Az égéstermék-elvezetés méretezése és fogásai Baumann Mihály tanszékvezető, adjunktus PTE MIK Gépészmérnök Tanszék Fejér Megyei Mérnöki Kamara Szakmai továbbképzés 2017.11.17.
Az égéstermék-elvezetés méretezési eljárására vonatkozó szabványok: MSZ EN 13384-1:2015 Égéstermék-elvezető berendezések. Hő- és áramlástechnikai méretezési eljárás. 1. rész: Egy tüzelő-berendezést kiszolgáló égéstermék elvezető berendezések Az érvényesség kezdete: 2015. október 1. MSZ EN 13384-2:2015 Égéstermék-elvezető berendezések. Hő- és áramlástechnikai méretezési eljárás. 2. rész: Égéstermék-elvezető berendezések több tüzelőberendezéshez Az érvényesség kezdete: 2015. október 1.
Az égéstermék-elvezető berendezések csoportosítása Kialakítás szerint lehet: normál kialakítású, amikor az égéstermék-elvezetés és levegő utánpótlás külön valósul meg, illetve LAS kialakítású, ahol az égéstermék elvezetés és levegő utánpótlás közösen valósul meg. Nyomás szerint beszélünk huzat vagy szívás hatása alatt álló, valamint túlnyomásos égéstermék-elvezető berendezésről, Üzemmód szerint megkülönböztetünk: nedves üzemű (a kondenzáció üzemszerűen megengedett) és száraz üzemű (a kondenzáció károsítja a kéményszerkezetet) égéstermék-elvezető berendezéseket.
A kéményáramkör részei és a jellemző nyomáskülönbségek szélnyomás PL kémény PR levegő bevezetés PB kazán PW bekötő vezeték PFV belépési pont PZ
Nyomásfeltételek Huzat vagy szívás alatt működő (depressziós) égéstermékelvezető berendezés 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 P FV P H P L P R P W P Z P Ze a bevezetett levegő szükséges szállító nyomása, Pa; az összekötőelem szükséges szállító nyomása, Pa; a nyugalmi nyomás, Pa; a szélnyomás, Pa, az égéstermék-elvezető berendezés függőleges szakaszának ellenállási nyomása, Pa; a tüzelőberendezés szükséges szállító nyomása, Pa; a szívónyomás az égéstermék-elvezető berendezés függőleges szakaszának bevezetési pontján, Pa; a szükséges szívónyomás az égéstermék-elvezető berendezés függőleges szakaszának bevezetési pontján, Pa.
Túlnyomásos égéstermék-elvezető berendezés 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;
Hőmérsékleti feltétel T iob T g K (6) Ahol: T iob állandósult viszonyok mellett a kitorkolásnál számított belsőfali hőmérséklet, K; a belsőfali határhőmérséklet, K T g 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.
Az égéstermék- és égési levegőmennyiség számítása Pontos számítás: sztöchiometriai számítással Közelítő számítás: Rosin-Fehling egyenletek Elméleti levegőszükséglet: H i 3 L a1 a2 Nm / kg ill. Nm 4186 Elméleti füstgázmennyiség: 3 min / V H 4186 i 3 3 f min b1 b2 Nm / kg ill. Nm / Nm 3 Nm Tüzelőanyag a1 a2 b2 b2 Szilárd 1,01 0,5 0,89 1,65 Cseppfolyós 0,85 2,0 1,11 1,0 Gáz 18 420 < Hi < 43 960 1,154-0,466 1,215 0,05 Gáz 73 270 < Hi < 175 9850 0,2756-0,466 0,29 0,05 3
Az égéstermék és a levegő mennyiség számítása Tüzelőanyag fogyasztás: Q G kg / s ill. Nm Hi Időegységre eső mennyiségek (tökéletes égés): 3 L G L Nm / Légellátási tényező: V n L f min min CO CO 2max 2 1 1 min min s 3 V f min G V f min Nm / 3 / s s 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
Az égéstermék és a levegő mennyiség számítása Valóságos normálértékek: L V 0 f 0 n L r V min f min Nm V f 3 / min s n 1 L Nm / s 3 min Égéstermék hígítási tényező: r CO CO 2max 2 T p T p 0 3 Valóságos értékek: L L0 m / s 0 T p V 0 3 V f f 0 m / T p 0 s
Az égéstermék jellemzőinek közelítő számítása MSZ EN 13384-1 B.1 táblázat A tüzelőanyag Jellemző tüzelőanyag adatok Együtthatók az égéstermék jellemzők számításához fajtája H u V Atr V L V H2O s(co 2 ) s(so 2 ) f m1 f m2 f R f R f R1 f R2 f c0 f c1 f c2 f c3 f w f s1 f s2 min min max max kond.nélk kond.val kwh/kg kwh/m 3 m3 /kg vagy m 3 /kg vagy m 3 /kg vagy m 3 /m 3 % % g%/(kws) g/(kws) 1/% 1/% 1/% 1/% J/(kgK%) J/(kgK2 %) J/(kgK3 %) 1/% % K K m 3 /m 3 m 3 /m 3 Koksz 8,06 7,64 7,66 0,13 20,60 0,09 7,06 0,033-0,0036-0,0038 0,0036-0,0040 3,4 0,014-0,000014 0,0046 1 99 7 235 Kőszén (antracit) 9,24 8,37 8,55 0,44 19,05 0,10 6,23 0,036-0,0028-0,0033 0,0036-0,0039 5,6 0,014-0,000013 0,0057 370 93 7 Barnaszén 5,42 5,09 5,17 0,68 19,48 0,04 6,61 0,055-0,0014-0,0026 0,0037-0,0040 10,3 0,015-0,000012 0,0083 149 80 7 Fűtőolaj <4% S 9,43 9,91 10,48 1,15 16,17 0,28 6,14 0,052-0,0012-0,0024 0,0037-0,0039 10,7 0,014-0,000012 0,0082 142 94 7 Fűtőolaj <2% S 9,61 10,06 10,67 1,21 16,15 0,14 6,11 0,052-0,001-0,0023 0,0037-0,0038 11,0 0,014-0,000011 0,0083 137 89 7 Fűtőolaj <1% S 9,74 10,17 10,79 1,25 16,09 0,07 6,07 0,052-0,0009-0,0022 0,0037-0,0038 11,2 0,014-0,000011 0,0084 134 85 7 Házt.tüzelőolaj 11,86 10,52 11,26 1,49 15,40 0,00 4,94 0,046-0,0002-0,0018 0,0038-0,0037 13,0 0,014-0,000011 0,0093 111 0 0 Kerozin 12,09 11,36 12,14 1,57 15,00 0,00 5,09 0,047-0,0002-0,0018 0,0038-0,0036 13,0 0,014-0,000011 0,0093 111 0 0 Földgáz H 10,03 8,67 9,57 1,86 12,00 0,00 3,75 0,053 0,0032 0,0002 0,0039-0,0032 23,0 0,015-0,000007 0,0142 57 0 0 Földgáz L 9,03 7,87 8,63 1,70 11,80 0,00 3,72 0,054 0,0033 0,0003 0,0039-0,0032 23,5 0,015-0,000007 0,0144 56 0 0 Cseppfoly. gáz 26,67 22,46 24,51 4,10 13,80 0,00 4,20 0,049 0,0013-0,0009 0,0038-0,0035 17,6 0,015-0,000009 0,0116 77 0 0 Fa (30% nedv.) 3,70 3,44 3,45 0,80 20,50 0,00 6,89 0,076 0,0001-0,0018 0,0038-0,0041 15,4 0,016-0,000011 0,0111 90 0 0 Fa (50% nedv.) 3,12 2,98 2,99 0,86 20,50 0,00 7,08 0,090 0,001-0,0013 0,0038-0,0042 18,5 0,016-0,000010 0,0128 72 0 0 Fa pellet 5,27 4,78 4,81 0,78 20,31 0,00 6,66 0,060-0,001-0,0024 0,0037-0,0041 11,6 0,015-0,000012 0,0091 127 0 0
Többrétegű kör keresztmetszetű kémény hőátbocsátási tényezője Ha hőmérsékletek állandósultak: K m W D D k a ha h i b 2 / 1 1 1 Nem állandósult állapotban: K m W D D S k a ha h H i b 2 / 1 1 1 i belső hőátadási tényező, a külső hőátadási tényező (1/) hővezetési ellenállás, D h hidraulikai egyenértékű belső átmérő D ha hidraulikai egyenértékű külső átmérő Az égéstermék-elvezetés méretezése és fogásai
Többrétegű kör keresztmetszetű kémény hőátbocsátási tényezője A hővezetési ellenállás: y n D D h h, n1 ln m K / W 2 n D h, n 1 2 λ n D h D h,n y az n-dik réteg hővezetési tényezője a kémény hidraulikai egyenértékű belső átmérője az n-dik körgyűrű hidraulikai egyenértékű belső átmérője alaktényező, y = 1 kör és ovális keresztmetszetnél y = 1,1 téglalap keresztmetszetnél 1:1,5 oldalarányig
A lehűlési tényező számítása: K U k m L c p Ahol: c p k L m U az égéstermék fajhője, J/kg K hőátbocsátási tényező, W/m 2 K a szakasz hossza, m az égéstermék tömegárama, kg/s belső kerület, m
A szakasz hőmérsékletek számítása: A szakasz átlaghőmérséklete: A szakasz kilépő hőmérséklete: T m T T K e u Tu 1 e K T o T u K T T e e u Ahol: K T e T u lehűlési tényező belépő égéstermék hőmérséklet környezeti hőmérséklet
A szakasz áramlási ellenállásának számítása P P R R ha ha S S P P E E G G P 0 E 0 S L D S S EG h EG EG P G n E 1,0 Pa m n 2 S w 2 m S EG P Ahol D h hidraulikai egyenértékű belső átmérő, m L a szakasz hossza, m P E a szakasz csősúrlódásból és alaki ellenállásokból származó áramlási ellenállása, Pa P G a sebességváltozásból eredő nyomásváltozás, Pa S E áramlástechnikai biztonsági tényező, S EG sebességváltozásból eredő áramlástechnikai biztonsági tényező w m az égéstermék közepes sebessége, m/s m az égéstermék közepes sűrűsége, kg/m 3 csősúrlódási tényező G Pa
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
Szilárdtüzelésű berendezések A szilárd tüzelésű berendezésekre jellemző: a készülékeknek jelentős ellenállása van, magas az égéstermék hőmérséklet alacsony a hatásfok, nagy légfelesleggel üzemelnek. A tüzelőberendezések alapadatainak számítása a szabvány szerint: Tüzelőanyag Összefüggések a P W, W és s(co 2 ) meghatározásához P W = { 15 lg Q N Pa, ha 100 kw < Q N 100 kw - 70 + 50 lg Q N Pa, ha Q N 1 000 kw Koksz, kőszén, 80 Pa ha Q N > 1 000 kw barnaszén, W = 68,65 + 4,35 lg Q N %, ha Q N 2 000 kw brikett s(co 2 ) = { 9,5 % ha 100 kw < Q N 100 kw 4,1 + 2,7 lg Q N %, ha Q N 2 000 kw
Jó hatásfokú égés feltételei: Magas tűztérhőmérséklet magas vízhőmérséklet Megfelelő mennyiségű oxigén nagy légellátási tényező Puffertároló feladata: Hőenergia termelés és fogyasztás illesztése: teljesítmény eltérés időbeli eltolódás Szilárdtüzelésű kazánok: optimális tüzelés biztosítása szakaszos üzem
ሶ Az égéstermék-elvezetés méretezése és fogásai Méretezés tüzelőanyag felhasználás alapján V pu = Q k b K 3600 ρ W c W θ Pu,max θ Pu,min liter V Pu a puffertároló térfogata [liter] Qሶ k a szilárdtüzelésű kazán névleges teljesítménye [kw] b K a tüzelőanyag leégésének ideje [h] (gyártó adatszolgáltatása alapján) ρ W a víz sűrűsége [kg/liter] c W a víz fajhője [kj/kgk] θ Pu,max a tároló közepes vízhőmérsékletének maximuma [ C] θ Pu,min a tároló közepes vízhőmérsékletének minimuma [ C]
ሶ Az égéstermék-elvezetés méretezése és fogásai Méretezés a hőveszteség és a fogyasztói szokások alapján V pu = f Beh 24 b K n f Anl Q N 3600 liter ρ W c W θ Pu,max 20 θ R 20 f Anl ሶ Q k = f Beh f Anl 24 Qሶ N b K n kw ሶ V Pu a puffertároló térfogata [liter] Q k a szilárdtüzelésű kazán névleges teljesítménye [kw] b K a tüzelőanyag leégésének ideje [h] ρ W a víz sűrűsége [kg/liter] c W a víz fajhője [kj/kgk] θ Pu,max a tároló közepes vízhőmérsékletének maximuma [ C] f Beh az fűtési rendszer üzemviteli tényezője n a naponta tervezett begyújtások száma f Anl a terhelés nagysága a méretezési hőigényhez képest θ R a visszatérő vízhőmérséklet méretezési állapotban [ C] ሶ Q N az épület hővesztesége méretezési állapotban [kw]
Szükséges tárolóméret, kazánteljesítmény V pu = Épület hővesztesége méretezési állapotban ሶ Q N = 8 kw Tüzelőanyag leégésének ideje b K = 2,5 h Tároló közepes vízhőmérsékletének maximuma θ Pu,max = 85 C Visszatérő vízhőmérséklet méretezési állapotban θ R = 30 C Naponta tervezett begyújtások száma n = 2 Fűtési rendszer üzemviteli tényezője f Beh = 0,65 Terhelés nagysága a méretezési hőigényhez képest f Anl = 0,8 θ R a visszatérő vízhőmérséklet méretezési állapotban [ C] Qሶ N az épület hővesztesége méretezési állapotban [kw] 0,65 24 2,5 2 0,8 8 3600 = 1044 liter 0,982 4,18 85 20 30 20 0,8 8 Q k = 0,65 0,8 24 = 20 kw 2,5 2
Tárolóméret kazánteljesítmény alapján Beépített kazánteljesítmény ሶ Q k = 24 kw Tüzelőanyag leégésének ideje b K = 2,5 h Tároló közepes vízhőmérsékletének maximuma θ Pu,max = 85 C Tároló vízhőmérsékletének minimuma θ Pu,min = 30 C V pu = 24 2,5 3600 0,982 4,18 85 30 = 957 liter
Nagy hőtároló tömeg: égési teljesítmény Falazott cserépkályhák fűtőteljesítmény 3-as légellátási tényező: tiszta égés
MSZ EN 15544 falazott cserépkályhák, méretezés Kiindulás: egyszerre elégetendő fa-adag (Mb) Égéstermék tömegáram: Mg = 0,0035 * Mb (kg/s) Fafogyasztás (égési sebesség): Mbu = 0,78 * Mb (kg/h) Levegőszükséglet: Vl = 0,0256 * Mb * ft * fs (m 3 /s)
LAS gyűjtőkémény méretezése A méretezés feltétele: A 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 Az égéstermék hűl, az égési levegő melegszik.
Túlnyomásos gyűjtőkémény A méretezés feltétele: Valamennyi berendezés csatlakozó vezetékébe visszaáramlás gátlót kell beépíteni Szintenként csak 1 csatlakozás
Köszönöm megtisztelő figyelmüket!