek hatása, optimális elület elrendezés: A kilépő őzparaméterek a őzteljesítményre, vízoldali hőmérséklet leutásra és a távozó üstázhőmérsékletre is lényees hatást yakorolnak. Miután a ázturbinák utáni vízőz körolyamatoknál a mecsapolásos tápvíz előmeleítés a hőbevezetés átlahőmérsékletét csökkentheti [.18], a tápvíz előmeleítését és a áztalanító működéséhez szüksées őztermelést is a hőhasznosító kazánban indokolt meoldani, a tápvíz yakran kondenzátor (tápszivattyú) utáni hőmérsékleten (30-40 C) lép be a kazánba. Ennek ellenére, mint azt a.178. ábra mutatja, nayobb nyomások mellett ey nyomásokozatú kazánban a üstáz meenedett minimális hőmérsékletre történő lehűlését nem lehet meoldani. Az ábrán meiyelhető, hoy a nyomás meeleződése ellenére, azonos rissőz hőmérséklet esetén (a víz izikai jellemzőiből adódóan), a üstáz a 40 C belépő tápvíz hőmérséklet ellenére, ali hűthető le jobban a 80 bar, mint a 160 bar nyomású kazánban (a kilépő üstázhőmérséklet C körül van) bar 140 bar 15 bar 100 bar 80 bar Füstázhőmérséklet Hőteljesítmény (MW).178. ábra Nyomásváltozás hatása a hőmérséklet leutásra A kilépő üstázhőmérséklet csökkentésére és ezzel a hőhasznosítás javítására meoldást a kisebb rissőz őzhőmérséklet melletti nayobb őztermelés, és ebből adódó nayobb lehűlés vay több nyomás alkalmazása jelenthet. Utóbbi az első nyomásszint teljesítményét nem csökkenti, hiszen az eymást követő nyomásszinteken csak az előző okozatokban már nem hasznosítható üstázhő kinyerése történik. Ez nem teljesül olyan esetekben, amikor a második nyomásokozatban ejlesztett őzt keverik a ázturbinában már expandált őzzel és úynevezett túlhevítő okozatba vezetik, amely vay a lenayobb nyomású túlhevítő elé, vay azzal párhuzamosan kerül beépítésre. Az előzőekből meállapítható, hoy a ázturbina utáni hőhasznosító kazánok konstruktőrei kevésbé szabadok a hayományos kazánokhoz viszonyítva. Utóbbiaktól eltérően, hőhasznosító kazánoknál a elületek elrendezése, optimális közeparaméterek mehatározása is a rendelkezésre álló üstáz hőmérséklete, mennyisée, az alacsonyhőmérsékletű korrózió elkerülésére meenedett harmatpontja iyelembevételével, a őzkörolyamat maximális teljesítményére (ezzel a kombinált körolyamat maximális hatásokára) optimalizált számítások alapján történik. Íy a kazánkonstruktőr eladata az előírt paramétereket biztosító űtőelületek lekisebb költséel, elvárt üzembiztonsáal teljesítő méretezése, anyaválasztása és elrendezése. 30

235 Hőmérséklet ( C) Jelenle az erőművi célra ejlesztett, lejobb hatásokú kapcsolások három (nay, közép, kis) nyomásszintet tartalmaznak, de az irodalom néy nyomásszintről is említést tesz []. Ey háromnyomású berendezés [.139] hőmérséklet leutását a.179. ábra mutatja. A nyomásszintek az ábrázolt berendezésnél: 15, 53, 5,8 bar. A rissőz és újrahevített őz hőmérséklete ~535 C, az újrahevítés a naynyomású részkörolyamat átlaos hőbevezetési hőmérsékleténél a őzturbina naynyomású részéből kilépő és a középnyomású okozatban termelt telített őz összekeverésével kialakuló nayobb értékről indul. A naynyomású túlhevítő és az újrahevítő eymással párhuzamosan, azonos üstázhőmérséklet tartományba van beépítve. A naynyomású okozat tápvíz előmeleítője két szakaszra van osztva, közöttük helyezkedik el a középnyomású előzölötető, kisnyomású túlhevítő. A kisnyomású túlhevítő őzárama a őzturbina kisnyomású házba vezető átömlő vezetékébe kerül bekeverésre. A középnyomású okozat tápvíz előmeleítője a naynyomású tápvíz előmeleítő kisebb hőmérsékletszintre épített szakaszával párhuzamosan van beépítve. A következő űtőelület a kisnyomású előzölötető, amelynek vízpótlása áztalanító utáni hőmérsékletű tápvízzel történik. Ezt a áztalanító űtését, illetve a áztalanítóba vezetett tápvíz kellő előmeleítését szoláló űtőelületek követik. A leutolsó, tápvíz előmeleítő űtőelületek alhőmérsékletének a kondenzáció elkerülésre mé savas kémhatású őzöket nem tartalmazó üstázok esetén is, nayobbnak kell lenni a üstáz harmatpontjánál. Az eyes nyomásokozatokat általában külön tápszivattyúk táplálják Füstáz lehűlés Középnyomású túlhevítés, újrahevítés Naynyomású előzölötetés Naynyomású tápvíz előmeleítés Naynyomású túlhevítés Középnyomású előzölötetés Gáztalanító űtés Tápvíz előmeleítés 100 Kisnyomású túlhevítés Középnyomású tápvíz előmeleítés Hőteljesítmény (MW) Kisnyomású előzölötetés.179. ábra Háromnyomású hőhasznosító kazán hőmérséklet leutása [.139] A űtőelületek sorrendje, más korszerű hőhasznosító kazánoknál is közel azonos. Eltérést a rissőz és újrahevített őz túlhevítők hőmérséklet-szabályozási céllal történő több okozatra osztása, a túlhevítő, újrahevítő üstázoldali sorba kapcsolása, a áztalanító űtés, áztalanítót meelőző tápvíz előmeleítés eltérő meoldása jelenthet. Erre ey példát majd a.184. ábra kapcsán mutatunk be. Gázturbina utáni hőhasznosító kazánok elrendezése: Miután az alkalmazások eymáshoz nayon hasonlóak, uyanakkor a teljesítmények, paraméterelvárások lényeesen különbözhetnek, típuselemekből álló típusberendezések alakultak ki, amelyek építőkocka elv alapján állíthatók össze. A helyszíni lehetőséeket, konstrukciós előnyöket, hátrányokat, vevői iényeket, yártói szokásokat iyelembe véve alapvetően kétéle szerkezettípust alkalmaznak: a vízszintes, ekvő vay a üőlees, álló elrendezést (.180. ábra). 31

236 Az előbbinél a ázturbinából kiáramló üstázok vízszintesen áramlanak át a csökkenő hőmérséklet szerint elrendezett űtőelületeken, majd a külön alapozott kémény elé távoznak. Az előzölötető elületeken a űtött emelő és űtetlen ejtőcsövek alkalmazásával a kellő eodetikus maassából adódóan természetes cirkuláció alkalmazása szokásos. A űtőelületek az alsó irányelterelések, kamrák meelelő kialakításával az alapra erősített acélkeretre támaszkodhatnak, a kazándobok a nay átmérőjű ejtőcsövekre, vay az előzölötető csőkötere, külön állványzatra általában nincs szüksé. Esetenként a kazándobok és a kazán tetején elhelyezett áztalanító táptartály, kezelőjárdák alátámasztására méis alkalmaznak állványzatot. Tápvíz előmeleítő Túlhevítő Előzölötető Tápvíz előmeleítő Túlhevítő Előzölötető a) Vízszintes elrendezés b) Füőlees elrendezés.180. ábra Vízszintes, üőlees elrendezés A üőlees elrendezésnél a ázturbinából kilépő üstáz iránytöréssel lép a hőhasznosító kazánba, amelyen üőleesen elelé áramlik át. A űtőelületek az állványzatra támaszkodó, első szinten elhelyezett erendázatra vannak elüesztve, a kazándobok az állványzaton támaszkodnak. A kémény az állványzaton áll. Íy nay teherbírású állványzatra van szüksé. Az előzölötető csőrendszer meelelő kialakításával üőlees elrendezésnél is mevalósítható a természetes cirkuláció, az esetek többséében azonban kényszerített kerintetést alkalmaznak. Különleesséként me kell említeni, hoy a üstcsatornák meelelő vezetésével meoldható a hayományos kazánok második huzamában meszokott, a űtőelületek kialakítása szempontjából kedvezőbb, elülről leelé történő üstázáramlás [.19], illetve a kerintető szivattyúval biztosított cirkuláció helyett, az ekóból kilépő tápvízzel működtetett serkentett cirkulációt is alkalmaznak [.130]. A két elrendezést összehasonlítva az előbbi nay helyiényével szemben az utóbbi lényeesen kisebb helyiénye és nay állványzati költsée áll. Európában elsősorban a üőlees elrendezést alkalmazzák, de a yártók a vevők iényei alapján mindkét berendezéstípust építik. Fűtőelületek anyaa: A kis hőmérséklet-különbséek miatt a ázturbinák utáni hőhasznosító kazánoknál a elületek méretének csökkentésére bordázott csöveket alkalmaznak. Erre az is lehetőséet ad, hoy az eyéb kazánoknál az előzölötetők, túlhevítők környezetében jelentős lánsuárzás a ázturbinák utáni hőhasznosító kazánoknál hiányzik, a hőátadás, űtőelület hőmérséklete jól számítható, a elületek túlhőmérséklet miatti mehibásodásával nem kell számolni. A yártók nayon sokéle cső- és bordamérettel, osztással készítenek bordás csöveket. Hőhasznosító kazánokhoz 80, 100, 118, 150, 00, 50 db méterenkénti bordaszámmal, 5-5 mm bordamaassáal 1- mm bordavastasáal yártott bordázott csöveket ajánlanak. A választékból leinkább a 31,8, 38, 48,3, 51, 57 mm csőátmérő, 150, 00 db/m bordaszám, 15-0 mm bordamaassá, 1,3-1,5 mm 3

237 bordavastasá alkalmazása szokásos. A bordák a csőre a bordaszámnak meelelő menetemelkedéssel csavart, kívánt vastasáú és szélesséű olytonos, vay eyenletes távolsára beváott, esetle háromszöalakban kiváott, a macsőhöz olyamatosan heesztett acélszalaból készülnek. Előbbi olyamatos (sima), utóbbi úynevezett szementált bordázatot eredményez. Utóbbi hőátadási tényezője a nayobb turbulenciából adódóan mintey 5%-al jobb, uyanakkor nayobb áramlási veszteséet okoz. A csövek és a bordák anyaát az alkalmazási hőmérséklethez választják. Csőként a szokásos ötvözött, ötvözetlen acélminőséek kerülnek alkalmazásra. Bordaanyaként általában szénacélt (a reveállósái határi), kivételes esetben ötvözött acélt használnak. A hayományos kazánokhoz viszonyított kisebb nyomások miatt, hőhasznosító kazánoknál a csőanyaot általában nem a csőalban ébredő eszültsé-optimális alvastasá kapcsolatrendszer, hanem a szerkezeti anyara meenedett alkalmazási hőmérséklet határozza me [1]. A csövek alvastasáa 3 mm-nél nem lehet kisebb. A túlhevítők kilépő okozatainál a jelenlei nayobb hőmérséklet-különbséek sima csövek alkalmazását is lehetővé teszik. Póttüzelés esetén bordás csövet csak akkor célszerű alkalmazni, ha sima csöves űtőelületekkel a üstázt már annyira sikerült lehűteni, hoy a számított maximális bordahőmérséklet nem lesz nayobb 500 C-nál [.131]. Soros, sakktáblás csőelrendezés: Gázturbinák utáni hőhasznosító kazánoknál a csőelrendezést alapvetően a meenedhető nyomásvesztesé (~0-5 mbar, amelynek növelése csökkentheti a elületek méretét, ezzel a kazán költséeit [.134], de jelentősen csökkenti a ázturbina teljesítményét), illetve a üstáz lebeőanya tartalma határozza me. Konstrukciós szempontból célszerű minél sűrűbb, sakktáblás csőosztás alkalmazása, mivel ennél (mint részletesen az 5. ejezetben ismertetjük) nayobb a hőátadási tényező, másrészt uyanakkora téroatban nayobb űtőelület helyezhető el, iaz nayobb üstázoldali nyomásveszteséet eredményezve. Uyanakkor szennyezett üstáz (pl. esetlees koromtartalom) esetén az elrakódás meelőzésére soros csőosztást kell alkalmazni és a csőköteek közé meelelően elosztott koromúvókat is be kell építeni. A üstázoldali nyomásvesztesé minimalizálása is soros csőosztást tesz szükséessé. Ez estben növekszenek a kazán méretei, költsée. Íy azdasái számítással, a várható kihasználást is iyelembe véve kell eldönteni, hoy a többletteljesítmény meéri-e a többletköltséet. A méretnövekedés mellett soros csőosztásnál a rezésveszély is nayobb [.131]. Fűtőelületek merevítése, elüesztése: A üőlees elrendezésnél a csöveket -,5 m-enként, eyenletes távolsára elhelyezett, ~1 mm vasta acéllemezből készített csőtartó alak támasztják alá [.131], amelyek a csövek mehibásodása esetén azok cserélhetőséét is lehetővé teszik [1]. A csőtartó al hosszirányú elmozdulást meenedő méretű uratában eyidejűle több borda támaszkodik el, íy a bordák vay a cső esetlees mesérülésével nem kell számolni. Az elmozdulás lehetővé tételére a csőtartó al és csövek eltérő hőtáulása miatti beeszülés, ebből adódó esetlees deormáció meelőzésére van szüksé. A üstázjáratokat a csövek véén elhelyezett csőtartó alak (.181. ábra) határolják le. A vasta lemezből készített csőtartó alak nemcsak alátámasztják a csöveket, hanem a üstázhuzamot üőleesen elválasztott csatornákra is elosztják, merevítik a csőköteeket, íy 33

238 meváltoztatják a saját rekvenciát, csökkentve vay meakadályozva ezzel a csövek, határoló elületek rezését, az esetlees rezés miatti zajképződést. Gyártás, mebízhatósá szempontból az lekedvezőbb, ha a űtőelületeket minél hosszabb, varrat nélküli csőszakaszokból állítják össze. A csőyártók által szállított szokásos maximális csőhossz 15 m, de az irodalom 19-0 m űtött csőhosszúsáot is említ [1]. A nayobb csőhossz lehetővé teszi a űtőelületek szélesséének csökkentést, íy rövidebb kamrák (esetle kazándobok) adódnak, ami kisebb anyaelhasználást, yártási időiényt (pl.: kevesebb kamra bekötőcső varratot), ezzel költséet eredményezhet. A helyszíni szerelés időiényének, költséének minimalizálásra és az elvárt minősé biztosítására maximális yári előreszerelésre, blokkosított kialakításra kell törekedni. Ennek érdekében a űtőelületeket szállítható méretű, (max. 3,5 m szélesséű, -,5 m-nél nem maasabb, max. 100 t [1]) tömeű részeyséekbe kell elrendezni. Az eyes részeyséek csőtartóit az eymáshoz kapcsoláshoz, elüesztéshez, merevítéshez szüksées elemekkel is el kell látni. A (jelenle 9-10 m-t nem mehaladó) teljes kazánszélessé több, párhuzamosan elhelyezett blokkból alakítható ki ábra Csőtartó al [.17] A kazán összeállítása az állványzat elállításával, a üesztő erendázat elhelyezésével kezdődik. Erről emelő köteleket vay rudakat lelóatva először a leelső űtőelületet (a párhuzamos blokkokat eymás mellé helyezve) üesztik el, majd ezt meemelve, a csőtartó alelemeket az üzem közbeni eltérő hőtáulásból adódó eltérő méretváltozások követésére csuklósan, rudakkal összekapcsolva az alatta következőt. Az eyes blokkok a határoló elületeket, azok részelemeit is tartalmazhatják, íy a űtőelületek összeállításával eyidejűle a burkolat is összeállhat. Kamrák elrendezése: Az eyes blokkok a be- és elvezető kamrákat is tartalmazzák. Ezek kialakításánál, elrendezésénél is a minimális helyiényre kell törekedni. Füőlees elrendezésű kazánoknál szokásos néhány meoldást a.18. ábra mutat. A üstjáraton kívüli kamráknál (a) részlet) bal oldalon a szokásos túlhevítő, tápvíz előmeleítő kamrák, jobb oldalon az előzölötető kamra vázlata szerepel. A helyiény csökkentésére a hosszú csőkíyók helyett párhuzamosan kapcsolt csövek alkalmazhatók, a kamrák eltoltan helyezhetők el. A b) részleten vázolt, űtött térben történő elhelyezést a helytakarékossá mellett a hőeszültséek minimalizálása indokolja. A űtött téren kívüli kamráknál uyanis a kamrák elmeleítését a csövekből kilökődő, kiáramló köze vézi, íy a 34

239 ázturbináknál szokásos yors elűtés esetén ien nay hőeszültséek alakulhatnak ki, ezek elkerülésére az indítást esetenként le kell lassítani. A hőeszültséek csökkentésére részben meoldást jelenthet a jobb anyaminőséű, íy kisebb alvastasáú kamra, ez azonban a költséeket jelentősen növelheti. A űtött térben elhelyezett kamráknál a elmeleedés a külső űtés és a csövekből kiáramló köze hatására közel ey időben indul, íy a járulékos terhelések lényeesen kisebbek lehetnek. A kamrákat természetesen a üstázoldali hőmérsékletek, hőátadás iyelembevételével nayobb alhőmérsékletre kell méretezni, de a kis hőmérséklet-különbséek miatt ez nem eredményez lényeesen nayobb alvastasáot. a) Füstjáraton kívül elhelyezett kamrák b) Füstjáratban elhelyezett kamrák.18. ábra Kamrakialakítások vízszintes elrendezésnél A kazánok szélesséének csökkentése a kamrahosszak mentén kialakuló hőmérséklet eltérések minimalizálást is előseíti, uyanis a keskeny üstjáratokban, keresztirányban nem alakulhat ki nay hőmérséklet-különbsé, íy a űtött köze oldalon sem jelentkeznek nay eltérések (úynevezett pászmák). A üstáz áramlási irányában hayományos kazánoknál alkalmazott többször hajlított csövekből álló, hosszabb csőkíyók helyett a kétoldali kamrákhoz csatlakozó hajlítás nélküli, vay eyszer hajlított, párhuzamosan kapcsolt hosszú csövek előbb említett, helytakarékossáot célzó alkalmazása viszont a névlees eyen-, ellenáramot inkább keresztárammá változtatja, ami a elületek hatékonysáát ronthatja. Füőlees kazánszerkezet: Ey üőlees elrendezésű, ey nyomásokozatú hőhasznosító kazán vázlatát a.183. ábra mutatja. Az ábrán a kazán előtti szerkezeti elemeket (diúzor, esetlees by-pas kémény, stb.) nem tüntettük el. A ázturbinából a üstáz kör keresztmetszeten, a nay áramlási sebessé lelassítása, eközben a dinamikus nyomásváltozás statikus nyomássá alakítása érdekében diúzorba lép ki. (A kör keresztmetszet könnyen merevíthető, jól követi a ázturbina üzemi tulajdonsáaiból adódó yors hőmérséklet-változásokat.) Ezt by-pass (hőhasznosító kazánt mekerülő) kémény esetén ey keresztdarab követi, amelyből a üstáz a kémény előtti és a kazán előtt/utáni zsaluk ellentétes irányú működtetésével vay a kéménybe, vay a hőhasznosító kazánba kerül. A mekerülő kémény célja eredetile a ázturbina üzemeltetési lehetőséének biztosítása volt a rosszabb rendelkezésre állásúnak eltételezett őzturbinás körolyamat üzemzavara, vay hőt is szoláltató berendezéseknél a hőszoláltatási iény hiányának idejére. A yakorlati tapasztalatok alapján újabban erőművi berendezéseknél már nem építenek be mekerülő kéményt. A mekerülő kémény uyanakkor lehetőséet biztosít arra, hoy eyrészt kisebb teljesítményiények esetén a ázturbina önállóan, 35

240 őzkörolyamat nélkül, rosszabb hatásokkal üzemeljen, másrészt a ázturbina indításánál a mekerülő kémény előtti üstázzsalu okozatos zárásával (eyidejűle a kazán előtti/utáni zsalu okozatos nyitásával) a hőhasznosító kazán lassúbb elűtésére kerüljön sor. A kazán utáni zsalus záróelem abból a szempontból is ontos, hoy a kazán üzemszünete esetén meakadályozza az esetlees esővíz kazántérbe jutását, vay a kazán rövid, közbenső állásidő esetén történő lehűlését []. A hőhasznosító kazán a diúzorhoz, vay keresztdarabhoz a dilatációs hézaot lezáró, acélból készült, üstáztömör, rualmas kapcsolóelem közbeiktatásával csatlakozik. Az elem eladata, hoy a különéle üzemállapot változások közötti, eltérő hőtáulásból adódó elmozdulás különbséeket kieyenlítse. Dilatációs hézara, üstáztömör lezárásra a keresztdarab és a diúzor között is szüksé van. Tápvíz előmeleítő Előzölötető Túlhevítő 1 Túlhevítő.183. ábra Füőlees elrendezésű hőhasznosító kazán A kazán átmeneti idommal kezdődik, amely eyrészt a belépő keresztmetszet kazánkeresztmetszetre bővítésével lelassítja, másrészt irányeltereléssel vízszintes irányból üőleesre ordítja a üstázáramlást. Az ábrán nem tüntettük el, de a kazán elé hantompítót is be kell építeni, ennek elhelyezésére a ázturbinából való kilépés után a vízszintes csatornaszakaszba, kivételes esetben a űtőelületek elé a üőlees szakaszba kerül sor. Az átmeneti darab az előorduló hőmérsékletnek revésedés nélkül ellenálló (szüksé estén ausztenites [1]) acélból készül. A ázturbina kilépő nyomásának meelelő, 35 mbar-nál általában nem nayobb nyomásra kell méretezni, merevítése külső bordákkal (erendákkal) történik. A hővesztesé minimalizálására hőszietelt. A hőszietelést a nyomástartó burkolaton belül célszerű elhelyezni, károsodás ellen az adott hőmérsékletnek, a várható hőmérséklet-változási sebesséeknek, kopásnak ellenálló páncélzattal védeni. Mivel a külső bordázat a lemezből készült alnál lassabban meleszik el, ezért esetenként amennyiben ezt a hőmérsékletviszonyok meenedik belső merevítést is alkalmaznak [.131]. Az eyenletes üstázeloszlás biztosítására indokolt irányelterelők beépítése. Az átmeneti elem vízszintes szakaszának (enéklemezének) ey irányba lejtő, erde kialakítása a kazánban kondenzálódó, 36

241 csőmehibásodásnál kiolyó, vay más okból bekerülő víz biztonsáos elvezetését célozza. A vázolt kazán a hőmérséklet szabályozhatósáa érdekében két túlhevítő okozatot tartalmaz. A hőmérséklet szabályozása telített őz bekeverésével történne. A yakorlatban e mellett mind a kazánba bevezetett [.13], mind a már csaknem telítési hőmérsékletre elmeleített [.130] tápvíz beecskendezését alkalmazzák. Az Európában jelenle ali elképzelhető állandó terhelésre (zsinór üzemvitelre) tervezett kazánoknál a hőmérséklet-szabályozást elhayják, inkább a űtőelületet az esetlees túlhőmérsékletek, hőmérséklet eyenlőtlenséek iyelembevételével túlméretezik. A űtőelületek az eyenáramú kapcsolású előzölötetőt kivéve ellenáramú kapcsolásúak, bár a kevés csősor miatt mint arra már utaltunk a kapcsolás inkább keresztáramúnak tekintendő. Az ábrán természetes cirkulációt vázoltunk, de a üőlees elrendezésű kazánok többséénél kényszerített kerintetést alkalmaznak, a kerinési számot 4 értékre beállítva. Az ejtőcső aljára bevezetett, előmeleített tápvízzel serkentett cirkuláció [.130] kivételnek számít. Kényszerített átáramlás alkalmazása esetén az előzölötető elületek eyenáramú kapcsolása annyiban módosul, hoy a elületet két okozatra osztva, üstázirányban először az utóelőzölötető okozatot (vízoldalon valószínűsíthetően a ábrán vázolt hullámos, yűrűs áramlással), majd ezt követően a belépő okozatot (vízoldalon buborékos, duós, tömlős áramlással) helyezik el. A vázolt berendezésnél a elületeket a yártás során célszerűen három (túlhevítők, előzölötető, tápvíz előmeleítő) blokkba lehet összeállítani, yárban készre szerelni. A helyszínen ezek elemelése, eymásra üesztése, vélees maassára emelése történhet. A űtőelületeket határoló üőlees üstcsatornát áztömör kivitelben, bordákkal, rudakkal történő merevítésekkel, külső hőszieteléssel kell kialakítani. A üstcsatornát elül merevített, hőszietelt átmeneti idom zárja le, amely a kazán néyszöletes keresztmetszetéről a kémény méretének meelelő átmérőre szűkíti le az áramlást. A blokkokba történő összeállítás a üstcsatorna részelemeinél is metörténhet a yártás során, esetenként arra is mód van, hoy beemelésük a űtőelülettel eyütt történjen. A csőátvezetések rualmasan, uyancsak áztömör kivitelben készülnek. A teljes kazánszerkezet és a határoló csatorna is a első kereszterendázatra van elüesztve, íy hőmérsékletváltozás esetén üőlees irányban a csövek, kamrák, határoló csatorna azonosan táulnak, bennük járulékos hőeszültsé, átmeneti üzemállapotoktól eltekintve nem keletkezik. A vízszintes méretváltozás irányítására a elüesztő elemeket, csuklókat úy kell elhelyezni, hoy a kazán vízszintes hossztenelye lehetőle a ázturbina hossztenelyével azonos síkban maradjon. Arra is üyelni kell, hoy a beömlő csonki dilatációs hézanál jelentkező elmozdulások a rualmas záróelem meenedett működési tartományában maradjanak. Az ábrán el nem tüntetett kémény az állványzatra támaszkodik, az átmeneti idom kilépő csonkjához dilatációs hézaal, azt lezáró rualmas elemmel csatlakozik. Több nyomású kazán kialakítása: A yakorlatban, mint arra utaltunk általában több nyomású kazánokat építenek. Ey ilyen, üőlees elrendezésű kazán űtőelületeinek sorrendjét, kapcsolását a [.16] alapján a technolóiai őzáramok, őzvezetékek elhayásával a.184. ábra mutatja. A nyomásszintek: 96,5, 5,0 és 6,0 bar. Az előzölötetés mindhárom nyomásszinten kényszerített kerintetéssel történik. A rissőz és újrahevített őz hőmérséklete azonosan 510 C, a űtőelületek 37

242 három okozatra osztottak, a.179. ábrától eltérően nem párhuzamosan, hanem sorba kapcsoltak. (A párhuzamos kapcsolás a okozatok váltott sorba kapcsolásával valósul me.) Az utolsó okozatok előtt bekeveréses hőmérséklet-szabályozás van beépítve. Érdekes, hoy nem a túlhevítő, hanem az újrahevítő utolsó okozata a üstáz áramlási irányban leelső űtőelület. TE KiE KiTH KNTE KE NTE KTH Kondenzvíz szivattyútól Gáztalanító táptartályba Kisnyomású tápszivattyútól Táptartály űtés, kisnyomású átömlés Középnyomású tápszivattyútól Naynyomású tápszivattyútól NE NTH 1 UH 1 NTH UH NTH 3 UH 3 Frissőz Újrahevítő hideá Újrahevítő meleá Füstáz.184. ábra Több nyomású kazán űtőelületeinek elrendezése [.16] A táptartály űtésére nem önálló űtőelületből, hanem a kisnyomású túlhevítő(!) után történik őzelvétel, a maradék a közép és kisnyomású turbinaházat összekötő átömlő vezetékbe kerül bekeverésre. A középnyomású és a naynyomású tápvíz előmeleítő első okozatának űtőelületei párhuzamosan vannak elhelyezve, a két nyomásszintet azonos tápszivattyú (közbenső mecsapolással) szolálja ki. Az utolsó űtőelület a őzkörolyamat kisnyomású tápvíz előmeleítője, amellyel a üstázokat 80 C-ra hűtik le. A űtőelületek a vázolt sorrendben vannak eymásra üesztve. Az ábrától eltérően, a három nyomásszintű, üőlees kazánoknál általában csak a naynyomású és kisnyomású kazándobok vannak azonos oldalon (rendszerint mellső alon), a középnyomású dob helye, a maassá csökkentésére a kazán ellentétes oldalán (hátalon) van. Fűtőelületek alátámasztása: A vízszintes kazánelrendezésekre is érvényesek a üőlees elrendezésre ismertetett yártási, helyszíni szerelési, költsécsökkentési meontolások, ezért általában keskeny, maas kazánokat építenek. A nayobb maassá a természetes cirkuláció szempontjából is előnyös. A rendszerint üőlees csövekből álló űtőelületek alsó véükön kereszt vay hosszirányú kamrákba csatlakoznak, amelyek párnalemez közbeiktatásával, vay a nélkül bölcsőlemezeken támaszkodnak. A kazán súlyát e bölcsőlemezek továbbítják az alapkeret, alapozás elé. A rezések minimalizálására a vízszintes elrendezésű kazánoknál is elválasztó lemezeket kell alkalmazni, a üstázcsatorna szektorokra osztására. A csőköteek alsó és első véén, e rezéscsillapító elemektől üetlenül is, célszerű a soros, vay sakktáblás osztással áttört csőtartó lemezek használata, amelyek a üstázjáratot is lehatárolják. A csőköteek elett elhelyezett kamrákat csak esetenként támasztják alá külön a üstázjáraton kívül álló acélszerkezettel, kazándobok esetében a nayobb átmérőjű ejtőcsövekkel (.185. ábra). Gőzbekötő csövekkel, vay külön acélszerkezettel történő alátámasztás is szokásos. A blokkosított űtőelületek ez esetben is a yártóművekben kerülnek összeállításra, 38

243 szállításuk vízszintesen történik és a helyszíni szerelés során állítják üőlees helyzetbe őket. Erre tekintettel, az eyes csőköteek merevítését úy kell kialakítani, hoy a rakodás, szállítás, ekvő helyzetből álló helyzetbe oratás során ne szenvedjenek élettartamot beolyásoló károsodást, a szüksées üesztési, oratási pontok rendelkezésre álljanak és ezek teherbírása meelelő leyen. Vízszintes kazánszerkezet: A vízszintes elrendezésű kazán is, mint azt a.185. ábra mutatja, a diúzort vay keresztidomot követő dilatációs héza után, átmeneti idommal kezdődik. Ez elsősorban maassái irányban húzza szét a üstázáramlást. Az ábrán nem tüntettük el, de az eyenletes üstázelosztás érdekében terelőlemezeket tartalmaz. Az átmeneti idom szerkezeti kialakítása hasonló a üőlees elrendezésű kazánok átmeneti idomához: lebelül üstázáramlás irányában átlapolt hőálló páncélzat, majd hőszietelés, áztömör lemezcsatorna (szüksé szerint belső, külső merevítő bordákkal), merevítő bandázskeret [.13]. Az átmeneti idom eneke az esetlees kondenzátum elvezetéséhez, illetve a szintkülönbséek kieyenlítéséhez erde. a) Kazándob csatlakozás keresztirányú kamrákkal b) Vízszintes csőkíyó elülnézetben.185. ábra Vízszintes elrendezésű hőhasznosító kazán A vázolt kazán ey nyomásokozatú. A leelső űtőelület ez esetben is túlhevítő. Az ábrán az összekötő csővezetékeket, közbenső beecskendezést is jelöltük. A következő a recirkulációs áramlást (.93.a. ábra) is lehetővé tevő, nay átmérőjű ejtőcső rendszerrel kialakított természetes cirkulációjú előzölötető, majd a vízhevítő következik. Minden űtőelület az alsó kamrákon, csőmerevítéseken támaszkodik, elelé tául. Az előzölötető elett elhelyezett dob alátámasztására több meoldás terjedt el. A kazán hosszmetszetét mutató vázlat olyan meoldást mutat, amelynél a dobot a kétoldalt elhelyezett nay átmérőjű ejtőcsövek támasztják alá (hayományos kazánoknál ilyen kialakítást a.50. ábra mutatott). Ennél a őzbekötő csövek rualmas kialakításúak, a kazándobhoz suár irányban csatlakoznak. Az a) részleten vázolt meoldásnál, a kazándobot az előzölötető csőrendszer első kamráira támaszkodó üőlees a kazándobhoz nem suárirányban csatlakozó őzbekötő csövek tartják. Utóbbi a Garbe lemezes csőcsatlakozás.8. ábra modern meoldásának is tekinthető. Ezek a meoldások nem iényelnek teherhordó állványzatot, ilyen kazánok, csak a kazán tetején lévő ellenőrző, kezelőhelyek kiszolálását, kezelőszemélyzet biztonsáos közlekedését lehetővé tevő, könnyű állványzattal építhetők. Ennek ellenére nem önhordó kivitelben is készítenek kazánszerkezeteket, ezeknél a kazándobok külön 39

244 állványzaton, lábazatokon támaszkodnak és az előzölötetők rualmas őzbekötő csövekkel csatlakoznak. A természetes cirkuláció szempontjából kedvező, akár 10-0 körüli kerinési számot is biztosító, nayobb eodetikus maassákülönbséek ellenére a biztonsáosabb yors indítás érdekében vízszintes elrendezésű kazánoknál is alkalmaznak kényszerített kerintetést. A vázolthoz hasonló, maas, üőlees csőrendszereknél a lenayobb nehézséet a víztelenítés, illetve a lételenítés (kiúvatás) jelenti. Uyanis amennyiben a csövek a.185. ábra túlhevítőihez hasonlóan nem rendelkeznek alsó kamrákkal (csőívekkel ordulnak), a csövekben (például a kazán lehűlésénél kondenzáció hatására) összeyűlő víz a berendezés indítása előtt nem ereszthető le, hanem csak jelentős dobnyomás esetén a őzvezetékhez csatlakozó szabadramenő vezetéken úvatható ki. Ez amellett, hoy lassítja az indítást, hőmérséklet-urásokat is eredményezhet, ami a berendezés idő előtti mehibásodását okozhatja. Hasonlóan, első kamrák nélküli tápvíz előmeleítő csőkíyóknál a eltöltésnél a csőrendszerben visszamaradhatnak lézsákok, átmeneti üzemállapotokban őzduók képződhetnek, amelyek vízoldali lenésekhez vezethetnek. Ezek elkerülésére, mind a túlhevítőknél, mind a tápvíz előmeleítőknél célszerű lehet a csővéek szüksé esetén eyedile üríthető, lételeníthető kamrákkal történő összeoása, és kamraösszekötő csövekkel történő sorba kapcsolása, amely nyilvánvalóan dráább, de üzembiztosabb konstrukciót eredményezhet. Ennél olcsóbb meoldást eredményezhet a.185. ábra b) részletén vázolt, önhordó kivitelű vízszintes csőkíyókból kialakított túlhevítő, tápvíz előmeleítő elület. A víztelenítés, lételenítés a üőlees kamrákból történhet. A vízszintes elrendezésű kazán nemcsak maassái irányban, hanem vízszintesen, hosszirányban is jelentősen tául (ey ~10 m hosszú kazán, átlaosan 350 C hőmérséklet-változás hatására bekövetkező hosszváltozása mm), íy a űtőelületeket úy kell alátámasztani, hoy a kazán ixpontjához képest szabadon elmozdulhassanak. A korszerű konstrukcióknál a nyomástartó rész és nyomástartó üstázcsatorna eymástól üetlenül mozohatnak [.13]. A űtőelületeket követő átmeneti idomot is a szabad elmozdulást lehetővé tevő dilatációs hézaal kell csatlakoztatni a külön alapozott kéményhez. Természetes cirkuláció, kényszerített kerintetés, kényszerátáramlás: Mint korábban utaltunk rá a ázturbinák utáni hőhasznosító kazánok mind vízszintes, mind üőlees elrendezés esetén kialakíthatók természetes cirkulációval is. A körolyamat hatásoka szempontjából ez a lekedvezőbb meoldás, mivel a kerintető szivattyúk teljesítményiénye csökkenti a kiadható teljesítményt. A kerintetés és a kazán szempontjából lényees körülmény, hoy mí a hayományos kazánoknál a tüzelés teljesítménye a vízoldali olyamatokhoz, szerkezeti elemekben kialakuló hőmérséklet-változásokhoz illeszthető, hőhasznosító kazánoknál a üstáz hőmérséklet-változását a ázturbina üzemállapota, teljesítményváltozása határozza me. Indítás során a hayományos kazánokét lényeesen mehaladó hőmérséklet-növekedések léphetnek el. Ehhez járul, hoy Európában az időjárásüő meújuló eneriaorrások erőltetett alkalmazása következtében yors terhelésváltoztatásokkal, napi többszöri indítással kell számolni, úynevezett alaperőművi üzemvitelre hayományos berendezések nem tervezhetők. Emiatt a hőhasznosító kazánokat is yakran változó üzemvitelre kell kialakítani. Ebből a szempontból a leontosabb a szerkezeti elemekben kialakuló 40

245 hőeszültséek minimalizálása. A lenayobb hőeszültséek a vasta alú szerkezeti elemekben, különösen a kazándobokban lépnek el. Ezért a hőhasznosító kazánoknál a kazándobokat a alvastasá csökkentésére a hayományos kazánokhoz viszonyítva jobb szerkezeti anyaokból készítik, de mé íy is, az indulás után a ázturbinát a cirkuláció stabilizálására, ezzel a alhőmérsékletek kieyenlítődésére ey berendezés naysától üő átmeneti időre minimális terhelésen kell járatni. A várakozási idő, elterhelési sebessé mehatározása dobszonda (7.3. ejezet) alapján történhet. A kényszerített kerintetés, stabil cirkulációval, az indítást követően azonnal hozzájárul a kazándobok eyenletesebb elmeleedéséhez, íy a nyomástartó részek élettartama szempontjából kedvezőbb eltételeket arantálhat. (Uyanakkor hátrányos lehet a rosszul lezárt, átszellőzött kazán orrcsöveiben lehűlt víz mele kazándobba történő esetlees yors visszaoratása.) Túlhevítőbe Vízleválasztó Fűtött emelőcsövek Nívóedény Külső ejtőcső Tápvíz előmeleítőből.186. ábra Kényszerátáramlású előzölötető [.133] További jelentős indítási sebessénövekedés a kazándobok elhayásával, kényszerített átáramlás alkalmazásával lehetsées [.133]. Ey vízszintes elrendezésű hőhasznosító kazánnál alkalmazott meoldás vázlatát a.186. ábra mutatja. A csőelrendezés a.104. ábra a) részletén bemutatott Benson típusú emelőcső-külső ejtőcső kapcsolásnak elel me. Az emelőcsöveket a űtött bordás csövek képezik. A kilépő okozat első kamráiból a őz-víz keverék a vízleválasztó ciklonokba kerül, amelyből a leválasztott víz a nívóedényen keresztül a tápszivattyú előtti keverőedénybe vezethető vissza. A kazándobnál lényeesen kisebb átmérőjű, alvastasáú vízleválasztók, nívóedények a dobos kialakításhoz képest sokkal yorsabb elűtést, terhelésváltoztatást enednek me. Az eyes emelőcső szakaszok csőszáma a meenedett alhőmérséklethez szüksées tömeáram sűrűsének meelelően változtatható. Mejeyezzük, hoy a hőhasznosító kazánoknál előorduló üstázhőmérsékletekből adódóan a csőal átéésével nem kell számolni. Uyanakkor a rövidebb, kisebb ellenállású előzölötető szakaszok áramlásának stabilitását, eyenletesséét ondosan ellenőrizni, instabilitás veszélye esetén ennek elkerülésére a kényszerített átáramlásnál ismertetett meoldásokat alkalmazni kell. Az áramlás eyenletesséének biztosítása érdekében, ojtóelemek beépítésére esetenként mé ( rövid, kis ellenállású) kényszerített kerintetésű előzölötetőknél is szüksé lehet. A hivatkozott közlemény alapján, a kazándobok elhayásával, kényszerített átáramlással, mintey 30 perc alatt csaknem a névlees terhelés is elérhető. Ehhez nemcsak a nyomástartó szerkezeti elemeket, hanem a kazán burkolatát képező üstázcsatornát is a yors hőmérséklet-változások, elmozdulások károsodásmentes elviselésére alkalmas kivitelben kell elkészíteni. 41

246 Póttüzelés alkalmazása, kialakítása: Mint utaltunk rá, esetenként a hőhasznosító kazán ázturbinától üetlen üzemeltetési lehetősée, a kazán teljesítményének, paramétereinek, rendelkezésre állásának ázturbinától történő üetlenítése, póttüzelést tesz szükséessé. Az iények sokélesée miatt, erre is nayon sokéle yakorlati meoldás alakult ki. Két irányzat azonban jól mekülönböztethető: A póttüzelésre csak a ázturbina működése során, a elhasználó által iényelt őzparaméterek, őzteljesítmény biztosítására kerül sor. Ez esetben rendszerint a üstjáratokba beépített, úynevezett csatornaéőket alkalmaznak. A póttüzelésre a ázturbina működésétől üetlenül, a elhasználó őziényének esetlees üetlen biztosítására van szüksé. Ez esetben külön tűzteret kell kialakítani, ventilátoros leveőellátást, tüzelőberendezést kell beépíteni. Olyan meoldása is ismert, amikor a tüzelőberendezés mind üstázzal mind ventilátoros leveőellátással üzemeltethető, meelelő űtőelületkialakítás esetén a kazán teljesítményét lényeesen menövelve [1]. Hűtetlen határoló al Előzölötető körbe kapcsolt határoló al Csatornaéők Tányéréők a) Csatornaéők elrendezése b) Tányéréők elrendezése.187. ábra Füstcsatornába beépíthető póttüzelő berendezések [.130,.131] Füstjáratokba beépített póttüzelő berendezések. Ilyen póttüzelő berendezéseket mind vízszintes, mind üőlees elrendezésű hőhasznosító kazánoknál alkalmaznak. Olyan meoldás is szokásos, amikor a üőlees elrendezésű kazánnál a diúzor után az átmeneti idom elejére építik be [.130] a póttüzelő berendezéseket. Külön rissleveő hozzávezetés nélkül működnek, mivel a ázturbinákból kiáramló üstáz oxiéntartalma (a ázturbina előtti hőmérséklettől, illetve a lapáthűtésre elhasznált közeáramtól üően) 14-16% között van. Csatornaéők alkalmazása esetén U alakú, alul a maleveő beáramlására uratokkal áttört csatorna belsejében, hosszirányban cső ut véi, amelynek uratain áramlik ki a póttüzeléshez elhasznált öldáz. Íy ey előkevert, turbulens ázlán alakul ki. A üstáz áramlási sebessée az éők közötti közökben ~30 m/s körül is lehet. A csatornaéő vonalteljesítménye max 1,4 MW/m, általában 1:5 teljesítménytartományban szabályozható, maximális hosszúsáa a, métert nem haladhatja me [.131]. Beépítésénél különös ondossáal kell eljárni: Fiyelembe kell venni, hoy a hőhasznosító kazán határoló alai általában hűtetlenek, íy a póttüzelés utáni 650 C üstázhőmérsékletet nem szabad túllépni és a határoló alak belső hőszietelését me kell erősíteni, vay a.187. ábra a) részletének jobb oldalán vázolt meoldáshoz hasonlóan, az előzölötető körbe kapcsolt membránalas kialakítású hűtött csatornarészt kell kialakítani, ami a költséeket lényeesen növelheti. 4

247 A határoló al sérülésének meelőzésére, az éők mellett minden oldalon, lealább 0,5 m-es távolsáot kell tartani, amelyen keresztül áramló, hideebb üstáz részben védőréteet képezhet. A keresztmetszeti hőterhelés korlátozására, az éőket eymástól 0,5 m-nél nayobb távolsára kell elhelyezni. A póttüzelés után a leelső űtőelület lealább 3 m távolsára leyen. A elületet (rendszerint túlhevítő, újrahevítő kilépő okozatot) a bordák revésedésének elkerülésére célszerű sima csőből készíteni (a [.131] irodalom póttüzelésnél csak 500 C bordaperem hőmérséklet alatt javasolja bordázott csövek alkalmazását), elüesztéséhez (üőlees elrendezésű kazánoknál) indokolt hűtött (általában a naynyomású okozat tápvíz előmeleítő elületének részét képező) üesztő csövek alkalmazása. A üstáz hőmérséklet csökkenésével a üesztő csövek terhelésüket az általánosan alkalmazott, lemezből készült tartóelemeknek adják át és kivezetésre kerülnek a üstjáratból. Meoldás lehet a bordázott túlhevítőket árnyékoló csőrács beépítése is [.168]. Különlees esetekben (például a [.137] irodalomban ismertetett berendezésnél) kettős póttüzelést is alkalmaznak. A hivatkozott esetben az első csatornaéő sor mé a vízszintes szakaszban, a diúzor után van beépítve és a leírás szerint a üstázokat ~56 C-ról 600 C-ra meleíti. A naynyomású előmeleítő után elhelyezett második éősor névlees üzemállapotban 13 C-ról 45 C-ra növeli a hőmérsékletet. Ritkábban alkalmazzák az úynevezett tányéréőket, amelyek vázlatos kialakítását, elrendezését [.130] alapján a.187. ábra b) részlete mutatja. Ezen éők elületeysére eső teljesítménye általában nayobb a csatornaéőkénél, ezért a üstcsatorna altól (>1 m), első űtőelülettől nayobb távolsáot kell tartani. A hivatkozott példánál ennek biztosítására az éők a vízszintes csatornaszakaszba, a diúzor után kerültek beépítésre. Tűztérbe épített póttüzelő berendezések: A hőhasznosító kazánok ázturbinától üetlen működése csak hűtött tüzelőterek, rissleveővel is működtethető tüzelőberendezések alkalmazásával biztosítható. A membránalas kialakítású, általában természetes cirkulációjú hűtött tűztér, mé a üőlees elrendezésű hőhasznosító kazánoknál is, leyakrabban vízszintes átáramlású, de enéktüzeléssel, kényszerített kerintetéssel [.135] is készülnek póttüzelések. Az éők a tűztér homlokalára (enéktüzelésnél a szokásos emelkedéssel vezetett enékelületre) vannak beépítve. A lánsuárzás hatásának meelőzésére, a üstázok kellő lehűtésére, a tűztér véén csaknem minden berendezésnél csőrács van beépítve (.188. ábra a) részlet) A ázturbinára meenedett nyomásvesztesétől üően két alapvető változat szokásos: Torlasztó alba épített póttüzelő berendezéseknél az éők mintey a ázturbina üstázáramával párhuzamosan vannak beépítve. A üstáz éőket mekerülő hányada csőrácson át lép a tűztérbe [.135]. A csőrácsot úy alakítják ki, hoy az általa létrehozott torlasztás az éők teljesítményének meelelő közeáramot szállítson az éőkön keresztül (ábrán b) részlet). A tűztér homlokal helyett csatornaéők alkalmazása is lehetsées [1.17]. Határoló alba épített meoldásnál a belépő üstázcsatornát csaknem teljesen tömör membránal határolja, íy csaknem a teljes üstázmennyisé átáramlik a 43

248 póttüzelő berendezéseken [.134,.136]. Nyilvánvaló, hoy ez esetben a kazán nyomásvesztesée az eyéb póttüzelésekhez viszonyítva lényeesen nayobb lehet (ábrán c) részlet).. a)előtét tűztér b) Torlasztó alba szerelt póttüzelő berendezés c) Határoló alba szerelt póttüzelő berendezés.188. ábra Előtéttűztér alkalmazása [.133] A tűztér méreteit az éők lánméretének, az elvárt őzteljesítménynek, éőtér utáni üstáz hőmérsékletnek meelelően kell mehatározni. Éési leveő ventilátor beépítésével tiszta ázturbinás, tiszta rissleveős, vay akár veyes üzem is lehetsées. A lenayobb teljesítmény, illetve hőkiadás elérésére veyes üzemmódban van mód. Tűztérbe épített póttüzelő berendezések esetén a tűzteret követő leelső űtőelületek általában sima csőből készülnek. Füőlees elrendezésű hőhasznosító kazán esetén a lemezből készült csőtartók helyett hűtött üesztő csöveket kell alkalmazni. NO x mentesítés, hantompítás, koromúvók: A póttüzelések beépítése növeli a nitroénoxid kibocsátás mértékét. Gázturbináknál a yártók primer intézkedések alkalmazásával általában minden üzemállapotban arantálni tudják a lészennyezési előírások betartását. A póttüzelő berendezésekre a korlátozott csatorna, tűztér méretek mellett az elvárások nem minden esetben teljesíthetők. Ezért a hayományos erőművi berendezéseknél szokásos, meelelő hőmérséklet tartományba történő ammónia adaolás, katalizátorok beépítése válhat indokolttá [.138]. Utaltunk már arra, hoy a ázturbina után a zaj csökkentésére hantompító beépítésére van szüksé. Gyakori, hoy a elállítási hely iényeinek meelelő zajszint biztosítására a hőhasznosító kazán véére is be kell építeni hantompítót. A ázturbinák többsée öldázzal üzemel, de jelentős számban vannak tüzelőolajat (akár biztonsái tartalék tüzelőanyaként), vay melléktermékként keletkező hulladékázt elhasználó ázturbinák után beépített hőhasznosító kazánok. Ezeknél különösen számítani lehet a űtőelületek elszennyeződésére. Ilyen berendezéseknél a teljesítményvesztesé elkerülésére a elületek rendszeres tisztítására lehet szüksé. Ezért mindazoknál a berendezéseknél, ahol a elületek elszennyeződése rendszeresen bekövetkezhet és az állásidőben vézett mosatásokkal az üzemszerű állapot nem biztosítható, a űtőelületek közé koromúvókat (6.31. ejezet) kell 44

249 beépíteni. Kockázatos esetekben lealább a koromúvók elhelyezésére szoláló tartó-, csatlakozó elemeket, nyílásokat ki kell alakítani..3. Atomreaktor hőhasznosító kazánok A ázhűtésű atomerőművek kazánjait is a hőhasznosító őzkazánok közé sorolhatjuk annak ellenére, hoy ezeknél a mareakció kiejezetten a őzejlesztést szolálja. Elvile ezek is eneretikai őztermelést szoláló hőcserélők, mint a ázturbinák utáni hőhasznosító kazánok. Uyanakkor a reaktor hűtésére elhasznált áz, vay eyéb hűtőköze minősée, nukleáris biztonsá, méretkorlátok, különlees minőséi elvárások miatt szerkezeti kialakításukban, yártási jellemzőikben lényeesen eltérnek az előbbiektől. A csernobili reaktormehíbásodást követően a rait moderátoros reaktorok yártása leállt, de jelenle is több orszában olyik intenzív ejlesztőmunka a további alkalmazások előkészítésére. Ismertetésüket e mellett a konstrukciós kialakításuknál, kivitelezésüknél követett, a hayományos berendezéseknél is példaértékű, maas színvonal indokolja. Az eyéb reaktortípusokhoz viszonyítva, a ázzal hűtött reaktorok eneretikai előnyét a hayományos hőerőműveknél meszokott, nay nyomású, túlhevített, újrahevített őzparaméterek alkalmazhatósáa jelentette, íy a könnyű, vay nehézvizes reaktorok viszonyla kis nyomással, telített őz paraméterekkel működő körolyamataihoz viszonyítva jobb eneretikai hatásokot és a már bevált turbinák, seédberendezések alkalmazását, ezzel ejlesztési költsécsökkenést lehetett elérni. A nukleáris technikával eyüttes alkalmazás különlees elvárásokat támaszt: A hőhasznosító kazánt a hermetikus térben kell elhelyezni, ezért a minimális méretekre kell törekedni. A hőhasznosító kazán űtőelületei a reaktorból kihordott suárzó anyaokkal elpiszkolódnak, íy az üzemelés során a hayományos módszerekkel nem javíthatók. Emiatt a tervezésnél, kivitelezésnél, minősébiztosításnál a lehető lejobb minősére kell törekedni. Esetleesen mehibásodó elemek esetén, a javítás különlees esetektől eltekintve csak a sérült elemek kiiktatásával lehetsées. Ezért a űtőelületeket túl kell méretezni, az eyes csőkíyók minimális elületveszteséel történő kiiktathatósáának lehetőséét biztosítani kell. A űtőelületek utólaos korrekciójára sincs lehetősé, ezért az anyaminősé, alhőmérsékletek, rezések szempontjából különös ondossáal kell eljárni. Kritikus esetekben az eyes részmeoldásokat széleskörű laboratóriumi, él üzemi (hayományos összetételű üstázzal vézett) kísérletekkel ellenőrizni kell. A hayományos kazánoknál szokásos helyszíni szerelés utáni tisztításra (az esetleesen a környezetbe kerülő radioaktív anyaok mennyiséének minimalizálásra) nincs lehetősé. A kazánokat a yártóműben kompletten, tisztán szerelve kell összeállítani, tömören lezárva a helyszínre szállítani, az előkészített helyre beemelni, illeszteni. Helyszíni munkaként csak a kazántesten kívüli csatlakozó vezetékek, szerelvények, műszerezés illesztése, szerelése képzelhető el. A kazánok naysáát, reaktorma körüli elhelyezését a reaktor eyenletes hűtését biztosító ázáramlás iyelembevételével kell meválasztani. A hőhasznosító kazán vízoldali tömörtelensée esetén, a nay hőmérsékletű reaktorba bejutó vízőz vízbomlási reakciót indíthat el, ezért tömörtelensé 45

250 esetén víz, vízőz reaktormaba történő nayobb mennyiséű bejutását me kell akadályozni. A tömör elépítésből adódóan, és az üzembiztonsá érdekében csak kényszerátáramlású előzölötető rendszer (kazán) alkalmazható. A kazánnak a nukleáris rendszernek alárendelten kell működni, íy a hayományos berendezésekhez viszonyítva szokatlan sebesséel, módon vébemenő olyamatokra is el kell készíteni. A yakorlati részleteket az anol AGR (advanced as-cooled reactor) [.141], illetve a német THR (Thorium Hochtemperaturreaktor) [.140] hőhasznosító kazánjának példáján mutatjuk be. Az előbbi ey nay darabszámban készült, hosszú időn keresztül üzemeltetett, széndioxid ázzal hűtött, rait moderátoros reaktortípus, az utóbbi az úynevezett pebble bed (ollabda naysáú, eyedile burkolt űtőanyaszemcsékből, rait moderátor anyaból készített olyókkal eltöltött) típusú, héliummal hűtött kísérleti reaktor volt. A reaktorokat alulról elelé (AGR), vay elülről leelé (THR) történő hűtésre tervezték (.189. ábra). Előbbi esetben a hőhordozó köze a hőhasznosító kazánokon elülről leelé, utóbbi esetben alulról elelé áramlik át. Íy az utóbbiaknál a munkaköze a hőhasznosító kazán csöveiben a őzbuborékok természetes mozási irányával szemben halad, emiatt az esetlees helyi őzkiválás arantált meelőzésére nay tömeáram sűrűséet kell alkalmazni. Az alulról elelé történő hűtésnek a természetes áramlási irány mellett a kompresszor kiesése esetén mevalósuló természetes cirkulációt (a leállított reaktorban elmeleedő, elemelkedő hőhordozó köze a kazánban lehűlés közben lesüllyed) is javára írják. Újrahevítő Naynyomású őzrendszer Naynyomású őzrendszer Újrahevítő a) AGR reaktor Felülről leelé áramló hűtőközeel űtött hőhasznosító kazán b) THR reaktor Alulról elelé áramló hűtőközeel űtött hőhasznosító kazán.189. ábra Atomreaktor hőhasznosító kazánok elvi elrendezése A kazánok űtőelületét több, párhuzamosan kapcsolt csőből álló, kényszerátáramlású eycsöves (!), közbenső edény nélküli, a reaktor hűtőköze áramlásához viszonyítva ellenáramú (.189. ábra) csőrendszer alkotja, amelyben a köze a tápvízbelépő hőmérsékletről telítési hőmérsékletre meleszik, előzölö, véül túlhevül. A tápvízzel bekerülő oldott anyaok kiválásának meelőzésére, a őztisztasá biztosítására, csak teljesen sótalanított, esetlees korróziós termékektől olyamatosan metisztított munkaköze alkalmazható. A vízoldali korrózió (manetit képződés) minimalizálására a munkaközeet meelelően kondicionálni kell. 46

251 Hőmérséklet ( C) Paraméterek: A reaktor hűtőköze maximális hőmérsékletét a köze (pl.: CO ) és a moderátorként alkalmazott rait közötti esetlees kémiai reakció meelőzése, illetve a űtőelemek meenedhető maximális hőmérséklete határozza me. Emiatt az AGR reaktoroknál a széndioxid maximális közepes hőmérséklete 648 C volt, amelyet mintey 78 C-i hűtöttek le a hőhasznosító kazánokban. A héliumhűtésű THR reaktornál (lásd.190. ábra) a munkaköze hőmérséklete 50 C (reaktor előtti) és 750 C (reaktor utáni) átlaos értékek között változott. A reaktor hűtése mindi kényszerített ázkerintetéssel történik, a őzejlesztők után beépített kompresszoroknak a kazán tömör elépítéséből adódó nyomásveszteséet is (eyüttesen akár ~10 bar [.140]) edezni kell. Az eyenletes reaktorhűtés biztosítására, az ~1500 MW termikus, 660 MW villamos teljesítményű AGR reaktoroknál eredetile, 1 db hőhasznosító kazánt alkalmaztak, amelyek darabszámát a későbbiekben nyolcra csökkentették. Utóbbiak eyséenként 16 t/h névlees teljesítményen, 157 C tápvízhőmérsékletnél 170 bar nyomású, 543 C hőmérsékletű rissőzt, 39 bar nyomású, 539 C hőmérsékletű újrahevített őzt szoláltattak [.143]. A 300 MW névlees teljesítményű THR reaktornál 6 db hőhasznosító kazánt építettek be. Névlees eysé teljesítményük 15 t/h volt, 190 bar nyomású 550 C hőmérsékletű rissőz, 50 bar, 535/366 C újrahevített őz, 180 C tápvízhőmérséklet mellett. A kazánokat a reaktorma köré helyezték el, az anol reaktoroknál kezdetben kazánonként külön acéltartályt is alkalmazva. A kazánok az előeszített beton reaktortartályba, körben eyenletesen elosztva voltak beépítve, első részüket az aktív zóna tömör lezárása érdekében meelelően illesztve Csőanya minőséek 15Mo3 10CrMo910 Alloy Hélium lehűlése TE E TH UH Naynyomás I. okozat Naynyomás II. okozat Fűtőelület a naynyomású űtőelület százalékában.190. ábra Hőokleutás (THR) atomerőmű hőhasznosító kazánban [.140] Mint a hőokleutást bemutató.190. ábrából látható, a hőhordozó köze és munkaköze közötti hőmérséklet-különbsé a ázturbina hőhasznosító kazánokhoz viszonyítva nayobb, a pinch point hőmérséklet-különbsé mehaladja a 30 C értéket. Ennek alapvető oka a kisebb hőátadó elületre való törekvés, amelyet a nayobb, hőhordozó köze oldali kezdő- és véhőmérséklet is kedvezően beolyásol. Szerkezeti kialakítás: A kazán kialakítása mindkét esetben heneres, a űtőelületek különböző átmérőjű, menetemelkedésű, jobb, vay balmenetes, macső köré 47

252 elhelyezett, a szokásosnál kisebb átmérőjű csövekből állnak. A hener átmérőjét, hosszát a űtőelületek elhelyezéséhez szüksées téroat határozza me. Nyilvánvaló, hoy a kisebb átmérő (az eyéb eltételek változatlansáa esetén) nayobb áramlási sebesséet, kisebb űtőelület méretet eredményez, a hőhordozó közeoldali nyomásvesztesé (önoyasztás) rovására. Az átmérő optimalizálásánál a hermetikus tér méreteire yakorolt hatást is iyelembe kell venni. A.19. ábrán vázolt kazán külső átmérője m, hossza 19 m, ~65 t készre szerelt tömeű, és űtőelületeit mintey 100 km cső alkotja. A kazánköpeny szilárdsái méretezése eyrészt a belső és külső oldali nyomáskülönbsére, másrészt a űtőelületek súlyára történik. A külső kazánköpeny esetenként kettősalú, a két al között lehűlt hőhordozó köze áramlik. Ennek célja eyrészt a térrészek olyamatos átszellőztetése, másrészt a hermetikus tér alazat eyenletes hőmérsékletének biztosítása. A elül alátámasztott, hosszú kazánköpeny a hermetikus tér alazatához viszonyítva lényeesen eltérően tául, alsó pereme és a határoló al között merev kapcsolat nem létesíthető. A hőhordozó köze nyomáskülönbsé miatti szökésének minimalizálására csúszó, vay labirint tömítések alkalmazhatók, és a várhatóan sziváró közeáram hatását a tervezésnél iyelembe kell venni. Tápvíz belépés Frissőz kilépés Újrahevítőbe Újrahevített őz kilépés Külső lemezköpeny Macső Kompresszorhoz Csavarvonalon elrendezett hőcserélő csövek Reaktorból Tartó, merevítő lemezek a) Hőhasznosító kazán vázlatos hosszmetszete b) Hőhasznosító kazán keresztmetszete.191. ábra Hőhasznosító kazán vázlata [.140] A (.19. ábrán vázolt kazánnál ~800 mm átmérőjű) macső a űtőelületek üesztését, valamint a be- és elvezető csövek elhelyezését biztosítja. Az anol kazánnál a űtőelületek a macsőre a naynyomású űtőelület, illetve az újrahevítő űtőelület alatt, suár irányban elheesztett lemezkarokra támaszkodnak. A THR reaktorhoz beépített kazánnál a macsövet a kazánköpennyel három, 10 okra elhelyezett, macsőre heesztett perorált csőtartó al köti össze (.191. ábra b) részlet). Az eyes csőkíyók a csőtartó alak urataiban támaszkodnak. A csőtartó alak a csövek alátámasztása mellett merevebb szerkezet kialakítását, az esetlees rezések minimalizálását, az ebből eredő mehibásodások meelőzését szolálják. A rezések minimalizálást szolálja az is, hoy a.191. ábra b) részletén vázolt csőkíyók elváltva jobbra, illetve balra emelkednek, íy a rezések szempontjából lényees, csövek közötti eometriai távolsáok olyamatosan változnak. A csőtartó alak urataiban az eyes csövek nem közvetlenül, hanem a rájuk húzott koptató 48

253 yűrűkön ekszenek el, a uratokban hőmérséklet-változás esetén a koptató yűrű mozo, íy a csőkíyók mehibásodása elkerülhető. A csatlakozó csövek be- és elvezetése a hermetikusan kialakított edeleken keresztül történik. Az esetlees mehibásodások hatásának minimalizálására a THR reaktor hőhasznosító kazánjainál a rissőz rendszerben 40 darab párhuzamosan kapcsolt be- és elvezető csövet alkalmaztak [.140]. A bevezető csövek a edeleken keresztül a macsőbe léptek be, majd annak hasítékain kilépve, rualmasan vezetve, a kettőzést szoláló nadráidomokat követően, a menetes űtött csőkíyókban olytatódtak (.191. ábra). A csőkíyók vééhez csatlakozó, visszaelezést biztosító nadráidomok után rualmas vonalvezetéssel, amelyet a szüksées maassára kialakított térrész (.19. ábra) seít elő, a meelelő maassában kialakított réseken keresztül a rissőz elvezető csövek visszaléptek a macsőbe és rualmas vonalvezetéssel a edeleken keresztül távoztak. A 40 darab be- és elvezető cső a hermetikus téren kívül rualmas vonalvezetéssel a tápvízelosztó, illetve a rissőzyűjtő kamrához csatlakozott. A ~15 t/h névlees őzteljesítmény csőkíyónként 1,9 t/h átlaos teljesítményt iényelt. 18 mm belső csőátmérőt eltételezve, 000 k/sm értéket mehaladó átlaos tömeáram sűrűsé adódik, amely arantálta a mehibásodásra vezető csőalhőmérsékletek meelőzését. Az újrahevítő 11 darab be- és elvezető csővel rendelkezett, amelyeknek kamraszerűen kialakított vééhez eyenként 8-8 újrahevítő csőkíyó csatlakozott, íy az újrahevítő 88 párhuzamosan kapcsolt csőből állt. Az újrahevítő be- és elvezető csöveinek kialakítása, vonalvezetése a naynyomású csőrendszer bekötő csöveihez hasonló ondossáal történt. Rualmas csőhajlítások Reaktor beúvás NNY. ok. Kompresszor elszívás NNY 1. ok. UH.19. ábra Fűtőelület elrendezés hőhasznosító kazánban [.140] A.191. ábráról is látható, hoy a különböző suarú körön (AGR reaktor hőhasznosító kazánoknál naynyomású részen 19, újrahevítőnél 13 darab, THR hőhasznosító kazánoknál 15 darab) elhelyezkedő naynyomású csőkíyók hosszúsáa, hőelvétele, ellenállása, íy közeárama nem eyenlő. Az ebből eredő kedvezőtlen hatások meelőzését szolálta a csősoronként kielé növekvő számú (lekisebb suáron darab, majd minden második csősorban a meelőzőnél eyel több, a lekülső sorban 10 darab) csőkíyó alkalmazása, a űtőelület két okozatra osztása (.190.,.19. ábrák), közben a csövek keresztezése (az első okozatban 49

254 kívül vezetett hosszabb csövek rövidebb, második okozatbeli csövekben olytatódnak és meordítva). Íy a csőkíyók eyüttes csőhosszúsáa a kielé eyre meredekebb emelkedés és a két okozat eredőjeként közel azonos lehetett. Ez azonban az eyéb, elsősorban a űtőközeoldali eyenlőtlenséekből adódó hatásokat nem tudta kieyenlíteni. Ezért a tápej után (aktív zónán kívül), a 40 darab bevezető csőbe ojtóelemek kerültek beépítésre, amelyekkel a túlhevítőkből kilépő őz hőmérsékletének őz yűjtőkamra előtti, bekötöcsövenkénti mérésével a közeáramok a csövenkénti hőelvételhez beállíthatók voltak. A beállítás uyanakkor az azonos be- és elvezető csövekhez csatlakozó két csőkíyó kilépő hőmérsékletének azonossáát nem arantálhatta, de eltételezhető, hoy az ebből adódó eltérések a méretezési tűrések határán belül voltak. A ojtóelemekkel a csőkíyókbeli leelé áramlás ellenére is arantálható volt a pozitív stabilitási ( S ) szám, ezzel az áramlási instabilitások, lenések meelőzése. A nayszámú be- és elvezetés az esetlees csőmehibásodáskor szüksées űtőelület kiiktatás hatását is minimalizálta, esetenként csak,5%-al (a hat őzejlesztőt számítva ~0,4%-al) csökkent a űtőelület. Az AGR típusú reaktorok hőhasznosító kazánjainál a csőszámok, csőméretek meválasztásánál hasonló alapelveket követtek. A naynyomású csőkíyók lehetőle azonos hosszúsáát a különéle suáron vezetett csövek eltérő számával oldották me [.143]. A elületeket eladatkör szerint is taolták, két tápvízelőmeleítő, ey előzölötető és két túlhevítő okozatot beépítve. A 19 csősor lekisebb suarú sorában 6 darab párhuzamosan kapcsolt csövet helyeztek el, a párhuzamosan vezetett csövek száma kielé soronként eyel nő, a lenayobb átmérőjű sorban 4 darabot elérve, íy a naynyomású rendszert összesen 85 párhuzamosan kapcsolt cső alkotja. Az átlaos tömeáram sűrűsére névlees üzemállapotban, 18 mm belső csőátmérőnél ~87 k/m s érték adódik. A csövek a hayományos kazánokhoz hasonlóan a csőkíyók elejére (csőal csatlakozáshoz) ix méretekkel beépített, eyenkénti, eltérő uratú (minimális átmérő,54-3,18 mm) ojtásokkal indulnak. Ezek vélees illesztését kísérleti és üzemi mérések alapján véezték el [.141,.143,.144]. A ojtások a közeáramok optimalizálása mellett az esetlees csőtörések esetén áramláskorlátozó szerepet is betöltenek [.140]. A rissőz elvezetés néy, az aktív zónát lezáró, 1,5 m maas hermetikus edélen átvezető csővezetéken történik. Az újrahevítő elület 13 csősorából a lebelső sorban 1 darab, a lekülső sorban a párhuzamos áak számát soronként --vel növelve 36 darab párhuzamos cső került elhelyezésre. A párhuzamosan kapcsolt újrahevítő csőkíyók száma összesen 31 darab volt. A hermetikus edélen keresztül két-két vezetékkel csatlakoznak a hide- és meleái őzvezetékekhez. A kevésbé merev kialakítás (perorált csőtartó lemezek mellőzése) erősebb rezésekkel, ebből adódó repedésekkel járt, de a berendezések íy is órát mehaladóan voltak üzemben [.14]. A belépő szakaszokon eróziós korróziót tapasztaltak (4.7 ejezet). Szerkezeti anyaok: A csőkíyók készítéséhez a várható alhőmérséklet üvényében többéle acélminőséet alkalmaztak. Az AGR reaktoroknál beépített kazánoknál [.141] a naynyomású űtőelület szénacélból (0,16-0,9% karbon tartalommal), krómacélból (9% króm, 1% molibdén tartalommal) és ausztenites acélból (16,0-18,0% Cr, 10,0-14,0% Ni tartalmú, Alloy 316), az újrahevítő ausztenites acélból (Alloy 316) készült. A THR reaktor 30 év üzemidőre, 6000 üzemórára tervezett hőhasznosító kazánjainál [.140], mint azt a.190. ábra is mutatja, nayrészt a kazántechnikában jól bevált (15 Mo 3, 10 CrMo 9 10) csőanyaokat 50

255 építettek be, a kilépő szakaszoknál (>37,5% Fe, 19,0-3,0% Cr, 30,0-35,0% Ni tartalmú) Alloy 800 típusjelű, vas-nikkel bázisú anyaal kieészítve. Hőátadás, nyomásvesztesé térben örbült csőkíyókban: A menetemelkedéssel (térben örbülten) vezetett csövekben a hőátadási olyamatok az eyenes csövekhez viszonyítva eltérően játszódnak le. Eyrészt a centriuális erőtér hatására a őz-víz keverék eloszlása nem lesz szimmetrikus, másrészt a térbeli örbület hatására a csőben ey kerületmenti áramlás is meindul [.61]. Ez a ázisok szétválását, esetlees kritikus orrási állapotok kialakulását is beolyásolja. A járulékos áramlás hatására: A belső alelület a kerület mentén különéle őztartalmaknál, íy eltérő helyen szárad ki. Az átlaos kritikus őztartalom nayobb, mint eyenes csöveknél. A kiszáradás környezetében a hőmérséklet oszcilláció (3.7. ábra), és a csőalhőmérséklet is kisebb, mint eyenes csöveknél. Az előbbi hatások a jobban örbülő csöveken nayobbak, mint a kevésbé örbülőknél. A kritikus őztartalom a tömeáram sűrűsé növelésével nem csökken (mint eyenes csöveknél, 3.8. ábra), hanem nő. A örbült csőkíyókban a munkaköze hőátadási tényezője a következő összeüésekkel számítható [.61]: Szubkritikus állapotra, kétázisú előzölésre: 5 k , 86 h krit Szuperkritikus tartományban: r 0, 16 1 d / Dcos 0, 57( r / hkrit ) q.16, 1 d / D 4 0, 75 0, 8 0, 33 d 0, 08 Re Pr 1 31, 1 d / Dcos d D Előbbi képletekben r pároláshő adott nyomáson [kj/k], h krit entalpia a kritikus pontban [kj/k], q hőáramsűrűsé [kw/m ], d belső csőátmérő [m], D hajlítási átmérő [m], kerület menti szö (belül 0, ent 90, kívül 180 )..163 A térbeli örbület az eyázisú súrlódási tényező és a kétázisú súrlódási nyomásveszteséi tényező ( képlet) értékét is módosítja. Az eyázisú olyadékáramlás súrlódási tényezője a hivatkozott irodalom alapján a 0,75 0, 075 D / dcos Re K 11,3.164 képletből számítható helyesbítő tényezővel korriálható, ahol a cső vízszinteshez viszonyított emelkedési szöe. A térben örbült csövekben kialakuló áramlási vesztesé számításához, általánosan eloadott, kétázisú súrlódási nyomásveszteséi tényező mé nem ismert (széleskörű irodalmi áttekintésen alapuló 51

256 összeolaló például a [.145] irodalomban található). A mérési eredmények alapján uyanakkor meállapítható, hoy a térben örbült csövekben a súrlódási nyomásvesztesé lényeesen nayobb, mint eyenes csövekben, és a növekedés annál nayobb, minél örbültebb a cső. A [.61] alapján a növekedés az ~50%-ot is mehaladhatja. Az előbbieket összeolalva meállapítható, hoy a menetemelkedéssel vezetett csőkíyókból összeállított hőhasznosító kazánok a kritikus alhőmérsékletek szempontjából a hayományos kényszerátáramlású kazánokhoz viszonyítva kedvezőbbek, de a biztonsáos működés érdekében alkalmazott, (különösen a természetes áramlási iránnyal ellentétes irányban kényszerített átáramlás esetén) ien nay tömeáram sűrűsé enntartása többszörös önoyasztással járt. Gyártás, minősé-ellenőrzés: Amint arra utaltunk az aktív zónában elhelyezett, tömör elépítésű berendezések a kazántechnikában szokásos módszerekkel (sérült elemek cseréje, javító heesztése) nem javíthatók. Ezért a ondos méretezés, kritikus szerkezeti részletek kísérleti ellenőrzése mellett, a beépítésre kerülő anyaok átvétele, a yártás és a készre szerelés során is különös sziorúsáal kell eljárni. A hayományos kazánoktól eltérően: A tervezés, yártás, minősébiztosítás, vizsálatok során a nukleáris biztonsái szabályzatokat is iyelembe kell venni. Lehetőle minden beépítendő csövet anyaminősére, alvastasára, a szövetszerkezet és a szilárdsái jellemzők meelelőséére, teljes hosszban ellenőrizni, bizonylatolni kell. Az alkalmazott yártási eljárások különösen a heesztések, csőhajlítások meelelőséét minősíteni kell. A yártást, szerelést a hayományos yártmányoktól elkülönítve, az ideen anyaokkal való szennyeződés minimalizálására, úynevezett tiszta műhelyekben kell véezni A mebízható heesztési minősé érdekében, a lehető letöbb helyen, automata heesztést kell alkalmazni. Az elkészült varratokat lealább két irányból roncsolás mentes vizsálattal (átviláítással), illetve elületi repedésre ellenőrizni kell. A teljes kazán nyomáspróbáját és áztömörséi vizsálatát meelőzően célszerű csőkíyónként is, mé a kazántest összeállítása előtt eyedi nyomáspróbák, tömörséi vizsálatok elvézése. RBMK (Reaktor bolsoj mosnosztyi kanalnij) reaktorok kazánja: Az atomreaktor hőhasznosító kazánok előbbi típusaitól lényeesen eltérő az úynevezett csernobili típusú reaktoroknál alkalmazott, aktív zónán átvezetett, kényszerített kerintetésű, előzölötető csövekkel kialakított, ~70 bar nyomású, telített őzt szoláltató kazán [.146]. Ennél a munkaköze űtése nem a reaktormaot hűtő hőhordozó közeel, hanem a közvetlenül a reaktormaon átvezetett előzölötető csövekben történik. További jellemzője, hoy a víz nemcsak munkaközeként, hanem moderátorként is ontos szerepet tölt be. Vázlatos ismertetését az indokolja, hoy elépítése a nukleáris technikával eyüttes alkalmazásból adódó eltérések ellenére a hayományos kazánok előzölötető rendszerének számos elemét meőrizte. Az MW névlees villamos teljesítményű blokkok reaktora két üetlen hűtőkörrel készült. Mindkét hűtőkörhöz két-két, az aktív zóna tetősíkja elett elhelyezett,,8 m átmérőjű, 31 m hosszú kazándob tartozik. Ezekből az ejtőcsövek (kazándobonként 1 darab) a hűtőkörönkénti néy-néy (amelyekből ey darab 5

257 tartalék) kerintető szivattyú közös, az aktív zónán kívül elhelyezett, élkör alakban hajlított, belépő kamrájához vezetnek. A kerintető szivattyúk párhuzamosan kapcsoltak és nyomóvezetékeikkel közös, a reaktorma alsó síkjában, az aktív zónán belül elhelyezett, uyancsak élkör alakban hajlított, elosztó kamrát táplálnak. Ehhez darab, suárirányban elrendezett seédkamra csatlakozik, amelyek mindeyikéhez ~40 darab előzölötető cső kapcsolódik. A párhuzamosan kapcsolt előzölötető csövek összes száma ~1640 darab. A csövek az aktív zónát elhayva eyenként csatlakoznak az eyik kazándobhoz. Névlees terhelésnél a orrcsövekből kilépő keverék átlaos őztartalma ~15%, íy a kazándobbeli keveredést iyelembe véve az előzölötető csövekbe belépő olyadék a tápvíz hőmérséklettől üően ~15-0 C-al lehet aláhűtött. Részterhelésen, amennyiben (a telítésinél hideebb tápvíz kisebb mennyisée miatt) az aláhűtés eyre csökken, a kerintető szivattyúknál mé az alkalmazott kellő naysáú ráolyás ellenére is kavitációval, az előzölötető csövekben (mivel a űtés nem csökken a terheléssel arányosan) helyi ilmelőzölés veszélyével lehet számolni. Miután a kazándobból a őz közvetlenül a őzturbinákba kerül, különös iyelmet kell ordítani az esetlees tisztátalansáok, korróziótermékek tápvízből való eltávolítására, őztisztasára is..33. Technolóiai olyamatok hőhasznosító kazánjai A technolóiai olyamatok hőhasznosító kazánjai a olyamatban betöltött szerepük alapján két csoportra oszthatók: Az eyik csoportba azok a berendezések tartoznak, ahol a hő elvonására a technolóiai olyamathoz, a olyamatba interáltan, a olyamat tervezője által mehatározott hőmérséklet tartományban, közemennyiséel, nyomással van szüksé. Ilyen például a reormáló kemencék ázhűtője vay a kénsavyártásnál a kén eléetése után a kéndioxid áz lehűtése, a kéntrioxiddá történő oxidációt előseítő katalizátor oszlop okozatai között, a reakcióhőtől elmeleedő áz hőhasznosító berendezésben történő visszahűtése. Esetenként a kazánokban vébemenő olyamat például a papír, cellulóziparban alkalmazott ( black liquor ) lútüzelésű kazánoknál a dehidratáció a technolóiai eljárás része. A másik csoportnál a technolóiai olyamat a hőhasznosítás nélkül is működőképes, a hőhasznosítás célja az eneriahatékonysá javítása, a környezetszennyezés csökkentése, vay munkavédelmi előírások teljesítése. A hőhasznosítás mevalósítására azdasái döntés alapján kerül sor. A hasznosítás történhet melévő hőiények kieléítésére (eneria beszerzés csökkentésére), illetve közvetlen vay átalakított ormában történő piaci értékesítés céljából. Ez esetben, a hőiények technolóiai berendezés üzemszünete esetén történő ellátására, a hőhasznosító kazán póttüzeléssel is ellátható. Ide sorolhatók az acélyártó konverterek ölé beépített hűtőkémények, az ércpörkölő kemencék után telepített hőhasznosító kazánok, kokszolók, kovácsoló-, toló- és más kemencék után alkalmazott üstázhűtők, a alazatok védelmére, hűtésére beépített alhűtők. A berendezések kialakítását beolyásolja, hoy mekkora mennyiséű, milyen hőmérsékletű üstáz, milyen üzemmenettel áll rendelkezésre, milyen a üstáz összetétele, szennyezettsée (.0. táblázat, [], [.131], [.147]), milyen célra 53

258 történik a hő hasznosítása. Tiszta, szennyeződésmentes, korróziv ázokat nem tartalmazó üstázoknál a hayományos kazánkonstrukciók alkalmazhatók. Szennyezett üstázoknál [.131]: amennyiben a üstáz hőmérséklete a hőhasznosítás előtt a szennyeződés összetételtől üő raadóssái pontjánál nayobb, ütközésmentesen vezetve, célszerűen suárzó térben a raadóssái pont alá kell hűteni, az elpiszkolódás minimalizálására a konvektív űtőelületeknél soros csőelrendezést, nay keresztirányú osztásokat, a kihullás előseítésére, a tartózkodási idő növelésére kis áramlási sebesséet kell választani, ebből adódóan a hőátadási tényező a hayományos kazánokhoz viszonyítva kisebb, íy ajlaosan (eysényi hőteljesítményre vonatkoztatva) nayobb űtőelület beépítése szüksées, emiatt a ajlaos beruházási költséek lényeesen nayobbak lehetnek, a elületeket az esetlees lerakódások könnyű eltávolíthatósáa érdekében üőleesen kell elrendezni, az elpiszkolódások tisztítására kellő számban kell koromúvókat beépíteni, nay portartalom esetén a elületeket szüksé szerint kopotató berendezéssel is célszerű ellátni, ondoskodni kell a kihulló szennyeződések üzem közbeni, olyamatos eltávolításáról, a űtőelületek alhőmérsékletét minden üzemállapotban a maas- és alacsonyhőmérsékletű korrózió elkerülésére alkalmas tartományban kell tartani. Miután a szennyeződések összetétele technolóia és nyersanyaüő, a célszerű hőmérsékletekre értékek általánosan nem adhatók me. A tervezőnek a már működő berendezések tapasztalatai alapján kell az optimális értékeket mehatározni..0. táblázat [], [.131], [.147] Hőmérséklet Füstáz Üzemmód ( C) szennyezettsée Acélyártó konverter szennyezett szakaszos Kovács, öntecshevítő kemence tiszta olyamatos, változó hőmérséklet Pirit pörkölő szennyezett olyamatos Rézyártás szennyezett olyamatos Meeresztő kemence tiszta szakaszos, változó hőmérséklet Ammóniayártás tiszta olyamatos Kénsavyártás tiszta olyamatos kén éetés katalizátor Klinker kemence szennyezett olyamatos száraz nedves Reormáló kemence tiszta olyamatos (etilén előállítás) Olajlepárlás tiszta olyamatos Kokszhűtés ~800 tiszta szakaszos, változó hőmérséklet 54

259 A kazánok kialakítása technolóiaüő, uyanakkor adott technolóián belül a lejobb yakorlat alapján tipizálás iyelhető me. Terjedelmi korlátok miatt, a nayszámú berendezéstípusból csak néhány jellezetes meoldást ismertetünk. Acélyártó konverter: A hőhasznosító kazán beépítésére elsősorban munkavédelmi, környezetvédelmi okok miatt van szüksé, miután a konverterből az oxién beúvás meindulása után ien nay hőmérsékletű, környezetre veszélyes anyaokat, jelentős mennyiséű szénmonoxidot is tartalmazó áz távozik. A szabadba enedés előtt a szénmonoxidot leveő bekeverésével el kell éetni, és a lehűtést követően a szennyeződéseket le kell választani. Hőhasznosítás nélkül a ázok lehűtése csak vízbepermetezéssel lenne lehetsées. Ey acélada előkészítési időtartama 0-30 perc. Ezen belül a ciklus elején a áz hőmérséklet, áz mennyisé nay sebesséel nőnek, rövid időre állandósulnak, majd a ciklus vée előtt a áz mennyisé letörik, a téely kiordítása után, új ada előkészítése alatt nincs űtés. Íy a hőhasznosító kazán őztermelése rendkívül változó, a kazán szerkezeti elemei is ien változó iénybevételnek, yors alakváltozásoknak vannak kitéve. A őztermelés (különösen a őzparaméterek) stabilizálása csak póttüzelés beépítésével lehetsées. A hőhasznosító kazán első szakasza ( ábra) tulajdonképpen ey erde kürtő, amely a konverterből kiáramló ázok irányelterelése, leveővel való keverése, suárzásos hőátadással történő hűtése mellett az elraadott szennyeződések kiválásmentes továbbszállítását is biztosítja. Az áramlási sebessének a kürtő teljes maassáában nayobbnak kell lenni a kiválások meelőzéséhez szüksées sebessénél. A m maas kürtő tetején a üstázok ey csőrácson átlépnek a második huzamba, amely mm-es osztással belóatott konvektív előzölötető (póttüzelés esetén túlhevítő) űtőelületeket tartalmaz. Itt már jelentős kihullással lehet számolni, amely a huzam alján zsompban, vay a huzam alatt elhelyezett leválasztóban yűlik össze. Gyűjtő kamra Konvektív űtőelület Leereszthető oxién lándzsa Póttüzelő berendezések Porleválasztó Oldalali alsó kamra Elosztó kamra a) Hűtőkürtő póttüzelés nélkül b) Hűtőkürtő póttüzeléssel.193. ábra Acélyártó konverter hőhasznosító kazán vázlata [.147] Üzemzavar (a leválasztó után elhelyezett üstázelszívó ventilátor kiesése) esetére eyes berendezéseknél, a kürtő tetején, nyitható sapka is elhelyezésre kerül. Ezen keresztül a üstázok a környezetet közvetlenül nem veszélyeztetve tudnak a szabadba távozni. A [.147] alapján, ey t/ada kapacitású konverterhez 55

260 330 t/h csúcsteljesítményű, 50 bar üzemnyomású, adaonként mintey 38 t őzt előállító hőhasznosító kazán volt beépíthető. A berendezés nyomását az acélmű yűjtősín nyomásához célszerű illeszteni, de a yors hőmérséklet-változásból adódó járulékos iénybevételek csökkentésére célszerű a lealacsonyabb alkalmas nyomást választani. A hőhasznosító kazán célszerűen nyolcszö keresztmetszetű, membránalas kialakítású, a szemben ekvő lapok távolsáa a konverter szájnyílásánál mintey mm-el nayobb. Az előzölötető rendszer kényszerített kerintetésű. A orrcsövek elrendezésére két meoldás terjedt el. A póttüzelés nélküli berendezéseknél (.193. ábra a) részlet) miután a kürtő keresztmetszete nem változik a orrcsövek a lealsó szinten elhelyezett kamrától olyamatosan vezetnek a leelső szinten elhelyezett kamrái. Póttüzelés esetén (b) részlet) az előzölötető rendszer két, vízoldalon párhuzamosan kapcsolt szakaszra oszlik. Az alsó rész a lealsó szinttől a erde elhúzás és a üőlees akna találkozásái tart, a néyszöletes első rész a üőlees akna alsó (erde) élétől a leelső szinten elhelyezett kamráki tart. A kazándob a kellő ráolyási maassá biztosítására a üőlees akna mellett, elett kerül elhelyezésre. A kazántest első része a első kamrákon, vay a membránalat első részén merevítő bandázsszerkezeten keresztül az állványszerkezetre van elüesztve, íy leelé tául. Az alsó, erde kürtőszakaszon emiatt jelentős üőlees és a erde szakasz tenelyirányával meeyező irányú mozással kell számolni. Emiatt, az alsó szakasz elüesztésének, mindkét irányú elmozdulást lehetővé kell tenni. Ezt úy oldják me, hoy az alsó erde részt bandázskeretekkel, hossztartókkal erősen merevítik, mintey hídszerűen alakítják ki, és a merevítést az elmozdulásokat meenedő csuklós tartószerkezettel üesztik az állványzatra. A kürtő alsó, üőlees részén, a konverter tenelyében kerül elhelyezésre a leereszthető oxién lándzsa, illetve az adalékok konverterbe juttatására alkalmas surrantó is. Rézyártás: A rézyártás, az 1-% réztartalmú nyers érc izikai eljárással (0-40% réztartalomra) történő dúsítását követően, több termikus olyamatot tartalmaz. A leelső eljárás a pörkölés, amelynek során rendszerint luid áyas kemencében a rézérc kéntartalma és más szennyeződései oxidációval lényeesen csökkennek. Az áy hűtésére a hőhasznosító kazán részét képező előzölötető elületek vannak beépítve. A pörkölő kemencéből kilépő 1000 C-nál nayobb hőmérsékletű üstáz ~16% kéndioxidot és ~15% szállóport tartalmaz [.148]. Az ennek hűtésére alkalmas, kényszerített kerintetésű hőhasznosító kazán alazott kivitelű, csak üőlees, belóatott, konvektív elületei vannak, az előbbi irodalomban ismertetett berendezésnél, elő előzölötető, ő előzölötető, túlhevítő, ő előzölötető sorrendben. A elületek tisztításáról kopotató berendezés ondoskodik. A kihulló szállópor a kazán alján elvezethető, a maradékot a kazán utáni ciklon választja le. A pörkölést követő olyamat az úynevezett lánkemencében, yenén oxidáló atmoszérában C-on történő összeolvasztás, amely további kiéetéssel csökkenti a kén, növeli a réztartalmat. A üstáz szállópor tartalma 10 /m 3 [.131], kéndioxid tartalma mintey %. A hamu raadóssái pontja C tartományban van [.148]. A hőhasznosító kazán (.194. ábra) két jól elkülönülő részre osztható. Az első rész a mintey 1300 C hőmérsékletű üstáz raadóssái pont alá hűtésére alkalmas méretű, természetes cirkulációjú, membránalas előzölötetőként kialakított (a vázolt kazánnál ~8 m maassáú, hosszúsáú, ~3 m 56

261 szélesséű) suárzó tér, ahol a kis áramlási sebessé következtében az elraadott szállópor jelentős része is kihullik. A alazott, tölcsérszerűen kialakított tűztérenékről a olyamatos eltávolítást kaparószala biztosítja. Miután a raadóssái pontnál meleebb szállópor részecskék alnak ütközését, elrakódását nem lehet kizárni, a membránal tisztítására kellő számú vízlándzsát kell beépíteni. A második rész részben alazott kivitelű, a belóatott, kétokozatú túlhevítő és az uyancsak üesztett, célszerűen U alakban hajlított csövekből kialakított, ellenáramú léhevítő elhelyezésére szolál. A űtőelületek az előzölötetőt is beleértve a kazán állványszerkezetére vannak elüesztve. Tápvíz előmeleítő beépítése az alacsonyhőmérsékletű korrózió meelőzésére nem célszerű, a tápvíz a kazándobba kerül bevezetésre. A léhevítőben előmeleített leveő a lánkemence tüzelőanya iényének csökkentését seíti. Ebben a részben, a elületek tisztítására, koromúvók beépítése indokolt. A kihulló por a elületek alatti zsompokban yűlhet össze, ahonnan kellő átmérőjű csöveken a kaparószalara hullik. A hőhasznosító kazánban a kemencébe bevezetett hő mintey 40%-a nyerhető vissza. Miután a lánkemence olyamatos üzemben van, az esetlees kazán mehibásodások alatti leállítás elkerülésére javasolt két, 70-75% névlees teljesítményre méretezett hőhasznosító kazán lánkemencénkénti beépítése. Koromúvó Vízlándzsa Kaparó szala.194. ábra Lánkemence hőhasznosító kazán [.148] A rézyártás következő lépése a konvertálás, amely oxién beúvásával konverterben történik, a réztartalom 97-99%-ra nő, de mé visszamaradhatnak minőséet rontó kísérőémek. A konverterből nayhőmérsékletű, kéndioxidban azda ázok távoznak. Miután az acélyártó konverterekhez hasonlóan a olyamat szakaszos, csak telített őzt előállító hőhasznosító kazán létesítése célszerű. A kazán első része ez esetben is, ey kellő méretű, természetes cirkulációjú membránalas suárzó tér, amelyet uyancsak természetes kerinésű, üőleesen elrendezett csövekből kialakított konvektív előzölötető követ. A kihulló szállópor, a kazán teljes hosszán véiutó, tölcsérben yűlhet össze. A konvektív elületek tisztítására koromúvók beépítése indokolt. A teljesítmény a szakaszos üzemből adódóan inadozik, az üzemszünetek alatti lehűlés elkerülésére a kazán után jól záró üstázcsappantyú beépítése célszerű. A nemkívánatos kísérőémek eltávolítása kisebb méretű, szakaszos üzemű lánkemencében történik. A olyamat oxidáló atmoszérában történő olvasztással kezdődik, majd leveőt uvatnak át az áyon, amely oxidálja a tisztátalansáokat, 57

262 kéndioxid áz távozik. A olyamat az áy aszénnel való leedésével, a tisztított réz ormákba öntésével zárul. A mintey 4 óra alatt elvézett műveletben, a közel 8 órái tartó elhevítés alatt, állandó üstázmennyisé mellett a hőmérséklet okozatosan nő (csúcs értéke 1300 C körül van), 14 órát követően mekezdődik a üstázmennyisé és hőmérséklet csökkenése, a ciklus utolsó néy órájára a üstázmennyisé a maximális érték 10%-ára, a hőmérséklet ~1150 C-ra esik vissza [.148]. A szállóhamu raadóssái pontja C között van, íy a eltapadások minimalizálására e művelet után is csak kellő méretű suárzó térrel kialakított hőhasznosító kazán beépítésére van lehetősé. A szakaszos üzem miatt indokolt lehet póttüzelés létesítése. Ez esetben túlhevítés is mevalósítható. A kazán membránalas kivitelben készíthető, a túlhevítő a konvektív huzamba építhető. Az utolsó űtőelület célszerűen a lánkemence tüzelőanya iényét csökkentő léhevítő, amelyet a létömör kialakítás érdekében csöves kivitelben indokolt beépíteni. A kemencéből kilépő üstázok kéndioxid tartalma jelentős lehet, íy az alacsonyhőmérsékletű korrózió meelőzésére is üyelni kell. Gőzreormálás: Ammónia, metanol szintézisáz előállításához, hidroén, etilényártáshoz a könnyen előzölötethető nyersanyaoknál (öldáz, metán, benzin, olajinomítói melléktermékek) katalitikus őzreormálást alkalmaznak [.153]. Az előzetesen kéntelenített, elpárolotatott, előmeleített közebe bar nyomású, C hőmérsékletű túlhevített őzt kevernek, 8-35 bar nyomáson C-ra meleítik és a bontandó nyersanya eneriatartalmának mintey 1/3-át kitevő teljesítményű külső űtéssel, katalizátorral töltött csöves reaktorokban (őzreormáló berendezésben) elbontják. A döntően szénmonoxidot és hidroént tartalmazó bomlástermékből, leveő hozzáadásával, ey második reormálóban, tökéletlen éés során ~3% nitroént, ~48% hidroént, ~5% szénmonoxidot, ~5% széndioxidot és nemesázokat tartalmazó terméket állítanak elő. (A számértékek a [.153] irodalomból származnak, összeük 100%-nál nayobb.) Túlhevítő. Földázhevítő. Túlhevítő 1. Földázhevítő 1. Naynyomású leveő előmeleítő Éési leveő előmeleítő.195. ábra Krakkoló berendezés utáni hőhasznosító kazán [.150] A olyamathoz szüksées őz, naynyomású, előmeleített leveő előállítása, az elbontandó öldáz előmeleítése a csöves őzreormáló reaktorokból kilépő C hőmérsékletű, a hayományos, öldáztüzelésű kazánok üstázának meelelő összetételű ééstermék elhasználásával a.195. ábrán vázolt hőhasznosító kazánban [.150] történik. A kazán bontási olyamathoz szüksételen őztermelése a naynyomású áz és leveő kompresszorok hajtására, illetve villamos eneria előállítására hasznosítható. A űtőelületek sorrendjét az ábra mutatja. A hayományos kazánokhoz viszonyítva új elületként jelenik me a két öldázhevítő és a naynyomású (a csöves reaktorból kilépő 7-34 bar nyomású, C hőmérsékletű, a bontási termékbe a második reormáló berendezésben bekeverhető leveőt előmeleítő) léhevítő. Méreteiket beolyásolja, hoy a 58

263 közeoldali hőátadási tényező lényeesen eltér a vízőz túlhevítőknél meszokott értékektől. A leutolsó, csöves léhevítő elület a csöves reaktor éési leveőellátását (tüzelőanya iény csökkentését) biztosítja. Gázhűtő berendezés: Etilén, szintézisáz előállításánál a második reormáló berendezés után a bomlási olyamatot a maximális termékkihozatal érdekében nayon yorsan me kell szakítani. Ez a köze berendezésből (esetenként 1000) C-on történő kivezetésével, és C/s sebesséel, C-ra történő yors lehűtésével valósítható me. A hűtésre, ey erre a célra kiejlesztett, üstcsöves hőhasznosító kazánban kerül sor [.151]. A nay hűtési sebesséből adódóan a üstcsövek belépő szakaszán a hayományos kazánokhoz viszonyítva lényeesen nayobb, kw/m hőterhelés adódik. Füstáz Füstcső Gáztömör heesztés Kilépő kamra Áramló olyadékyűrű b) Csőreiszter kialakítása a) Duplacsöves előzölötető.196. ábra Duplacsöves hőhasznosító kazán [.151] A yors lehűtésre a.196. ábrán vázolt duplacsöves őzkazán alkalmazható. A kazán tetszőlees számú, ovális alsó, első kamrához csatlakozó duplacsöves elemből (üstcsőből és az azt körüloó, vízköpenyt határoló külső csőből) áll. Ey adott kivitelnél [.15] a üstcső Φ38*3,6, a határoló cső Φ60*4,5 mm méretű, a csőhossz 10 m. A 8-9 mm alvastasáú ovális alsó, első kamrák bekötő csöveken keresztül elosztó- és yűjtőkamrákhoz csatlakoznak. A áztömör kialakítás érdekében az ovális kamrák összeheeszthetők [.151], a csőköte szüksé estén kívülről heneres, szöletes lemezcsatornával burkolható. A kamrák közvetlen összeheesztése helyett, átlemezek, uszonyokkal kialakított kamrák is alkalmazhatók. A be és elvezető üstcsatornák az ovális kamrákra körben elheesztett, a kamrák oldalán ésűs kialakítású yűrűkhöz (keretekhez) csatlakoznak. Íy a berendezések mind üstáz mind hűtőköze oldalon tetszőlees (őzreormáló berendezések után 7-34 bar) nyomásra méretezhetők. A üstcső és az eltérő hőmérsékletű határoló cső közötti hőtáulás különbséet a rualmas ovális kamrák eyenlítik ki. Az ovális kamra meelelő kialakítása esetén [.15], az iénybevételek a meenedhető értékeken belül maradnak. A berendezés célszerűen üőlees elrendezésű. A kazán alátámasztása az alsó ovális kamrákra heesztett, ésűs lemezekkel csatlakozó keretrendszeren keresztül történik, íy a berendezés elelé tául. A üstázbevezetés lehetsées elülről (ellenáram), vay alulról (eyenáram). A üstcsövekben a üstázsebessé tiszta, 59

264 szennyeződésmentes ázoknál, a yors hűtés érdekében, elérheti a 150 m/s értéket, szennyezett ázoknál az erózió meelőzésére csak 5 m/s-nál kisebb értékek enedhetők me. A berendezés természetes cirkulációval üzemeltethető, a két cső közötti olyadékyűrű vastasáa a hőterheléstől üően 4-10 mm [.15] között lehet. Az ebből adódó, nay vízoldali áramlási sebessé miatt a olyadék az esetlees szennyeződéseket maával raadja, lerakódásokkal az intenzív turbulencia miatt az ovális kamrákban sem kell számolni. A szennyeződések a kazándobban válnak ki, ahonnan elvezethetők. A kamrákbeli nay áramlási sebessé azt is előseíti, hoy a első ovális kamrákban ne alakuljon ki stanáló őzilm, őzduó, ezért a kamra elületének helyi túlhevülése mé első ázbevezetés estén sem várható. A vízoldali hőátadási tényező a nay sebessé miatt a W/m K értéket is elérheti [.151], íy az említett nay hőterhelések mellet is uralható csőalhőmérsékletek alakulnak ki. A őznyomást a elhasználó iényei határozzák me, a kényszerített kerintetés elkerülésére 140 bar-nál nayobb érték nem célszerű. A párhuzamosan kapcsolt csövek számát a mekívánt lehűtési idő, illetve meenedhető nyomásvesztesé, a csövek hosszát az átadni kívánt hőmennyisé határozza me. Szennyezett ázoknál számítani kell a üstcsövek elpiszkolódására. Veyipari alkalmazásoknál kemény eltapadások (kokszképződés) is lehetséesek. A szennyeződés következménye a üstázoldali ellenállás növekedése, hőteljesítmény csökkenése. A tisztítás módja a lerakódás jelleétől ü. Porszerű lerakódások esetén duplacsöves kazánoknál is lehetsées kopotató berendezés alkalmazása. Ehhez a belső csöveket a kopotató rúd síkjában (távolsátartó rúddal, bordával) össze kell kötni a külső csövekkel, íy a külső csövekre mért rendszeres ütések átvezetődnek a belső csövekre és azokról a porszerű szennyeződés lehullhat. Keményebb, különösen kokszszerű lerakódások esetén csak a naynyomású vízsuárral vézett mosás seíthet. A duplacsöves kazán a yors ázhűtés mellett, sok eyéb célra is alkalmazható. Nemcsak üőleesen, hanem erdén, kényszerített kerintetéssel, 5 ok hajlásszöel, vízszintesen is kialakíthatók. Előnyük a hayományos üstcsöves kazánokkal szemben a lényeesen kisebb víztér, anyaelhasználás, iényhez szabott yártás lehetősée. Ammónia szintézis: A szintézis nay nyomáson és hőmérsékleten mey vébe, ezért ammónia oldalon a hőhasznosító kazánokat is a hűtendő áz nay nyomásának meelelő kivitelben kell kialakítani. A lecélszerűbb meoldást a.197. ábrán vázolt, heneres tartályban elhelyezett hőcserélők adják [.150]. Az a) részlet ey őzejlesztőt mutat, amelynél a hűtendő, akár 450 bar nyomású, 350 C hőmérsékletű ammóniaázok a csőköteben áramlanak, az előzölésre pedi az álló, heneres tartályban kerül sor. A tartály méretezése a kívánt őznyomásra (10-30 bar) történik. A berendezés csak telített őz előállítására alkalmas. A tápvíz bevezetése a tartály alsó részébe történik, a őzelvezetésre a első edélen elhelyezett őzcsonkon keresztül kerül sor. A tartály első része őztérként szolál, de a cseppelraadás minimalizálására, a csonk elé, vízleválasztókat is beépítenek. A csőkíyó a tartály közepén van elhelyezve, íy a természetes cirkuláció a hideebb tartályal mentén leelé, a csövek között, körül elelé irányul. 60

265 A vázlaton nem tüntettük el, de a csőkíyók merevítésére a tartályenékre állított idomacélból készített, a csőköte maassáái nyúló állvány, illetve a csőköteet 1- méterenként körüloó keretek szolálnak. A keretek kialakítása olyan, hoy a cirkulációt minél kevésbé zavarják. Miután a csőköte a tartályhoz viszonyítva az üzemállapottól üően változtatja hosszát, első része előeszített rúón keresztül ü az állványzaton. Íy hosszirányban állandóan előeszített állapotban marad, erjesztések esetén nem vay csak minimálisan jön rezésbe. A szereléshez, illetve a belső szerkezeti elemek metekintéséhez, javításához a heneres köpeny alsó részén peremes kötéssel ellátott osztósík van. A heneres tartálytest alul körben heesztett szoknyayűrűn, talplemezen keresztül támaszkodik az alapra, elelé szabadon tául. A tartály a hayományos kazánoknál szokásos elvárásoknak meelelően rendelkezik vízállásmutatóval, lételenítő-, leürítő-, leiszapoló csonkkal is. A vázolt berendezés [.150] irodalomban ismertetett változata, 1,8 m átmérőjű, 16,05 m maas tartályban 00 m űtőelületet tartalmaz. A keresztkamrákhoz elváltva (kívül, belül) csatlakozó elosztó kamrákhoz 1-1 cső csatlakozik. A hűtendő köze be- és elvezetése az alsó tartályenéken keresztül történik. Miután a csőköteet merevítő állványzat is erre támaszkodik, méretezésénél a járulékos erőhatásokat is iyelembe kell venni. Gőzelvezetés Víz visszavezetés Lételenítés Zsalus cseppleválasztó Vízállásmutató Osztósík szereléshez, javításhoz Szintézisáz bevezetés Tápvízbevezetés Leiszapolás, leürítés Elosztó kamrák Keresztkamra Hűtővíz bevezetés Szintézisáz bevezetés a) Előzölötető b) Gázhűtő.197. ábra Ammónia konverter utáni hőhasznosító kazánok [.150] Az előzölötetőben az ammóniát csak a telítési hőmérséklet+hőokrés hőmérsékletre (00-50 C) lehet lehűteni, ezért a további hűtéshez azonos szerkezetű vízhűtésű ázhűtő (.197. ábra b) részlet) beépítése szüksées. Ennél a hűtendő köze és a hűtővíz ellenáramban (utóbbi alulról elelé) áramlik. A heneres tartályt csak az áramlási veszteséek pótlását biztosító, illetve a olyadék kiőzölését meelőző (az előzölötetőnél kisebb) nyomásra kell méretezni. Miután a kazántesten belüli recirkulációval nem kell számolni, kisebb átmérőjű tartály alkalmazható. Az irodalomban [.150] ismertetet berendezés űtőelülete, 1 m átmérőjű, 18,05 m maas köpenyben, 40 m. Ey elosztó kamrához 16 cső csatlakozik. Ammóniaoldali méretezési nyomása, változatlanul, 350 bar. Kénsavyártás: A kénsavyártásnál a ként hűtetlen tűztérben, ien nay léelesleel eléetik [.131]. A keletkezett, jelentős kéndioxid tartalmú, 1330 C hőmérsékletű, éésterméket hőhasznosító kazánba vezetik, ahol a kéndioxidkéntrioxid reakciót előseítő, platina-kadmium katalizátorban vébemenő olyamatokhoz lemeelelőbb, 630 C körüli hőmérsékletre hűtik. További 61

266 hőelvonásra a katalizátor okozatai között van szüksé, mivel az oxidáció következtében a katalizátor hőveszteséénél nayobb hőmennyisé keletkezik. Az elvont hőmennyisé az első hőhasznosító kazánban ejlesztett őz túlhevítésére, további előzölötetésre, tápvíz előmeleítésre hasznosítható. Miután a kénoxidok semmiképp sem juthatnak ki a környezetbe, nyomásálló, tömör kivitelű kazánokra van szüksé ábra Kénsavyártásnál alkalmazott hőhasznosító kazán [.131] Ey ilyen kazán vázlatát a.198. ábra mutatja. Minden űtőelület nyomásálló heneres tartály belsejében van elhelyezve. A hűtendő ééstermékek az ezen belül elrendezett, néyszöletes keresztmetszetű csatornákban áramlanak, a elületek a leelső hőhasznosító kazánt kivéve konvektív űtőelületként vannak kialakítva. Ezeknél a be- és elvezető csövek a köpenyen keresztül csatlakoznak a kamrákhoz. Az eyes okozatok is a köpenyre támaszkodnak. A hűtendő köze bevezetése a köpeny alsó részén elhelyezett csonkon, elvezetése a első enéken kialakított nyíláson történik. Az előbbi vázlaton bemutatott hőhasznosító kazánnál a néyszöletes csatorna membránalas kialakítású, amelyben az intenzív hőelvonás előseítésére sík panelként elrendezett, az előzölötető rendszerhez csatlakozó, vay túlhevítőként kapcsolt elületek vannak elhelyezve. A membránalas kazántest az alsó kamrák véén a kazánköpenyre támaszkodik, a hőmérséklet különbséből adódó elmozdulás különbséeket az ééstermék kivezetésére szoláló első enéken elhelyezett csőcsonkban elmozduló átmeneti darab eyenlíti ki. A vázlaton nem szereplő, be- és elvezető csövek vonalvezetése rualmas, íy a hőmérsékletkülönbséből, ennek változásából adódó elmozdulás különbséek csak minimális járulékos terhelést eredményeznek. Be- és elvezetésük történhet a köpenyen, vay a első tartályedélen keresztül. Az alsó kamrákhoz leürítő, leiszapoló vezetékek csatlakoznak. Az előzölötető elület kialakítható természetes cirkulációval is, ekkor az ejtő- és őzbekötőcsövek a kívül, meelelő maassában elhelyezett kazándobhoz csatlakoznak. A heneres kazánköpeny az alsó szoknyalemezen támaszkodik az alapra. Eyéb (üve, toló, ázszárító és más) kemencék: Az előbbi, vázlatosan ismertetett hőhasznosító kazánokon kívül nay számban alkalmaznak más 6

267 hőhasznosító kazánokat is. Ezek általában sorozatban yártott típusberendezések, vay sorozatban yártott ődarabokból, a elhasználási hely, üstázmennyisé, hőmérséklet, hőelhasználási lehetőséek, hőiények üvényében összeállítható berendezések. Az alaptípusok (például [.16]) a következők szerint csoportosíthatók: Füstcsöves őz, vay melevíz, orróvíz 16 kazán (például [.186]), amelyet bordázott-, vay simacsöves tápvíz előmeleítő eészíthet ki. (.199. ábra a) részlet). A kazántest elhelyezhető vízszintesen, üőleesen, utóbbi esetben alulról elelé vay ordított irányú üstázáramlásra kialakítva. A tápvíz előmeleítők, az a)-b) részlettől eltérően, mindi vízszintes elrendezésűek. Vízcsöves őz, melevíz, orróvíz, termoolaj kazán, bordázott vay sima csővel, vízszintes vay üőlees átáramlással (utóbbi esetben mindkét áramlási irányra), természetes, kényszerített kerintetéssel, kényszerített átáramlással (.199. ábra b)-d) részletek). Összeállításuk rendszerint eyetlen sorból álló, előre yártott elemekből történik. Henerpalást mentén emelkedő, vay eymásra helyezett spirál csőkíyókból kialakított, kényszerátáramlású őz, melevíz, orróvíz, termoolaj kazán (.00. ábra a) részlet), célszerűen kör keresztmetszetű üstázcsatornához csatlakoztatva. A váltott emelkedéssel eymásra helyezett, sorozatban yártott spirál csöveket belső vay külső véükön csatlakoztatják a következő sorhoz, íy tetszőlees maassáú berendezés alakítható ki. Kétdobos, a néyszö keresztmetszetű üstázcsatorna méretének meelelően kialakított, természetes cirkulációjú, simacsöves őzkazán (.00. ábra b) részlet). Az ejtőcsöveket a kevésbé űtött vízcsövek, vay űtetlen csövek alkotják. Füstáz Gőzelvezetés Tápvíz előmeleítő Előzölötető Tápvíz bevezetés a) Nayvízterű hőhasznosító kazán b) Természetes kerinésű vízcsöves hőhasznosító kazán Gőzelvezetés Füstáz Füstáz Kerintető szivattyú Tápvíz bevezetés c) Kényszerátáramlású hőhasznosító kazán d) Kényszerített kerinésű vízcsöves hőhasznosító kazán.199. ábra Füstcsöves, vízcsöves hőhasznosító kazánok Telepítésük történhet hőorrásonként, vay több hőorrás üstcsatornájának eyetlen közös hőhasznosító rendszere vezetésével. Kialakításuknál elsősorban a üstáz portartalmára, összetételére kell tekintettel lenni. Kisebb berendezéseknél, az esetlees lerakodás mértékének csökkentésére, a ejezet elején említett koromúvók, kopotatók mellett rázóberendezéseket (amelyek olyamatos rezetéssel mintey lerázzák a lerakódni készülő porszemcséket) is alkalmaznak, a üstáz áramlási 16 A melevíz, orróvíz kazánokat a.3. ejezet, a termoolaj kazánokat a.4 ejezet ismerteti. 63

268 sebesséét, a bordák osztástávolsáát, a bordák alakjával a lemezeken kialakuló turbulenciát növelik. Kénoxid tartalmú üstázoknál az alacsonyhőmérsékletű korrózió elkerülésére a émhőmérsékletet (például a tápvíz őzzel űtött hőcserélőben történő előmeleítésével) a harmatpont elett tartják, illetve korrózióálló szerkezeti anyaokat alkalmaznak. Utóbbiakkal a távozó üstázhőmérséklet akár C-i is csökkenthető lehet, miközben általánosan 150 C, kénmentes öldáz eltüzeléséből származó üstáz hasznosítása esetén ~110 C távozó hőmérséklet javasolt. A űtőelületeknek ellenőrzés és tisztítás céljából hozzáérhetőnek kell lenni. Füstáz Csőspirálok Hőszietelés Füstcsatorna Csőspirál a) Spirálcsöves elemekből álló kényszerített átáramlású kazán b) Kétdobos hőhasznosító kazán.00. ábra Spirálcsöves, kétdobos hőhasznosító kazánok A kazánok teljesítményének szabályozása eyéb lehetősé hiányában a belépő üstáz mennyiséének változtatásával, ey részének szüksé szerinti elterelésével történik. Füstázelszívó ventillátorral rendelkező hőhasznosító kazánoknál olyan meoldás is ismert, amikor a hőhasznosító kazánba belépő üstáz hőmérsékletét leveőbeszívással csökkentik, íy hőleadása a kisebb hőmérséklet-különbsé következtében csökken le. Ezen meoldás előnye, hoy a kéményt nem a kazán előtti nayobb üstázhőmérsékletre kell kialakítani, uyanakkor nayobb üstázelszívó ventilátor szüksées, melynek eneriaoyasztása jelentősen nőhet. A részbeni, közvetlen hőhasznosítás nélküli szabadra (kéménybe) vezetést, illetve a környezeti leveő beszívást lehetővé tevő csappantyú vezérlése a kazán szabályozott paraméteréről (őzkazán esetén a őznyomásról, eyéb kazánoknál a kilépő olyadékhőmérsékletről) történik. Vízminősé tekintetében a hasonló kialakítású, hayományos kazánokra vonatkozó előírásokat kell iyelembe venni. 64

269 .4. Különlees kazánok Különlees kazánokon a hayományostól eltérő tüzelésű, elépítésű, vay speciális oyasztói iényeket kiszoláló berendezéseket értjük. A minősítés a technika ejlődésével olyamatosan változhat. Például eykor különleesnek számított a kényszerátáramlás, a szénportüzelés vay néhány évtizeddel ezelőtt a luidtüzelés is, amelyek alkalmazása időközben általánossá vált. Uyanakkor vannak berendezések, amelyek mindi különleesek maradnak. A következőkben ilyen kazánokra ismertetünk néhány jellemző példát. Két áramkörös (Schmidt-Hartmann) kazán: Korábban, a vízelőkészítő technolóiák ejletlensée miatt, az előzölötető csövek mé a yakori, nay leiszapolás ellenére is rendszeresen elrakódtak, emiatt túlhevültek, mehibásodtak. Ennek meelőzésére alakultak ki a üstázzal űtött előzölötetőt nem tartalmazó konstrukciók. Előzölötető Tápvíz előmeleítő Túlhevítő Gőzszivattyú Túlhevítő Tápvíz előmeleítő Fűtőőz Előzölötető a) Két áramkörös (Schmidt-Hartmann) kazán b) Löler kazán.01. ábra Előkészítetlen tápvízre alkalmas kazánok Az eyik, tápvízként csak nyersvizet elhasználó berendezéseknél ma is alkalmazott meoldás a két áramkörös kazán (.01. ábra a) részlet). Ennél a szekunder körből kiadott őz előzölötetése a kazándobban, az oda beépített, zárt (primer) körben előállított őzzel űtött hőcserélővel történik. A kazán előzölötető elületeit a zárt kör űtőelülete alkotja. Miután ebben közevesztesé nincs (vay csak minimális) az előzölötető csövek elrakódásával nem kell számolni. A primer körben a közeáramlás természetes cirkulációval történik, a szekunder kör kényszerátáramlású. A dobba beépített hőcserélőben mintey 45 C hőmérsékletkülönbséet kell tartani, íy a primer kört ennek meelelően nayobb őznyomásra kell méretezni. Azt is iyelembe kell venni, hoy a szekunder oldalon a hőcserélő a sókiválások, lerakódások miatt elszennyeződhet, íy teljesítménye csökkenhet, vay azonos őztermeléshez nayobb hőmérséklet-különbsére lesz szüksé. A [7] szerint 100 bar szekunder nyomáshoz ~150 bar primer nyomás szüksées, amely kazánkő lerakódás esetén akár ~180 bar-ra is nőhet. Belátható, hoy a kazán több, jobb minőséű szerkezeti anyaot iényel, íy lényeesen dráább, mint a hayományos konstrukció. Löler kazán: A másik, ma már nem épített meoldásnál (.01. ábra b) részlet) a kényszerátáramlású kazánnak csak tápvíz előmeleítő és túlhevítő űtőelületei vannak. A berendezés lényee a bekevert, túlhevített őzzel űtött tartály, és az ahhoz csatlakoztatott, a őz kerintetését biztosító őzszivattyú. A tápvíz előmeleítő a szokásos naysáú, a túlhevítő űtőelület azonban lényeesen nayobb, mivel az 65

270 előzölötetőt is pótolnia kell. Nemcsak a elülete lesz nayobb, hanem a tömeárama is, hiszen a kiadott őz mellett a űtőőzt is át kell eresztenie. A kazán tűzterét a túlhevítő első okozatát képező besuárzott űtőelület határolja. A véokozat konvektív túlhevítőként van kialakítva. A őzszivattyú változtatható ordulatszámú, mivel szállítási teljesítményének a kazán őzteljesítményéhez kell iazodni. Átmeneti őziény csúcsok esetén, ezek szoláltatására is alkalmasnak kell lennie. A kazán önállóan nem tud elindulni, indításához (lealább 1 bar nyomású) ideen őzt kell a tartályba bevezetni, amellyel a túlhevítők eltöltéséhez, minimális hűtéséhez szüksées őzáramlás biztosítható. Miután az olcsó előzölötető csőanyaok helyett dráa túlhevítő anyaokat kellett alkalmazni, a hayományos meoldásnál lényeesen dráább volt. A őzszivattyú jelentős teljesítményiénye miatt a hatások is csökkent. A vesztesé eloadható, 3% alatti értéken tartására 100 bar nyomás alatt nem volt célszerű alkalmazni. A őz tisztasáot beolyásolta, hoy a tartályban a hayományos kazándobhoz viszonyítva mintey háromszoros őz-tömeáram alakult ki, íy a nayobb téroati őzterhelés miatti cseppelraadás a őz sótartalmának növekedését idézhette elő. Atmoszérikusnál nayobb nyomáson üzemelő kazánok: Az ilyen berendezések alkalmasak a ázturbinák tűzterének helyettesítésére, uyanazzal a ázturbinával nayobb teljesítményt lehet elérni, mivel a kompresszor által összesűrített teljes leveőmennyiséet el lehet használni a tüzelőanya eléetéséhez. A nyomás növelése kedvező a kazán szempontjából is, uyanis a üstázoldali hőátadási tényező a nyomás növelésével lényeesen növekszik, emellett nayobb áramlási veszteséek enedhetők me, ezért nayobb üstázoldali áramlási sebesséeket lehet alkalmazni. Íy a kazán méretei csökkennek, ami lehetővé teszi a yors indítást, rualmas üzemvitelt. Két jellezetes meoldását ismertetjük. Gőzkazán ~ Motor/ Generátor Kompresszor Turbina.0. ábra Velox kazán kapcsolási vázlata Velox kazán: A svájci BBC által [7] 1930-as években kiejlesztett Velox kazán (.0. ábra) olaj vay áztüzeléssel működött. A kompresszor a leveőt ~3 bar nyomásra sűrítette, közben hőmérséklete ~160 C-ra nőtt. Az éőteret a kényszerített kerintetésű előzölötető elületből kialakított tűztér képezte. Az éés során elmeleedett munkaközeet az előzölötetőben és az azt követő túlhevítőben C-ra hűtötték, miközben nyomása ~,6 bar-ra csökkent, majd a ázturbinára vezették. A ázturbinából ~400 C-al kilépő ééstermék további hűtése a tápvíz előmeleítőben történt. A (meenedhető) nay nyomásvesztesé a űtőelületeken m/s áramlási sebesséeket tett lehetővé. Ez a hayományos kazánoknál szokásos 10 m/s sebesséhez (amelyet a leveő aláúvó, üstázelszívó 66

271 ventilátorok nyomómaassáa, teljesítményiénye korlátoz) viszonyítva üstcsöveknél ~6-11-szeres, csőre merőlees áramlásnál, sakktáblás csőosztásnál ~4-6-szoros, üstázoldali hőátadási tényező növekedést eredményezett. Ehhez jött a nyomásnövekedésből adódó Pr szám növekedés hatása, amelynek eredményeként a hőátadási tényező további jelentős növekedése (mintey duplázódása) jelentkezett. A suárzásos hőátadás is nő a eketeséi ok k s p ( a 1 e, részletesebben lásd az 5.5 ejezetben) kitevőjében lévő nyomás növekedésével, az előbbi nyomásnál mintey másélszeresére. Íy összesséében jelentős méretcsökkenéssel lehet számolni. A kazán álló, kompresszor utáni nyomásra méretezett tartályban elhelyezett heneres tűzterét duplacsöves (.196. ábra.) előzölötető elület határolta. A sűrűn eymás mellé helyezett csövek űtése részben a külső cső elé irányuló lánsuárzással, részben a macsőben, nay sebesséel áramló ééstermékek konvektív hőátadásával történt. Az intenzív hűtést a két cső között a hőterhelésnek meelelő tömeáram sűrűséel áramló víz biztosította. A robbanó-, (búvó)nyílás méretére összehúzott alsó kúp hűtése a orrcsöveket eyenként tápláló vízbekötő csövekkel történt. A orrcsövek első vééről a őzbekötő csövek yűrű alakú kamrába kerültek bekötésre, amelyből két összekötő cső vezetett a vízleválasztó ciklonként is működő nívóedénybe. A csövek bevezetése a vízleválasztás előseítésére tanenciálisan történt. A cseppelraadás csökkentésére a őzelvezetés elé cseppleválasztó ciklont is beépítettek. A túlhevítő és tápvíz előmeleítő, az elpiszkolódás minimalizálására, a üstáz áramlási irányával párhuzamos csövezéssel került kialakításra. Az elszennyeződést a nay, üstázoldali áramlási sebessé is lassította. A űtőelületeken esetleesen (elsősorban olajtüzelésnél) képződött lerakódások eltávolítása álló helyzetben vézett mosással volt lehetsées. Léhevítő beépítésére a modern ázturbina utáni hőhasznosító kazánokhoz hasonlóan nem volt szüksé (a leveő a kompresszorban előmeleedett a meelelő hőmérsékletre). Az ééstermékek kellő lehűtését az előmeleítés nélkül, áztalanító utáni hőmérsékleten bevezetett tápvíz biztosította. Tápvízként elsősorban kondenzvizet használtak, de 1000 m/l NaOH eyenértékű kazánvízzel is tartósan működött anélkül, hoy a túlhevítőben, őzturbinában lerakódások képződtek volna. A kazán őbb elemei yárila készre szerelhetők voltak (a 100 t/h teljesítményű berendezés készre szerelt éőtere elért a vasúti űrszelvényben [7], meelelő teherbíró képesséű vaonnal szállítható volt), a helyszínen csak a részelemek összeállítására volt szüksé. A berendezés indítása a motorként is működtethető enerátorral történt, amely a ázturbina teljesítményének elutását követően az említett nyomásviszonynál ~75% teljesítménynél üres járásba került, majd további tüzelési teljesítménynöveléssel átkapcsolható volt enerátor üzemmódba. Irodalmi adatok [7] alapján a kazán max. 75 bar nyomási, max. 500 C rissőz hőmérsékleti t/h teljesítmény tartományban készülhetett. A berendezést hajó- és mozdonykazánként is alkalmazták, indítási ideje 6-10 perc volt, ami uyancsak nay előnyt jelentett a hayományos berendezések, yakran több órás, indítási idejéhez viszonyítva. Maximális hatásoka mehaladta a 90%-ot. Nyomás alatti luidtüzelésű kazán: Gázturbináknál csak szennyeződésmentes éésterméket eredményező tüzelőanyaokat lehet elhasználni. Emiatt szén hosszú 67

272 idei szóba sem jöhetett üzemanyaként. Miután az elsősorban alkalmazott öldáz, tüzelőolaj korlátosan áll rendelkezésre, áruk erősen volatilis, a konstruktőrök olyamatosan keresik a lehetőséet a szén olyan előkészítésére/eltüzelésére, amely a éltermékek, ééstermékek ázturbinában történő elhasználását is lehetővé tenné. A hayományos meoldás a szén akár nyomás alatti elázosítása, ez azonban jelentős eneria veszteséel jár. Az újszerű meoldás a ázturbina éőterének szén eltüzelésére, szennyeződésmentes üstáz kiadására alkalmas berendezéssel történő helyettesítése. Ilyen lehet, a meelelő szűrőképesséű porleválasztókkal kieészített nyomás alatti luid kazán. A svéd ABB által kiejlesztett berendezés, (.03. ábra) a Velox kazánhoz hasonlóan, ey nyomásálló tartályban van elhelyezve. A 00 MW tüzelésű teljesítményű változatnál a ~16 bar nyomásra méretezett tartály 13,5 m átmérőjű, 0 m maas. A tartály a kazán mellett a kétokozatú, multiciklon rendszerű pernyeleválasztókat, hamu hűtőt, áy anya tárolót is maában olalja. A űtőelületek a kazán oldalalain, illetve az áyban vannak elhelyezve. A Cottbusba tervezett berendezés [.157] újrahevítőt is tartalmazott volna, a Värtanban működő berendezésnél [.156] ilyen nincs. A kéttenelyes ázturbina névlees teljesítménye 16,5 MW. A kompresszor utáni leveőnyomás 1, bar, a tüzelési (luid áy) hőmérséklet 860, a ázturbina belépő hőmérséklete 830 C. A kazán kényszerített átáramlású, 18 t/h, 137 bar nyomású, 530 C hőmérsékletű rissőzt szoláltat, a tápvíz előmeleítő e meoldásnál is a ázturbina után van elhelyezve. Újrahevített őz Frissőz Pernyeleválasztó Fluid áyas őzkazán Tüzelőanya Kompresszor Turbina ~ Motor/ Generátor Hamu.03. ábra Nyomás alatti luidtüzelésű kazán vázlata [.157] A kazánba a 8-1% hamutartalmú, -9 MJ/k űtőértékű tüzelőanyaot, a kéntelenítést előseítő adalékanyaal összekeverve, 75-80% szilárd anya tartalomra nedvesítve, változtatható szállítási teljesítményű betonszivattyúkkal adaolják. A luid áy maassáa mintey 4 méter, a luidizációs sebessé ~1 m/s. A ciklonok után a turbinába távozó üstáz mé ~10 m/m 3 pernyét tartalmaz, a yártó szerint ez a ázturbinánál már nem okoz számottevő kopást. Az áyba merülő űtőelületeket, illetve a ázturbina lapátokat ondosan tervezték, esetlees kopás, mehibásodás esetén javításuk, cseréjük yorsan elvéezhető. Lútüzelésű kazán: A cellulóz és papíriparban a yártási olyamatban elhasznált kémiai anyaok visszanyerése, tisztítása úynevezett lútüzelésű kazánokban történhet. Ezek a tüzelőberendezés, tűztérenék, üőlees konvektív űtőelületek és a kazán után alkalmazott leválasztó kialakításában különböznek a hayományos kazánoktól. A leáltalánosabban alkalmazott meoldás az úynevezett Tomlinson kazán. A G.H. Tomlinson által az 190-as években [] kiejlesztett meoldásnál az 68

273 Na SO 4 +Na CO 3 +vétermékmaradványok összetételű, a technolóiai eljárástól üően a szárazanya-tartalomra vonatkoztatva ~1,7-16 MJ/k űtőértékű, 13-70% szilárd anya tartalmú, ekete lú (black liquor) olyadékot C-ra előmeleítve a membránalas kialakítású, besuárzott tűztér alsó részén (.04. ábra) a tűztér alára permetezik, ahol az kiszárad. A nedvessé elpárolását követően, a tűztér enekére hullott lúból ey szilárd anyaból álló halom képződik. A halomba kerülő vétermékmaradványok szerves anya tartalma a tűztérenéken leveőhiányos, tökéletlen éés során széndioxiddá, szénmonoxiddá eléve 95-97% hatékonysáal előseíti a lú nátriumszulát alkotórészének nátriumszuliddá (Na S) redukálását. A lú dehidratációjához, kazánbeli hőejlesztéshez szüksées hőmennyiséet a szerves anya éése biztosítja. A lú szervetlen, dehidrált, redukált alkotórészei a erde tűztérenékről ey visszaoldó tartályba olynak. Az éési leveő bevezetése a lú éőkön bejuttatott leveőn túlmenően három síkban: a lú tüzelő berendezések mellett szekunder leveőként, az éősík alatt, a tűztér alján összeyűlő szilárd anya halomra irányítva primer leveőként, illetve a tűztér mintey élmaassáában, tercier leveőként történik. Tercier leveő bevezetés Tüskézett, védőmasszával burkolt hűtőelület Szekunder leveő bevezetés Black liquor éők Primer leveő bevezetés Kiolyó nyílás.04. ábra Tomlinson kazán tűzterének alsó része [.149] A tűztér alsó részén a tűztéreneket is beleértve a csövek tüskézettek, keramikus masszával burkoltak. A tűzteret a üstázban lévő sóolvadékok miatti esetlees (maas hőmérsékletű) korrózió meelőzésére, a üstázok kellő lehűtésére bőven kell méretezni és a konvektív űtőelületek alhőmérsékletét is a sóalkotók olvadáspontja alatt kell tartani. Emiatt a túlhevítési hőmérséklet a 450 C-ot nem haladhatja me [.149]. Az előbbiek ellenére több berendezésnél tapasztaltak korróziót az alsó zónában. A [] alapján a tűztér enéken krómötvözésű szén acél, az oldalalakon a szekunder leveő beúvás alatt Alloy 65, Alloy 85, illetve 6 bar-nál kisebb nyomásnál a tűztér enékkel azonos minőséű (esetle ausztenites külső réteel yártott) szén acél, a szekunder leveő beúvástól a tercier leveő beúvási keményített elületű 304L minőséű, vay tüskézett, burkolt, növelt krómtartalmú szénacél csöveket célszerű alkalmazni. Az 1980-as évektől kezdve általánossá vált a kétréteű, kompozit csövek alkalmazása, amelyek ey hayományos szerkezeti anyaból álló, teherviselő belső maból és az ezt borító, 1,3-1,6 mm vasta korrózióálló (például X 1 NiCrMoCu ) anyaból készített külső réteből állnak. A meszilárduló sóolvadékok a konvektív elületeken kiválhatnak, a elületeket a könnyű tisztíthatósá érdekében kellő (a leelső túlhevítőnél 300 mm a leutolsó konvektív elületnél 15 mm []) naysáú osztással, üőleesen kell elrendezni és 69

274 koromúvókkal kell ellátni. A üstázok által elraadott sórészecskék visszanyerésére, a veyszervesztesé minimalizálására, a részecskéket a leválasztásra alkalmazott ciklon előtt lúal (Venturi szűkületben, vay a ciklon beömlő csonkjában) ismét oldatba viszik, és a jobb hatásokú leválasztás érdekében a ciklon alát nedvesítik. A visszanyert lúot a tűztérbe a tüzelőberendezésbe vezetik vissza. A kazánból távozó üstáz hőmérséklete 150 C-nál nem lehet kisebb. Víz bejutása a kazán mehibásodása következtében a üstjáratokba robbanással járhat, emiatt bármilyen víz bejutással enyeető csőmehibásodás esetén a kazánt azonnal le kell üríteni a tűztér enék eletti,4 m maassái []. A nátriumszulátos technolóia mellett más cellulózyártási (szódás, manézium-, kalcium-, ammóniumszulitos) eljárásokat ([], [.17]) is alkalmaznak. Ezek kazánjai alapjaiban hasonlóak a nátriumszulát tartalmú, black liquor olyadékkal működő kazánokhoz, uyanakkor az ezeknél keletkező black liquor tüzelési, korróziós, elrakódási jellemzői lényeesen eltérőek lehetnek, melyeket a berendezések kialakításánál iyelembe kell venni. Földáz visszameleítő kazánok: Földáz visszameleítésére cseppolyósítást követően van szüksé. Meelelő éhajlat esetén a visszameleítés meújuló eneriával, tenervízzel, űtőtoronyban (ordított leveő áramlási irányú hűtőtoronyban) leveővel történhet, tüzelőanya elhasználására csak átmenetile, kedvezőtlen időjárás, oyasztási teljesítménycsúcsok esetén van szüksé. Hideebb étájakon azonban olyamatosan visszameleítő kazánokat kell alkalmazni. A visszameleítés ü a öldáz további elhasználási nyomásától. Naynyomású (~100 bar) csővezetékben történő továbbítás esetén az összetételben lenayobb (90-95%) arányt képviselő metán szuperkritikus állapotba kerül, a ázisváltás nélküli elmeleítés során a hőmérséklet-növekedés a hőelvétel üvényében csaknem lineáris. Nay-középnyomású (például ~30 bar) csővezetékbe történő továbbítás esetén a elmeleedés ázisváltással mey vébe. Utóbbi esetben, a öldázzal a ~-160 C tárolási hőmérsékletről kiindulva olyadék hőt, a telítési nyomáshoz tartozó telítési hőmérsékleten párolotatási hőt és a telítési hőmérsékletről az 5-10 C környezeti hőmérsékletre történő elmeleítéséhez szüksées túlhevítési hőmennyiséet kell közölni [.154]. Az előbbiekből adódóan a visszameleítő kazánok konstrukciója lényeesen eltérhet. Alapvetően a következő meoldások ismertek: Merülő éős melevíz kazán. Az 1960-as években kiejlesztett eljárásnál, az ausztenites acélból készített, a öldáz nyomásának meelelően méretezett csövekből álló űtőelületet merülő éővel űtött víztérben helyezik el (.05. ábra). A merülő éő víz alatti éőtérben, az éőtér enekére van beépítve. Üzemeltetéséhez célszerűen a olyékony állapotban tárolt öldáz hőelvétele miatt elpároló ázt használják el. Az éésterméket az éőtér tetején perdületesen bevezetett szekunder leveővel visszaordítják, és a űtőelület alatt elhelyezett, perorált buborékoltató csövekbe terelik. A buborékoltató csövekből kilépő üstáz vízőz tartalma lekondenzálódik, a buborékok a víz 1-0 C hőmérsékletére hűlnek, a víz elmeleszik. Az elkeveredő buborékok csökkentik a keverék sűrűséét, az a űtőelületet alkotó csőkíyók között elelé irányuló mozásba jön, a vízszint a űtőelületet körbevevő átak maassáái emelkedik. A elszínen a buborékok kiválnak és a üstázelvezetésen keresztül távoznak, a visszamaradó víz a át peremén 70

275 átbukik és visszaesik a tartály vízszintjére. Uyanakkor az ééstermékek ey része elnyelődik a vízben, íy az savassá válik. Emiatt a meelelő ph érték beállítására lúos kémhatású adalékokat kell adaolni. A űtőelületeken átáramló buborékos víz a ayásveszélyt is csökkenti. Az éőteret ey lemezből készült cső veszi körül, amelyben az éőtér hőleadása a vizet részben előzölöteti, íy az a áttal körülvett víztömehez hasonlóan elelé irányuló mozásba jön, hűtve ezzel az éőtér burkolatát. A cső első peremén a víz visszabukik és a tartály vizével keveredik. Meelelően nay tömeű víztér esetén a működés változó áziény esetén is stabil marad. Merülő éő helyett a víztér hőmérsékletének állandó értéken tartására hulladék hővel meleített, kerintetett víz is elhasználható. A berendezés hatásoka az ausztenites anyaból készült tartály hőveszteséét is iyelembe véve 99%- nál jobb, az éő ázoyasztása a elmeleített áz mennyiséének mintey 1,3%-a. Földáz bevezetés Földáz kivezetés Füstáz kilépés Füstáz buborékok Tanenciális szekunder leveő bevezetés Gátlemez Gőz buborékok Éőtér Felül perorált keverő cső Fűtőáz + primer leveő bevezetés.05. ábra Merülő éős melevíz kazán [.154] Nayvízterű kazán. A visszameleítő űtőelület elhelyezhető a kazán víz (őz) terében. Fázisváltással járó visszameleítés esetén célszerű a.06. ábrán látható meoldás alkalmazása, amikor a olyadék- és a pároláshő közlése a kazán őzterében elhelyezett hőcserélőben, a túlhevítési hő közlése a kazánra ráépített, több csővel csatlakozó kisdobban történik. A nayvízterű kazánban a két áramkörös kazánhoz hasonlóan nincs, vay ali van olyadékvesztesé. A visszameleítendő ázáram naysáához illeszkedő teljesítményszabályozás a kazán nyomásának (a hőcserélők loaritmikus középhőmérsékletének) változtatásával történik. Közvetítő köze alkalmazása, kettős hőcserélő. Az előbbi meoldásoknál ennáll a veszély, hoy a nayon hide visszameleítő űtőelületre a víz ráay, teljesítménycsökkenést, üzemzavart okozva. Ezt a alhőmérséklet meelelő értékre történő beállításával iyekeznek meelőzni, ennek ellenére nem lehet kizárni. A meoldást a hűtőtechnikából ismert (például: propán, izobután, ammónia) közvetítő köze, kettős hőcserélő alkalmazása jelenti. A berendezés ey a öldáz visszameleítését véző, a közvetítő olyadékkal űtött (első) hőcserélőből és a lehűlt közvetítő közeet űtő (alsó) hőcserélőből áll. Utóbbi hőcserélő űtésére likolos vizet használnak. A likolos víz meleítésére nayvízterű kazán, ázturbina kipuoóáz, más hulladékhő is elhasználható. 71

276 Földáz bevezetés Földáz előzölötető Földáz túlhevítő.06. ábra Földáz visszameleítő kazán [.154] A.06. ábrán vázolt meoldáshoz hasonló kazánokat alkalmaznak a öldáz nyomáscsökkentések (ojtások) előtti előmeleítésére is annak érdekében, hoy meelőzzék a szerelvényekben ojtás hatására bekövetkező hőmérséklet-csökkenés miatti duulásokat, elayásokat. Az eysényi ázmennyiséel közlendő, lényeesen kisebb hőmennyisé miatt kisebb méretekre, űtési teljesítményre van szüksé. A várható nayobb téroatáramokhoz nayobb áramlási keresztmetszetek (nem a nyomásvesztesé elkerülésére, hiszen a áz nyomását akarjuk csökkenteni, hanem a nayobb sebesséeknél várható rezések minimalizálására) szükséesek. Olajipari őzkazánok: A kőolaj kutak teljesítményének és kihozatalának javítására őz elhasználásával járó eljárásokat is alkalmaznak. Ezeknél rövidebb, vay hosszabb idei préselnek be őzt az olajat tartalmazó réteekbe [.155]. Az eljárások a réteek elmeleítésére, ezáltal az olaj viszkozitásának csökkentésére szolálnak, a kisebb ~10 t/h teljesítménnyel, rövidebb idei tartó bepréselésnél (steam soak) csak a kút közelében, a nayobb (0-50 t/h) őzárammal, több évi tartó őzölésnél (steam drive) táabb környezetében. A őzejlesztőket áttelepíthető kivitelben, a stacioner berendezésekhez viszonyítva kedvezőtlenebb üzemeltetési eltételekre kell kialakítani. A kedvezőtlenebb üzemeltetési eltételek elsősorban a szabadtéri kivitelt, a ayveszélyt, a kondenzvíz visszavezetés nélküli tápvízellátást, az állandó elüyelet nélküli üzemvitelt jelentik. A berendezések névlees nyomása bar között van, telített, de sok esetben csak nedves őzt szoláltatnak, mivel a túlhevített őz bepréselése az olajtartó réteek elmeleítése szempontjából nem járna lényees előnnyel, uyanakkor a berendezés a dráább szerkezeti anyaok alkalmazása miatt lényeesen többe kerülne. A kazánok a helyi adottsáoknak meelelően olaj vay áztüzeléssel üzemelnek. Az alkalmazott kazántípusok [.155]: Kétdobos ( ábrák szerinti) természetes kerinésű őzkazán azzal, hoy a nay (max. 100 bar) nyomás miatt a kellő cirkuláció biztosítására csak űtetlen, nay átmérőjű ejtőcsöveket alkalmaznak. A tápvíz előmeleítő utáni üstázhőmérséklet általában nem lehet kisebb 150 C-nál. Eycsöves, kényszerátáramlású őzkazán (.07. ábra), amely a több párhuzamosan kapcsolt csövet tartalmazó tápvíz előmeleítőt kivéve, eyetlen sorba kapcsolt szakaszokból álló űtőelületet tartalmaz. Fő méretei úy kerülnek meválasztásra, hoy közúti űrszelvényben szállítható leyen. A 7

277 vízszintesen vezetett, űtött csőszakaszok a besuárzott elületeknél űtetlen ívekkel ordulnak vissza. A űtőelületet úy kell kialakítani, hoy a ayásveszély elkerülésére teljesen leüríthető leyen. A kialakításnál iyelembe kell venni, hoy a teljesítmény, elpiszkolódás, őznyomás, stb. üvényében az előzölés vépontja vándorol. A kritikus hőterhelés kialakulásának meelőzésére üyelni kell, hoy a vépont semmiképpen se kerülhessen a nayobb hőterhelésű besuárzott csőszakaszokra. Íy az utóelőzölötetés célszerűen a konvektív előzölötető elületen történik. Az irodalom [.155] szerint 10 t/h kazánteljesítménynél Φ60,3*5 mm-es, 30 t/h kazánteljesítménynél Φ88,9*6,3 mm-es, 13CrMo44 minőséű anyaból készített csövek alkalmazása célszerű. A nay nyomáshoz szüksées nayobb alvastasáok miatt a űtőelületek a hayományos kazánokhoz viszonyítva nayobb tömeűek, de a kazán csak két, a tápvíz előmeleítőhöz tartozó kamrát tartalmaz. Másrészt a nayobb átmérőjű csövekből készített membránal yártási iénye kisebb, íy összesséében versenyképes konstrukció. Konvektív előzölötető Tápvíz előmeleítő.07. ábra Eycsöves, telített őz kazán [.155] Nayobb teljesítményeknél többcsöves, kényszerátáramlású őzkazán. Kialakításánál, az áramlás stabilitása érdekében, üyelni kell az eyes párhuzamosan kapcsolt csövek keveredés mentes véi vezetésére, lehetőle azonos csőhosszára, minél kisebb csőátmérő alkalmazására, lehetősé szerinti azonos űtésére, ezzel az eyes csövekben azonos közeáramra. A csőellenállások esetlees kiválások miatti jelentős eltérésének meelőzésére az előzölés meenedett mértéke <80%. A szállítható méretekre, az előzölés különböző szakaszainak terhelés, nyomás üvényében történő vándorlására, az utóelőzölés helyének meválasztására vonatkozó korábbi meontolások e berendezésekre is érvényesek. Olyan konstrukció is ismert, amelynél az utóelőzölötető, tápvíz előmeleítő nem a.07. ábrán vázolt meoldás szerint, hanem a.08. ábra b) részlete szerinti vízszintes elrendezésű, kényszerített átáramlású kazán második huzamában, a két csősor között, uyancsak csavarmenetszerűen elrendezett csövekből kerül kialakításra azzal, hoy a kéménycsonk a kazán elejére kerül (miután az ekó a üstázokat már kellően lehűtötte, íy nincs szüksé harmadik huzamra). Kétkörös kazán a.01. ábra a) részletéhez hasonlóan azzal, hoy a szekunder körben nincs túlhevítő, a tápvíz előmeleítés pedi a primer kör kazándobjában történik, íy a kazánban csak a primer kör űtőelületei érintkeznek a lánal, üstázokkal. A meoldás hátránya az iényelt őznyomáshoz (például: 150 bar) viszonyítva nayobb (~190 bar) primer köri 73

278 őznyomás, nayobb szerkezeti anya iény, a primer köri kerintető szivattyú szükséessée, és a üstázokkal űtött tápvíz előmeleítő űtőelület elmaradásából adódó, rosszabb hatások (bár ezt léhevítő beépítésével részben kompenzálják), íy a nayobb beruházási és üzemeltetési költsé. Miután a tápvízellátást kondenzvíz visszavezetés nélkül kell biztosítani, a költséek csökkentésére az esetek többséében csak részlees sótalanítást alkalmaznak, áztalanítással. A áztalanító űtése a kazándobból, vay a kényszerátáramlású előzölötető utáni vízleválasztó csapadékvizének kiőzölötetőjéből elvezetett őzzel történik. A részlees előzölés, ondos űtőelület kialakítás ellenére a űtőelületeken sólerakódásokkal kell számolni, ezért el kell készülni a csőkíyók savazására. Tápszivattyúként a kisebb teljesítményre, változó őziényekre tekintettel változtatható ordulatszámú, duattyús szivattyúkat célszerű alkalmazni. Termoolaj kazánok: Különéle technolóiai olyamatokhoz yakran szüksées C hőmérséklet. Gőzkazánokkal ekkora hőmérséklet csak nayobb őznyomáson biztosítható, ami nayon medráíthatja a hőiény kieléítését. A azdasáos meoldást az először az 1930-as években alkalmazott termoolaj kazánok jelenthetik. Ezek csaknem kizáróla kényszerített átáramlású, eycsöves kazánok. A hayományos, áz és olajtüzelésű változatoknál a űtőelületet heneres elületek mentén, eyenletes emelkedéssel, lehetőle ellenáramban vezetett csőkíyók alkotják (.08. ábra). A berendezés méretei és a csőátmérő a hőteljesítményhez iazodnak. A méretezési nyomás általában 10 bar, az olaj kilépő hőmérséklete a minősétől üően C, az olaj meenedett hőmérsékletváltozása 0-30 C (csak ezzel biztosítható a technolóiai olyamatok által elvárt közel állandó hőmérséklet). Néhány 10 kw teljesítménytől több 10 MW teljesítményi építik. A kisebbeket álló és ekvő, a nayobbakat csak ekvő kivitelben. Nayobb teljesítményű berendezéseknél a űtőelületet több párhuzamosan kapcsolt csőből állítják össze. A termoolaj kazánok az olcsóbb konstrukción túlmenően pontosabb hőmérséklet-szabályozást (okozottabb kívánalmak esetén akár ±0,5 C pontossá), a vízkezelés, lelúozás, leiszapolás elhayását, korrózió, lerakódásmentes üzemet, kisebb karbantartási költséeket, olcsóbb üzemvitelt is kínálnak. Termoolaj kivezetés Termoolaj bevezetés Léhevítő köpeny a) Álló kazán léhevítő köpennyel b) Fekvő kazán.08. ábra Termoolaj kazánok Hőhasznosító termoolaj kazánoknál a termoolaj meleítése a üstáz (vay leveő) áramban merőleesen elhelyezett sima, vay bordás csövekben (például.199. ábra 74

279 c) részlet) történik. Bordás csövek csak ott alkalmazhatók, ahol a űtőköze nem tartalmaz kiváló szennyeződéseket. A termoolaj elnevezés yűjtőoalom [.158]. Az alkalmazási hőmérséklettől üően a kazán munkaközee lehet: Kőolajlepárlásból származó, ásványi olajtermék ( C alkalmazási hőmérséklet-tartomány), amely a kenőolaj rakcióból további inomítással, a viszkozitás, illetve a stabilitás alapján kerül kiválasztásra. Szerves és szervetlen alkotókból álló szintetikus olaj (nyomásmentesen C, nyomás alatt C alkalmazási hőmérséklet), amelyet hőcserélőkben történő alkalmazásokra állítottak elő. Eyéb olajok, a szilikonokat is beleértve, speciális alkalmazásokra. Az eyes olajéleséek között, a yártók által kínált nayszámú lehetősé közül, az alkalmazási cél üvényében kell választani. Általában kimondható, hoy a kőolajlepárlásból származó termoolajok a leolcsóbbak, a szintetikus olajoknál az ár az alkalmazási hőmérséklettel akár urásszerűen is nő. Miután az olajok az üzemidő növekedésével öreszenek, lealább évente mintát kell venni a rendszerből és azt, termoolajok vizsálatára elkészült laboratóriumban, a biztonsáos és azdasáos működés szempontjából leontosabb jellemzőkre, me kell vizsáltatni. 75

280 76

281 Téroat változása.3. Mele és orróvíz kazánok A melevíz kazánok 100 C-nál kisebb, a orróvíz kazánok 100 C-nál nayobb kilépő hőmérsékletű víz szoláltatására alkalmas berendezések. Elsősorban űtési, használati, technolóiai melevíz előállítását szolálják. Ezek a hőiények, csaknem kivétel nélkül, 90 C-nál kisebb hőmérsékleten jelentkeznek. Amennyiben a hőhordozó víz szállítási távolsáa kicsi (pl.: lakáson, családi házon, épületen, lakótömbön belüli), melevíz kazánok alkalmazhatók, nayobb távolsáú hőszállítás (távűtés) esetén orróvíz hőhordozóra van szüksé. Ebből adódik, hoy melevíz kazánok eyetlen lakás hőiényének meelelő (~10 kw) teljesítménnyel is készülnek, orróvíz kazánokat azonban csak nayobb teljesítményre készítenek. A meelelő nyomásra történő méretezés esetén a kazánok szerkezeti kialakítását a víz kilépő hőmérsékletének változása nem beolyásolja, uyanaz a berendezés mele és orróvíz kazánként is alkalmazható. Arra is van példa, hoy ey berendezés a vezérléstől üően melevíz vay őzkazánként üzemel. 1,09 1,08 1,07 1,06 1,05 1,04 1,03 1,0 1,01 1 bar 10 bar 1, Hőmérséklet ( C).09. ábra 0 C hőmérsékletű víz téroat növekedése meleítés hatására Eltérések a őzkazánoktól: A vízmeleítő kazánok külön táryalását a őzkazánokra nem jellemző kis teljesítmények, illetve a tervezésükre, biztonsáos üzemeltetésükre kiható, a őzkazánoktól lényeesen eltérő jellemzők indokolják: A berendezések (és a hőszállító, hőcserélő rendszerek) eltöltése során elhasznált, többnyire környezeti állapotú víz a elűtés során kitául, (.09. ábra) téroatát a hőmérséklettől üően változtatja. Ebből következik, hoy az induláshoz teljesen eltöltött kazánból (és a kapcsolódó rendszerből) távozó vizet elűtéskor el kell vezetni, üzem közben az üzemállapotoktól üően vissza kell pótolni, vay további mennyiséet kell elvezetni. A kitáuló vízmennyisé beoadására meelelő méretű táulási tartályt kell a kazánhoz kapcsolódóan, el nem zárható csővezetékkel kapcsolni. Gőzkazánoknál a táulási tartály eladatát a kazándob vay nívóedény tölti be, amelyek a vízszint változásával követik a kazánvíz téroat változását, de indulásnál őzejlesztőknél is szüksé lehet a kitáuló víztöltet ey részének leenedésére. Amennyiben a táulásra a táulási tartályt és a kazánt összekötő vezeték (eltömődés, elayás miatti) elzáródása következtében nincs mód, a nyomás növekedése, ennek hatására a kazán leyenébb elemének alakváltozása, esetle a kazán elrepedése következhet be. A nyomás növekedése ellen 77

282 Gőztartalom biztonsái nyomáshatároló, melevíz kazánoknál rendszerint állványcső, orróvíz kazánoknál biztonsái szelep beépítésével lehet védekezni. 0,10 0,09 0,08 0,07 0,06 0, C 140 C 130 C 10 C 110 C 0,04 0,03 0,0 0,01 0,00 1 1,5,5 3 3,5 4 4,5 5 Vényomás (bar).10. ábra 10 bar nyomású víz kiőzölése nyomáscsökkenés hatására A orróvíz kazánokban elmeleített, 100 C-nál nayobb hőmérsékletű víz ey része (.10. ábra), a vízhőmérséklethez tartozó telítési nyomásnál kisebb nyomáson előzölö (a víz orrásnak indul). Ennek meakadályozására, a orróvíz kazánok kilépő csonkján, a kapcsolódó csővezetékekben, szerelvényekben mindi az adott orróvíz hőmérséklethez tartozó telítési nyomásnál nayobb nyomást kell tartani. Az előbbiekből következik, hoy a orróvíz rendszerekre elszerelt biztonsái szelep a őzre, olyadékra alkalmazott szelepektől eltérően viselkedik: A szelepben a nyomás csökkenése során (amikor a nyomás a köze hőmérsékletéhez tartozó telítési nyomás alá csökken) kiőzölés indul me, íy a szelepet a ázisváltást, növekvő őztartalmú kétázisú áramlást iyelembe véve kell méretezni [.161]. A meelelően meválasztott üzemi nyomás nem zárja ki a bármilyen okból létrejövő nyomás csökkenéskor bekövetkező kiőzölést, majd a nyomás visszatérésekor a kondenzációt és az ebből adódó lökéshullámot, amely akár a berendezések mehibásodását is előidézheti. Emiatt a lecsökkent nyomású, leürült berendezést csak lassan szabad eltölteni. A kilépő hőmérséklettől me kell különböztetni a berendezés űtőelületein előorduló közehőmérsékleteket. Ezek különösen a határréteekben az átlaos vízhőmérséklettől, hőáram sűrűsétől, vízoldali hőátadási tényezőtől ünek és a kilépő hőmérsékletet melevíz kazánoknál a 100 C-ot is mehaladhatják. Íy a nayobb hőterhelésű űtőelületeken helyi előzölés kezdődhet. A elületről leváló buborékok a őáramba kerülve lekondenzálódnak. A olyamatos előzölés és kondenzáció stabil hőáramot biztosít a határréteből a őáramba, uyanakkor a terhelés üvényében (a elület hőmérsékletével, ezzel a orrás intenzitásával) változó őztéroat vízoldali lenéseket okozhat. A helyi őzejlődés csak úy lenne meakadályozható, ha a helyi közehőmérséklet az adott nyomáshoz tartozó, aláhűtött buborékos orrás (részletesen lásd ejezetben) meindulásához szüksées ( ) hőmérsékletnél kisebb lenne. Erre tekintettel, T s T s, ONB amennyiben a űtőelületeken a őzképződést a vízoldali lenések elkerülésére mindenképpen me kívánjuk előzni, a köze nyomásának a kazánban az átlaos közehőmérsékletből, a valószínűsíthető lenayobb 78

283 hőáram sűrűsé alapján, a ábra iyelembevételével visszaszámítható telítési hőmérséklethez tartozó telítési nyomásnál nayobbnak kell lennie. A űtési rendszereket indulásnál letöbbször nem áztalanított tápvízzel töltik el. Az is yakori, hoy a rendszereket eredetile kitöltő leveő a eltöltés során nem távozik teljesen, belekeveredik a munkaközebe, a kerintetés elindulásakor a szivattyúk mé el is keverik. A leveő előbbihez hasonló bekeveredése a rendszer minden üzemzavar (esetle áramkimaradás) miatti leürülése esetén is előordulhat. Íy a kazán munkaközee áztartalmú, esetenként szódavízszerű víz lehet. A kazán elűtésekor a jobban űtött űtőelületeken meindul a ázkiválás, a meleítés hatására a leveő buborékok téroat növekedése, amely átmeneti nyomásnövekedéssel a munkaköze kilépőcsonkon keresztüli yors kilökődésével, az íveknél meváltozó impulzuserők miatt a csővezetékek látható mozásával, lenésével járhat eyütt. Ez a csővezeték, tartók károsításával súlyos üzemzavarokat, balesetet is eredményezhet. A meoldást a lassú elűtés, a kiváló leveő kazán utáni szabadba eresztése, orróvíz kazánoknál a hőhordozó köze áztalanítása jelentheti. Sajnos erre az üzemzavaros helyzetek nem mindi adnak lehetőséet. A melevíz, orróvíz kazánok, a őzkazánokhoz hasonlóan, kialakíthatók nayvízterű vay vízcsöves, tüzelőberendezéssel űtött vay tüzelőberendezés nélküli, hőhasznosító kivitelben. A mele-, orróvíz előállítására is alkalmas hőhasznosító kazánokat a.199. ábra kapcsán ismertettük, íy a következőkben elsősorban a űtött berendezésekkel olalkozunk..31. Háztartási, kisközösséi melevíz kazánok A kisebb teljesítményű melevíz kazánok többsée nayvízterű kialakítású, természetes kerintetéssel, kéményhuzattal működik. A kazánok tüzelőtérből, viláító lánú tüzelőanyaok esetén suárzótérből és konvektív űtőelületből állnak. Néhány jellezetes meoldást, részletet vázlatszerűen a.11. ábra mutat: Szén, a (biomassza) tüzelés, kézi tüzelőanya adaolás, kéményhuzat esetén a lemeztáskás kialakítás szokásos (a) részlet). A lemeztáskák közötti távolsáot a kis ellenállás érdekében kellően nayra kell hayni, a lemeztáskákat (vay lealább első lapjukat) a jobb hűtés, az esetlees őzbuborékok eltávozásának előseítésére célszerű keresztirányban erdén kialakítani. Nayobb teljesítmények, automatizált tüzelés esetén leyakrabban a üstcsöves konvektív űtőelületeket (b) részlet, illetve.5. ábra) alkalmazzák. Leveő aláúvás, üstáz elszívás esetén a üstcsövekbe a hőátadás javítására perdítő elemeket is elhelyeznek. A azdasáos kialakítást seíti elő a célszerűen üőleesen elhelyezett lemeztáskák üstáz áramlási irányú bordázása (c) részlet). A táskák közötti távolsá változtatásával mind természetes mind mestersées huzatra alkalmas. A táskák üőlees elhelyezése a szilárd tüzelőanyaoknál jelentkező elpiszkolódás csökkentése szempontjából is előnyös. Elsősorban áztüzelésre, kényszerített átáramlással alkalmazható a bordázott vízcsöves kazán, amelynek a nem viláító ázlán által csak yenébben besuárzott, lemezborítású tűzterét is a csavarvonalban vezetett vízcsövek hűtik (d) részlet). A vízcsöveket eysées szerkezetbe összeoó bordák 79

284 távolsáa -5 mm. A csövek kereszt- és áramlásirányú osztását a meenedhető bordahőmérséklet határozza me. Lemeztáska Füstcső Lemeztáska Borda Vízcső Borda a) Lemeztáskás melevíz kazán b) Füstcsöves konvektív elület c) Bordás lemeztáskás konvektív elület d) Bordás csöves konvektív elület.11. ábra Kisteljesítményű melevíz kazánok űtőelület kialakítása Bővebb, réebbi, kereskedelemben oralmazott berendezéseket is bemutató ismertetés a [.159]-[.160], [.16]-[.164] irodalomban, illetve az aktuálisan elérhető berendezésekről a kereskedők honlapjain található A kazánok kialakításánál a következőkre kell tekintettel lenni: Nayvízterű kialakítás esetén a hőhordozó közeet a kazán alsó részén kialakított csonkon kell bevezetni és a kazán tetején kialakított csonkon elvezetni. A kilépő csonkon az esetleesen bejutó leveő könnyű eltávozását is lehetővé kell tenni, illetve külön lételenítő csonkot kell alkalmazni. Kényszeráramlású űtőelületeknél (például:.11. ábra d) részlet) is indokolt a lemaasabb pontra lételenítési lehetősé beépítése. Az üzemi nyomást a nyílt táulási tartály vízszintjének eodetikus maassáa, zárt táulási tartályok esetén az állványcső vízszintkülönbsée vay a membrán (változó) ellennyomása határozza me. A méretezési nyomás a 3-6 bar értéket nem haladja me. A sík elületek külön merevítése a kis méretek miatt csak esetenként szüksées. A űtőelületek hőtechnikai méretezése háztartási, kommunális méretű kazánoknál általában csak yakorlati tapasztalatok, különéle tüzelőanyaokkal vézett üzemi kísérletek alapján lehetsées. Íy ey mebízható, azdasáosan yártható berendezés kiejlesztése hosszabb időt iényelhet. Bordák alkalmazása esetén a bordamaassáot a szerkezeti anyara meenedett hőmérséklet iyelembevételével kell mehatározni. Melevíz kazánok esetén a űtőelületek hőmérséklete (különösen kondenzációs kazánoknál, illetve indulásnál, részterhelésen) a üstázok harmatpontja alatt van. Emiatt nem korrózióálló kialakításnál különösen kén tartalmú tüzelőanyaok elhasználása esetén, üstáz áramlási holtterekben üstázoldali korrózióra kell számítani. A kazán kialakításnál a keletkező kondenzátum összeyűjtésére, elvezetésére üyelni kell. A korrózió következtében esetleesen elvékonyodó, kilyukadó szerkezeti elemek az esetek többséében a berendezések kialakításából adódóan nem javíthatók, nem cserélhetők, íy a berendezések élettartamát a tüzelőanya minősé, a holtterek elkerülése, az alkalmazott anyaminősé, alvastasá, a korrózió sebessée határozza me. A yakorlati meoldást az élettartam mehosszabbítására a űtőelület mevastaítása jelentheti, mivel a 80

285 korrózióálló kialakítás (a kondenzációs kazánokat kivéve) általában nem versenyképes. Szilárd tüzelőanyaok esetén pernyeképződésre számítani kell, ezért a tűztérből kihordott, elületeken lerakódott pernye eltávolítására kellő számú tisztítóajtót kell kialakítani. Öntöttvas taos kazánok: A melevíz-, illetve kisnyomású őzkazánok külön kateóriáját képviselik az öntöttvas taos kazánok [.159], melyek elsősorban szén, koksz eltüzelésére, közösséi elhasználásra készültek. Ey jellezetes változat keresztmetszetét a.1. ábra a) részlete mutatja. A kazán azonosan kialakított öntöttvas elemekből (taokból) készült. A közbenső taok, mint az ábrán látható, tartalmazták a tüzelőanya adaoló nyílást, rostélyelemet, vízteret, a üstázjáratok lehatárolásához szüksées elöntéseket, üstcsatorna részletet. Összeerősítésük és a vízterek összekötése az alsó, első kúpos nyílásokba besajtolt kúpos hüvelyekkel történt. A közbenső taokon kívül mellső (ellenőrző, tisztító nyílásokkal, őzkazánoknál a vízállásmutatók, állványcső csatlakozás elhelyezésére szoláló elöntésekkel) és hátsó (üstcsatorna csatlakozó nyílásokkal ellátott) taok is rendelkezésre álltak. A névlees teljesítmény a közbenső taok számától üően változott. A kazánokat rostély ölé (helyére) beépített szőnye éőkkel, az öntöttvas elemek lánal való közvetlen érintkezéstől kerámia árnyékolás beépítéssel történő védelmével öldáz elhasználására is alkalmassá tették. Készítenek speciálisan olaj-, áztüzelésre kialakított, heneres tűzterű, spirálisan bővülő (17. ábra b) részlet) vay háromhuzamú, bordázott üstjáratokkal ellátott taos kazánokat is. Tüzelőanya adaolás Összekötő kúp Víz elvezetés Átömlő nyílások Füstáz elvezetés Tűztér Rostély Füstcsatorna Átömlő nyílások Kazánta keresztmetszete Perem elöntések Víz bevezetés a) Szén, koksztüzelésre b) Spirálalakú üstázjárat.1. ábra Öntöttvas taos kazánok metszete.3. Nayvízterű kazánokból kialakított melevíz, orróvíz kazánok A nayobb teljesítményű, távűtésre is alkalmazható nayvízterű melevíz, orróvíz kazánok rendszerint őzkazánok átszerkesztésével, a tápcsonk helyett a visszatérő, őzcsonk helyett az előremenő víz csonk meelelő helyre történő beépítésével alakultak ki. A vízcsöves kazánokkal szemben előnyük a két-, hárompontos szabályozásnál (.39. ábra, de nyomás helyett az előremenő hőmérséklet a szabályozott jellemző) is eyenletesebb előremenő hőmérséklet, a helyi előzölésre, vízminősére kevésbé érzékeny kialakítás. Enedélyezési nyomásuk azonos az eredeti, átalakított őzkazán enedélyezési nyomásával. Emiatt sokan úy vélik, hoy áttervezésük csupán a csonkok kedvező helyének, méretének 81

286 meválasztását iényli. Ez a vélekedés a kazánok kialakítására, részelemeire vonatkozóan általában érvényes, de a mebízható működés érdekében a meváltozó munkaközeből adódó, a nayvízterű vízmeleítő és az előzölötető kazánok belső olyamataiban meiyelhető különbséeket is iyelembe kell venni. Víz áramlása, hőmérséklet eyenlőtlensé: Gőzkazánnál a telített olyadék és a orrásban lévő víz között lényees sűrűsé különbsé alakul ki, amely a kazánon belül intenzív kerinést hoz létre, biztosítva ezzel a űtött elületek meelelő hűtését, a víztér átkeverését, a tápvízbevezetés hatásától eltekintve közel azonos hőmérséklet kialakulását. Ezzel szemben vízmeleítő kazánoknál a yakorlatban alkalmazott előremenő és visszatérő vízhőmérsékletek esetén a sűrűsékülönbsé sokkal kisebb, íy a kazánon belül csak yene cirkuláció alakul ki. Ennek következményeként a űtött elületeken meindulhat az előzölés, máshol hide holt terek alakulhatnak ki. A meoldást a vízáramlás irányítása vay a őzkazánból történő orróvíz szoláltatás jelentheti (.113. ábra). Víz belépés Víz kilépés Könyökös vízterelés Dobozos vízterelés a) Forróvíz kazán Víz kilépés b) Gőzkazán orróvíz elvezetéssel Víz belépés.13. ábra Nayvízterű kazánból kialakított orróvíz kazánok Az áramlás irányának beolyásolását a víz be- és elvezetések meelelő kialakítása (a merőleesen véződő csonkok helyett mindkét csonknál az ábra szerinti csőívvel, illetve a cső véződése köré heesztett lemezdobozzal történő elterelés) seítheti. Uyanezt a célt szolálja, ha a víz bevezetésére a kazán alsó részén, elvezetésére a első részen kerül sor, amint a b) részleten látható. Nyilvánvaló, hoy utóbbi a kazán hossza mentén véivezetett perorált elosztócső alkalmazása esetén eyenletesebb eloszlású áramlást eredményez. Az előbbi kényszerített őáramlások mellett a kazánon belüli köze hőmérséklet-különbséek hatására másodlaos áramlások is kialakulnak. Ennek ellenére a kazántestben a hőmérséklet eloszlás a nayon eyenlőtlen maradhat. Emiatt [.8]: Lánal űtött, melevíz kazánoknál a kilépő és belépő közehőmérséklet különbsée az 50 C-ot nem haladhatja me. Nayobb hőmérséklet különbsé iény esetén az előbbi érték betartását a kilépő köze meelelő arányú külső vay belső (kazántesten belüli) visszakerintetésével kell arantálni. Nay hőmérséklet-különbsé esetén uyanis a kazántestben esetenként veszélyes mértékű hőtáulás különbséek, ebből adódóan 8

287 eszültsékülönbséek alakulhatnak ki, ami a berendezés yors mehibásodására vezethet. Forróvizes kazánoknál a őzejlődést meakadályozó túlnyomáshoz tartozó telítési hőmérséklet és az üzemi orróvíz hőmérséklet különbsée nem lehet 80 C-nál nayobb. Nayobb hőmérséklet-különbsé esetén a láncsövek, üstcsőköteek, horonyok, horony rudak körüli, alakváltozást biztosító távolsáokat 50%-al növelni, a tűztérbe vezethető hőáramot (.11. ábra) 0%- al csökkenteni kell. A korlátozást az indokolja, hoy a lenayobb hőterhelésű helyeken a alhőmérséklet, mint a.. táblázatban bemutattuk elérheti a telítési hőmérsékletet. Íy a kevésbé űtött részekhez viszonyítva ien nay hőmérséklet-különbséek alakulhatnak ki, amely átolt alakváltozáshoz, a lejobban iénybevett részek yors kiáradásához vezethet. A melevíz, orróvíz kazánok indításánál is be kell tartani a.1. ejezetben a nayvízterű őzkazánok indítására vonatkozóan ismertetett lassú, várakozások közbeiktatásával vézett elűtést. Forróvíz elvétel őzkazánból: Gőzkazánok vízteréből történő orróvíz elvezetésnél (.13. ábra, b) részlet) a kazántest meelelő hűtése, közel eyenletes hőmérséklete biztosított, ezzel szemben az előremenő csonkon kilépő köze nyomása (az áramlási nyomásvesztesé és a eodetikus nyomáskülönbsé hatására) a kazánnyomás alá csökken, íy a kazánnyomáshoz tartozó telítési hőmérsékletű munkaköze kiőzölése már a kilépő csonkban mekezdődhet. A meoldást ennek meakadályozására ey közbenső pontról történő közeelvezetés, illetve hideebb, visszatérő víz bekeverése jelentheti. Az előremenő orróvíz és ezzel a kazán nyomását a teljes rendszer nyomásviszonyai iyelembevételével kell mehatározni. A meoldás előnyös abból a szempontból, hoy a őzkazánban eyéb áztalanító hiányában is metörténik a távhő rendszer munkaközeének áztalanítása, továbbá a őzkazán bizonyos mértéki képes a rendszerben jelentkező, kisebb téroatváltozások kieyenlítésére, uyanakkor azonban nem tudja teljes mértékben pótolni a táulási tartályt. Üzemviteli szempontból hátrányos, hoy a dobnyomás bármilyen kis változása a kilépő vízhőmérséklet meváltozását eredményezheti. Nayobb nyomáscsökkenésnél az is előordulhat, hoy a korábban csővezetékbe került, nayobb nyomáson elvezetett orróvíz részben kiőzölö. A nyomás állandó értéken tartására a más rendszereknél bevált nyomástartó rendszerek nem alkalmazhatók, hiszen az adott rendszernél a nyomáscsökkenés a hőelvezetés és hőbevezetés eyensúlyának mebomlását jelenti, amelyet csak a tüzelési teljesítmény növelésével lehet helyreállítani. Ezekre tekintettel a őzkazánok vízteréből történő orróvíz elvezetés yakorlati alkalmazására csak kivételes esetekben kerül sor. Kazándobban elhelyezett hőcserélő: Nem nayvízterű kazánból történő hőszoláltatás, de nayvízterű kazán alkalmazását iényli és az előző, közvetlen orróvíz elvétel továbbejlesztésének tekinthető az a meoldás, amikor a vízmeleítő rendszer naynyomású kondenzátorként működő hőcserélője a.06. ábrán vázolt meoldáshoz hasonlóan a kazán őzterében kerül elhelyezésre. Ilyen rendszerek alkalmazása ott célszerű, ahol a használati, űtési hőiény a őzhő iényhez viszonyítva kicsi és a külön őzűtésű hőcserélők beruházása többe kerülne, mint a kazándobba épített kondenzátorelület kialakítása. 83

288 Korrózió és meelőzése: Amennyiben a űtőelületek hőmérséklete a üstáz harmatpontja alatt van, lecsapódással, korrózióval kell számolni. Ennek veszélye különösen nay a melevíz kazánoknál, vay kéntartalmú tüzelőanyaot hasznosító orróvíz kazánoknál. A korrózió meelőzésére vay korrózió- (sav)álló szerkezeti anyaokat kell alkalmazni, vay a űtőelületek hőmérsékletét biztonsáosan a harmatpont elett kell tartani. Utóbbi esetben azonban nem lehetsées a üstázok kellő lehűtése, az elvárt jó hatások elérése. Ezért a modern berendezéseknél általában mindkét meoldást alkalmazzák. A kazán nay részén harmatpont eletti alhőmérsékletet tartanak, mí a harmatpont alatti, a üstázok kellő lehűtését biztosító kondenzációs űtőelületeket (.14. ábra) korrózióállóra készítik. A űtőelületek harmatpont eletti hőmérsékletének betartása érdekében a űtőrendszer által iényelt előremenő, visszatérő vízhőmérsékletek szabályozását el kell választani a kazán belépő, kilépő hőmérsékletének szabályozásától. Ez eyrészt a kazánból kilépő víz ey részének tápvízbe keverésével (a kellő alhőmérséklet elérésére), másrészt a visszatérő víz előre menő vízbe történő bekeverésével (a külső hőmérséklethez tartozó előremenő vízhőmérséklet beállítására) oldható me. Miután a hőiény és az előremenő hőmérséklet változik, nem eyszeri beállítás, hanem olyamatos szabályozás szüksées. Az előbbiekből láthatóan is bonyolult, több szabályozási kört, kerintető szivattyút, szabályozó szelepet iénylő meoldás helyett elsősorban kisebb teljesítményű melevíz kazánoknál kénmentes tüzelőanyaot, rozsdamentes anyaból készített hőcserélőket alkalmaznak, vay utóbbi helyett számolnak az alacsonyhőmérsékletű korrózió kockázatával. Füstáz Hűtőköze Lemezproil a) Füstáz áramlik a lemeztáskákban b) Hűtőköze áramlik a lemeztáskákban Víz bevezetés Füstáz bevezetés Víz elvezetés Füstáz elvezetés Víz áramlás Kondenzátum elvezetés c) Lemeztáskás kondenzátor.14. ábra Kondenzációs űtőelületek.33. Kényszerített átáramlású kazánok A nayvízterű kazánokkal azdasáosan ki nem eléíthető, nay távhő rendszerekre jellemző hőiények kiszolálására vízcsöves kazánok alkalmazása szokásos. Ezek a munkaköze kellő sűrűsé különbséének hiányában csak kényszerített kerintetéssel működnek üzembiztosan. Jelentőséük a kapcsolt ázturbinához, ázmotorhoz csatlakozó hőhasznosító berendezésből történő hőszoláltatás általánossá válásával csökkent, de üzemzavari tartalékként számos helyen metalálhatók. Konstrukciós kialakításukat a hőiények naysáa és ezek jellee határozza me: 84

289 Kisebb, közepes teljesítményekre a.08. ábra szerinti heneres, vay a.07. ábra szerinti, néyszö keresztmetszetű kazánokat, illetve a.55. ábrán bemutatott, sarokcsöves kazán kényszerátáramlású, kazándob nélküli változatát alkalmazzák orróvíz kazán kivitelben. Ezek általában yárila is készre szerelhetők, íy a helyszínen csak a telepítést, csatlakoztatást iénylik. Nayobb teljesítményekre álló, kényszerátáramlású orróvíz kazánok használatosak, melyek kéthuzamú, vay toronykazán kivitelben, helyszíni szereléssel készülnek. A berendezések méretezése az eyéb (üstcsöves, vízcsöves) kazánokhoz hasonlóan, mebízhatóan elvéezhető. Kialakításuknál, rendszerbe illesztésüknél különös tekintettel kell lenni a korrózió meelőzésére, hatásának csökkentésére. Miután melevíz, vay orróvíz kazánoknál a űtőelületek csöveiben, normál esetben csak eyázisú áramlás ordul elő az áramlás stabilnak tekinthető, a munkaköze elelé és leelé is vezethető. Gondok csak az áramlás panása miatti helyi előzölésnél, vay áztalanítás nélküli munkaköze használatánál jelentkezhetnek, amennyiben az áramlás iránya ellentétes a őz-, leveőbuborékok természetes áramlási irányával. Ekkor bekövetkezhet a panó szakaszok túlhevülése, mehibásodása. Meoldást a panó szakaszok elkerülésére a kellő naysáú áramlási sebessé, leveőkiválás ellen a áztalanított tápvíz elhasználása jelent. Az áramlási sebessé optimális értékének meválasztásánál a részterheléses, visszakeveréses üzemállapotokra is iyelemmel kell lenni. Az üzembiztonsá érdekében ajánlott a.107 ábrán ismertetett eltételrendszer alapján a várható üzemállapotok és a kazán csöveiben kialakuló hőmérséklet-különbséek iyelembevételével az áramlás esetlees meordulásának meelőzésére, a stabilitás ellenőrzésére vonatkozó számítások elvézése. A nayobb teljesítményekre alkalmas, kényszerített átáramlású, orróvíz kazánokat a hazai yakorlatban a különéle orosz yártmányok képviselték. Ezek közül a leelterjedtebb, PTVM típusú toronykazán ([.160], [.161]) vázlatát a.15. ábra mutatja. Füstáz elvezetés Átömlés Konvektív űtőelületek csőbeerősítése Záró tárcsa Éők Lételenítő, víztelenítő lyuk Víz bevezetés Víz elvezetés Konvektív űtőelületek vízellátása.15. ábra Kényszerített átáramlású orróvíz kazán A kazán skin casin (.63. a) részlet) burkolatú tűzterét 60 mm átmérőjű, 3 mm alvastasáú, 64 mm osztású csövek határolják, amelyeket az oldalalakon, a tűztér 85

290 véén, a 73 mm átmérőjű, 10 mm alvastasáú közbenső kamrákat követően 18 mm osztású, 83 mm átmérőjű, 4 mm alvastasáú csövek váltanak. Ezek a szemközti oldalakon eymáshoz képest 64 mm-el eltolva helyezkednek el. A 83 mm átmérőjű csövekbe (csőkamrákba) sakktáblás csőelrendezéssel, 3 mm vízszintes, 65 mm üőlees csőosztással (a vázolt módon, a csőalon átduva) csatlakoznak a konvektív űtőelületek, 8 mm átmérőjű, 3 mm alvastasáú, U alakú csőkíyói. A üönyökbe rendezett csőkíyók a kazán másik oldalán a 83 mm átmérőjű csövek közé beheesztett átlemezre támaszkodnak. Az osztásközt a másik oldalról benyúló üönyök töltik ki. Íy ey eyenletesen elrendezett, konvektív űtőelület alakul ki. A üőlees csőből kilépő és belépő csonkok elhatárolását átúrt, záró tárcsa biztosítja. A urat a teljes lételenítés, illetve leüríthetősé érdekében szüksées. A kazán, az oldalalak méretének és a közbenső kamrák maassáának változtatásával, több naysában készült. Vízoldalon kétutas vay néyutas áramlási kapcsolás lehetsées: Az előbbinél, a hőhordozó köze az ábra szerinti, középső alsó kamrákon lép be, véihalad a tűztéri oldalalakon, a tűztér véi közbenső kamrákon, konvektív elosztócsöveken, a kétokozatú konvektív űtőelületeken, és a első kamrákon átömlik a homlok és hátali elületek első kamrájába, ahonnan leelé haladva a két alsó kamrához csatlakozó csonkokon távozik. A néyutas kapcsolásnál csak az eyik oldali alsó kamrán át van bevezetés és a első kamrából az átömlés a mellső és hátsó ali kamrák eyik elébe történik. A víz csak a elületek eyik elén halad leelé és az alsó kamrákban visszaordulva a elületek másik elén elelé áramlik. A első kamrákban átömlik a másik, konvektív elületeket is tartalmazó oldalalba, melyen leelé áramlik és az alsó középső kamrához csatlakozó csonkon távozik. A mellső-, hátsóali első kamrák szakaszolását a kamrák üőlees, hosszirányú osztósíkjában beépített választólemezek biztosítják. Kétutas helyett néyutas kapcsolással, azonos tömeáram sűrűsé eléréséhez, csak ele vízáram szüksées. Ez lehetővé teszi, hoy a kazánban a víz a hőiény lényees csökkenése (meeleződése) esetén is közel azonosan meleedjen el. A hőhordozó köze hőmérséklete, mé az előző ejezetben ismertetett visszakerintetéssel is, a üstáz harmatpontja közelében van, íy kéntartalmú tüzelőanyaok elhasználása esetén különösen állásidőben a űtőelületek korróziójával kell számolni. A korrózió sebessée a elületek lúos mosóvízzel történő tisztításával, kiszárításával csökkenthető. 86

291 3. Kétázisú hőátadás, áramlás űtött elületen Gőzejlesztők konstrukciós kialakítását, üzemi tulajdonsáait, élettartamát a űtőelületeken vébemenő hőátadás, illetve az ennek hatására kialakuló alhőmérséklet beolyásolja. A különéle hőátadási ormák közül kiemelt jelentősée van az előzölés olyamatának, amely ázisváltással jár eyütt. A kritikus pont alatt üzemelő kazánoknál, a űtött előzölötető elületen, a olyadékázis őzázisba mey át Gőzképződés alapvető olyamatai [3.1] A őzképződés leeyszerűbb olyamata a buborékos orrás, ahol a köze molekulái olyadékázisból őzázisba átlépve ömbalakot vesznek el. A ömbalakot a molekulákat körülvevő olyadék elületi eszültsée biztosítja. A hajtóerő a olyadékréte túlhevülése. A ömbbeli nyomás és a olyadéknyomás között a Laplace-éle összeüés szerint p p 3.1 x r különbsé van. Előző képletben p T telítési hőmérséklethez tartozó olyadéknyomás [N/m ], a s p nyomás a őzbuborék belsejében [N/m ], a olyadék elületi eszültsée [N/m], x r a buborék suara [m]. p = p 1 1 p 3 q p a) b) q p p = p a) b) p Δp T s T Δt 1 Δt t c) 3.1. ábra Gőzképződés nyomás és hőmérsékletviszonyai [3.] 1. őzmolekula,. őzázis, 3. őzbuborék t a p p nyomáskülönbsének meelelő telítési hőmérséklet-különbsé, t 1 a p p p nyomáskülönbsének meelelő telítési hőmérséklet-különbsé A valósában a molekulák több molekulából álló őzbuborékba lépnek át. A 3.1. ábra a) részletén 1-yel jelölt éppen ázishatáron lévő molekulára a ázishatár alakjától üően a őz és olyadékázis oldaláról különböző erők hatnak. Görbült ázishatárnál (b) részlet) a olyadékoldalon több molekula van. Ezek a sík

292 ázishatáron ébredőnél nayobb erőt ejtenek ki a ázishatáron lévő molekulákra. Íy ahhoz, hoy a molekula olyadékázisból őzázisba lépjen nayobb nyomásra (eneriára) van szüksé [6.]. Ezt a p többletnyomást Thomson összeüése alapján lehet mehatározni. ahol M = R = p v p 3. x p exp[ v M /( r RT )] (1 ) x pvr 18 k/kmol vízőz molekulasúlya, 8314,51 Nm/kmolK univerzális ázállandó. A sík ázishatárhoz viszonyított többletnyomás a 3. kiejezés átrendezésével v p p p. A többleteneria biztosítására a olyadékot x 1 r v t hőmérséklettel (3.1. ábra) túl kell hevíteni. A 3.1 eyenlet szerinti nyomáskülönbséből és p értékéből v p p ( 1 x r v A számításokhoz elsősorban a hőmérséklet-különbsé ( T T ) értéke szüksées. Ennek mehatározásához az előbbi, 3.3 összeüés a Clausius-Clapeyron eyenlet elhasználásával átalakítható (a képletekben r a köze pároláshője [kj/k]) Mivel dp dt v v, és M p v RT, íy r 3.4 T v v ) ( eyszerűsíthető. A változókat szétválasztva és ) 3.3 RT v a 3.4 képlet M p p -től s dp dt p -i interálva rm p alakra T R p rm 1 1 rm 1n ( T Ts ) 3.5 p R T T s RTTs Ebből a hőmérséklet-különbsé a 3.3 eyenlet, illetve v v és iyelembevételével x / p r <<1, RTsT v RTs T Ts Ts 1n1 1 x x 3.6 rm p r v rm p r Az összeüések eloadható hibával a 0,01 p / 1 tartományban adnak x eredményt. Seítséükkel adott érdesséi viszonyok ( r ) esetén a orrás meindulásához, vay ennmaradásához szüksées hőmérséklet-különbséek x kiszámíthatók. A képletekből látható, hoy a orrás nem indulhat r =0 suárról, a őzbuborékok keletkezéséhez mehatározott méretű ( T T T túlhevítéstől üő) őzképződési középpontokra van szüksé. pkrit s s 88

293 Hőáramsűrűsé 3.. Forrás vételen térben [3.1] Vételen térben kialakuló orrásnál a hőátadás olyamata a elület űtésének naysáától üően különböző szakaszokra osztható (3.. ábra). A Folyadék Hőátadó elület B Gőzbuborék q [MW/m ] F C 1,0 C D q krit D C D 0,5 E E C A B (ONB) F Falhőmérséklet [ C] t al 3.. ábra Előzölés szakaszai [3.1] A természetes konvekció, B buborékos orrás kezdete (ONB) C buborékos orrás kis hőterhelésnél, C buborékos orrás nay hőterhelésnél, D kritikus hőterhelés, E átmeneti tartomány, F ilmelőzölés Kis hőterhelésnél a űtött elület elett természetes konvekció indul me (A). A kialakuló határréte vastasáa a meiyelések szerint eyázisú vízáramlásra 3.7 általában 0,1 mm. A hőátadási tényező vízszintes síkelület elett Tishenden és Saunders szerint az 3 D T D c p 014, 3.8 képletből számítható, ahol D [m] a elület átmérője, az eyenletből kiejthető, [1/ o C] téroati hőtáulási eyüttható, vízre =7, / o C. Más elületekre és közeekre összeüések az irodalomban [3.1] találhatók. Buborékos orrás tartományában (B, C, C ) a őzképződési középpont körül kialakuló viszonyokat részletesen a 3.3. ábra mutatja. A hőterhelés növelésével a alhőmérséklet növekedésnek indul. A leelső buborék annál a hőterhelésnél keletkezik, amelynél a határréteben kialakuló hővezetésre jellemző hőmérséklet eloszlás T al T q 3.9 1/ 3 89

294 a buborékos orrásra jellemző, a 3.6a, vay 3.6b. képletekből számítható hőmérsékletoszlás örbéjét érinti. Az ekkor kialakuló elhőmérséklet T a alonb buborékos orrás meindulásához szüksées alhőmérséklet. (ONB, Onset o Nucleate Boilin). Az ekkor keletkező buborék suara r k. Ennek és a határréte vastasáának viszonya a albeli hőmérsékletelosztástól is ü. Hsu szerint / r k =, Han, Griith szerint / r k =1,5. Filmvastasá Folyadék hőmérséklet eloszlás, 3.9. képlet Buborék eyensúly 3.6. képlet T izoterma δ r max r k Növekvő hőterhelés q n*r k r k r min T s T al ONB Hőmérséklet 3.3. ábra Hőmérséklet eloszlás buborékos orrásnál [3.1] Természetesen a hőbevezetés intenzitásának növelésével a termikus határréte vastasáa is menő. Ha a olyadék hőmérséklete a telítési hőmérséklettel azonos, eloadott a / r = arány iyelembevétele. Ez az előbbi 0,1 mm határréte k vastasáal 50 m-es buborékokat eredményezne, ennek keletkezéséhez 1 o C túlhőmérséklet ( T T ) is elésée lenne. A valósában o C túlhőmérsékletre s van szüksé. A határréte vastasáa, a orrás meindulásához szüksées alhőmérséklet, és q hőáram, illetve az T alonb r k kritikus érdessé méret a 3.6 és 3.9 = iyelembevételével mehatározható. A 3.3. ábráról az is képletekből, / r k látható, hoy a hőterhelés növelésével további méretű őzképződési középpontok is aktivizálódnak. A buborékos orrásra a alhőmérséklet r k -nál nayobb, illetve kisebb T n al Ts C q 3.10 alakú empirikus összeüésekkel számítható, ahol C és n a köze izikai jellemzőitől üő állandók, n általában 0,5 0,5 között van. A hőátadási tényező számítására az irodalomban több összeüés található. A leismertebbek Mihejev képletei [3.4]. Vízre 0, 100 bar nyomástartományban illetve 0,176 0,7,656p q 3.11 t, 33 al t 3.1 5,847p 0,53 s ahol p [bar], q [W/m], [W/m K] mértékeyséel helyettesítendő. 90

295 Rohsenow összeüése a elület minőséének hatását is iyelembe veszi: [3.1]: ahol Nu 1 (1n ) Re C s Pr m 3.13 Re q r 1/ 3.14 Nu 3.15 A kitevők: n =0,33, m =0,77, de vízre m =0. Az r [kj/k] a köze adott nyomáshoz tartozó pároláshője. Levezethető, hoy 1/ c p t al ts q Cs r r amiből a alhőmérséklet közvetlenül számítható. A 1/ n m1 cp és a pároló közetől ü. Értéke vízre, ha a hőátadó elület: polírozott réz 0,018 köszörült, polírozott acél 0,0080 telonnal bevont acél 0,0058 savazott acél 0,0133 mechanikaila polírozott acél 0, C s tényező a elület minőséétől Foster-Zuber a buborék méret és a buborék növekedési sebessé elhasználásával 1/ 1/ 4 x3 1/ 3 q * ( ) r t al ts 0,0015 cp * 3.17 r D r D x alakú kiejezést kapott, ahol r a 3.6 képletből mehatározott eyensúlyi buborék suár. A D termikus diúziós tényező a olyadékázisra 0 o C-on D =13,1 10-8, 150 o C-on D =17,3 10-8, 300 o C-on D =13, 10-8 m /s. 5 8 A VDI Wärmeatlas [3.18], a Gorenlo [3.5] módszer alapján ey p / pkrit =0,1 relatív * nyomás, r e =0,4 μm rézcsőre vonatkozó, közepes elületi érdessé (elszakadási átmérő), q 0 =0 kw/m hőáramsűrűsé vonatkoztatási állapotra mehatározott 0 értékhez viszonyítva az q CwF( p / pkrit ) q n 91

296 képlettel javasolja a orrásra vonatkozó hőátadási tényező mehatározását. A képletben, vízre: 0 hőátadási tényező alapértéke W/m K, vízszintes réz csőre 0 =5600 W/m K, q hőáramsűrűsé [kw/m ], 0,133 0,5 * r c p C * w re c p0 az eltérő érdessé, illetve F 0,68 korrekciós tényező, n,9 0,3( p / p 0,15 ) a nyomástól üő kitevő. 0,7 ( p / pkrit) 1,73( p / pkrit) 6,1 ( p / p ) krit az eltérő nyomás miatti 1 ( p / pkrit) 0 krit Bár a módszer alkalmazása eyszerűnek tűnik, a mebízhatósá érdekében ajánlott a 3.13 vay a Stephan Preußer [3.18] által a vonatkoztatási állapotra javasolt 0,674 0,156 0, ,1 q D e rd a e Nu Ts a D e illetve a Stephan Abdelsalam [3.5] által kidolozott 0,350 c p 0, ,67 1/ 0,48 4,33 D e 0,546 qd e rd e 3.0 Ts a képlet alkalmazása (utóbbi képlet a ténylees állapotra adja a Nu szám értékét, nincs szüksé korrekcióra). Előbbi összeüésekben a D e jellemző eometriai méret értékét a De 0, kiejezéssel, vízre =45 értéket helyettesítve javasolják számítani. 1/ Falhőmérséklet Buborék átmérő Nedvesítés Gyors buborék növekedés 0 1 Buborék leszakadás 3.4. ábra Buborékméret, alhőmérséklet változása buborékos orrásnál [3.1] Idő Idő A alhőmérséklet a buborékos orrás tartományában nem állandó, hanem a buborék alakjától üően változik. A buborék alakjának, méretének, illetve a alhőmérséklet naysáának kapcsolatát a 3.4. ábra mutatja. A határrétebeli yors változások miatt a 3.9 képlet szerinti lineáris hőmérséklet eloszlás nem tud kialakulni, a 9

297 hőmérsékletproil alakja a buborékleszakadástól mért idő üvényében változik. A buborékképződés csak akkor indul me, amikor a tranziens olyadékhőmérséklet a 3.6 eyenlet szerinti, eyensúlyi állapotra számítható hőmérsékletproilt érinti (3.5. ábra). A buborékképződés meindulása utáni alhőmérséklet csökkenés az intenzív hőelvonás hatására következik be. Miután a buborék a elültettől elemelkedett, a hőelvonás csökken, a alhőmérséklet növekedését előidézve. Film vastasá Eyensúlyi állapot buborékra T izoterma δ Eyensúlyi állapot határrétere n*r k r k T T s Hőmérséklet 0 1 Nedvesítés 3.5. ábra Hőmérséklet eloszlás buborékos orrásnál átmeneti állapotban [3.1] A kritikus hőluxus /D/ naysáa a Kutateladze-tól származó 1 / /,, r ( 4 q 3. krit ) képlettel számítható, ha a olyadék telített állapotban van. Aláhűtött olyadéknál krit ahol Ivey és Morris szerint 1/ 1/ 4 016, 0, 3r ( ) B T q ,75 c p B 0,1 3.4 r Az átmeneti tartományra (E) jelenlei ismeretek szerint mebízható számítási összeüésekkel nem rendelkezünk. Filmelőzölésnél (F) a hőátadás határréteen át történik. A buborékok a olyadékázis határán miután a elület szabálytalan, instabil mehatározott távolsában ( F ) és időben követik eymást. A követési távolsá, hullámhosszúsá alá Taylor szerint [30] 1/ F ( ) 3.5 1/ ( ) 3 vonal hullámokra F 3.5a 6 sík hullámokra Filmelőzölés /F/ esetén a hőátadási tényező vételen térben történő orrásnál is a vízszintes csövekre vonatkozó összeüés elhasználásával számítható [3.3]: 93

298 α x λf α0,95 0,111 D 3.6 Ahol D a cső, sík elület, vékony réte jellemző mérete [m], a rövid, vízszintes csőre vonatkozó hőátadási tényező, lamináris ilmelőzölésre [W/m K]. Ez Bromley szerint A képletben 1/ 4 3, ( ) r 0,6 ( ) D t al ts 3.7 * r a korriált pároláshő [kj/k]: r * c p( t al ts ) r1 0, r A korriált pároláshő számítására Sadasivan és Lienhard [3.7] a következő c p t összeüést javasolja (a Jakob szám Ja képletében, értékét r elhayva): * r r 1 ( 0, 968 0, 163 / Pr )Ja 3.8a Előbbi számításoknál az anyajellemzőket a határréte átlahőmérsékletén kell iyelembe venni. Ha túl nay a elületi hőmérséklet (300 C elett [3.6]) a suárzásos hőcserét is iyelembe kell venni. Ekkor x e 0, 75 s 3.9 ahol 4 4 T al T 8 s 5,76 *10 * * 3.30 T al T a suárzásos hőátadási tényező. A képeltben ε a űtött elület emissziós tényezője. A yakorlatban yakran előordul, hoy a vételen térben áramló és eyidejűle előzölő, vay eyenlőtlenül űtött elületen előzölő köze hőátadási jellemzőit kell mehatározni. Előbbire Berles, Rohsenow alapján [3.5], utóbbira [3.8] tartalmaz számítási eljárásokat. 94

299 Áramlási irány 3.3. Hőátadás és őzejlesztés csőben Hőátadás és áramlás kapcsolata Áramlási ormák A kazánok őztermelő csöveiben áramló kétázisú, víz-őz keverék különböző áramlási ormákat vehet el. Ezeknek az ismerete az áramlási nyomásvesztesé, illetve a hőátadás számítása szempontjából lényees. Az áramlási ormákat nayszámú kísérlet során vizsálták vízszintes és üőlees csőben, csatornákon. A kísérleteket nayrészt víz-leveő, vay olaj-áz keverékkel véezték viszonyla alacsony nyomáson, de véeztek vizsálatokat víz-őz keverékkel is, nayobb nyomáson. A kísérletek letöbbször hőközlés (űtés) nélkül történtek. Részletes áttekintés az irodalomban található [3.7]. A vizsálatok során meiyelt áramlási ormák leírása és menevezése nem eysées. őz olyadék őz olyadék őz olyadék buborékos tömlős éli yűrűs csomós, köd cserélődő, elkülönült yűrűs, elkülö- yűrűs, szétszórt kavaró kavaró nült cseppekkel cseppekkel bubbly slu semiannular annular annular-dispersed alternatin+ aitated+ separated+ aitated separated droplet droplet Blasenströmun Propenström. Rinströmun Rinströmun Spritzenströmun Kolbenströmun 3.6. a. ábra Áramlási ormák üőlees csőben [5] Az eyázisú vízáramlás és az eyázisú őzáramlás között, növekvő őztartalommal, általában a 3.6. a., 3.6. b. ábrákon látható, jellezetes áramlási ormákat ismertetik, amelyeket hőközlés nélküli esetben a következőkkel lehet jellemezni: a) buborékos áramlás alacsony őz (áz) téroataránynál az összeüő olyadékázisban elszórt őz (áz) buborékok vannak, b) duós áramlás közepes őz (áz) téroataránynál az összeüő olyadékázisban nayméretű, majdnem a teljes keresztmetszetet kitöltő, őzduók iyelhetők me, c) rétees áramlás olyadék és ázázis elkülönült érintkezési elületén nincs lényees sebessékülönbsé, d) hullámos áramlás a olyadék ázázis elkülönült, az érintkezési elület a sebessékülönbsé következtében zavart, e) tömlős áramlás a ázbuborékok eyesülése következtében viszonyla hosszú, őzzel, illetve vízzel borított szakaszok jönnek létre változó vastasáal, amely áramlási eyenlőtlenséeket okoz (Kis áramlási sebessénél, közepes őztartalomnál lép el. A őzázis impulzusa kicsi ahhoz, hoy a olyadékréteet teljesen áttörje és a alon olyadékilmet hozzon létre. Nay hőterhelésnél vay rövid csőszakaszoknál nem lép el.), 95

300 ) yűrűs áramlás a olyékony ázis a alon összeüő réteben áramlik, a őz hasonlóan, összeüően a maban áramlik, ) csomós-yűrűs áramlás ennél az előzőhöz hasonló áramlásnál a olyadékázisban őzbuborékok, a őzázisban szétszórt olyadékcseppek lehetnek (Nay őztéroat aránynál és áramlási sebessénél ordul elő.), h) kavaró áramlás a tömlős áramlásnál a nayméretű őzduók a nay áramlási sebessé következtében elszakadnak, a alazatot közel összeüő olyadék-ilm borítja, i) permet (köd) áramlása a cső teljes keresztmetszetét kitöltő őzázisban elszórtan olyadék-cseppek helyezkednek el. Ien nay őztéroat arányra jellemző. buborékos őz duós rétees bubbly olyadék plu stratiied Blasenströmun Propenströmun Schichtströmun hullámos tömlős yűrűs wavy slu annular Wellenströmun Schwallströmun Rinströmun permet spray Nebelströmun 3.6. b. ábra Áramlási ormák vízszintes csőben [5] 10 6 [k/s m] 10 5 ( G x) 10 4 yűrűs csomós yűrűs éli yűrűs 10 buborékos tömlős G (1 x) [k/s m] 3.7. ábra Áramlási ormák üőlees csőben [3.16] Az eyes áramlási ormák mehatározására az irodalomban több diaramot közölnek. Közülük a leismertebbeket a vízszintes, illetve üőlees áramlás jellemzésére a 3.7., 3.8. ábrák mutatják. Miután üőlees áramlásnál a cső általában vízzel kitöltött, íy a hűtés eyenletesebb, nayobb jelentősée a vízszintes csövekben kialakuló áramlási ormák mehatározásának van, ezekre az irodalom [3.8] számítóépi proramozásra alkalmas eljárásokat is ismertet. 96

301 Gőznyomás [bar] G A (p) k/m h köd 1*10 5 hullámos yűrűs buborékos 1*10 4 tömlős rétees 1*10 3 duós G G 0, [ k / m h] Telített víz tömeáram sűrűsé G B 1(p) G [ k / m h] Telített őz tömeáram sűrűsé / 0, v 0, 858 0, 001 v v 1/ 1/ v 0, * / 3 7, , Korrekciós tényezők 3.8. ábra Áramlási ormák vízszintes csőben (Baker diaram) [3.1] Előőzölés csőben Csőben történő áramlásnál a hőközlés következtében elpároló őz különböző, korábban már bemutatott áramlási ormák kialakulására vezet. A hőátadás olyamatát a őz és olyadék ázis naysáa, a határréte összetétele beolyásolja. Folyadék elpárolása, csőben történő üőlees áramlás eyenletes űtés esetén, Collier [3.1] nyomán a 3.9. ábra alapján vizsálható. Kis hőterhelés estén az alábbi szakaszok különböztethetők me [3.1], [3.7]: A csőbe olyadék lép be (A), hőmérséklete alacsonyabb a telítési hőmérsékletnél, de a alhőmérséklet sem érte el a telítési hőmérsékletet. A hőátadás, nyomásvesztesé kényszerített olyadékáramlásra számítható. Ha a al hőmérséklete eléri a telítési hőmérsékletet a alon meindul a buborékképződés. A köze átlaos- és mahőmérséklete a telítési hőmérséklet alatt van, a őzbuborékok lekondenzálódnak. Ezt a B szakaszt az aláhűtött buborékos orrás tartományának nevezzük. Miután a olyadékázis átlaos hőmérséklete a telítési hőmérsékletet elérte, a csővel közölt összes hő a olyadék előzölötetésére ordítódik. A mahőmérséklet mé ebben a tartományban is a telítési hőmérséklet alatt maradhat. Ezt a C szakaszt az intenzív őzképződés szakaszának nevezzük, a keletkezett őzbuborékok különállóan áramlanak. 97

302 Telítési hőmérséklet Folyadék ma hőmérséklete Csőal hőmérséklet Folyadék hőmérséklet Gőzma hőmérséklete A őztartalom növekedése következtében a buborékok eyesülnek és tömlős áramlás alakul ki. (D szakasz). A őzképződés mé a alon, buborékos orrással történik. A kialakult nayméretű őzduók eybekapcsolódnak és yűrűs áramlás alakul ki (E szakasz). A őzképződés a továbbiakban a ilm belső elületéről történik. Erre a szakaszra nem jellemző a belső elületről történő cseppelraadás. A olyadékilm elé a hőátadás kényszerített konvekcióval történik. A ilm elvékonyodása következtében a hőelvétel eyre intenzívebbé válik, továbbá a olyadék és őzázis közti sebessékülönbsé következtében a ilm belső elületéről mekezdődik a cseppelraadás (F szakasz). A ilm hőelvétele kényszerített konvekcióval történik, mí a elület ki nem szárad (dry-out jelensé). Csőal és olyadék hőmérséklet H Áramlási kép Eyázisú őzáramlás Hőátadás Konvektív hőátadás őz elé x=1 G Gyűrűs áramlás cseppelraadással Folyadék hiányos orrás F E Gyűrűs áramlás cseppelraadással Gyűrűs áramlás Kényszerített konvektív hőátadás olyadékilmen keresztül D Tömlős áramlás Telített buborékos orrás x=0 C B Buborékos áramlás Aláhűtött buborékos orrás A Eyázisú olyadékáramlás Konvektív hőátadás olyadék elé 3.9. ábra Előzölés olyamata üőlees csőben [5], [3.1] A kiszáradás miatt a csőal hőmérséklet urásszerűen menő. A csőben a olyadék a korábban elraadott cseppekben van (G szakasz). Ezek hőmérséklete is meemelkedhet a telítési hőmérséklet ölé, íy túlhevült cseppek keletkezhetnek. A olyadékcseppek elpárolása következtében a alhőmérséklet kismértékben csökkenhet. Ezt a párolást olyadékhiányos orrásnak nevezik. Az átlahőmérséklet okozatosan túllépi a telítési hőmérsékletet. A olyadékcseppek teljes elpárolása után (H szakasz) a al-, az átlaos-, illetve a mahőmérséklet is okozatosan emelkedik, a teljes keresztmetszetet kitöltő őzázis túlhevül. Az áramlás jellee ismét eyázisú áramlás, ennek meelelően a hőátadás és nyomásvesztesé is számítható. A B és G szakaszok között az áramlás kétázisú, ebben a szakaszban a lerosszabb hőátadási tényező a elület kiszáradásakor, a dry-out (DO) pontban áll elő. Ennek következménye a alhőmérséklet urásszerű 98

303 Gőztartalom Gőztartalom Kritikus hőterhelés növekedése. A kiszáradás nem eyszerre következik be, hanem azt meelőzően a csőelületen, rövid szakaszon instabil ilmelőzölés alakul ki, íy a csőelületnek ez a része nemcsak maas hőmérsékletnek, hanem erős hőmérséklet-inadozásnak is ki van téve. Stabil ilmelőzölés, illetve a elület kiszáradása csak akkor áll elő, ha elületi hőmérséklet a kritikus értéket elérte. A csőal kiszáradása és a ellépő maas hőmérséklet következtében a cső is mehibásodhat. Filmelőzölés, és ennek következtében maas hőmérséklet nemcsak az előbbiekben leírt viszonyla nay őztartalom esetén ordulhat elő. Kis őztartalomnál is előáll, ha a hőterhelés ien nay [5]. A ábra bal oldali részén (a) részletén) látható esetben a cső marészét olyadékázis tölti ki. A határréteben az intenzív buborékos orrás következtében a buborékréte eltávolodik a altól, a olyadékréte ey pillanatra meáll a űtőelületen. Nay hőterhelésnél ez heves előzölésre vezet, íy a elületen őzilm alakul ki. Ily módon a buborékos orrás ilmelőzöléssé alakul át, és a alhőmérséklet urásszerűen menő. Ezt a olyamatot az amerikai irodalomban Departure rom Nucleate Boilin (DNB) vay Burnout kiejezéssel jelölik. Az utóbbi arra utal, hoy nay hőterhelés esetén a űtőelület mintey áté. A kétéle esetet összehasonlítva meállapítható, hoy a csőelület kiszáradása (DO) kis hőterheléseknél is előordulhat nay őztartalom (hosszú, űtött szakasz) esetén. A buborékos orrás átváltása ilmelőzölésre (DNB) csak nay hőterhelés esetén ordul elő, és nem előeltétele a nay őztartalom. Buborékos orrás átváltása ilmelőzölésre Határréte kiszáradása Burnout helye Buburékréte Dryout helye I 0,6 Folyadék Kis őztartalom 0,6 Folyadék Gőz Nay őztartalom II 0,4 0, 0 0,4 0, a) Burnout jelensé b) Dryout jelensé 0 III Gőztartalom c) Kritikus hőluxus ábra Csőal kiszáradása, kritikus hőluxus [5] a) kis őztartalomnál, b) nay őztartalomnál c) Kritikus hőterhelés-őztartalom kapcsolata: I DNB Departure rom Nucleate Boilin (hidrodinamikus orráskrízis, ilmelőzölés) II Dryout (DO, termokinetikus orráskrízis, elület kiszáradása) III DCB Deposition Controlled Burnout, oporsényie (lecsapódással korlátozott átéés) x Ebből adódóan DNB jelenséel rendszerint csak nyomott vizes reaktoroknál, DO jelenséel kazánoknál, orraló reaktoroknál is lehet találkozni. Az előbbiek mellett kazánoknál mé ey tartományt a lecsapódással korlátozott átéés (Deposition Controled Burnout, DCB; oroszul: oporsényie) jelenséét is mekülönböztetjük (3.10. ábra c) részlet III.) Ekkor a al hűtését a yűrűs áramlás tartományában a őzmaba átlépett vízcseppek csőalnak ütközése biztosítja. Mivel ily módon csak nayon kis 99

304 Hőáramsűrűsé Hőáramsűrűsé hőmennyisé adható át, a kritikus hőluxus ebben a tartományban a lekisebb. Az orosz szakirodalom az I. (DNB) tartományt hidrodinamikus orrás krízisnek nevezi [3.3], mivel elkerülése döntően a csőbeli áramlási viszonyoktól ü. A II. (DO) tartomány termokinetikus orrás krízis elnevezése a orrásos hőátadás anyaátadási olyamatainak lényees szerepére utal. q Aláhűtött állapot Filmelőzölés határa Aláhűtött DNB Eyázisú olyadék áramlás Buborékos előzölés (A) Telített DNB (B) Átéés (Burnout) Telített buborékos előzölés (C, D) Telített állapot Telített ilmelőzölés Tipikus izikai átéés helye Folyadékhiányos tartomány (G) Kétázisú kényszerített konvektív előzölés (E, F) x=0 x=1 Gőztartalom Túlhevített állapot Eyázisú kényszerített konvektív hőátadás őznek (H) Kiszáradás határa (Dryout) Metszetek a 3.1 ábrán ábra Kritikus hőluxus, őztartalom, áramlási ormák kapcsolata [3.1] A 3.9. ábra kapcsán ismertetett szakaszok csak akkor ordulnak elő, ha alacsony a hőterhelés. Növekvő hőterhelés az áramlási ormák változására vezet, ezeket a ábra mutatja. A hőterhelésből a hőátadási tényező az q / t eyenlősé alapján számítható, naysáa állandó hőterhelés esetére a 3.1. ábra 1. örbéjén látható Aláhűtött ilmelőzölés DNB DNB Telített ilmelőzölés DNB B C, D A DNB E 4 DNB Folyadék hiányos tartomány Dryout Dryout F 3 1 G 1. Alapeset, kis hőterhelés. Hőterhelés nő 3. Tovább nő a hőterhelés, elmarad a kényszerített konvektív hőátadás (yűrűs áramlás) 4. Tovább növekvő hőterheléssel lerövidül a telített buborékos orrás szakasza 5. Buborékos orrásból ilmelőzölésbe vált át 6.,7. Aláhűtött buborékos orrásból ilmelőzölésbe vált át H Aláhűtött állapot x=0 x=1 Gőztartalom Telített állapot Túlhevített állapot 3.1. ábra Hőátadási tényező, őztartalom, hőluxus kapcsolata [3.1] A hőátadási tényező változásából látható, hoy tiszta olyadék ázisban (A) a elületi hőmérséklet növekedésével a hőátadási tényező kismértékben nő. A buborékos orrás szakaszaiban (B, C, D) a hőátadási tényező állandó. A yűrűs áramlás tartományában (E, F) a alon kényszerített konvekciós áramlás van, másrészt a yűrű belső elületén is párolo a köze, emiatt javul. A DO pontban a hőátadási 300

305 tényező hirtelen lecsökken, a olyadékcseppek elpárolásakor, illetve a őz túlhevülésekor a sebessé növekedése következtében is nő kismértékben. A hőterhelés kismértékű növelésével (. örbe) minden jellemző szakasz memarad, de a csőelület kiszáradása (DO) kisebb őztartalomnál következik be [3.1]. A hőterhelés további növelésével (3. örbe) a buborékos orrás olyadékhiányos orrásba mey át. A yűrűs orrás (olyadékilm a csőelületen) szakasza elmarad. Íy ebben az esetben nem a elület kiszáradása (DO) következik be, hanem DNB lép el. Nayobb hőterhelés esetén a buborékos orrás tartománya lerövidül (4. örbe), a ilm-orrás (DNB) kisebb őztartalomnál lép el. Ien nay hőterhelés esetén (5. örbe) az aláhűtött buborékos orrás közvetlenül ilmelőzölésbe (DNB) válthat át. A olyamat vízszintes csőben is hasonlóan játszódik le. Kis hőterhelés esetén, eyenletesen űtött csőre, a jellezetes áramlási ormákat a ábra mutatja. Gőz Átmeneti kiszáradás Folyadék Kiszáradt csőal Eyázisú olyadék áramlás Buborékos áramlás Duós áramlás Tömlős áramlás Hullámos áramlás Gyűrűs áramlás x=0 x= ábra Előzölés olyamata vízszintes csőben A sűrűsé különbséből adódóan a őzbuborékok, őzduók a cső első elébe emelkednek, íy kezdetben az átmeneti (a cső alját mé összeüő olyadékilm nedvesítheti) majd a teljes kiszáradás is a első cső élen következik be. Miután a olyadék csak a cső alsó elét nedvesíti, nay alsó-első alkotó közötti hőmérsékletkülönbséek alakulhatnak ki Folyadékáramlás Csőben áramló köze eyázisú, konvektív hőátadása lamináris áramlás esetén az 0, 33 0, 43 3 G D c p Pr D T o 017, D Pr 3.31 al GD alakú kiejezéssel [3.5] számítható, ha l / D >50 és a Re <000; (G [k/m s], tömeáram sűrűsé a csőben). Az összeüés üőlees csőben el- és leelé irányuló áramlásra is használható. Füőlees csőben, elelé irányuló turbulens áramlásra az l / D >50 és a Re >10000 tartományban az 0, 5 0, 1 képlet használható [3.5]. 0, 8 1/ 3 o * 0, 03Re Pr 3.3 D 301

306 Hőluxus Aláhűtött buborékos orrás Az előzölötető csőbe belépő olyadék hőmérséklete általában kisebb a telítési hőmérsékletnél. A alhőmérséklet a csőbeli hőátadásból adódóan nayobb lehet a telítési hőmérsékletnél. Ha a alhőmérséklet és telítési hőmérséklet különbsée T al T T 3.33 s ey mehatározott értéket elér, a alon meindul a őzejlődés, a keletkezett őzbuborékok azonban a hideebb maáramlásba átlépve lekondenzálódnak. Az aláhűtött buborékos orrás meindulásához szüksées hőmérséklet-különbséet anol elnevezése alapján -vel (ONB Onset o Subcooled Nucleate Boilin) T s ONB jelöljük. Ha a maba bejutó buborékok már nem kondenzálódnak le, teljesen kialakult orrásról beszülünk. Az ilyenkor kialakuló (FDB Fully Developed Boilin) általában kisebb a T s ONB -nél. s T s FDB Eyenletes q hőterhelést eltételezve a olyadék elmeleedése l [m] út metétele után amiből a alhőmérséklet 4ql t Dc G 3.34 p 4l 1 T al T q 3.35 DcpG o ahol T a csőbe belépő (aláhűtött) olyadék hőmérséklete, [K]. Részlees orrás Teljesen kialakult orrás F q T alá 1 4 l 1 D c pg α o Nincs orrás E B A x=0 h h x r Eyenértékű őztartalom ábra Aláhűtött buborékos orrás meindulásához szüksées q hőluxus a belépésre számított eyenértékű őztartalom üvényében x Az aláhűtött buborékos orrás lekorábban ott kezdődhet, ahol következik, hoy az aláhűtés T al > T s -nél ebből 4l 1 T alá Ts T q DcpG 3.36 o értéke a csőbe való belépésnél nem lehet kisebb a hőterhelésből, anyajellemzőktől, eometriától üő értéknél, vay a hőterhelésnek kell ey mehatározott értéknél nayobbnak lenni: 30

307 Hőmérséklet 4 1 l q T alá 3.37 DcpG o Íy az eyázisú olyadékáramlás tartományát elülről eyenes határolja (3.14. ábra). A termodinamikai eyensúlynak meelelő x =0 pont eléréséi, (az átlahőmérsékletnek a telítési hőmérsékletre való emelkedéséi) a olyadéknak l a 1 Dc G p Talá q csőhosszúsáot kell metenni ( l a [m], az aláhűtött csőszakasz hossza, a 3.38 képletből T = T alá behelyettesítéssel számítható) (3.15. ábra). q Eyenletes űtés G T D T T s ΔT s ONB ONB FDB T al ΔT ΔT s ONB s ΔT alá ONB Mahőmérséklet ΔT alá ΔT Átlaos olyadékhőmérséklet T l l ONB l a Belépéstől mért csőhossz ábra Hőmérséklet eloszlás a csőhosszúsá üvényében, aláhűtött buborékos orrásnál [3.1] A orrás meindulásához szüksées hőluxus naysáa Bowrin nyomán a ábra alapján vizsálható. A olyadék hőmérséklete a csőalon a T al q T ( l) 3.39 képlettel számítható. Ha ez a hőmérséklet eyenlő, vay nayobb a buborékos orrásra vonatkozó T n al Ts Cq 3.10 értéknél, a orrás meindul. A valósában a cső tenelyére merőleesen a hőmérséklet nem eyenletes, a al elé általában növekszik. Ezt elhanyaolva, és az eyensúlyt elírva (3.16. ábra) T al ONB T q o n ( l) Ts Cq 3.40 o amiből kiejezhető a maximális aláhűtöttsé, aminél a orrás meindulhat: l T alá ONB T T s q n ( l) Cq 3.41 o 303

308 Hőluxus q Teljesen kialakult aláhűtött buborékos orrás E F T C q s n Folyadék, nincs orrás Részlees buborékos orrás T al ONB C D D q T α o B q k ΔT alá ΔT s A q alá T al FDB T T s ΔT s ONB T al ONB T Hőmérséklet ábra Forrás meindulásához szüksées hőluxus mehatározása [3.1] A valósában a csőal melletti határréteben yorsabb lehet a hőmérsékletnövekedés. A buborékos orrás meindulásához szüksées hőluxus ( q ONB ) a T s ONB túlhőmérséklet alapján, kísérletekből származó empirikus összeüések elhasználásával számítható: Rohsenow szerint 0,034 1,156 (,30/ p ) q ONB 15,6 p ( T s ONB ) 3.4 ahol p -t [psia] mértékeysében Ts -t [ o F] mértékeysében helyettesítve q ONB Btu/h,t mértékeysében adódik. A képlet vízre psia tartományban érvényes. A 3.4 összeüés mellett más kiejezések is használatosak. Davis-Anderson szerint: q ONB ( Ts ONB ) B ahol Ts ( v v ) B 3.44 r Ez az összeüés vízre és más olyadékokra is használható. Frost-Dzakovic szerint 4 Pr Ts ONB q ONB 3.43a B Orosz szerzők módosították Rohsenow (3.4) képletét [3.3] 0,34 1,156 (,30/ p ) 1,156 q ONB 443,7 p ( Ts ONB ) p 3.4a Oroszorszában a buborékos orrásra a CKTI munkája alapján az 0,7 0, ( p 1,83*10 p ) 3.45 ONB q ONB összeüést szabványosították [3.5] ( q ONB [W/m ], p [bar], ONB [W/m K] mértékeysében). Az irodalomban a 3 értékű állandó helyett, is szerepel 304

309 Hőluxus [3.]. A képlet bar nyomástartományban a mérési eredményekkel jól eyező értéket ad. Jeans-Lottes üőlees csőben elelé történő vízáramlásra, teljesen kialakult orrásra [3.1] 0,5 p / 6 Ts ONB 5q ONB e 3.46 képletet javasolnak, amely d =3,635,74 mm csőátmérő, p =717 bar nyomás, t = o C olyadékhőmérséklet, G = k/sm tömeáram sűrűsé, q 1,5 MW/m hőáram sűrűsé esetén érvényes. q q T α ΔT alá =T s -T o T C q s n ΔT alá = 0 q ONB q adott ΔT s T al ONB T T s Hőmérséklet T ábra Forrás meindulásához szüksées hőluxus telített olyadék esetén [3.1] Thom és társai szerint az előbbi képlet helyett 0, 5 p / 87 Ts ONB, 65q e 3.47 a kísérleti eredményeket pontosabban adja vissza. Davies és Anderson (3.43) képletébe a 3.39 képlet átrendezésével ( Talá =0) nyert q T ONB értéket behelyettesítve (3.17. ábra) o s ONB T s ONB q ( ONB o ) 4 B o q ONB 3.43b kiejezés adódik, amely látszóla üetlen a alhőmérséklettől. Ha a hőluxus ( q adott) ennél kisebb, elmarad az aláhűtött buborékos orrás tartománya, sőt a olyadékot a orrás meindulásához Ts értékkel túl kell hevíteni. Csak ekkor, T értékének elérésekor indul me a orrás. ' alonb 305

310 A orrás meindulása után urásszerű őzbuborék képződés indul me, aminek őzduó képződés, esetle a elület kiszáradása (Dryout) lesz a következménye (3.18. ábra). A yakorlatban ilyen jelenséel nay o vay kis értékeknél, illetve ien kevés őzképződési pont esetén (pl. nátrium, kálium hűtőközeek, illetve üve hőátadó elület) lehet találkozni. T T s Csőal hőmérséklet Átlaos olyadék hőmérséklet ONB T al ONB ΔT s q l ábra Gyors őzejlődés a olyadék túlhevülése esetén [3.1] Az aláhűtött buborékos orrás kezdeti, részleesen kialakult szakaszában a q hőluxus a ábrából láthatóan a olyadékázis konvektív hőátadásától és a orrásos hőátadástól is ü. Erre tekintettel Bowrin szerint: q q k q alá 3.48 A q számításra több módszer ismert: Bowrin Griith és társai alapötlete alapján az alábbi számítási módszer alkalmazását javasolta: T s < T al < T al FDB esetén: q k o( Ts T ( l)) 3.49 T al > T al FDB esetén: q k 0 Ez, mint a ábrából látszik a valósáos viszonyok közelítése (ténylees érték helyett átlaértékkel számol): q n a) Ts T ( l) Talá ( l) q esetén eyázisú olyadékáramlás van, ahol T al > T s is előordulhat. b) T alá FDB < s orrás is van, o T - T (l) < Talá < T alá ONB esetén eyázisú olyadékáramlás és q k értékét a 3.46 képlet szerint kell számítani. c) Talá < T s - T (l) < T alá FDB esetén teljesen kialakult orrásos hőátadásról van szó, itt az eyázisú olyadékáramlásra a hőluxus zérus. A orrásos hőátadásra a q alá hőluxust Foster és Grie kísérleti adatok elemzésén alapuló javaslata alapján a ábra E pontjánál q E 1, 4q D 3.50 képletből lehet kiszámítani, ahol q D a ábra D pontjának meelelő érték. 306

311 Hőluxus q q alá n Ts C q k ténylees értéke q k o T s T l (Bowrin javaslata) q ONB T al ONB T (l) T s T al FDB T Hőmérséklet ábra Bowrin éle modell [3.1] Ebből a 3.39 képlet alapján T illetve a 3.10 képletből q E al ONB T ( l) ,4 o q E T al ONB Ts C 3.5 1,4 A két képlet összevonásából mehatározható az aláhűtés mértéke n n q E q E TaláONB Ts T ( l ) C , o 14, Griith és szerzőtársai szerint a határréteben mejelenő őzbuborékok miatt q -t a 3.49 képlet szerint értelmezve az E pontban: k amiből következik, hoy q E q k q Talá illetve a teljesen kialakult aláhűtött buborékos orrás csőhossz menti helye o Gc pd Talá 1 l FDB q 5 o is számítható ([3.5]-ben Griith eltevése már nem szerepel). l FDB értéke a 3.53 képlet és ehhez hasonlóan l ONB a 3.41 képlet elhasználásával is kiszámítható: Gc pd Talá TaláONB 3.56a ql ONB 307

312 A buborékok elvállása a altól, Bowrin szerint, víz esetén (11< p <138 bar q nyomástartományban) Talá ( 14 0,1 p) Gv értéknél következik be. Bowrin módszere yakorlati alkalmazásánál a / q arányt a 3.0. ábra alapján kell iyelembe venni. A számításoknál q értéke adott, a külső körülményektől (pl. tűztérbeli hőátadás) ü. q k q k /q arány 1 T al =T s Folyadék áramlás ONB Részleesen Teljesen kialakult orrás FDB 0 q/α o ΔT alá ONB ΔT 0 alá FDB ΔT s (l) ΔT alá 3.0. ábra A / q aránya a Bowrin éle modell alkalmazásánál [3.1] q k A alhőmérséklet számítás menete a következő (adott: q, G, p, T alá be ): a) Kiszámítjuk, hoy a olyadék átlahőmérséklete hol éri el a telítési hőmérsékletet (3.38 képlet). b) Kiszámítjuk, hoy a csőal hőmérséklet hol éri el a telítési hőmérsékletet (3.36 képlet), ehhez o értékét a 3.3 képlet alapján számíthatjuk. c) Kiszámítjuk a buborékos orrás meindulásához meenedett aláhűtés mértékét (3.41 képlet), Ts -számítására Jeans-Lottes kiejezését használhatjuk (teljesen kialakult orrásra vonatkozik!). d) Aránypárral meállapítjuk a buborékos orrás meindulásának helyét: Talá ONB lonb la T alá e) Kiszámítjuk a teljesen kialakult orráshoz meenedett aláhűtés naysáát ( 3.53 képlet). ) Aránypárral meállapítjuk a teljesen kialakult orrás csőhossz menti helyét: Talá FDB lfdb la T alá / Merajzoljuk a 3.0. ábra szerinti diaramot, illetve kiszámítjuk T s FDB értékét: ' T sonb és T T alá aláonb q q 3.59 sonb Talá n ezzel T ' s Cq ONB s a C pont mehatározásához használt képletből számítható. Hasonlóan 308

313 T T alá alá FDB q s q 3.60 FDB Talá és T s FDB is számítható. h) Merajzolható a csőhossz menti hőmérséklet eloszlás. i) A továbbiakban kialakuló alhőmérséklet a orrásos hőátadásra vonatkozó képletekkel számítható. Rohsenow az eyázisú olyadékáramlás hőátadásának iyelembevételére q ( T T ( l)) 3.61 k al alakú kiejezést javasol. Clark-kal vézett mérései alapján javasolja, hoy a 3.3 képletben a 0,03 értékű konstans helyett 0,019 érték szerepeljen. Az aláhűtött buborékos orrásra vonatkozó q értéket a 3.16 képlet szerint javasolja számítani. A buborékos orrás meindulásának pontját Rohsenow-Berles a alá q ONB Ts ONB 4B 3.43b kiejezés használatával javasolja kiszámítani. Az eredő hőluxust a ábra szerinti C és E pontok között a q alá q alá C q q 1 1 k q k q alá 3.6 képlettel javasolják számítani. 1/ A hőluxus számításának menete a következő ( T (l), G, p adott) a) Kiszámítjuk az eyázisú olyadékáramlásra vonatkozó q k hőluxust (3.61 képlet). b) Kiszámítjuk az aláhűtött buborékos orrásra vonatkozó hőluxust (pl képlet alkalmazásával). c) Kiszámítjuk a C pont helyét a Rohsenow éle 3.56 képlet alkalmazásával. d) Mehatározzuk q alá C értékét (pl. a 3.46 képletből). Chen szerint az aláhűtött buborékos orrás hőluxusa a T T T T (l) q 3.63 orr al s összeüéssel számítható. orr és mehatározását a szakasz ismerteti. Orosz szerzők, a CKTI kísérletei alapján, a orrásos hőátadásra vonatkozó hőátadási tényező [3.3] al 3600W * 9 kevr 0, * q képlettel való számítását javasolták, ahol 3/ ONB

314 , * o 0 7 ONB 3.65 o a 3.3, ONB a 3.45 képlet elhasználásával számítható. Íy az eredő hőluxus q T T (l) 3.61a al Az összeüés < p <169 bar, 1< tartományban alkalmazható. u k <300 m/s, 81< q <5800 kw/m Az előbbiekből is látható, hoy az aláhűtött buborékos orrás számítására a hőátadás többi ajtájára vonatkozó eljárásoktól eltérően a könyv összeállításakor mé nem alakult ki eysées módszer. Elé csak az aláhűtött buborékos orrás mekezdődésének hőmérsékletére ( T ) utalni. Más érték adódik, ha a alonb számításokat Bowrin vay Rohsenow szerint véezzük. q T al T C q s n W, α o T al q T (l) α o T (l) T s Falhőmérséklet 3.1. ábra Hőluxus változása a elületi hőmérséklet és az áramlási sebessé üvényében [3.1] A hőluxus örbe (3.16. ábra) alakja a olyadéksebessétől is ü, mivel naysáa a tömeáram üvénye. A változások jelleét a 3.1. ábra mutatja. A sebessé növekedésével az aláhűtött buborékos orrás meindulásához eyre nayobb hőluxusra van szüksé. Oldott ázbuborékok hatását vizsálva azt találták, hoy a őzejlődés áztartalom esetén a buborékos orráshoz hasonlóan kisebb alhőmérsékletnél meindul, és a orrás enntartásához is azonos hőluxus esetén kisebb T T T hőmérséklet különbsére van szüksé Telített buborékos orrás s al s Miután a olyadék átlaos hőmérséklete a telítési hőmérsékletet elérte és a hőluxus eleendő nay, a csőben telitett buborékos orrás indul me (3.9. ábra C, D tartomány). Ennél a hőátadási tényezőt a tömeáram sűrűsé, áramlási orma nem beolyásolja, szemben az E, illetve F tartománnyal, amelyeknél a hőátadást a altól a olyadékilm elé irányuló konvekció határozza me és az előzölés a ilm belső elületén történik [3.6]. A tartományt határoló vonal a teljesen kialakult aláhűtött buborékos orrást határoló hőluxus vonalához csatlakozik. Ennek a naysáa a 3.40 eyenletből számítható, o 310

315 Hőmérséklet Hőluxus a csatlakozási pontban T (l) = T s -t eltételezve, és iyelembe véve a Bowrin szerinti, 3.50 képletben meoalmazott kísérleti tapasztalatot (3.. ábra). q C, D Telített, buborékos előzölés DNB (telített) Dryout E, F Kétázisú konvektív hőátadás C, D Folyadékilm vastasáa δ=0 E, F x=0 Eyensúlyi őztartalom x=100 % 3.. ábra Telített őzejlődés tartományai [3.1] A orrás jelensée, a buborékok mérete, száma a vételen térben lejátszódó olyamathoz hasonló, azzal a kieészítéssel, hoy a olyadékilm vastasáa yakran a határréte vastasáával azonos (3.3. ábra). A hőátadási tényező q ONB k 3.66 Ts ONB számítására többéle módszert ismertet az irodalom (például a.101, 3.46, 3.47, 3.64 képletet is). T 3.6 képlet szerint 3.9 képlet szerint q ΔT s ONB T s δ r min r krit r max 3.3. ábra Előzölés olyadékilmben [3.1] Érdekesséénél ova, külön csak a Denler-Addoms által ajánlott módszer kiemelése indokolt [3.1], [3.5]. Vizsálataik szerint k 1 A o tt n *

316 1/ n dp dx ahol tt a Martinelli paraméter (3.138 képlet). dp dx Az irodalomban az A állandó és az adatok szerepelnek (3.1. táblázat). * n kitevő értékére, a különböző szerzőktől, eltérő 3.1. táblázat [3.1] A * n Denler-Addoms 3,3 0,5 Collier-Pullin,167 0,699 Guerrieri-Talty 3,4 0,45 Wriht,71 0,581 A kísérleteket általában 1 inch alatti csőátmérőkkel, 0,5-6 m közötti hosszakkal véezték. A kazánoknál szokásos csőrendszereket lejobban Denler-Addoms kísérletei közelítették me. (Lásd mé 3.. táblázatot is.) Kétázisú konvektív hőátadás Az előző tartományhoz viszonyítva, az eltérést az áramlás és a hőátadás jelleének változása jelenti. Ha túl sok őz keletkezik, vay túl nay az áramlási sebessé, az áramlás yűrűs jelleűvé válik, a 3.9. ábrán ezt az E, F tartomány mutatja. A hőátadás számítása a 3.67 képlethez hasonló, de attól eltérő összeüésekkel is lehetsées. Ezeket a 3.. táblázat olalja össze. Sok esetben szüksé lehet a olyadékilm vastasáának kiszámítására is. A csőben áramló olyadékhányad D D D 4 a ilmvastasából, vay a képletet átrendezve a ilm vastasáa a olyadék ázis arányából számítható. Amennyiben a yűrűs áramlás k hőátadási tényezőjét, a csövet teljesen kitöltő olyadékáramlás o hőátadási tényezőjéhez akarjuk viszonyítani, Mc Adam eltevéséből kell kiindulni. Szerinte, adott Reynolds számnál, az anyajellemzők eyenlőséének eltételezése esetén Azaz Nuk Nu o 3.69 amiből k o k 4 od D

317 A 3.70 képletben 4 a olyadékilm hidraulikus átmérője. Mivel az téroathányad és a tt Martinelli-éle paraméter között eyértelmű kapcsolat van, belátható, hoy a yűrűs áramlás hőátadásának számítására is miért alkalmas a Denler-Addoms éle 3.67 képlet. A 3.. táblázatban eltüntetett képletek közül a lenayobb pontossáot Chen (11%), összeüése, illetve az azt tovább pontosító Gunor-Winterton, Kandikar vay a karlsruhei eyetemen yűjtött alapadatbázisra (106 adat vízre) új korrelációt kidolozó Steiner-Taborek eljárások biztosítják. Ezért Chen eljárását részletesebben is ismertetjük. A korábban kidolozott eljárások Szterman-Sztjusin (5%), Schrock (31,7%), Denler (38,1%), kevésbé pontosak, de alkalmazásuk esetenként eyszerűbb, ezért ezek is szerepelnek a 3.. táblázatban. Érdemes mejeyezni, hoy kazánok üzemi tartományában a letöbb mérési adatra a Szterman-Sztjusin éle képlet támaszkodik. Re k F Re 100 0, a) 0,1 0, / tt 1 T e S Ts 0,99 0,5 T e S Ts b) 0, 99 0, 4 0, 75 T e Ts p p e s 0 1,E+04 1,E+05 1,E+06 Re k Re F 3.4. ábra Chen összeüésének korrekciós tényezői [3.5] a) Reynolds szám helyesbítő tényező, b) Eyenértékű hőmérséklet helyesbítő tényező Chen a Rohsenow által, aláhűtött buborékos orrásra, ajánlott k orr 1,5 3.7 képletből indul ki [3.5]. A olyadékázisra vonatkozó értékét a szokásos összeüéssel (3.3) javasolja számítani, a Re szám helyébe a kétázisú áramlásra vonatkozó Re értékét helyettesítve. Mivel ennek számítása nehézkes, mehatározásához a k 0,8 Re k F 3.73 Re 313

318 seédparamétert vezeti be (3.4. a) ábra). Az Re a helyi olyadékázisra vonatkozik. F és ezzel a kétázisú áramlásra vonatkozó Re k a Martinelli-paraméter üvényében számítható. A orrásos hőátadásra vonatkozó orr számításánál iyelembe kell venni, hoy a buborékképződést mehatározó hőmérsékletproil a határréte vastasáától, a turbulencia naysáától ü. (3.5. ábra). Ennek változását Chen az T e S 3.74 Ts képlettel veszi iyelembe, a határréte vastasáa és a turbulencia mértéke pedi a Re üvénye (3.4. b) ábra), F és S értékét kísérleti adatok alapján határozta k me. 0,99 T al ΔT s Buborék ΔT e buborékos orrás ΔT e kétázisú konvektív hőátadás Φ D T s δ 3.5. ábra Hőmérsékletproil és eyenértékű ( Te ) hőmérséklet orrásnál és kétázisú konvektív hőátadásnál [3.1] A hőátadási tényező számításának a menete a következő: (kiinduló adatok: p, D, x, W, q ) a) Kiszámítjuk az áramlás jellemzői alapján a Martinelli-éle tt paramétert, 0,9 * 1 x tt * x 3.75 b) a 3.4. a) ábrából (vay a 3.. táblázatbeli képletből) mehatározzuk F értékét, c) kiszámítjuk Re k értékét (3.73. képlet), d) a 3.4. b) ábrából (a 3.. táblázatbeli képletből) meállapítjuk S értékét, e) kiszámítjuk értékét (3.. táblázat), ) becsüljük Ts értékét, ezzel kiszámítjuk orr -t, ) q ellenőrizzük Ts értékét, és az ), ) lépéseket a kívánt pontossái ismételve, iterálunk. k Az aláhűtött buborékos orrás tartományára a szakaszban ismertetett, 3.63 képlet használata is iterációval jár. 0,1 0,5 314

319 Denler- Addoms D=5,4 mm L=6,1 m Schrock- Grossman Szterman- Sztjusin [3.] Chen Gunor- Winterton [3.5] Steiner- Taborek [3.5] Kétázisú konvektív hőátadás, kényszerített áramlásban ( F =1) k o k o 3 1,5 3.. táblázat Számítási képletek kétázisú konvektív hőátadásra Buborékos orrás Korrekciós tényező olyadékilmbeli meindulásának eltétele buborékos orrásra 0,5 F q ,5*10 Gr T 4 1 s ONB 0,66 7,9 G (1 x) (1 ) B 0,3 F 0,67T s T s ONB dp dt s D Kitevő és állandók Wriht és társai korrelációs számításából származnak, ezek kisebb hibával adják vissza a mérési eredményeket. [3.1], 09. old. 0,85 1,45 1/ 3 k d q r A Kis őztartalomnál A =6150, B =0,7, w o r w ilm: 16 ilm c pt s átlasebessé; Diszperz-yűrűs áramlásnál A =900, B =0,55 k orr 0,79 0,45 0,49 cp 0,4 0,75 orr 0,001 Ts ps S 0,5 0,9 0,4 0,4 r 0,8 0,4 G (1 x) D c p 0,03 F D S, illetve F értéke 3.4. ábra alapján (behelyettesítés SI mértékrendszerben), vay a következő közelítő összeüésekből: 6 1,17 1 1,15*10 F Re 1 S ; q Bo G h ; ( ) 0,444 * G(1 x ) d Re e ; F is alkalmazható [3.5] k S orr E 1,16 0, 86 E Bo 1,37(1/ tt ) k 4 1,16 0,86 tt F 1,4*10 Bo 1,37 ; d e 4A ; U b 0,9 al 0,1 0,1 0,5 * 1 x tt ; * x 6 Re 1,17 11,15*10 1 E E E, illetve S S S, ahol: E Fr <0,05, 3 ( Forr orr ) ( E o orr 1/ 3 3 0,1 S Amennyiben 0,55 0,5 0, 67 0,4343ln( p / p ) M 55( p / p ) q krit krit (0,1 Fr ) Fr, S ) Az o mehatározása kis Re számoknál 3.31 képletből, eyébként (4000< Re <5 10 6, 0,5< Pr <000) ( /8)(Re 1000) Pr 1/ / 3 11,7( /8) (Pr 1) Nu elhasználásával, ahol E 1,5 0,6 1 x) 1,9 x ( / ) 0,35 1, 1 ( Kis hőterhelés esetén: E (1 x) orr 1,5 1,9 x 0,6 (1 x) 0,01 0,7904ln(Re) 1,64 (Érvényes ha x < x krit, valamint x <0,5 és q > q ONB ) ( / ) 0,35, ( o / o ) x 0,01 (1 8(1 x) 0,7 ( / ) =5580 W/m K, q o =150 kw/m *, D o =0,01 m, r o =1 μm ([0]-ban (Hbb) is.) 0,8 0,1exp 1,75( p / p ) 0,4 * * 0, 133,7F ( q / q ) ( D/ D ) ( r / r ) Érvényes vízre D =1-3 mm, krit Forr 0 o o o μm tartományban. F 1,7 T s ONB o q ONB ( r * 0,3 μm) r ( h h ) 0,45 3,7,816( p / pkrit ) 3,4 ( p / p ) 7 krit 1 ( p / pkrit ) (érvényes p / pkrit <0,95 esetén) 1/ Fr 0,67 0,5 * r =0,

320 Kandikar k [3.6] 0,8 0, 0, 7 ( 1 x) 0,6683Co 1058Bo F o buborékos orrás a jellemző k 0,8 0, 0, 7 ( 1 x) 1,136Co o 667,Bo o konvektívorrás a jellemző 0,5 0,8 1 x Co x F vízre =1, Füőlees csövekre o =1, vízszintes csövekre o =1, ha a csőbe belépő olyadékázisra vonatkoztatott Frlo 0,04, illetve o 0,3 o ( 5Frlo) amennyiben lo F Fr <0,04 A Chen éle, illetve a továbbejlesztett módszerek előnye, hoy minden tartományban uyanaz a képlet alkalmazható, íy az átmenet olyamatos. Chen módszere a kétkomponensű keverékre is elhasználható a Stephan-Körner által ajánlott kieészítéssel. Ez az irodalomban [3.1], [3.5] metalálható ábra Hőátadási tényezők, alhőmérséklet változása állandó tömeáram sűrűsénél a Steiner-Taborek közelítésnél [3.5]. A-H a 3.9. ábrához kapcsolódóan ismertetett áramlási, hőátadási szakaszokat jelentik. A alhőmérséklet leutása q, 5q hőterheléshez tartozik A Steiner-Taborek éle eltevés iyelembevételével a buborékos és konvektív orrásra, ezek összeére adódó hőátadási tényező, illetve a alhőmérséklet k leutását eyenletesen űtött, üőleesen elelé átáramlott csőre a 3.6. ábra mutatja [3.5]. Meiyelhető, hoy a buborékos orrás bekövetkezéséhez szükséesnél kisebb hőluxus esetén csak a konvektív hőátadástól (ábrán konvektív orrás) ü, és ey széles tartományban közel üetlen a tömeáram sűrűsétől és a őztartalomtól. Teljesen kialakult buborékos orrás esetén naymértékben üetlen a tömeáram sűrűsétől és az áramlás jelleétől. x =0 őztartalom esetén a buborékos orrás meindulásához szükséesnél nayobb k k ONB k 316

321 Kritikus hőluxus hőluxus esetén a buborékos orrás hőátadási tényezőjével, eyébként a konvektív hőátadási tényezővel eyenlő. x =1 őztartalom esetén ismét az eyázisú konvektív hőátadási tényezővel lesz eyenlő. Ha cső elülete kiszárad (dry out), nayobb hőluxusok esetén (mint azt 3.6. ábra mutatja) akár x <1-nél helyett ismét az eyázisú hőátadás (permetáramlás esetén a olyadékhiányos orrás) lesz jellemző Folyadékhiányos orrás tartománya Néhány berendezésnél a konstrukciós kialakítás következtében az előbbi lehetősé nem csak elméletile áll elő, hanem az áramló köze a kritikus hőluxus zónáján áthaladva tényleesen is átlép a olyadékhiányos orrás tartományába. Ilyenek a kényszerített átáramlású kazánok, vay a naynyomású természetes cirkulációjú (kényszerített kerintetésű) kazánok. Gyakorlati tapasztalatokból ismert volt, hoy az ilyen tartományban üzemelő űtőelületeket (úynevezett utó előzölötetőket) kisebb hőterhelésű helyre kell beépíteni. Nayon sok hűtő és veyipari berendezés is van, ahol az előbbi jelensé előáll. k k T al Csőal hőmérséklet Oszcilláció T s q krit Hőluxus 3.7. ábra Csőal hőmérséklet változása kritikus hőluxuson való átlépésnél [3.1] Kísérleti tapasztalatok szerint a kritikus hőluxuson való átlépéskor a elületi hőmérséklet urásszerű változása, oszcillációja iyelhető me (3.7. ábra). Erre a tartományra a lejobb eredményt (± 5% hibahatárral, a kétázisú Re szám közötti tartományában) a Swenson és Schmidt kísérletei alapján elállított korrelációs összeüés adja [3.1]: 0,8 0,8 0,4 min D GD v cp * v 0,03 x (1 x) 1 0,1 1 (1 x) v v amely 4< p <0 bar; 400< G <000 k/m s; 36< q <1165 kw/m q k 0, tartományban alkalmazható. Groeneveld a rendelkezésre álló adatok elhasználásával pontosította (RMS 11,5%) az előbbi összeüést [3.5] és csövekre a következő alakot javasolja (az irodalomban yűrűs csatornákra is metalálhatók a kitevők): 0,989 1,41 0,4 min D GD v * cp v 0,4 0,00109 x (1 x) 1 0,1 1 (1 x) v w v 1, a 317

322 amely vízszintes és üőlees csöveken: 0,5< D <,5 cm; 68< p <15 bar; 700< G <5300 k/m s; 0,1< x <0,9; 10< q <100 kw/m ; 95< Nu <1770; 0,88< Pr w <,1 tartományban mért adatokon alapul. A VDI-Wärmeatlas [3.9] (Hbd munkalapjai) elelé átáramlott üőlees, eyenes csőre és köryűrűre ([3.5]-el azonosan), termodinamikai eyensúly esetén az előbbi Groeneveld képlet állandójára 0,0037, kitevőire sorrendben 0,9, 1,3, -1,5 értékeket javasol. Ey kísérleti csőszakaszon, a Siemens-KWU által elvézett vizsálatok alapján, az előbbiektől eltérő számítási módszert ismertet [3.6]. A őzben elszórtan áramló vízcseppek előzölötetését eredményező túlhőmérséklet mehatározására az eneriamérleből levezetett összeüés alapján van mód: r 4c pq Tt T Ts cp r( F) csepp A képletben a cseppek irányába történő hőátadásra és a cseppek elületére jellemző, ( F) csepp szorzatra kísérleti berendezésen elvézett mérések alapján ( 3 G / b) 1767*10 esetére ( b 3 G / ) 1767*10 esetére ( b 7 1,33 F) csepp 1,473*10 ( G/ ) 3.78a ( b 4 4 F) csepp 3,078*10 ( G/ ) 3.78b összeüések alkalmazását javasolják, ahol b /( ). A alhőmérsékletet a T al T T q / 3.79 s t képlettel számítható. Ebben al a csőal és a őz közötti hőátadási tényező, amely az x r valódi őztartalom iyelembevételével, az anyajellemzőket a al és a közepes őzhőmérséklet átlaára, a őz sűrűséét a közepes őzhőmérsékletre számítva al WD al 0,664 3 Pr xr (1 xr ) Dhidrl 3.80 Vízszintes, erde csövek esetén a olyamatokat a nehézséi erőtér is beolyásolja, mivel a olyadék, illetve a permet a cső alsó részén helyezkedik el, íy a alhőmérséklet eloszlását nemcsak az eyoldali űtés, hanem az eyenlőtlen hűtés is torzítja. Amennyiben az alábbi, módosított Froude szám 7-nél nayobb, a cső dőlésszöének nincs beolyása a orráskrízis helyére: Fr ( Wx krit ) D( )/ 3.81 A képletek seítséével ey adott hőterhelésnél várható maximális alhőmérséklet kiszámítható. Működő berendezésen mért ténylees alhőmérsékletekre különéle 318

323 tömeáram sűrűsé esetén, nay hőterhelés hatására kialakuló, orráskrízist követő, nay hőmérséklet-növekedésre a 3.8. ábra mutat példát [3.] ábra Belső csőal hőmérséklet különéle hőterhelés, hűtés esetén [3.] Kritikus hőluxus naysáa A kritikus hőluxus naysáának számítására a jelensé összetettsée (DO, DNB, DCB), a nayszámú közreható tényező miatt sokéle összeüés született. Ezek több irányzatra csoportosíthatók. Általánosan meállapítható, hoy a lejobb eredményt a mérési adatokat eldolozó, korrelációs összeüések adják. A kritikus hőluxus ü a köze nyomásától ( p ), állapotától ( x, h ), a csőbeli áramlás intenzitásától (G, G ( 1 x) ), jelleétől, a űtött szakasz alakjától, átmérőjétől ( D ), hosszától ( l ), elületi minőséétől ( r * ), a űtés hossz ( q (l) ) és kerület menti ( q ( ) ) eloszlásától * G, x, p, D, l, r, q ( l), q ( ). tehát általában q krit Részletes kísérleti vizsálatokkal meállapították, hoy az előbbi tényezők közül, a kritikus hőluxus naysáára, a lenayobb beolyást a tömeáram sűrűsé ( G ), az aláhűtés mértéke ( Talá ), illetve a helyi őztartalom ( x ) yakorolja. A tömeáram sűrűsé, illetve az aláhűtés növelésével a kritikus hőluxus nő, mí a keverékentalpia (őztartalom) növekedésével csökken. A csatorna alak 10-30%, a csőalvastasá 5-0% eltérést okozhat. A cső érdessée, anyaa a kritikus hőluxusra általában nem yakorol beolyást. Az előzőekből következik, hoy a yakorlatban alkalmazott számítási képletek elsősorban a tömeáram sűrűsé, aláhűtés, nyomás és helyi őztartalom hatását veszik iyelembe. Aláhűtött buborékos orrás tartománya: A kritikus hőluxus naysáa az aláhűtött buborékos orrás tartományában elméletile vizsálva széles határok között változhat. Alsó határa a ábrán látható eyázisú olyadék áramlás (nincs 319

324 Hőáramsűrűsé orrás) buborékos előzölés elválasztó vonal. Felső határa: ha az összes olyadék előzölö. A 3.., 3.9. ábrákon is ez a határoló vonal. Számítása a GD G D q krit max ( r c p Talá ) h h 3.8 4l 4l képlettel történhet. Az összeüés az összes tartományban érvényes, azonos alapelvvel ( q q max ( x 1) 0 ) számítható. A ténylees értékek ennél krit max krit kisebbek, számításuk a következőkben ismertetendő korrelációs képletekkel lehetsées. q Aláhűtött ilmelőzölés Telített tartomány Túlhevített tartomány Telített ilmelőzölés Folyadékhiányos tartomány Burnout (B) (G) (C, D) (H) T alá 4 l 1 D c pg α o 1 (A) (E, F) Kiszáradás határa (Dryout) G D 4 l h h x=0 x=1 Eyensúlyi őztartalom 3.9. ábra Kritikus hőluxus jellemző tartományai Machbeth éle összeüések: Machbeth a üőlees csövekre vonatkozó korrelációs összeüés kidolozásánál a q krit A Bx(l) 3.83 alakú képletből indult ki. Fiyelembe véve, hoy eyenletes űtés esetén Amiből 4lqkrit ialá x( l) GDr 3.84 r C 4B / G Dr helyettesítésével levezethető: A CDG ialá / 4 q krit Cl Illetve q krit A C DGr x(l)/ A valósában a kritikus hőluxus a tömeáram sűrűséel nem lineárisan arányos (3.30. ábra). Bowrin-éle korreláció: Bowrin, Macbeth adatainak bázisán és pontossáával javasolt képletrendszert [3.5]. A képletekből q krit W/m -ben adódik, i alá be -t J/k, l - et m-ben kell helyettesíteni. A korreláció hibája (RMS) 7%, a 95%-os konidencia szintje ±14%. 30

325 Kritikus hőluxus A DG ialá be / 4 q krit 3.87 C l Ahol az A és C állandók DGr 1/ A,317 F1 /(1,0 0,0143F D G) n C,077F DG/ 1,0 0,347F ( G /1356) Utóbbiban: n,0 0, 0075p 3.90 Az F1 - F 4 eyütthatók értéke a nyomástól üően változik (3.3. táblázat). A képletrendszer a 0,00< D <0,045 m, < p <190 bar, 136< G <18600 k/m s, 0,15< l <3,7 m tartományban vizsált adatokra támaszkodik. q krit G D r 4 l Elméletile Valósában a b Tömeáram sűrűsé ábra Kritikus hőluxus változása a tömeáram sűrűsé üvényében [3.1] a kis tömeáram sűrűsé tartománya, b nay tömeáram sűrűsé tartománya Biasi éle korreláció: A Biasi éle korreláció valamivel kevésbé pontos eredményt ad, mint az előző, de a számítási összeüések sokkal eyszerűbbek és különösen előnyös, hoy a nyomás üvényében olytonosak. i) A kis tömeáram sűrűsé tartományra: G ii) 1883 ( p) q krit x( l) 0,4 1/ 6 1/ 6 D G G 3.91 A nay tömeáram sűrűsé tartományra: h( p ) q 1780 krit 1 x( l ) 0, 4 0, 6 D G 3.9 ahol 0,03p ( p) 0,749 0,099pe ,019p 8,99 p h( p) 1,159 0,149pe 10 p 3.94 A képletekbe cs eyséekben kell behelyettesíteni, a kritikus hőluxus W/cm eysében adódik. Érvényesséi tartomány [3.5]: 0,03< D <0,0375 m; 0,<l < 6 m;,7< p <140 bar; 100< G <6000 k/m s; /(1 / ) < x (l) <1. 1 A kritikus hőluxus naysáa a 3.91, 3.9 képletekből adódó értékek közül a nayobb. 300 k/m s (30 /cm s) tömeáram sűrűsé alatt mindi a 3.9 képlet használandó. (A 4500 adatpontra az RMS értéke 7,6%, és az adatok 85,5%-a ±10%-on belül korrelált.) 31

326 3.3. táblázat [3.5] A 3.88, 3.89 képletek eyütthatói Nyomás (bar) F 1 F F 3 F 4 1 0,478 1,78 0,400 0, ,478 1,019 0,400 0, ,478 0,66 0,400 0, ,478 0,514 0,400 0, ,478 0,441 0,400 0, ,480 0,403 0,401 0, ,488 0,390 0,405 0, ,519 0,406 0,4 0, ,590 0,46 0,46 0, ,707 0,564 0,538 0, ,848 0,698 0,647 0, ,043 0,934 0,890 0, ,9 1,000 1,000 1,000 1, ,984 0,995 1,003 1, ,853 0,948 0,033 1,3 90 0,743 0,903 1,060 1, ,651 0,859 1,085, ,57 0,816 1,108, ,504 0,775 1,19, ,446 0,736 1,149 3, ,395 0,698 1,168 3, ,350 0,66 1,186 4, ,311 0,68 1,03 4, ,77 0,595 1,19 5, ,47 0,564 1,34 6, ,0 0,534 1,49 6, ,197 0,506 1,63 7,30 Kirby összeüése eyenlőtlenül űtött heneres csőre: Eyenlőtlenül űtött csöveknél a q krit [kw/m ] kritikus hőluxus meállapítására többéle módszert alkalmaznak. Eyik lehetősé, hoy a kritikus hőluxust a helyi hőterhelés (hőterhelés eloszlás) üvényeként számítják, a másik lehetősé, hoy a cső átlaos hőterhelésével vézik el a számítást. Az első esetben a 3.83 képletnek meelelő reressziós összeüésbe a helyi L 0 4 i x( l) q ( l) dl G D r r be 3.95 őztartalmat kell behelyettesíteni. Az átlaos hőterhelés elhasználásával: q krit B( A C x( l)) 3.96 ahol B =0,003154, y y G 1000D A yo 1, , y y G 1000D C y3 1, ,4 x (l) őztartalom a cső hossza, hőelvétele üvényében számítható. 3

327 Az eyütthatók és kitevők értéke a nyomástól üően változik (3.4. táblázat). Érvényesséi tartomány: D =0,0094-0,084 m, L =1-4,9 m, G = k/m s táblázat A 3.9, 3.93 képletek eyütthatói és kitevői Nyomás (bar) y 0 y 1 y y 3 y 4 y 5 38,6,411-0,71? 3,511 0,345? 69 0,7468-0,185-0,544 1,344 0,56-0, ,988-0,191?,918 0,87? 103,5 0,743-0,1057-0,335,384 0,691 0, ,776-0,118-0,45,130 0,739-0, ,616-0,155-0,93,086 0,743-0, ,18 0,31,907 50,8 0,87 4,8 (? csak eyéle átmérővel volt kísérleti adat) Az eyenlőtlen hőterhelés eloszlás számítására az irodalomban más összeüések is találhatók (pl. Ton módszere, VEIKI módszer, [3.6, 3.16]). A őzejlesztőknél yakran előordul, hoy a hosszú előzölötető cső ey-vay több rövid szakasza az átlaértéknél lényeesen nayobb hőterhelést kap. A kísérletek, számítások szerint, ha az ilyen helyeken kialakuló hőluxus az átlaértékekkel számítható kritikus hőluxusnál kisebb, a cső mehibásodása nem várható. Bertoletti és munkatársainak összeüése: Az eljárás azért érdemel külön említést, mert seítséével az előzölötető cső hőelvétele alapján a elület kiszáradásának /DO/ és a lenayobb alhőmérséklet kialakulásának helye is kiszámítható. Az elemzés lépésekben, annak mehatározásával véezhető, hoy [5]: hol kell a ilmorrás bekövetkezésével számolni, hol a lerosszabb a hőátadás, mekkora a minimális hőátadási tényező. A ilmelőzölés helyét a cső hőelvétele alapján lehet mehatározni, amely a telítési hőmérséklet elérésétől a ilmelőzölés bekövetkezéséi a következő eyenlettel számítható (eltelezve, hoy a belépésnél a őztartalom elhanyaolható): Q ö W r x krit 3.99 ahol a vizsálatok alapján: a x krit 1 bd / Lö p / pkr a 10 3 G pkr 0,4 b 0, D G 3.10 p Behelyettesítve: 0,4 33

328 p 10W r 1 L pkr Q ö pkr 3 G Lö 0, p Előbbi összeüésekben: Q ö hőelvétel ilmelőzölési [kw], W tömeáram [k/s], x krit kritikus őztartalom, D csőátmérő [mm], p nyomás [bar], G tömeáram sűrűsé [k/m s], r pároláshő [kj/k], L előzölötető cső hossza [m]. ö ö 0,4 D 1,4 G 3.99a Az eljárás D >7 mm, 55< p <05 bar, 680<G <4000 k/m s, 0,1< x <0,9 eltételek teljesülése esetén, 0,-nél kisebb kezdeti őztartalom tartományban alkalmazható. Az összeüés állandó és változó hőterhelésű heneres cső számítására is elhasználható [3.6]. A hőluxus hossz menti üvényének ismeretében a hőelvételből a kritikus hely kiszámítható, és mehatározható a őztartalom is a kritikus helyen. Mivel a ilmelőzölés helye (3.9. ábra) nem esik eybe a lerosszabb hőátadás helyével, iyelembe kell venni a köztük lévő őztartalom változást is, amelyet a következő összeüéssel lehet kiszámítani. 0,048 x xmin xdo 0, ,3 0,01p A csőben áramló köze hőátadási tényezője ezen a helyen a 3.76, 3.76a illetve 3.80 képlettel számítható. Doroscsuk képlete [1], [3.18], [3.6]: Doroscsuk képletével a ilmelőzölés bekövetkezéséhez szüksées hőluxus naysáa számítható az aláhűtött buborékos orrás és a telitett buborékos orrás (3.10. ábra, I) tartományában p 0,5 0,68 1, x0,3 p p G pkr 3 8 1,5 x q krit 10 10,3 17,5 8 e pkr pkr D Alkalmazási eltételek: 9< p <196 bar, 500< G <5000 k/m s, 0< <75 K 4< D <5 mm. A [3.6] és ez alapján a [3.30] irodalom a ilmelőzölésnél várható kritikus őztartalomra vonatkozó összeüést is meadja: Talá x krit G ln 0, p p kr 0,3 ln( q krit 3 ) ln10 10,3 17,5 G 1,ln 1, p p kr 8 p p kr D 0,

329 Konakov képletei [1], [3.6], [3.30]: A Konakov által kidolozott összeüések a yűrűs áramlás és a olyadékhiányos orrás tartományára érvényesek ábra II. tartomány határa: x krit Aq G 0, 15 1 / 3 0, 07 Bp ( 1000D ) ábra III. (a elület kiszáradási) tartományban: e q 8, 664 0, 56 Ep krit Cx G ( 1000D ) e Az összeüések a 4,9< p <196 bar; 00< G <5000 k/m s; 4< D b < 3 mm tartományban alkalmazhatók táblázat A 3.106, képlet eyütthatói [3.30] Nyomás (bar) A B C E 4,9-9,4 között 10,795 0, ,8447*10 8 0,137 9,4-98 között 19,398-0,0055,0048*10 8-0, között 3,30-0, ,1853*10 8-0,0636 A hőterhelés ismeretében ez az összeüés is módot ad a elület kiszáradási helyének mehatározására. A számítási eyütthatók a 3.5. táblázatból vehetők. A hőáram sűrűsé kw/m -ben, a csőátmérő m-ben helyettesítendő. Ey adott esetben a kritikus hőterhelés, illetve őztartalom mehatározásánál a képletek elhasználásával számított értékek közül a kisebbet kell iyelembe venni [1], [3.30]. Miropolszkij összeüése [3.3]: A Miropolszkij által javasolt képlet azért érdemel külön említést, mert seítséével porózus elületek kritikus hőluxusának nayáa is vizsálható. qkrit Gr 0,93 * ikrit i i 0,33 65, ,065 por GDcp r r( ahol * i átlaos entalpia a vizsált helyen [kj/k], a porozitás mértéke. por Mattson összeüése [3.3]: A Mattson által javasolt összeüés a orráskrízis utáni csőszakaszokon kialakuló hőátadási tényező számítására alkalmas 0,94 D 4 1,5 1,69 0,18 3,810 Re 1 Pr (1 ) al q x krit Érvényesséi tartománya: 68<p<06 bar; 700< G <5300 k/m s; 0,1<x<0,99. Ferde csövek: Ferde csöveknél ábrán vízszintes csövekre bemutatott réteződés miatt az alsó és első alkotó között a kritikus őztartalomnál is jelentős különbsé lép el. Ennek számítására az irodalom [3.31] Keer összeüését ajánlja. Eszerint: 0,777 35

330 16 x l xkrit l xkrit ( Fr) ahol a Fr szám, a cső hajlásszö, a D csőátmérő, a üőlees csőre (3.103, 3.105, vay képletekkel) számított x krit kritikus őztartalom, G tömeáram sűrűsé, és a olyadék-, illetve a Fr őzázisra vonatkozó sűrűséek alapján: xkritg D )cos ( A első, illetve alsó alkotókra vonatkozó kritikus őztartalom a üőlees csőre számított átlaérték ± / értékkel történő korrekciójával számítható. x l Az európai yakorlatban kazánoknál a VDI-Wärmeatlas-ban is részletezett Doroscsuk, Konakov éle összeüéseket, illetve a Bertoletti éle eljárást alkalmazzák. A [3.31] irodalomban, ívben vezetett (csavart) csövekre is találhatók összeüések Hőátadás belül bordás csövekben A 3.9. ábra kapcsán bemutattuk, hoy a yűrűs áramlás szakasza (F) intenzív orrás esetén cseppelraadással jár eyütt. Ezt követően a csőal kiszárad, miközben a maban, vízcseppekben mé jelentős olyadék ázisú köze van. Amennyiben a olyadékázist a cső belsejében lévő spirálisan elrendezett bordákkal (3.31. ábra) részben érintőirányú mozásra kényszerítjük, az ebből adódó centriuális erőtér hatására a cseppelraadás lecsökken, a elület kiszáradása lényeesen nayobb őztartalomnál következik be. A perdület hatására a hőátadás is javul, uyanakkor az ellenállás menő. Néhány belső bordás csőméret jellemzőit a 3.6. táblázat olalja össze [3.1]. A hőátadási tényező az alábbi képletekkel számítható ábra Belül bordás csövek, jellemző méretek [3.1, 3.0] A olyadékáramlásra vonatkozó Nu R, o szám (Re= közötti tartományban, 614 borda esetén) [3.0]: Nu S 0,397 d 0,168 R 0,774 0,4 R, o 0,07 Re Pr DeR U R

331 ahol S R a bordák osztása a dm 0,5( d dr) átmérőn [mm], d a belső csőátmérő [mm], d R a bordák közé beírható kör átmérője [mm], U R a bordázott belső csőal kerülete [mm], D eyenértékű hidraulikus átmérő a belül bordázott csőre [mm]. er 3.6. táblázat Belül bordás csövek [3.1] Külső csőátmérő Bordaszám Borda maassá Falvastasá inch mm db mm mm 1,5 31,75 3,75-4,57 1,375 34,9 6 ~1 3,75-5,58 1,469 37,31 3,75-6,09 1,5 38,10 ~11,1 3,75-6,35 1,65 41,8 8 ~11,3 3,75-7,1 1,75 44,45 ~1,11,4 3,75-7,95 50,8 ~1,1,7 3,96-8,63 10,15 53,98 ~1,31,8 3,96-9,14,5 57,15 ~1,5-1,9 4,19-8,63 1,5 63,5 ~1,8,1 4,19-7,49,65 66,68 ~,3 4,19-6,60 14,75 69,85 ~,,4 4,57-6,60,969 75,41,5,6 4,57-5, ,0 76,,5,6 4,57-5,84 Hajlásszö: 30 o Bordaosztás: 3, mm Emelkedés: h=bordaszám*3, mm Bordaszélessé: 5,6 mm A hőátadás növekedése (azonos hosszúsáú cső szakaszra) Q Q bo sima Nu Nu o R, o D d er m d U A kétázisú hőátadási tényező üőlees csőre: m R ( l) o k (1 x v ) 1,5 1,9 x 0,6 v 0,35, 0 o 1 8(1 x v ) 0,7 0,67 0, A kétázisú hőátadási tényező vízszintes csőre: ( l) o k (1 x v ) 1, x 0,4 v 0,37, 0 o 1 8(1 x v ) 0,7 0,67 0, A centriuális yorsulás naysáa a 37

332 ( u cos ) t D / kiejezéssel becsülhető, ahol u a olyadékcseppek átlaos sebessée [m/s], a bordák menetemelkedési hajlásszöe [ok], D belső csőátmérő [m] ábra Csőal hőmérséklet és a orráskrízis helye sima és belül bordás előzölötető csőnél [3.3] A csőalon, bordák között ellépő súrlódás miatt a ténylees érték az elméletile számíthatónál kisebb lesz. A belül bordás csőnek a orráskrízis nayobb őztartalom elé történő eltolódására és ezzel a alhőmérséklet naysáára kiejtett kedvező hatása a 3.3. ábrán látható [3., 3.3]. 38

333 3.4. A kétázisú köze áramlásának alapjai Elemi csőszakasz modellje A cirkulációs rendszer kialakításától üetlenül a csőrendszerben lejátszódó olyamatok, illetve a csőrendszer nyomásvesztesée a hőluxus és az állapotjelzők eyenlősée esetén azonosak, ezért a részletes vizsálatnál az elemi csőszakasz modelljéből célszerű kiindulni (3.33. ábra). Feltevés szerint a olyadék és őzázis eymástól elhatárolatlan áramlik. Felírva az impulzus memaradás törvényét a őzázisra: [3.1] pa ( p dp) A df df sin dza ( W dw )( u du ) W u dw u a olyadékázisra: s pa ( p dp) A df df sin dza ( W dw )( u du ) W u dw u s Összeadva: pa ( p dp) A ( df df ) ( A A ) sin dz d( W u W u ) Gőzázis Nyomás p Fajtéroat v Sebessé u Áramlási keresztmetszet A Tömeáram W Folyadékázis Nyomás p Fajtéroat v Sebessé u Áramlási keresztmetszet A Tömeáram W Φ D A A A (1 ) A dw df őz dz W x W W (1 x ) W df df s olyadék Θ dw dw W W W Gőzázis Nyomás p+dp Fajtéroat v Sebessé u +du Áramlási keresztmetszet A Tömeáram W dw Folyadékázis Nyomás p+dp Fajtéroat v Sebessé u +du Áramlási keresztmetszet A Tömeáram W dw df súrlódóerő őzázisra df súrlódóerő olyadékázisra df s súrlódóerő a két ázis határán G tömeáram sűrűsé ábra Kétázisú szeparált áramlás alapjellemzői Véiosztva Adz -vel és átrendezve: vay dp dz 1 1 ( df A dz A A 1 1 df ) ( ) sin d( W u W u ) 3.10 A A A dz ahol dp dz k dp dz k, s dp dz k, dp dz k, a 3.10a 39

334 dp dz dp dz dp dz dp dz k k, s k, k, a a kétázisú áramlás nyomáskülönbséének csőhossz menti deriváltja, a kétázisú áramlás súrlódási nyomásveszteséének csőhossz menti deriváltja, a kétázisú áramlás eodetikus nyomáskülönbséének csőhossz menti deriváltja, a kétázisú áramlás yorsítási veszteséének csőhossz menti deriváltja. A nyomásvesztesé elméleti vizsálatára a homoén, illetve a szeparált áramlási modellt alkalmazzák. Homoén modell esetén a kétázisú áramlást eyázisúnak tekintik, eltéve a őz- és olyadékázis áramlási sebesséének azonossáát, a ázisok közötti termodinamikai eyensúlyt, meelelően deiniált eyázisú súrlódási tényező alkalmazását a kétázisú áramlásra. Az előbbi eltételek alapján a kétázisú áramlás súrlódási nyomásveszteséét a csőbe belépő olyadékáram nyomásveszteséére vonatkoztatva a kétázisú súrlódási nyomás radiens a dp dp o 3.11 dz dz k, s összeüéssel számítható, ahol tényezője. o, s o a kétázisú súrlódási vesztesé korrekciós Szeparált modell alkalmazásánál eltételezik: a őz- és olyadékázis sebesséének állandósáát, de nem szükséképpen eyenlőséét, a ázisok közötti termodinamikai eyensúlyt, empirikus korrelációk, vay eyszerűsített elméletek elhasználását a kétázisú súrlódási tényezőnek és a őzázis téroathányadának az áramlás üetlen változóival való összekapcsolására. A yakorlatban a szeparált modell alkalmazása, - mivel méréseken alapul - jobban elterjedt, íy a következőkben ezzel részletesebben olalkozunk Homoén modell A nyomásvesztesé számításához a homoén modell eltételeinek meelelően kell a 3.10a, eyenlet eyes tajait mehatározni. A súrlódási nyomásvesztesé átlasebesséet és átlasűrűséet eltételezve 330

335 ahol dp dz k, s az átlaos ajtéroat k u k D D G v v a kétázisú csősúrlódási vesztesétényező ennek számításához k v v (1 v x) 3.1 v xv ( 1 x) v ,316 k 3.14, 4 Re GD Re k a kétázisú Reynolds szám, illetve k a keverék átlaos viszkozitásának ismerete szüksées Utóbbira vonatkozóan csak azt tudjuk biztosan, hoy x =0 esetén k =, x =1 esetén k =, kell, leyen. Mehatározására: 1 x (1 x) Mc Adams 3.15 k [ xv (1 x) v Dukler ] 3.16 Cicchitti k x ( 1 x) 3.17 k alakú kiejezést javasol. Ezek közül a 3.15 közelíti me lejobban a valósáot, íy a eltevések szerinti eyenletben dp dz o k, s o dp dz o o G v o D k 3.18 a kétázisú súrlódási nyomásvesztesé korrekciós tényezője, amely a kétázisú súrlódási nyomásvesztesének a csőbe belépő olyadékázis nyomás-vesztesééhez viszonyított arányát ejezi ki. v v o 1 v A eodetikus nyomáskülönbsé x1 x.3.19 képlettel számítható. dp dz k, sin v A yorsítási nyomáskülönbsé a 3.10 eyenletből, iyelembe véve, hoy G állandó dp 1 d( W u) d( Gu ) d( G v) dv G dz k, a A dz dz dz dz Íy a számításához a ajtéroat csőhossz menti változását kell mevizsálni. A 3.1. képletből, ha a olyadékázis összenyomhatósáát elhanyaoljuk: dv dx d( v v ) dp ( v v ) x 3.13 dz dz dp dz 331

336 A vesztesétaokat a 3.10a eyenletbe helyettesítve és a kiejezve: dp dz dp értékét dz k o v v dx G sin v o G v dp D v dz v x( v v ) dz d( v v k ) 1 G x dp d v v Fiyelembe véve, hoy G ( ) x <<1, továbbá, hoy a hőelvétel, o és dp a cső hossza mentén állandó, az előbbi kiejezést 0 és L között interálva v v ol x v v v v Lsin v v p 1 x G v ln 1 x D v v x( v v ) v képlet adódik, a kétázisú áramlás nyomásveszteséének számítására, a homoén modell szerint. Orosz kísérleti tapasztalatok alapján, a súrlódási nyomásvesztesé számításánál, a homoén modell elsősorban kis nyomásoknál (p<50 bar), kis őztartalmaknál (x<3040%) és nay tömeáram sűrűséeknél ( G >000 k/m s) ad eloadható eredményt Szeparált modell Súrlódási nyomásvesztesé A súrlódási nyomásvesztesé számítására az irodalom többéle módszert ismertet. Gyakorlati célokra a leelterjedtebb a Lockhart-Martinelli-Nelson éle módszer, íy ezzel olalkozunk a lerészletesebben. Lockhart-Martinelli-Nelson módszer: Lockhart és Martinelli [3.9] a kétázisú áramlás súrlódási nyomásveszteséét abból a közelítő eltevésből kiindulva vizsálta, hoy a olyadékázis el nem őzölött maradék része a teljes keresztmetszetet kitölti és a kétázisú áramlás súrlódási nyomásvesztesée a belépő olyadékáramra vonatkoztatva a olyadékázis súrlódási vesztesééből a 3.11 képlettel kiszámítható. A korrekciós tényezőt a maradék (helyi) olyadékáramra vonatkoztatva: dp dp dz k, s dz o, s A súrlódó erő az ismert összeüés szerint ahol w o u df K dz w

337 0,316 o a súrlódási tényező, Blasius összeüéséből o Re K a cső kerülete. Előbbi képletet átrendezve: df wk o u K 3.136a dz A-val véiosztva kiszámítható a tiszta olyadékázis nyomásesése dp 4 G v o u 4 o dz o, s D D ahol G u W / A [k/m s] a tömeáram sűrűsé, 4 o a súrlódási tényező. Behelyettesítve az előbbi 3.11 összeüésbe: k illetve be: dp G v o 3.11a dz D k, s dp G (1 x) v 3.135a dz k, s D Martinelli és Lockhart méréseik során a kétázisú áramlás súrlódási veszteséét a olyadékázis nyomásveszteséére vonatkoztatták: Korrelációs paraméternek a dp dz dp dz k, s, s 1 n 3.139b dp dz dp dz kiejezést választották. Az n =1/4 a kitevőbe a Blasius éle összeüésből került. Behelyettesítve a képletbe a olyadék és őzázis nyomás radiensét: n n n v 1 x v x Mérési adataikat o ( ki ) üvényeként ábrázolva, ( ki a kilépő keresztmetszetre vonatkozik) azt tapasztalták, hoy kritikus nyomás közelében, 1 333

338 Helyi súrlódási nyomásveszteséi tényező o 1 helyett, ami az elméleti meondolásokból következne o 5 elé tartott, íy a helyett másik korrelációs paramétert kellett elhasználni [3.10]. dp A kiszámítására szoláló előbbi 3.11a eyenletet elosztva a 3.135a dz k, s eyenlettel és átrendezve, valamint iyelembe véve, hoy o 1 (1 x) n 3.14a o n ( 1 x) x kiejezés adódik, amiből a kritikus állapotra vonatkozó kr 1 x n 1 behelyettesítésével kr és ekkor okr 1. Az íy, a képlet alapján (Martinelli-Nelson által) számított értékeket a ábra mutatja Φ o 1,01 bar 100 6,89 34,4 68, ,4 bar Gőztartalom x ábra Kétázisú, helyi súrlódási nyomásveszteséi tényező ( ) a nyomás és őztartalom üvényében [3.1] Ey adott csőszakaszra a súrlódási nyomásvesztesé a 3.11 eyenlet elhasználásával: dp dpk, s odz dz o, s Interálva o 334

339 p 1 L L dp dp odz azaz p dz pk, s p o, s odz 3.144a o s k s 0,, 0 A nyomásvesztesé naysáát a őzejlődés mértéke beolyásolja, új változóként az z x xki kiejezést bevezetve, azaz eltételezve, hoy a hőterhelés a cső hossza L mentén állandó: Az p k, s p o, s 1 x ki xki 0 o dz xki odz o, x átlaos korrekciós tényező értéke különböző nyomásokra a ki ki 0 1 x ábrán látható Kilépő őztartalom (Δp) k,s /(Δp) o,s % 1 % Abszolút nyomás [bar] ábra Kétázisú átlaos súrlódási nyomásveszteséi tényező a nyomás és a kilépő őztartalom üvényében VEIKI éle közelítés: A kétázisú helyi súrlódási nyomásveszteséi tényező a VEIKI [3.16] által elvézett reressziós számítások alapján: 0,875 1,75 Kh 1 0,01045(5.65 p) Kh o (1 x) Kh alakú képlettel közelíthető, ahol 1 Kh 0,81 1 p 0, x p Kh

340 Áramlási ormától üő közelítés: A yakorlatban yakran alkalmazzák a -re vonatkozó alábbi Lockhart-Martinelli éle közelítő összeüéseket is [3.1]: 1 1 C 3.148a -re és 1 C 3.148b ahol mindkét köze turbulens áramlása esetén C =0 lamináris olyadék, turbulens ázáramlás esetén C =1 turbulens olyadék, lamináris ázáramlás esetén C =10 mindkét köze lamináris áramlása esetén C =5 Paraméteres közelítés: A kétázisú súrlódási nyomásvesztesé, a kazánoknál szokásos őztartalom tartományban, a kétázisú helyi súrlódási nyomásveszteséi tényező közelítésével is mehatározható. A közelítés lényeét a ábra szemlélteti. Φ o c p p o 1 b a 0 0,4 Gőztartalom 1 x ábra Kétázisú helyi súrlódási nyomásveszteséi tényező közelítése A Martinelli paraméterben a 1 a olyadék súrlódási nyomásvesztesée, p b x 1 a őzázis miatti többlet súrlódási vesztesé közelítő értéke, p o p, 0,4 0,4 1 p k s p o c x a kétázisú áramlás miatti többlet súrlódási vesztesé 0,4 közelítő értéke. Íy p p k, s o a b c o A c ta számlálójában lévő különbsé a Martinelli-Nelson éle diaramból (3.34 ábra) mehatározható. Reressziós számítások alapján [3.15]: ezzel p 0,0363( 1) p, 0,4 0,4 1 0,038 1 p krit k s e p o 336

341 Martinelli paraméter p 0,0363( pkrit 1) o 1 x 0,095e p o A képlet 7-1 bar nyomás tartományban a yakorlatban eloadható pontossáal használható. Chisholm számítási módszerei: Lockhardt-Martinelli kísérleteiket űtetlen csövekben véezték, ezért nayszámú kísérletet véeztek annak ellenőrzésére, hoy a kísérleteikből származó paraméter és a űtött csőrendszerekben mért p / o k, s p o értékek mennyire eyeznek. Taraszova kísérleteiből [3.] származó örbéket jellere a ábra mutatja. p p ks o I. a b c a b c űtetlen cső űtött cső homoén modell I. p 50 bar II. p 150 bar 1 II. a b c 0 Gőztartalom ábra Kétázisú nyomásveszteséi tényező változása a őztartalom üvényében elméleti és kísérleti vizsálatok szerint [3.] Amerikai vizsálatok is meerősítették, hoy a kazánoknál szokásos nyomástartományban a Martinelli éle kísérletek és űtött csöveken vézett vizsálatok között eltérések vannak. 60 bar nyomás alatt általában nayobb, 100 bar nyomás ölött általában kisebb a űtött csövek súrlódási nyomásvesztesée. További eltérések adódnak az k/m s tömeáram sűrűsé tartomány elett, ahol a kísérleti eredményeket a homoén modellel számított értékek jobban meközelítik. A különbsé a 10%-ot is elérheti. Ezért a nayon szemléletes Martinelli éle diaramok mellett más, pontosabb számítási eljárások is elterjedtek. Leismertebbek a Chisholm, a Chisholm által módosított Bároczy-éle módszerek, illetve a Taraszova Kirilovics-éle kieészítések. Chisholm az általa kidolozott módszernél a Lockhart-Martinelli által javasolt 3.148a korrelációs összeüés C tényezőjének módosítására tesz javaslatot. [3.1, 3.3] 0,5 v v v v C ( C ) 3.15 v v v ahol és C értéke a csövek érdesséétől ü. Sima csövekre, ahol a csősúrlódási tényező a Reynolds szám üvénye: =0,75, C 000/ G. Érdes csövekre, ahol a csősúrlódási szám üetlen a Reynolds számtól: =1, C 1500/ G. A képletek elhasználásával víz-őz áramlásra, 30 bar nyomás elett, G 1500 k/m s tömeáram sűrűsé tartományban: x 337

342 1,75 o ( 1 x) 3.143b Bároczy módszerét módosítva Chisholm [3.1], [3.3] alakú kiejezést javasolt, ahol 0,875 0,875 1,75 1 ( F 1)[ Bx (1 x) x ] o 0,5 v F v képlettel számítható. A B Bároczy éle eyüttható pedi F és G üvényében a 3.7. táblázatból választható. A képletből látható, hoy a korrekciós tényező leerősebben a tömeáram sűrűsétől ü. 0, táblázat [3.1] B Bároczy éle eyüttható F G [k/m s B 19, , / G 1900< 0,5 55/ G ( FG 9, / 0,5 ) 600< 1/ F 8< 15000/ ( F G 0,5 ) Friedel korreláció [3.8], [1]: Friedel a nayszámú kísérleti adat alapján új, a korábbiaknál nayobb pontossáú (a standard eltérés 40-50% amely eyázisú áramlásra naynak tűnik, de kétázisú áramlásnál jónak tekinthető [3.5]) összeüést javasolt. A képlet üőlees elelé áramlásra és vízszintes áramlásra érvényes. Ahol A 3, 4x ( 1 x ) F Fr We 0, 78 0, 4 0, 045 0, 035 o v A ( 1 x) x, v 0,91 0,19 0,7 v 1 F v, G Fr, D G D We, Re 1055 esetén az eyes ázisokra, Re >1055 esetén Re Re 0, 86859ln képletek [1], vay a Blasius éle (3.137) 19, 64ln Re 3, 85 összeüés alkalmazása javasolt. 338

343 Az [1] irodalomban a 3.155, összeüés kitevőire, ey korábbi közlemény alapján, más értékek, a Froude és a Weber szám előbbi képleteiben helyett szerepelnek. Orosz szerzők kieészítései: Az orosz cirkulációs számítási normatívában a homoén modell módosított változatait alkalmazták [3.5]. Sztürikovics reaktorok számítására [3.3] a Martinelli és a Bároczy-Chisholm-éle módszert javasolja. Uyanakkor orosz kutatók több összeüést javasolnak ezeknek a módszereknek pontosítására: Aláhűtött buborékos orrás: Aláhűtött buborékos orrás tartományában x =0 esetén a korrekciós tényező 1, uyanakkor a al melletti határréteben o mejelennek a őzbuborékok, miközben a olyadékma hőmérséklete mé a telítési érték alatt van. A buborékok következtében a nyomásvesztesé menő. A buborékok alról való leszakadása esetére, Taraszova a űtetlen csőre vonatkozó korrekciós tényezőből javasolta a űtött csőre vonatkozó otl o l korrekciós tényező kiszámítását: 0,7 q o tl o l 1 0, G A buborékok leszakadása Bowrin szerint (lásd ejezetet is) t al ( 14 0,1 p) q t 6 10 Gv hőmérséklet különbsé esetén következik be (11<p<138 bar). Aláhűtött buborékos orrás és buborékos orrás tartománya: Taraszova [3.]: 0,7 0,5 k q * i U t 1 3,09 7 o uo r 1 i 3.16 ONB U ht alakú kiejezést javasol, ahol i ONB a orrás meindulásához (3.15. ábra) a kísérleti eredményekkel eyezően [3.3] tartozó entalpia különbsé [kj/k], értéke: 1,1 0, q D e i 135 ONB 0,9 G * i az aláhűtés mértéke a csőből való kilépésnél (!) [kj/k], U űtött ( U t ), hűtött ( U ht ) csőkerület [m]. Diszperz, yűrűs áramlás tartománya: Diszperz, yűrűs áramlás tartományára Kirilovics [3.3]: 0,3 p k, s 1 a 6 L Gx D a

344 alakú képletet javasol, ahol a 6, a 11, további tényezőktől ünek. Ezek számítási összeüéseit a hivatkozott irodalom részletezi. Néhány orosz szerző azt javasolja, hoy a buborékos orrás tartományában a orrás kezdetére (pl.: 3.16) és a yűrűs áramlásra vonatkozó (pl.: 3.164) képletekből számított súrlódási nyomásveszteséek között lineáris interpolációval számítsák a súrlódási nyomásveszteséet. Az eyes korrelációs módszerek alkalmazása a kétázisú nyomásesés számítására: A yakorlati alkalmazásoknál állandóan elvetődik, hoy a nayszámú javaslat közül melyik alkalmazása a lecélszerűbb, melyik adja a lejobb eredményt. Az MIT [3.19] nukleáris termohidraulikai tananyaában a 3.8. táblázatban összeolalt javaslatok szerepelnek. Todreas set Kis nyomású rendszerek, leveő olyadék keverékek Nay nyomású víz (p>14bar, G >68 k/m s) Lockhart-Martinelli Thom (Martinelli-Nelson) 3.8. táblázat [3.19] Általánosan (azaz olyékony émek) Bároczi Analitikus kiejezések (nay tömearány, nay Homoén modell nyomás, nay tömeáram sűrűsé, eyszerűsé) Whalley javaslata a szeparált áramlási modell sok kísérleti adattal való összevetése alapján: ([3.5] is) Amennyiben / 1000 Fridell (1979) korreláció Ha / 1000 és G >100 k/m s Chisholm (1973) korrelációjának leutóbbi pontosítása Ha / 1000 és G <100 k/m s Lockhart-Martinelli(1949), és Martinelli- Nelson (1948) korreláció Az as években, a hazai szubkritikus nyomású, természetes cirkulációjú erőműi kazánokra vézett elemzések alapján, a VEIKI (3.146 képlet), illetve a Franke éle (3.149 szerinti) közelítésekkel a yakorlatban hasznosítható, mebízható eredmények születtek, íy a szokásos körülmények mellett ezek alkalmazása eloadható. Gyűrűs áramlás tartománya: Gyűrűs áramlás tartományára a kétázisú súrlódási nyomásvesztesé a őzázisra vonatkozó súrlódási vesztesé korrekciós tényezőjével számítható: p p k, s A korrekciós tényező, a kétázisú áramlásnál és a őzázis áramlásánál létrejövő nyíróerő (3.37. ábra) arányából határozható me: ahol D ( D ) ( u u ) a két ázis határán ébredő nyíróeszültsé [N/m ], 4 340

345 uo a teljes keresztmetszetet kitöltő őzázis áramlásakor ellépő 4 nyíróeszültsé [N/m ]. Φ D δ dz olyadékilm nélkül ábra Gyűrűs áramlásnál ébredő nyíróerő [3.1] Fiyelembe véve hoy u o u A / / mehatározására, mások kísérleti eredményeivel is eyezően, Wallis [3.1] kiejezést javasol, amiből / D 1 75(1 ) (1 ) 168a 5/ Ez az érték a Lockhart-Martinelli kísérletekből számítható érték kétszerese, ami azzal mayarázható, hoy a őzázisba átlépő vízcseppek arányát és a határrétebeli sebesséeloszlást Wallis képlete nem veszi iyelembe. Feltételezve, hoy a őz- és olyadékázis határán a olyadéksebessé az átlaérték kétszerese, és a maban áramló köze sűrűsée az E arányú cseppelraadás miatt menő az u u 1 x 1 x 4 W EW W ( u u ) eyensúlyi sebessé iyelembevételével [3.1] 1 75(1 ) W 5 / EW W W 1 1 EW W 3.168b Az előbbi képlet alkalmazásánál a lenayobb nehézséet az E cseppelraadási tényező mértékének mehatározása jelenti. A cseppelraadás meindulásához mehatározott őzsebessé szüksées. Ennek naysáa Steen-Wallis szerint: 341

346 Cseppelraadás E u 0, Mozarov (7-46 bar nyomástartományban, D =100 mm, és x =0,5 közelében elvézett) vizsálatai szerint a szüksées őzsebessé a 1/ 1/ 36,4 x u (1 ) D x képlettel számítható. A két összeüés yakorlatila azonos eredményt ad. 1/ 4 0,8 0,6 0,4 Re >3000 0, G / 4 10 Dimenziónélküli őzsebessé ábra E cseppelraadási tényező a dimenziónélküli őzsebessé üvényében [3.1] Az E cseppelraadási tényező naysáa a őzsebessétől ü, erre vonatkozó mérési eredményeket a ábra mutat, ahol a vízszintes tenelyen a relatív 1/ G 4 őzsebessé 10 léptékben szerepel. Az ábráról leolvasott E értékkel elvézett számítások Re >3000 tartományban adnak eloadható eredményt. E, és a elhajtóerő számításához szüksées kiszámításának menete a következő (adott: a átmérője): a) Kiszámítjuk Re és W olyadékáram, a W őzáram, a p nyomás és a cső D Re értékét, ezek elhasználásával a Blasius-éle képletből a és csősúrlódási tényezők értékét. b) Mehatározzuk a dp dz Gv D radienseket, ezek elhasználásával a és a dp dz G v D ( dp / dz) nyomásvesztesé paramétert. A 3.148b ( dp / dz) 34

347 képletből kiszámítjuk értékét. nyomásvesztesé radiensét. értékével mehatározzuk a kétázisú c) Kiszámítjuk a relatív őzsebesséet, ezzel mehatározzuk az E cseppelraadási tényezőt, és a olyadékilmben maradó W ( 1 E) W, olyadék mennyiséét. d) Mehatározzuk a maradék olyadékázis Re m Reynolds számát, ezzel a m csősúrlódási tényezőjét és ( dp / dz) nyomásvesztesé radiensét. Ennek elhasználásával a m m képletből, illetve m ( p / z) ( p / z) k, s m 1 (1 ) 3.17 D m olyadékilm vastasá számítható. e) A ábra Mért és számított kétázisú nyomásveszteséi tényezők nedves és kiszáradt űtőelület esetén cseppelraadást is iyelembevevő, pontos képletével mehatározzuk korriált értékét, amivel a kétázisú nyomásvesztesé radiense is számítható. 343

348 ) Mivel ennek értéke valószínűle nem eyezik me a b) pontban kiszámított értékkel, a d)-e) pontok szerinti számítások ismétlésével mindaddi iterálunk, amí a két eymás utáni lépés közötti eltérés eloadható naysáú nem lesz. A számításból a cseppelraadás E aránya, a kétázisú súrlódási nyomásvesztesé ( dp / dz) k, s radiense, a ilmvastasá és az őzkitöltési tényező adódik eredményként. Az előzőekben ismertetett eljárás nemcsak olyadékilmen át történő előzölés, hanem telitett őzt szállító vezetékben létrejövő kondenzáció esetén is elhasználható a súrlódási nyomásvesztesé számítására. Ilyenkor x értékét a kondenzáció üvényében kell mehatározni. Gőzkazánok vizsálatánál iyelembe kell venni, hoy a elület kiszáradását követően az áramlási vesztesé (kétázisú vesztesétényező) lényeesen lecsökken (3.39. ábra). Ennek oka, hoy az áramló köze és a csőal közötti határréteben ébredő nyíróerő lényeesen kisebb lesz. A sebessé növekedésével, véül az x =1 állapotban, a két örbe (az elvárásnak meelelően) találkozik. Eyázisú olyadékáramlás nyomásvesztesée: Az előzőekben bemutatott módszerek a kétázisú áramlás nyomásveszteséét az eyázisú áramlásra vezetik vissza. A részletesen vizsált csősúrlódáson kívül irányelterelési, belépési-kilépési és eyéb helyi veszteséeket is mekülönböztetünk. A csősúrlódást a helyi veszteséeket dp dz og v D o, cs dp G v i dz o, h képlettel kell számítani. A csősúrlódási tényezőt, helyi vesztesétényezőket a [3.5] irodalom, az 1978-ban közzétett szovjet cirkulációs számítási normatíva alapján javasolt iyelembe venni. E mellett sok más rendszer is hozzáérhető (VDI Wärmeatlas, FDBR-Facbuchreihe), újabbak is, a kazántechnikában azonban lenayobb kísérleti, yakorlati tapasztalatokkal alátámasztott háttérre, mé jelenle is, a hivatkozott rendszer támaszkodik. a) A o csősúrlódási tényezőt a Blasius éle (3.14) képletből ( Re <10 5 ), vay a cső érdesséet is iyelembe vevő 1 o D 1,74 lo k Nikuradze képletből kell mehatározni. A cső érdessé naysáa perlites, erritperlites, illetve errites csöveknél k =0,08, ausztenites csöveknél k =0,01 mm. A szovjet cirkulációs számítási normatívában az előző képlet 344

349 1 o 3.176a D 4 lo 3,7 k alakban szerepel. Az irodalomban más összeüéseket is ismertetnek [3.17, 3.18], például a Colebrook ormulát: 1 o 1,8lo Re1, b A yakorlati számításokhoz azonban meelelő pontossáot ad a 3.176a összeüés. b) Belépési vesztesétényező ( i be ) naysáa a belépő keresztmetszet alakjától, a csövek és kamrák átmérőjének arányától ü ( táblázat) táblázat Belépés dobból csövekbe be Éles sarok 0,5 Behenerelt csőcsonk 0,5 Kúpos uratperem, o kúpszöel, ha a kúp hosszának és átmérőjének aránya 0,1-nél kisebb 0,5 a kúp hosszának és átmérőjének aránya 0,-nél nayobb 0, táblázat Belépés kamrából csövekbe D/D kamra 0,1 D/D kamra >0,1 Fenék bevezetésű elosztókamrából csövekbe 0,5 0,7 Elosztókamrából csőkötebe, ha az ey sorban kiáazó csövek száma 30-nál kevesebb 0,5 0,7 30-nál több 0,6 0,8 Gyűjtő kamrából összekötő csőbe enék és oldalelvezetésnél 0,4 0,4 Ejtőcsőbe üőlees kamrából, ciklonból 0,4 0,4 Suárirányú elvezetésű yűjtőkamrák elvezető csövébe 0,5 0,5 c) Kilépési vesztesétényező ( i ki ) a kilépés módja és a keresztmetszetek aránya üvényében számítható (3.11. táblázat) táblázat Kilépési ki vesztesétényező Kilépés dobba 1,0 Kilépés enékelvezetésű yűjtőkamrába 0,8 Kilépés suárirányú elvezetésű yűjtőkamrába 1,1 Kilépés oldalirányú elvezetésű yűjtőkamrába 1,3 Az összekötő csövek kilépési vesztesétényezője a közbenső kamrabeli áramlás jelleétől ü. Radiális elvezetésű yűjtőkamráknál 345

350 Oldalában Fbe ha 1, 5 F el Fbe ha 1, 5 F el ki ki F 1,1 1,3 F F 1,1 1,3 F be be el el d) Csőívek vesztesétényezője ( i ir ) az irányelterelés naysáától, a hajlítás suarától és a cső érdesséétől ü. A kazánoknál szokásos csövekre ( D / k 150) elhasználható értékeket a 3.1. táblázat tartalmazza. Brandt [3.17] irodalmi orrások alapján a csőív vesztesétényezőjét az eyenes cső ellenállás tényezőjére visszavezető összeüést is ismertet táblázat Csőívek ir vesztesétényezője Hajlítás szöe (ok) < < R/D 3,5 0 0,1 0, 0,3 R/D= 0,1 0, 0,3 0,4 R/D=1,5 0,13 0,4 0,35 0,48 R/D=1 0,18 0,3 0,4 0,6 e) Eláazó nadrácsövek ( i e ) és yűjtő nadrácsövek ( i y) vesztesétényezője a sebesséváltozás naysáától (keresztmetszetek arányától) és a nadráidom kialakításától (az oldalá tenelyének a közös á tenelyéhez viszonyított hajlásszöétől) ü ( táblázat) táblázat Szimmetrikus nadrácsövek vesztesétényezője Eláazó idom ( e ) Gyűjtő idom ( y ) F á /F összes 0,3 0,5 0,7 1,0 0,3 0,5 0,7 1,0 hajlásszö 30 0, 0,15 0,5 1,4 0,1 0,3 0,3 0,3 45 0, 0,5 0,7 1,9 0,5 0,5 0,5 0,5 60 0, 0,4 1,0,3 0,85 0,85 0,85 0, ,4 1,05,1 4,1 1,4,1 3,0 5, táblázat Aszimmetrikus eláazó idomok e vesztesétényezője Oldalá/közös á sebesséének aránya F összes /F á 0,4 0,5 0,7 1,0 1,5,0 hajlásszö 30 3,0 1,5 0,5 0, 0,5 0, ,8,3 0,9 0,5 0,45 0,5 60 5,,7 0,4 0,9 0,7 0, , 4,0,3 1,3 0,75 0,55 Minden 0,9 0,3 0, Eyenes hajlásszöre ában Brandt [3.17] a két azonos méretű, eyüttesen a yűjtőáal azonos keresztmetszetű nadrá cső esetén yűjtő csőidomokra, orosz eredetű orrásra 346

351 Eyenes ában Oldalában Értékek: Azonos hajlásszönél első sorban Foldá/Fközös=0,5, második sorban szerepelnek, közben lineáris interpolációval számíthatók. hivatkozva a következő kiejezéseket ismerteti ( m=nadrá/yűjtőá tömeáramának aránya): 4 4 7,3m 0,07[ m (1 m) ] 3,7m, a o y, ,6m 0,5[ m (1 m) ] 3,0m, b o y, ,6m 0,50[ m (1 m) ],0m 1, c o y, táblázat Aszimmetrikus yűjtő idomok vesztesétényezője Oldalái tömeáram viszonya a közös ábelihez hajlásszö 0, 0,4 0,6 0,8 0,9 30-0,3 0,3 0,8 1,3 1,5-0,4 0,1 0,3 0,4 0,3 45-0, 0,5 1, 1,7,0-0,4 0,1 0,4 0,5 0,5 60-0, 0,6 1,4,,5-0,4 0, 0,5 0,7 0,7 90-0,1 1,0, 3,5 4, -0,3 0,3 0,7 1,1 1,3 30 0, 0,1-0,5-1,3-1,7 0,3 0,4-0, -0, -0,4 45 0, 0, -0,3-1,0-1,4 0,3 0,4-0,3 0-0,3 60 0,3 0,3 0,1-0,3-0,7 0,3 0,4 0,3 0, ,4 0,6 0,8 0,9 1,0 0,4 0,5 0,6 0,5 0,6 ) Csőátmérő változtatás vesztesétényezője ( i á ) a keresztmetszetek arányától ü (3.16. táblázat). y táblázat Csőátmérő változtatás vesztesétényezője Szűkebb/bővebb keresztmetszet aránya 1,0 0,8 0,6 0,4 0, Szűkítés 0 0,1 0, 0,3 0,4 Bővítés 0 0,05 0,17 0,4 0,6 ) Belső elületen bordás csövek o, bo ellenállás tényezője a Re számtól, valamint cső eometriai kialakításától ü. A Re = közötti tartományban, 6-14 bordaszámú csövekre [3.0]: á Foldá/Fközös=1 keresztmetszet arányra 0,351 0,148 S R d 0,16 o, bo 0,1 Re DeR U R ahol az eyes betűk jelentése azonos a 3.11 képletnél ismertetett jelentéssel. Mérések alapján a belül bordás csövek csősúrlódási vesztesétényezője elérheti a sima cső kétszeresét [3.4]. A bordás cső eneretikai hatékonysáa [3.0] abból kiindulva számítható, hoy uyanazon hőmennyisé átvitele 347

352 mennyivel több, vay kevesebb eneria beektetést (a köze hőcserélőbeli mozatásához) iényel (uyanolyan naysáú áramlási sebessé esetén). E E bo sima D Q o, bodm Q o, sima h, bo bo sima h) Fojtótárcsa vesztesétényezője ( i o ) a szűkítés naysáától és a tárcsa elhelyezésétől ü. Amennyiben a tárcsa csőbe való belépésnél kerül elhelyezésre: A 1,707 1 cső Acső o amennyiben 10 Atárcsa Atárcsa , o Amennyiben a tárcsa a cső belsejében van elhelyezve: A cső Acső Atárcsa 1 0,707 1 o Atárcsa Atárcsa Acső Geodetikus nyomáskülönbsé A eodetikus nyomáskülönbsé a: dp dz k, sin 3.18 képlettel számítható, ahol kétázisú keverékkel kitöltött szakaszra: 1 ( 1), v olyadékkal töltött szakaszra. Ey L hosszúsáú csőre a sűrűsé csőhosszúsá menti változását leíró összeüés behelyettesítését követően a p k L, ( z) 1( z) sin ( z) dz interál kiszámításával határozható me. Eyenletes hőterhelés ( dx / dz =állandó) és állandó hajlásszö esetén, x =0 belépő őztartalomnál a számítás eyszerűsíthető: p k x Lsin, ( x) 1 ( x) dx 3.184a x 0 Ez esetben az ejtőcsövet is iyelembe véve az eredő eodetikus nyomáskülönbsé: p L ( ) ( z)sin dz

353 Fenti képletekben a csőkeresztmetszet őzázis által kitöltött hányada ( (z), keresztmetszet kitöltési tényező, az anol irodalomban void raction, németül Dampvolumenanteil), a őzejlődés üvényében a cső hossza mentén változik. Számítását nehezíti, hoy a keletkező őzbuborékok a üőlees, erde szakaszokon a olyadékázishoz viszonyítva előresietnek, íy értéke, a őzejlődésen túlmenően, az előresietési sebessé naysáától is ü. Az (z) számítására az irodalom sokéle összeüést ismertet, ezek közül a yakorlati célokra lemeelelőbbeket az alábbiakban olaljuk össze. Az (z) számítása a réebbi módszereknél a őz és olyadékázis közötti előresietési sebessé számításával történt. Az új módszerek többséénél alkalmazott jelölések a izikai tartalmat eledik. Ezért indokolt bemutatni, hoy a téroatkitöltési tényező a sebesséek arányával is kiejezhető. [3.5, 3.1]. Eyensúlyi esetben (a őz és olyadékázis sebessée azonos) V V A uo uo V V ( V V ) A uo u o u V W v ahol uo a őzázis belépő keresztmetszetre vonatkoztatott sebessée, A A W v W v illetve u az átlaos sebessé. A A u 1 o 3.186a u W v 1 x v 1 W v 1 képlettel az eyensúlyi téroathányad a őztartalom értékekkel is kiejezhető. Ey adott cső keresztmetszetben A W v ahol u a őzázis sebessée. Hasonlóan o o A u u W v 1 x v u u u 1 u o u u o ahol u a olyadékázis, u o a olyadékázis, belépő keresztmetszetre vonatkoztatott sebessée. A képletből Átrendezve: u u o o, íy 1 u u u 1 1 u 349

354 A képletben szereplő S u / u hányadost (a őz- és olyadékázis sebesséének arányát) előresietési (csúszási) aránynak, az anol irodalomban slip-nek nevezik. Előresietési sebessé (Drit lux) modell: A kezdeti kazántechnikában széleskörűen alkalmazott [7] modellt Zuber és Wallis ejlesztették tovább. Az előresietési sebessé előbbiek alapján mehatározható értékéből indultak ki [3.1]: uo u o u u u Átrendezve u ( 1) u (1 ) u u u u o o o o Az előbbi képletben u o (drit lux) a elelé áramlásban előresiető, illetve a leelé áramlásban lemaradó őz téroat arányát ejezi ki az u sebesséel áramló közehez képest. Mivel a cső keresztmetszete és hossza mentén értéke változik, ey adott szakaszra az -hoz tartozó átlaértékeket célszerű iyelembe venni. Ezt -al és u -al véiosztva u o u u 3.19 o u o u uo u u u Buborékos üőlees elelé áramlás (<0,), elkülönült kis buborékokkal Buborékos-tömlős üőlees elelé áramlás (Zuber szerint kavaró-turbulens tartomány) (P r a redukált őznyomás) Füőlees leelé áramlásnál u előjele a képletben változik, vízszintes csőben értéke zérus Turbulens tömlős áramlás (Re>8000) Vízszintes csőben (Re>3000) u értéke zérus, íy a képlet az először Armand által javasolt 0, 833 alakot veszi el C o u u D >5 cm: C =1,5-0,5 u táblázat uo ( u u )(1 ) 1 1,0 4 D <5 cm, P r <0,5: C o =1, D <5 cm, P r >0,5: C =1,-0,4( P -0,5) o o r P r ( 153, ( 1 ) ( 1, 41 ) ) 1, ( ) D 0, uo Bevezetve a súlyozott átlaos előresietési sebesséet ( u ), valamint a u C o állandót, és képletet átrendezve: u 350

355 Meiyelhető, hoy az u u Co u =0 értékkel jellemezhető, homoén áramlásnál a képlet alakot vesz el, és mivel eydimenziós homoén áramlásnál, C o C o tulajdonképpen a csőkeresztmetszeten belüli sebessé és koncentráció proilok eltérését jellemzi. A különéle áramlási ormákra, a táblázatban összeolalt képletek és állandók iyelembevételét javasolják. A táblázatban nem szereplő yűrűs áramlás tartományában értéke a cseppelraadás mértékének mehatározásával, értékéből (3.17 kiejezés) számítható. m Korrekciós tényezők módszere: A téroat kitöltési tényező mehatározására Armand és sokan mások is az K alakú kiejezés használatát javasolják. A K korrelációs eyütthatóra homoén kétázisú áramlásra buborékos-duós áramlások tartományára Armand [3.3] a vízszintes csőre is elhasználható K 0,833 0,05lo p összeüést javasol. Az ennek elhasználásával számított értékek jól eyeznek a Martinelli éle kísérletek során mehatározott értékekkel. K értékére az irodalomban számos más kiejezés is található. Ezek közül néhányat a táblázat olal össze. Szemjonov, Tocsilin [3.3] Sztjusin [3.] (Adiabatikus áramlásra) Kowalczewski (Kütükcoülu és Njo alapján) [3.11] táblázat 0,34 1 (1 ) 1 K x Fr 1 (1,04 ) (1 p / pkrit ) 5 u 1 3,7 u /( ) D u 0,5 n u D ahol n 0, 5 / exp( 0, 05u /( ) ) u (G / ) 1 x( / 1) 0, ,5 G 1 (1 ) v p K D pkrit Alkalmazhatósái eltételek: 0,1<Fr <1000, illetve p/p krit <0,65 G v A képletekben Fr a olyadék ázisra vonatkoztatott Froude D szám 351

356 Téroatkitöltési tényező Miropolszkíj módszere: Miropolszkíj, évek során át tökéletesített, módszere a képletben bevezetett előresietési (csúszási) arányt alkalmazza. A módszer eyaránt alkalmas űtetlen és űtött csőrendszerek számítására [3.]. A ténylees helyi őz- és olyadéksebessé aránya, üőlees csőben, adiabatikus (űtetlen) csőrendszerre: u 13,5(1 p / p ) S u Fr Re 5 /1 5Re Ferde csőszakaszoknál S értékét a K o helyesbítő tényezővel korriálni kell. Az eltérés a űtött és űtetlen csőszakasz között többek között abból adódik, hoy a űtött csőrendszereknél már az aláhűtött buborékos orrás tartományában mejelennek a őzbuborékok (3.40. ábra). krit 1,6 1 α β β α (x) adiabatikus olyamatra 0,5 α (x) űtött csőre α o x o x 0 Gőztartalom e ábra Gőzkitöltési tényező az aláhűtött buborékos orrás iyelembevételével [3.] Ezért Miropolszkíj azt javasolja, hoy a téroat kitöltési tényezőt az x o < x <0 tartományban az 0< x < x e tartományban 1,35 x 1 o 3.01 xo xe x ( x) o 3.01a x képlettel számoljuk. Az aláhűtött buborékos orrásból származó buborékok iyelembevételét az e x o 0,3 0,15 0 q 0,4 p,49 Re q Gr pkrit 3.0 iktív őztartalom elett tartja indokoltnak. Az aláhűtött buborékos orrásból származó buborékok téroat kitöltési tényezője: Előbbi képletekben 0,15 0,5 q 0, p o 0,43 Req Gr 3.03 pkrit 35

357 Re A őztartalom kieyenlítődésének helye q q r ( ) 3.04 ahol Érdemes meiyelni, hoy a leszakadási átmérőjével, 1 xe 3.05 v 1 e 1 v e 0, q e 3, 3.06 Gr q r Re q szám számlálójában ( ) a párolási sebesséel arányos, q Gr a buborék pedi a párolási és áramlási sebessé aránya. Az előbbi összeüések a D =11,7-34,3 q [mm], Re q = , =0, , p / p Gr krit =0,0-0,44 tartományban adnak a kísérleti eredményekkel eyező értékeket. Fűtött ejtőcsöveknél a őzbuborékok nem előresietnek, hanem visszamaradnak. Erre az esetre Miropolszkíj 1/ 4 p S 1,66D 1 e ( h ) p 3.07 krit előresietési arány iyelembevételét javasolja, ahol S =1 és = ) a következő kiejezésből számítható [3.3]: h 3 / 8,6 1 h u o h D o h értéke (amennyiben 3.08 h : Aláhűtött buborékos orrás tartománya: Az aláhűtött buborékos orrás tartományában kialakuló őzkitöltési tényező számításával a nyuati szerzők is sokat olalkoztak Az általuk javasolt összeüések a izikai olyamatok közelítő matematikai leírásán alapulnak [3.1]. Griith és társai az ONB pontra a téroat kitöltési tényezőt abból a eltevésből kiindulva határozták me, hoy a buborékok a cső kerülete mentén csak ey a vastasáú határréteben helyezkednek el, ott ahol a hőmérséklet nayobb a telítési hőmérsékletnél. Ezzel ad 4a al D D 4 A őzbuborékokkal telített réte vastasáát az q alá Pr a 1,07 T T ( l) o s

358 képletből lehet kiszámítani. A teljesen kialakult orrás (FDB) pontjára Levy szerint 0, 5 D al 0, D og v 8 A részleesen aláhűtött buborékos orrás tartományára al belül, azaz a al melletti határréteben, illetve a cső belsejében lévő buborékok által elolalt keresztmetszetet kell iyelembe venni. Az al értéke az előbbi képletből, belül pedi a következő összeüésből számítható: 1 belül belül v u q q * 4 k 1 x ( l ) ( l l ) v DG r u 1 FDB 3.1 A teljesen kialakult orrás pontjára Bowrin * * 1 * v u * 1 x( l ) x( l ) v u 3.13 alakú kiejezést javasol, amely a mérésekkel jól eyező eredményt ad. Az előbbi képletekben v cptalá 1 a buborék mozatására és az elpárolotatására ordított hő v r x c q G r v aránya, p ( l * ) az aláhűtött buborékos és telített buborékos orrás határa, 14 0,1 p a rendszer nyomásától üő tényező ( bar között) q Az x ( l * ) előbbi képletében Talá, le G azt hőmérséklet különbséet jelöli, amelynél v a buborékok leszakadnak a csőalról. Az vay mások képleteiből lehet számítani. u / u arány értékét Miropolszkíj (3.00), Kroeer, Zuber az előresietési sebessé modell elhasználásával [3.5] * 1 ( l) x ( l) 3.14 C u 0( ) * v x ( l) C o u o v kiejezést javasolnak, ahol Levy javaslatára C =1,13, u a táblázatban, buborékos-tömlős áramlásra szereplő képlettel, x * ( l ) a 3.15 képlettel számítható. o 354

359 Az előbbi képletében a Talá értékét, a buborékok elszakadási pontjához tartozó, hőmérséklet-különbséel (3.55. képlet) kell helyettesíteni. T aláfdb x ( l ) x( l ) * c p T r alá FDB e x( l ) 1 cptalá FDB r 3.15 Túlemelés eodetikus nyomáskülönbséet csökkentő hatása: A túlemelés a elszálló cső dobvízszint eletti szakasza (.9. ábra), benne a víz-őz keveréknek a vízszint ölé emelése miatt keletkezik nyomásvesztesé. Naysáa az előzölötető csövekből kilépő x őztartalom, illetve a kilépő keresztmetszetre vonatkozó ki őzkitöltési tényező, valamint a túlemelés számítható: H maassáának ismeretében T ki p T ( 1 )H ( ) 3.16 ki T Chawla módszere: A súrlódási és eodetikus nyomásvesztesé számítására alkalmas összeüések ismertetésénél nem említettük Chawla, VDI Wärmeatlasban [3.18] összeolalt módszerét, amely az előzőekben vázoltakkal elvi alapjaiban azonos. Uyanakkor az eyes kiejezések részleteikben lényeesen eltérnek a hayományos elírásmódtól. Az összeüésrendszer számítóépi proramozásra alkalmas. Az előző nayszámú eljárás közül az keresztmetszet kitöltési tényezőre a hazai kazánokra vézett cirkulációs elemzések során a Kowalczewski, Miropolszkij, illetve a Chawla módszerek a yakorlatban jól beváltak Gyorsítási nyomásvesztesé A yorsítási nyomásvesztesé abból adódik, hoy a csőben áramló eyes ázisok, és ezzel a őz-víz keverék sebessée, a cső hossza mentén olyamatosan változik. dp 1 1 d( W u W u ) dz k, a A dz 3.17 ahol a szeparált modell iyelembevételével W Wx GAx a őzázis tömeárama W GAx Gx u A A a őzázis sebessée W W ( 1 x) GA (1 x) a olyadékázis tömeárama W GA (1 x) G (1 x) u A ( A A ) (1 ) a olyadékázis sebessée Íy 355

360 Gyorsítási nyomásveszteséi tényező dp dz k, a 1 1 G x G x d (1 ) A dz (1 ) A 3.17a x x v x (1 x) (1 x) pkt, a ( dp) k, a G d G v 1 G r (1 ) v 0 (1 ) k, a 3.18 Az összeüésből látható, hoy a yorsítási nyomásvesztesé a cső hosszától üetlen. Az r, tényező értékét, az abszolút nyomás és a kilépő őztartalom k a üvényében, a ábra mutatja. 1,000 r k,a 0, % 90 Kilépő őztartalom , % 0, Abszolút nyomás [bar] ábra Kétázisú yorsítási nyomásveszteséi tényező a nyomás és kilépő őztartalom üvényében 356

361 Sótartalom (m/l) 4. Vízoldali olyamatok, vízelőkészítés, őztisztasá 4.1. Meleítés, előzölés közben lejátszódó olyamatok A kazánok eltöltéséhez, a vízvesztesé pótlásához elhasznált víz általában természetes előordulásból (kútból, elszíni vízyűjtőből, vízkivételből) származik. Íy a víztartó réteekkel, környezeti leveővel való érintkezése során ásványi anyaokat oldhat ki, ázokat nyelhet el, de nem oldódó szennyeződéseket is tartalmazhat. A szennyeződés milyensée, mennyisée a származási orrástól, víztartó réteektől, leveő szennyezettséétől ü. A nem oldott, ülepítéssel, szűréssel, derítéssel [], [4.1, 4.] eltávolítható szennyeződésekkel a következőkben nem olakozunk, eltételezve hoy a kazánüzem számára ivóvíz tisztasáú nyersvíz áll rendelkezésre. Az oldott anyaok ém- (leyakrabban Na +, Ca +, K +, M +, Fe +, Al 3+, Mn + ), karbonát (CO - 3 ), hidrokarbonát (HCO - 3 ), klorid (Cl - ), szulát (SO - 4 ), nitrát (NO - 3 ) ionok, oldott ázok (N, O, CO, H S, SO, szénhidroén). Mennyiséi jellemzésükre az alábbi mérőszámokat alkalmazzák: Sótartalom, áztartalom: az eysényi víztéroatban 17, vay -tömeben oldott sók, ázok mennyisée [/l, m/l, μ/l, /k, m/k, μ/k]. Mól-koncentráció: ey adott só koncentrációjának jellemzésére, eysényi téroatban oldott ramm-molekulasúlynyi mennyisé [mol/l, mmol/l]. Eyenérték-koncentráció: ey adott só koncentrációjának jellemzésére, eysényi téroatban oldott eyenértéksúlynyi (=rammmolekulasúly/veyérték) mennyisé: [val/l, mval/l], az előbbi mérőszámban kiejezett érték veyértékszerese ,0 0,5 1,0 1,5,0 Baumé ok 4.1. ábra A Baumé ok és a sótartalom összeüése Baumé ok: az 1,007 k/l (10 /l oldott konyhasó NaCl tartalmú víz) sűrűséének és a sómentes víz sűrűséének különbséére, mint eysére vonatkoztatott mérőszám 18. [Bé ]. Értéke nemcsak az oldott só mennyiséétől, 17 A őzök is tartalmazhatnak sókat és ázokat, de ezeket mindi lehűtött állapotban, vizes ázisban vizsáljuk, mérjük. 18 Használatát a könnyű yakorlati alkalmazás indokolja. Mí a sótartalom, mól-koncentráció mehatározásához laboratóriumi vizsálatra van szüksé, a Baumé ok sűrűsémérővel a helyszínen ellenőrizhető. Nayobb sótartalmú vizekre alkalmazható. 357

362 hanem minőséétől is ü. Átlaos vízösszetétel esetére a sótartalom és a Baumé ok közötti összeüést [4.1] alapján a 4.1 ábra mutatja. A természetes vizek (nyersvizek) szilárd anyaokkal érintkezve, azok ey részét eloldják. A vízben oldott állapotban lévő anyaok jelentős részben ionok ormájában vannak jelen, miután az oldódás olyamán ezek ionokra bomlanak. A közönsées konyhasó (NaCl) esetében pl.: NaCl Na + + Cl - eysényi pozitív töltésű nátrium ionok (kationok) és neatív klorid ionok képződnek. Az ionokra bomlás olyamatát, ill. jelenséét disszociációnak nevezzük. A disszociáció mértéke az eyes anyaok esetében jelentősen különbözik és ü a víz hőmérsékletétől is. A nátrium-klorid disszociációja közel teljes, ami azt jelenti, hoy a vízben eloldódott szilárd só csaknem teljes eészében ionokra bomlik. Ien csekély mértékben uyan, de maa a (kémiaila teljesen tiszta) víz is ionokra disszociál: H 0 H + + OH - Az oldatokban a pozitív és neatív ionok koncentrációja mindi azonos (elektroneutralitás: töltéselesle, vay hiány- közönsées körülmények között nem jön létre). Adott hőmérsékleten az eyes vízben oldott anyaok disszociációjának mértéke az ún. disszociációs állandóval jellemezhető. A víz esetében ez: ' [ H ][ OH ] K H O 4.1 H O ahol: [H + ] a víz hidroénion-koncentrációja [mol/l], [OH - ] a víz hidroxid-ion koncentrációja [mol/l], [H O] a nem disszociált vízmolekulák koncentrációja [mol/l]. Közönsées hőmérsékleten (5 o C közelében) a víz disszociációja oly csekély, hoy a nem disszociált vízmolekulák koncentrációja bevonható az állandóba, íy: K H O [ H ][OH ] 4. Ez azt jelenti, hoy a vízben lévő hidroén- és hidroxid-ionok koncentrációjának szorzata adott hőmérsékleten állandó szám. Ez az állandó nem ü az oldatban esetle jelen lévő más ionok koncentrációjától sem. 19 A K HO állandót a víz ionszorzatának is szokás nevezni. Értéke 5 o C-on A kalcium-karbonát (CaCO 3 ) eloldódásánál többéle ion jön létre. Első lépésében az alábbi olyamat mey vébe: CaCO 3 Ca + + CO 3 - Ha a olyamat a enti módon beejeződne, a vízben (az oldatban) azonos koncentrációban lennének jelen a pozitív kalcium és a neatív karbonát ionok. A yakorlat azonban azt mutatja, hoy ebben az esetben az oldatokban hidroxid-ion 19 Sziorúan véve ez nem áll enn, de miután az eltérés nem jelentős, itt ettől eltekinthetünk. 358

363 elesle alakul ki, ami annak a következménye, hoy a körülményektől üően a karbonát ionok is átalakulhatnak az alábbi olyamatban: CO H O HCO OH - A entebb bemutatott olyamatok eyensúlyra vezetnek, ami azt jelenti, hoy az oldatokban az eyensúly beállását követően a külső és a belső eltételek meváltoztatása nélkül semmiéle makroszkopikus (kívülről észlelhető, mérhető) változás nem mehet vébe. Emiatt helyesebb, ha azok leírásakor nem a jelet, hanem a kettős (vay a kétvéű) nyilat használjuk, amely az eyensúlyra utal, pl.: CaCO 3 Ca+ + CO 3 - Ha szilárd kalcium-karbonátot (eyelőre tételezzük el, hoy kémiaila) tiszta vízbe teszünk, az bizonyos mértékben eloldódik a vízben, miközben Ca +, HCO 3 - és CO 3 - ionok jelennek me a vízben (a H + és az OH - ionok mellett, amelyek koncentrációja is meváltozik, amint azt később memutatjuk). Ha eleendő szilárd kalcium-karbonát van jelen ahhoz, hoy az oldat telítetté váljon, akkor a szilárd (CaCO 3 ) és a vizes oldatázis bizonyos idő elteltével eyensúlyba kerül, azaz további CaCO 3 nem oldódik, és az oldatból sem válik ki szilárd kalcium-karbonát. Ha ebben az állapotban mehatározzuk, hoy mennyi CaCO 3 került az oldat 1 literébe, a kalcium-karbonát oldhatósáát kapjuk, amely 5 o C-on kb. 0,15 mmol/l. Az oldhatósá változása: A víz só-, ázoldóképessée korlátos, ey adott anyaból csak bizonyos mennyiséet tud oldatban tartani. A határértéket elérve az oldat telítetté válik. Az oldhatósá ü a hőmérséklettől és ázok esetében a nyomástól is. Eyes sók relatív oldhatósáának hőmérséklet-üése a 4.. ábrán látható. A kalcium-karbonát oldhatósáa a hőmérséklet emelkedésével csökken, ezért, ha a természetes vizeket elmeleítjük, azokból yakran CaCO 3 válik ki. Ezt leeyszerűsítve úy mayarázhatjuk, hoy a természetes vizekben mindi metalálható kalcium-hidrokarbonát meleítés hatására átalakul 0 : Ca(HCO 3 ) CaCO 3 + H CO 3 ( CO +H O) kalcium-karbonátra és szénsavra bomlik, az utóbbi bomlásakor széndioxid válik szabaddá. A kalcium karbonát oldhatósáa amint a 4. ábra mutatja a meleítéssel erősen csökken, íy kiválhat, és a űtőelületen maradhat. A vízben oldott különéle ionok vay sók eymással kémiai reakcióba léphetnek, és íy kevésbé oldható veyületek jönnek létre. Ezek, a kémiai átalakulást követően, a hőmérséklet, illetve a koncentráció növekedésével uyancsak kiválhatnak. Például az oldott szilikátokból kalcium ionok hatására SiO Ca + CaSiO 3 rosszul oldódó szilikátok (esetünkben kalcium-szilikát) keletkezhetnek [4.1]. 0 Az eyszerűsítés abban áll, hoy a vízben Ca(HCO 3 ) voltaképpen ebben a ormában nincs jelen. A vízben lévő Ca + - és HCO 3 (és további) ionok koncentrációja a disszociációs és oldhatósái eyensúlyok meváltozása olytán úy változik, hoy ennek következtében szilárd CaCO 3 keletkezik. 359

364 Relatív oldhatósá NaOH Na CO CaCl Na SO Hőmérséklet ( C) Na SO 3 MSO 4 NaCl CaSO 4 Ca(OH) CaCO ábra Oldóképessé változása a hőmérséklet üvényében Keménysé: Azokat a meleítés hatására kiváló (a vízben oldott kalcium- és manézium-ionokhoz rendelhető) sókat, amelyek a űtőelületeken kemény, kőszerű (kazánkő) lerakódásokat hozhatnak létre keményséokozó sóknak nevezzük. A vízben oldott összes, keményséokozó sótartalom az összes keménysé. Miután a hidrokarbonátok a meleítés hatására bomlanak, az oldott sótartalom változik, mekülönböztetésükre a változó keménysé elnevezést használjuk. A két keménysé különbsée a nem hidrokarbonátokból adódó, keményséokozó sótartalom az állandó keménysé. Szokásos mé a karbonát és nem karbonát keménysé elnevezés alkalmazása is. Előbbibe a karbonát és a hidrokarbonát anionokhoz rendelhető sók, utóbbiba az összes eyéb keményséokozó sók (szulátok, kloridok, stb.) tartoznak. További mekülönböztetés lehet a keményséokozó sók émionjai (kationjai) alapján: a Ca + ionokat tartalmazó keményséokozó sók kalcium keményséet, az M + ionokat tartalmazó keményséokozó sók manézium keményséet okoznak. A karbonát és nem karbonát keménysé, illetve a kalcium és manézium keménysé összee eyaránt az összes keményséel eyezik me. A keményséokozó sók mennyiséét is az előző mértékeyséekkel adjuk me. Korábban a nyersvizek, illetve a kevésbé ejlett vízelőkészítő eljárásokkal előállítható tápvíz minőséek jellemzésére yakorlati mérőszámokat is alkalmaztak [4.1]. Nálunk az úynevezett német keményséi ok [nk ] volt használatban, amely 10 m/l kalcium-oxiddal (CaO) eyenértékű sótartalomnak elelt me. Más orszáokban más, hasonló mérőszámokat használtak: az anol keménysé [ak ] ~7 m/l CaCO 3, a rancia keménysé [k ] 10 m/l CaCO 3, az orosz keménysé [ok ] 0,1 mval/l keményséokozó sótartalomnak elelt me. Az anol nyelvű irodalom [] újabban a ppm eyséet alkalmazza, amely 1 m/k CaCO 3 (vay ezzel eyenértékű) sótartalmat jelent. Elektromos vezetőképessé: A korszerű vízelőkészítő eljárásokkal, amint azt a későbbiekben (a 4.4. ejezetben) bemutatjuk, a víz sótartalma olyan mértékben lecsökkenthető, hoy annak yors kimutatása a hayományos veyészeti eljárásokkal nehézkes. Ezért a yakorlatban a tápvíz, a kazánvíz és a őz sótartalma számszerű értékének mehatározása helyett a víz vezetőképesséét mérik. A vizes oldatok vezetőképessée a bennük oldott ionok minőséétől és mennyiséétől ü. A veytiszta, szennyeződésmentes víz yakorlatila nem vezeti az áramot. Az ilyen 360

365 víznek amelyben a H + és OH - ionok koncentrációja 5 o C-on 10-7 mol/l a ajlaos ellenállása 5 o C-on kb. 18, MΩ/cm (ajlaos elektromos vezetőképessée 0,055 μs/cm). Bármely ionos szennyeződés növeli a víz vezetőképesséét, ezért a vezetőképesséből következtetni lehet a szennyeződés mértékére. Az erőműves yakorlatban az 1 MΩ/cm = 1 μs/cm (siemens/cm) naysárend jellemző. Miután az eyes sók, ázok, lúok, savak hatása a vezetőképessére különböző [4.1], [4.4], a vezetőképessé, illetve annak változása, csak a szokásos összetétel hayományos eljárásokkal történt mehatározását követően alkalmazható a sótartalom számszerű meítélésére. A yakorlatban iyelemmel kell lenni arra, hoy az elnyelt CO -ból keletkező hidrokarbonát ionok is növelik a vezetőképesséet. Íy amennyiben a vezetőképesséet a sótartalom mehatározására kívánjuk elhasználni a vízmintát H + -ormájú, erősen savas kationcserélőn kell átvezetni, és íy is me kell mérni a vezetőképesséet (korriált vezetőképessé). A hidroén-ormájú kationcserélőn átvezetett vízből az ioncserélő a kationokat (nay tisztasáú vizekben ezek őle Na + és K + ionok) meköti és helyükre a vízbe H + -ionok kerülnek, amelyek ajlaos elektromos vezetőképessée sokkal nayobb. Ha tehát a vizsált vízminta szennyező kationokat tartalmaz, a korriált vezetőképessée nayobb lesz, mint a közvetlenül mért érték. Ily módon a víz szennyezettsée érzékenyebben mutatható ki. A vezetőképessé hőmérsékletüése miatt [4.4] mérését 5 C-on kell véezni, vay a mért értéket át kell számítani erre a hőmérsékletre. ph érték: A sótartalom mellett a kazánüzem szempontjából különös ontossáal bír a víz ph értéke, amely a víz disszociációja során keletkezett hidroén ionok koncentrációját jellemzi: ph lo10 [ H ] 4.3 A veytiszta víz ph értéke környezeti hőmérsékleten (5 C) 7-tel eyenlő, ami a víz korábban bemutatott ionszorzatából kiszámítható. Miután a víz disszociációja (disszociációs állandója, ionszorzata) hőmérsékletüő, a veytiszta víz ph értéke is változik a hőmérséklettel [4.4]. Növekvő hőmérséklettel 1/x üvényszerűen csökken, 300 C körül csak kb. 5,5 [4.1]. Amennyiben a víz ph értéke nayobb, mint a tiszta, semlees kémhatású vízé, akkor az oldatot lúosnak, ha kisebb, akkor savasnak mondjuk. A ténylees lúossá vay savassá meállapításához a ph érték hőmérsékletüését mindi iyelembe kell venni. A kazán üzemeltetéséhez meelelő, minimális korróziót eredményező ph értékével a későbbiekben (4., 4.3. ejezetek) olalkozunk. Korábban, de napjainkban is, a kazánvíz ph-értékét letöbbször a lúos tartományban iyekszenek tartani, ezért a lúossá jellemzésére más mérőszámokat is alkalmaztak (nátronszám, lúossái szám, p-szám, m-szám). Ezek mehatározása, yakorlati alkalmazása az irodalomban [4.1, 4.] metalálható. Kőképződés olyamata: A vízben visszamaradó sók, ha a körülmények változása következtében oldhatósáuk csökken, először, rövid idei túltelített oldatot alkothatnak, majd mejelenik a szilárd ázis. Az ezt követő olyamatok attól ünek, hoy a kivált anya visszamarad-e az előzölötető elület határréteében, vay a kerinő olyadék maával viszi. Utóbbi esetben a kivált szilárd szennyezés a kazánvíz szilárd anya tartalmát növeli, és az áramlási holtterekben leülepedve kazániszapot képez. Ez a kazán (az áramlási holtterek, mélypontok) rendszeres leiszapolásával eltávolítható. A határréteben visszamaradó kivált szennyezők 361

366 rásülhetnek az előzölötető elületre, íy a keményséokozó sókkal kapcsolatban már említett kazánkő alakulhat ki, amely okozatosan vastaodva, a elület mehibásodásához vezethet. Utóbbi a vízelőkészítő eljárások jelenlei ejlettséi szintjén csak különösen ondatlan üzemvitelnél ordulhat elő. A mehibásodást a kazánkövet alkotó anyaok rossz hővezető képesséből adódó alhőmérséklet növekedés okozhatja. Csak példaképpen: a közönsées szénacélok hővezetési tényezője a hőmérséklettől, ötvözőktől üően W/mK. Ezzel szemben irodalmi [7], [4.1] adatok alapján a karbonát kazánkövek ~,4-7, a szulát kazánkövek ~0,6-,4, a szilikát kazánkövek 0,3-0,6, az olajtartalmú kazánkövek ~0,10 W/mK hővezetési tényezővel jellemezhetők. A ténylees érték a lerakódás jelleétől, porozitásától, keményséétől ü. A őz sótartalma: Az előzölötető rendszerből távozó őz sótartalmát alapvetően két tényező határozza me: az adott só (szennyező) meoszlási tényezője, és a őz által elraadott vízcseppek sótartalma. Az irodalom [4.1] említést tesz mé a sók esetlees, parciális nyomásuknak meelelő nyomáson történő előzöléséről (szublimációjáról), és a őzben, saját telítési hőmérsékletükön, történő kondenzációjáról, illetve a űtőelületen képződött, kiszáradt sólerakódások intenzív őzejlődés közbeni őzbuborékokba porlasztódásáról, ezek azonban a őz sótartalmára csak kis hatással vannak. Az eyes kazántípusok a őz sótartalma szempontjából eltérően viselkednek. Dobos kazánoknál a ázisszétválasztás a kazándobban metörténik. A őz a kazándobban lévő telített (kis mértékben aláhűtött) állapotú vízzel érintkezik utoljára, íy sótartalma az itt lejátszódó olyamatoktól ü. 138 bar alatt, [] szerint, a őz sótartalmát csaknem kizáróla az elraadott vízcseppek sótartalma határozza me, a meoszlási tényező csak ennél nayobb nyomásnál játszik jelentősebb szerepet. Kényszerátáramlású kazánoknál a őz a bevezetett tápvízből az előzölés hatására eyre jobban besűrűsödő olyadékkal érintkezik, sótartalmát a meoszlási tényező határozza me. A túlhevítési hőmérséklet csökkentésére beecskendezett víz sótartalma általában a őz sótartalmát növeli, kedvezőtlen esetben (különösen, ha őz nátronlúot is tartalmaz [4.1]) lerakódik a túlhevítő elületeken. Gőz szennyezőanya-tartalma: A őzázis és a olyadékázis só-, illetve áztartalmának arányát az úynevezett meoszlási tényező ( ) C 4.4 C ejezi ki, ahol C, a őzzel távozó, C a vízázisban visszamaradó só-, áztartalom azonos, pl. [m/k] mértékeysében. Értékét a kazánvízben előorduló szokásos anyaokra Martinova vizsálatai [] alapján a olyadékázis/őzázis sűrűsée arányának üvényében a 4.3. ábra mutatja. Újabb értékeket, az anyaok esetlees disszociációját is iyelembe véve [4.19] közöl. Meiyelhető, hoy a meoszlási tényező a sűrűséek arányának csökkenésével (a nyomás növekedésével) növekszik. Maximális értékét ázisváltás nélkül éri el, kritikus nyomásnál a meoszlási tényező eysényi. Ez nem zárja ki, hoy a ajhő maximum közelében az oldott részecskék kiváljanak []. A őz, naynyomású kazánoknál várható C 36

367 Koncentrácó a őzben/koncentráció a vízben sótartalma a kazánvíz C k sótartalma ( m/k) és a p nyomás ( bar) üvényében, 0,05% cseppelraadásból származó őz sótartalmat eltételezve, szokásos kazánvíz összetételre, a [] irodalomban közölt ábra reressziós közelítése (r =0,999) alapján a Ck C (, p, p , p 1704, 10 p , p 10, 517 p 49, 8) kiejezésből számítható. A meoszlási tényező a kazán szerkezeti kialakításától nem ü, azzal nem beolyásolható. 1,0E+00 1,0E-01 1,0E-0 1,0E-03 Fe 3 O 4 Al O 3 B O 3 NiO CuO 1,0E-04 1,0E-05 1,0E-06 MO LiCl NaOH NaCl CaCl Na SO 4 SiO Cu O BaO CaSO 4 1,0E Folyadék/őz sűrűsé aránya 4.3. ábra Meoszlási tényező a sűrűséek arányának üvényében [], [4.1] Fiyelembe véve, hoy loaritmikus léptékben a sűrűséek arányának üvényében a meoszlási tényező változása a letöbb oldott anya esetében közel lineáris (4.3. ábra), a meoszlási tényező ey adott s oldott anyara C s 4.6 C összeüéssel közelíthető. Példaként: az n s kitevő értéke nátronlúra (NaOH) 4,1, konyhasóra (NaCl) 4,4 [3]. A kazánvízben oldott szokásos szennyeződések közül az SiO (köznapi szóhasználattal kovasav) iényel különös iyelmet, mert más keményséokozó sókhoz viszonyítva nay a meoszlási tényezője, íy nayobb arányban kerülhet át a őzbe, másrészt az ebből képződő lerakódások a űtőelületek várható alhőmérséklet növekedését tekintve a leveszélyesebbek közé tartoznak. Erre tekintettel mind meoszlási tényezőjére, mind kazánvízben meenedhető értékére vonatkozóan sok vizsálatot véeztek, utóbbit a nyomás üvényében korlátozzák (4.16. ábra). A meoszlási tényező előbbi képletben szereplő n s kitevőjére, kovasavra az irodalom [4.1] a őz és olyadékázis sűrűséének aránya (őznyomás) és a kazánvíz ph értékének üvényében n s l 0, ( 14 ph ) 1, l( / ) alakú összeüést ismertet, amelyet yakran n s =1,9 értékkel közelítenek. n s 363

368 Túlhevített őzben a sók a nyomás növekedésével jobban oldódnak. A őzhőmérséklet üvényében az oldhatósának általában minimuma van, íy a telítési hőmérséklet elett az oldhatósá csökken, majd a hőmérséklet további növekedésével növekszik. A sók közül lejobban a konyhasó (NaCl) oldódik (150 bar nyomás elett> 0 m/k). Kovasav oldhatósáa a őz sűrűsée és a t őzhőmérséklet üvényében a következő összeüéssel közelíthető [4.1]: C SiO ( 0, 004t 4, 0) 10 [m/k] 4.8 Gázok oldhatósáánál eyrészt érvényesül az oldott anyatartalom oldat eletti áznyomástól történő üése, másrészt az eyes ázok eymástól üetlen oldódására vonatkozó tapasztalat [4.1]. Íy miután a őzejlődéssel a őz parciális nyomása válik uralkodóvá, az oldott ázok parciális nyomása leesik, a vízben mejelennek a ázbuborékok, amelyek kiválnak, az oldott ázok mennyisée a vízázisban urásszerűen csökken. A őz maával viheti a kivált ázokat. A meleítés, vay előzölés a savak és a lúok oldhatósáára nincs hatással, előzölés esetén koncentrációjuk növekszik. Kazánvíz sótartalmának változása: Az előzölés hatására a dobos kazánoknál a kazánvíz sótartalmának koncentrációja növekszik, mivel a tápvízzel bejutott szennyeződéseknek a őz csak ey kis hányadát viszi maával. Ennek oka, hoy eyrészt a szennyezők meoszlási tényezője a hayományos kazánok nyomástartományában alacsony, másrészt különösen kedvezőtlen, üzemzavari esetektől eltekintve a cseppelraadás járulékos hatására sem nő a őz sótartalma a tápvíz sótartalma ölé. A kazánvíz só-koncentrációjának növekedése növeli a kazánkőképződés veszélyét, a őz sótartalmát, íy értékét olyamatos, vay szakaszos vízelvezetéssel (leeresztéssel, lelúozással 1 ) korlátozzák. A sókban, szennyezőkben eldúsult kazánvíz ey hányadának elvezetése nem azonos a korábban említett leiszapolással. A betöményedett kazánvíz részlees, olyamatos vay szakaszos elvezetését a kazán cirkulációjának mezavarása nélkül, a kőképződésnél említett mélypontokra kiépített leiszapolások leúvató vezetékeibe beépített, kisebb keresztmetszetű, vay ojtásokkal ellátott leáazásokon át valósítják me. A kazánvíz koncentrációja szempontjából ezekkel azonos hatású a kazánvíz lelúozása is, amely a leiszapolással ellentétben nem a kazán mélypontjairól, hanem a dob alsó vízszintje alatt elhelyezett lelúozó tölcsérből történik. A következőkben ezek eyüttes elnevezésére is a hazai yakorlatban meyökeresedett leiszapolás kiejezést használjuk, annak ellenére, hoy a ténylees leiszapolás a már kivált sótartalom nay közeárammal történő, alkalmi eltávolítására szolál. A leiszapolás mértékét az előzölötető rendszer sómérlee alapján lehet mehatározni. A 4.4. ábrán jelölt anyaáramokkal és sótartalmakkal d idő alatt bevezetett és elvezetett sómennyisé eltérése a (csak a kazándobbal jelölt) kazán vízterét, csőrendszerét kitöltő ( M, [k]) munkaköze átlaos C sótartalmát változtatja (növeli vay csökkenti) dc értékkel, íy elírható a olyamat dierenciál eyenlete: k k 1 A hazai yakorlatban használt lelúozás elnevezés arra utal, hoy a kazánvíz elvezetésének szabályozása nemcsak a kazánvíz sótartalma, hanem lúossáa alapján is történhet. Mejeyezzük, hoy ezek mellett, mint arra a 4.3 ejezetben, az oldott sókat tartalmazó tápvízzel kapcsolatban utalunk, a kazánvíz SiO tartalma alapján is szokásos a leiszapolás szabályozása. 364

369 ( G L )Ctv GC LC k d M dck 4.9 ( G L ), C tv G, C M, C k L, C k 4.4. ábra Közeáramok, sókoncentrációk Az ábrán G [k/s] a őzáramot, L [k/s] a leiszapolást C [m/k] a őz, C [m/k] a kazánvíz sótartalmát jelöli k A kazánvíz sótartalma csak akkor maradhat állandó ( dc k =0), ha a tápvízzel bevezetett, illetve őzzel és leiszapolással elvezetett sótartalom eyenlő eymással (a szöletes zárójelben lévő kiejezés értéke is zérus). Ebből az ehhez szüksées, L leiszapolás értéke kiszámítható: Ctv C L G 4.10 Ck Ctv Relatív értékben ( l ), a ejlesztett őzmennyisére vonatkoztatva: Ctv C l 4.10 a C C k tv Látható, hoy annál nayobb lelúozásra van szüksé, mennél nayobb a tápvíz és őz sótartalmának különbsée. Az előbbi dierenciáleyenletet átrendezve és a őz sótartalom kazánvíz sótartalommal arányos ( C zc ) változását (a cseppelraadás arányának és a meoszlási tényező naysáának azonossáát) eltételezve: C G L tv z G L d dc k Ck M Ck Eyensúlyi állapotban ( dc k / d =0) a besűrűsödés, a kazánvíz és tápvíz sótartalmának hányadosa [3] a következő képlettel számítható: k Ck L / G Ctv z L / G A kazánvíz sótartalom időbeli változása a tápvíz és kazánvíz sótartalom arányát, nay besűrűsödés esetén, első lépesben állandónak véve adódik: C / C tv k C k 1 C G L tv z G L M Ck 0 Ck 0 e 4.13 Az összeüés a szükséesnél kisebb leiszapolás esetén a koncentráció növekedését túlbecsüli, mivel az állandónak eltételezett kitevő a kazánvíz 365

370 sótartalmának növekedésével csökken. Hasonlóan, az indokoltnál nayobb leiszapolás esetén a kazánvíz sótartalmának csökkenése kisebb lesz a képletből adódónál. Kiszámítható, a kazánban tárolt sómennyisé kicserélődéséhez szüksées elméleti időtartam is, amelyet a beállási időnek neveznek [3]: Ck M M 1 Tb 4.14 C ( L k zg ) G z L / G Látható, hoy a beállási idő elsősorban a kazán jelleétől ü. Nayvízterű kazánoknál (nay M / G aránynál) a beállási időre nay érték adódik. Ez teszi lehetővé, hoy kisebb kazánoknál ne olyamatosan, hanem csak esetenként (szakaszosan) véezzenek leiszapolást. Ilyen esetben mind a kazánvíz, mind a őz sótartalma olyamatosan változik. A meelelő őztisztasá biztosítása érdekében csak a maximális kazánvíz sótartalom érheti el a meenedett értéket, íy az üzemidő átlaában a ténylees koncentráció kisebb lesz a meenedett értéknél. Ez csak úy lehetsées, ha a meenedett maximális kazánvíz- és őz sótartalomból kiszámítható L értéknél lényeesen többet iszapolunk le. Az iszapolások közötti időtartam és a leeresztendő mennyisé az előbbi eyenletek alapján kiszámítható. A yakorlatban iyelembe kell venni, hoy a kazánvíz koncentrációját a kazán őztermelése is beolyásolja, íy szakaszos iszapolások esetén az eyes leúvatások közötti időtartam is változhat. Miután dobos kazánoknál a őz a kazándobban lévő vízzel érintkezik utoljára, kedvező lehetősé adódik a őz oldott sótartalmának csökkentésére. Ezt az teszi lehetővé, hoy a kazándobba beérkező tápvíz sótartalma kisebb, mint a orrcsövekből visszaérkező kerinő vízé. Ebből adódóan a dobban lévő víz átlaos sótartalma is kisebb a kazánvíz átlaos sótartalmánál és a vele érintkező őz sótartalma is kisebb lehet a orrcsövekből kilépő őz sótartalmánál. A vízoldali anyamérleet elírva, a tápvízzel bevezetett és a őzoldali bekötőcsövekből visszaérkező sómennyisé eyenlő az ejtőcsövekbe belépő és a leiszapolt sómennyisé összeével (a bekötőcsövekből a őzzel a kazándobba belépő és onnan a őzvezetéken távozó sómennyisé az elraadott vízcseppek sótartalmát is beleértve az előbbi sótartalom eltolódástól eltekintve eyenlő, íy az eyenletből elhayhatók): ( G L )C G( K 1 )C G K C L C 4.15 tv k ahol K a kerinési számot, C dob az ejtőcsövekbe belépő olyadék átlaos sótartalmát jelöli. Az eyenletből a dob átlaos sótartalmára a olyamatos leiszapolás előbbi képlet szerinti, relatív értékét iyelembe véve a következő összeüés adódik: 1 l Cdob Ck (Ck Ctv ) 4.16 K Meiyelhető, hoy kisebb kerinési számnál, nayobb leiszapolási aránynál a dobban keveredő víz átlaos sótartalma kisebb lesz. A őz sótartalmának csökkentése érdekében arra is van példa, hoy a orrcsövekből kilépő őzt a kis sótartalmú a kazándob hossztenelyével párhuzamosan véihaladó tápvízelosztó csőből lehulló, inoman elosztott tápvízzel, vay a dobból elvezetett őzből tápvízzel lekondenzáltatott mosóvízzel, őzmosó dobban átmossák [4.1]. Ennek yakorlati mevalósításánál azonban üyelni kell arra, hoy a cseppelraadás ne növekedjen me, mert ez a őz sótartalmának urásszerű növekedésével járhat. dob k 366

371 Hideout, hideout return: Üzem közben, az előzölötető elületeken lejátszódó olyamatok, illetve az elvezetett őz bevezetett tápvíznél kisebb sótartalma következtében, az előzölötető rendszerben a sótartalom olyamatosan változik. A űtőelületek, különösen az előzölötető csövek hatása abban jelentkezik, hoy az előzölötető határréteben a sók bedúsulnak, koncentrációjuk menövekszik, miután a keletkező őzbuborékok a olyadékázis sótartalmának csak ey (a meoszlási tényezőnek meelelő) részét viszik maukkal. A határrétebeli olyadékázis sókoncentrációjának növekedésével bekövetkezhet ey olyan állapot a határréteben, amikor a őzbuborékok által elvitt, illetve a határréteből a őzejlődéssel nem érintett, kisebb sótartalmú olyadékréteekbe diundáló/átkeveredő sótartalom ( S el, [k/s]) összee meeyezik az elpároló víz pótlására bevezetett víz ( S be, [k/s]) sótartalmával, azaz a só-mérle eyensúlyba kerül. Csak diúziót eltételezve [4.1]: D( C ahol q ajlaos elületi hőterhelés [kw/m ], r pároláshő [kj/k], meoszlási tényező, D diúziós eyüttható [m /s], s határréte vastasáa [m], h C C C k h m kazánvíz sótartalma [m/k], határréte sótartalma [m/k], C ) q q h m Ck Ch r r s 4.17 h előzöléssel nem érintett réte sótartalma [m/k]. Feltételezve, hoy az előzölötetéssel nem érintett réte sótartalma meeyezik a kazánvíz sótartalmával és az előbbi eyenletből a C / C hányadost kiejezve C C h k q sh 1 r D q sh 1 r D h 4.18 adódik, amely 100 bar nyomáson, 1 mm határréte vastasáot,,77*10-7 m /s diúziós tényezőt, 0,01 meoszlási tényezőt eltételezve, behelyettesítve a 3 Ch 4 10 q a 5 Ck 4 10 q 1 alakra eyszerűsíthető. A képletből meállapítható, hoy a határréte besűrűsödése a hőterheléssel növekszik. A.74. ábrán vázolt, barnaszén tüzelésre vonatkozó ~00 kw/m átlaos ajlaos hőterhelés eltételezésével a növekedés mértéke ~1,8- szoros. Miután a nyomás növelésével a pároláshő csökken, miközben a olyadékázis sűrűsée csak szerény mértékben nő, a határréte besűrűsödése a nyomással is nő (190 bar nyomásnál az eyéb eltételek változatlansáa esetén C / =~ lenne). Amennyiben eltételezzük, hoy a űtés mekezdése előtt a h C k k 367

372 kazánban mindenhol azonos sókoncentráció volt, a határrétebeli sókoncentráció növekedése a kazánvíz sókoncentrációját csökkenti. Íy a kazán indítása után a kazándobban mért sókoncentráció csökken, majd leálláskor növekszik. A jelenséet az anol szakirodalom alapján hideout és hideout return [], [4.3] olyamatnak nevezik. A valósában meiyelt koncentrációváltozás lényeesen eltér a határréte besűrűsödésére vonatkozó előbbi meontolásoktól. Ez részben mayarázható az eyes sóajták eltérő viselkedésével [4.1], [4.3], de két további hatást is eltételeznek: Eyrészt a sók és a kazánal között veyi reakciók léphetnek el, íy a sók ey része átmenetile mekötődik a határréteben vay a kazánvízben lévő manetit részecskéken. Másrészt a besűrűsödött só ey része az oldhatósái határ túllépését követően kiválhat, majd a határréte hőmérsékletének csökkenését követően visszaoldódhat (hideout return). Az előbbi hatásra a vízben oldott anyaok koncentrációjának változásából következtetni lehet. Nayobb (>0 μ/k) nátriumion koncentrációnál, tartósan nayobb teljesítményen előordulhat [4.3], hoy a kivált részecskék már nem oldódnak vissza, hanem tartósan a űtőelületen maradnak. Ennek meelőzésére nayobb sókoncentráció esetén a kazánt a koncentrációtól üően azonnal, vay maximum ey héten belül le kell terhelni. Hasonló jelensé tapasztalható oszáttal vézett kondicionálásnál (4.4. ejezet) is, amelynél kedvezőtlen esetben a lerakódások eltávolítására a kazán veyszeres tisztítására is szüksé lehet. Ennek meelőzésére olyan esetben, ha a kazán teljesítmény változása 5 ppm-nél nayobb oszát hideout, illetve hideout return, vay 0,-nél nayobb ph változással jár eyütt [], a oszátadaoláson változtatni kell. Cseppelraadás: A őz sótartalmával összeüésben utaltunk a cseppelraadás szerepére. A cseppelraadás abból adódik, hoy a kazándobban a vízréteen átáramló, a sűrűsékülönbsé hatására yorsuló őzbuborékok a vízelszínen áttörve vízcseppeket raadhatnak maukkal. Ezek tömearánya a őzhöz viszonyítva a értéket általában nem haladja me. A olyamat matematikai összeüésekkel nem írható le pontosan, csak kísérletile vizsálható. A cseppelraadás alapvetően a kazándobbeli víztükör terhelésétől, a vízszint eletti szabad maassától és a nyomástól ü, de jelentősen beolyásolják a kazánvizet lúosító, oldott anyaok is. A cseppelraadás naysáa a dob víztükrére vonatkoztatott átlaos (G, [k/m s]) tömeáram sűrűsé üvényében a [6]: C 4.19 n G összeüéssel közelíthető. A képletben a kazándobból kilépő őz nedvessétartalma [k/k], C állandó, n kitevő, amely a őz nedvessétartalmától (a őztér terhelésétől) ü. n értéke a normál üzemviszonyoknak meelelő kis ( <0,0005) nedvessétartalomnál a terheléstől, nyomástól, vízszint eletti szabad maassától üően 1-3, közepes (0,0005< <0,00) nedvessétartalomnál 3-4, nayobb ( >0,00) nedvessétartalomnál 6-10 [6]. Utóbbi nedvessétartalom kívül esik a kazánok normál üzemi tartományán, cseppelraadási krízisnek tekinthető. 368

373 A őz nedvessétartalmának számítására [4.5] kísérleti vizsálatok alapján, a cseppelraadás mértékét nem beolyásoló, kis kazánvíz sótartalommal a következő összeüést ismerteti: A képletben 3, 3 8 N, , 5 1, 1 Ga / Ga Galilei szám, a izikai jellemzőktől, Fr u N H H h h v 1 a dob víztükrén átáramló őzázis átlaos u sebesséétől, a a h vízszint eletti szabad maassának, a vízszint őzbuborékok u miatti kiterjedésével korriált h v értékétől és az 0,6 ( ) vízszint alatti átlaos téroathányadtól ü. A nyomástól üő anyajellemzők összevonásával, a bar nyomástartományban kiszámított, diszkrét pontokra illesztett közelítő üvénnyel (r =0,9999) a következő, csak a őznyomástól, a termelt őz víztükörre számított átlaos átáramlási sebesséétől, és a vízszint víztérben lévő őzbuborékok miatti meemelkedésével korriált őztér maassától üő, közelítő összeüés adódik [6]: 0,36 ( 71955, 10 8, p p 5 1, , p 0, 163) 10 p , 10 3 u H 4, 76, 3 p Miután a őz cseppelraadása, illetve az oldott sók mennyisée a őz sótartalmának mérése alapján nem választható szét, az irodalomban a kétéle hatást eyüttesen iyelembevevő vizsálati eredményeket, számítási összeüéseket is közölnek [ ]. Ezek azonban csak a kísérletek során ennállt dobelrendezésre, dobbeli áramlásra érvényesek, íy a yakorlatban csak enntartásokkal használhatók. Az előző összeüések a őz cseppelraadásának változását nem beolyásoló, kis kazánvíz sótartalomra vonatkoztak. A kazánvíz sótartalmának növekedésével (4.5. ábra) ey kritikus határértéknél mekezdődik a őz nedvessétartalmának arányos növekedése. A őz sótartalma a cseppelraadásnak, meoszlási tényezőnek meelelően a kritikus érték alatt is növekszik a kazánvíz sótartalmával, a kritikus érték elett azonban ez a növekedés a növekvő mértékben elraadott vízcseppek sótartalma miatt yorsul [6]. A kritikus érték több paramétertől: például a kazánvízben lévő só(k) ajtája (4.6. ábra), más oldott, diszperált anyaok előordulása, nyomás, őztér terhelése, vízelszín eletti szabad maassá ü. A nyomás növekedésével, 369

374 Fajlaos őztér terhelés (m 3 /m 3 h) Gőz sótartalom (m/k) Cseppelraadás (%) illetve a vízben lévő lúosító, habképző anyaok mennyiséének növekedésével urásszerűen csökken. Gőz sótartalma Cseppelraadás Kritikus sótartalom Kazánvíz sótartalom (m/k) 4.5. ábra Gőz sótartalmának, cseppelraadásának változása A yakorlatban, az előbbi képletben szereplő F víztükörre számított átlaos sebesséet a ajlaos víztükör terhelésével [m 3 /m h] Gv V 4. F a korriált őztér maassáot a kazándob ajlaos őztér terhelésével [m 3 /m 3 h] Gv V 4.3 V helyettesítik, ahol V a őztér téroata. Irányértékükre a 4.5 ejezet ad iránymutatást. Többéle oldott só esetén a kazánvíz meenedett C kr k n i1 C C i kr i C kr k sótartalmát elméletile a 4.4 kiejezéssel lehetne kiszámítani [6], ahol C i az i-edik sóélesé mennyisée a kazánvízben [m/k], az i-edik sóélesé kritikus sótartalma [m/k]. C kr i 4000 Kritikus sótartalom NaOH Na SO 4 NaCl Kazánvíz sótartalma (m/k) 4.6. ábra Kritikus sótartalom változása [6] 35,3 bar nyomásnál, 50 mm vízállásnál, 630 mm őztér maassánál 370

375 A valósában az eyes sóéleséekre a különéle, eyéb eltételektől üő kritikus sótartalmak nem állnak rendelkezésre, íy a kazánvíz meenedhető sótartalmának előírása yakorlati tapasztalatok alapján történik. Esetenként mé helyesen meválasztott kazánvíz sótartalomnál is bekövetkezik a őz cseppelraadásának urásszerű növekedése, tartósan maas szintje. Ezt yakran a kazánvíz elhabzása, a dob vízszintje eletti hab, permet képződés okozza. Kialakulása a túlzott szilárd anya (Fe, Cu, Si, Na, K) tartalomra, lúossára és szerves anyaok jelenlétére vezethető vissza []. Meelőzése csak az oldott szilárd, szerves anyaok mennyiséének vízelőkészítéssel, leiszapolással történő lényees csökkentésével lehetsées. Kényszerátáramlású előzölötető cső: Kényszerátáramlású kazán csőrendszerében történő előzölötetésnél, a csőben történő só lerakódások meelőzésére, a csőbe bevezetett összes sónak távozni kell a csőből kilépő őzzel. Ebből adódóan az ilyen kazánoknál elhasználható tápvíz elméletile meenedett sótartalmát az előzölés olyamán utoljára keletkező (telített) őz só oldóképessée határozza me. A tápvíz csak akkora sómennyiséet tartalmazhat, amelyet a őz maával tud vinni anélkül, hoy lerakódások keletkeznének a csőalon. A cső elemi szakaszára elírt sómérleből, a cső ey adott keresztmetszetében mé el nem őzölött víz C [m/k] sótartalma a csőbe belépő tápvíz C tv [m/k] sótartalma, az x őztartalom és a meoszlási tényező alapján (a víz és őzréteek keveredését kizárva) közelítőle számítható [4.1]: x 1 Cx Ctv x A maradó víz ( 1 x ) mennyisééből a vízben visszamaradó S x [k/s] sómennyisé is mehatározható: S x S tv 1 ( 1 x ) 4.6 x =90% előzölést, =0,01 átlaos meoszlási tényezőt eltételezve S / S =0,977 adódik, ami azt jelenti, hoy a tápvízzel bevezetett S tv [k/s] sómennyisé 97,7%-a mé a 10%-nyi el nem őzölött olyadékban van. A valósában a víz és őz keveredik, yűrűs áramlás cseppelraadással (3.9., ábrák) alakulhat ki, másrészt ez esetben is jelentkezhetnek a hideout jelenséel összeüésben ismertetett határrétebeli olyamatok. Ezek eyüttes hatására a sók az előző összeüésekből számíthatónál yorsabban jutnak át a őzázisba, de az előzölés véére csökkenő olyadékázisban visszamaradó sómennyisé mé ezek iyelembevételével is jelentős. Íy az előzölés vée elé beiktatott vízleválasztó edénnyel (.10. ábra, Sulzer, Ramzin kazán) a tápvízzel bevezetett sótartalom jelentős része elvezethető és a őz sótartalma lényeesen csökkenthető. Szuperkritikus kazánoknál nincs elsődlees ázisváltás, a meoszlási tényező 1-el eyenlő. Ilyen esetben is iyelembe kell azonban venni, hoy eyrészt a berendezés indítás, leállítás, csúszó paraméteres üzemvitel során tartósan üzemelhet szubkritikus állapotban, másrészt a szuperkritikus őz -ben jól oldódó sók a turbinában, az expanzió során kiválhatnak. Különösen a kovasav (SiO ) x tv 371

376 oldhatósáának változása okozhat üzemviteli nehézséeket. Ezért a tápvíz minőséét a teljes körolyamat jellemzői alapján kell mehatározni. Vízoldali korrózió: A vízben oldott savak, lúok, ázok yakran okoznak korróziót az acélból készült szerkezeti elemeknél. A olyamatok meítélését nehezíti, hoy a meleítés hatására bekövetkező, előzőekben vázolt átalakulásokat is iyelembe véve nayon összetett jelenséekről van szó. A korróziós olyamatokra az oldott vastartalom növekedése utal. Miután a korszerű vízelőkészítő eljárásokkal a technolóiai eljárások betartása esetén a korróziót okozó anyaok mennyisée minimálisra csökkenthető, csak a olyamatok jelleét ismertetjük, ténylees mehibásodásokra a 4.7. ejezetben térünk ki. Leyakrabban oxién (és esetle széndioxid) okozta korrózió ordul elő. A korrózió a szerkezeti anya és környezete között lejátszódó, az anya (alakjának, tulajdonsáainak, viselkedésének, stb.) meváltozásával járó elektrokémiai (redox) olyamat, amely ormálisan két reakcióra: oxidációra és redukcióra osztható el [4.35], [4.36], [4.48]: Ezek közül az oxidáció a tulajdonképpeni korróziós olyamat, a ém eloldódása, amelynek során a ém atomjai az anódon szilárd állapotból ionos állapotba mennek át és elektronok válnak szabaddá. Vas esetén például: Fe Fe + + e - A redukció során a szabaddá vált elektronokat az elektronsemleessé helyreállítására a émelület környezetében lévő valamilyen összetevőnek azonnal semleesíteni kell. Ez a katódon lejátszódó olyamat a határréteben lévő köze összetételétől ü. Amennyiben a köze semlees, vay lúos és oldott oxiént tartalmaz, akkor a redukció a H O + O + 4e - 4OH - eyenlet szerint játszódik le, savas (ph 4) oldatoknál ezzel szemben a protonok redukálódnak: H + + e - H. A olyamatot vázlatosan a 4.7. ábra mutatja, amelynek bal oldalán a vas és víz határelületen lévő kristályokon, savas kémhatású vízben, oxién jelenléte nélkül, lejátszódó reakciókat vázoltuk. FeO(OH) Katód Fe + Anód Fe Fe(OH) Fe + Anód Fe H H + e - Katód OH - 1/O +H O e - Katód Oxidáció: Fe Fe + +e - Redukció: H + +e - H Véeredmény: Fe +H + Fe + +H Oxidáció: Fe Fe + +e - Redukció: 1/O +H O+e - OH - Véeredmény: Fe +1/O +H O Fe(OH) Fe(OH) +1/O FeO(OH)+H O a) Elektrokémiai olyamat b) Elektrokémiai olyamat oxién jelenlétében 4.7. ábra Redox olyamatok vas elületén [4.35] Korróziót idéz elő a yenén savasan viselkedő veytiszta víz is, melynek disszociációja során H + és HO - ionok képződnek [4.1]. Ennek eredményeként: 37

377 A hidroén ionok eyrészt vas (Fe + H + Fe + +H ) ionok képződésére vezetnek, amelyek a víz hidroxil ionjaival vashidroxiddá (Fe + + OH - Fe(OH) ), alakulnak. Másrészt a hidroén ionok a ém vasat polarizálják. Ez azzal mayarázható, hoy a ém vas kémiai potenciálja az oldott vas ionokénál nayobb, íy a vas az előbbiek szerint pozitív töltésű ionok ormájában olyamatosan oldódik. A visszamaradó ém vas neatív töltésűvé válik. Az oldott vas ionok a hidroxil ionokkal vashidroxidot alkotnak, mí a pozitív töltésű hidroén ionok a ém vas neatív töltését semleesítik, azaz a további korróziót meakadályozva polarizálják. A vashidroxid képződés mindaddi olytatódik, amí az oldat vashidroxidban telítetté nem válik, vay amí a vasat a hidroén a második részolyamat szerint nem polarizálja. Széndioxid nem csak a korábban elnyelt ázokból, hanem a hidrokarbonátok már említett, meleítés hatására bekövetkező bomlásából is származhat, ha a vízben ezek kisebb, vízelőkészítés nélküli kazánoknál, vay rossz tápvíz előkészítés esetén jelen vannak. Ca(HCO 3 ) CaCO 3 + H CO 3 ( CO +H O) A bomlási olyamat a meiyelések alapján a keletkezett széndioxid mennyisétől is ü. Ey adott karbonát mennyisénél, ey adott hőmérsékleten a további bomlás meakadályozásához adott széndioxid tartalomra van szüksé. Ezt a széndioxidot tartozékos széndioxidnak nevezik, szemben a karbonátban lévő kötött széndioxiddal. Amennyiben a vízben oldott széndioxid mennyisée a tartozékos széndioxid mennyisénél nayobb, a többlet a vízben lévő kalcium karbonáttal reakcióba léphet, ezzel a keményséet növelheti, ezért mekülönböztetésére, a mészre aresszív széndioxid mejelölést alkalmazzák. A tartozékos és mészre aresszív széndioxid összee a szabad széndioxid. A szerkezeti anya korrózióját a (CO őz, vay töredék részben H CO 3 szénsav ormában) oldott tartozékos és a mészre aresszív széndioxid eyüttesen idézhetik elő. Ennek során először a széndioxid a disszociálódó vízzel hidrokarbonát, vay karbonát ionná alakul át: 50 C alatt: CO + H O H HCO 3 50 C elett: CO + H O H CO 3 Ezek lépnek reakcióba az ionos állapotban lévő két veyértékű vas ionokkal: Fe + + HCO 3 - = Fe(HCO 3 ) Fe + + CO 3 - = FeCO 3 A képződött karbonát veyületek elbomlanak, és vízben jobban oldható vas(ii)hidroxid keletkezik: Fe(HCO 3 ) Fe(OH) + CO FeCO 3 + H O Fe(OH) + CO Íy széndioxid vonatkozásában visszaáll az eredeti állapot. A vas veyületek pedi a következő ejezetben ismertetett Schikorr reakció szerint manetit képződéshez, vay vízben oldott oxién jelenlétében 373

378 Fe(OH) + ½O + H O = Fe(OH) 3 Fe O 3 + 3H O vízben oldhatatlan vas(iii)hidroxid, illetve (Fe O 3, hematit, rozsda) képződéséhez vezethetnek. A korrózió meakadályozására a teljes CO mennyiséet el kellene távolítani, ekkor azonban karbonátokat tartalmazó víz esetén, tartozékos széndioxid hiányában, olytatódna a karbonátok kazánkőképződéssel járó bomlása. Ezért a yakorlatban meelészenek az aresszív széndioxid képződésének a víz lúosításával (ph értékének növelésével) történő meakadályozásával. Ha a ph érték nayobb, mint amekkora az oldott karbonátokhoz eyensúlyi állapotban tartozik, akkor a karbonátokból CO válik ki, ha kisebb, akkor a ölös CO korrózióra vezethet. Oxién korrózió ormálisan az előbbi reakcióeyenlet szerint mey vébe. Lényees különbsé azonban, hoy mí a széndioxid korrózió vas(ii)hidroxid képző hatása a teljes berendezésben jelentkezik, az oxién korrózió helyile, esetle lokálelemek kialakulásával, lyukkorróziót okozva idézhet elő súlyos kazán mehibásodásokat (4.7. ejezet). Ezt az oxién depolarizáló hatása mayarázza, amellyel eyrészt a vas elületen lévő polarizáló hidroént vízzé, majd az oldott vashidroxidot az előbbi reakcióeyenlet szerint oldhatatlan vasveyületté oxidálja (4.7. ábra jobb oldalán vázolt olyamat). Lokálelem (amely meakadályozza a polarizációt) a ém vas és eltérő kémiai potenciálú anyaok (például: ötvözőelemei, elületre rakódó oxidjai, a kerinő vízzel a berendezés más anyaú szerkezeti elemeiből behordott, elületre rakódó émionok, stb.) között jöhet létre. Polarizáció hiányában, a helyi lokáláram hatására a vas olyamatosan oldódik, vashidroxiddá, majd oldhatatlan vasoxidokká alakul. A korrózió meelőzésére a tápvizet áztalanítani (oxién-mentesíteni) kell. A korrózió a szerkezeti elemek yártása szállítása során is jelentkezhet [4.48], ennek meelőzésére jó lehetőséet kínálnak a szerves konzerváló anyaok, mint például a korrózióvédő olajok és inhibitorok. Ezeket eyenletesen elhordva, meakadályozzák a szerkezeti elemek elületének oxiénnel vay vízőzzel történő érintkezését. 374

379 4.. Belső védőréte, lerakódás képződése A csövek belső elületén lerakódás csak akkor keletkezik, ha a bevezetett víz előzölése során, az előzölötető elületeken a határrétebeli besűrűsödés következtében, túltelítetté váló oldatból különböző sók, ionok kiválnak. Védőréte minden esetben létrejön, és ennek átalakulása, leválása, illetve mekötő-képessée uyancsak lerakódásokhoz vezethet. Ezért első lépésként a védőréte keletkezését ismertetjük. Manetit réte képződés elméleti alapjai: A kazánok szerkezeti anyaként alkalmazott acél elülete és a vele érintkező víz, vay őz között a hőmérséklettől is üően különböző reakciók mehetnek vébe [4.6]-[4.8] o C között a Schikorr szerinti vay a 3Fe(OH) = Fe 3 O 4 + H + + e + H O 3FeO + H O = Fe 3 O 4 + H + + e ( H + + e = H) olyamat vezethet manetit képződéshez. A reakciókhoz oldott állapotú Fe(0H), illetve Fe0 szüksées, melyek a Fe + + H O = FeO + H + vay Fe + + H O = Fe (OH) + H + eyenletek szerint keletkezhetnek. A reakciók előeltétele, hoy a vasionok koncentrációja l ( Fe ) 13, 9 ph 4.7 értékű leyen, azaz ph=9 érték esetén 500 /l eletti Fe + koncentráció kellene. Üzemi berendezéseken elvézett mérések 00 /l eletti vastartalmat nem mutattak, de ennél kisebb átlaérték esetén is, a határréteben bedúsuló Fe + ion koncentráció elérheti az előbbi eyenlet szerint értéket. Az átalakulások sebesséét a keletkező manetit mennyiséét a rézötvözetű kondenzátorcsövekből kioldott, vay annak elületéről elraadott Cu (CuO) ionok katalitikusan yorsítják o C ölött a manetit közvetlenül a 3Fe + + 4H O = Fe 3 O 4 + e + 8H + eyenlet szerint keletkezhet. Ennek előeltétele, hoy a redoxpotenciál az E0 0, 980 0, 364 ph 0, 0886l ( Fe ) 4.8 értéknél nayobb leyen. Ha a vízben szabad oxién van, akkor a keletkező hidroén mekötődik. 4e + 4H + + O = H O Utóbbi átalakulásra a víz ph értéke és az oxién nyomása (az eredeti közleménynek meelelően atm mértékeysében) üvényében az E 18, 0, 0591 ph 0, 0147l p 4.9 0O O 375

380 Redoxpotenciál (V) összeüéssel számítható redoxpotenciál jellemző. Az irodalomban a manetit képződését leíró előbbi reakciót rendszerint a 3Fe + + 4H O = Fe 3 O 4 + 4H eyszerűsített ormában ismertetik. A viszonyok szemléletesen a Pourbaix elé diaramban (4.8. ábra [4.6]) láthatók. Az Fe mezőben a vas stabil (immun), nincs semmiéle korrózió. Az Fe 3 O 4, Fe O 3, Fe(OH) 3 mezőben a korróziós termék stabil, ali oldódik, a elületen védőréte alakul ki. A korrózió sebessée ien alacsony, ez a passzivitás tartománya. Az Fe + korróziós zónában az oldódó vasionok olyamatosan keletkeznek, védőréte nem tud kialakulni. 1,8 1,6 1,4 1, 1 Fe 3+ O Fe O 3 hematit Fe (OH) 3 rozsda (viláossára) 0,8 Fe (OH) 3 0,6 0,4 0, 0 H O stabil tartománya Semlees vízkör, H O adaolás Lúos vízkör Fe 3 O 4 Flade potenciál -0, -0,4-0,6 H Fe + Fe + Fe 3 O 4 Fe 3 O 4 manetit, sötét kékes ekete -0,8-1 Fe Fe -1, ph érték 4.8. ábra Pourbaix éle diaram [4.6] Az ábrában a vas mellett a víz stabil tartományának redoxpotenciál értékeit is berajzoltuk. A első vonal ölött O ejlődés, az alsó vonal alatt H képződés indul me. Az ehhez szüksées redoxpotenciál értékek illetve E 18, 0, 0591 ph 0, 0147l p 4.9a 0O O E0H 0, 0591 ph 0, 096l p H 4.30 Az oldat akkor semlees, ha az oldott O és H aránya a vízben elolalt arányuknak meelel, azaz po 0, 5 p H. Íy ph=7 esetén E 0 =0,4 V. Bizonyos redoxpotenciál alatt a vízzel érintkező passzív oxidréte aktívvá válik, és ezáltal a vas oldatba mehet. Ennek az értéke (a Fladetól eredő meiyelés emlékére) a Flade potenciál: E = 0,580 0,059pH 4.31 amit az ábrában szaatott vonal mutat. Az előbbiből következik, hoy a képződő manetit réte, további korrózió meelőzése szempontjából ontos, stabilitásához a lekedvezőbb eltételek tiszta (sótalan) víznél 0,4 V redoxpotenciál és ph = 7 376

381 környezetében vannak. A vízben oldott anyaok (oxién, illó- és szilárd lúosító szerek, réz- és más émionok, sók, stb.) beolyásolják a redoxpotenciál naysáát és ez által a manetit réte keletkezését, vay instabilitását. Túlhevítő csövekben a vas a következő eyenletek szerint léphet reakcióba vízőzzel: ¾ Fe + H O = ¼ Fe 3 O 4 + H Fe + H O = FeO + H 3 FeO + H O = Fe 3 O 4 + H A hároméle reakció eyensúlyi állandói (sorrendben K 1, K, K 3 ) között, Chaudron vizsálatai alapján, 570 C-on a következő összeüés áll enn [4.1]: 1 lo K1 ( 3lo K lo K3 ) C alatt a vas, vízőzzel reakcióba lépve, közvetlenül manetitté alakul ( K 1> K ), e ölött előbb FeO képződik. Az FeO lerakodásbeli jelenléte íy az 570 C-nál nayobb őzhőmérséklet előordulását tanúsítja. Amennyiben a lerakódásban hematit (Fe O 3 ) előordul, az a beépítés előtti rozsdásodásra, vay a kazán manetit réteének oxiénbetörés miatti sérülésére, illetve nayobb krómtartalom miatti, ékezett Fe ion diúzióra utal. Utóbbi esetekben a hematit máneses. Kalcium karbonátos védőréte: A manetiten kívül máséle védőréte is kialakulhat. Ennek jelentősée réebben volt nay, amikor a kevésbé tökéletes tápvíz előkészítés következtében a víz kalcium hidrokarbonátokat tartalmazott, oldott ormában [4.1]. Ehhez a ph értéknek meelelő naysáú széndioxid is tartozik. Eyensúlyi ph esetén (amikor a karbonátokból sem CO kiválás, sem velük reakcióba lépő ölös CO nincs) a vaselület közelében bedúsuló OH - ionok a szabad CO ey részét meköthetik, íy a határréteben a Ca (HCO 3 ) CaCO 3 + H CO 3 (CO + H O) eyenletnek meelelően CO válik ki, ami eyúttal a CaCO 3 kiválásához vezet. Ez a Fe(OH) 3 alakú, vízben oldhatatlan errihidroxiddal (rozsdával) eyütt a csőalra tapad és vékony, tömör védőréte keletkezik, ami a további korróziót meakadályozza. A védőréte kialakulásának előeltétele, hoy a szabad széndioxid tartalom az eyensúlyi értéknek meelelő, vay annál ali kisebb leyen. Lényeesen kisebb CO tartalom a hidrokarbonátok olyamatos bomlásához és ez által kazánkő képződéshez vezetne. Az előzőekből következik, hoy a kisnyomású, nem teljesen sótalanított vízzel üzemelő kazánok előzölötető elületein mejelenő vékony viláos (sárás)piros lerakódás nem káros, az uyanúy meakadályozza a további korróziót, mint a sótalanított vízzel üzemelő kazánok manetit védőrétee, ha kondicionálással a meelelő eltételeket biztosítják. Az irodalom [4.17] a hidroxilapatit Ca 5 OH(PO 4 ) 3 védőréteről is említést tesz. Manetit réte vastasáának változása: A manetit-réteet korábban teljesen tömör anyanak képzelték el, amely a további reakciókat kizárja. Ezzel szemben üzemi vizsálatok a manetit réte vastasáának változását mutatták. Ez részben a 377

382 0-30 µm réte oyásával, részben vastaodásával van kapcsolatban. A manetit réte oyása kémiai okokkal, elsősorban a tápvíz előmeleítőkben mayarázható (az eyéb okokra a későbbiekben visszatérünk): Leyenébbnek az a mayarázat tűnik, hoy a nem kellően tiszta elületen kialakuló manetit réte a nay sebesséel áramló víz eróziós hatására a elületről leválik, belekerül a olyadékáramba, a ém tisztává váló elületen újabb réteképződés indul me. Jobban mayarázza a viszonyokat, hoy a nem kellően kondicionált (Flade potenciál alatti) környezetben nem tud stabil védőréte kialakulni, íy olyamatosan Fe + ionok mennek oldatba, amelyet az áramlási eróziós hatások yorsítanak. Uyancsak yorsítják a olyamatot a jelenlévő más ionok is. Nem zárható ki az a mayarázat sem, hoy a manetit védőréte a kazánok átmeneti üzemállapotában (indítás és leállás, esetle terhelésváltoztatás során) leválik, majd a levált részecskék másutt rakódnak le. Ezt a jelenséet a tranziens üzemállapotokban mért nayobb hidroénáz-koncentrációk iazolták [4.99]. Az előbbi jelenséek előzölötető csövek szempontjából azért kedvezőtlenek, mert a kazánba behordott Fe + ionok járulékos manetit rétevastaodást okoznak. A Pourbaix diaramban (4.8. ábra) a kazánok szokásos üzemi tartománya is látható. A kondicionálásnak biztosítani kell, hoy a már kialakult Fe 3 O 4 stabil maradjon. Erre a yakorlatban, mint azt a következő ejezetben bemutatjuk, két üzemmód van. Semlees (ph 7 körül) vízkör esetén a 0,4 V redoxpotenciál elérése csak O adaolással lehetsées (célszerűen H O hidroén-peroxid ormájában), úy hoy a kisnyomású előmeleítőknél az O lealább 00 μ/l, a naynyomású előmeleítőknél lealább 50 μ/l leyen [4.6], [4.10, 4.11]. Lúos (alkalikus) vízkörnél (ph 9) kis O koncentrációt (<-3 μ/l) tartanak, ezzel eyidejűle illó (ammónia, NH 3, illetve hidrazin: N H 4 ) vay szilárd lúosító szer adaolást létesítenek és üzemeltetnek [4.1, 4.3]. Határelület: Beáyazódott, ideen eredetű manetit kristályok mérete: 1-15 µm. Erózió Külső réte képződése 3Fe(OH) Fe 3 O 4 +H O+H Külső durva kristályos réte Eredeti émelület Ionvándorlás a pórusokon keresztül, pórusméret: 10 nm Fe Fe + +e - Belső mikrokristályos réte Kristályok mérete: nm Fe + OH - 3Fe+ 4H O Fe 3 O 4 +8H + +8e Fémelület 4.9. ábra A manetit növekedés sémája [4.9] A manetit réte vastaodása az előzölötető csőelületeken üzemi tapasztalat. Oka kettős. Eyrészt a már kialakult manetit réte porózussáa, másrészt az oldott állapotban beáramló Fe + ionok, illetve szilárd manetit szemcsék hatása [4.9]. A 378

383 porózus réteen (pórusnaysá: 10 nm) kétirányú diúzió indul me. Alsó határelületén a mé ép szerkezeti anyaból Fe + ionok keletkeznek, ezek a vízoldal elé áramlanak, a vízoldali elületéről OH - ionok diundálnak az alsó, mé ép elület elé. Íy a manetit réte két irányban vastaodik ( ábra). kialakul ey tömörebb alsó réte, ebben az ötvözők bedúsulnak, és ezzel eyidejűle ey durvább kristályokból álló vízoldali réte, amelyben a lebelső réteben kismértékben bedúsult manánt kivéve, ali vannak ötvözők, (4.11. ábra). A három veyértékű Cr és a többi ötvözők, a két veyértékű Mn kivételével, yakorlatila oldhatatlanok, ez mayarázza bedúsulásukat, mí a manán a vashoz hasonlóan viselkedik. A kielé diundáló Fe + ionok az erősen alkálikus környezetben (OH - ionok miatt) Fe(OH) -vé alakulnak, amiből a már ismertetett Schikorr reakció szerint képződhet a külső elületen durva kristály. A külső, kiálló manetit kristályokat epitaktikus rétenek, a belső inomabb, tömörebb pórusos részt topotaktikus rétenek nevezik. A külső réte növekedéséhez az oldott Fe + ionok a pórusokon vízoldalra diundáló ionokhoz hasonlóan járulnak hozzá, mí a manetit részecskék belerakódnak ebbe a külső rétebe [4.9] ábra Nay hőmérséklet hatására, hosszabb üzemidő után kialakuló manetit (reve) réte 10 CrMo 910 anyaú, 535 C őzhőmérsékleten üzemelő csőben (~10000 szeres nayítás) [4.14] A olyamat úy képzelhető el, hoy az előző elületekről levált Fe + ionok az oldott sókhoz hasonlóan bedúsulnak a határréteben, íy kiválnak, kiválasztva a szilárd manetit szemcsék ey részét is. A réteben kiváló m [m/m h] anya mennyisée Mankina kiejezésével [4.17] m KmCq számítható. Látható, hoy a lerakódás vastasáa annál nayobb, mennél nayobb a hőterhelés. Íy a csövek jobban űtött részén nayobb a lerakódás vastasáa, ebből a keletkezés körülményeire közvetlenül következtetni lehet. Uyanakkor a 379

384 vastaabb manetit réte, a nayobb hőterhelésű szakaszokon, járulékos iénybevételeket (tovább növeli a alhőmérsékletet) okoz. A manetit réte növekedési sebesséét elméleti meontolások, laboratóriumi és üzemi mérések alapján különböző módon közelítik [4.8, 4.9]: Lineáris növekedés hosszabb üzemidő után vézett vizsálatok szerint úy tűnik, hoy a manetit réte képződése (elsősorban nayobb karbontartalmú acéloknál [4.108]) az üzemidővel arányos, a képződési sebessé: m Fe 3 O = 1 m/m h ábra Koncentráció eloszlás manetit réteben [4.9] (13 CrMo 44, 600 üzemóra) Parabolikus növekedés a manetit réte vastaodása az üzemidő () növekedésével lassul, mert a vastaabb réte ékezi a kristályrácson át történő diúziót, a rétevastasá változása: d = C* [mm ] 4.34 ahol a C hőmérséklettől üő, arányossái tényező (parabolikus rétevastasá növekedési sebessé állandó) a különböző anyaokra, hőmérséklet tartományokra az eddii tapasztalatok szerint széles határok között változik. A reakciót annak részben diúziós jellee ellenére a mérési eredményeket az abszolút hőmérséklet reciprokjának üvényében ábrázolva meiyelt linearitást iyelembe véve kinetikusnak tételezik el [4.14]. Például Ulrich [4.18] hayományos, errites túlhevítő csőanyaokra o C hőmérséklet tartományban az Arrhenius éle összeüést az RT C 66000* e [mm /h] 4.35 alakban adja me. Más szerkezeti anyaok parabolikus rétevastasá növekedési sebessé állandóiról [4.0] ad összeolalót. Különböző krómtartalmú szerkezeti anyaok C állandóját, amelyet a yakorlatban őzoldali korróziós állandónak is neveznek (a ábrán látható parabolikus 380

385 Revevastasá ( m) rétevastasá növekedésből levezetve) a 4.1. ábra mutatja [4.1]. Nayobb krómtartalmú acélok oxidréte vastasá növekedésére [4.110] ismertet vizsálati eredményeket. Loaritmikus növekedés a növekedési sebessé csökkenését a hosszabb pórusokon át vébemenő diúzió ékeződésével, az üzemidő loaritmusával veszi arányosnak: 3 d 1, 9* 10 k1 ln( 1 k ) [mm] 4.36 ahol a Mannheimi erőműben elvézett mérések szerint, o C hőmérséklet tartományban, k 1 =,5 m/cm, k =0,01 1/h. [4.15]. A valódi olyamatokat jobban iyelembe venné a diúziós elméletből kiinduló, mind a vastaodást mind a oyást iyelembe vevő számítási eljárás, amelynek kiejlesztése mekezdődött [4.16]. Revésedési hőmérséklet ( C) lc -4,5 Ötvözetlen acél -5-5,5-6 -6,5-7 -7,5,5 % Cr, 1 % Mo 9 % Cr 1 % Cr Finomszemcsés TP 347H -8-8, ábra Rétevastasá növekedési (őzoldali korróziós) állandó [4.1] (Sumitomo, Mannin+Metcale vizsálatok alapján) % Cr, 600 C % Cr, 600 C 00 9 % Cr, 560 C % Cr, 560 C Idő (Ezer órában) ábra Parabolikus rétevastasá növekedés [4.1] A manetit réte keletkezését a reakciók során szabaddá váló hidroén olyamatos mérésével lehet nyomon követni. A reakcióeyenletek alapján számítható az átalakuló vas mennyisée, és ebből a vas (7,85 k/dm 3 ), illetve a manetit (5, k/dm 3 ) sűrűsée közötti különbsé iyelembevételével a manetit réte vastasáa. Utóbbi közelítőle kétszerese az eloyott vas rétevastasáának. Semlees vízkörnél, ahol a kondicionálás oxiénadaolással (például H O 381

386 ormájában) történik, az oxién oyásának mértékéből is következtetni lehet a védőréte kialakulására. Az előző modellek alapján (370 C hőmérsékletnél) kiszámítva [4.34] a manetit réte vastasáát, az üzemidő üvényében, a következő eredmények adódnak (mm-ben) táblázat Üzemidő (Óra) Lineáris növekedés 0,0004 0,00 0,004 0,008 0,019 0,039 Parabolikus növekedés 0,0015 0,003 0,005 0,007 0,011 0,016 Loaritmikus növekedés 0,0115 0,019 0,0 0,05 0,030 0,033 Látható, hoy a parabolikus növekedés eltételezésével számított érték hosszabb üzemidő után elmarad a másik két elmélettel számított értéktől. Ennek oka, hoy a C állandót elméletile, illetve viszonyla rövid vizsálati idő alapján határozták me. Hosszabb időtartamú üzemi vizsálatok azt mutatták, hoy C értéke 5-10-szer nayobb az Ulrich által javasolt képlet szerinti értéknél, ami a rétevastasá, - 3,-szeres értékét adná. Ennek iyelembevételével üzemóránál mindhárom elmélet közel azonos manetit réte vastasáot ad. Az eredményekből meállapítható, hoy a védőréte kezdetben nayon vékony, kialakulása természetes módon nayon lassú, a természetes úton kialakuló védőréte a al hőmérsékletet ali növeli (mé 0,1 mm rétevastasá, 00 kw/m hőterhelés és 1 W/mK hővezetési tényező esetén is csak 0 o C a alhőmérséklet növekedése), a őzképződési középpontok számát és jelleét nem változtatja és ez által a orrásos hőátadás jellee nem változik, íy emiatt sem következik be a alhőmérséklet növekedése, a vékony védőréte a korrózió meakadályozására nem alkalmas, ezért a kazán üzembe helyezése előtt veyszeres kezeléssel (pácolással) kell meelelő vastasáú védőréteet kialakítani. 38

387 4.3. Vízminőséi előírások A kazánok üzembiztos működésének, a várható üzemi körülményeknek meelelő szerkezeti kialakítás, anyaválasztás mellett, az is előeltétele, hoy a vízből az előmeleítés, előzölötetés, túlhevítés során a űtőelületeken ne keletkezzenek kiválások, illetve a víz a különéle hőmérsékleten üzemelő szerkezeti anyaoknál ne okozzon korróziót. A kazán által szoláltatott őz, orróvíz minőséének az utánkapcsolt berendezések (őzturbina, csővezetékek, hőcserélők, stb.) zavartalan működését is biztosítani kell. Miután a természetes vizek mint azt bemutattuk a hőmérséklet növekedésével átalakuló, kiváló oldott sókat, ázokat tartalmaznak, a berendezésekben csak meelelően előkészített, szennyeződésmentes (szokásos meoalmazások szerint: tiszta, színtelen, átlátszó, lebeő anyaoktól mentes) tápvizet szabad elhasználni, a víz sótartalmát, a űtőelületeken történő kiválások meelőzésére, az adott szerkezeti kialakításnak, elhasználási iényeknek meelelő értékre kell csökkenteni, a szerkezeti anyaoktól is üő korróziós olyamatok minimalizálására o a víz oldott áztartalmát, illetve a vízelőkészítés során a vízben oldott sók átalakulásával létrejött ázokat el kell távolítani, o a víz ph értékét kondicionálással be kell állítani, a elhabzást me kell előzni, a kazánvízből esetle kiváló anyaokat, illetve az esetlees oldott korróziós termékeket rendszeresen el kell vezetni. Az előbbiek mevalósítását a munkaköze kondicionálása seíti elő, melynek eladata [4.3]: a manetit réte, vay más védő oxid réte kialakulásának előseítése, a korrózió minimalizálása a ph érték optimalizálásával, a víz keményséének stabilizálása, a kiválások meelőzése vay minimalizálása, kémiai oxién lekötés mevalósítása, speciális védőréteek kialakítása ilmképzéssel a ém elületeken. A kazántechnolóiával eyütt a vízminőséel szembeni elvárások is nay ejlődésen mentek keresztül. A korróziós olyamatok vizsálata, újabb, jobban ötvözött anyaok bevezetése, nayobb kazánnyomás, őzhőmérsékletek alkalmazása a kondicionálási iényeket, a kapcsolódó ejlesztések a rendelkezésre álló beavatkozási lehetőséeket is módosították. A olyamatos ejlődés, a yakorlati tapasztalatok, elismerések a szabályozások rendszeres elülvizsálatát tették szükséessé. Ennek is következménye, hoy a vízminősé jellemzőinek szabályozására mái nem alakult ki eysées előírásrendszer. Uyanakkor, mint bemutatjuk, a sokéle előírás ellenére az alapvető minőséi elvárások csaknem azonosak. A különbséek inkább a vízelőkészítő berendezések, körolyamatoknál alkalmazott szerkezeti anyaok sokélesééből, az ezekkel szerzett yakorlati tapasztalatokból adódnak. Az eyes előírások részletes ismertetése előtt arra is utalunk, hoy adott esetben a változó előírásokat a jól bevált üzemi yakorlatnak nem kell követni, a korábban épített berendezések a korábbi, létesítésük idején érvényes előírások alapján üzemeltethetők. 383

388 Az előírásokban általában a következő jellemzőkre szerepelnek határértékek: Közvetlen és korriált vezetőképessé 5 C-on. A tápvíz, kazánvíz sótartalma szempontjából utóbbi a jellemző, a két érték különbsée a tápvíz CO tartalmára utal. A hőmérsékletüés miatt a más hőmérsékleten mért értékeket 5 C-ra át kell számítani. Naysáukat a kondicionáló szerek is beolyásolják, a határértékek általában a kondicionáló szerek hatása nélkül értendők. ph érték 5 C-on. A tápvíz, kazánvíz lúossáát, a kondicionálás minőséét jellemzi. A hőmérsékletüés miatt a más hőmérsékleten mért értéket 5 Cra át kell számítani. Tápvíz keménysée. A keményséet okozó Ca és M sók maradék mennyiséét mutatja. Tápvíz nátrium, kálium tartalma. A túlhevítő csövek esetlees elrakódása szempontjából veszélyes, és ezért (kényszerátáramlású kazánok tápvízében, illetve más kazánok beecskendezésre elhasznált tápvízében) korlátozandó Na és K veyületek Na és K tartalmát jellemzi. Összes vas, összes réz (esetle összes alumínium) tartalom. A tápvízre előírt értékek a korróziós olyamatok intenzitásának általános értékelése szempontjából (és esetenként a kazánvíz elhabzásában is közreható) jellemző anyaok mennyiséét, áttételesen a kondicionálás minőséét mutatják. Kovasav tartalom. A őz elsózódásában lényees szerepet játszó SiO mennyisée, általában kazánvízre adják me, tápvízre csak kényszeráramlású kazánoknál, vay beecskendezésre elhasznált tápvíz esetén írnak elő határértéket. Oxién. A korrózió minimalizálása, illetve az oxiénnel vézett kondicionálás minőséének meítélése szempontjából ontos jellemző. Foszát tartalom. A oszát tartalmú trinátrium-oszát (Na 3 PO 4, trisó) és dinátrium-oszát (Na HPO 4 ) szilárd lúosító szerrel vézett kondicionálás minőséét jellemzi. Olaj tartalom. A körolyamatból a kondenzátummal a tápvízbe bekerülő, olajtartalmú kazánkövet okozó, esetenként a cseppelraadást előseítő olajszennyezés mennyiséét mutatja. Összes szerves anya tartalom (TOC), vay permananát [mkmno 4 /l] szám. A tápvízzel a kazánba bejutó, illetve ott elhalmozódó, korróziót, elhabzást okozó, szerves anya eredetű, szennyeződések mennyiséét mutatják. A szerves anyaok különéle összetevőkből állhatnak. A kazánban bekövetkező bomlásuk szerves savakat, vay más szerves veyületeket eredményezhet, amelyek növelhetik a vezetőképesséet, korróziót, vay lerakódásokat eredményezhetnek. Habzást, pulzálást is okozhatnak [4.],[4.3]. A vízminőséekre vonatkozó szabályozásokat általában kazántípus, nyomás illetve vízminősé kateóriánként adják me. Kazánoknál külön előírások vonatkoznak a nayvízterű, cirkulációs és kényszerített áramlású vízcsöves, továbbá a orróvíz kazánokra. A követelmények rendszerezése a tápvíz sótartalma és a munkaköze kondicionálása alapján történik [4.4]: A szerves anya mennyiséét a meelelően előkészített vízminta káliumpermananáttal vézett titrálásából ítélik me. 384

389 A sótartalom alapján o sótalanított (<0, μs/cm korriált vezetőképesséű, <0,0 m/l kovasavtartalmú, bázikus szennyeződést nem tartalmazó), o csökkentett sótartalmú (<50 μs/cm korriált vezetőképesséű), illetve o oldott sókat tartalmazó (>50 μs/cm korriált vezetőképesséű) tápvizet, a kondicionálás alapján o szilárd (nátronlú, trinátrium-oszát) vay illó (ammónia, hidrazin) anyaal (AVT) lúosított, alkálikus o semlees (oxidálószerrel oxiénnel, illetve hidrazinnal kondicionált semlees, sómentes tápvízzel), illetve o kombinált (lúosító és oxidálószerrel is kondicionált) üzemmódot különböztetnek me. A mebízható, zavarmentes üzemeltetéshez, ey adott konstrukció vízminőséi előírásainak mehatározásához, kezelési utasításának összeállításához nemcsak az előírásokban meadott, esetenként időről időre változó számszerű és eyéb elvárások iyelembevétele, hanem azok háttere, yakorlati alkalmazhatósáának ismerete is ontos. A sótalanított tápvíz minden kazántípusnál alkalmazható. Csökkentett sótartalmú vay oldott sókat tartalmazó tápvizek csak cirkulációs, illetve nayvízterű kazánoknál jöhetnek szóba. Másképpen oalmazva, mí a természetes vay kényszerített kerintetésű (cirkulációs) dobos és a nayvízterű kazánok elvile mindhárom kateóriába tartozó tápvízzel üzemeltethetők, addi kényszerátáramlású kazánoknál csak sótalanított víz használható. Természetesen a kazán szerkezeti kialakítása, hőterhelése, a őztisztasáal szembeni elvárások az eyéb vízcsöves illetve a nayvízterű kazánok tápvízének meenedhető sótartalmát is korlátozhatják. Emiatt 68 bar üzemnyomás elett, cirkulációs kazánoknál csak sótalanított tápvíz alkalmazható. A mindenéle sótartalomnál alkalmazható alkálikus üzemmódnál (lúos vízkörnél) a tápvíz ph értékének 9-nél nayobbnak kell lenni. Sótalanított vízzel működő kényszerátáramlású kazánoknál ehhez csak illó lúosító szerek alkalmazhatók. Az eljárásra az anol szakirodalom AVT (All Volatile Treatment) elnevezést használ []. Ez olyan kondicionálást jelent, amelynél a kazánba, vay a kazán elé szilárd kémiai anyaot nem adaolnak. A kazánvíz minőséének beállítása kizáróla a tápvíz előkészítése során történik. A tápvíz ph értékét ammónia vay más amin adaolásával szabályozzák be. Miután az ammónia a őzzel távozik, a ph a kazándobban néhány tizeddel kisebb lehet a tápvíz ph értékénél. Az esetlees maradék oxién lekötése hidrazinnal vay más hasonló anyaal történik. Szilárd adalék hozzáadása hiányában a kazánból távozó őz oldott szilárd anyaokat nem is raadhat el. Az esetlees lerakódások, illetve a lúosító, savasító tisztátalansáok ellen nincs kondicionálás, ezért a tápvíznek keményséokozó tisztátalansáokat nem szabad tartalmazni. A kondenzátumot az esetlees szennyezésektől a tápvízbe történő bekeverés előtt me kell tisztítani. Cirkulációs kazánoknál is alkalmazzák (a oszát hideout elkerülésére, szilárd lúosító szerek alkalmazásának tilalma esetén, őzhűtésre elhasznált tápvíz előkészítésére [4.51], amennyiben szennyeződések tápvízbe történő betörése kizárható), de 70 bar dobnyomás alatt, illetve réztartalmú szerkezeti anyaok 385

390 előordulása [] esetén nem ajánlott. (Utóbbi ellenére, 8,8-9, ph értékkel, esetenként rézötvözetű hőcserélők esetén is szóba jöhet [].) Sótalanított tápvízzel üzemelő cirkulációs kazánoknál a nyomástól üően változó, optimális 9,5±0, és 10±0, közötti ph értékek beállítása, csak illó lúosító szerrel, nem lehetsées. Ezért szilárd lúosító anyaok (Na 3 PO 4, trisó, NaOH, nátronlú, különlees esetekben LiOH lítiumhidroxid [4.45]) adaolására van szüksé. A lúosító szert a kazándobba vay a tápvízbe, a beecskendezésre szoláló vízelvezetést követően, kell adaolni. A szilárd lúosító szer célszerűen az illó lúosító szer kieészítésére, az optimális ph érték beállítására szolál. Nátronlú alkalmazása esetén miután a szilárd lúosító szerek ali távoznak a őzzel az esetlees bedúsulás meelőzésére is üyelni kell, mert ez súlyos helyi korrózióra vezethet. Ennek elkerülésére szakaszos, vay olyamatos lelúozásra van szüksé. A lítiumhidroxid alkalmazása a nátronlúhoz, vay a kálilúhoz viszonyítva előnyösebbnek tűnik, mivel nayobb koncentrációban sem okoz korróziót. Ez azzal mayarázható, hoy mí az előbbi oldatok ph értéke a koncentrációval nő, addi a litiumhidroxid oldaté csökken [4.45]. A túlzott lúosításból adódó ondok minimalizálására az Eyesült Államokban dinátrium-oszát (Na HPO 4 ) és trinátrium-oszát (Na 3 PO 4, trisó) keverékével vézett eljárást ejlesztettek ki [], azonban ennél is tapasztaltak korróziót. Ennek minimalizálására jelenle az eyensúlyi oszát kezelést javasolják, amelynél a kazánvíz lúossáát a nátrium/oszát arány és a kazánnyomás üvényében (hideout során tapasztalt nay oszát tartalom változásnál a oszát koncentráció csökkentésével, vay a nátrium/oszát arány növelésével) állítják be Oldott sókat tartalmazó tápvíz esetén, a meelelő ph érték beállítására, szilárd lúosító szer hozzáadására van szüksé. A kazánvízben 9,5-nél nayobb ph értéket kell beállítani, uyanakkor a lúbedúsulás, védőréte sérülés, elhabzás elkerülésére ey, a nyomás növekedésével csökkenő maximális értéket nem szabad túllépni. Amennyiben a láyított vay részleesen sótalanított pótvízben lévő NaHCO 3 bomlásából származó NaOH ey túlzottan maas lúossáot eredményezne, a meenedett ph értéket a kazánvíz kellő leiszapolásával, olyamatos lelúozásával kell biztosítani Meemlítendő, hoy 80 bar kazánnyomás alatt a leiszapolást a kazánvíz sótartalma, 80 bar kazánnyomás elett kovasavtartalma alapján célszerű szabályozni [1]. Nayvízterű kazánoknál, sótalanított tápvíz használata esetén a ph érték beállítására, az esetlees korrózió elkerülése érdekében szilárd lúosító szerként csak trisó adaolható [4.5]. A berendezésekben előorduló eszültséyűjtő helyeken, résekben (elsősorban csövek csőköte alba történő beheesztésénél, behenerlésénél) az előzölés eredményeként a nem illó alkotók besűrűsödhetnek. Olyan helyi lú koncentráció is kialakulhat, ami eszültsé korróziót eredményezhet. Elkerülésére [4.4] alapján a kazánvíz minimális oszáttartalmát be kell tartani és a meenedett ph értéket nem szabad túllépni. A hatályos vízminőséi előírás [4.] az előbbiek ellenére eltételesen enedélyezi a nátronlúal történő lúosítást: eszerint a nem puerelt, <30 μs/cm vezetőképesséű tápvíz nátronlúal való lúosítása csak akkor meenedett, ha a meelelő ph érték trisóval önmaában nem érhető el. Ebben az esetben a ph érték alacsony nátronlú szintnél yorsan inadozhat. 386

391 A sótalan tápvíznél alkalmazható semlees üzemmód (oxidálószerekkel történő kondicionálás) azon alapul, hoy szennyeződésmentes vízben az oxiénnel olyan védő vasoxid (Fe 3+, manetit) réte alakul ki, amely sokkal ellenállóbb, mint az oxién hiányos környezetben a víz oxiéntartalmával képződött vasoxidok []. A VGB által kidolozott üzemmód elsősorban kényszerátáramlású kazánoknál jön szóba, de cirkulációs kazánoknál is sikeresen alkalmazható, amennyiben a körolyamatban a kondenzátum tisztító után nincsenek rézötvözetből készített szerkezeti elemek. Ultra tiszta (<0,15 μs/cm korriált vezetőképesséű) tápvíz esetén, a tápvíz meelelő (kényszerátáramlású kazánoknál 0,050-0,150, cirkulációs kazánoknál 0,040 m/k) oxién koncentrációjának enntartásával a stabil vasoxid védőréte meőrizhető []. A tápvíz ph értékének 6,5-nél nayobbnak (célszerűen 8,0-8,5 között), közvetlen és korriált vezetőképesséének azonosnak kell lenni, azaz a tápvíz oldott CO -t és más anionos szennyeződést nem tartalmazhat. Az oxidálószereket úy kell adaolni [4.4], hoy a kazán előtti tápvízben az oldott korróziós termék koncentráció a minimumát 0,05-0,5 m/l oxiénkoncentráció között érje el. Kombinált üzemmód (ammóniával és oxiénnel történő kondicionálás), a meelelő minőséű sótalanított tápvízzel működő, kényszerátáramlású kazánoknál alkalmazható. Az eljárás az acél szerkezeti anyaok előző üzemmódokhoz hasonló korrózióvédelme mellett a kazánon kívüli, rézből készült szerkezeti elemek korrózióvédelméhez jobb eltételeket kínál. A tápvíz 8-9 közötti ph értékének ammóniával történő beállítása az acél szerkezeti elemeknek mé nem biztosít eleendő korrózióvédelmet, ezért az oxiénkoncentrációt 0,03-0,15 m/l között úy kell beállítani, hoy a korróziós termék koncentráció a kazán előtti tápvízben a minimumát érje el. Az előbbi eljárások VGB 3 tavállalatokon (yakorlatila kontinentális Európán) belüli alkalmazásáról a leutóbbi nyilvános elmérés 1994-ben készült [4.31] bar között a kondicionálás döntően (több mint ¾ arányban) ammóniával vay ammóniahelyettesítő anyaal történt, uyanakkor a kazánvíz kondicionálására hasonló arányban hayományos lúosító szereket (elerészben nátronlúot) alkalmaztak és csak a berendezések neyedénél kisebb arányban használtak illó lúosító szereket (AVT). A letöbb berendezést ph>9 értékkel üzemeltették. 136 bar nyomás elett a lúosítás csaknem kizáróla ammóniával történt, és a kazánvíznél is mintey /3-ot képviselt az illó lúosító szerek (AVT) aránya. Az utóbbi berendezések többsée is ph> 9 tartományban működött, csak a berendezések mintey 0%-ánál volt a ph értéke a 8-9 közötti tartományban. A jelenlei hazai előírásokat, az uniós előírásokkal teljes összhanban, nayvízterű kazánokra az MSZ EN [4.], vízcsöves kazánokra az MSZ EN [4.3] szabványok határozzák me. E mellett az eyes szakmai szövetséek további előírásokat is alkalmaznak. Ezek közül meemlíthetők a német TRD, VGB, VdTÜV, az IEC (International Electrotechnical Commission), az USA-beli EPRI, ASME előírások [1], [4.5]-[4.8], [4.106]. A hatályos szabályozás alapján a leontosabb elvárásokat a 4., 4.3. táblázatok és a ábrák olalják össze. 3 VGB Verband der Großkratwerk Besitzer, 190-ban a kazán mehibásodások minimalizálására, a műszaki színvonal javítására alakult, jelenle VGB PowerTech e.v. néven eész Európában aktív szervezet. 387

392 Tápvíz minősé [4., 4.3] Mértékeysé Nayvízterű kazánok Gőzkazánok, természetes vay kényszerített kerintetéssel Tápvíz szilárd oldott anyaokkal Nyomás bar >0,5-0 bar >0 bar 0, bar bar bar víz Közvetlen μs/cm Nem előírt, csak a kazánvízre vonatkozó vezetőképessé irányértékek mértékadóak 5 C-on Korriált vezetőképessé 5 C-on Sótalanított tápvíz és beecskendező Pótvíz orróvíz kazánokhoz - Nem előírt, csak a kazánvízre vonatkozó irányértékek mértékadóak 4.. táblázat Sótalanított víz kényszerátáramlású kazánokhoz 1 Seéd változóként a ph érték beállítására ajánlott és használható a ph, vay ammónia mérés helyett. μs/cm <0, - <0, ph 5 C-on - >9, 3,10 >9, 3,10 >9, 3 >9, 10 >9, 10 >9, 4,10 >7, lásd ábrát Keménysé mmol/l (Ca+M) <0,01 5 <0,01 <0,0 5 <0,01 <0,005 - <0,05 Na+K tartalom mmol/l <0,010 <0,010 Összes vas (Fe) m/l <0,3 <0,1 <0,050 <0,030 <0,00 <0,00 <0, <0,010 7 Összes réz (Cu) m/l <0,05 <0,03 <0,00 <0,010 <0,003 <0,003 <0,1 <0,003 Kovasav (SiO ) m/l A kazánvízre vonatkozó irányértékek mértékadóak <0,00 <0,00 Oxién (O ) m/l <0,05 8 <0,05 8 <0,00 8 <0,00 <0,00 0,1 0,50 6, ábra alapján Olaj tartalom m/l <1 <1 <1 <0,5 <0,5 <0,5 <1 Szerves m/l Nincs külön előírás <0,5 9 Nincs külön 0, <0, anyaok (TOC) előírás Permananát m/l szám Mejeyzések: 1) Nedves őzt előállító, kényszerátáramlású, oldott szilárd anyaokat tartalmazó tápvízzel táplált kazánok esetén a dobos kazánokra ajánlott értékek használhatók. ) A szerves kondicionáló szerek hatását iyelembe kell venni. 3) >7,5 ph értékű láyított vizeknél a kazánvízre előírt ph értékeket kell iyelembe venni. 4) Beecskendezésre elhasznált víznél csak illó lúosító szerek meenedettek. 5) <1 bar nyomásnál az összes keménysére max. 0,05 mmol/l eloadható. 6) A meenedett első érték a körolyamatban alkalmazott nem acél (például: réz, alumínium) anyaokra adott. Alacsony ph értékeknél oxién szüksées a kondicionáláshoz, de nayobb ph értékeknél is eloadható adalékként a lúosító szerekhez. ph>9 értéknél 0 körüli oxién koncentráció is lehetsées. A ph érték és az oxién koncentráció között korreláció van, mennél közelebb van a ph a 7 alsó határértékhez, annál nayobb oxién koncentráció szüksées. A meadott határokon belül a ph és oxién koncentráció értékét úy kell beállítani, hoy a tápvíz vas és réz koncentrációja minimális leyen. 7) 60 bar nyomási <0,00 m/l vas koncentráció is eloadható. 8) Ezen érték ellenőrzése helyett meszakításos vay áztalanító nélküli üzemnél ilmképző adalékokat, és/vay többlet oxién lekötő veyszert kell használni. 9) >60 bar üzemnyomásnál TOC<0, m/l ajánlott. 10) Rezet is tartalmazó rendszerekben ph értékét 8,7-9,0 között kell tartani. 388

393 Kazánvíz minősé [4., 4.3] Mértékeysé Nayvízterű kazánok Oldott sót tartalmazó tápvíz Sótalanított (<0, μs/cm korriált Tápvíz vezetőképessée >30 μs/cm Tápvíz vezetőképessée 30 μs/ Korriált vezetőképessé 5 C-on ph 5 C-on - μs/cm >30 μs/cm 30 μs/cm Lúosítás szilárd adalékokkal Nyomás bar >0,5-0 >0 0,5-0 Közvetlen μs/cm vezetőképessé 5 C-on , < ábra < ábra alapján ábra alapján 1 alapján 10,5-,3 10,5-10,5-1 10,0-11,0 11,8 1, , ,5-10,3-11,8 11,5 0, ,0-11,0 0, ,0 9,8-10,5 0,1-0,3 vezetőképesséű) 9 tápvíz Lúosítás illó adalékokkal (AVT) 4.3. táblázat Kazánvíz orróvíz kazánokhoz 100 >100 Minden nyomás <100 <30 <1500 <50 9,5-10,5 0,05-0,3 <30 <40 5 <56 9,3-9,7 8,0 7 9,0-11,5 8 Összes mmol/l 1- lúossá 15 1 <5 Kovasav (SiO ) m/l Nyomás üő, ábra alapján Foszát (PO 4 ) 4 m/l <6 <6 <3 Mejeyzések: 1) Túlhevítőkkel rendelkező kazánoknál a első határérték 50%-a meenedett, mint maximum. ) A ph érték beállításra trinátrium-oszátot kell alkalmazni, kieészítő nátronlú adaolás csak ph<10 értékek esetén. 3) Ha a tápvíz erősen savas kationcserélő után mért (korriált) vezetőképessée <0, μs/cm és Na+K tartalma <0,010 m/l, oszát adaolás nem szüksées. Amennyiben meelelő eltételek (tisztán illó kondicionálás, tápvíz ph 9, és kazánvíz ph 8,0) esetén AVT alkalmazható, a kazánvíz erősen savas kationcserélő után mért vezetőképessée <5 μs/cm. 4) Koordinált trisó kondicionálásnál, más nayobb oszát értékek is eloadhatók. 5) Kisebb érték oszát adaolás nélkül, nayobb oszát adaolással. 6) 50 kw/m eletti hőterhelés esetén a korriált vezetőképessének 3 μs/cm alatt kell lenni. 7) A tápvíz ph értékét kell beszabályozni és 60 bar üzemnyomás elett 8,5-nek kell lenni. 8) Más, nem acél émek, például alumínium jelenléte a rendszerben alacsonyabb ph értéket és vezetőképesséet iényelhet, uyanakkor a kazán védelme elsőbbséet élvez. 9) Kondicionáló szerek nélküli érték. 10) Szerves anyaok (TOC) meenedett értékére nincs külön előírás. 389

394 Oxién tartalom ( m/l) Kovasav tartalom ( m/l) Kovasav tartalom (m/l) Vezetőképessé (S/cm) >30 μs μs Üzemi nyomás (bar) ábra Kazánvíz meenedett vezetőképessée a nyomás és a tápvíz, korriált vezetőképessée üvényében [4., 4.3] Üzemi nyomás (bar) Lúossá (mmol/l) 15 (<0 bar) 10 (<40 bar) 5 0, , Üzemi nyomás (bar) a) >0,5-60 bar között b) > bar között ábra Kazánvíz meenedett SiO tartalma a nyomás üvényében [4., 4.3] 0,3 0, 0,1 Üzemi tartomány ph érték ábra Kényszerátáramlású kazán tápvíz ph értékének és oxién tartalmának összeüése [4., 4.3] Gőzminősé. A hivatkozott szabványok nem tartalmaznak a őz minőséére vonatkozó előírásokat, de erre vonatkozó szabályozás a VdTÜV, VGB [4.106], illetve IEC [4.40] irányelvekben szerepel. Általános elvárás, hoy a őz minőséének a túlhevítők, a kazánból kilépő őznek az utána kapcsolt berendezések (őzturbina), hőoyasztók szempontjából szennyezőanya tartalmában eloadhatónak kell lenni, a őz szilárd szennyeződéseket (például elraadott korróziótermékeket) nem tartalmazhat, nem okozhat korróziót, a őzből kiválások nem ordulhatnak elő (nem következhet be a hőhasznosító berendezések elsózódása). Ennek érdekében a 390

395 korriált vezetőképessének 0, μs/cm-nél, a kovasav és összes vas tartalomnak 0,0 m/k-nál, az összes réz tartalomnak 0,003 m/k-nál, a nátriumion tartalomnak 0,01 m/k-nál kisebbnek kell lenni [1]. Az oxiéntartalom és a ph érték a kondicionálástól üően változhat. A [] irodalom a őz tisztasáának biztosítására a ábrán szereplő határértékeket ismerteti. C b <,5 (+0,04) ppm p>69 bar C <0,1 ppm 41 bar<p<69 bar C <0,5 ppm p<41 bar C <1 ppm C <0,05 (0,03) ppm TE TH 1 TH Leiszapolás E ábra Gőz, beecskendező víz meenedett sótartalma [] Akciószintek: A szabályozásokban szereplő előírások általában meenedett határértékek [4.], [4.3], vay irányértékek [4.4]. A normál üzemi értékeknek a meenedett tartományon belül kell maradni. Különéle okokból (vízelőkészítő berendezések mehibásodásából, kezelőszemélyzet iyelmetlensééből, üzemállapot változásból, stb.) adódóan nem zárható azonban ki, hoy a jellemzők kilépnek a meenedett tartományból. Erre tekintettel a normál, és irányértékek, vay tartós üzemre vonatkozó határértékek mellett, a TRD szabályozásban [4.4] rövid időre meenedett határértékek, a VGB [4.106], EPRI [4.8], IEC [4.40] dokumentumokban akciószintek is mehatározásra kerültek [4.9], [4.107]. A szokásos akciószintek (yártók pl.: 4.4. táblázat eltérő határértékeket is előírnak): 1. akciószint: Például: a korriált vezetőképessé mehaladta a normál értéket, de annak másélszerese alatt van, az oldott ionok (Na +, Cl -, SO 4 -, stb.), más szennyeződések mennyisée a normál érték és annak kétszerese között van. Lehetősé van a szennyeződések elhalmozódására, korrózióra. Ey héten belül vissza kell térni a normál értékhez. Ey évben az indítások időtartamát kivéve összesen 336 óra enedhető me ilyen üzemállapotban.. akciószint: Például: a korriált vezetőképessé a normál érték másélszerese, háromszorosa, az oldott ionok mennyisée a normál érték kétszerese, néyszerese között van. A szennyeződések elhalmozódása és korrózió következik be. 4 órán belül vissza kell térni a normál értékhez. Ey évben az indítások időtartamát kivéve összesen 48 óra enedhető me ilyen üzemállapotban 3. akciószint: Például: a korriált vezetőképessé mehaladja a normál érték háromszorosát, az oldott ionok mennyisée a normál érték néyszeresét. A mehibásodások elkerülésére a berendezést azonnal (esetle 8 órán belül) le kell állítani. Gázturbinás őz körolyamatoknál az előírások meeyeznek az azonos nyomásokozatú, hayományos kazánokéval, de a körolyamat eyszerűbb kialakítása, a őzzel űtött előmeleítők, esetle áztalanító, réz szerkezeti elemek elhayása eltéréseket, eyszerűsítéseket is lehetővé tesz [4.30], [4.103]. Ezeket esetenként kell mehatározni. Az eyes nyomásszintek kondicionálását üetlenül vézik. Oxién lekötő veyszerek, szerves kondicionáló szerek adaolása általában 391

396 nem javasolt. Uyanakkor [4.49] eredményes szerves kondicionáló szer elhasználásról számol be. A nátronlúal való kazánvíz kondicionálást is el kell kerülni, mivel a letöbb alkalmazási helyen az ennek biztonsáos elhasználásához szüksées szakszemélyzet nem áll rendelkezésre. A leújabb ejlesztések dobos és kényszerátáramlású nyomásokozatokat is alkalmaznak [.133], íy eyidejűle kell a két technolóia iényeinek meelelni [4.51]. Ilyen esetre a kazánvízre javasolt akciószinteket a 4.4. táblázat olalja össze [4.51]. A [4.30] irodalomban bemutatott, sótalanított tápvízzel tervezett, kétnyomású, a naynyomású részen kényszerátáramlású, hőhasznosító kazánnál például a kisnyomású okozatban illó lúosítást (AVT), a naynyomású okozatban kombinált üzemmódot (ammónia lúosító szerrel) ismertetnek. A kazánvíz nyomás növekedésével csökkenő kovasav tartalmát úy kell beállítani, hoy a őz kovasav tartalma a 0 µ/k értéket ne haladja me táblázat Vízminőséi jellemzők hőhasznosító kazánokra (kazánvíz) [4.51] Normál 1. akciószint. akciószint 3. akciószint Dobos kazánok, oszát adaolással p 10 bar Vezetőképessé, µs/cm < >80 ph 9,0-10,0 <9/>10 <8 Foszát (PO 4 ), m/k -6 10<p<160 bar Vezetőképessé, µs/cm < >40 ph 9-9,8 <9/>9,8 <8 Foszát (PO 4 ), m/k 1-3 AVT kondicionálás Vezetőképessé, µs/cm < >0 ph <9/>10 <8/>10,5 Nátriumion (Na) m/k <1 1 A vízminőséel összeüésben a yakorló kazántervező eladata az adott kazántípushoz, adott alkalmazási helyszínen, eltételrendszerben lemeelelőbb előírások mehatározása. Ezt természetesen a berendezés által szoláltatandó őz minőséére, a visszaérkező kondenzátum mennyiséére, minőséére vonatkozó szerződéses eltételek beolyásolják. A konstruktőrnek, az üzemi költséeket is iyelembe véve leolcsóbb, olyan meoldást kell választani, amely a kazán biztonsáos, mehibásodás mentes üzemét a szerződéses eltételrendszerben arantálja. A víz sótartalmával összeüésben sziorú mekötések csak a kényszerátáramlású, illetve a TRD 611 alapján 87, az MSZ EN alapján 100 bar-nál nayobb nyomású, cirkulációs kazánokra vannak. A lúos üzemmód minden kazántípusnál alkalmazható. Az elvi lehetőséek mellett iyelembe kell venni, hoy a kazán elállítási helyén milyen üzemelüyelet áll majd rendelkezésre, a helyi körülmények mennyire teszik lehetővé az előírt paraméterek ellenőrzését, betartását, a beépítendő vízelőkészítő berendezések meelelő üzemeltetését. Hiába kíván a kazánszállító a leújabb eredményeknek, technikai színvonalnak meelelő vízüzemet, ha a helyi eltételek üzemvezetés, kezelőszemélyzet képzettsée, yakorlata, hozzáállása azt nem teszik lehetővé. Ezért esetenként elsősorban a maximális üzembiztonsára, eyszerűsére kell törekedni. A kazántervezőnek, üzemirányítónak, a normál értékektől való eltérésekre vonatkozó szabályzati előírások hiányában is, rendelkezni kell a meenedhető minőséi eltérésekről, az eltérések esetén szüksées beavatkozásokról. 39

397 4.4. Vízelőkészítés A vízelőkészítés eladata a kazán üzemeltetésére alkalmas előző ejezetben bemutatott minőséű tápvíz előállítása, ennek részeként a kazánkőképződést okozó oldott sók, a körolyamatból a kondenzvízzel visszatérő szennyeződések, illetve a korróziót okozó oldott ázok eltávolítása, valamint a tápvíz kondicionálása, meelelő ph értékének beállítása. A kazántechnolóiával eyütt a vízminőséel szembeni elvárások és íy vízelőkészítés is nay ejlődésen mentek keresztül: az 1950-es éveki uralkodó csapadékképzésen alapuló (meszes és láyítás, szűrés), illetve termikus vízelőkészítést (desztilláció, előzölötetés) az 1940-es évektől kieészítette, majd elváltotta az ioncserélős víztisztítás, amelyet az 1980-es években további új, membrán-technolóiákon alapuló eljárások követtek (ordított ozmózis, membrán áztalanítás, elektro-deionizáció). Ezek eredményeként teljesen sótalanított víz is előállítható. A korróziós olyamatok vizsálata, újabb, jobban ötvözött anyaok bevezetése, nayobb kazánnyomás, őzhőmérsékletek alkalmazása a kondicionálási iényeket, a kapcsolódó ejlesztések a rendelkezésre álló beavatkozási lehetőséeket is módosították. Sótartalom csökkentése: A vízben oldott sótartalom csökkentésére, eltávolítására a berendezések iényeinek meelelően hároméle eljárást alkalmaznak: Vízláyítás: a víz keményséét a kazánkőképződést okozó sók, jól oldódó sókra történő lecserélésével csökkentik (nátrium-ormájú kationcserélőn való átvezetéssel), az eredmény oldott sókat tartalmazó (>50 μs/cm korriált vezetőképesséű) tápvíz. Részlees sótalanítás: a víz sótartalmát ioncserével, termikus vízkezeléssel, vay membrántechnolóiával csökkentik, az eredmény az alkalmazott technolóiától üően oldott sókat tartalmazó, vay csökkentett sótartalmú (<50 μs/cm korriált vezetőképesséű) tápvíz. Teljes sótalanítás: a víz sótartalmát ioncserével, és/vay membrán technolóiák alkalmazásával minimálisra csökkentik, az eredmény sótalanított (<0, μs/cm korriált vezetőképesséű, <0,0 m/l kovasavtartalmú, bázikus szennyeződést nem tartalmazó) tápvíz. Vízláyítás: A víz keményséének, ezzel a kazánkőképződés veszélyének csökkentésére (a víz láyítására) eleinte a csapadékos vízkezeléseket (4.5. táblázat) alkalmazták [4.1], [4.]. Ezeknél, a meelelően kialakított reaktorokba történő veyszeradaolás hatására, cserebomlás történik, az ennek eredményeként képződött oldhatatlan, vay nehezen oldódó veyületek kiválnak, és a reaktorok alján yűlnek össze, ahonnan elvezethetők. A maradék a reaktorok után elhelyezett szűrőkben távolítható el. A csapadékos vízkezelést olyamatosan ejlesztett technolóiával, berendezésekkel, nedves hűtőtornyok pótvízének előkészítésére, ma is alkalmazzák. Ilyen esetekben a póttápvíz-előkészítő technolóiák kiinduló nyersanyaaként is csapadékos eljárással láyított vizet használnak. Mivel a vízláyítással a naynyomású berendezések vízminőséi iényét nem lehetett kieléíteni, a csapadékos vízkezelést követően naynyomású kazánoknál termikus vízkezelést is beépítettek. Ezeknél a vizet előzölötették, és a kis sótartalmú őzt lekondenzáltatták [4.1]. Ezt (az esetle több okozatban) előállított 393

398 kondenzátumot használták tápvízként. A termikus vízkezelés az ioncserélős eljárások széleskörű elterjedésével teljesen kiszorult a yakorlatból táblázat Csapadékos vízkezelő eljárások Eljárás neve Jellemző kémiai olyamatok Maradó Meszes karbonátmentesítés (láyítás) A karbonát keményséet okozó veyületek mészvíz vay mésztej adaolást követő reakciók hatására átalakulnak, a képződött kalcium-karbonát és a manézium-hidroxid kiválik. keménysé [4.1] 3-4 nk Mész-szódás láyítás Ca(HCO 3 ) + Ca(OH) = CaCO 3 + H O M(HCO 3 ) + Ca(OH) = CaCO 3 + MCO 3 + H O MCO 3 + Ca(OH) = CaCO 3 + M(OH) A nem karbonát keményséet okozó sók a meszes reaktort követően beépített reaktorba történő szódaadaolás hatására alakulnak át, a képződött kalcium-karbonát kiválik, nátrium veyületek a tápvízben, kazánvízben oldódnak, íy a sótartalom nem csökken. Hőmérséklettől üően 0,5 (100 C-on)-3 nk Mész-szódástrinátrium-oszátos láyítás CaSO 4 + Na CO 3 = CaCO 3 + Na SO 4 MCl + Na CO 3 = MCO 3 + NaCl A képződött MCO 3 a maradék mésztejjel az előbbiek szerint lép reakcióba. A trisó, előbbi eljárásokat követő, külön reaktorba történő adaolásával a maradó keménysé tovább csökkenthető, a képződött oszát veyületek csaknem teljesen kiválnak, de a víz sótartalma nem csökken. Hőmérséklettől üően 0,1 (80 C elett)- 0,6 nk Trinátrium-oszátos, belső vízláyítás 3Ca(HCO 3 ) + Na 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4 ) + 6NaHCO 3 3CaCl + Na 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4 ) + 6NaCl A trisó adaolás a kisteljesítményű, nayvízterű kazánba történő tápvíz betáplálás előtt történhet, az előbbiekhez hasonló kémiai reakciók a kazándobban játszódnak le. 0,1-0,6 nk Ioncserélő: A csapadékos vízkezelést kieészítő, elváltó ioncserélős eljárás alapja a meelelően kialakított, szemcsés, porózus ioncserélő anya (leyakrabban műyanta). Mekülönböztetünk kation- és anioncserélő műyantákat, amelyek közül az előbbi a elületén mekötött pozitív töltésű ionokat (általában H + -ionokat) a kezelendő oldatban lévő nayobb ainitású, szennyező kationokra cseréli (ez utóbbiak az ioncserélőn mekötve maradnak). Az anioncserélő hasonló módon a szennyezett víz anionjait cseréli hidroxid (OH - ) ionokra. Ezzel a módszerrel a vízben lévő szennyező ionok elvben, teljes mértékben hidroén- és hidroxid-ionokra cserélhetők (teljes sótalanítás) A leyakrabban használt ioncserélők 0,4-0,8 mm átmérőjű polimerek, amelyek vázát térhálósított polisztirol alkotja. Ennek előállításához a sztirol monomert (4.18. ábra, a) részlet) úy polimerizálják (amelynek során az eyes monomer molekulák eymással kapcsolódnak össze, ábra, b) részlet), hoy a polimerizáció során ne láncmolekulák jöjjenek létre, hanem ezek bizonyos mértékben keresztirányban is összekapcsolódjanak, azaz térhálós műanya (műyanta) jöjjön létre. Ehhez a polimerizáció során kis mennyiséű di-vinil-benzolt (DVB, ábra, c) részlet) is adnak a vinilbenzolhoz, aminek következtében pontosan szabályozott mértékben térhálós szerkezetű műyanta jön létre (d) részlet). A térhálósítás mértékét úy 394

399 állítják be, hoy a keletkező műanya ne leyen vízoldható, de kellőképpen porózus leyen ahhoz, hoy a ajlaos elülete eleendően nay leyen a meelelő ioncserélő kapacitás létrejöttéhez. a) Sztirol (vinil-benzol) monomer b) Polisztirol c) Di-vinil-benzol d) Térhálósított műyanta (sztirol-divinil-benzol kopolimer) ábra Térhálósítás lépései A kationcserélőket úy állítják elő, hoy a térhálós polimerhez kénsavat adnak, amelynek hatására a yanta elületén szulonsav csoportok jönnek létre R-H + H SO 4 R-SO 3 H +H O ahol R a szerves polimer molekulát jelöli, a hozzá kapcsolódó és a reakcióban részt vevő hidroénnel. A szerves polimer molekulát kationcserélők esetében K-val jelölve a kationcserélő eyszerűbben a: K SO 3 H írható le, ahol a jelölés arra utal, hoy az oxién és a hidroén közötti kötés laza és a hidroén könnyen más, a (kezelendő) vízben jelen lévő kationra cserélhető: K SO 3 H + Na + K SO 3 Na + H + A enti olyamat az ún. erősen savas kationcserélőkre áll enn (a példa szerint a vízben jelen lévő Na + -ionok hidroén-ionokra cserélődnek). A vízkezelésben ún. yenén savas kationcserélőket is használnak, amelyek esetében az ioncserélő aktív csoportja nem szulonsav-, hanem karboxil (COOH) csoport. Az erősen bázisos anioncserélők ún. kvaterner amino-csoportokat tartalmaznak, amelyekben leeyszerűbb esetben a polimer molekulákhoz (R) nitroén kapcsolódik: A hidroxid-csoport más anionokra cserélhető. Az anioncserélők báziserőssée a központi nitroénhez kapcsolódó csoportoktól ü: minél több R-(szerves, polimer) csoport helyett áll hidroén, annál kevésbé erősen bázisos az ioncserélő. 395

400 Az ioncserélők többé-kevésbé szelektíven cserélik az ionokat: elsősorban a nayobb pozitív, ill. neatív töltésű ionok kötődnek me a kation-, ill. anioncserélőkön, de az azonos töltésű ionok kötéserőssée (ioncsere-hajlandósáa) sem azonos. Íy pl. a yene savak (pl. a kovasav, H SiO 3 ) (HSiO 3 -, SiO 3 - ) anionjai csak erősen bázisos anioncserélővel köthetők me. Az ioncserélő anyaal töltött tartály vázlatát a ábra mutatja. A berendezés működésének szabályozása a különéle közeáramok irányításával történik. A szemcsés ioncserélő yantákat általában heneres tartályokba töltve alkalmazzák, amelyeken a kezelendő vizet átvezetve az abban lévő (szennyező) ionok az ioncserélő állapotának meelelő ionokra (kationcserélők esetében hidroén-, vay nátrium-ionokra, anioncserélőknél őképp hidroxid-ionokra) cserélődnek. Miután az ioncserélő kimerült (az oszlopból elolyó vízben a meenedettnél több lecserélendő, szennyező ion távozik), azt reenerálni kell. A reeneráláshoz az oszlopon, kationcserélők esetében, mehatározott koncentrációjú savakat (sósav-, vay kénsav-oldatot), vay nátrium-klorid oldatot vezetnek át, mí az anioncserélőket általában nátrium-hidroxid oldattal reenerálják. Reeneráláskor a reeneráló oldat kellően nay töménysée (a sósavoldatokat 10%-os, a nátrium-hidroxid oldatot általában 4%-os koncentrációban alkalmazzák) következtében az ioncsere olyamat ordított irányban mey vébe. Reenerálás előtt a kimerült ioncserélő oszlopot el kell lazítani, a olyamat beejeztével a rissen reenerált oszlopot tiszta vízzel át kell mosatni, hoy a veyszernyomokat eltávolítsuk, azok a kezelt vizet ne szennyezzék. Az átmosatást a kezelendő vízzel szokás beejezni és az elolyó vizet mindaddi hulladékvízként kell elvezetni, amí a vízminősé el nem éri az előírt értéket. Normál üzem Visszamosatás Reenerálás Szóróej Nyersvíz bevezetés Visszamosó víz elvezetés Reeneráló oldat bevezetés Ioncserélő műyanta Perorált támasztólap Ioncserélt víz elvezetés Visszamosó víz bevezetés ábra Ioncserélő vázlata Reenerátum elvezetés Az ioncserélők méretezésére, a rendelkezésre álló vízminőséhez lemeelelőbb műyanta kiválasztására, az optimális szerkezeti kialakításra, ellenőrzésre, üzemeltetésre inormációk az irodalomban találhatók. Ioncserélős vízláyítás: Vízláyításhoz, az előbb elsorolt aktív csoportoktól eltérően, Na + ionokat tartalmazó kationcserélőt alkalmaznak, amelyben az ioncsere a következő reakcióeyenletek szerint, vay azokhoz hasonlóan mey vébe: Ca + + Na + K - = Na + + Ca + K - Mint a képletből látható, az Na ioncsere eredményeként a víz sótartalma nem csökken, csupán a lerakódásra, kazánkőképződésre hajlamos veyületek kationjai (itt a kalcium ion) cserélődnek Na + -ionokra. A sótartalom (miután ey kalciumion helyett két nátriumion kerül a vízbe) kismértékben nő is. Ha a kazánban nátriumioncserével láyított vizet használnak, a hőmérséklet emelkedésekor a karbonátok és hidrokarbonátok bomlása során széndioxid válik szabaddá, és a víz erősebben lúos 396

401 kémhatásúvá válhat. A lúossá (ph-érték) szinten tartására olyamatos lelúozásra lehet szüksé, a széndioxid pedi a korábban bemutatottak alapján korróziót okozhat. E kedvezőtlen hatások csökkennek, ha a nátrium-ioncserélőt meszes karbonát-mentesítés után építik be. Az Na-ioncserélők reenerálása konyhasóoldattal véezhető. A kedvezőtlen tulajdonsáok ellenére, kisebb teljesítményű, nyomású kazánoknál (áztalanítással, kondicionálással kieészítve) mé ma is alkalmazzák eyedüli vízelőkészítő eljárásként táblázat Részlees sótalanítás Eljárás neve Jellemző kémiai olyamatok Maradó Meszes láyítás + Na kationcserélő Gyenén savas (H) kationcserélő + leveőztetés + Na kationcserélő (4.0. ábra, a) részlet) Párhuzamosan kapcsolt erősen savas (H) kationcserélő + Na kationcserélő, leveős áztalanítással (4.0. ábra, b) részlet) Azonosak a meszes szódás láyítás reakcióival A yenén savas, sósavval reenerált ioncserélőn csak a hidrokarbonátok alakulnak át: Ca + (HCO 3 ) - + H + K - = Ca + K - + H O + CO A kivált széndioxidot a kationcserélő után kapcsolt áztalanítóban el kell távolítani. Az eyéb veyületek lecserélése a konyhasóval reenerált Na kationcserélőben történik. A sósavval reenerált erősen savas H kationcserélő az összes kationt hidroén ionra cseréli le. Ca + (SO 4 ) - + H + K - = Ca + K - +H SO 4 Ca + (HCO 3 ) - + Na + K - = Ca + K - + NaHCO 3 H SO 4 + NaHCO 3 = Na SO 4 + H O + CO keménysé [4.] <0,1 nk <0,1 nk <0,05nk Karbonátmentesítés (részlees sótalanítás): A meszes vízkezelésnél bekövetkező karbonátmentesítés savas kationcserélők alkalmazásával is meoldható. A többéle szóba jöhető meoldás közül a 4.6. táblázat, a Na-ioncserélő már említett, meszes karbonátmentesítéssel történő sorba kapcsolása mellett, csak a leyakrabban alkalmazott eljárásokat: yenén savas kationcserélő és Na kationcserélő sorba kapcsolását, illetve erősen savas kationcserélő és Na kationcserélő párhuzamos kapcsolását tartalmazza. Utóbbiak kapcsolási vázlatát a 4.0. ábrán is bemutatjuk. Nyersvíz Széndioxid + leveő Na + ioncserélő H + yene ioncserélő Gáztalanító H + erős ioncserélő Gáztalanító Nyersvíz Széndioxid + leveő HCl NaCl HCl NaCl Na + ioncserélő Leveő Láyított, dekarbonizált víz a) Dekarbonizálás yenén savanyú kationcserélővel Leveő Láyított, dekarbonizált víz b) Dekarbonizálás erősen savanyú kationcserélővel 4.0. ábra Karbonátmentesítés ioncserélőkkel A karbonátok cserebomlásakor keletkező széndioxid eltávolítására az ioncserélők közé, vay az ioncserélőket követően áztalanítót kell beépíteni. Mint a 4.6. táblázatból látható, ezekkel az eljárásokkal már 0,1 nk -nál kisebb keményséű (1 m/l CaO-dal eyenértékűnél kevesebb keményséokozó sót tartalmazó) tápvizet lehet előállítani. A vázolt eljárások nemcsak a keménysé, hanem a sótartalom 397

402 csökkenéséhez is hozzájárulnak, ezért menevezésükre a részlees sótalanítás kiejezést is használják. A víz kovasavtartalma ilyen esetekben nem csökken. Emiatt az ily módon előállított tápvíz csak kisebb teljesítményű, középnyomású kazánokhoz használható el. Teljes sótalanítás: A naynyomású, illetve kényszerátáramlású kazánok tápvíz minőséi iényének biztosításához teljes sótalanítás szüksées. A berendezés, (4.1. ábra) sorba kapcsolt kation cserélőből, áztalanítóból, anion cserélőből és ezt követő kevertáyas ioncserélőből áll. Véeredményben minden ion lecserélése (esetenként mint a következő reakcióeyenletek mutatják két lépésben) metörténik H + vay OH - ionokra. Gáztalanító Kevert áyas ioncserélő Ca + (SO 4 ) - + H + K - = Ca + K - +H SO 4 H SO 4 + A + (OH) - = A + (SO 4 ) - + H O A yakorlatban a lejobb eredmény elérése és a minimális veyszerelhasználás érdekében a kation- és anioncserélőket is több okozatra bontják. A áztalanító elé először ey yene, majd ey erős kationcserélő van beépítve, a áztalanítót ey yene és ey erős anioncserélő követi. Ilyen módon az erős töltetekről leolyó reeneráló köze elhasználható a yene töltetek reenerálására. Előordul, hoy a két okozat azonos tartályban, eymásra réteezetten van elhelyezve. Leutolsó okozatként kevertáyas ioncserélő következik, amellyel biztosítható a minden iényt kieléítő keménysé. A csapadékos és ioncserélő vízelőkészítő eljárások sok veyszert iényelnek és melléktermékként is keletkeznek környezetre veszélyes anyaok. Ezek mennyiséének csökkentésére kínálnak kedvező lehetőséet a membrán technolóiák. Nyersvíz Széndioxid + leveő HCl NaOH NaOH H + ioncserélő OH - ioncserélő HCl Leveő Sótalanított víz 4.1. ábra Teljes sótalanítás Kevertáyas ioncserélő: A nay tisztasáú víz előállítására alkalmazott, kevertáyas ioncserélőknél a hidroén-ormájú kation- és a hidroxid-ormájú anioncserélő anyaot azonos tartályban, eymással ondosan összekeverve alkalmazzák. Ezzel az eljárással ien nay tisztasáú, 0,1 µs/cm-nél kisebb ajlaos elektromos vezetőképesséű víz állítható elő. Reeneráláshoz a kétéle ioncserélőt szét kell választani, ami a kétéle anya sűrűsékülönbsée (általában az anion tölteté kisebb a kationénál) alapján elelé irányuló vízáramlással lehetsées. A reenerálás történhet uyanabban a tartályban, de yakori, hoy az eyik, vay mindkét ioncserélőt ey másik tartályba mossák át és ott reenerálják (külső reenerálás). Az összekeverés intenzív leveőárammal történik. Fordított ozmózis (reversible osmosis, RO): Közismert, hoy az oldott anyaok az oldatokban eyenletesen oszlanak el. Amennyiben két különböző töményséű oldatot olyan éliáteresztő réte választ el, amelyen a nayobb részecskeméretű, oldott anyaok nem tudnak átjutni, a koncentráció kieyenlítődése az oldószer 398

403 molekulák átvándorlásával valósul me. Amennyiben a kisebb töményséű oldalon a nyomást növeljük, ékezhetjük, ey adott értékű nyomással akár meátolhatjuk a kieyenlítődést, mivel a nyomáskülönbsé hatására az oldószer molekulák visszaelé áramlanak. A természetes kieyenlítődési olyamatot ozmózisnak, a kieyenlítődést meakadályozó nyomást ozmózisnyomásnak nevezzük. Amennyiben a nyomás az ozmózisnyomás ölé nő, több oldószer molekula áramlik visszaelé, mint amennyi a természetes koncentráció kieyenlítődés irányába. Ez a ordított ozmózis jelensée. Nyersvíz, koncentrátum vezető réte Permeátum vezető réte Nyersvíz Permeátum Koncentrátum Ozmózis membránok Perorált béléscső Nyersvíz vezető réte Féli áteresztő membrán Permeátum vezető réte a) Membránszűrő keresztmetszete b) Membránszűrő hosszmetszete Nyersvíz bevezetés Porózus tárcsa Permeátum elvezetés Membránszűrő tekercs Koncentrátum elvezetés c) Membránszűrő vázlata 4.. ábra Fordított ozmózis elven működő szűrő A víz sótartalmának csökkentésére ez oly módon használható, hoy a csak a vízmolekulákat átereszteni képes membrán eyik oldalán az ozmózisnyomásnál nayobb nyomást hozunk létre. Ebben az esetben a vízmolekulák sótartalmukat hátrahayva átlépnek a membránon, mí az eredeti oldalon visszamarad a sóban bedúsuló oldat (koncentrátum). A yakorlatban 0,001 µm (1 nm) körüli pórusméretű éliáteresztő membránokat alkalmaznak Kezdetben sok párhuzamos mikrocsövecskét (például 85 μm külső, 4 μm belső átmérővel [4.39]) alkalmaztak, amelyeknek külső elületén hosszirányban áramlott a nyersvíz, a kis sótartalmú szűrlet (permeátum) pedi a csövekben yűlt össze. Ehhez a típushoz a csövecskék nay ellenállása miatt közel 40 bar nyomáskülönbsére volt szüksé, ami az alkalmazását költséessé tette [4.46]. Jelenle elsősorban spirálisan macsőre csavart, két oldalukon és véükön (borítékszerűen) összeillesztett sík membránokat alkalmaznak. A membránokat a permeátum oldali (belső) és a nyers vízzel érintkező (külső) elületükön elekvő, áteresztő réte tartja a olyadékáramláshoz szüksées, kellő távolsában. A belső támasztó réte, a membránokkal hermetikusan lezárva a macsőbe továbbítja a kis sótartalmú vizet. A nyersvíz hosszirányban a külső támasztó (köztartó) réteben áramlik, és ennek a bevezetéssel ellentétes véén távozik a visszamaradt sókat, eyéb mikroméretű szennyeződéseket tartalmazó koncentrátum (4.. ábra). Ezeknél 6-7 bar nyomáskülönbsé is eleendő a meelelő működéshez [4.46]. A membránok többéle anyaból (reenerált cellulóz, különéle polimerek) készülhetnek. Ismertek kerámia, illetve szinterelt membránok is, amelyeknek belsejében kialakított csatornákon áramlik a nyersvíz, a permeátum pedi a külső elületükről vezethető el. A működéshez szüksées nyomás a szokásos nyersvizek, 399

404 szerkezeti kialakítások üvényében változik, esetenként az 50 (70) bar értéket is mehaladhatja. A szűrők, élettartamát (-5 év) a szennyeződések hatására bekövetkező elrakódás határozza me. Az eltömődött szűrők nem javíthatók, azokat cserélni kell. Az élettartam növelése céljából a nyersvizet az RO-berendezésre vezetést meelőzően (célszerűen <0, µm) méretű, ultraszűrő alkalmazásával metisztítják a szilárd szennyeződésektől, szerves anyaoktól, baktériumoktól, ombáktól, stb. Hosszú üzemi tapasztalatról a [4.41] cikk számol be. A műanyaból készült membránok élettartamára az állásidőben esetleesen elszaporodó mikrobák is kedvezőtlen hatással vannak, ezért a berendezéseket lehetőle olyamatosan kell üzemeltetni, vay az elszaporodást meakadályozó veyszert kell adaolni. Azt is iyelembe kell venni, hoy a szűrőket elhayó koncentrátum az eredeti sótartalom 4-5-szörösét tartalmazza. A membránok elduulásának meakadályozására, a nyersvizet meelelő (kiválást átló) adalékanyaokkal kezelni kell. Ezek többsée azonban csak rövid időre hatásos [4.46]. Kezelt víz elvezetés Katód - Anód Koncentrátum Ionszelektív membrán Kevert ioncserélő töltet Vízbevezetés 4.3. ábra Villamos deionizációs ioncserélő Elektrokémiai sótalanítás (Electro deionisation, EDI): Az ioncsere és a membrán technolóia ötvözete. A tisztítandó olyadékot ey anód és katód között elváltva elrendezett, anion és kation szelektív membránok közti cellákban elhelyezett kevert áyas ioncserélő tölteteken vezetik keresztül (4.3. ábra). A cellák közötti üres térközökben a víz meelelő vezetőképesséének biztosítására a koncentrátumot szivattyúval kerintetik. Az elektromos tér hatására: A bevezetett vízben lévő ionok a meelelő elektródák (anionok az anód, kationok a katód) elé vándorolnak és a membránokon keresztül kilépnek a szomszédos, az eredeti olyadékmennyisé néhány százalékának meelelő mennyiséű, visszakerintetett koncentrátumot tartalmazó járatba. A maradék kationokat és anionokat az ioncserélő lecseréli hidroén vay hidroxil ionokra. A víz is disszociál, a keletkező hidroén és hidroxil ionok olyamatosan reenerálják az ioncserélő töltetet. A reenerálás során lecserélt kation és anion ionok is (a töltésüknek meelelő irányban) elhayják az ioncserélő töltetet tartalmazó cellákat és ott csak tiszta víz marad vissza. Az ionok a koncentrátumból a szelektív membránok, illetve az elektromos tér hatására nem tudnak visszajutni a őáramba. A koncentrátum az esetlees bomlás során keletkező ázokat is maával viszi. Üzemeltetéséhez 1,5-5 bar nyomáskülönbsére van szüksé. Eneriaoyasztása 0,3-1 kwh/m 3. A kezelt víz yakorlatila teljesen sómentessé válik. Nyersvízként ordított ozmózissal, vay teljes sótalanítással előállított, 0 µs/cm-nél kisebb vezetőképesséű, mikro-, vay ultraszűrt, minimális szennyezőanya-tartalmú (például: CaO<0,5 m/l, SiO <0,5 400

405 m/l, TOC<0,5 m/l, Fe<0,01 m/l, szabad klór <0,05 m/l, CO <5 m/l, 5<pH<9) víz használható csak el. Közlemények nayobb kiinduló vezetőképesséről, szennyezőanya tartalomról is említést tesznek [4.46]. A membrántechnolóiával kialakított teljes sótalanító berendezés vázlatát a 4.4. ábra mutatja. A vezetőképessé az első ordított ozmózis szűrő után 30-10, a második után 3,5-4,5 között, a villamos deionizáció után 0,06-0,09 µs/cm között van. A kovasav tartalom 0,001-0,005 (<0,010) m/k, a nátrium tartalom 0,003-0,007 (<0,010) m/k naysárendben várható. A teljes berendezés összeállítása sorozatban yártott, könnyen cserélhető típuselemekből, az adott helyszín minőséi és teljesítményiényeinek meelelően történik. A membrántechnolóia alkalmazásával az erőmű, vay a környék szennyvizét is elhasználó nulla vízkibocsátású vízellátó rendszer is kialakítható. Ezeknél a víz szilárd anya tartalma porlasztásos szárítást követően, száraz por ormájában marad vissza [4.47]. Széndioxid + öblítőáz Szűrő Fordított ozmózis szűrő (RO) 1. okozat Fordított ozmózis szűrő. okozat Membrán áztalanító (MG) Villamos deionizációs ioncserélő (EDI) Nyersvíz Sótalanított víz Koncentrátum Koncentrátum Koncentrátum 4.4. ábra Fordított ozmózis, membrán áztalanítás és villamos deionizációs ioncserélő eljárásokat alkalmazó teljes sótalanító berendezés Tekintettel a reenerálás, szűrőcsere miatti üzemszünetekre, a kazánindításnál menövekvő pótvíz iényre, mindi több (4*33%, 3*50%, *75(100)% teljesítőképesséű) párhuzamos vízelőkészítő berendezést építenek be. A párhuzamos kialakítást rendszerint okozatonkénti keresztkapcsolásokkal valósítják me. Az üzembehelyezésnél mejelenő nayobb víziény, illetve a váratlan, a beépített tartalékokkal nem pótolható vízelőkészítő rendszer mehibásodások esetére mobil vízelőkészítő berendezéseket is kiejlesztettek [4.5]. Az előbbiek alapján nyilvánvaló, hoy a berendezések működéséhez szüksées vízminősé mind ioncserélős mind membrán technolóiával előállítható. A kétéle eljárás közötti szállítói, vásárlói választást elsősorban a költséek határozzák me [4.46]. A teljes sótalanító berendezések helyiénye nayobb, reenerálásukhoz veyszereket iényelnek, az elolyó vizet kezelni kell, mí a membrántechnolóiáknál jelentős szivattyúzási eneriaelhasználás jelentkezik. Erőművi körolyamatoknál, a nyersvíz sótartalmának csökkentése mellett, az esetleesen tömörtelenné váló kondenzátorban betörő szennyeződések, a szerkezeti elemekből kihordott, kioldott émoxidok eltávolítására a kondenzátum tisztítására is szüksées lehet. Erre a célra, a kondenzátum jelentős széndioxid szennyeződése, illetve a hűtővíz betörése (ezek veszélye) miatt, leyakrabban kevertáyas ioncserélőt alkalmaznak. 401

406 Gáztalanítás: A vízben oldott széndioxid, oxién korróziós hatásának (4.1 ejezet) meelőzésére a tápvíz áztartalmát a kedvezőtlen hatások szempontjából veszélytelen érték alá kell csökkenteni. Erre többéle meoldást alkalmaznak: A termikus áztalanításnál az oldott ázok saját parciális nyomásának meelelő előzölése, illetve diúziója valósul me. Utóbbi olyamatnál a orrásban lévő vízben oldott áztartalom ey része a ázisok áztartalmának eyensúlyát kiejező meoszlási tényezőnek meelelően diundál át a vele érintkező őzbe. A jobb hatások érdekében, csepeőtálcás kialakítással, a két köze ellenáramban áramlik, íy a kisebb áztartalmú víz kisebb áztartalmú őzzel érintkezik. A áztalanítóknál a két olyamatot, a víz orralását és őzzel történő áztalanítását a berendezés meelelő kialakításával [4.1] szétválasztják. A veyi áztalanításnál a áztartalmat redukáló veyszereket adaolnak. Az oxién eltávolítására, mennyiséének csökkentésére hidrazin (N H 4 ) adaolás, a széndioxid tartalom csökkentésére ammóniaadaolás szokásos a tápvízbe. A hidrazin hatására: N H 4 + O = N + H O csak víz és nitroén képződik. További kedvező hatása, hoy nayobb (>00 C) hőmérsékleten ammóniára és nitroénre bomlik, ezzel a víz lúossáát (ph értékét) növeli, illékony, ezzel a őzrendszerben is meelelő korrózióvédelmet biztosíthat, és hideen is hatásos, íy leállított kazánok korróziójának minimalizálására is kedvezően alkalmazható [4.1], [4.]. Robbanás-veszélyessée miatt különös kezelést iényel. Használata (rákkeltő hatása miatt) néhány orszában tiltott lehet, de sok éve vannak használatban szerves anyaú kondicionáló szerek (lásd például [4.65]). Ezek yártók által meadott használati előírásait kell iyelembe venni [4.]. Itt említjük me azokat az eljárásokat is, amelyeket a karbonátmentesítő eljárásoknál kiváló vay a vízben visszamaradó széndioxid tartalom eltávolítására alkalmaznak: A leveőztetős áztalanításnál az ioncserélőkről leolyó vizet ey erre a célra kialakított, álló tartály első részéből esőszerűen porlasztják be. A lehulló vízcseppekből a széndioxid a tartályt átöblítő leveőbe, majd a szabadba kerül. Az ekkor bekövetkező esetlees oxiénelvétel meelőzésére olyan meoldások is ismertek, amikor a leveős átöblítés helyett a kiváló széndioxidot a tartály tetejére csatlakozó vákuumszivattyúval távolítják el. A membrán áztalanítást a ordított ozmózisos vízkezelő technolóiáknál (a karbonátmentesítés elmaradása miatt) memaradó széndioxid tartalom csökkentésére alkalmazzák, különös tekintettel arra is, hoy a villamos deionizációs berendezés előtt csak nayon kis széndioxid tartalom (<5 m/l) enedhető me. A membrános áztalanítóknál a célszerűen mikrocsövecskékből [4.46] összeállított, éli áteresztő membrán eyik oldalán a áztalanítandó víz, másik oldalán a széndioxidmentes öblítőáz áramlik. A parciális nyomáskülönbséből adódóan az oldott ázmolekulák átlépnek az öblítőázba. Az öblítőáz leveő, enyhe túlnyomással, vay (kisebb meenedhető maradó áztartalom esetén) vákuummal [4.5]. Amennyiben öblítőázként tiszta nitroént alkalmaznak, a berendezés a víz oxiénmentesítésére is elhasználható [4.46]. 40

407 ph Kondicionálás: A vízben visszamaradt szennyeződések (oldott sók, ázok, szerves anyamaradványok, korróziótermékek) káros hatásának minimalizálására a tápvíz, kazánvíz, őz ph értékét, oxién tartalmát a választott üzemmódnak meelelően szilárd és/vay illékony lúosító szerek, adalékok ismertetett módon (4.3. ejezet) történő adaolásával be kell állítani. Szilárd lúosító szer adaolására célszerűen csak a kazándobba kerülhet sor [4.51]. Az esetlees korrózió veszélyének meelőzésére a kazánvíz ph értékét úy kell beállítani, hoy a Na/PO 4 arány lehetőle a,8-3,0 közötti tartományban leyen. 180 bar kazánnyomás alatt,6-,8 közötti értékek is meenedhetők []. A ph értéknek a kazándobban 0,1 értékkel a tápvíz ph értéke elett kell lenni [4.51]. Na/PO 4 >3 értékek csak akkor meenedhetők, ha a tápvíz tartalmazhat savas kémhatású szennyeződéseket [4.51]. A 4.5. ábra a meenedhető tartományt a kazánvíz oszát tartalmának üvényében ábrázolja. A ph értékek 0, m/k ammóniumhidroxid tartalom iyelembevételével szerepelnek az ábrán. Az ammónium tartalom következtében a ph 0,-vel változhat, de az eltérés általában csak 0,05 []. Az ammónia ph értékre kiejtett hatásától metisztított, opcionális, ph-oszát tartalom működési tartományokat, ázturbina hőhasznosító kazánoknál szerzett tapasztalatok alapján, a [4.51] irodalom mutat be. 10,0 Veszélyes tartomány 9,9 9,8 9,7 9,6 9,5 9,4 9,3 9, 9,1 9,0 8,9 NH 3 +PO 4 +1ppm NaOH Na/PO 4 =,6 Na/PO 4 =, Foszát (m/k) Na/PO 4 = ábra ph érték a kazánvíz oszát tartalmának üvényében [], [4.51] Az újabb, szerves alapanyaú adalékok 4 a víz kondicionálása mellett a belső elületek korrózió átló hatású, ilmszerű bevonására, a korróziótermékek diszperálására, az esetlees elhabzás és korábbi korrózió hatásának csökkentésére is alkalmasak lehetnek [4.4]. Előnyös hatásuk azzal mayarázható, hoy meoszlási tényezőjük nay, íy nemcsak a őzrendszerek, hanem a kondenzátorok védelmére is alkalmasak. Az eyes anyaok (poliaminok, aminok) tulajdonsáai lényeesen eltérőek, a meelelő veyület az alkalmazási céltól üően kiválasztható [4.50]. A hivatkozott közlemény a szokásosnál (akár 100 /m ) vékonyabb (0,5 /m ), a hőátadást kevésbé átló, manetit réte kialakulásáról is beszámol. A szerves adalékok alkalmazását, a yakorlatban iazolódott előnyök ellenére, hátrányosan beolyásolja a őz menövekvő közvetlen vezetőképessée 4 Filmképző és lúosító amin veyületek kombinációja. A ilmképző amin veyületek, amelyeket yakran poliaminnak, vay zsíraminnak (Fettamin) is neveznek az olioalkánamino-zsíramin osztályba tartoznak és R 1 -(NH-R ) n -NH alakú kémiai képlettel vázolhatók, ahol R 1 a 1-18 szénatom számú zsíros alkán láncokat R az 1-4 szénatom számú alkán veyületeket jelöli, n 1-7 közötti eész szám. Lúosító komponensként ciklohexilamin jöhet szóba [4.49], [4.93]. 403

408 [4.4]. A növekedés okának meállapításához a könyv írásának idején további vizsálatokat tartottak szükséesnek [4.49]. Az üzemi tapasztalatok üvényében, esetenként, szükséessé válhat az eredeti kondicionálás módosítása [4.103]. A környezetszennyezés minimalizálására való törekvés a vizelőkészítő rendszerek kialakítását is beolyásolhatja. Léhűtésű kondenzátorok esetén mevalósíthatónak tűnik a kibocsátás mentes vízelőkészítés mevalósítása is [4.103]. 404

409 4.5. Gőztisztasá biztosítása Ha a póttápvizet nem teljes sótalanítással kezelik, a kazánba több-kevesebb oldott só juthat. Folyamatos leiszapolás nélkül azonban idővel, mé teljesen sótalanított tápvíz esetén is, menövekedhet a koncentráció a kazándobban. Ez a kazándobból, kazánból elvezetett őz sótartalmának növekedésére, a szerkezeti elemek, hőhasznosító berendezések elrakódására vezethet. Ennek elkerülésére a kazándobból kilépő őz sótartalmát az adott paraméterek, elhasználási cél mellett mé oldott állapotban tartható, vay az utánkapcsolt szerkezeti elem, berendezés szempontjából mé meenedhető mértékben minimalizálni kell. Miután a őz sótartalmát, az előzőek alapján, elsősorban a cseppelraadás határozza me, a őz tisztasáa a cseppelraadás mértékének, illetve a cseppek (kazánvíz) sótartalmának csökkentésével, például: sótalanított tápvíz elhasználásával, kazánvíz sótartalom oldhatósának meelelő csökkentésével, leiszapolással, a kazánvíz elhabzásának lelúozással, kondicionáló szerek elhasználásával történő meelőzésével, a szüksételen naysáú, röcskölést előidéző cirkuláció ojtásával, rossz tápvíz minősé esetén többokozatú előzölötetés alkalmazásával, őzmosással, kazándob méretének növelésével, a csőcsatlakozások célszerű elrendezésével, több kazándob beépítésével, dob beépítmények alkalmazásával állítható be. Az optimális meoldást a vízelőkészítés és a kazán szerkezeti kialakításának összehanolása jelenti, a választott meoldást a őzminőséel szembeni elvárások, yakorlati tapasztalatok, illetve a költséminimumra való törekvés határozzák me. A őztisztasá biztosításával kapcsolatos tapasztalatok az előírásokban is mejelentek: kényszerátáramlású, illetve 68 bar-nál nayobb enedélyezési nyomású cirkulációs kazánoknál csak sótalanított tápvíz alkalmazható. A továbbiakban csak a kazán(dob) konstrukciós kialakításával kapcsolatos lehetőséeket olaljuk össze. A kazánból kiadott őz minőséével összeüésben iyelembe kell venni, hoy beecskendezéses hőmérsékletszabályozás esetén a őz sótartalma a visszahűtésre elhasznált víz minőséétől, mennyiséétől is ü, miután a beecskendezett víz előzölése során szennyeződései teljes mértékben átkerülnek a őzbe. Ezért beecskendezésre csak sótalanított minőséű víz használható (4.. táblázat), és a mennyisé sem haladhatja me a őzáram néhány százalékát. A beecskendezés arányának (a túlhevítők túlméretezése, vay a tüzelési viszonyok meváltozása miatti) növekedése esetén mindi ellenőrizni kell a őz sótartalmára, a túlhevítő esetlees elszennyeződésére kiejtett hatást. Gőztér-, víztükör terhelés: A cseppelraadás minimalizálására a leeyszerűbb meoldást a meelelő méretű kazándob kialakítása jelenti. Mint a 4.1. ejezetben bemutattuk, a cseppelraadás elsősorban a víztükörre számított átlaos sebessétől és a őztér maassáától ü. A yakorlatban a ajlaos őztér terhelésre és víztükör terhelésre adnak előírásokat [4.54]. Tájékoztató értékeket [1] és [6] alapján a 4.6. ábra mutat. Eyéb intézkedések elkerülésére ontos az eész dobhossz kihasználása a orrcsövek, őzbekötő csövek csatlakoztatására és a csövekbeli 405

410 Gőztér terhelés (m 3 /m 3 h) Víztükör sebessé (m/s) sebesséek helyes meválasztása (ejtőcsövekben 1,5 m/s, bekötő csövekben 4 m/s [1]). A valósában a meenedhető terhelés naysáa a bekötő csövek csatlakozásától is ü. Dob beépítmények nélkül lekedvezőtlenebbek a őzelvezetéssel szemben, a dob alsó alkotójának közelében becsatlakozó csövek. Valamivel kedvezőbbek a vízszint alá, illetve ölé, közel vízszintesen csatlakozó csövek. Lekedvezőbbnek a őzelvezetéssel közel párhuzamosan, leelé irányítva kialakított csőcsatlakozás tűnik [7]. A kazánvíz röcskölését a kerinési szám is beolyásolja. Ezért a dobméret növelése helyett, a röcskölés minimalizálására, javasolják a kerinési szám üzembiztonsá szempontjából meenedett értékre történő csökkentését. Ennek eszközeként a őzbekötőcsövek kazándobba történő csatlakozásába (a csatlakozó csonkba) utólaos, eszítőcsavarokkal rözített ojtások beépítését is célszerűnek tartják. 600 Irányérték 0,6 Maximum 400 0,4 Irányérték 00 0, bar bar a) Meenedett őztér terhelés [1] b) Meenedett víztükör sebessé [6] 4.6. ábra Meenedett téroati és elületi terhelés [1], [6] A meenedett őztér terhelés [m 3 /m 3 h] kiszámítására több szakkönyvben szerepel 0, 7 0, 8 a Cleve-től [7] származó, Vv 3000 Be p alakú (a Baumé okban kiejezett kazánvíz sótartalmat és a kazánnyomást, mint üetlen változókat tartalmazó) összeüés is, amelyben az állandó, illetve a kitevők a szerzőktől üően eltérhetnek eymástól. Az irányadó víztükör terhelésre korábban (például: [4.1]) <1000 m 3 /m h értéket adtak me. Tápvíz Gőz elvezetés Terelő lemez Zsalus leválasztó Gőz bekötőcsövek a) Ejtő csövek b) Ciklon Ciklon + zsalus leválasztó c) d) 4.7. ábra Dob beépítmények 406

411 Dob beépítmények: Nayobb nyomásoknál az előbbi eltételeknek meelelő őztér kialakítása nay dobátmérőt, ezzel nay alvastasáot, tömeet, véeredményben azdasátalan konstrukciót eredményezne, különös tekintettel arra is, hoy a nyomás növekedésével a ravitáció hatására bekövetkező, szétválasztást előseítő sűrűsékülönbsé a olyadék- és őzázis között lényeesen csökken. Ezért az optimális konstrukció kialakítására ütköző, irányelterelő, nyutató lemezeket, dróthálós, zsalus leválasztókat, illetve leválasztó ciklonokat építenek be, célszerűen az előbbi sorrendben (4.7. ábra). Nayvízterű kazánoknál, mint a.6. ábrán vázoltuk, perorált cső, lemeztáska, alkalmazása is szokásos. Az ütköző, irányelterelő lemezek eladata a csövekből kilépő keverék röcskölésének csökkentése, a vízcseppek irányelterelése, lelassítása, ezzel továbbáramlásuk menehezítése. Lejobb hatás akkor érhető el, ha az irányelterelő lemezekhez kapcsolódóan célszerűen ciklonokban metörténik a őz-víz keverék szétválasztása (4.7. ábra c), d) részletek). Tápvíz Gőzelvezetés Buborékképződés nyutató lemezen R 0 Nyutató lemez R 1 Gőz bekötőcsövek Ejtő csövek 4.8. ábra Nyutató lemez [6] Nyutató lemez: A nyutató lemez (4.8. ábra), az előbbiekkel szemben, a őz vízelszínen történő eyenletes átbuborékolását, ezzel az elraadott vízcseppek mennyiséének minimalizálását célozza. Az eyenletesen elosztott R 1 [m] suarú uratokkal áttört, a minimális vízszint alá mm-rel [6] elhelyezett, nyutató lemezről leszakadó buborékok R 0 [m] suarát a 4 R 3 eyensúlyi eyenlet alapján az 0 1 ( ) R R R ( ) összeüésből lehet kiszámítani. A lemez urataiban a őz minimális átáramlási sebesséének nayobbnak kell lenni az u ( ) min 15, R1 értéknél, ellenkező esetben a buborékok csak nayon eyenlőtlenül lépnek át a vízelszínen [6]. A maximális sebessé, amely elett a őz nem buborékok, hanem suár ormájában halad át [6]: 407

412 u ( ) krit 0, Íy a lemezt úy kell méretezni (uratok mintey 10-5 mm átmérőjét, osztását mehatározni), hoy a őz sebessée minimális terhelésnél is nayobb leyen az előbbi minimális sebessé értéknél és maximális őzelvételnél se közelítse me a kritikus értéket. A [6] irodalom nayobb nyomásoknál 6-8, közepes nyomásoknál 10-1 m/s értéket ajánl. A őz nyutató lemezen történő áthaladását (a buborék képződését és az áramlási vesztesé leyőzését) a lemez alatt eltorlódó őz és a lemezt körülvevő olyadékázis sűrűsékülönbsée (az ebből kialakuló eodetikus nyomáskülönbsé) biztosítja. A buborékméret és az átáramlási sebessé előbbi képletét iyelembe véve a eltorlódott őzréte szüksées (m) vastasáa: ( 175, 0, 78 lemez ) R1 ( ) Dróthálós cseppleválasztó: A ~0,15-0,3 mm átmérőjű drótból szőtt, többréteű háló működése azon alapszik, hoy a őz által szállított vízcseppek nem tudják követni az eymás möötti, eltolt helyzetű réteek közötti, yakori irányelterelést, és a drótszálaknak ütközve azokon metapadnak. A drótszálakon összeyűlt víz a őz által már el nem raadható, nayobb vízcseppek ormájában lecsöpö a hálóról. A cseppleválasztó, az erre specializálódott yártók által ajánlott választékból, a őzmennyisé és a meenedhető nyomásvesztesé iyelembevételével, a őztisztasá biztosításához elvárt, leválasztandó cseppméret (például: ~1-3 μm) alapján választható ki. A méretezési őzsebessé üőlees áramlási irányra [ ]: u K 4.4 A K értékét, dróthálós cseppleválasztókra, 0,107 m/s értékkel javasolják iyelembe venni. Meelelő működéssel, az előbbi képletből számítható sebessé, %-os tartományában lehet számolni. Vízszintes áramlási irány esetén 0%-kal nayobb sebessé enedhető me. A K tényező a nyomás illetve cseppterhelés növekedésével csökken [4.56]. Íy a nyomás növekedésével eyre nayobb áramlási keresztmetszetre lenne szüksé, emiatt alkalmazási lehetősée korlátozott. Felhabzás veszélye esetén sem ajánlott. A kiválasztás akkor tekinthető meelelőnek, ha a háló méretezési állapotban az áramlási irányban csak éli nedvesedik, másik ele biztonsái tartalékot képez. Utóbbi, a 110% méretezési értéket mehaladó kritikus sebesséek esetén is, mindaddi, amí a teljes hálóvastasá át nem nedvesedik, arantálni tudja a minimális cseppelraadást. Zsalus leválasztók: Működésük azon alapszik, hoy a zsalulemezek közötti irányelterelés (4.9. ábra) hatására, a csatornákban ébredő centriuális erő a őzzel áramló cseppeket kielé elmozdítja, íy a cseppek kellő út metétele esetén, rátapadnak a lemezre. Az összeyűlő olyadék a nehézséi erő hatására vízszintes őzáramlási irány esetén a lemezek mentén leolyik, üőleesen elelé áramlás esetén, a dróthálós cseppleválasztókhoz hasonlóan nayobb, a őz által már el nem raadható cseppek ormájában, visszahullik. A leválasztás hatásokát a sima 408

413 r lemezekből összeállított zsaluhoz (4.30. ábra c) részlet) képest cseppelvezetőkkel (4.30. ábra a)-b) részletek) javítják. Ezek nemcsak a már leválasztott olyadék visszatartásával, elvezetésével, hanem a csatornák szűkítésével, íy az áramlási és vándorlási sebessé növelésével is javítják a leválasztás hatásokát. Áramlási ellenállásuk azonban többszöröse a sima lemezekből álló zsaluszerkezetnek. A leválasztás hatásossáát, a már leválasztott olyadék visszatartását lejobban az úynevezett kettős csatornás zsalulemezek (4.30. ábra d) részlet) biztosítják. Ezeknél a leválasztott olyadék a ténylees áramlási csatornák közé beépített, csak a olyadék belépését lehetővé tevő közbenső csatornákon át távozhat. α v r u r r t α r ut u s 4.9. ábra Irányelterelés zsalus leválasztóban a) Zsalus leválasztó b) Vízcsepp mozása ciklonban vt A csatornákban történő mozás során a (Stokes törvény alapján, Re <1 eltételezésével) a centriuális erővel a súrlódó erő tart eyensúlyt. 3 d u 6 r A képletben: d a csepp átmérője [m], a olyadék sűrűsée [k/m 3 ], 3 d u 4.43 u áramlási sebessé a csatornában [m/s], r csatorna örbületének suara [m], a hordozó köze (őz) viszkozitása [Ns/m ], u r suárirányú (vándorlási) sebessé [m/s]. A vándorlási sebesséet kiejezve u r d u r r Fiyelembe véve a csepp [s] tartózkodási idejét az szöel (4.9. ábra) u jellemezhető ívben, kiszámítható a suár irányba metett, r [m] út: d u r 18 r 4.45 A képlet alapján meállapítható, hoy eyrészt a kielé metett út üetlen az ív suarától, másrészt a d méretű csepp, a belső áramvonalról indulva, csak r -nél kisebb csatornaszélessé esetén éri el a csatorna külső alát, és tud ott metapadni. A leválasztást a cseppek turbulens diúziója is előseíti, a cseppek ey része a turbulens mozás következtében a alhoz csapódik, és oda tapad. A méretezéssel 409

414 összeüésben a zsalus leválasztóknál is érvényesek a dróthálós leválasztóknál ismertetettek: a zsalukat célszerűen csak a köte él vastasáái indokolt leválasztóként iyelembe venni, a további elület tartaléknak tekintendő a kritikus üzemállapotok káros következményeinek meelőzésére. A leválasztási hatások, a turbulens diúzió javító hatásának iyelembevétele nélkül, elméletile az z d u m be m el s 18 1 e 4.46 m be kiejezéssel számítható, ahol z az irányelterelések száma, s a csatorna szélessée (mm). a) Ívelt zsalulemez, cseppelvezetővel b) Eyenes zsalulemez, cseppelvezetővel c) Hullámosított zsalulemez d) Kettős zsalulemez, cseppelvezető csatornával ábra Cseppleválasztó lemezek zsalus leválasztókhoz Látható, hoy ü a csepp méretétől, kisebb cseppekre rosszabb, nayobbakra jobb lesz. A nyomás növekedésével, az anyajellemzők változása miatt, csökken. A ténylees hatásokörbe csak mérésekkel állapítható me. Az irodalomban (például [4.57]) néhány zsalutípusra számítási összeüések is metalálhatók. A ábrán a [4.58] által elhasznált orrások alapján ey nayon széles eloszlást mutatunk be. A modern zsalus leválasztókat jóval szűkebb eloszlások jellemzik [ ]. η (%) d (μm) ábra Hatások zsalus leválasztóra [4.58] A leválasztott olyadék visszaporlasztásának veszélye elsősorban a olyadék elületi eszültséétől, illetve a őz sűrűséétől ü. Mivel a nyomás növekedésével a elületen metapadt olyadékilm ennmaradását mehatározó elületi eszültsé csökken, a porlasztóhatást mehatározó őzsűrűsé pedi nő (1. Füelék), eyre nayobb lesz a visszaporlasztás veszélye. Ezért a zsalus leválasztókat önmaukban ~55 bar nyomási ajánlják. 410

415 A zsalus leválasztókat a dróthálós leválasztókkal összehasonlítva általánossában meállapítható, hoy előbbiek nayobb elraadott olyadékmennyisé leválasztására alkalmasak, elhabzás veszélyére érzéketlenek, átáramlási sebesséük nayobb lehet. A 4.4 képlet alapján javasolt méretezési sebessé számításához, zsalus leválasztókra [4.55] K =0,04-0,35 m/s. [4.56] üőlees áramlási irány esetén K 0,15, vízszintes áramlási irány esetén K 0,, kettős zsalulemezzel mindkét áramlási irányra K 0,3 m/s értéket ajánl. Ciklonok: A ciklonokban a olyadék és őzázis szétválasztása a zsalus leválasztókhoz hasonlóan centriuális erőtér hatására történik. A perdületes áramlás hatására suárirányú mozás indul me, és eleendő naysáú tartózkodási idő esetén az összes olyadék eléri a alat. A zsalus leválasztóhoz viszonyított előnyét a tartózkodási idő növelhetősée jelenti, anélkül hoy az jelentős nyomásvesztesé növekedéssel járna. Felhasználása történhet: előleválasztóként (4.3. ábra), amikor a orrcsövekből kilépő keverék a 4.7. ábra c)-d) részletéhez hasonlóan csak a ciklonokon keresztülhaladva, ott olyadék- és őzázisra szétválva juthat a dobba, vay utóleválasztóként (4.35. ábra a) részlet), amikor a dob őzteréből az elraadott olyadékcseppeket szállító őz csak a ciklonon keresztülhaladva, a cseppeket ott hátrahayva áramolhat a őzelvezető csövekbe. Miután a ciklon belsejében a nyomás kisebb a kazándobban uralkodó nyomásnál, a leválasztott olyadék eltávolítására tápvízzel működtetett vízsuárszivattyút kell alkalmazni. Terelő lemez Gőz Vízleválasztó Gőz Perorált lemez Beömlés Kazánvíz Kazánvíz Perdítő lapátok Beömlés Perdítő lapátok a) Tanenciális beömlésű ciklon b) Axiális átömlésű ciklon 4.3. ábra Cirkulációs körbe beépíthető leválasztó ciklonok Mindkét eladatra alkalmazzák mind a tanenciális, mind az axiális beömlésű változatot. Előbbinél a keverék bevezetése a ciklon kerületéhez érintőleesen csatlakozó beömlésen keresztül történik, a olyadék alul, a mennyiséétől üően perdületes elvezetésen (4.3. ábra a részlet), vay elvezető csövön (4.35. ábra b) részlet) távozik. Az utóleválasztóknál, a jobb leválasztási hatások érdekében, merülő csövet is alkalmaznak. Az axiális átömlésű ciklonnál a olyadék és őz is elelé hayja el a ciklont (4.3. ábra b) részlet). Utóbbinak olyan elsősorban utó leválasztóként alkalmazott változata is ismert, amelynél a alon áramló olyadék nem a ciklon tetején, hanem a al hosszirányú résein lép ki a ciklonból [4.55]. Miután 411

416 R 60 az előleválasztó ciklonok a cirkulációs kör részét képezik, áramlási ellenállásuknak lehetősé szerint kicsinek kell lenni. A ciklonok kiválasztása, méretezése a kerinő tömeáramok, kerinési szám alapján történhet. Tanenciális ciklonoknál a belépési sebesséet, ciklonátmérőt, belépő csonk maassáát úy kell meválasztani, hoy ey körülordulás után a olyadékáram a nehézséi erőtér hatására a belépő csonk alá süllyedjen. Előleválasztó kialakításnál a beömlést célszerűen a ciklon (átmérő kétszeresét mehaladó) maassáának közepén kell elhelyezni, hoy a elelé haladó őzáramból a vízcseppeknek eleendő idejük leyen kiválni. A cseppek elméleti, suárirányú sebessée a zsalus leválasztókhoz hasonlóan számítható: u r d ut r Az összeüésben az u t sebessé t indexe a csepp térbeli mozásának érintőlees komponensére utal. Látható, hoy a kisebb suár a vándorlási sebessé szempontjából kedvezőbb, és ez esetben a cseppek a ciklon alát is yorsabban elérhetik. Uyanakkor a kisebb méretekhez tartozó, kisebb áramlási keresztmetszetek a ciklonok darabszámának növelését iénylik. Előleválasztó ciklonok alkalmazásával a közesebesséek növelhetők. Keverék sebesséekre (bekötő csövekre) 70 bar nyomás esetén 18 m/s, nayobb nyomásnál 9 m/s értéket tartanak eloadhatónak Ø R ábra Axiális előleválasztó ciklon [4.59] Axiális ciklonoknál a elelé áramló olyadék a nehézséi erőtér hatására lassul. A perdítő elem keresztmetszetét, hajlásszöét úy kell meválasztani, hoy a al mentén kialakuló axiális áramlás képes leyen a leválasztott olyadékot, az irányelterelő sapkán át, a ciklonon kívülre továbbítani. A dobbeli röcskölés minimalizálására, rendszerint az irányelterelő sapkákat is ellátják a sapkákba beérkező köze perdületét csökkentő terelőlemezekkel. Gyakorlati tapasztalatok [6] alapján a őz-víz keverék belépési sebessée 10-1 m/s, de célszerűen nem lehet kisebb 5-6, és közepes nyomásoknál nem lehet nayobb 15-0 m/s értéknél. A ciklon belsejében áramló őz sebesséét 0,5-0,7 m/s-nál kisebbre kell választani. A ábrán vázolt, orosz kazányártók által alkalmazott, axiális ciklonokra [4.59] ismertet a cseppelraadásra, teljesítményre, átmérő, nyomásvesztesé számítására vonatkozó Rut( ) összeüéseket. A leválasztást előseítő olyamatokat a C y szám naysáától üően valószínűsítik. Amennyiben C 1,8*10 14, a leválasztás y 41

417 elsősorban a centriuális erőhatás hatására mey vébe. 1,8*10 14 < C <,75*10 14 közötti tartományban a cseppek a centriuális erőhatás és a turbulens pulzáció eyüttes hatására tapadnak a alra. C,75*10 14 tartományban a kiválás a turbulens mozás hatására történik. A cseppelraadás, nyomásvesztesé számítására példaként, [4.59] alapján, a ábrán vázolt, 9-11 db, 30 okos perdítő lapáttal ellátott, axiális ciklonra vonatkozó összeüéseket mutatjuk be. Az [/k] cseppelraadás: y y a D y <*10 7 tartományban az a Dy *10 7 tartományban az kiejezéssel számítható, ahol 5, 5 v 4 0, 0003D y 4.48 v 0, 1 v 0, 1 6D y 4.48 a v A ciklon határozható me. D u ( ) t y R 3 / 4.49 p [N/m ] nyomásvesztesée a p 18, 3 u / összeüés alapján t b r be 100 r k η (%) 75 1,0 β 0,8 0, ,4 0 0, 0,4 0,6 0,8 1,0 b/r be c l /c * l a) Korrekciós tényező b) Hatások ábra Korrekciós tényező és hatások utóleválasztó ciklonra A tanenciális ciklonokkal összeüésben me kell jeyezni [4.60], hoy az áramlás az örvénytérben nem a suár által mehatározott körpályán, hanem annál kissé nayobb örbületi suáron történik (emiatt a ténylees vándorlási sebessé a tanenciális sebesséből számítható értéknél kisebb), illetve hoy a beömlés suara kisebb a ciklon suaránál (4.34. ábra a) részlet). Íy a perdület memaradási eyenlet elhasználásával a külső suárra számítható kerületi sebessé: u v r b be k 4.50 rk ahol v b a beömlési sebessé, értéke a beömlés szélessée és a beömlési suár hányadosa üvényében, a ábra a) részletének diaramja alapján vehető 413

418 iyelembe. Merülő csöves ciklonoknál ennállhat annak a veszélye, hoy az naysáú, tenely irányú sebessé (4.35. ábra b) részlet) cseppeket raad maával. Ez nem következhet be, ha a csepp, 4.47 képletből az r b belső suáron érvényesülő u b érintőlees sebesséel számított, u rb u r vándorlási sebessée nayobb az előbbi, tenely irányú sebessénél, illetve ha a cseppek már korábban a alra tapadtak. Az előbbi eltétel a 18 * r urb d 4.51 u b b [m] méretű cseppekre teljesül, a yakorlati tapasztalatok alapján azonban ennél a cseppméretnél is csak ~50% a leválasztási hatások. Az ettől eltérő, eyéb cseppméretekre a leválasztási hatásokot a ábra b) részlete mutatja a cseppek * d d cl lebetetési sebesséének, az előbbi méretű csepp c * l lebetetési sebessééhez viszonyított c aránya alapján. * l / cl v k r b v a Ciklon h ** h * Vízsuár szivattyú = r = r u rb h Szívócső v b Nedvessé elvezetés a) Utóleválasztó ciklon elhelyezése u b u k b) Utóleválasztó ciklon kialakítása r k ábra Utóleválasztó ciklon * A d számértékének mehatározásához szüksées az ismerete. Előbbi u b és u rb sebesséek u u r k k b b 4.5 ' rk h uk 1 0, 005 r / r b u rb értéke az r b suarú, h maassáú palástelületre (4.35. ábra) a őzázis * téroatárama alapján számítható. d előbbi számítási összeüéséből (miután u u rb / b értéke közel állandó) meállapítható, hoy leválasztási hatások elméletile nem, vay ali ü a ciklon terhelésétől. A cseppelraadás szempontjából azonban iyelembe kell venni, hoy kisebb őztermelésnél a porlasztás yenül, és a cseppeloszlás a kisebb méretű cseppek irányába tolódik el. Íy a őz r b v b 414

419 nedvessétartalma, ey adott ciklontípus után [4.59], kisebb terhelési tartományban a közeterhelés nyolcadik, nayobb terhelési tartományában csak eyötödik hatványával változik. Leválasztók sorba kapcsolása: A különéle leválasztó típusokat összehasonlítva [4.55]: a dróthálós leválasztóhoz viszonyítva a zsalus leválasztó mintey -3 szoros, a ciklon 3-5 szeres költséet jelent, és 1-4 szeres, illetve 8-10 szeres áramlási veszteséet eredményez. Amennyiben ey leválasztó típussal nem érhető el a meelelő eredmény, szokásos (mint a 4.7. ábra mutatja) több cseppleválasztó sorba kapcsolása. Leinkább az előleválasztó ciklonok után alkalmaznak zsalus, dróthálós kieészítéseket (4.3. ábra). Olyan meoldások is ismertek, amikor a sorba kötött leválasztók közül az első kritikus terhelése elett üzemel, a leválasztott, szokásos cseppeloszlás helyett durva cseppeloszlást kibocsátva. Utóbbit a következő okozat jobb hatásokkal tudja leválasztani, íy véeredményben az eredő cseppelraadás kisebb lesz. Ez esetben az első okozatot alomerátornak nevezik. Más esetben az eltérő kialakítású, két okozat közül az első a durvább, a második a inomabb cseppek leválasztására szolál. Minden esetben iyelembe kell venni, hoy minden leválasztó okozat növeli az áramlási veszteséet, íy az üzembiztonsá érdekében szüksées optimális kialakításra (leválasztó típusa, okozatszám, stb.) kell törekedni. Kétokozatú előzölötetés: Amennyiben a kazán működéséhez csak nayobb sótartalmú (esetenként láyítás nélküli nyers) víz állt rendelkezésre, a őztisztasá biztosítására többokozatú előzölötetést alkalmaztak. A több zónára osztott előzölötető rendszer eyes zónái eltérő sótartalmú kazánvízzel üzemeltek. A lekisebb sótartalom az első zónában volt majd okozatosan növekedett. Az első zóna táplálása tápvízzel, a többi zónáé az előző zóna kazánvizével történt. Íy a őz sótartalma, illetve az általa elraadott vízcseppek sótartalma is okozatosan növekedett. Leiszapolás (só elvezetés) az utolsó zónából történt. A őz sótartalmának minimalizálására a lenayobb arányú őz elvezetés az első, lekisebb kazánvíz sótartalmú zónából történt. Leyakrabban a kétokozatú (két zónára osztott) előzölötetést alkalmazták. (4.36. ábra). 100,C ( 100 L ),C tv 100,C G ( 100 G 1 ),C 1,C1 ( 100 G1 ),C G 1,C1 ( 100 L ),C tv C k1 C k C k C k1 ( 100 G 1 L ),Ck 1 L,C k L,C k ( 100 G1 L ),Ck1 a) Kétokozatú előzölötető b) Kétokozatú előzölötető ciklonnal ábra Kétokozatú előzölötetés A későbbi változatoknál a második okozatot ciklon leválasztóval alakították ki (4.36. ábra b) részlet), íy az ebből történő cseppelraadás csökkenthető volt. A őz sótartalma a tápvíz sótartalma, a lelúozás- és az első okozat őztermelési aránya, valamint cseppelraadás hatását is iyelembe vevő meoszlási tényezők alapján számítható [4.1], [4.37]. Az ilyen kazánokkal üzemviteli ondok a tápvíz minősé utólaos javításával jelentkezhettek, mivel a bevezetett sótartalom csökkentésével a 415

420 kazánvíz eredetile előírt sótartalmára tekintettel rendszerint csökkentették a leiszapolást, ezzel a második okozat tápvíz áramát. Ekkor a szokásosan alkalmazott szilárd lúosító szerek esetén, amelyek visszamaradnak a kazánvízben, a két zóna között nay koncentráció és lúossái szám különbsé alakulhat ki [4.61]. Ilyen esetben a koncentráció kieyenlítése a kazánvíz ey részének második zónából történő visszavezetésével lehetsées. 416

421 4.6. Kazántisztítás A kazánok és az utánkapcsolt berendezések biztonsáos működése és a őztisztasá szempontjából ontos, hoy a csövekben, kamrákban, kazándobban, őzvezetékekben a yártás, szerelés után visszamaradt minden szennyeződést (reve, orács maradványok, rozsda, heesztési seédanya maradványok, olvadékok, olaj, zsír, estékmaradványok, stb.) eltávolítsanak, és a szerkezeti elemek belső elületén a további korróziót meelőző, stabil manetit védőréte alakuljon ki. Ezt új kazánok üzembehelyezése előtt, nayobb elújítások után, ey több lépésből: öblítésből, kiőzésből, veyszeres tisztításból, pácolásból, kiúvatásból álló olyamat seíti, amelyen belül eyes részolyamatokat esetenként többször is ismételni kell. Az eyes részolyamatok előkészítésére, vérehajtására a VGB-R 513 számú irányelve [4.6] ad részletes iránymutatást, azzal, hoy a ténylees tisztítási olyamatot mindi az adott berendezés, yártási olyamat tisztasáa, helyszín iyelembevételével kell metervezni és vérehajtani. Fontos, hoy a kazán a tisztítás után mielőbb üzembe kerüljön. Késedelem esetén a berendezést a várható állásidőre konzerválni kell. Az üzembe helyezés előtti tisztítás költséeinek csökkentésére a yártók széles körben alkalmaznak úynevezett tiszta yártást, szerelést, amellyel a szerkezeti elemekben visszamaradó szennyezés mennyiséét minimalizálják. A technolóiák olyamatosan ejlődnek, íy a korábban szélesebb körben alkalmazott veyszerek, eljárások kiszorulhatnak a yakorlatból. Különösen a szerves komplexképzők amelyek a korábbi szervetlen lúokkal, savakkal vézett eljárásokhoz képest lényees előnyökkel járhatnak a kazántisztítás, veyszeres kezelés során alkalmazásának elterjedése eredményezett nay változást. Széleskörűen az NTA (nitrilo-triecetsav N(CH COOH) 3 ) és EDTA (etiléndiamintetraecetsav, C H 4 N (CH COOH) 4 ) betűszóval jelölt szerves savak alkáli vay ammónium sói kerülnek elhasználásra [4.66]. Réz eltávolítására az EDA (etiléndiamin, C H 4 N ) ammónium sójának alkalmazása is ismert [4.68]. Ezek nemcsak állásidőben, hanem kis koncentráció mellett a berendezések üzemeltetése alatt is elhasználhatók. Ekkor az alkalmazásuk nélküli esethez viszonyítva stabilabb védőréte kialakulását is előseítik [4.66]. A védőréte a szokásos lúos üzemmódhoz képest, az állásidei korrózióval szemben is, hatásosabbnak tűnik. Lerakódásoldó hatásuk a lerakódásokkal történő Ca, M, Fe, Cu komplexképződésen alapul. Ezzel szemben szilikátos és olajkoksz tartalmú réteekkel, szerves anyamaradványokkal, szinteresen kötött vasoxidokkal szemben hatástalanok. A vasoxidok és rézoxidok oldásánál létrejövő komplexek szerkezetére [4.68]-ban találhatók szemléletes ábrák. Az EDTA komplexek stabilabbak, az NTA típusú komplexek hőre érzékenyebbek (bomlanak) (Cu(II) 373 K, Fe(II) 533 K, M, Ca 590 K) és a belőlük képződött anyaok ártalmatlanítása eyszerűbb, íy az utóbbiak alkalmazása előnyösebbnek tűnhet [4.66]. A szabad EDTA és NTA bomlása 0 C elett kezdődik me. Veyszeres kezeléseknél, nayobb koncentrációban alkalmazva, ötvözetlen és yenén ötvözött acéloknál a manetit réteet eloldhatják, és alvastasá csökkenést eredményezhetnek. Krómacéloknál csak helyenként, mí ausztenites 417

422 Fe ion tartalom (/l) acéloknál yakorlatila nem tapasztalható oyás [4.66],[4.68]. Ferrites-ausztenites kötéseknél érintkezési korróziót nem tapasztaltak. A szállítók [4.64] jelenle, 6 bar kazánnyomás alatt eléséesnek tartják csak a kiőzést önmaában. E ölötti, szubkritikus nyomással üzemelő berendezések esetében az előzölötető és tápvíz előmeleítő szakaszokat kiőzik és veyszeresen is tisztítják. Szuperkritikus kazánoknál rendszerint a kondenzátor, a tápvíz előmeleítő rendszer, valamint a kazán előzölötető és tápvíz előmeleítő elületeinek lúos és savas tisztítását vézik el. A túlhevítő és újrahevítő elületek veyszeres tisztítása korábban nem volt yakorlat, miután ez lényeesen növeli a olyamat bonyolultsáát, költséeit. A kiúvatások időtartamának csökkentésére azonban eyre yakrabban alkalmazzák. Az előzölötető és tápvíz előmeleítő elületek ásványi vay szerves savas (kelátos) tisztítását általában a berendezés üzembehelyezése előtt vézik el. Esetenként ezt (néhány héttel, de akár ey évvel is) az üzembe helyezés utánra halasztják, amikor a kondenzátorból, tápvíz előmeleítő rendszerből a szennyeződések már átkerültek a kazánba. Ez azonban kockázatos lehet a kazán nayobb hőterhelésű elületeinek élettartama szempontjából. Öblítés: Feladata a kazánban visszamaradt szilárd szennyeződések eltávolítása. A kazánt kb. 60 C hőmérsékletű tápvízzel eltöltik, majd a kazán mélypontjain elhelyezett leiszapoló vezetékeken nay sebesséel leürítik. A szennyeződések eltávolítására lealább az üzemi áramlási sebessé másélszeresét célszerű alkalmazni. A töltési, ürítési ciklusok száma a berendezés kialakításától, naysáától ü. Kisebb berendezéseknél, nayvízterű kazánoknál kiőzés előtt esetenként ey öblítés is eleendő, nayobb berendezéseknél a durvább szennyeződések eltávolítása is csak több öblítéssel érhető el (4.37. ábra). A yakorlatban yakran néhány öblítéssel, a kiőzésnél, veyszeres tisztításnál esetle duulást okozó szennyeződések eltávolításával is meelészenek, és a további tisztítást a kiőzés során vézik el Öblítések száma (db) ábra Öblítés hatása a kazánvíz oldott Fe tartalmára Kiőzés: Feladata a szennyeződések, olaj, zsír, estékmaradványok eltávolítása, elsősorban mechanikai- és hőhatással, lúos kémhatású veyszerekkel. A yakorlatban a történelmi ejlődés sorrendjében: erősen lúos, léleeztető kiőzést, yenén lúos kiőzést, és szerves anyaokkal vézett kiőzést alkalmaztak. A hayományos, lúos kiőzéseknél veyszerként 0.1-1% trisót (Na 3 PO 4 ) adaolnak elületaktív anyaokkal, nedvesítőszerekkel eyütt. E mellett Na 3 PO 4 és Na HPO 4 418

423 Üzemi nyomás névlees nyomáshoz viszonyítva keveréke [], nátronlú (NaOH), nátriumkarbonát (Na CO 3 ), nátriumnitrát (lúkorrózió ellen), nátriumszulit (oxiénkorrózió ellen) [4.63, 4.64], elhasználása is szokásos. Nátronlú, nátriumkarbonát elhasználásánál, az erősen lúos kémhatás miatt, különösen óvatosan kell eljárni. A berendezést a kiőzéshez meelelően elő kell készíteni, például: a vízállásmutató üveet ideilenes, a kiőzés alatt használt üvere kell cserélni, a kazándobból a terelőlemezeket, dob beépítményeket el kell távolítani, hoy a tisztító köze a dob eész elületéhez hozzáérjen, el kell távolítani a rézből, bronzból készült szerkezeti elemeket, ki kell alakítani a olyamat vérehajtásához, ellenőrzéséhez szüksées mekerülő vezetékeket, ideilenes rendszereket. 3/3 Túlhevítő kiúvatás /3 1/3 Felűtés Hűtés Napok száma Ürítés, öblítés, töltés, veyszer adaolás ábra Léleeztető kiőzés A kiőzésre a kazányártó, vay vállalkozó előírásai alapján és irányításával kerül sor. Esetenként a túlhevítők kiúvatása követi. Példaként a ábrán a nayobb erőművi kazánoknál alkalmazott léleeztető kiőzés leolyását vázoljuk. A veyszerek által nem oldható szennyeződések leválásához eszültsékülönbsére, torló erőre van szüksé. A léleeztető kiőzésnél ezeket a nyomás csökkenése (hőeszültséek az előzölötető rendszerben), kiúvatás (nay torló erő a túlhevítő csövekben) biztosítja. Miután ezek a kazán szerkezeti elemeinek élettartamára is hátrányosak lehetnek, a kiőzésre és kiúvatásra több, okozatosan növekvő nyomásszinten kerül sor. A ciklusok szüksées számát a kazánból távozó őz minősée határozza me. Gázturbinák utáni hőhasznosító kazánoknál a kiőzéshez csak a ázturbina kipuoó áza áll hőorrásként rendelkezésre. A léleeztető kiőzéshez ennek teljesítményét kellene meelelően változtatni. Ezért a kis részterhelésen, rossz hatásokkal történő üzemelés elkerülésére, az előbbi ábrán vázolt, lépcsőzetes nyomású eljárás helyett a olyamatos, csúszó nyomással vézett kiúvatást alkalmazzák, vay nayobb leiszapolással, az előírt víz- és őzminősé eléréséi úynevezett tisztító üzemvitelt olytatnak [4.30]. A szerves anyaokkal történő kiőzésnél NTA nátrium és ammónium sóit, poliakrilsavat kötésben polialkilaminnal, valamint szénsavat kötésben monoalkilaminnal alkalmazzák 0,01-0,0% mennyisében. Miután a szerves anyaokkal való kiőzésnél [4.66] a szennyeződések oldódása, védőréte képződése a hayományos kiőzéshez viszonyítva sokkal yorsabban mey vébe, az eljárások 419

424 alkalmazásában járatos szakcéek eléséesnek tartanak két, 4 órás, közbenső ürítéssel, öblítéssel összekapcsolt kiőzést (a másodiknál esetle mérsékelt veyszeradaal) a kazán csökkentett (a veyszerek alkalmazási hőmérsékletének meelelő) enedélyezési nyomásán. A olyamatot a veyszerelesle változása alapján lehet ellenőrizni. Amennyiben a veyszerelesle stabilizálódik, a kiőzés az eredetile tervezett időnél hamarabb beejezhető. Fontos mejeyezni, hoy az ürítés során leeresztett víz meelelő kezeléséről, vay ennek helyi lehetősée hiányában elszállításáról ondoskodni kell, mivel a képződött veyületeket tartalmazó olyadékok sem közcsatornákba, sem élő vizekbe nem enedhetők be. Veyszeres tisztítás, pácolás 5 : A kazán veyszeres kiőzése után a csövek elületén visszamaradhatnak korróziótermékek vasoxidok, vay jól tapadó yártási reve ormájában. Ezek vasoxid oldó veyszerek elhasználásával távolíthatók el, amelyek eyúttal a további korróziót átló, vékony, stabil manetit réte kialakulását is előseítik. A veyszeres tisztítás a kazán kiőzését is helyettesítheti. A őbb lépések: Öblítés ~60 C hőmérsékletű, teljesen sótalanított (esetle összeállást előseítő veyszerrel kondicionált) tápvízzel, a szilárd szennyeződések eltávolítására az előzőekben ismertetettek szerint, azzal hoy nayobb berendezéseknél a szakaszos, leürítéssel járó öblítés helyett olyamatos átöblítést is alkalmaznak [4.67]. Zsírtalanítás (lúozás, ~50-90 C hőmérsékletű, a szerkezeti anyaokat nem károsító töményséű, nátronlú oldattal, vay más alkalmas veyszerrel) az olajos, zsíros szennyeződések, estékmaradványok eltávolítására. Ismételt öblítés a zsírtalanító anya maradványainak teljes eltávolítására. Veyszeres tisztítás C hőmérsékletű, inhibitort is tartalmazó ~1% töményséű citromsav (oxitrikarbalilsav, C 3 H 4 (OH)(COOH) 3 vay C 6 H 8 O 7 ) [4.67] (esetenként só-, salétrom-, kénsav) oldattal, vay szerves savak sóinak inhibitort is tartalmazó oldatával. A meelelő töményséű, inhibitorral kevert veyszeroldatot általában a maximális vasoxid koncentráció eléréséi adaolják, ezt követően az adaolást leállítják. Öblítés mintey 60 C hőmérsékletű, teljesen sótalanított tápvízzel. Az öblítés sebessée sűrített nitroén áz bevezetésével yorsítható. Semleesítés mintey 40 C hőmérsékletű ammónia-oldattal (vízben oldott ammóniával) [4.67], vay más alkalmas, yenén lúos kémhatású veyszeroldattal. Szerves tisztító veyszerek használata esetén elhayható. Öblítés mintey 60 C hőmérsékletű, teljesen sótalanított tápvízzel a veyszermaradványok teljes eltávolítására. Passziválás mintey 40 C hőmérsékletű hidroénperoxid oldattal az újabb korrózió meelőzésére. Az irodalom más, a tisztításnál alkalmazott veyszerekről is említést tesz. Az Amerikai Eyesült Államokbeli orrások leyakoribbként az 5%-os, inhibitorokkal, komplexonokkal kevert sósav oldat használatát [4.64] említik, amelyet [] mindi 0,5% ammónium-hidroén-dilouriddal (NH 4 HF ) keverve javasolnak alkalmazni. Utóbbi emellett a % likolsav (HOCH COOH)/1% hanyasav (HCOOH ) keveréket, 0,5% ammónium-hidroén-dilouriddal és korrózió elleni inhibitorral, az EDTA 3%-os 5 A pácolás (pontosabban maratás) kiejezés a német szakmai yakorlat, íy a hivatkozott irányelv szóhasználata alapján használatos a hazai yakorlatban. 40

425 ammónium sóját inhibitorral keverve és a 3%-os ammónium-citrátot ((C 6 H 8 O 7 ) H 3 N) inhibitorral keverve is a yakran használt veyszerek között említi. 140 bar alatt oszor-, kén-, szulamid (NH SO 3 H) savak használatára is utalnak [4.64]. Túlhevítőkben, kényszerátáramlású kazánok csőrendszereiben az erősen illó likolsav, hanyasav, EDTA, ammónium-citrát alkalmazható előnyösen, meelelő inhibitorral keverve. A likolsav-hanyasav keveréket azért tartják különösen biztonsáosnak, mert a csőrendszerek elételen öblítése esetén esetle visszamaradva szétesnek, előzölönek []. A veyszeres tisztításhoz a kazánt szakaszokra kell osztani, amelyeken belül: a veyszeres tisztításhoz elhasznált köze receptúrája az adott szakaszban alkalmazott szerkezeti anyaoknak meelelően meválasztható, a olyamathoz szüksées kellő naysáú, eyenletes sebesséeloszlás biztosítható és az áramlás iránya a jobban ötvözött acélok elől a yenébben ötvözött acélok irányába kialakítható [4.67]. Vérehajtásához minden olyan anyaot, szerelvényt, amely az alkalmazott veyszerek hatására károsodhat, el kell távolítani. Áramlás iránya a csőrendszerben TH TH1 TH3 UH Frissőz Újrahevítő után Előzölötető TE Újrahevítő előtt Tápvíz Veyszer Kerintetés adaolás Fűtés Mérés Leürítés Mérés ábra Tápvizelőmeleítő, előzölötető veyszeres tisztítása Dobos kazán előzölötető és tápvíz előmeleítő rendszerének veyszeres tisztítására kialakított szokásos kapcsolást mutat a ábra. A kellő hőmérsékletre előmeleített tápvízbe adaolt veyszer kerintetése külön kerintető szivattyúkkal történik. A tisztító olyadék csak olyamatos mérés, ellenőrzés mellett juthat a kazánba. A veyszer a tápvíz előmeleítőn keresztül áramlik a kazándobba, majd onnan az ejtő és előzölötető csőrendszerbe. A kazánt az előzölötető rendszer alsó kamráinak leürítő, leiszapoló vezetékein hayja el és a olyamat ellenőrzésére szoláló olyamatos mérést követően jut vissza az előmeleítőbe a meelelő hőmérséklet beállítására. Az újrahevítő és a túlhevítő veyszeres tisztítása esetén a tisztító oldatot a őzturbina naynyomású házának lezárt csonkjánál (amely meakadályozza a turbinába való bejutást), az újrahevítő hideái őzvezetékébe vezetik be, majd véiáramlik a vezetéken, az újrahevítő elületeken, a meleái őzvezetéken. A meleái őzvezetékből a lezárt yorszáró és őőz szelepeket 41

426 mekerülve a rissőzvezetékbe jut, majd ezen véihaladva a túlhevítőkön átáramolva lép a kazándobba. A kazándobból az előzölötető és tápvíz előmeleítő elületeken halad tovább. Dobos kazánnál az előzölötető és tápvíz előmeleítő elületeken párhuzamosan áramlik. A leürítésre az előzölötető alsó kamráin kerül sor. A nitroén beúvás a veyszermaradványok lehető lejobb eltávolítására a túlhevítőkön keresztül történik. Az alkalmazandó veyszerösszetételt, veyszerhőmérsékletet, az előorduló szerkezeti anyaokon vézett laborvizsálatokkal, az esetlees meenedhetetlen mértékű anyaoyás, károsodás meelőzésére ellenőrizni kell. Ellenőrző laborvizsálatok mé minősített eljárások esetén is indokoltak lehetnek. A olyamatot meelelő helyeken, olyamatos vezetőképessé, hőmérséklet, zavarosodás, ph, redox-potenciál, Fe-, sav koncentráció mérésekkel ellenőrizni kell, mindaddi, amí veyszer a rendszerben előordulhat. A veyszeres tisztítások során iyelembe kell venni, hoy a reakciók eredményeként a kazánban naymennyiséű hidroén maradhat vissza. Ezért is indokolt a robbanásveszély elkerülésére az öblítésnél sűrített nitroénáz használata leveő helyett a kazán eltöltésére. A kazántisztítás hatásossáának ellenőrzése céljából történő mebontásnál (például dob kinyitása) azonban mé ez esetben is üyelni kell az esetlees robbanásveszélyre, a terek meelelő átszellőzésére, yújtószikra képződés, vay bármilyen yújtóorrás előordulásának meelőzésére. Ey nayobb kazán tisztításánál 000 m 3 hulladékvíz is keletkezhet, amely a kazánból kihordott anyaokat, a tisztításhoz elhasznált veyszerek maradványait is tartalmazza. Mint említettük, ezek nem kerülhetnek élővizekbe, közcsatornákba. Biolóiaila lebontható anyaok használata esetén biolóiai kezelésre, vay aktív szénnel történő lekötésre van szüksé. A lúos, vay savas hulladékvizeket a lebeő anyaok leválasztása után semleesíteni kell. Amennyiben komplexképzőket (EDTA, NTA) alkalmaznak, ezeket vay vissza kell alakítani, vay el kell tüzelni a kazánban. Kiúvatás: Feladata a kazán és a kapcsolódó csőrendszerek, veyszeresen nem tisztított szakaszaiban visszamaradt szennyeződések eltávolítása. Vérehajtásához a szerelvényeket me kell kerülni. Gőzturbinához csatlakozó kazánoknál a kiúvatásra, a naynyomású turbinaokozatot is mekerülve, az újrahevítő meleái vezetéke(ke)n kerül sor, a vezeték(ek) yorselzáró előtti szakaszát szabadramenő szakasszal metoldva. A kiúvatást a szennyeződések eltávolításához kellő sebesséet biztosító őzmennyiséel, a cső kiömlő nyílása elé polírozott acél-, réz-, vay alumíniumtükröt helyezve kell véezni. A polírozott elületen a csőből nay sebesséel kiáramló szennyeződések nyomot haynak. Íy a kiúvatás akkor tekinthető beejezettnek, ha a rendszeresen cserélt elületen becsapódási nyomok már nem láthatók. A kieresztett őzmennyisé szabályozása az úynevezett kiúvató tolózárral történik, amellyel lehetősé van a kazán minimális szabadramenő áramlás melletti eltöltésére, majd a tolózár nyitásával yors nyomáscsökkentésre. Az ilyen, szakaszos kiúvatás, az átmeneti nayobb sebesséek miatt, tisztítóhatás szempontjából előnyösebbnek tűnik a olyamatos kiúvatásnál, uyanakkor a nayszámú ciklikus iénybevétel a kazán későbbi üzembiztonsáára, élettartamára hátrányos lehet. A kiúvatás nay vízveszteséel jár, ezért mekezdése előtt kellő mennyiséű tápvízről, annak olyamatos pótlásáról ondoskodni kell. 4

427 Időszakos veyszeres tisztítás: Mint a 4.. ejezetben bemutattuk, a csövek belső elületén a manetit réte vastasáa üzem közben olyamatosan növekszik. Ezen túlmenően más szerkezeti elemekből kioldott émionok, a tápvízből, beecskendező vízből sók rakódhatnak le a űtőelületeken. Ezek átolják a hővezetést, íy a űtőelületek alhőmérsékletét növelik. A lerakódások vastaodásával a hőmérsékletemelkedés eyre nayobb lesz. A maasabb hőmérséklet yorsítja a szerkezeti anya károsodását, csökkenti élettartamát. Ennek meelőzésére a lerakódások mé meenedhető mennyiséét indokolt korlátozni. Az erre vonatkozó szabályozások általában irányelvek, az üzemeltető döntésén múlik, hoy követi-e őket vay sem. A javasolt értékek mintey optimumot jelentenek a kazán tisztításának költséei és a yakoribb, yorsabb mehibásodások által okozott károk között. 100 /m lerakódás elett mé kisebb nyomású kazánoknál is indokolt a veyszeres tisztítás, jóllehet az irodalom [] 69 bar-nál kisebb nyomású kazánoknál /m értéket ad me. Az előzölötető elületek tisztítását [4.86] μm teljes rétevastasá estén tartja ajánlottnak. Időszakos tisztításra a meenedett alhőmérséklet elérésekor, a kazánvízből kiváló, és a csőalon lerakódó sóréte eltávolítására, a kisebb nyomású, oldott sókat tartalmazó tápvízzel táplált kazánoknál is szüksé lehet. Sólerakódások esetén a tisztítások közötti üzemidők előrejelzésére Ahrnbom képlete [4.17] használható. Az időszakos tisztítás: a veyszeres tisztításnál alkalmazottakhoz hasonló veyszerekkel vézett belső mosásból, tápvízzel történő, a laza lerakódások távozását előseítő öblítésből, a veyszermaradványok semleesítéséből, a tiszta vas elületeken vékony védőréte képződést biztosító passziválásból, és az esetle mé visszamaradt anyaokat eltávolító, tápvízzel vézett öblítésből áll. Az időszakos tisztítást kerintetéses, vay úynevezett áztatásos módszerrel lehet vérehajtani. Az előbbinél a tisztításhoz a kazánon keresztül, külső szivattyúkkal kerintetik a tisztító olyadékot, az utóbbinál a kazánt kellő időre eltöltik a tisztító olyadékkal. Az előbbinél a veyszer adaolása a kellően előmeleített, kerintetett tápvízbe történik, és olyamatosan lehetősé van (a kazánból kilépő köze vizsálatával) a olyamat ellenőrzésére. A olyamatot az üzembe helyezés előtti tisztításhoz hasonlóan a veyszerelesle, illetve az oldott Fe-ion koncentráció állandósulása esetén lehet beejezettnek tekinteni. Ezzel a módszerrel minden elület (akár a teljes kényszerített átáramlású kazán) bevonható a tisztítás olyamatába, bár általában nem tartják be a tisztító köze áramlásának a jobb minőséű elületek elől a yenébb minőséű elületek elé javasolt irányát. Az áztatásos módszernél a eltöltött, tisztítási hőmérsékletre meleített kazánvízhez adaolják az előmeleített veyszert, majd a berendezést ázni hayják. A olyamat előrehaladását a kazán hozzáérhető helyeiről vett olyadékmintákon vézik. Ezt a módszert olyan berendezésekhez ajánlják, ahol a kerintetéses módszer nem alkalmazható. A kazánban a ondos keverés ellenére előordulhat helyi veyszer koncentráció növekedés, és ebből adódó korrózió. A [] irodalom az időszakos tisztításhoz nayobb tisztítószer koncentrációt ajánl, mint az üzembe helyezés előtti tisztításhoz. Rézoxid szennyeződéseket is tartalmazó kazánoknál a rézkorrózió meelőzésére a rezet oldatban tartó komplexképzőket kell adaolni. 43

428 A szerves savak alkalmazása üzem közben elrakódott berendezéseknél is kedvező: Nyomott vizes reaktorok őzejlesztőiben, üzemelés során képződött lerakodások szerves savak elhasználásával vézett eltávolításához vasoxid esetén az eltávolítandó Fe tömeéhez viszonyítva célszerűen a sztöchiometrikusnál kevesebb, 1,1:1 arányú NTA mennyiséről, 9-10 közötti ph tartományról, 0,1- m/k közötti hidrazin jelenlétéről (a vas két veyértékű állapotban tartásához), C közötti kedvező hőmérséklettartományról adnak ismertetést [4.68]. A közlemény rézoxid lerakódások EDA-val, (C H 4 (NH ) etiléndiamin) vérehajtott, a réz oxidációjának leveő, a veyszeroldat vezetőképesséének, ammónium karbonát hozzáadásával előseített, menövelése melletti eltávolításáról is tájékoztat. Hayományos erőművi őzkazánnál NTA-val, 150 C-on vézett tisztítás során, 10 óra alatt yakorlatila az összes lerakódást eltávolították [4.66]. Atomerőművek őzejlesztőire vonatkozó széleskörű tapasztalatokról [4.7] számol be. 44

429 4.7. Vízoldali korrózió, mehibásodások Az erőművi és ipari yakorlatban előorduló üzemzavarok nay részét cső mehibásodás okozza. A véeredmény mindi a cső kilyukadása, vay kinyílása, ami különböző olyamatok következményeként jöhet létre. A nyíláson kiáramló naynyomású, expandálódó olyadék, őz, vay olyadék-őz keverék rendszerint a szomszédos csöveket is erodálja, az impulzuserő a csövet meörbítve esetle mechanikusan is károsítja a környezetet. Forrcső szakadás cirkulációs zavarokat is okozhat, íy a kár rendszerint lényeesen nayobb, mintha csak a mehibásodott szakasz cseréjére lenne szüksé. Uyanakkor a mehibásodáshoz vezető körülmények a többi csőnél is adottak lehetnek, íy további mehibásodások bekövetkezésére is számítani lehet. A yakorlatban meiyelt sokéle korróziós olyamat közül terjedelmi okokból csak néhány, jellemző mehibásodás okának, leolyásának, elismerésének ismertetésére térünk ki. Forrcső mehibásodások mejelenési ormái: A mehibásodott cső alakja, a hibahely környezete sokat elárul a hiba keletkezéséről, uyanakkor a mé hibára nem vezető alakváltozások, olytonossái hiányok is előre jelezhetnek későbbi mehibásodásokat, indokolhatnak üzemviteli módosításokat. A jellezetes hibaalakok a következők: a cső olyvásodása, későbbiekben kinyílása a hibahely szélének késélszerű elvékonyodásával, a cső belső elületén esetle jelentős vastasáú lerakódással (4.40. ábra a)-c) részletek), a cső ridetörése, kinyílása, a hibahely szélének ali érzékelhető elvékonyodásával, belső elületen szürkéskék színű homoénnek tűnő lerakódással (4.40. ábra d)-e) részletek), pontszerű lyukadás, a belső elületen bemaródásokkal, a lyuk közelében esetle lerakódással (4.40. ábra ) részlet), különálló és összeüő (ürees, himlőhelyes, vájatos, csipkés) bemaródások, a cső belső elületén esetle lerakódással borítva (4.40. ábra h)-i) részletek), ey, vay többréteű, részben lazán tapadó lemezes lerakódások (4.40. ábra ) részlet), érintkező (összepréselt) elületek közötti résben kialakuló réskorrózió. Az előbbi, szemmel is mekülönböztethető hibák mellett a szerkezeti anyaok szövetszerkezetben is mejelenhetnek elváltozások, az anya rideedése, ötvözők vándorlása, oldódása, szemcsék közötti korrózió, üreképződés, ezek kimutatására azonban csak szövetszerkezeti vizsálatokkal, mikro keményséméréssel van mód. A korábbi, oldott sókat tartalmazó tápvízhez, nay kazánvíz sótartalomhoz kapcsolódó yakorlati szemlélet a orrcsövek mehibásodását leeyszerűsítve úy képzelte el, hoy a belső elületen kialakuló vízkőréte szieteli a cső alát, amely íy túlhevül, az anya olyáshatára lecsökken és a cső a belső nyomás hatására kinyílik. Hasonló túlhevülés következik be a cső duulásakor, vay a cirkuláció más okból bekövetkező naymérvű leromlásakor. Ma a vízkőképződést a meelelő táp- és kazánvíz minősé alkalmazásával meelőzzük, duulás, a cső esetlees leürülése pedi csak durva üzemviteli hiba esetén jöhet létre, íy az előzőekben elsorolt mehibásodások rendszerint több körülmény, mint például: szennyezett belső elület, a csőal hűtésének leromlása, (vay) a cső elé irányuló hőáram menövekedése, 45

430 lassú manetit védőréte képződés, a védőréte kémiai átalakulása, a védőréte sérülése, leválása, elételen kondicionálás, oxién, lú, sav betörés, szerves anyamaradványok, hidroéndiúzió, ideen eredetű szennyeződések behordása, lokálelemek kialakulása, nay helyi eszültséek, nay áramlási sebessé eyidejű ennállása esetén következnek be. Az okok mehatározásához, a már említett szövetszerkezeti és mechanikai vizsálatok mellett, a lerakódások veyi elemzésére is szüksé lehet. ) a) d) Lemezes lerakódás Bemaródás b) e) ) h) i) Belső lerakódás c) ábra Hibaalakok a) a cső túlhevülés hatására bekövetkező eltáulása, b) eltáulás belső lerakódás miatti hőmérséklet-növekedés hatására, c) cső kinyílása a csőszél elvékonyodásával, d) ride csőanya ablakos törése, e) átrepedt, ride cső kinyílása kontrakció nélkül, ) lemezes lerakódások, ) himlőhelyes lerakódások, pontszerű átlukadás, h) kaylós bemaródások, i) bemaródás a kiszáradás határának körzetében A mehibásodások okára az előordulási hely is iránymutató lehet. Előzölötetőknél: a lejobban űtött zónákban védőréte sérülésből adódó bemaródásokkal, lokálelemek kialakulásából adódó pontkorrózió, lyukadás, a lejobban űtött zónákban (veyszerbetörésből, elételen kondicionálásból adódó) olyamatos védőréte sérülés esetén részlees (csak a cső belső elületének közelében mejelenő), vay teljes keresztmetszeti elrideedést okozó hidroénkorrózióval, a meoások, elüesztések, bandázsok környezetében áradásos korrózióval (elrideedéssel), eszültsékorrózióval, a csőrendszerek maasabban ekvő szakaszain elételen állásidei korrózióvédelemből adódó, himlőhelyes mejelenésű oxiénkorrózióval, jentős oxiénbetörésből adódó, himlőhelyes mejelenésű vasoxid, -hidroxid lerakódásokkal, 46

431 az ejtőcső, bekötőcsövek belépő szakaszain, a nay áramlási sebessé hatására bekövetkező, olyamatos védőréte sérülésből adódó eróziós korrózióval lehet találkozni. Tápvíz előmeleítőknél a belépő csőszakaszokon eróziós korrózió, áztalanítás hiánya esetén a belépő kamrákban, csőszakaszokon, elételen állásidei korrózióvédelemből a teljes csőelületen himlőhelyes mejelenésű oxiénkorrózió előordulása említendő. A túlzott mennyisében adaolt, oxién lekötő veyszerek hatására bekövetkező, eróziós korrózió hatása esetenként összetéveszthető az oxién korrózió mejelenési ormájával, miközben az előidéző okban alapvető különbsé van. Túlhevítőknél a korrózióra, vízelőkészítés hiányára (is) visszavezethető mehibásodásokat leyakrabban a manetit réte túlzott mevastaodása, az epitaktikus réte leválása miatti duulás [4.90], nay cseppelraadásból adódó lerakódás képződés, rossz minőséű beecskendező vízzel vézett visszahűtés, ausztenites csőanyaoknál a eszültsékorrózió okozza. Manetit védőréte sérülése: A letöbb mehibásodásnál szerepet játszik a manetit védőréte sérülése, amely mechanikai és kémiai okok miatt is bekövetkezhet. A kémiai okok közül a víz Flade potenciál alatti kondicionálását, szennyező ionok (kondenzátorlyukadás esetén elsősorban klorid ionok, rézzel csövezett kondenzátorok, előmeleítők esetén rézionok) kazánba jutását, lerakódásokat is oldó kelátok (EDTA, NTA) újabb keletű, túlzott alkalmazása és alacsony ph érték esetén a védőréte oldását, védőréte keletkezés meakadályozását említjük. A mechanikai okok közé a belső nyomásból adódó eszültséek meszűnése, hőmérséklet-változás miatti hőeszültséek kialakulása, áramlási és tüzelésoldali pulzáció hatására kialakuló hőeszültséek, a nay áramlási sebessé miatti kopás és mások tartoznak. Az iénybevételek azért lényeesek, mivel a manetit réte rendkívül ride, az ismert tapasztalatok szerint viszonyla kicsi alakváltozásokat: 1 ezrelék (kb. 00 N/mm nek meelelő) nyúlást és 3 ezrelék (kb. 600 N/mm -nek meelelő) összenyomódást [4.69] visel el károsodás nélkül. Az értékek elsősorban tanenciális irányú alakváltozásokra vonatkoznak, csöveknél axiális irányban 10 ezrelékes összenyomódásnál sem találtak repedést [4.70]. Rossz kondicionálás hatása a manetit réte sérülésére: A manetit réte sérülését leyakrabban a víz nem meelelő kondicionálása okozza [4.71]: semlees vízkörnél a túl alacsony oxiéntartalom, lúos vízkörnél az elételen hidrazin, vay ammónia adaolás, illetve a szilárd lúosító szer hiánya. A tápvíz alacsony oxién koncentrációja semlees vízkörnél oda vezet, hoy a kisnyomású és naynyomású előmeleítőknél, részben eróziós korrózió következtében, nay a vasoyás, amely vas a kazán űtőelületein a lejobban űtött helyeken kiválva vasta, esetle rétees manetit lerakódásokat eredményez [4.7], 47

432 [4.85]. A rétees lerakódás a normál leállás, indítás során is leválik. Az illó lúosító szerek a kazánból a őzzel eltávozhatnak, íy a orrcső rendszerben kialakulhatnak olyan szakaszok, ahol a redoxpotenciál állandóan a Flade potenciál alatt lesz, ami a manetit réte olyamatos sérülésével jár [4.71]. Intenzív csőanya oxidáció [4.86]: Természetes cirkulációjú kazánok orrcsöveinél, elsősorban a űtésoldali csőélben, nay hőterhelésű helyeken, 100 bar-nál nayobb üzemnyomásnál, leinkább csak illó kondicionáló szerekkel kondicionált berendezéseknél jelentkezik. Mejelenési ormája különböző lehet: A olyamatos oxidáció következtében elvékonyodó csőal, és eyidejűle a vastaodó oxidréte következtében menövekvő alhőmérséklet miatt lecsökkent olyáshatár melletti eltáulás, majd elvékonyodott csőszél melletti elnyílás. A cső ridetörése (szemcsehatármenti, interkrisztallin töretelülettel, a következőben részletezendő hidroénkorrózió [4.109] miatt), a belső elületen esetle vályús korróziónyomokkal. Az elvékonyodott, a lerakódások miatt menövekedett hőmérsékletű csőalban bekövetkező, tartamszilárdsá túllépés miatti kúszást követő törés. A belső elületen vasta, több mm-t elérő, lemezes manetit bevonat iyelhető me, amelyben yakran kloridokból, kalciumoszátból, ém rézből álló, elsősorban kondenzátorból származó lerakódások találhatók. Veyszeres tisztítás után vályús elületrészek maradnak vissza, ahol a alvastasá kisebb a szükséesnél. A lemezes manetit bevonat vékony topo- és epitaktikus réteekből áll. Ez csak azzal mayarázható, hoy a képződött réteek rövid időközönként leoldódnak, majd a parabolikus örbe kezdeti szakaszának meelelően, yorsan új réte képződik. Ok lehet a képződés közben kialakuló hőeszültsé különbsé is. A jelensé a olyadékhiányos orrás tartományának (3.36. ejezet) kezdetével lehet összeüésben, amikor a alhőmérséklet, mint a 3.7. ábra mutatja, a tüzelés változásából adódó kis hőterhelés változásra is, lényeesen változik. Ez okozhatja a manetit réte leoldását, a yors vízoyás pótlására a vízben oldott anyaok csőalhoz szállítását, koncentrációjának növekedését. Rézkiválás hatása: Ammónia (NH 3 ), mint lúosító szer adaolása esetén, a rézzel csövezett kondenzátort a leveőelszívó nyílás környezetében (ph>9 esetén) bedúsuló ammónia metámadhatja. Íy réz kerülhet a kazánba, vay teljes áramú kondenz tisztító esetén annak H -vel reenerált kationcserélőit yorsan kimerítheti [4.73]. Réz kazánba jutását az is előseítheti, hoy yakori leállás esetén, a nedves kondenzátorba bejutó CO, SO ázok a nedvessében elnyelődve a korróziós hatásoknak ali ellenálló, ey veyértékű rézoxid (Cu O) képződésére vezetnek. Ezt az indulás után beáramló kondenzátum lekoptatja, és kondenzvíz tisztító hiányában bekerül a rendszerbe [4.74],[4.10]. A kazánba bekerülő réz nay része a kazán űtőelületein kiválik. A kiválás, Mankina összeüésének [4.17] meelelően, a lejobban űtött elületeken a lenayobb mérvű [ ]. Az íy kiváló réz általában a manetit réte elületén rakódik le és nem vezet minden esetben korrózióhoz [4.77]. Más esetekben vasta lerakódást képez [4.103]. 48

433 Oxiénes redukció Oxidáció Vízben oldott leveő oxiénje H O OH- 1/O + H O + e - e - e - CuO Fe + Fe(OH) e - e - Fe Korrózió termék ábra Rézoxid kiválásával képződött lokálelem [4.36] Irodalmi adatok szerint [4.78], az ey veyértékű réz (Cu O) a őzben jobban oldódik mint a vízben, íy az ilyen ajta rézoxidok a turbinában az expanzió során a nyomás csökkenésével telítődnek és a 400~450 0 C hőmérséklet tartományban kemény, szinte színteres [4.11] lerakódás ormájában válnak ki, mí a két veyértékű (CuO) oxidok kiválása elsősorban a kazánban várható. Semlees vízkör, nay oxién tartalommal, elsősorban CuO képződésre vezet, ilyenkor a turbinabeli rézlerakódás kizárható ábra Csőlyukadás [4.79] A rézoxid lerakódás és a tiszta ém közelsée lehetősé lokálelem képződésre (4.41. ábra): ennek következménye, hoy a vas (mint kevésbé nemes ém) oldatba mey, mí a réz, oxién tartalmát elvesztve, beépül a cső anyaába. Ez yors helyi korrózióra vezethet, amely pontszerű csőlyukadásként jelentkezik. Az ilyen hibák rendszerint a lejobban űtött szakaszokon lépnek el [4.16]. A yakorlati mejelenésre a ábrák mutatnak példát. Az ERŐKAR Anyavizsáló Laboratóriuma által, a Dunamenti Erőmű 9. hsz. kazánja (15 Mo 3 anyaminőséű, 49

434 Φ57*5 mm méretű) orrcső mehibásodását követően kiváott mintadarabon elvézett vizsálat [4.79] során, készített a csövet, a lyukadás metszetét (10- szeres nayítás), illetve a szövetszerkezetet a lyukadás környezetében (30-szoros nayítás) bemutató elvételeken (4.43. ábra) jól meiyelhető: a pontszerű lyukadás, a belső elületen az eyenetlen bemaródás, a lyukadás környezetében a bemaródás-szerűen terjedő károsodás, az eyenlőtlen errit-perlites szövetszerkezetben, a erritszemcsékben a szürkés raitszerű, oltalakú kiválások, a kristályról kristályra terjedő károsodás, ennek következményeként a elületet borító részben rétees, részben laza, tűs szerkezetű, oxidszerű réte ábra Eróziós korrózió, rézkiválás hatása [4.76] A Dunamenti Erőmű 1. hsz. kazánja, 15 Mo 3 anyaminőséű, Φ57*5 mm méretű, 860 órát üzemelt, orrcső mehibásodásának vizsálata során [4.76] készített elvételeken (4.43. ábra): a élbeváott csövön a sötétszürke oxidréte helyenként oltszerűen elpattozott, eyes elpattozásoknál bemaródások keletkeztek, a belső elületen ey (a elvételen jelölt) helyen, részben ideen anyaal kitöltött, ürees hibahely volt található, 430

435 a hibahelyről készített csiszolat (10-szeres, illetve 50-szeres nayítás) eyértelműen iazolta, hoy az üreet részben kitöltő ideen anya réz, nayobb (100-szoros) nayításnál a közepes szemcsenaysáú, errit-perlitbainites szövetszerkezet belső elületén helyenként szintén elismerhetők a émesen csilloó, apró rézszemcsék. A cső károsodását az elektrokémiai korrózió mellett, a cső hosszmetszetét bemutató ábrán meiyelhető, anyaoyás, eróziós korrózió is előseítette. Feszültsékorrózió: Kristályok közötti (interkrisztalin) vay kristályokon átmenő (transzkrisztalin) repedés, korrodáló hatású köze és húzóeszültsé eyidejű hatására [4.91]. Kialakulásában a szerkezeti anya minőséének is lényees szerepe van. Mejelenését, illetve az előidéző okokat tekintve mekülönböztetik [ ]: Az anódos, kristályokon átmenő (transzkrisztalin) repedést, amely kloridok bedúsulása következtében, illetve lúal érintkező szerkezeti elemeknél (lásd a következőkben) keletkezhet. Az anódos, kristályok közötti (interkrisztalin) repedést, amely hidroxil-, nitrát ionok, lúok hatására jelenhet me. A katódos, kristályokon átmenő, kristályok közötti, hidroén hatására bekövetkező repedést. A eszültsékorróziós mehibásodások jellezetessée (4.44. ábra) a aászerűen szétáazó repedésalak [4.9]. A repedés a mechanikai iénybevétel és kémiai behatás hatására helyile mesérült védőréte következtében szabaddá váló émelületen bekövetkező yors, anódos émoldódás hatására terjed. Késélszerű metszeti alakját az oldalelületek yors, védőréteel történő lezáródása mayarázza [4.91]. A hivatkozott irodalom és más orrások számtalan (nemcsak kazánoknál bekövetkezett) mehibásodást ismertetnek. H + + e - H vay O + H O + 4e - 4OH Korrodáló hatású olyadék Védőréte Húzó iénybevétel e - Fémion kioldódása Húzó iénybevétel Kristályokon átmenő (transzkrisztalin) repedés Kristályok közötti (interkrisztalin) repedés ábra Feszültsékorrózió [4.91] Különlees ormája a váltakozó iénybevétel hatására mejelenő, áradásos eszültsékorrózió, amely a manetit réte helyi sérüléséből, a szerkezeti anya helyi (például: kazándob uratperem, ovális csőív, cső alvastasá változás, yors hőmérséklet-változás, maradó eszültséek, stb.) túlterhelése miatt bekövetkező, helyi kiáradása hatására keletkező repedésből jön létre, amelynek enekén korróziós vájat képződik (a repedés széle kiömbölyödik). A repedés és az állásidei korrózió az üzemi ciklusokban ismétlődve terjed [4.94], [4.97], [4.91]. A különéle beolyásoló tényezők közül a leontosabb a d / d táulási tényező, amelynek 10-6 /s értékénél 431

436 a eszültsé indukálta korróziónak maximumát iyelték me. Az eyéb beolyásoló tényezők közül állandó nyúlással elvézett szakítóvizsálatok alapján a hőmérséklet hatása C-nál maximális, az oxiéntartalom üvényében csak 5 ppm elett tapasztaltak eszültsékorróziót, 50 ppm elett pedi az előordulás yakorisáának növekedését tapasztalták. Felismerése a hibahelyről készített metszeten meiyelhető, az ismétlődő ciklusok során kitáult, leömbölyödött repedés alakról lehetsées. Alattomos mehibásodásnak tekinthető, mivel hosszú idei rejtve maradhat, és a váratlanul bekövetkező mehibásodás súlyos következményekkel járhat [4.97]. Ezért az ismétlődő vizsálatoknál az esetlees repedések metalálására különösen nay iyelmet kell ordítani. A eszültsé korrózió meelőzése érdekében általában a következő lehetőséek kínálkoznak: Feszültséek csökkentése, alvastasá növelése, erőbevezetés, szerkezeti kialakítás optimalizálása. A húzó iénybevételek csökkentése általában mérsékli a eszültsékorrózió veszélyét. A korrózió biztos elkerülése szempontjából meenedhető eszültséet azonban beolyásolja, hoy a [4.93] irodalomban ismertetett meiyelések, vizsálatok alapján létezik ey anyaélesé üő határeszültsé. Amennyiben ez kisebb az anya 0, olyáshatáránál, és a méretezés a szilárdsái számítási szabályzatokban előírtak alapján történik, mindi számítani lehet eszültsékorrózióra. Olyan esetekben, amikor a határeszültsé nayobb a olyáshatárnál, a korrózió bekövetkezése az eyéb körülményektől is ü. A határeszültsé értéke a vizsálatok alapján 13 CrMo 44 anyanál 400 N/mm, 10 CrMo 910 minőséű anyanál 430 N/mm (mindkét anyaélesé errit-perlites szövetszerkezetű). Ezzel szemben az ausztenites szövetszerkezetű, X10CrNiNb18-9 minőséű anyanál csak 160 N/mm adódott. Heesztési varratok meelelő kialakítása, hőkezelés. Az iénybevételekből adódó őeszültséek mellett a yártásból, elsősorban heesztésekből adódó járulékos eszültséek csökkentésére is különös iyelmet kell ordítani. A járulékos eszültséek naysáát a kialakítástól üő eszültsékoncentrációs tényező határozza me. Ezért olyan meoldásokat (elsősorban heesztési varratalakokat) kell választani, melyek eyenletes átolvadást, kisebb eszültsétorlódást eredményeznek. A maradó eszültséek csökkentésére a szokásos technolóiai előírások alapján nem kötelező, de bizonytalan esetekben is helyi, eszültsémentesítő hőkezelést célszerű vérehajtani. Uyanakkor a olyamat tervezésénél iyelembe kell venni a szerkezeti anya összetételét is, mivel bizonyos ötvözőelemek (például molibdén) a hőkezelés eredményeként a keménysé és ezzel a eszültsékorrózió előordulási valószínűséének növekedését is eredményezhetik. A [4.93] irodalomban ismertetett meiyelések alapján a heesztési varratok utólaos durva eszterálása, csiszolása is járulékos eszültsénövekedést eredményezhet és növelheti a eszültsékorrózió veszélyét. Naymértékű hidealakítások elkerülése, hőkezelés. A yártás során alkalmazott hidealakítások (például csőhajlítás, behenerlés) is nay visszamaradó eszültséeket, ezek eredményeként transzkrisztalin, anódos repedéseket eredményezhetnek. Az optimális meoldást: a konstrukció, anyaminősé módosítását, eszültsémentesítő hőkezelés alkalmazását, a költséek iyelembevételével kell mérleelni. 43

437 A várható iénybevételeknek, yártási, szerelési lehetőséeknek meelelő szerkezeti anyaok választása. Erre yakran csak a már mehibásodott szerkezetek javításánál kerül sor. Nayobb korrodáló anya koncentráció esetén szóba jöhet a szerkezeti anyaok bevonatokkal történő védelme (plattírozás), katódos, anódos védelem is. Ezeket a kazánoknál, a különlees berendezésektől eltekintve nem alkalmazzák. Fontos viszont az eyenlőtlen besűrűsödés meelelő szerkezeti kialakítással történő meelőzése, és a besűrűsödő közeek (elsősorban kazánvíz) olyamatos, vay rendszeres híítása lelúozással, leiszapolással. Hidroén diúzió, metán képződés: A pontszerű lerakódásnál, kitüntetett helyeken bekövetkező korróziónál veszélyesebb, ha a manetit réte nayobb összeüő szakaszon sérül me. Ennek oka lehet a rossz (elsősorban illó lúosító szerekkel történő) kondicionálás, ideen (a kazánvizet savassá tevő, pl.: klorid) ionok betörése a kazánba, az epitaktikus réte és az alapanya közötti eszültsékülönbsé miatti lepattozás, vay a csőelület kihordása. A manetit sérülést ismételt manetit képződés követi, aminek H + szabaddá válása a következménye (4.. ejezet). A [4.109] irodalomban ismertetett részletes vizsálatok szerint: A keletkezés helyén H -vé rekombinálódott, ázázisú hidroén ey része a űtőelületen képződött őzzel távozik. A hidroén ey további része (mérések szerint 10-5%-a) atomos ormában átdiundál a szerkezeti anyaon anélkül, hoy károsodást idézne elő. A visszamaradt hidroén a szerkezeti anya szemcsehatárai mentén rekombinálódik, és nay (akár 1000! bar) nyomású ázlencséket hoz létre, melyek orró hidroéntartalma reakcióba léphet a szerkezeti anya szilárdsáát biztosító (Fe 3 C) vaskarbid karbon tartalmával [4.78], [4.109]: Fe 3 C + H = 3Fe + 4CH 4 Az eredmény oldhatatlan metánáz, amely a szemcsehatárokat széteszítve kristályközi repedésre vezethet (4.45. ábra). (Mejeyezzük, hoy a olyamat részletes leolyását illetően mé ma sem alakult ki eysées álláspont [4.86].) A visszamaradt hidroén közvetlenül a vaskarbiddal, vay a errit szemcsék karbon tartalmával is metánáz képződést, ennek eredményeként kristályközi repedést eredményező reakcióba léphet. Metán buborék H diúzió Manetit réte Vaskarbid ábra Hidroén diúzió Az utóbbi két olyamatnál a hidroén, és ez által a metán, eyre mélyebb réteekbe hatol, a cső teljes keresztmetszetében elrideedik. Ilyen esetben következik be a ride, minden kontrakció nélküli, vay a külső elületen kis kontrakcióval járó orrcső szakadás. Mivel a hiba oka nem kapcsolódik kitüntetett helyekhez, a hiba 433

438 jelentkezésekor már rendszerint a teljes orrcső rendszer károsodott. A szövetszerkezeti kép a belső elületről induló kristályok közötti és kristályokon átterjedő repedéseket is mutathat [4.101]. Fontos meemlíteni, hoy olyan esetben, amikor az atomi hidroén csőanyaon át történő diúzióját a külső bevonatok, kénes lerakódások, stb. akadályozzák, a korrózió veszélye menő [4.109]. Kristályokon átmenő repedést (hidroénrideséet) elsősorban veyi üzemekben iyeltek me [4.9], nay nyomású és hőmérsékletű hidroén szerkezeti anyaba történő behatolásakor, de erőművekben is előordul [4.91]. Leontosabb előeltétele a szerkezeti anya érzékenysée (szövetszerkezete, keménysée) és kevésbé a mechanikus eszültséek. Kialakulásához elésées tiszta víz, őz jelenléte is, de a savas szennyeződések, oldatok előseítik mejelenését. Veyszerbetörés: A hidroén diúzióhoz hasonló hatást okozhat sav-, lúbetörés is, amelynek következménye pórusokban, repedésekben bekövetkező bedúsulás lehet. Nátronlú esetén pl.: (4.78) Fe 3 O 4 + 4NaOH = Na FeO + NaFeO + H O Fe + NaOH = Na FeO + H reakciók játszódhatnak le. Ekkor a Na-Fe veyületek a alról leválnak, a csőal elvékonyodik, a szakadás elsősorban az elvékonyodás és csak másodsorban az elrideedés miatt következik be. Ha a lúkoncentráció kisebb, akkor a lassú rideedés hatása (eszültsékorrózió) a döntő a nay eszültsének kitett (henerelt, hőkezelés nélkül heesztett), lúos közeel érintkező (lúos kondicionálású) szerkezeti elemeknél, kristályokon átterjedő, transzkrisztallin repedések ormájában. Nitrát adaolás inhibitor hatású []. A szakadás kontrakció nélkül rideen történik. A hibahely szövetszerkezeti vizsálata során kristályhatárok menti szétesés (interkrisztallin korrózió) is mejelenhet [4.95]. Az előbbi jelensé ma elsősorban a kazánok veyi kezelésénél, téves üzemviteli manipulációknál, például a vízelőkészítő berendezések reenerálására használt veyszerek betörésénél [4.33] jöhet létre. Veyszerbetörések hazánkban is előordultak: a Bánhidai Erőműben sósav bekerülése következtében a teljes előzölötető csőrendszert és később a kazándobokat is ki kellett cserélni, előbbieknél az elrideedés, utóbbiaknál a uratperemeken mejelenő repedések miatt. Az Ajkai Erőműben a kazán kiőzése nátronlúal történt, itt csak az előzölötető csőrrendszer cseréjére volt szüksé. Szerves anyaok okozta korrózió: Semlees vay kombinált üzemmódnál, a kondenzátor tömörtelensée következtében, a körolyamatba kerülő szerves anyaok veyszerbetöréshez hasonló, súlyos eszültsé korróziót okozhatnak [4.3], amely a teljes szerves anyatartalom (TOC, Total Oranic Carbon) rendszeres vizsálatával, korlátozásával előzhető me. A lerakódásokat is oldó kelátok (EDTA, NTA) újabb keletű, túlzott alkalmazása és alacsony ph érték a védőréte oldódására, keletkezésének meakadályozására vezethet, amely eróziós korrózióhoz hasonló olyamatot indíthat el a nayobb sebesséel átáramlott tápvezetékekben, ejtőcső, őzbekötőcső szakaszokon []. A szabad aminok pontos koncentrációjának mehatározása komoly méréstechnikai elkészültséet iényel [4.96]. Kazánvíz nay sótartalma, nyersvíz betörés: A nayteljesítményű kazánok teljesen sótalanított tápvízzel üzemelnek. A réebbi, kisebb teljesítményű kazánoknál 434

439 Tömeáramsűrűsé (kq/m s) mind a táp-, mind a kazánvíz jelentős mennyiséű sót tartalmazhat. Ezek az előzölés olyamán kiválhatnak. A lerakódás jellee (4.46. ábra) a tömeáram sűrűsétől ( G ), hőluxustól ( q ) és a olyadék-őz ázis arányától ü (x). Buborékos orrásnál a pontszerű, himlőorma lerakódás a jellemző. Gyűrűs áramlás nay tömeáram sűrűsénél homoén, dry out jelensé tollszerű lerakódással jár eyütt [4.80]. Az előírtnál nayobb vezetőképesséű és SiO tartalmú (átla 60 /k), NH 3 -al 9, ph értékre beállított kazánvízzel vézett kísérletek során tapasztalt lerakódás ormákat azzal mayarázták, hoy a őzképződés eyenlőtlensée miatt buborékos orrásnál a sólerakódások a őzképződési hely peremén válnak ki, mí nayobb hőterhelésnél a nayszámú szinte összeérő őzbuborék a só lerakódásokat is eltávolítja a elülettől. Kis hőterhelésnél a sót a víz oldatban tudja tartani ezért nincs kiválás. Nay tömeáram sűrűsénél a só lerakódásra nemcsak a őzbuborék, hanem a olyadék ilmvastasá, áramlási sebessé is hat, íy keletkezik az eyenletes homoén lerakódás, amely BaSO 4, CaSO 4, BaCa(CO 3 ), CaMO 4, KNaCO 3, SiO, valamint manézium-alumínium, szilíciumhidroxid komplexon keverékéből áll. A lerakódás előtt védő oxidréte alakul ki, amely a himlőorma lerakódás alatt eltehetően a őzképződés dinamikus, koptató hatására mesérül. A kihordott vasoxidok tűs és lapos ormában a só lerakódás környezetében a csőelületre tapadnak. A sérülés a cső élettartamát nem beolyásolja lényeesen Homoén lerakódás x=0,34-0,38 (tömlős yűrűs áramlás) 1000 Himlőorma lerakódás x=0,58-0,74 (yűrűs áramlás) 500 Nincs lerakódás Toll, pehely lerakódás (dry out) Hőáramsűrűsé (kw/m ) ábra Különböző lerakódások keletkezése [4.80] Nay kazánvíz sótartalom esetén, ami a lelúozás hiányából, vay nay kondenzátorbeli nyersvíz betörésből adódhat, ha a jelensé tartósan ennáll és eyúttal a ph érték letörését is okozza már néhány nap, vay enyhébb esetben hét esetén is yors lerakódás, illetve korrózió indulhat me. Ez nemcsak a manetit réte sérülését illetve olyamatos vastaodását hanem a alhőmérséklet csőszakadásra vezető menövekedését is előidézi [4.80]. A olyamat jellezetes szakaszai: porózus, vasoxid részecskékből álló alapréte kialakulása, 435

440 a őzképződési középpontokban só válik ki, emiatt mindi újabb középpontok aktivizálódnak, íy az eész elületet eyenletes só lerakódás borítja, a só lerakódás alatt a manetit réte mesérül és ey vasta porózus réte alakul ki. Utóbbinál a űtetlen oldalon inomabb, a űtött oldalon a űtés mértékétől is üő naysáú durvább manetit kristályok iyelhetők me, az alapanya és az oxidréte találkozásánál rozsdával kitöltött repedések is mejelenhetnek, a manetit képződésnél szabaddá váló H a cső rideedését is előidézi. A olyamatnál a őztartalom, áramlási orma kisebb szerepet játszik, buborékos orrásnál esetle nayobb mérvű a korrózió, mint ilmelőzölésnél. Cseppelraadásból eredő korrózió: Besűrűsödött kazánvíz cseppek elraadása a túlhevítők belépő kamráját követő csőszakaszokon okozhat mehibásodást. A kazánvíz összetételétől üően mind lú-, mind savkorrózió előordulhat [4.111]. Az előbbinél ey vastaabb, lazán összeüő oxidkristályokból álló réte alatt, ey viszonyla zártnak tűnő, szerkezeti anya közeli, 0,1-0,5 mm vastasáú oxidréteet lehet meiyelni. Nayobb nayításnál eltűnik, hoy az oxidréte számtalan kicsi pórussal van áttörve, inkább szövetszerű, mint tömör védőhatású benyomást kelt. Az állaa is puhább, mint a szomszéd réteeké. Ez az oxidelépítés a tömör lúok hatására bekövetkező orró víz oxidációra jellemző. Más kimart helyeken ~0,7 mm vasta, ívelt réteekkel, pórusokkal jellemezhető oxidlerakódás iyelhető me, amelyben zártan mejelenő réteek szabadon nőtt manetit kristály lerakódásokkal váltakoznak. A orró víz oxidációnak ez a ormája általában alacsony ph értékhez kötődik. Oxiénkorrózió, hiányos állásidei konzerválás [4.86]: A elület manetittel eyenletesen edett belső csőelületre utal, helyi korróziós lerakódásokkal, amelyek szürkésekete manetit mellett vöröses hematitot is tartalmaznak. A korróziós lerakódások alatt kráteres bemaródások vannak, ezekből a korrózió nem terjed tovább. Füetlen a ph-tól, nayon alacsony értékeknél inkább lapos anyaoyás lép el. Kloridok erősítik, hidroxidok, szilikátok yenítik a korróziót. 0,03 ppm oxién elett hematit képződik, hidratálódik, téroata menő. A porózus manetit-hematit réte yene védőhatást biztosít, a himlőhelyszerű lerakódásban a kloridok koncentrációja menő, oldatba viszi a vasionokat. Sókat, oxiént tartalmazó vízben mindi előordul, ha a csőelületen eyenlőtlen lerakódás marad vissza, vay képződik, és nincs meelelő védőréte. A himlőhelyek alatt visszamaradó korrózió nyomok, repedések veyszeres kazántisztítás utáni kondicionálására előnyösen alkalmazható a lítiumhidroxid, mivel a lítium ionok a nátrium ionoknál könnyebben diundálnak a repedésekbe, üreek enekére [4.45]. Nay hőmérsékleten üzemelő csőanyaok korróziója: Nayobb (9-1%) krómtartalmú errites acéloknál a réteképződés mechanizmusa a 4.. ejezetben bemutatott olyamathoz képest kismértékben módosul [4.100]. 550 C-nál nayobb hőmérsékletű őzzel érintkezve a elület elé diundált ionokból kialakul az epitaktikus (Fe 3 O 4 ) védőréte. Az Fe + ionokhoz hasonlóan a króm ionok is a külső elület elé diundálnak, emiatt a elülethez közeli szemcsék krómtartalma csökken (4.47. ábra a) részlet) [4.81], [4.110]. A Fe + ionok elvándorlása miatt a védőréte alatt a krómtartalom menő, és a lebelső manetit réte alatt ey manetitet és a króm manetithez hasonló veyületét veyesen tartalmazó, Fe 3 O 4 +Cr O 3 összetételű topotaktikus, valamint ey Fe 3 O 4 +(Fe,Cr) 3 O 4 összetételű epitaktikus, a 436

441 két réte között yakori üreeket tartalmazó, réteszerkezet jön létre. A króm nayobb mértékű elvándorlása következtében a elület alatti topotaktikus réteben a kristályszemcsék, mint a ábra a) részlet mutatja, szétesnek. Az üreek és a nayobb króm tartalom akadályt képeznek az Fe + ionvándorlás elé, ezért a őzzel érintkezve a manetit ey része hematittá (Fe O 3 ) oxidálódik, íy a őzoldalon ey vékony többé-kevésbé zárt hematit réte lesz található [4.90]. Maa a manetit réte is átolja az ionok diúzióját, emiatt a nayobb krómtartalmú errites acélokra összesséében a parabolikus réte vastasá növekedés (esetenként kettőtől eltérő, változó kitevővel [4.110]) lesz jellemző. Szétesett szemcsék Fe 3 O 4 (Fe, Cr) 3 O 4 Fe 3 O 4 (Fe, Cr) 3 O 4 Cr O 3 Cr O 3 Fém Fém Fém a) Króm diúziója b) Finom szemcsés anya korróziója c) Durva szemcsés anya korróziója ábra Nay hőmérsékleten üzemelő krómacélok korróziója [4.81] A víz-őz oxidációs olyamatokra a szerkezeti anya szemcseszerkezetének is lényees hatása van. Finomszemcsés anyaoknál is bekövetkezik a króm belső elület elé irányuló diúziója, uyanakkor a szemcsék károsodása (topotaktikus réte kialakulása) nayon lelassul (4.47. ábra b) részlet). Durvaszemcsés anyaoknál a Cr O 3 réte a kristályszemcsék érintkezési elületeinek közelében, mevastaodhat, mesérülhet, íy kevésbé tudja meakadályozni a króm diúzióját, ezzel a rácsszerkezet tönkremenetelét (4.47. ábra c) részlet). A inomszemcsés szövetszerkezet mellett a belső elület mechanikus elkeményítése is tömörítő, diúziót ékező hatású, íy a tömörített acélajtáknál is csökken a korrózió sebessée [4.90]. Manetit réte vastaodása: A nay hőmérsékleten üzemelő túlhevítő, újrahevítő csövek belsejében az üzemidővel vastaodó manetit réte különösen a menövelt őzparaméterekkel üzemelő kényszerátáramlású kazánoknál jelenthet problémát: Eyrészt a cső belső érdesséének növelésével növeli az ellenállást, ezért a őznyomás szinten tartására növelni kell a tápvíznyomást, vay számolni kell a riss-, újrahevített őznyomás, ezzel a körolyamati hatások csökkenésével. (Kazándob, vízleválasztó edény esetén a meelőző csőelületekről származó manetit a olyadékázisban bedúsulva leválasztható.) Ennél sokkal nayobb ondot jelent, és a űtőelület élettartamára jelentős csökkentő hatással lehet, hoy a manetit réte csőanyanál rosszabb hővezető-képessée következtében eyre jobban menöveli a csőal hőmérsékletét [4.98]. A okozatos rétevastasá növekedés eyrészt yorsítja a kúszást (7.1. ejezet), másrészt a belső elület érdesséének a növelésével, a munkaköze által szállított, más elületelemekről levált manetit szemcsék beoásával, lényeesen növelheti a csőrendszer ellenállását. Miután a rétevastasá növekedési sebessée csőanya üő (4.1. ábra), a valószínűsíthető hőmérséklet-növekedés ü a csőanyatól. 437

442 (A nayobb krómtartalom nemcsak a szilárdsái jellemzőket javítja, hanem az időelőtti mehibásodás veszélyét is csökkenti.) A neatív hatások csökkentésére rendszeres időközönkénti savazásra lehet szüksé. Külső lerakódások Csőal Belső lerakódás ábra Túlhevítő cső, vasta lerakódásokkal Amennyiben a visszahűtésre elhasznált víz minősée nem meelelő, a belőle kivált lerakódások is vastaítják a belső hőszietelő réteet (4.48. ábra). Íy alakulhat ki mintey üzemóra után 1 mm körüli vastasáú, belső lerakódás ábra Nay hőmérsékleten üzemelő krómacél belső elületén kialakult oxidréteek [4.8] A hosszabb üzemidő után kialakuló réte szerkezetére vonatkozóan [4.8] a NUON holland villamos társasá HW8 jelű, 680 MW-os kényszerátáramlású blokkja (61 bar, 540 C), X0CrMoV1-1 jelű anyaból készült, 9000, illetve üzemórát üzemelt, kilépő túlhevítő okozatának vizsálata meerősítette a korábbi tapasztalatokat: a mért rétevastasáok többsée μm között volt (7.86. ábra). A vizsálatok alapján, mint a ábrán meiyelhető, az is meállapítható volt, hoy a réte 50%-ban topotaktikus, 50%-ban epitaktikus elépítésű és lebelül ey vékony hematit réte borítja. A mért rétevastasá értékek jól meeyeztek a parabolikus növekedésre vonatkozó 4.35 összeüésből a C=0,84-0,85 µm /h értékű rétevastasá növekedési sebessé állandóval számított értékkel. A rétevastasá lehetőséet ad a hőmérséklet növekedés számítására is (7.87. ábra). Ehhez a (50% topotaktikus, 50% epitaktikus összetételű, 10-0% porozitású) manetit rétere, az irodalomban található, 0,3-0,6 W/mK hővezetési tényezőből lehet kiindulni. A rétevastasá és hőmérséklet-növekedés közötti lineáris összeüést eltételezve, a alvastasá növekedésére vonatkozó 4.34 képlet átalakítható és a q hőáramsűrűsé, manetit réte hővezetési tényező 438

443 iyelembevételével elírható a hőmérséklet növekedés és az üzemidő közelítő összeüése is: C C q t q C * 4.53 A képlet módot ad arra, hoy a cső élettartama szempontjából meenedhető túlhőmérséklet alapján becsüljük a tisztítás előzetesen várható időpontját. A manetit réte ténylees szerkezete, vastasáa a csőanya minőséétől, kondicionálástól is ü, íy a csövek állapotának ténylees meítélésére rendszeres időközönként szüksées a belső, vay mintavételes vizsálat. Erre különösen olyan, újabb szerkezeti anyaok alkalmazásánál lehet szüksé, amelyekre mé nem áll rendelkezésre eleendő yakorlati tapasztalat [4.98]. Manetit sérülés mechanikai okokból: Gyakran elvetődik, hoy a manetit réte sérülése a kazánleálláskor a belső nyomás meszűnése és a cső lehűlése következtében jön létre. Ennek az lehetne az oka, hoy a manetit a cső üzemi állapotában képződik, akkor eszültsémentesen alakul ki. A kazán leállítása után a belső nyomás meszűnik, a cső lehűl, íy a manetit réte túlzottan összenyomódik, merepedhet. A lehűlés azért lényees, mert a manetit Lt lineáris hőtáulási eyütthatója 0 és C között mintey 3,5*10-6 1/K értékkel kisebb [4.70] az acél lineáris hőtáulási eyütthatójánál, íy a cső nemcsak a nyomáscsökkenés, hanem a hőmérséklet-csökkentés miatt is összenyomja a manetit réteet. 13 CrMo 44 anyaú, Φ57*5 mm-es csőnél, 190 bar üzemi nyomásról történő leállás estén, az összenyomódás 0,438 ezrelékre adódik. A lehűlésből adódó, hőtáulás különbsé miatti összenyomódás 40 o C üzemi alhőmérsékletet iyelembe véve 1,4 ezrelék. A két érték összee 1,838 ezrelék, ali ele a repedést okozó értéknek, íy kimondható, hoy a manetit réte sérülése normál üzemi leállítás esetén nem következik be. Más a helyzet, ha a manetit réte nem meelelően tapad a csőelülethez, ami akkor ordulhat elő, ha a manetit nem a cső anyaából, hanem a tápvízzel behordott vasoxidokból keletkezik, vay az állásidei korróziós termékre rakódik rá, illetve korróziós hatásokra yorsan alakul ki, túlzottan (esetle 1 mm-t is elérően) mevastaodik. Az ilyen réte leállásnál, vay az azt követő indulásnál a mechanikai és hőeszültséek elsősorban húzóeszültséek eyüttes hatására könnyen leválik, és a cső duulását is okozhatja. A manetit réte stabilitását a őzoldali pulzáció is beolyásolhatja. Ismeretes, hoy természetes cirkulációjú őzkazánok őzejlődése is rendszeres, a teljes csőrendszerre kiterjedő pulzációval jár eyütt (.3. ejezet). Ez zavart általában csak a cseppelraadással eyidejű yűrűs áramlás tartományának véén (a dryout közelében) okoz, különösen, ha az áramlás eyenletesséét ívek, heesztési varratok is mezavarják. Ez vezethet oda, hoy a cső kis részen, helyile kiszárad, esetle a kiszáradás határa vándorol. Ennek következtében a szerkezeti anya és vele a manetit réte kisrekvenciájú periodikus hőmérséklet-inadozásnak van kitéve, amelynél az ismételt nedvesítéskor a belső elületen bekövetkező hősokkszerű lehűlés és az ebből létrejövő összehúzódás okozhatja a védőréte repedését. Ennek jellezetes ormája a ábra i) részletén bemutatott v alakú bemaródás, amelyet hazai kazánoknál (4.43. ábra első, hosszmetszete) is tapasztalhattunk [4.83]. 439

444 Hasonló jelensé a orrcső rendszer lejobban űtött részein (éőövben, átlépő keresztmetszetben, ha q s > 50 kw/m ) is előállhat, ahol a nayszámú őzképződési középpontból kilépő őzbuborékok az áramlás bármilyen átmeneti zavara (pulzációja) esetén őzilmmé állhatnak össze (részlees ilmelőzölés). Az ilyen helyen tapasztalt alelvékonyodásban a korrózió mellett az intenzív őzképződés dinamikus hatása is közrejátszhat. A elület átmeneti kiszáradása és hőmérsékletnövekedése kedvező a manetit réte vastaodásához, a levált réte újraképződéséhez, ez által a hidroénejlődéshez, a hidroén diúziójához, uyanakkor az anyaszerkezet elhasználódását is okozza, yorsítva ezzel a rideedés olyamatát. A tüzelésoldali pulzáció a normál lánrekvenciából (6.1. ejezet) és a szabályozási lenésből adódó hőluxus inadozás azáltal okozhat repedést a manetit réteben, hoy a cső alhőmérsékletét periodikusan változtatva váltakozó irányú hőeszültséet hoz létre a manetit réteben. A külső szál hőmérséklete az előbbi összeüésnek meelelően hol meleebb a belső szál hőmérsékleténél (húzó iénybevétel a manetit réteben), hol hideebb lehet annál (nyomó iénybevétel a manetit réteben). Az iénybevétel naysáa a maximális hőmérséklet-különbsétől (a hőmérséklet-különbsé amplitúdójától) ü. 13 CrMo 44 anyaminőséet, 400 o C átlaos hőmérsékletet iyelembe véve, =1 Hz esetén a pulzáció mé a belső elületen is előidéz hőmérséklet-inadozást, a szokásos lánrekvenciák (szénporlánnál 4 Hz, olajlán Hz, ázlán Hz) számára azonban a csőal vastasá vételennek tekinthető [4.34]. Hasonlóan, a tüzelésszabályozás esetlees periodikus lenésének sincs hatása a manetit réte esetlees mechanikai okok miatti sérülésére [4.34]. Az előbbi pulzációnál sokkal lényeesebb lehet a széntüzelésű kazánoknál alkalmazott vízlándzsázás hatása. Az ennél létrejövő yors csőlehűlés elsősorban membránalas kazánoknál könnyen előidézhet a belső alelületen olyan alakváltozást, amely a manetit réte helyi sérüléséhez vezethet. A vízlándzsázás a csőal kiáradását is előidézheti [4.84]. A őzképződési helyek közelében a alhőmérséklet a buborék mérete üvényében változik (3.4. ábra). Ez a változás nayon yors olyamat. A buborékképződés a nyomástól, őzképződési középponttól (stb.) üő többlethőmérséklettel indul, amely a buborék növekedése közben csökken, íy a manetit réte elméletile e miatt is változó terhelésnek van kitéve. A számítható hőmérséklet-inadozás hatása azonban a manetit réte élettartama szempontjából elhanyaolható [4.34]. Ennek ellenére az intenzív őzképződési helyek közelében alvastasá csökkenés tapasztalható, amely azzal mayarázható, hoy a őzképződési középpontban besűrűsödő, oldott korrózióterméket (Fe(OH). FeO vasoxidokat) a buborékképződés dinamikája kihordja az üreből, íy ott újabb oldódás indulhat me. Hosszú üzemidő és intenzív őzejlődés esetén ez mérhető alelvékonyodást okozhat. Manetit réte leválása: Nay hőmérsékleten üzemelő kazánoknál, a hayományos 10 CrMo 9 10, X 0 CrMoV 1 1 jelű túlhevítő anyaoknál, illetve 18% Cr tartalmú ausztenites anyaoknál, könnyen leváló, epitaktikus réteképződést tapasztaltak [4.90]. A kiváltó ok: a terhelésváltoztatások, de elsősorban az indítás-leállítás 440

445 hatására a csőalban ébredő nyíróeszültsé. A olyamat során a nyíróeszültsé hatására csak az epitaktikus réte válik le. A normál üzemállapot visszaállását követően mekezdődik az ismételt réteképződés, mind a topo- mind az epitaktikus réteben. Miután az előbbi nem vált le, tovább vastaodik, mí az újonnan képződő epitaktikus réte vékony marad és yenébben tapad, mint az eredeti réte, íy a következő mechanikus terhelésnél könnyen leválik. Ezért a szövetszerkezeti vizsálatok, a ábrától eltérően, nem szimmetrikus, közel azonos vastasáú réteeket, hanem vasta topotaktikus és vékony vay hiányzó epitaktikus réteet mutatnak. A nay mennyisében összeyűlő anya a csőívekben duulást, ebből adódóan a csövek yors mehibásodását okozta. Az utóbbi különösen a nayobb lineáris hőtáulási eyütthatóval jellemezhető ausztenites anyaoknál jelentkezett. A mehibásodások több berendezésnél (de nem kizárólaosan) jellemző módon a víznyomáspróbákat követően jelentkeztek, uyanis a próbához elhasznált víz leürítésekor az alsó csőívekbe mosta a levált korrózióterméket. Olyan űtőelületeknél, ahol a őzáram maával tudta vinni a levált korrózióterméket, mehibásodás nem következett be. Meelőzésre csak a krómtartalom (0% ölé) növelésével, a belső csőelület elkeményítésével van mód. Eróziós korrózió: Eróziós korrózió a manetit képződést beolyásoló áramlási és vízkémiai olyamatok eyüttes hatására vezethető vissza. Kényszerátáramlású kazánoknál, a nayobb áramlási sebesséek mellett mejelenő, bordázott manetit réte a korróziót meelőző okozatnak tekinthető. Növekvő áramlási sebesséel a képződött Fe(II) oxidok, illetve manetitté átalakult szemcsék nem tudnak a képződés helyén kiválni, hanem csak a csőrendszer más helyén, itt azonban a lerakódás már nem lesz eyenletes. A képződött hullámok minimumhelyei kedvező eltételeket kínálnak további lerakódásokra. Növekvő sebesséel a kiválás eyre inkább eltolódik, az epitaktikus és topotaktikus réteek eredeti, 1:1 aránya meváltozik, a képződés helyén eyre inkább csak a topotaktikus réte marad vissza. Epitaktikus réte nem vay csak ali tud kialakulni. A olyamatos oldódás (Fe(OH) képződés) miatt anyaoyás jelentkezik. A olyamatot az Fe ionok diúziója (oldódása), az áramlási sebessé (különösen őzejlődésnél, illetve 4 m/s ölött [4.73]), a hőmérséklet (korróziósebessé maximuma ~150 C-nál iyelhető me), ph érték (ph<9,3-nál menő az anyaoyás), a víz oxiéntartalma (növekvő oxién koncentráció stabilizálja a manetit réte képződési helyen történő kialakulását), anyaösszetétel (Cr, Cu, Mo stabilizáló hatásúak, beáyazódva ékezik a diúziót, ausztenites anyaok ellenállónak tekinthetők), a vezetékszakasz kialakítása beolyásolják [ ]. A sérült elület (topotaktikus réte) vízáramlásnál ényes ekete. A beolyásoló paraméterek kísérleti vizsálata, illetve üzemi tapasztalatok alapján a mehibásodások meelőzésére, az anyaoyást számító eljárásokat is kiejlesztettek [4.89], [4.105]. Gázturbina hőhasznosító kazánoknál 1-% Cr tartalmú acélok alkalmazása, alkalikus kondicionálás és oszát adaolás a kazándob és az előzölötetők védelmére meállíthatja az eróziós korróziót. [4.51] A hayományos, vízáramlásnál ényesre koptatással, nedves őzáramlásnál bordázottsáal jellemezhető mejelenésű eróziós korrózió mellett az úynevezett kavitációs eróziót és a vízcseppek becsapódásából adódó eróziót is me kell említeni [4.89]. Előbbinél a őzbuborékok olyamatos képződése, összeroppanása károsítja a manetit réteet, akadályozza me kialakulását. A hibahelyek mélyebb, vonal mentén elhelyezkedő eyedi, vay összeolyó bemélyedések ormájában jelennek 441

446 me. A vízcseppek elsősorban csőivekben bekövetkező becsapódásából adódó eróziónál nayobb elületre kiterjedő anyaoyás iyelhető me. Védekezés a kavitáció lehetőséének meelőzésével, illetve a csőszakaszok kedvező kialakításával lehetsées. Réskorrózió: A nyomástartó rendszernél csövek (csőtartó alba, kamrába, kazándobba történő) behenerlésénél alakulhat ki, mivel a résekből a kazántisztítás során a szennyeződéseket általában nem lehet teljes mértékben eltávolítani, illetve a tisztítást követően oxién hiányában nem tud védőréte kialakulni, vay a mesérült védőréte nem tud reenerálódni. Az ebből kialakuló redoxpotenciál különbsé elektrokémiai korróziót eredményez. Mind a rés (katód) mind közvetlen környezete (anód) korrodálódhat. A résbe bejutó oldott szennyeződések, szilárd kondicionáló szerek a olyamatot yorsíthatják. A korrózió eredményeként keletkező rozsda a rést táítja, rossz hővezető képessée következtében csőalaknál a alhőmérsékletet növelheti ( ábra). Meoldást a rések elkerülése (heesztett kötések alkalmazásával), kellő eltáítása (a koncentráció-különbsé meelőzésére), illetve a tiszta szerelés jelenthet. Állásidei konzerválás: Korrózió nemcsak üzem közben, hanem a berendezések leállítása esetén is bekövetkezhet. Leyakrabban oxiénkorrózió, vay a kazánvízben visszamaradt veyi anyaok hatására, általános korrózió következhet be []. Induláskor az utóbbi, rosszul tapadó korróziótermékei leválhatnak és a berendezésben duulást okozhatnak. Ezért a kazánokat az állásidő hosszától, a leállítás céljától üően konzerválni kell. A konzerválás a nedvessé, oxién, szennyező anyaok eltávolítását célozza. Rövid (<7 óra) időre történő leállás esetén, a veyi áztalanításnál használatos oxiénlekötő veyszer (elsősorban hidrazin) koncentrációját kell menövelni mintey 0,05 ppm értékre. Hosszabb időre történő, a kazán lehűlésével járó leállításnál a ph értéket a meenedett érték első határára célszerű növelni és a nyomás lecsökkenésekor a hidrazin koncentrációt mintey 0 ppm értékre menövelni. Oxiénnel kondicionált kazánoknál hidrazin nem adaolható, ezeknél a leállás előtt az oxién adaolást me kell szüntetni, és a leveőbetörés meakadályozására a kazán őzterét nitroénnel célszerű eltölteni. Karbantartásra történő leállításnál célszerű a kazán leállítás során történő kiszárítása, a mé mele kazán leürítése. Ennél ennáll azonban a veszély, hoy a túlhevítők, tápvíz előmeleítők mélyebben ekvő csöveiben különösen, ha a üstázjáratok teljes lezárására nincs mód, víz marad vissza. Mintey ey hónap időtartamra (az oxiénnel kondicionált berendezéseket kivéve) a kazán ~5 ppm hidrazinnal (vay más ezzel eyenértékű oxién lekötő szerrel) és ~10 ppm ammóniával kondicionált, láyított vízzel való teljes eltöltése biztosíthat meelelő védelmet. Ezek mellett a nitroénnel való eltöltés, korrózió átló veyszerek adaolása, a kazán szárítóberendezéssel történő kiszárítása és ezt követő olyamatos szárítása jöhet szóba. Célszerű a kazán szállítójának előírásai szerint eljárni. 44

447 Általános szakirodalom Irodalomjeyzék az első kötethez 1. H. Eenberer: Damperzeuun, Spriner, Berlin, 000. Steam, its eneration and use, The Babcock & Wilcox Company, Edition 41, R. Doležal: Damperzeuun, Spriner-Verla, Berlin, P. Basu, C. Kea, L. Jestin: Boilers and Burners, Desin and Theory, Spriner- Verla, New York, A. Schumacher, H. Waldmann: Wärme- und Strömunstechnik im Damperzeuerbau, Vulkan Verla, Essen, M. A. Sztürikovics et al.: Processzi eneracii para na elektrosztancijah, Enerijá, Moszkva, M. Ledine: Damperzeuun, Spriner-Verla, Wien, TRD-Technische Reeln ür Dampkessel 007, Heymanns Beuth, Köln, Jahrbuch der Damperzeuunstechnik,., 3., 4. Ausaben, Vulkan-Verla, Essen, 1974, 1977, R. Doležal: Durchlaukessel, Vulkan-Verla, 1961 Irodalom az eyes ejezetekhez 1. Kazánok általános jellemzői 1.1 Directive 97/3/EC o the European Parliament and o the Coucil on 9 May 1997 on the approximation o the laws o the Member States concernin pressure equipment, OJEC, L /001 (VI. 5.) GM rendelet a nyomástartó berendezések és rendszerek biztonsái követelményeiről és meelelősétanúsításáról, illetve a 63/004. (IV. 7.) GKM rendelet a nyomástartó és töltőlétesítmények műszakibiztonsái hatósái elüyeletéről. 1.3 Várnai I: 15 éves Mayarorszáon a Kazánelüyelet, Tanulmányok az eneretika és a biztonsátechnika táryköréből, Állami Eneretikai és Eneriabiztonsátechnikai Felüyelet, Budapest, 1979, old. 1.4 MSZ EN :00 Vízcsöves kazánok és seédberendezéseik, 10. rész: A meenedettnél nayobb nyomás ellen védő eszközök követelményei 1.5 MSZ EN :00 Nay vízterű kazánok, 8. rész: A meenedettnél nayobb nyomás ellen védő eszközök követelményei 1.6 DIN 194 Abnahmeversuche an Damperzeuern, Juni MSZ EN :004 Vízcsöves kazánok és seédberendezéseik, 15. rész: Átvételi vizsálatok 1.8 MSZ EN :003 Nay vízterű kazánok, 11. rész: Átvételi vizsálatok 1.9 Nyomástartó berendezések műszaki-biztonsái szabályzata, Mayar Kereskedelmi és Enedélyezési Hivatal, 007. november 16.. Kazántípusok általános ismertetése.1 Verbande Deutscher Dampkessel-Überwachuns-Vereine: Neuere Dampkessel-Konstruktionen und Dampkessel Feuerunen mit Rücksicht au 443

448 Rauchverbrennun, Verla Druck von P. Stankiewitz Buchdruckerei, Berlin, ~1900. Pótsa E.: Gőzkazánok, Tankönyvkiadó, Budapest, 1966, J H. Peters, K. Seiler: Schäden an Dampkesseln, Ursachen und Verhütunsmaßnahmen, TÜ 10 (1969) Nr. 5 Mai S G. Henjes: Dreizukessel- Die Gestaltun der ebenen Wandunen, TÜ 1 (1971) Nr. 4 April S D. M. Lucas, H. E. Toth: The calculation o heat transer in the ire tubes o shell boilers, Journal o the Institute o Fuel, October 197, p H. Baumarte: Großwasserraumkessel, Jahrbuch der Damperzeuunstechnik, 3. Ausabe, S , Vulkan-Verla, Essen, Radványi F.: Háromhuzamú szénhidroén-tüzelésű kazánok terhelhetősée. ÁEEF Közlemények, Budapest, 1973, old..8 E. Buhr: Über den Wärmeluss in Staupunkten von turbulenten Freistrahl- Flammen an Gekühlten Platten, Dokt. In. Dissertation, RWTH, Aachen, Juli..9 Gerse K., Móricz I., Poány F.: Jelentés a Budaoki Papíryár öldáztüzelésű 3 HO kazánjának vizsálatáról, BME Kalorikus Gépek Tanszék, Budapest, Gerse K.: Jelentés a lánütközéseknek kitett csőtartóalak és eyéb elületek szilárdsái méretezése témakörében vézett vizsálatokról, BME Kalorikus Gépek Tanszék, Budapest, Gerse K.: Hőátadás vizsálata ázlán hideebb elületnek történő ütközésénél, Műszaki doktori értekezés, Budapest, Gerse K.: Jelentés a GIB MHO 5/-30 típusú őzkazánnál szüksées módosításokról, BME Kalorikus Gépek Tanszék, Budapest, Gerse K.: Szakvélemény a Paksi Atomerőműnél üzemelő GIB MHO 5/-30 típusú őzkazánok mehibásodásáról, BME Kalorikus Gépek Tanszék, Budapest, Gerse K.: Emlékeztető a nayvízterű kazánok tárolóképesséével kapcsolatban vézett vizsálatokról, BME Kalorikus Gépek Tanszék, Budapest, Gerse K.: Emlékeztető a Paksi Atomerőmű Vállalatnál üzemelő 8. hsz. GIB MHO 5/-30 típusú őzkazánon vézett mérések eredményeinek értékeléséről, BME Kalorikus Gépek Tanszék, Budapest, Saacke, Technische Dokumentation, Saacke GmbH & Co. KG, Bremen,.17 Gerse K.: Szakvélemény sima láncső beépítéséről áztüzelésű HOK 1/1 típusú őzkazánba, Budapest, Gerse K.: Szakvélemény a Szolnoki Vas- és Faipari Kisszövetkezet AKH 5/1 típusú őzkazánja viselkedéséről változó üzemállapotban, Budapest, Gerse K.: Szakvélemény a Szolnoki Vas- és Faipari Kisszövetkezet által yártani kívánt 7 t/h teljesítményű kazán kialakításáról, Budapest, Ginsztler J., Czoboly E.: Erőművi nyomástartó edények kisciklusú árasztással szembeni követelményei, Gép, Január.1 W. Sobbe: Shell Boilers with a Steam Output o up to 54 t/h, VGB PowerTech 004 1/, S Számítási normák az atomerőművek, kísérleti és kutatóreaktorok, valamint létesítmények reaktor-, őzenerátor-, edény- és csővezeték elemeinek szilárdsái méretezésére, Gosztechnadzor, Moszkva,

449 .3 M. Veron: La convection vive, Bulletin Technique de la Société Française des Constructions, Babcock-Wilcox, No. 1/ Steambloc Doppellammrohr-Kessel, Deutsche Babcock & Wilcox, Gerse K: Vizsálati jelentés a Paksi Atomerőműben elállított 3. hsz. GIB MHO5/-30 típusú őzkazánon elvézett vizsálatokról, BME Kalorikus Gépek Tanszék, Budapest, H.J. Thiel: Kratwerksreelunstechnik, Leipzi, Buzó J: Lemezek, Pattantyús Gépész- és villamosmérnökök kézikönyve,. kötet, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1961, old..8 MSZ EN :00 Nay vízterű kazánok, 3. rész: Nyomás alatti részek tervezése és számítása.9 H. Lees: Convective Heat Transer With Mass Addition and Chemical Reactions, Combustion and Propulsion, Peramon Press, New York, Internal Recirculation Circulatin Fluidized Bed Boilers, Babcock & Wilcox Company, Enerieumwandlun durch Verbrennun von Kohle in der Wirbelbetteuerun, Gruppe Deutsche Babcock.3 EVT-Naturumlau-Damperzeuer mit zirkulierender Wirbelschichteuerun, EVT Enerie- und Verahrenstechnik GmbH, 7/ H. Netz: Omnical Handbuch,. Aulae, Technischer Verla Resch KG, Lieerproramm, EVT Enerie- und Verahrenstechnik GmbH, ca Our Boilers & Environmental Equipment, Babcock & Wilcox Company, ca Interal-Kessel, Deutsche Babcock & Wilcox AG., 8/ EVT Enerie- und Verahrenstechnik GmbH, Tevékenyséismertető, ca Enerie- und Umwelttechnik aus einer Hand, GEC Alsthom, Enerietechnik, Deutsche Babcock Werke AG. P-Nr /88.40 Damperzeuerbau Geschichte und Perspektiven, Deutsche Babcock Werke AG., Mitteilun Nr. 180, Schwardy M., Türk B.: Széntüzelésű kazánok, MVMT Munkavédelmi ismeretek IV., W. E. Fuchs: Einsatz euerester Baustoe im Damperzeuer, VGB Kratwerkstechnik 55 Het 5 Mai W. E. Fuchs: Feuereste Baustoe und Wärmedämmstoe, Jahrbuch der Damperzeuunstechnik, 3. Ausabe, S , Vulkan-Verla, Essen, H. H. Danzer: Neuzeitliche Bauelemente ür den Industrie- und Großkesselbau, VGB Kratwerkstechnik 53 Het 11 November H. P. Niepenber: Öleeuerte Dampkessel mit optimaler Fahrweise, Deutsche Babcock Werke AG., Különlenyomat, 1967, S Gumz: Theorie und Berechnun der Kohlenstaubeuerunen, Berlin, Spriner, P. K. Konakov, Sz. Sz. Filimonov, B. A. Hrusztalev: Tyeploobmen v kamerah szoranyijah parovüh kotlov, Izdatelsztvo Recsnoj Transzport, Moszkva, N. J. Kretzschmar, I. Krat: Kleine Formelsammlun Technische Thermodynamik, Fachbuchverla Leipzi, Gyeneminőséű barnaszenek és linitek hasznosítása korszerű nayteljesítőképesséű külöldi erőművekben, NIMDOK, Budapest, H. Eenberer: Damperzeuer, VEB Deutscher Verla ür Grundstoindustrie, Leipzi,

450 .51 R. Doležal: Vereinachte Methode zur Berechnun des Naturumlaues bei Dampkesseln, Mitteilunen der VGB, 51. (1971) H. 3, S J. Želkowski: Ausleun und Anpassun von Feuerunen an die Kohle, VGB Kratwerkstechnik 69 Het 4, April 1989, S B. Wessel, D. Rüsenber, J.-U. Schlenkert, I. Thiele, G. Karkowski: Betriebserahrunen mit dem Block Niederaußem K, VGB PowerTech, 11/006, S Deutsche Babcock Werke AG, Xt1A60488, Abb Th. Geissler: Filmverdampun an hochbelasteten Verdamperheizlächen und ihre verahrenstechnische Beherrschun, Wärme Band 75, Het -3, S K. F. Seeeldt, H. Waldmann: Grenzleistunsprobleme bei ossil eeuerten Großdamperzeuern, Teil II. VGB Kratwerkstechnik 55 Het 9, September 1975, S G. Behr, A. Rizk, R. Wehrle: Industrie-Kratwerk Wachtber, Zwei Zwanumlau-Damperzeuer mit zikulierender Wirbelschichteuerun, EVT Reister 45/ P. Fuierer, W Brökelmann: Zirkulierende Wirbelschichteuerun in einem Naturumlaudamperzeuer mit Zwischenüberhitzun ür Stadtwerke Porzheim, EVT Reister 46/ K. R. Schmidt: Wärmetechnische Untersuchunen an hochbelasteten Kesselheizlächen, Mitteilunen der VGB, 39. (1959) H. 1, S Kazánok cirkulációs számításának irányelvei, CKTI 15. könyv, Moszkva, P. V. Gili et al.: Probleme des Wärmeüberanes, Druckverlustes und der Strömunsstabilität in thermisch hochbeanspruchten Damperzeuerrohren, Mitteilunen der VGB, 55. (1975) H. 9, S Deutsche Babcock Werke AG, Babcock Richtlinien, Tkw 606-7, Blatt, P. Nowotny: Ein Beitra zum Phänomen der Srömunsumkehr im Verdamperrohren, BWK, 35. (1983) Nr. 3, S F. Fraß: Entmischun von Zweiphasen-Gemischen in Abzweiestücken, Mitteilunen der VGB, 58. (1978) H.10, S A. Kikinis: Durchlußverteilun in Rohrreistern, Mitteilunen der VGB, (1964) H. 91, S K. Wörrlein: Instabilitäten bei der Durchlußverteilun in beheizten Rohrstränen von Damperzeuern, Mitteilunen der VGB, 55. (1975) H. 8, S K. Ponweiser, W. Linzer, Y. Josii: Stabilitätsbetrachtunen an einem Damperzeuer mit einem Zwei-Trommel-Bündel, VGB Kratwerkstechnik 77 (1997) Het 3, S G. Nutz: The Forotten Lamont Boiler, SACA-NorthEast Meetins közlemény, 3 April Dr. In. H. Vorkau: Der Wasserumlau in Eckrohrkesseln, Enerie, Jr. 9. Nr.3. März 1977, S R. Karl, S. Schrőder, Th. Zipel: Versuche mit einem senkrecht berohrten Benson-Verdamper in einem 160 t/h Damperzeuer, VGB Kratwerkstechnik 73 (1993), Het 9, S J. Franke, W. Köhler, E. Witthow: Verdamperkonzepte ür Benson- Damperzeuer, VGB Kratwerkstechnik 73 (1993), Het 4, S J. W. Smith: Babcock & Wilcox Company Supercritical (Once Throuh) Boiler Technoloy, BR-1658, May

451 .73 Petrov: Gidrodinamika prjámotocsnovo kotla, Goszeneroizdat, Moszkva, I. Venäläinen, R. Psik: 460 MW e Supercritical CFB Boiler Desin or Łaisza Power Plant, Foster Wheeler Enerie (évszám nélkül).75 D. K. McDonald, S. S. Kim: Vertical Tube, Variable Pressure Furnace or Supercritical Steam Boilers, BR-173, POWER-GEN International 001, Las Veas.76 J. Franke, R. Cossmann und H. Huschauer: Benson-Damperzeuer mit senkrecht berohrter Brennkammer, VGB Kratwerkstechnik 75 (1995), Het 4, S H. Griem, W. Köhler, H. Schmidt: Wärmeüberan, Druckverlust und Spannunen in Verdamperwänden, VGB KratwerksTechnik 1/1999, S G. Heiermann, R.-U. Husemann, P. Houaard, A. Kather, M. Knizia: Damperzeuer ür orteschrittene Dampparameter, VGB Kratwerkstechnik 73 (1993), Het 8, S Th. Geissler: Damperzeuer ür den Mittel- und Spitzenlast-Bereich, Ausleun, Konstruktion, Betriebserahrunen, EVT Bericht 14/ Deutsche Babcock Werke AG.: Damperzeuerbau Geschichte und Perspektiven, Mitteilun Nr Szabolcs G.: Tüzelő- és kazánszerkezetek, Eyetemi előadás, 1977/78 tanév, II. élév..8 Deutsche Babcock Werke AG: Enerietechnik, P.-Nr. 0-11/9, S Czinder J.: Erőművek szabályozása, Műeyetemi Kiadó, Budapest, 000, M. M. Koko, J. Musel, J. P. Fouiloux: The New Power Plant Projects o Eskom, VGB PowerTech 7/009, S H. J. Meier: Pre-enineerin Study or a 700 C Hih-eiciency Power Plant, VGB PowerTech 10/009, S U. Hellwi: Gleichmäßie Verteilun strömender Flüssikeiten au parallel eschaltete, beheizte Rohre, BWK Bd 40. (1988) Nr. 7/8, S F. Jirouš Analitische Methode der Berechnun des Naturumlaues bei Damperzeuern, VGB Kratwerkstechnik 58 (1978), Het 5, S H. Bartzak, A. Lippold: Siedekrise und Strömunsinstabilität als Schadenursache in zwandurchströmten Verdamperheizlächen, Enerietechnik, 7. J. April 1977, S H. Grünn, K.-F. Seeeldt, H. Waldmann, H. Reidick, U. Schüler: Kessel und Feuerunen ür 600-MW-Blöcke ür Braunkohle, VGB Kratwerkstechnik, 53 J. H. 1., Dezember 1973, S H. Martin: Der Einluß der Betriebsbedinunen au die Konstruktion moderner Membranwandkessel, VGB Kratwerkstechnik, 57 J. H. 5. Mai 1997, S H. Vetter, R. Leithner: Betriebserahrunen mit den Damperzeuern ür Braunkohleneuerun, Neurath D+E, Jahrbuch der Damperzeuunstechnik, 4. Ausabe, S , Vulkan-Verla, Essen, C. Brinkmann, H. Lanner, A. Raael: Konstruktion roßer Damperzeuer ür Spitzenlastbetrieb, VGB Kratwerkstechnik, 68 J. H. 8. Auust 1988, S D. Hein, E. Wittchow: Forschun und Entwicklun au dem Gebiet des Benson-Damperzeuers, Jahrbuch der Damperzeuunstechnik, 4. Ausabe, S , Vulkan-Verla, Essen,

452 .94 K. H. Haller: Große kohlenstaubbeeuerte Damperzeuer, VGB Kratwerkstechnik, 63 J. H. 1. Januar 1983, S H. Breucker, L. Stadie: Steinkohlebeeuerte Damperzeuer ür Kratwerke mit hohen Dampzuständen, VGB Kratwerkstechnik, 63 J. H. 1. Januar 1983, S E. Wittchow: Trommelkessel oder Durchlaukessel: Einluß des Verdampersystems au die Ausleun und das Betriebsverhalten der Anlae, VGB Kratwerkstechnik, 6 J. H. 5. May 198, S U. Potthast, K. Strauß: Erahrunen aus Ausleun und Betrieb eines steinkohlebeeuerten 00-t/h-Damperzeuers, VGB Kratwerkstechnik, 6 J. H. 5. May 198, S R. Mair, P. Bischet, R. Haneke, V. Lai: Fortschrittliche Berechnunsverahren ür Membranwände, Jahrbuch der Damperzeuunstechnik, 6. Ausabe, S , Vulkan-Verla, Essen, P. Fröhlich: Der Damperzeuer Frimmersdor, Block Q, EVT Reister, 19/1970, S E. Bürkle, R. Hackmaier: 740 MW-Block-Kratwerk Scholven, ein EVT-Sulzer- Damperzeuer mit Steinkohleeuerun, EVT Reister, 9/1975, S R. Richter, G. Knisel, R. Leithner: Überkritischer 475-MW-Zwandurchlau- Damperzeuer ür das Großkratwerk Mannheim, EVT Reister, 36/1979, S EVT háziszabvány, N , Dezember K.-H. Becker, J. Gramatke, K.-F. Seeeld: Damperzeuer VKR, Kratwerk Scholven, Block F, Jahrbuch der Damperzeuunstechnik, 6. Ausabe, S , Vulkan-Verla, Essen, Sulzer, Hochdruck-Einrohrdamperzeuer, Nr B G.-N. Stamatelopoulos, G. Weissiner: Die nächste Generation von Steinkohlekratwerken, VGB PowerTech, 10/005, S F. Jirouš: Untersuchun über die Durchlußverteilun bei Rohrreistern mit axial an- und abeströmten Verteilern und Sammlern, Mitt. Der VGB 50. Het 4. Auust 1970, S Gerse K.: Túlhevítők áramlási és hőátadási viszonyainak hatása a őzhőmérséklet és csőalhőmérséklet eyenlőtlenséére, VI. Orszáos Erőművi Konerencia, Budapest, okt Gerse K.: Heesztett csőkötések áramlási ellenállásának mehatározása, Eneria és Atomtechnika XLII. év. 5. szám, (1989. szeptember) Gerse K.: Gőzkazánok olyamatos üzemirányítása és élettartam ellenőrzése, Kandidátusi értekezés, Budapest, B. Melzer, P. Selier: 1991 bis 000 das Jahrzehnt der warmesten 9- bis 1%- Chromstähle in Europa, VGB PowerTech 3/003, S H. Meyer, D. Erdmann, P. Moser, S. Polenz: KOMET 650 Kohlebeeuerte Kratwerke mit Damptemperaturen bis zu 650 C, VGB PowerTech 3/008, S R. Uerlins, U. Brucht, H Meyer: KOMET 650 Untersuchunen des Betriebsverhaltens von Kesselwerkstoen sowie deren Schweißverbindunen bei Temperaturen bis 650 C, VGB PowerTech 3/008, S R. Blum, J. Bue, S. Kjær: USC 700 C Power Technoloy A European Success Story, VGB PowerTech 4/009, S Gerse K.: Diplomaterv, Budapesti Műszaki Eyetem,

453 .115 W. Ostrowski, D. Góral: Final Stae o First Supercritical 460MW CFB Boiler Construction- First Experience, VGB PowerTech 5/010, S Deutsche Babcock Werke AG: Interal-Kessel, P.-Nr /86, S G. Gottshalk-Gaudi, S. Broda, F. Adamczyk, K. Kreilos: Fluorkunststoe ür Druckrohre in Rauchaswärmetauschern unter korrosiven Bedinunen ür die Rauchasentschweelun, VGB PowerTech 4/010, S U. Hellwi, H. Horn, A. Köllin, J. Peterseim: Industrial Power Tubes ür den Einsatz in Rekuperator-Wärmeübertraern, VGB PowerTech 11/005, S Kratanlaen Heidelber, Ljunstroem Air Preheater-Desin Kratanlaen Heidelber, The Rotor Structure ábra (eyéb adatok nélkül).10 Gerse K.: Jelentés Ljunström léhevítők yors számítási módszerének kidolozásáról, és ennek alkalmazásáról a Kanáli és Bicskei léhevítők számításánál, BME Kalorikus Gépek Tanszék, Budapest, W. Grimm: Korrosionserscheinunen und ihre Bekämpun bei der Verwendun lüssier und asörmier Brennstoe, Haus der Technik, Essen, 1977, S J. Bareiß, A. Heimrich, M. Bantle: Materials Speciication VGB-R 109 and Processin Standards First Experiences o a New Power Plant or Quality Control Purposes, VGB PowerTech 7/010, S H. Schuster, D Böse, M. Klein, M. Kehr, H. Schettler: Entwicklunen und Planunsstudien ür braunkohlenbeeuerte Damperzeuer mit hohem Wirkunsrad und emissionsarmer Feuerun, VGB Kratwerkstechnik 74 (1994), Het 1, S A.W. Eitz, M. Kehr, S. Michelelder, K.D. Rennert: Wärmetechnische Ausleun und Austellun der 800-MW-Damperzeuer ür den Standort Boxber, VGB Kratwerkstechnik 74 (1994), Het 3, S M.Schütz, R. Hauk, G-N. Stamatelopoulos: Stand der Planunen ür Damperzeuer der 800-MW-Klasse, VGB PowerTech 3/009, S The Moerdijk Combined Heat and Power Plant, Modern Power Systems Advanced Enery System Series, Wallchart.17 Kratwerke und Dampkessel, Waner-Biró Enery & Environment GmbH., /91/DE/e-St 511/91.18 Büki G: Erőművek, Műeyetemi Kiadó, Budapest, G. Rupprich, G. Viehmann: Zwandurchlau-Damperzeuer im Abassystem einer Gasturbine, EVT Reister, 45/1986, S Termobahia GT4 plant: helpin Brazil reduce its reliance on rain, Modern Power Systems, November 003, pp: Wallchart.131 W. Heitmann, K. F. Pickhardt, A. Raael: Abwärmenutzun in roßtechnischen Prozessen und hinter Gasturbine, Jahrbuch der Damperzeuunstechnik, 4. Ausabe, S , Vulkan-Verla, Essen, Kuala Lanat uses 13Es on a ast-track to 667 MW, Modern Power Systems, May 1995, pp: Wallchart.133 L. Ballin, U. Tomschi, A. Pickard, G. Meinecke: Betriebslexibilität von GuD- Kratwerken, VGB PowerTech 9/010, S W. Heitmann: Abhitzeanlaen nach Gasturbinen, EVT Reister, 7/1974, S Abhitzekessel, BORSIG GmbH, AP.136 Combined cycle plus ired chp or Kemsley Mill paper works, Modern Power Systems, September 1994 pp: Wallchart 449

454 .137 Nossener Brücke V64.3 GTCC in Dresden supplies district and process heat, Modern Power Systems, April 1995, pp: Wallchart.138 V. Petermann, G. Schneider, J. Si: Kratwerk Franken II. 3. Ausbau, EVT Reister, 5/1993, S H. Rode: Entwicklunslinien der Braunkohlekratwerkstechnik, Dissertation, Universität Duisbur-Essen, 09. Juli W. Rosenbaum: Die Damperzeuer ür das 300 MWe-THTR-Kernkratwerk Uentrop, EVT Reister, 7/1974, S M. El-Nady, R.M. Harrison: Monitorin and perormance analysis o AGR boilers durin commissionin and power raisin, Specialists' meetin on heat exchanin components o as-cooled reactors Düsseldor (Germany) Apr 1984, International Atomic Enery Aency, International Workin Group on Gas-Cooled Reactors, Vienna (Austria) IWGGCR--9, pp: British Enery's biurcation blues, Nuclear Enineerin International, web home, November A.J. Mathews: The Early Operation o the Helical Once-throuh Boilers at Heysham 1 and Hartlepool, CEGB, XA ,.144 M. El-Nady, A.D. Papa: Desin and Perormance o the Helically Coiled Boilers o two AGR Power Station in the United Kindom, Babcock Enery Ltd., XA P. Naphon, S. Wonwises: A review o low and heat transer characteristics in curved tubes, Elsevier, Renewable and Sustainable Enery Reviews 10 (006), pp: B. I. Krutov szerk: Tyeplotehnika, Izd. Masinosztroényie, Moszkva, old..147 Kratwerke und Dampkessel, Waner-Biró AG., DE-KB /80-A.148 Abhitzekessel in der Nichteisen-Metallurie, Deutsche Babcock AG., P.-Nr. 1501N 9/ Lauenkessel ür Papier- und Zellstoabriken, Deutsche Babcock AG., P.-Nr / Öen und Wärmetauscher ür Reorminanlaen, Deutsche Babcock AG., P.- Nr / H. Herrmann, W. Burhardt: Enerierückewinnun in Äthylenanlaen insbesondere durch Hochdruckdamperzeuun in Spaltaskühlern, EVT Reister, 37/1980, S J. Jekerle: Rauchrohrkessel in Doppelrohrbauweise, EVT-Reister, 5/1993, S K-H. Lautenschläer, W. Schröter: Taschenbuch der Chemie, Verla Harri Deutsch, Frankurt, 007, S Wiederverdampunsanlae ür verlüssite Gase, Deutsche Babcock AG., P.- Nr / J. Matten, J. Merz: Damperzeuer zur Bedampun von Erdöl-Laerstätten, Jahrbuch der Damperzeuunstechnik, 4. Ausabe, S , Vulkan- Verla, Essen, K.K. Pillai: Downtown Stockholm site or irst PFBC Power Plant, Modern Power Systems, July Wallchart.157 Wallchart: Brown Coal PFBC Combined Heat and Power Plant or Cottbus, Modern Power Systems,.158 Technical Investiation into Thermal Oil Technoloy, Nortthern Innovation Ltd., Project No: 1555, Belast, March

455 .159 Nádas L., Korényi J.: Kazánűtés, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, Bajáczy J. és szerzőtársai: Kazánüzemeltetési és karbantartási zsebkönyv, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, R. Leithner: Massenausstoß aus einer Rohr mit stanierender Strömun bei konstantem Druck und leichmäßier Beheizun, Sonderdruck aus BWK Bd 5. (1973) Nr Korényi J.: Kazánűtés, Olaj- és áztüzelés, hőmérsékletszabályozás, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, Tallér F.: Háztartási és kommunális kazánok, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, Waste heat recovery systems, Transparent Enery Systems Pvt. Ltd. India, Gyártmányismertető, 011 (azonosító nélkül).165 Bai A. Lakner Z., Marosvölyi B., Nábrádi A.: A biomassza elhasználása, Szaktudás Kiadó Ház, Budapest, M. Kaltschmitt, H. Hartmann, H. Hobauer: Enerie aus Biomasse, Spriner, Berlin, E. Krat, G. Kritzler, K. Veser: Reenerativ-Lutvorvärmer mit etrennten, parallelen Lutströmen, soenannte Mühlenlutvorwärmer, Jahrbuch der Damperzeuunstechnik, 4. Ausabe, S , Vulkan-Verla, Essen, W. Sobbe, J. Janzen, M. Schiemann, H. Braun: Eiciente Dampkesselanlaen ür industrielle Heiz- und Heitzkratwerke sowie Hilskesselanlaen ür Kratwerke, VGB PowerTech 7/011, S F. Läubli, R. Leithner, G. Trautmann: Probleme bei der Speisewasserreelun von Zwandurchlaudamperzeuern und deren Lösun, VGB Kratwerkstechnik 64 (1984), Het 4, S Kétázisú hőátadás, áramlás űtött elületen 3.1. J. G. Collier: Convective Boilin and Condensation (MC Graw Hill 197 London) 3.. A. M. Kutepov, L. Sz. Szterman, N. T. Sztjusin: Gidrodinamika i tyeploobmen pri paroobrazobanyii, Viszsaja Skóla, Moszkva, M. A. Sztürikovics, V. Sz. Polonszkij, G. V. Cilausi: Tyeplomasszoobmen i idrodinamika v dvuhaznüh potokah atomnüh elektricseszkih sztancii, Izdatyelsztvo NAUKA, Moszkva, M. A. Mihejev: A hőátadás yakorlati számításának alapjai, Tankönyvkiadó Budapest, V. A. Loksin, D. F. Peterszon, A. Svarc: Gidravlicseszkij raszcsot kotyelnüh areatov, Enerija, Moszkva, W. M. Rohsenow: Handbook o Heat Transer, M.C.Graw-Hill. London, O. Baker: Multiphase Flow in Pipelines, The Oil and Gas Journal 56. Nov. 1968, pp: K. R. Schmidt: Wärmetechnische Untersuchunen an hochbelasteten Kesselheizlächen, Mitt. VGB. H.63, R. W. Lockhart, R. C. Martinelli: Proposed Correlation o Data or Isothermal Two-Phase Component Flow in Pipes, Chem. En. Pro. 45., R. C. Martinelli, D. B. Nelson: Prediction o Pressure Drop Durin Forced- Circulation Boilin o Water, Trans. ASME 70,

456 3.11. L. Fridel: Modellesetz ür den Reibunsdruckverlust in den Zweiphasenströmun, VDI Forschunshet 57., J. Huhn, J. Wol: Kétázisú áramlás, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, D. Chisholm: Two-phase low in pipelines and heat exchaners, G. Godwin, London and NewYork, H. Schulze: Fallilmverdampun und Kondensation an latten und lansproilierten Rohren, Forschun-Bericht VDI-Z 6/ V. Franke: Stationärer und Instationärer Wasserumlau im Trommelkessel. Grenzen und Stabilitätskriterien, Diss. Darmstadt, Gerse K., Radenkovits P.: Gőzejlesztők cirkulációs számítása, Tankönyvkiadó, Budapest, F. Brandt: Damperzeuer, Kesselsysteme Eneriebilanz Strömunstechnik FDBR-Fachbuchreihe Band 3, Vulkan-Verla, Essen VDI Wärmeatlas, 9. Aulae 00, Spriner, Lbc 1, Druckverlust in durchströmten Verdamperrohren Thermal Hydraulics in Nuclear Power Technoloy (.313), MIT Open University 3.0. M. Pronobis: Verleich der Methoden zur Verstärkun des Wärmeüberans au der Innenseite des Rohres, VGB Kratwerkstechnik 74 (1994), Het, S Vallourec Industries: Multi-riled Seamless Boiler Tubes, V4900-May J. Franke, W. Köhler, E. Witthow: Verdamperkonzepte ür Benson- Damperzeuer, VGB Kratwerkstechnik 73 (1993), Het 4, S R. Karl, S. Schrőder, Th. Zipel: Versuche mit einem senkrecht berohrten Benson-Verdamper in einem 160 t/h Damperzeuer, VGB Kratwerkstechnik 73 (1993), Het 9, S H. Griem, W. Köhler H Schmidt: Wärmeüberan, Druckverlust und Spannunen in Verdamperwänden, VGB Kratwerkstechnik 1/99, S J. G. Collier, J. R. Thome: Convective Boilin and Condensation, Third Edition, Clarendon Press Oxord, G. Drescher, W. Köhler: Die Ermittlun kritischer Siedezustände im esamten Dampehaltsbereich ür innendurchströmte Rohre, BWK 33 (1981) 10. Okt. S. 416 (Eredeti közlemények: Doroscsuk, Teploeneretika 1975/ old, Konakov, Teploeneretika 1966/ old.) 3.7. J. H. Lienhard IV., J. H. Lienhard V.: A Heat Transer Textbook, Third Edition, Phloiston Pres, Cambride, MA, 006 (MIT Open University) 3.8. VDI-Wärmeatlas, 9. Aulae 00, Spriner, Hbb 5. Strömunssieden esättiter Flüssikeiten 3.9. VDI-Wärmeatlas, 9. Aulae 00, Spriner, Hbd 4. Wärmeüberan nach der Siedekrise (bei erzwunener Konvektion) VDI-Wärmeatlas, 9. Aulae 00, Spriner, Hbc 3. Kritische Siedezustände VDI-Wärmeatlas, 9. Aulae 00, Spriner, Hbc Kritische Siedezustände 4. Vízoldali olyamatok, vízelőkészítés, őztisztasá 4.1. Büki G., Nay O.: Hőerőművek és kazánüzemek vízkezelése, in Lévai A.: Hőerőművek II. kötet, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, Chovanecz T.: Az ipari víz előkészítése, Műszaki Könyvkiadó, Budapest,

457 4.3. Iv. Dobrevsky, R. Winkler: Zum Hideout in Kratwerksanlaen, VGB Kratwerktechnik 73 (1993). S A. Bursik: Elektrische Leitähikeit des Betriebsmittels im Wasser- Dampkreislau, VGB Kratwerktechnik 74 (1994), S A. M. Kutepov, L. Sz. Szterman, N. T. Sztjusin: Gidrodinamika i tyeploobmen pri paroobrazobanyii, Viszsaja Skóla, Moszkva, R. K. Freier: Thermodynamik der Schutzschichtbildun bei niedrien Temperaturen - betriebliche Erahrunen, Allianz-Berichte Nr. 16, Apr. 1971, S K.-E. Quentin, L. Weil: Thermodynamik der Schuhtzschichtbildun bei niedrien Temperaturen - theoretische Grundlaen, Allianz Berichte Nr. 16, Apr. 1971, S Civin V: Jelentés a Dunamenti és Gaarin Hőerőművekben vézett indítási kísérletekről, VEIKI Kézirat, H. Schuster: Manetitbildun und Druckverlustanstie im Verdamper von Bensonkesseln, Allianz Berichte Nr. 16. Apr. 1971, S VGB Richtlinien ür Kesselspeisewasser, Kesselwasser und Damp von Wasserrohrkesseln der Druckstuen ab 64. bar. (Ausabe Oktober 1980), illetve TRD 611 Speisewasser und Kesselwasser von Damperzeuern der Gruppe IV. (Ausabe Juni 1981) R.K. Freier, B. Borris: Minimierun des Kuperehaltes im Speisewasser durch Wasserstoperoxid, VGB Kratwerkstechnik, März. 1979, S H. Köhle: Zur Frae der Festkörperalkalisierun bei Naturumlaukesseln, Allianz-Berichte Nr. 16. Apr. 1971, S P.-H. Eertz, G. Mohr: ph-wert-ereelte Feststoalkalisierun des Kesselwassers von Naturumlau-Damperzeuern, VGB Kratwerkstechnik. Februar 1986, S P.-H. Eertz, H. Meisel: Verzunderun warmester Stähle in Hochdruckdamp nach lanen Betriebszeiten, Alianz-Berichte Nr 16 Apr. 1971, S W. Schoch et al.: Manetitbildun und Druckanstie beim Bensonkesseln, VGB Kratwerkstechnik 54 (197), S K. Straubert, A. Bursik: Schichtbildun und Metallaulösun in heisswasserdurchströmten Stahlrohren, VGB Kratwerkstechnik 66. November 1986, S L. Ahrnbom: Die Verhütun kritischer Wandtemperaturen in Verdamperrohren Mitteilunen der VGB, 5. (197) H. 8, S E. Ulrich: Wassersto-konzentration, Wasserstozahl und speziische Wasserstozahl von Damperzeuern, Mitteilun der VGB 45. (1956) S J.P. Jensen, A. Bursik: Ein Blick hinter die Richtlinien ür die Chemie im Wasser-Damp-Kreislau, VGB KratwerksTechnik 1/000, S M. Montomery, A. Karlsson: Bericht über die Oxidation von neuen Stahltypen in dampseitien Verhältnissen, VGB Kratwerkstechnik 75 (1995), Het 3, S R.U. Husemann: Neue Werkstoe ür kritische Komponenten in kohleeeuerten Damperzeuern in Kratwerken mit erhöhten Dampparametern, Babcock Mitteilun Nr. 53., 3. Aachener Schweißtechnik Kolloquium (~1993?) 4.. MSZ EN :003 Nayvízterű kazánok, A táp- és kazánvíz minőséi követelményei 453

458 4.3. MSZ EN 195-1:003 Vízcsöves kazánok és seéd berendezéseik, A tápés kazánvíz minőséi követelményei 4.4. Speisewasser und Kesselwasser von Damperzeuern der Gruppe IV, TRD 611 Speisewasser (Fassun Auust 001) 4.5. Neue Richtlinien ür das Kesselspeisewasser und Kesselwasser von Damperzeuern, Ausabe April 197, VGB Kratwerkstechnik Mitteilunen der VGB 5, Het 4. April 197, S VdTÜV, Sicherheitstechnische Richtlinie ür Speise- und Kesselwasser von Damperzeuern, Entwur, September VGB Richtlinien ür das Kesselspeisewasser und Kesselwasser und Damp von Wasserrohrkesseln der Druckstuen ab 64 bar, Ausabe Oktober 1980., VGB Kratwerkstechnik 60. Het 10. Oktober 1980, S A Bursik: Die ersten allemeinen Richtlinien ür die Chemie des Wasser- Dampkreislaues in den USA, VGB Kratwerkstechnik 68. Het 11. November 1988, S H-G. Seipp, A. Bursik: Die Interation neuerer Anlaenkonzepte in die VGB- Speisewasserrichtlinie VGB-R-450 L, VGB Kratwerkstechnik 6/000, S E. Liebi, R. Svoboda: Chemie im Wasser-Damp-Kreislau von kombinierten Gas-/Dampkratwerken (Kombi-Kratwerke), VGB KratwerksTechnik 1/98, S A. Bursik, U. Staudt: Derzeitier Stand der chemischen Konditionierun von Wasser-Dampkreisläuen in Anlaen mit Umlaukesseln, VGB Kratwerkstechnik 75 (1995) Het 5, S O.I. Martynova, A.B. Vainman: Einie Probleme der Sauersto-ahrweise in Anlaen mit Zwandurchlaukesseln, VGB Kratwerkstechnik 77 (1997), Het 8, S B. Pieper: Minimierun von Verunreiniunen und Schäden im Wasser Dampkreislau und dessen Überwachun, VGB Kratwerkstechnik 7 (199), Het 6, S Gerse K.: Forrcsőmehibásodások üzemviteli okai I., Eneria és Atomtechnika XLII. év.. szám, old B. Elsner: Grundlaen der Korrosion der Metalle, Chemie ür Bauinenieure HS 010., K-H. Lautenschläer, W. Schröter, A. Wanniner: Taschenbuch der Chemie, 0. überarbeitete erweiterte Aulae, Verla Harri Deutsch, Frankurt am Main, Pótsa E.: Gőzkazánok, Tankönyvkiadó, Budapest, 1966, J Bajáczy J. és szerzőtársai: Kazánüzemeltetési és karbantartási zsebkönyv, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, K. Marquardt: Umkehrosmose, kombiniert mit kontinuierlichen Ionenaustauscheranlaen, Jahrbuch der Damperzeuunstechnik, 4. Ausabe, S , Vulkan-Verla, Essen, IEC TS , Steam turbines Steam purity H. Blöchl, N. Staub, J. Fahlke: 0 Years o Reverse Osmosis at Grosskratwerk Mannheim Operatin Experience, Power Plant Chemistry, Volume 5 (003), No A. Bursik: Polyamine/Amine Treatment A Reasonable Alternative or Conditionin Hih Pressure Cycles with Drum Boilers, Power Plant Chemistry, Volume 5 (004), 6(9), p

459 4.43. G. Class: Über das Wassermitreissen durch Gase oder Damp, Mitteilunen der VGB, Juni 1965, S G. Class: Zur Berechnun des Wassermitreissens in Trommelkesseln, Mitteilunen der VGB, Juni 1966, S E-M. Graß, U. Teutenber: Lithiumhydroxid, Eine erolversprechende Alternative bei der ixen Alkalisierun von Kesselanlaen, VGB PowerTech 3/009, S G. Sil, R. Schaber, J. Sambach, S. Hirschmann: Elektrochemische Entsalzun zur chemikalienreien Aubereitun von Kesselspeisewasser, VGB PowerTech 4/005, S R. Nael, K. Oiermann, M. Graulich: The Use o Waste Water as Boiler Fedwater and zero Dischare in Power Stations, VGB PowerTech 6/008, S S. Rodriuez, H. Schwevers, F-U. Leidich, F. Gabrielli: Oranische Konservierunschemikalien, VGB PowerTech 3/010, S W. Hater, D. Olivet: Oranische Kesselspeisewasser-Additive au Basis ilmbildender Amine, VGB PowerTech 3/009, S N. Voes, W. Hater: Verteilunsleichewicht und mittlere Oberlächenbeleun von ilmbildenden Aminen, VGB PowerTech 3/010, S R. Svoboda, F. Gabrielli, H. Hehs, F. Droux: Water and Steam Chemistry in Combined Cycle Power Plants, VGB PowerTech 3/007, S G. Kalon: Temporary Needs or Water Demineralisation in Lare Power Plants, VGB PowerTech 4/010, S O-Jonas: Geenwärtier Kenntnisstand über die Bildun von Ablaerunen in Dampturbinen, VGB Kratwerkstechnik 67. Het 10 Oktober 1987, S FDBR-N Berechnun der Dampraum- und Wasserspieelbelastun von Trommeln ür Dampkessel, (FDBR e.v.), Düsseldor, März Mist Elimination, Koch-Glitsch LP, Bulletin MEPC-01. Rev Mesh&Vane Mist Eliminators, AMISTCO Separation Products, Inc., Bulletin 106, January J. Zscherni: Der Einsatz von Umlenkittern zur Damptrocknun, Enerietechnik, 1973 Juli, S Flexichevron R, The mist eliminator or oulin service, Koch International S.p.A., A. M. Kutepov, L. Sz. Szterman, N. T. Sztjusin: Gidrodinamika i tyeploobmen pri paroobrazobanyii, Viszsaja Skóla, Moszkva, Gerse K.: Jelentés az MHD által Madeburba szállított GIB 40/37 típusú őzkazán túlhevítő mehibásodásával kapcsolatban vézett vizsálatokról, BME Kalorikus Gépek Tanszék, /1978, Budapest, Gerse K.: Szakvélemény a Debreceni Erőmű E típusú őzkazánja átalakításáról, MVMT, Budapest, 1988, (Kézirat) 4.6. Richtlinie VGB-R 513, Innere Reiniun von Wasserrohr- Damperzeueranlaen und Rohrleitunen, VGB PowerTech e.v., Ausabe Boil-Out Procedure, RENTECH Boiler Systems, Inc, Boiler Water Systems, GE Power & Water Water and Process Technoloies 455

460 nin.jsp W.J.F. van der Wal: Ehrahrunen mit Methylethilketoxim zur Sauerstobindun in Wasser-Dampkreisläuen, VGB Kratwerkstechnik 69 (1989), Het 3, S A. Lanne, S. Köhler: Grundlaen der Reiniun von Damperzeuern mit oranischen Komplexbildnern, VGB Kratwerkstechnik 68 (1988), Het 9, S H. Møller, O. H. Larsen, E. Smitshuysen, L. A. Persson: Chemische Reiniun ultra-überkritischer Kessel mit austenitischen Überhitzern, VGB KratwerksTechnik /000, S K.-H. Walter, K. Kuhnke: Damperzeuerreiniun in DWR-Anlaen mit NTA bzw. EDA, VGB Kratwerkstechnik 68 (1988), Het 1, S TRD 301. Anlae 1. Berechnun au Wechselbeanspruchun durch schwellenden Innendruck bzw. durch kombinierte Innendruck- und Temperaturänderunen, Fassun Auust K. Kussmaul, M. Navab-Motlah: Verhalten der Manetitschutzschicht unter Kesselbedinunen, VGB Kratwerkstechnik 63 (1983), Het 3, S H. Hilsheimer: Betriebserahrunen im HKW Mannheim, Enerie Jahr. 4, Nr. 11, November 197, S R. Rieß: Reiniun von Damperzeuern in DWR-Anlaen, VGB Kratwerkstechnik 69 (1989), Het, S H.G. Heitmann: Korrosion au der Wasser- und Dampseite (Jahrbuch der Damperzeuunstechnik 4. Aus., S ) J. Fichatschke, U. Kowalsyh: Untersuchunen über dem Kuperehalt im Turbinenkondensat und im Kesselwasser, beim Anahren nach Turbinenstillständen, Mitteilunen der VGB, 51. (1971) Februar Th. Geissler: Öleeuerte Dampkesselanlaen und ihre Probleme, Enerie Jahr. 15, 1963, S Becker L, Németh E-né: Szakvélemény orrcsövek anyavizsálatáról, AEEF 488/79, június H Janssen: Wasserseitie Korrosionen an Öleeuerten Dampkesseln, Mitteilunen der VGB, 41. (1961) Dezember, S H. G. Heitmann, H. Kirsch: Korrosionen au der Wasser- und Dampseite, Jahrbuch der Damperzeuunstechnik,. Ausabe, S Süle J., dr. Müller I-né: 9. kazán orrcső anyavizsálata, ERŐKAR/3457, június W. M. M. Huijbrets, J. H. N. Jelessma, A. Snel: Der Einluss von Wärmetransport, Ablaerunen und Kondensatorleckaen au die Korrosion in Damperzeuern, VGB Kratwerkstechnik 55, (1975) Het 1, S R.U. Husemann: Advanced materials or AD 700 Boilers, Babcock-Hitachi Europe GmbH, Prezentáció, 005. október 7., CESI Auditorium, Milánó 4.8. J. R. Bos, R. van der Star: Probabilistic Approach to Determinin the Optimum Replacement o a Superheater Stae in a 680 MW Coal-ired Boiler, VGB PowerTech 4/009, S Gerse K.: Emlékeztető a DHV 15 MW-os blokkok kazánjainál jelentkezett lukadásos orrcsőmehibásodásokról (BME KGT /75-61) Pammer Z., Szauter F.: Vízlándzsás salakeltávolítás hatása membránalas széntüzelésű kazánoknál a tűztéri membránalak élettartamára, VEIKI Közlemények, Budapest,

461 4.85. Szabolcs G., Nay O., Gerse K.: Bánhidai orrcsőmehibásodások okainak vizsálata (BME KGT /80) G. Lüdenbach: Bedeutun der Deckschichtzerstörun bei rauchasseitien und wasser-/dampseitien Korrosionvoränen, VGB-Seminar "Chemie im Kratwerk", März 007, VGB, Essen H.-G. Heitmann, W. Kastner: Erosionskorrosion in Wasser-Dampkreisläuen Ursachen und Geenmaßnahmen, VGB Kratwerkstechnik 6, (198) Het 3, S W. Kastner, K. Riedle, H. Tratz: Experimentelle Untersuchunen zum Materialabtra durch Erosionskorrosion, VGB Kratwerkstechnik 64, (1984) Het 5, S W. Kastner, P. Homann, N. Nopper: Erosionskorrosion in Kratwerksanlaen Entscheidunshile ür Maßnahmen zur Schadensvermeidun, VGB Kratwerkstechnik 70, (1990) Het 11, S G. Lüdenbach, P. Körner: Dampseities Oxidationsverhalten austenitischer Kesselrohre, VGB-Konerenz "Kratwerke im Wettbewerb 011", März 011, Karlsruhe, illetve G. Lüdenbach, P. Körner: Dampseities Oxidationsverhalten austenitischer Kesselrohre, VGB PowerTech 11/011, S P.-H. Eerz, P. Forchhammer, J. Hicklin: Spannunsrißkorrosionsschaden an Bauteilen in Kratwerken Mechanismen und Beispiele, VGB Kratwerkstechnik 6, Het 5, Mai 198, S H. Spähn, G. H. Waner, U. Steinho: Formen, Bedeutun und Erscheinunsbild der Spannunsrißkorrosion, TÜ 14 (1973) Nr. 7 Juli, S H. Spähn, G. H. Waner, U. Steinho: Maßnahmen zur Verzöerun oder Verhinderun der Spannunsrißkorrosion, TÜ 14 (1973) Nr. 10 Oktober, S G. Lüdenbach, H.-H. Reichel, D. Küster: Wiederkehrende Prükonzepte im Hinblick au Schädiunen durch dehnunsinduzierte Risskorrosion (DRK), Kristyák E.: Erőművek hőálló acélanyaai, Eneriaipari Szakirodalmi Tájékoztató, NIMDOK, Budapest, K. Stiller, T. Witti, M. Urschey: Die Analytik ilmbildender Amine, Methoden, Mölichkeiten, Grenzen und Empehlunen, VGB PowerTech 8/011, S F.-J. Adamsky, B. Kempkes, J. Ernst: Dehnunsinduzierte Risskorrosion in Rohrsystemen von konventionellen Kratwerksanlaen, VGB KratwerksTechnik 10/000, S K. Zabelt, B. Melzer, O. Wachter: Die Korrosion der 9 %-Cr-Stähle in kesseltypischen Medien, VGB Kratwerkstechnik 76, (1996) Het 1, S Civin V.: Manetit védőréteek képződése és sajátsáai nay hőmérsékletű vízben, VEIKI Közlemények, 1984, old R. Knödler, S. Straub: Growth o Oxide Scales durin Steam Oxidation at 650 C, VGB PowerTech 10/008, S R. Nowack, C. Götte, S, Heckmann: Qualitätsmanaement bei RWE am Beispiel des Kesselwerkstos T4, VGB PowerTech 11/011, S P. Gawron: Copper deposits in power pressure equipment - problems in operation and maintenance, VGB PowerTech 9/011, S

462 A. Azzoni, R. Ferraresi: Ciclin operation: Improvin HRSG chemistry throuh a chane rom AVT (R) to AVT (O) at the Sermide power plant, VGB PowerTech 4/011, S A. Söllner, W. Glück, H. Fahmbauer, O. Rappich: Zero liquid dischare or combined cycle power plants by usin closed loop recyclin methods- an important step or the environment, VGB PowerTech 4/011, S W. Kastner, E. Riedle: Modell zur Berechnun von Materialabträen durch Erosionskorrosion, VGB Kratwerkstechnik 66, Dezember 1986, Het 1, S VGB-Standard VGB-S DE Speisewasser., Kesselwasser- und Dampqualität ür Kratwerke/Industriekratwerke, VGB PowerTech e.v., Essen F. U. Leidich: Der Überarbeitete VGB-Standard zur Chemie des Wasser- Damp-Kreislaus, VGB PowerTech 3/01, S E. Kunze: Hochtemperaturkorrosion, in D. Uebin, D. Schleel: Einlußrößen der Zeitsicherheit bei technischen Anlaen, Friedr. Viewe & Sohn Verla TÜV Rheinland, Braunschwei, P.-H. Eerz: Spröde Rohrreißer in den Verdamperrohren von Naturumlaukesseln nach unewöhnlich intensiver Heißwasseroxidation, VGB Kratwerkstechnik 1/1990, S K. Haarman, W. Schwenk, J. Venkateswarlu, M. Zschau: Hochtemperaturkorrosionbeständikeit des warmesten Stahles X 10 CrMoVNb 91 (P 91/T 91) im Verleich zu höher- und niedrileierten warmesten erritischen Chromstählen in Wasserdamp, VGB Kratwerkstechnik 73 (1993) Het 9, S H.-H. Reichel et al.: Schaden an einem Überhitzer einer GuD-Anlae durch unzureichende Phasentrennun in der Trommel, VGB PowerTech 1/001, S

463 FÜGGELÉK 1. Jellemzők vízre, telített olyadék és őzázisban 459

464 Jellemzők vízre, telített olyadék és őzázisban (az IAPWS-IF 97, illetve a VDI Wärmeatlas 1984, Db 5 alapján) 1. üelék Hőmérséklet Nyomás Sűrűsé Fajlaos entalpia Víz Gőz C bar k/m 3 kj/k ß c p σ*10-3 μ *10-6 ν *10-6 λ Pr c p μ *10-6 ν *10-6 λ Pr b Víz Gőz Víz Gőz 10-3 /K kj/kk N/m Ns/m m /s W/mK kj/kk Ns/m m /s W/mK 10-3 m 0,01 0, ,8 0, , ,89-0,0853 4,17 75, ,4 1,79 0,56 13,44 1,864 9, 1900,1 16,5 1,041,775 10,00 0, ,7 0, ,0 519,3 0,081 4,193 74, 1307,7 1,308 0,58 9,4 1,868 9, ,8 17, 1,07,75 0,00 0, ,3 0, ,9 537,47 0,066 4,18 7,74 100,7 1,004 0,600 6,99 1,874 9,73 56,5 18,0 1,016,79 30,00 0, ,7 0, ,75 555,58 0,3056 4,179 71,0 797,7 0,801 0,615 5,4 1,883 10,01 39,6 18,7 1,008,704 40,00 0, , 0, ,54 573,54 0,3890 4,179 69,60 653,1 0,658 0,69 4,34 1,894 10,31 01,4 19,5 1,00,679 50,00 0, ,0 0, ,34 591,31 0,464 4,181 67,95 547,1 0,554 0,640 3,57 1,907 10,6 17,9 0,3 0,999,653 60,00 0, ,1 0,130 51,15 608,85 0,588 4,185 66,4 466,8 0,475 0,651 3,00 1,94 10,94 83,99 1,1 0,997,65 70,00 0, ,7 0, ,0 66,10 0,5900 4,100 64,49 404,4 0,414 0,659,570 1,944 11,6 56,85,0 0,997,597 80,00 0, ,6 0,93 334,95 643,01 0,6473 4,197 6,81 355,0 0,365 0,667,34 1,969 11,60 39,54,9 0,999,568 90,00 0, ,1 0, ,97 659,53 0,7019 4,05 60,8 315,0 0,36 0,673 1,969 1,999 11,93 8,19 3,8 1,00, ,00 1, ,1 0, ,10 675,57 0,7547 4,16 58,9 8, 0,94 0,677 1,756,034 1,8 0,55 4,8 1,007, ,00 1, ,7 0,86 461,36 691,07 0,8068 4,9 56,97 54,9 0,68 0,681 1,583,075 1,6 15,8 5,8 1,014,474 10,00 1, ,8 1,11 503,78 705,93 0,8590 4,45 54,97 3,1 0,46 0,683 1,44,14 1,97 11,57 7,0 1,0, ,00, ,6 1, ,39 70,09 0,911 4,63 5,94 1,7 0,8 0,604 1,35,180 13,3 8,90 8,1 1,031, ,00 3, ,9 1, ,0 733,44 0,9667 4,85 50,86 196,1 0,1 0,685 1,8,45 13,67 6,95 9,4 1,043, ,00 4, ,8,547 63,5 745,9 1,037 4,310 48,75 181,9 0,198 0,684 1,147,30 14,0 5,50 30,8 1,057, ,00 6, ,3 3,59 675,57 757,43 1,0837 4,339 46,60 169,5 0,187 0,68 1,079,406 14,37 4,41 3, 1,073,90 170,00 7,90 897,3 4,1 719,1 767,89 1,1475 4,371 44,41 158,8 0,177 0,679 1,03,504 14,7 3,57 33,8 1,09,49 180,00 10,07 886,9 5, ,19 777, 1,16 4,408 4,0 149,3 0,168 0,674 0,976,615 15,07,9 35,4 1,115,06 190,00 1,55 876,0 6, ,57 785,31 1,906 4,449 39,95 141,0 0,161 0,669 0,937,741 15,4,41 37, 1,137,161 00,00 15, ,7 7,865 85,39 79,06 1,371 4,497 37,68 133,6 0,154 0,663 0,906,883 15,78,006 39,1 1,163,115 10,00 19,080 85,8 9, ,74 797,31 1,463 4,551 35,39 16,9 0,149 0,656 0,880 3,043 16,13 1,681 41,1 1,193,066 0,00 3,01 840,4 11,65 943,64 801,05 1,569 4,614 33,08 11,0 0,144 0,648 0,851 3,3 16,49 1,418 43,4 1,6,015 30,00 7,979 87,3 13, ,1 803,01 1,6763 4,686 30,75 115,5 0,140 0,639 0,847 3,46 16,85 1,04 45,7 1,6 1,961 40,00 33, ,6 16, ,5 803,06 1,8658 4,770 8,40 110,5 0,136 0,69 0,838 3,656 17, 1,07 48,3 1,30 1,904 50,00 39, , 19, ,68 800,95 1,955 4,869 6,05 105,8 0,13 0,618 0,834 3,918 17,59 0,880 51, 1,347 1,844 60,00 46, ,9 3, ,83 796,64,1301 4,986 3,70 101,5 0,19 0,606 0,835 4,1 17,98 0,757 54,3 1,396 1,781 70,00 55, ,8 8, ,09 789,63,3379 5,16 1,35 97,4 0,17 0,593 0,84 4,574 18,38 0,654 57,9 1,453 1,714 80,00 64, ,5 33,15 136,67 779,8,5893 5,96 19,00 93,4 0,14 0,578 0,856 4,996 18,80 0,566 61,8 1,519 1,643 90,00 74,448 73,1 39, ,77 766,65,8998 5,507 16,63 89,6 0,1 0,56 0,877 5,507 19,5 0,491 66,4 1,596 1, ,00 85,917 71, 46, ,77 749,57 3,93 5,773 14,37 85,8 0,10 0,545 0,909 6,144 19,74 0,47 71,8 1,688 1, ,00 98, ,6 54, ,00 77,9 3,8079 6,10 1,10 8,1 0,119 0,56 0,954 6,96 0,8 0,371 78,4 1,801 1,393 30,00 11, ,9 64, ,15 700,67 4,5104 6,586 9,88 78,3 0,117 0,506 1,018 8,053 0,89 0,33 86,5 1,945 1,94 330,00 18, ,4 77, ,74 665,97 5,5306 7,48 7,71 74,4 0,116 0,485 1,11 9,589 1,6 0,80 97,1,135 1,18 340,00 146, , 9, ,45 6,07 7,167 8,70 5,64 70, 0,115 0,461 1,60 11,90,5 0,43 111,8,40 1, ,00 165, ,5 113, ,99 563,63 10, ,078 3,68 65,7 0,114 0,436 1,517 15,951 3,7 0,09 134,,819 0, ,00 186,737 58,3 143, ,49 480,99 19,76 14,987 1,89 60, 0,114 0,41,190 6,79 5,53 0, ,8 3,890 0, ,00 10,58 448,3 01, ,60 39,5 98, ,90 0,39 51,4 0,115 0,40 6,60 11,98 9,35 0, ,763 0, ,99 0, ,55 087, , 0,1 0,830 38,0 0, A táblázatban b [ ( )] a Laplace tényező. 460

465 461

466 BME Gépészmérnöki Kar Eneretikai Gépek és Rendszerek Tanszék KAZÁNOK I. Szerzői jo Gerse Károly, 014 Kiadta a BME Eneretikai Gépek és Rendszerek Tanszéke Felelős kiadó: Gró Gyula tanszékvezető Cím: 1111 Budapest, Műeyetem rkp. 3. D. ép. 08. Teleon: , ax: ISBN (Nyomtatott változat) Készült az EFO Kiadó és Nyomda Kt.-ben. A kiadásért elelős az EFO Kiadó és Nyomda Kt. üyvezető iazatója. Százhalombatta, 014.