Égéstermék elvezetés tervezése. Baumann Mihály PTE PMMK Épületgépészeti Tanszék

Átírás

1 Égéstermék elvezetés tervezése Baumann Mihály PTE PMMK Épületgépészeti Tanszék 1

2 MSZ EN Égéstermék-elvezető berendezések. Hő- és áramlástechnikai méretezési eljárás. Égéstermék-elvezető berendezések egy tüzelőberendezéssel december MSZ EN Égéstermék-elvezető berendezések. Hő- és áramlástechnikai méretezési eljárás. 2. rész: Égéstermék-elvezető berendezések több tüzelőberendezés csatlakozással május 2

3 MSZ EN Égéstermék-elvezető berendezések. Hő- és áramlástechnikai méretezési eljárás. Eljárás egy tüzelőberendezéssel rendelkező égéstermék-elvezető berendezések méretezésére szolgáló táblázatok és diagramok kidolgozására október 3

4 MSZ EN

5 Égéstermék elvezető berendezések csoportosítása Kialakítás szerint: Normál (égéstermék elvezetés és levegő utánpótlás külön) Égéstermék elvezetés és levegő utánpótlás közösen (LAS) Nyomás szerint: Huzat vagy szívás hatása alatt álló (depressziós) Túlnyomásos Üzemmód szerint: Nedves üzemű (kondenzáció üzemszerűen megengedett) Száraz üzemű (kondenzáció károsítja a kémény szerkezetet) 5

6 Kémény áramkör részei szélnyomás PL kémény PR levegő bevezetés PB kazán PW bekötő vezeték PFV belépési pont PZ 6

7 Szélnyomás, kedvezőtlen kitorkollás A szélnyomást P L =25 Pa értékkel kell figyelembe venni belföldön. Kedvezőtlen a kitorkollás, ha a kitorkollás magassága a gerinc felett <0,4 m, és a vízszintes távolság a tetőtől <2,3 m, illetve: A tető hajlásszöge >40 A tető hajlásszöge >25, a légbeszívás és kitorkollás a gerinc ellenkező oldalán van és a gerinctől való távolság >1,0 m 7

8 Szélnyomás, kedvezőtlen kitorkollás Környező tereptárgyak hatása: Kedvezőtlen, ha: L<15 m α>30 β>10 8

9 9

10 Nyomásfeltétel Huzat vagy szívás alatt működő (depressziós) égéstermék-elvezető berendezés A következő feltételeket kell betartani: P Z = P H - P R - P L P W + P FV + P B = P Ze Pa (1) P Z P B Pa (2) Ahol: P B a bevezetett levegő szükséges szállító nyomása, Pa; P FV az összekötőelem szükséges szállító nyomása, Pa; P H a nyugalmi nyomás, Pa; P L a szélnyomás, Pa, P R az égéstermék-elvezető berendezés függőleges szakaszának ellenállási nyomása, Pa; P W a tüzelőberendezés szükséges szállító nyomása, Pa; P Z a szívónyomás az égéstermék-elvezető berendezés függőleges szakaszának bevezetési pontján, Pa; P Ze a szükséges szívónyomás az égéstermék-elvezető berendezés függőleges szakaszának bevezetési pontján, Pa; 10

11 Nyomásfeltétel Túlnyomásos égéstermék-elvezető berendezés A következő feltételeket kell betartani: P ZO = P R P H + P L P WO P B P FV = P Zoe Pa (3) P ZO P Z excess Pa (4) P ZO + P FV P ZV excess Pa (5) Ahol: P B a bevezetett levegő szükséges szállító nyomása, Pa; P FV az összekötőelem szükséges szállító nyomása, Pa; P H a nyugalmi nyomás, Pa; P L a szélnyomás, Pa, P R az égéstermék-elvezető berendezés függőleges szakaszának ellenállási nyomása, Pa; P W a tüzelőberendezés szükséges szállító nyomása, Pa; P WO a tüzelőberendezés maximális nyomáskülönbsége, Pa; P ZO az égéstermék-elvezető berendezés belépési pontjának túlnyomása, Pa; P Zoe az égéstermék-elvezető berendezés belépési pontjának maximális nyomáskülönbsége, Pa; P Z excess az égéstermék-elvezető berendezés engedélyezett üzemi nyomása, Pa; 11

12 Hőmérsékleti feltétel A következő összefüggést kell igazolni: T iob T g K (6) Ahol: T iob állandósult viszonyok mellett a kitorkolásnál számított belsőfali hőmérséklet, K; T g a belsőfali határhőmérséklet, K A száraz üzemmódban működő égéstermék-elvezető berendezések belső fal határhőmérséklete T g az égéstermék harmatponti hőmérsékletének T sp felel meg. A nedves üzemmódban működő (kondenzációs) égéstermék-elvezető berendezések esetén T g = 273,15 K. Ez a feltétel az égéstermék-elvezető berendezés kitorkolásánál a jégképződéstől véd. 12

13 Égéstermék és égési levegő mennyiségének számítása Pontos számítás: sztöchiometriai számítással Közelítő számítás: Rosin - Fehling egyenletek Elméleti levegőszükséglet: Hi 3 3 L min = a1 + a2 Nm / kg ill. Nm / Nm 4186 Elméleti füstgázmennyiség: V H 4186 [ ] 3 [ ] Nm / kg ill. Nm Nm i f min = b1 + b2 / Tüzelőanyag a1 a2 b1 b2 Szilárd 1,01 0,5 0,89 1,65 Cseppfolyós 0,85 2,0 1,11 1,0 Gáz 18420<Hi< ,154-0,466 1,215 0,05 Gáz 73270<Hi< ,2756-0,466 0,29 0,05 13

14 Időegység alatti tüzelőanyag fogyasztás: Q& [ ] 3 G= kg / s ill. Nm / s η Hi Időegységre eső mennyiségek (tökéletes égés): [ Nm s] 3 L = G L / min min Légellátási tényező: Vf min n= L [ Nm s] 3 Vf min = G V f min / min CO CO 2max Tüzelőanyag n Gyenge minőségű barnaszén 2,0-2,5 Jó minőségű barnaszén 1,4-2,0 Koksz 1,4-1,7 Olajtüzelés 1,1-1,5 Gáztüzelés 1,05-1,25 14

15 Valóságos normálértékek: L 0 = n L min [ ] 3 Nm / s V ( n 1) L [ Nm s] 3 = + Vf 0 = r Vf min f min min / Égéstermék higítási tényező: r= CO CO Valóságos értékek: T p0 L= T p 0 2max 2 L [ m / s] 3 T p0 Vf = Vf 0 / T p 0 0 [ m s] 3 15

16 Égéstermék jellemzőinek közelítő számítása MSZ EN B.1 táblázat 16

17 Égéstermék jellemzőinek közelítő számítása MSZ EN B.1 táblázat Égéstermék tömegárama: f m& = σ Q& 100 F = η ( CO ) W m1 2 Q& + f m2 Q& F [ g / s] σ(co 2 ) égéstermék CO 2 koncentrációja, % Q F tüzelőberendezés hőterhelése, kw Q tüzelőberendezés teljesítménye, kw η W tüzelőberendezés hatásfoka, % 17

18 Égéstermék jellemzőinek közelítő számítása MSZ EN B.1 táblázat Égéstermék gázállandója: R= R [ + f σ( CO )] [ J kgk] L 1 R 2 / σ(co 2 ) égéstermék CO 2 koncentrációja, % R L levegő gázállandója R = 288 J/kgK 18

19 Égéstermék jellemzőinek közelítő számítása MSZ EN B.1 táblázat Égéstermék fajhője: c P = ,05 t m 2 + 0,0003 tm 1+ f c3 ( 2 f + f t + f t ) σ( CO ) + σ c0 c1 ( CO ) 2 m c2 m 2 [ J / kgk] σ(co 2 ) égéstermék CO 2 koncentrációja, % t m égéstermék középhőmérséklete, C 19

20 Égéstermék jellemzőinek közelítő számítása MSZ EN B.1 táblázat Égéstermék vízgőz koncentrációja, parciális vízgőznyomása és harmatponti hőmérséklete: σ p tp ( H O) D = f 1+ σ ( CO ) σ 2 = p ,9 = 23,6448 ln ( CO ) L W 2 ( p ) [ Pa] D + 1,1 [%] 236,67 [ C] σ(co 2 ) égéstermék CO 2 koncentrációja, % p L légköri nyomás, Pa 20

21 Égéstermék jellemzőinek közelítő számítása MSZ EN B.1 táblázat Harmatponti hőmérséklet emelkedés: ( K ) [ C] Tsp = fs1+ fs2 ln f K f átalakulási tényező SO 2 -ről SO 3 -ra, % 21

22 Égéstermék jellemzőinek közelítő számítása MSZ EN B.1 táblázat Égéstermék hővezetési tényezője és dinamikai viszkozitása: λ η A A = 0, , t = t m m [ W / mk] t 2 m [ ] 2 Ns / m t m égéstermék középhőmérséklete, C 22

23 Többrétegű kör keresztmetszetű kémény hőátbocsátási tényezője Ha hőmérsékletek állandósultak: Nem állandósult állapotban: k b k = b = Dh + + α Λ D α + i S αi Λ Dha αa α i belső hőátadási tényező α a külső hőátadási tényező (1/Λ) hővezetési ellenállás D h hidraulikai egyenértékű belső átmérő D ha hidraulikai egyenértékű külső átmérő H ha D a h [ W m K] 2 / [ W m K] 2 / 23

24 Többrétegű kör keresztmetszetű kémény hőátbocsátási tényezője y D D h ln 2 λ n D 1 h,n+ 1 2 Λ = n h, n [ m K / W] λ n D h D h,n y n-dik réteg hővezetési tényezője kémény hidraulikai egyenértékű belső átmérője n-dik körgyűrű hidraulikai egyenértékű belső átmérője alaktényező, y=1 kör és ovális keresztmetszetnél y=1,1 téglalap keresztmetszetnél 1:1,5 oldalarányig 24

25 Lehűlési tényező számítása Lehülési tényező: K U k = m & L c p c p k L M U égéstermék fajhője, J/kgK hőátbocsátási tényező, W/m 2 K szakasz hossza, m égéstermék tömegárama, kg/s belső kerület, m 25

26 Szakasz hőmérsékletek számítása Szakasz átlaghőmérséklete: T m T T K e u = Tu + 1 Szakasz kilépő hőmérséklete: ( K e ) T o = T u + K ( T T ) e e u K T e T u lehűlési tényező belépő égéstermék hőmérséklet környezeti hőmérséklet 26

27 Szakasz áramlási ellenállása P P R R ha ha = = S S P P E E G G P ψ 0 < E 0 + S L D S S EG h EG EG + P = G n E = 1,0 [ Pa] ρm ζn 2 S w 2 m + S EG P G [ Pa] D h hidraulikai egyenértékű belső átmérő, m L szakasz hossza, m P E szakasz csősúrlódásból és alaki ellenállásokból származó áramlási ellenállása, Pa P G sebességváltozásból eredő nyomásváltozás, Pa S E áramlástechnikai biztonsági tényező S EG sebességváltozásból eredő áramlástechnikai biztonsági tényező w m égéstermék közepes sebessége, m/s ρ m égéstermék közepes sűrűsége, kg/m 3 ψ csősúrlódási tényező 27

28 Áramlástechnikai biztonsági tényező A biztonsági tényező célja az üzem közbeni egyenlőtlenségek és az építési pontatlanságokból adódó kérdések kezelése: a hőtermelő nem tervezett túlterhelése a szokásosnál nagyobb légfelesleg-tényező az égésnél falslevegő belépés az összekötő vezetékben vagy a kéményben a számításokban figyelembe vett felületi érdességtől való eltérés a kémény hőátbocsátási tényezőjének eltérése a tervezettől méreteltérések nem kívánatos légköri viszonyok Huzat hatása alatt álló rendszereknél S E = 1,5 Légtértől független üzemű ventilátoros készülékeknél S E = 1,2 Túlnyomásos rendszereknél S E = 1,2 minimálisan 28

29 Égési levegő bevezetés Megoldások: 1. Nyílászárók résein 2. Légbevezető elemekkel 3. Légellátó zsaluk, légcsatornák 4. Ventilátorral biztosított légellátás Légbevezető elemek ellenállását milyen állásban, milyen külső hőmérséklet mellett számítsam? A kazánnak, vízmelegítőnek a lakótérben van a helye? 29

30 Szilárdtüzelésű berendezések A készülékeknek jelentős ellenállása van. Magas az égéstermék hőmérséklet alacsony a hatásfok. Nagy légfelesleggel üzemelnek. 30

31 Atmoszférikus égőjű készülékek nyomásigénye, égéstermék adatai Jellemző huzatigény érték 2-4 Pa Jellemző égéstermék CO 2 tartalom: teljes terhelésnél 5-8 % részterhelésnél 2-3 % Ez teljes terhelésnél kb. 2, részterhelésnél 4 légfelesleg értéket jelent. 31

32 Atmoszférikus égőjű készülékek nyomásigénye, égéstermék adatai

33 Atmoszférikus égőjű készülék munkapontja Huzatm egszakítós kém ény m unkapontja Munkapont Ellenállás Huzat, ellenállás [Pa] Huzat Levegő töm egáram [kg/s] 33

34 Túlnyomásos tűzterű, blokkégős kazánok Jellemző huzatigény érték 0 Pa. A kémény depressziós üzemmódban üzemel. Égéstermék CO 2 tartalom 10 % feletti, kis légfelesleg. Égéstermék csonkon nagy sebesség, bővíteni célszerű. Magas égéstermék hőmérséklet C Légellátás jellemzően ventilátorral. 34

35 Olaj- és gázkazánok adatai Blokkégős kazán ellenállása a tömegáram függvényében P Wc,j m Wc,j / m Wc 35

36 Olaj- és gázkazánok adatai 36

37 Hőtermelők tulajdonságainak tömegáramfüggése P t Wc,j Wc,j m Wc,j m W,j P Wc,j t Wc,j = b = y b + y 1 1 m& m& m& m& Wc,j W,j Wc,j W,j + b y 2 2 m& m& C Wc,j W,j 2 + b 3 m& m& Wc,j W,j 3 + b 4 m& m& hőtermelő számított tömegárama, kg/s hőtermelő referencia tömegárama, kg/s hőtermelő számított áramlási ellenállása, Pa égéstermék számított kilépő hőmérséklete, kg/s b 0 b 4 és y 0 y 2 tényezőket a gyártóknak kellene megadnia Wc,j W,j 4 Pa 37

38 Hőtermelők tulajdonságainak tömegáramfüggése Hőtermelő Üzemállapot P Wc,j t Wc,j b 0 b 1 b 2 b 3 b 4 y 0 y 1 y 2 Szilárdtüzelésű, blokkégő nélküli berendezések Folyékony tüzelőanyaggal üzemelő berendezések, ventilátor nélkül Atmoszférikus égőjű (deflektoros) berendezések Bekapcsolva P W,j 0 t W,j 0,8 Kikapcsolva 0 0 P W,j 0 0 t uv,j 0 0 Bekapcsolva 0 0 P W,j 0 0 t W,j 0 0 Kikapcsolva 0 0 P W,j 0 0 t uv,j 0 0 Bekapcsolva 0 0 P W,j 0 0 t uv,j t W,j -t uv,j -1 Kikapcsolva 0 0 P W,j 0 0 t uv,j 0 0 Gázüzemű berendezések, ventilátorral felszerelve Bekapcsolva -P WG,j 0 P W,j+ P WG,j 0 0 t W,j 0 0 Kikapcsolva 0 0 P W,j+ P WG,j 0 0 t uv,j

39 Turbó kazán ellenállása a tömegáram függvényében P Wc,j m Wc,j / m Wc 39

40 Turbó kazán ellenállása kikapcsolt állapotban P Wc,j m Wc,j / m Wc

41 Turbó készülékek 41

47 LAS gyűjtőkémény méretezése Szabvány csak huzat hatása alatt álló (depressziós) rendszerrel foglalkozik Méretezés feltétele: Csatlakozó készülékek 0 Pa túlnyomással kapcsolódnak a függőleges szakaszhoz Az égéstermék elvezetését és a levegő hozzávezetését a gravitáció biztosítja A túlnyomás kiegyenlítő nyíláson hozzááramló levegő meghatározásával a munkapont meghatározása a feladat Égéstermék hűl, égési levegő melegszik. 47

48 Turbó készülékek csatlakozása LAS gyűjtőkéményhez 48