Mi a fontos? Tüzelôanyag szerint:

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

Kiegészítő és segédberendezések: Vízelőkészítés, stb. Füstgáz tisztító: Porleválasztó, kénmentesítő, stb. Füstgázelszívó Hőhordozó közeg rendszer: Keringetô-/tápszivattyú Puffer-/táptartály Víz elôkészítô rendszer Lelúgozó, leiszapoló Gáztalanító Biztonsági szerelvények A munkaközeg melegítési igényének kielégítése kazán alkalmazásával. Az igény lehet: Helyiség fűtés: melegvíz kazán:(tvízki<95 C, p>ps(tvízki)) a legolcsóbb, nem veszélyes és a legjobb hatásfokú: Tvízki alacsony és T=Tfgki-Tvízki 20-50 C. Forróvíz kazán: (Tvízki>115 C) távfűtés esetén használatos. p>ps(tvízki) Technológiai folyamat fűtése: Melegvíz, forróvíz és telített gőzt termelő kazán. A hőmérséklet pontos tartására a telített gőz különösen alkalmas. p=ps(tgőz) Villamosenergia termelése: Nagy nyomású és jelentősen túlhevített gőz (Ez ad jó körfolyamat hatásfokot, lásd a Carnot körfolyamatot: hőbevezetés és hőelvonás közepes hőmérséklete.) Kombinált hő- és villamosenergia termelés is lehetséges. Számítási feladatok: 1./ Határozza meg a metán égéséhez szükséges levegő-, valamint a keletkező égéstermék fajlagos (1kg tüzelőanyagra vonatkozó) mennyiségét elméleti λ=1 és valóságos pl. λ=1.2 esetben! Tüzelőanyag + Égési levegő = Égéstermék Elméleti az égés, mert az égés teljes és tökéletes: összes C CO 2 valamint összes H H 2 O lesz. Az égési egyenlet: CH 4 + 2 O2 = CO2 + 2H 2O Molszámokkal: 1kmol +2kmol 1kmol+2kmol Reagensek = 3 kmol 3kmol = Termékek I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 2

(Az égés során =0 kmol térfogat növekedés!) Az égési egyenlet tömegekkel: 16kg + 64kg = 44kg + 36kg 80kg = 80kg (Tömeg nem változik!) Az összes: C CO 2 valamint az összes H H 2 O lesz. (A harmadik éghető elem a kén, ami most hiányzik: S=0 ) Az égés kémiai (sztöchiometriai) egyenlete: Anyagmérleg számítása. Az energetikai tüzelés nem oxigénnel hanem levegővel történik. A levegő összetétele: Térfogat %: 21 % oxigén 79% nitrogén (nemesgázokkal: atmoszférikus N 2 ) Tömeg %: 23.2% " 76.8% " A levegőt ilyen módon leírva: 1 O2 76. 8 * + * N térfogat, és 1* O2 + * N tömeg szerinti összetétellel vehető 79 21 2 23. 2 2 figyelembe. A sztöchiometriai (kémiai) egyenlet levegővel tüzelve a metánt: 79 79 Molszámokkal: CH 4 + 2*( O2 + N 2 ) = CO2 + 2* H 2O + 2* * N 2 21 1kmol CH 4 +2kmol O 2 +7,524kmol N 2 1kmol CO 2 + 2kmol H 2 O + 7,524kmol N 2 Összesen: 10,524 kmol 10,524 kmol (Növekmény=0kmol, most változatlan!) Tömeggel: 16kg CH 4 + 64kg O 2 + 211,3kg N 2 44kg CO 2 + 36kg H 2 O + 211,3kg N 2 Összesen: 291,3 kg = 291,3 kg (Nem változik!) Mindkét oldalt elosztva a metán moltömegével (16 kg/kmol): 1kgCH 4 + 17,2kg levegő = 2,75kgCO 2 + 2,25kgH 2 O +13,27kgN 2 Összesen: 18,2kg = =18,2kg Az 1kg metán tüzelőanyag égéséhez fajlagosan szükséges elméleti levegő mennyisége: µ Lo =17,2kg levegő/kg tüzelő anyag, Elméleti fajlagos égéslevegő mennyiség. A keletkező elméleti fajlagos égéstermék alkotók mennyisége pedig: µ CO2 = 2,75 kg/kg µ H2O = 2,25 kg/kg µ N2 = 13,2 kg/kg 21 Az elméleti fajlagos égéstermék mennyisége: µ Vo = µ CO2 + µ H2O +µ N2 = 18,2kg./kg Az elméleti fajlagos égéstermék összetétele térfogat %-ban és tömeg %-ban: [CO2] = 1/10,524 = 9,5 % 44/290,67 =15,14% I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 3

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

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

A kazánban eltüzelt tüzelőanyag tömegáramot még nem ismerjük! A kazánba bevezetett hőteljesítmény: Q tüz =Q hasznos +ΣQ veszteségek A kazán veszteségei: ΣQ veszteségek = Q füstgázhőv +Q elégetlenv +Q falv Legnagyobb érték általában a kéménybe távozó füstgáz által elvitt hőteljesítmény. A veszteségek meghatározásával lehet a szükséges tüzelőanyag-áramot kiszámítani. Ehhez először az égéstermék 1kg tüzelőanyagra vonatkozó entalpiáját határozzuk meg. A reagens és égéstermék alkotók p=állandó melletti és 0-t [ C] közötti integrál közepes fajhője a hőmérséklet függvényében: t i cplev i cpco2 i cph2o i cpn2 i 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 1.004 1.012 1.028 1.05 1.07 1.091 1.108 1.124 1.138 1.15 1.161 0.815 0.91 0.983 1.04 1.085 1.122 1.153 1.178 1.2 1.218 1.233 1.859 1.894 1.948 2.009 2.075 2.144 2.211 2.274 2.335 2.391 2.442 1.039 1.043 1.057 1.076 1.097 1.118 1.136 1.153 1.167 1.18 1.191 vagy grafikusan: 2.5 cplev i 2 cpco2 i 1.5 cph2o i cpn2 i 1 0.5 0 500 1000 1500 2000 t i A fajhő számértékek jelentése a levegő közepes fajhőjén bemutatva: 1 cplev. t t 0 1 c p ( t ) dt. t h lev ( t ) [kj/kg] t[ C] I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 6

A feladatban szereplő 20-150 C hőmérséklet tartományban a közepes fajhő állandónak tekinthető, ezért az 1kg tüzelőanyagra vonatkoztatott entalpiák számíthatók: H levo (20 C) = cplev(t)*µ Lo *t=1.007*17,2*20 = 346.4 kj/kg H levo (145 C) = cplev(t)*µ Lo *t =1.007*17,2*145 =2511,5 kj/kg H CO2 (145 C) = cpco2(t)*µ CO2 *t =0.86*2,75*145 =342,9 kj/kg H H2O (145 C)= cph2o(t)*µ H2O *t =1.87*2,25*145 =610 kj/kg H N2 (145 C) = cpn2(t)*µ N2 *t =1.04*13,27*145 =2001,1 kj/kg Az elméleti égéstermék mennyiség entalpiáját egyszerűbben is felírhatjuk: Hfgo(t)=[cpco2(t)*µ CO2 + cph2o(t)*µ H2O + cpn2(t)*µ N2 ]*t ahol a jobb oldal [] zárójeles mennyisége az elméleti égéstermék hőkapacítása. A konkrét esetre az elméleti égéstermék mennyiség entalpiája: Hfgo(145 C) =H CO2 (145 C)+H H2O (145 C)+H N2 (145 C) = 2954 kj/kg A valóságos füstgázmennyiség kazán tüzeléseknél mindig több az elméletinél a feleslegben adott levegő miatt. A légfelesleg azért szükséges, mert a tüzelőanyag minden részét szeretnénk végtermékké oxidálni a tűztérben tartózkodás véges (<3 sec) ideje alatt. A légfelesleget jellemző tényező: µ L λ = 1 amivel a tüzelés fajlagos levegőszükséglete λ=1.2 mellett: µ Lo µl=17,2*1.2=20,64 kg/kg A tényleges égéstermék entalpiája "λ" légfeleslegtényező mellett: Hfg(145 C) = Hfgo(145 C) + (λ-1)*hlevo(145 C)=3456 kj/kg Vagy a közepes fajhővel: Hfg(145 C) = cpfg*µfg*t=1.103*21,6*145=3460 kj/kg cvíz*tvíz és cvíz=4.2 kj/kg C Az F fűtőértékű tüzelőanyaggal bevezetett entalpiaáram: Q1=B*(F + Hlev(t1)) ahol: B [kg/s] az eltüzelt tüzelőanyag tömegárama. Amiben az égési levegővel bevezetett entalpiaáram is benne van. A kazán hőveszteségei a füstgáz- és a fal hőveszteség. A füstgáz hőveszteséget döntően meghatározza a távozó füstgázzal kilépő entalpiaáram: Q2fg=B*Hfg(t2) A kazán falán a hőveszteség: Qw=αk*Ak*(twk-t2)=0.015*1*(50-20)=0.45 kw Az entalpia mérleg: Q1=Q fgki +Q h +Q falv I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 7

B*F + B*m*H levo (t 2 ) = B*H fg (t 2 )+ G 3 *(h 4v -h 3 )+αk*a k *(t wk -t 1 ) A fenti entalpia mérlegben egyedül a B tüzelőanyagáram ismeretlen, így az is kiszámítható. B= [G 3 *(h 4v - h 3v )+αk*a k *(t wk -t 1 ) ]/[F + λ*h levo (t1) - H fg (t 2 )] B=0.000409kg/s = 1.473 kg/h A még hiányzó entalpiaáramok: Q 1 =B*F = 20.54 kw Q levbe =B*λ*H levo (t 1 ) = 0.167 kw Q 2fg =B*H fg (t 2 ) = 1.359 kw A tömegáramok közül a még ismeretlen égési levegő és égéstermék tömegáram: G lev = B* µ L = 0.00844 kg/s =30,4 kg/h G fg = B[µ Vo + (λ-1)* µ Lo ] = 0.00885kg/s= 31.88 kg/h Égéstermék normál térfogatárama: V fg0 =G fg /ρ fg0 = 24.89 m³/h Égéstermék térfogatárama 145 C-on: V fg =G fg /ρ fg0 418/273=38.11 m³/h A kazán hatásfoka az entalpiaáramokkal (direkt meghatározási módszer, ha a számítást a mérhető adatok alapján végezzük el): η= Q hasznos / Q tüza = 18.9/20.54= 0.92 azaz 92%. A mért mennyiségek: t vbe, t vki, B, G v, F. és η= Qhasznos/Q be = G 3 *c víz *( t vki t vbe )/(B*F) Mind az öt mennyiség relatív mérési hibáját ±1%-ra becsülve, a kazán hatásfok értéke a (túl)becsült hibakorláttal: η=92% ±4.5%. (!) A meghatározás módszeréből adódik ekkora hiba. A kazán hatásfok indirekt meghatározása a veszteségek meghatározása alapján: η = [Q tüza - Q fgv - Q falv ]/ Q tüza =1 (Q fgv - Q falv )/ Q tüza η=1-[h fg (t fgki )-λ*h levo (t k )]/F - Q falv /(B*F) A veszteségtényezők összege a hagyományos melegvizes kazánok hatásfokának szokásos értéktartományában kereken 0.08 azaz 8%. A mért mennyiségek: t vbe, t vki, B, G v, F, λ, t fgki, falveszteség, melyek mérési hibáját egyenként ±5%-ra (összesen 25%) becsülve, a kazán hatásfok értéke a (túl) becsült hibakorláttal: η=92% ±2%. Az indirekt kazánhatásfok meghatározási módszer hibája kisebb! Ma lehetőleg csak kondenzációs melegvízkazánt tervezzünk és építsünk be lakásfűtésre és használati melegvíz termelésre, mert ezzel az éves földgáz fogyasztás 20-30%-kal csökkenthető! I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 8

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

.3. Példa: Ipari technológia fűtés igénye: pg=12bar nyomású ts=188 C hőmérsékletű száraz telített gőz Ggőz=5t/h tömegáramban. A gőzt termelő kazán a gáztalanítóból 105 C hőmérsékletű tápvizet kap. A kazán lángcsöves-füstcsöves kialakítású. A tüzelőanyag fűtőértéke: F=41000kJ/kg, légfeleslegtényező: λ=1.16 µ Lo =14.31 kg/kg µ fgo = 15.31 kg/kg c plev =1.04 kj/kg.k c pfg =1.1 kj/kg.k A távozó füstgáz hőmérséklete: t fgki =230 C Környezeti hőmérséklet: t k = 20 C A víz jellemzői: Telített folyadék: h sf =h =798 kj/kg v =0.001137 m3/kg Telített gőz: h sg =h =2783 kj/kg v =0.166m3/kg Tápvíz: h tv =440 kj/kg r=1985 kj/kg Kazándob átmérője: Dd=2500 mm Kazándob hossza: Ld=3445 mm A kazán külső felületén a hőveszteség: Q falv =32.4 kw (A tüzelési teljesítmény 1%-a) Kérdések: Mekkora az igényelt gőzárammal képviselt hőteljesítmény? Mekkora a kazánban a füstgázból a víznek átadott hőteljesítmény? Mekkora a kazán tüzelési teljesítménye (terhelése)? Mekkora a kazán hatásfoka? Mekkora a kazándob falvastagsága? Megoldás: A gőzkazán hőteljesítményei állandósult üzem esetén A kazán hasznos hőteljesítménye: ( ) Q hasznos Q gõz Q tápv G gõz h sg h tv 5000 2783 440 3600 ( ) 3255kW A hőmérleg állandósult üzemben: Átrendezve a hõleadó és hõfelvevõ közeg szerint: Tüzelés oldali hõleadás = Vízoldali hõfelvétel Q tüz.a. + Q lev Q fgki Q gõz Q tápv + Q falv I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 10

A kazánban a füstgáz-víz közötti hőcsere teljesítmény:. Q hõcsere Q hasznos + Q falv 3300kW A szükséges tüzelőanyag tömegáram a kazán hőmérlegéből számítható:. B λ µ Lo c plev t k + F µ fgo + λ 1 amiből kifejezve: B=322 kg/h A füstgáz hővesztesége: ( ) µ Lo ( ) µ Lo c pfg t fgki Q hõcsere. Q fgv Q fgki Q levbe B µ fgo + λ 1 c pfg t fgki λ µ Lo c plev t k. Qfgv=369 kw A kazán tüzelési teljesítménye: Ez a legnagyobb vesztesége a kazánnak! A kazán hatásfoka:. Q tüz B F 3667kW. azaz: 90% Q fgv Q falv η k 1 0.9 Q tüz Q tüz A kazándob szükséges falvastagsága ha σ meg =450N/mm2, és a biztonsági tényező: k=2.6:. ( ) D d p d p k s o 3.06mm 2 σ meg A k=2,5 biztonsági tényezővel és a feltételezett c korr =1,5 mm korrózió pótlással:. s s o k + c korr 9.5mm A kazándob választott falvastagsága: s=10 mm. A kazán tárolóképességét jellemzi az az idő, amely alatt a névleges gőzáram a kazánban tárolt vizet utánpótlás nélkül (tápvízáram=0) elfogyasztaná. Ez gyakorlatilag nem valósulhat meg!!, mert a fűtött felületeket a tervezési állapotnak megfelelően biztonsággal folyadéknak kell borítani. (Legalacsonyabb vízszint > Legmagasabb fűtött felület + 50 mm. Tárolóképesség~tárolási idő. τ tárol m víz G gõz Tárolási idő=1,8 h I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 11

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

és abban a folyadék szint közel állandó kell legyen. Ez annyit jelent, hogy a kazándobba annyi tápvizet lehet csak bevezetni, amennyi gőz onnan kilép, vagyis amennyit megtermeltünk. A gőztermelést eredményező hőteljesítmények: Q gőzterm.=q vh +Q elg. Az ezzel megtermelt és a kazándobból kilépő gőzáram időben változatlan folyamatnál: G gőzt =(Q vh +Q elg )/(h -h tv ) Az egyes fűtőfelületek hőteljesítményének aránya egy működő berendezésnél nem marad változatlan (állandó), mert a kazán fűtőfelület tisztasága, terhelése és a tüzelőanyag minősége, vagy a belépő közegek állapotjelzői különböznek a tervezési (névleges) értéktől. A hőfelvétel arányának üzem közbeni megváltozása beavatkozási lehetőség nélkül azt eredményezné, hogy a kazán nem az igényelt állapotú (hőmérsékletű) túlhevített gőzt állítaná elő, ami technológiai kárt illetve hatásfok csökkenést okozhat. Annak érdekében, hogy a vízcsöves kazánból a megkívánt állapotú fűtött közeg lépjen ki, szabályozási beavatkozásra van szükség. A szabályozást tervezéskor úgy lehet figyelembe venni, hogy pozitív és negatív (+/-) irányban egyaránt biztosítson beavatkozási lehetőséget. Pl: a befecskendezéses gőzhűtő névleges üzemállapotban 4-5% tápvizet kap, mert ennek csökkentésére (zérusig) és növelésére (szelep max. áteresztéséig) is van lehetőség. A túlhevített gőz hőmérséklet szabályozás megoldásánál figyelembe kell venni, hogy a fűtőfelületek hőfelvételi arányának sajátos karakterisztikája van a terhelés függvényében. Ez a fűtőfelületek füstgáz áramút menti elhelyezkedésével függ össze. A vízhevítő célszerűen az alacsonyabb hőmérsékletű füstgázáramba kerül, mert a tápvíz tömegárama 0 Gtvmax között változhat, ami a csőfal hőmérsékletét csak alacsony füstgázhőmérséklet mellett garantálhatja. Továbbá a vízhevítő a kazán hatásfokának javításában is jelentős hatású, mivel a leghidegebb fűtött munkaközegről van szó, ami a füstgáz lehűtésének mértékét is meghatározza. (Innen az ECO vagy EKO: Ekonomiser elnevezés.) Az elgőzölögtető fűtőfelületet a legnagyobb hőáramsűrűségű helyre, a tűztérbe szokták elhelyezni, mert a cső falának hőmérsékletét a víz nagy értékű forrásos hőátadási tényezőjével a legolcsóbb korlátozni. (Alacsony ötvözésű acél tmax=450-500 C-ig olcsó!) A túlhevítő elhelyezését több szempont határozza meg: Egyik a csőanyag hőmérséklet állósága, a másik a túlhevítő hőteljesítményének változási jellege a kazán terheléssel. (u.n. I:\Hő_és_áramlástan\kg_Menedzser.doc 13

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

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