Égéstermék elvezetés tervezése. Baumann Mihály PTE PMMK Épületgépészeti Tanszék

Égéstermék elvezetés tervezése Baumann Mihály PTE PMMK Épületgépészeti Tanszék 1

MSZ EN 13384-1 Égéstermék-elvezető berendezések. Hő- és áramlástechnikai méretezési eljárás. Égéstermék-elvezető berendezések egy tüzelőberendezéssel. 2002. december MSZ EN 13384-2 Égéstermék-elvezető berendezések. Hő- és áramlástechnikai méretezési eljárás. 2. rész: Égéstermék-elvezető berendezések több tüzelőberendezés csatlakozással. 2003. május 2

MSZ EN 13384-3 Égéstermék-elvezető berendezések. Hő- és áramlástechnikai méretezési eljárás. Eljárás egy tüzelőberendezéssel rendelkező égéstermék-elvezető berendezések méretezésére szolgáló táblázatok és diagramok kidolgozására. 2005. október 3

MSZ EN 13384-3 4

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

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

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

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

9

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

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

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

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 [ ] 3 3 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<43960 1,154-0,466 1,215 0,05 Gáz 73270<Hi<175850 0,2756-0,466 0,29 0,05 13

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 2 1 + 1 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

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

Égéstermék jellemzőinek közelítő számítása MSZ EN 13384-1 B.1 táblázat 16

Égéstermék jellemzőinek közelítő számítása MSZ EN 13384-1 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

Égéstermék jellemzőinek közelítő számítása MSZ EN 13384-1 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

Égéstermék jellemzőinek közelítő számítása MSZ EN 13384-1 B.1 táblázat Égéstermék fajhője: c P = 1011+ 0,05 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

Égéstermék jellemzőinek közelítő számítása MSZ EN 13384-1 B.1 táblázat Égéstermék vízgőz koncentrációja, parciális vízgőznyomása és harmatponti hőmérséklete: σ p tp ( H O) D 2 100 = f 1+ σ ( CO ) σ 2 = p 100 4077,9 = 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

Égéstermék jellemzőinek közelítő számítása MSZ EN 13384-1 B.1 táblázat Harmatponti hőmérséklet emelkedés: ( K ) [ C] Tsp = fs1+ fs2 ln f K f átalakulási tényező SO 2 -ről SO 3 -ra, % 21

Égéstermék jellemzőinek közelítő számítása MSZ EN 13384-1 B.1 táblázat Égéstermék hővezetési tényezője és dinamikai viszkozitása: λ η A A = 0,0223+ 0,000065 t = 15 10 6 + 47 10 9 t m m [ W / mk] 20 10 12 t 2 m [ ] 2 Ns / m t m égéstermék középhőmérséklete, C 22

Többrétegű kör keresztmetszetű kémény hőátbocsátási tényezője Ha hőmérsékletek állandósultak: Nem állandósult állapotban: k b k = b = 1 1 1 1 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 1 1 + ha D a h [ W m K] 2 / [ W m K] 2 / 23

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

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

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

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

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

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

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

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

Atmoszférikus égőjű készülékek nyomásigénye, égéstermék adatai 1000 1000 32

Atmoszférikus égőjű készülék munkapontja Huzatm egszakítós kém ény m unkapontja 60 50 Munkapont Ellenállás Huzat, ellenállás [Pa] 40 30 20 Huzat 10 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 Levegő töm egáram [kg/s] 33

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. 140-200 C Légellátás jellemzően ventilátorral. 34

Olaj- és gázkazánok adatai Blokkégős kazán ellenállása a tömegáram függvényében 100 50 0 P Wc,j -50-100 -150-200 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 m Wc,j / m Wc 35

Olaj- és gázkazánok adatai 36

Hőtermelők tulajdonságainak tömegáramfüggése P t Wc,j Wc,j m Wc,j m W,j P Wc,j t Wc,j = b = y 0 0 + 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

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 0 0 0 0 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 0 0 38

Turbó kazán ellenállása a tömegáram függvényében 100 50 0 P Wc,j -50-100 -150-200 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 m Wc,j / m Wc 39

Turbó kazán ellenállása kikapcsolt állapotban 300 250 200 P Wc,j 150 100 50 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 40 1 m Wc,j / m Wc

Turbó készülékek 41

Turbó készülékek 42

Turbó készülékek 43

Turbó készülékek 44

Turbó készülékek 45

Turbó készülékek 46

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

Turbó készülékek csatlakozása LAS gyűjtőkéményhez 48