Kazánok
2., javított kiadás
2.2.2.2. Tűztér
-
Fronttüzelés: az égők egy vagy több sorban, a tűztár homlokfalára vannak beépítve. Olaj-, gáztüzelésre, folyékony hulladékok tűztérbe juttatására alkalmazzák. A tűztér szélességét az égők egymás közötti, illetve az oldalfalhoz képest biztosítandó távolsága, a tűztér mélységét a maximális lánghossz (a szúróláng kialakulásának elkerülése) határozza meg. A tűztéri hőterhelés eloszlása egyenlőtlen, az égőövben az oldalfalakon, illetve a hátfalon alakulhat ki az átlagot lényegesen meghaladó hőáramsűrűség. Az egyenlőtlenség a tűztér magassága mentén is jelentkezik.
-
Boxer égőelrendezés: az égők egy vagy több sorban a kazán két oldalfalára vagy homlok-, hátfalára vannak beépítve úgy, hogy a szemközti égők tengelye egymáshoz képest fél osztással el van tolva. Elsősorban olaj- és gáztüzelésre alkalmazzák. Az eltolás lehetővé teszi, hogy az égők elhelyezésére szolgáló falak távolsága a kétszeres lánghosszúságnál kisebb lehessen. Hőáram-egyenlőtlenség az oldalfalakon (az égők elrendezése nem szimmetrikus) és a tűztér magassága mentén alakul ki. Olyan megoldás is szokásos, amikor a fél osztással történő eltolásra nem vízszintesen, hanem a szemközti falon lévő égősorok között függőleges irányban kerül sor. Sok „kisebb” teljesítményű égő esetén − szénportüzelésnél is − gyakori a szemközti falakon történő „szimmetrikus” boxer égőelrendezés is.
-
Fenéktüzelés: egy vagy több olaj-, illetve gáztüzelésű égő a tűztér fenekére kerül beépítésre. A megoldás előnye a szimmetrikus (több égő esetén szimmetrikusabb) hőterhelés-eloszlás. A tűztér keresztméreteit a láng átmérője, több égő esetén az égők között és a faltól betartandó távolságok, magasságát a láng hossza határozza meg. Szilárd tüzelőanyagoknál nem alkalmazható.
-
Saroktüzelés: a tüzelőberendezések a tűztér négy függőleges alkotójának alsó részére kerülnek beépítésre. Elsősorban gyenge minőségű szenekre, úgynevezett réségőkkel alkalmazzák, de jó minőségű szenekre, perdületes égők sorával is szokásos. Az égők befúvási irányát egy, a tűztér tengelyével azonos tengellyel elképzelt hengerhez (esetenként felfelé táguló csonkakúphoz) érintőlegesen veszik fel. Innen származik a gyakorlatban használt tangenciális tüzelés elnevezés. A tűztérfalak melletti recirkulációs zónák elősegítik a tüzelés stabilitását. A hőterhelés eloszlása keresztirányban (a recirkulációs zónáktól, a láng faltól mért távolságától függően) kissé egyenlőtlen, függőleges irányban (minden égősarok egyenletes teljesítménye esetén) szimmetrikusnak tekinthető.
-
Tetőtüzelés: az égők a tűztér tetőfelületére kerülnek beépítésre. Az égéstermék a vázolthoz hasonlóan a tűztér tetején (U láng) vagy alul, az egyik oldalfalon távozik. Elsősorban gyengébb minőségű szenekre alkalmazzák. A tűztér salakosodásának veszélye más, szénportüzelésnél szokásos égőelrendezéshez viszonyítva kisebb. A hőterhelés-eloszlás alul távozó égéstermékek esetén a fenéktüzeléshez hasonlóan szimmetrikus, U láng esetén nagyon egyenlőtlen lehet. Mivel a lefelé áramlási és a lebegtetési sebesség összeadódik, szilárd tüzelőanyagoknál, alul távozó füstgázok esetén az egyéb megoldásokhoz viszonyítva általában magasabb, a 2.69. ábrán (e) látható, visszafordított áramlás esetén alacsonyabb, de nagyobb keresztmetszetű tűztérre van szükség.
-
a tartózkodási időnek nagyobbnak kell lenni a tüzelőanyag-szemcsék, -cseppek égési idejénél, gáztüzelés esetén a keveredési és égési időnél, másrészt
-
a tűztér méreteinek a lángütközés (szúróláng) elkerülésére nagyobbnak kell lenni a láng hosszúságánál, amelyet ugyancsak az égés ideje határoz meg.
-
A száradás nagyrészt megtörténik a malmokban, jóllehet a szénfajtától, a hordozóközeg hőmérsékletétől, nedvességtartalmától függően mindig számolni kell maradék nedvességtartalommal. Az ennek elpárolgásához szükséges időt azonban általában a gyulladási hőmérsékletre melegedés időigényébe számítják be.
-
A szénszemcsék gyulladási hőmérsékletre melegítése sugárzásos és konvektív hőátadással történik. A kisebb szemcsékre a konvektív hőátadás, a nagyobbakra a sugárzásos jellemző. Gyenge tűztéren belüli recirkuláció esetén emiatt előadódhat, hogy a nagy szemcsék gyorsabban felmelegednek a gyulladási hőmérsékletre.
-
Maga a gyulladás többféle módon megtörténhet: indulhat a szemcséből kigázosodott illótartalom gyulladásával, a felmelegedett szénszemcse heterogén felületi reakcióival vagy mindkét folyamattal egyidejűleg.
-
Az illóégés időigénye a szemcse illótartalmának kigázosodási és égési időtartama.
-
Az égési időn belül a leghosszabb időtartamot a már kigázosodott, belül üreges, esetenként felfúvódott kokszszemcsék kiégése igényli.
|
a szénszemcse sűrűsége [kg/m3],
|
|
|
a hordozógáz kinematikai viszkozitása [m/s],
|
|
|
a szénszemcse mérete [m],
|
|
|
közepes hőmérséklet [K],
|
|
|
a szemcse lebegtetési sebessége [m/s],
|
|
|
illóanyag-tartalom [%],
|
|
|
az illó égéséhez szükséges oxigén részaránya,
|
|
|
|
|
|
a felfúvódott szemcse térfogatának aránya az eredeti térfogatához viszonyítva,
|
|
|
az illóanyag-tartalom és a felfúvódás lebegtetési sebességre gyakorolt hatását figyelembe vevő tényező.
|
|
Salakolvasztó-tüzelés függőleges ciklonban
|
0,5–1,0
|
|
Salakolvasztó-tüzelés vízszintes ciklonban
|
3,0–5,0
|
|
Olajtüzelés
|
0,2–2,0
|
|
Gáztüzelés
|
0,2–10
|
|
Gázturbina-égőtér
|
10
|
|
Belső égésű motor
|
6–30
|
|
Sugárhajtómű
|
18–40
|
|
Rakétahajtómű
|
60
|
|
Nyomott vizes reaktorok
|
90
|
|
Gyorsreaktorok
|
285
|
|
az elégett tüzelőanyag tömegárama [kg/s],
|
|
|
a tüzelőanyag vonatkoztatási hőmérsékletre számított fűtőértéke [kJ/kg],
|
|
|
salak-, pernyeéghető-veszteség, (1.12),
|
|
|
elégetlen gázok okozta veszteség, (1.13),
|
|
|
a tüzelőanyag előmelegítésből adódó entalpianövekedés (általában csak olaj tüzelőanyagoknál) [kJ/kg],
|
|
|
fajlagos porlasztógőz-mennyiség (csak olajtüzelésnél) [kg/kg],
|
|
|
a porlasztógőz vonatkoztatási hőmérsékletre számított entalpiája [kJ/kg],
|
|
|
elégetlen tüzelőanyag-áram aránya, (1.9), [kg/kg],
|
|
|
fajlagos elméleti levegőszükséglet [kg/kg],
|
|
|
fajlagos elméleti füstgázmennyiség [kg/kg],
|
|
|
a levegő közepes fajhője [kJ/kgK],
|
|
|
a füstgáz közepes fajhője [kJ/kgK],
|
|
|
a láng közepes hőmérséklete [K],
|
|
|
a tűztérfal közepes hőmérséklete [K],
|
|
tűztérkilépő hőmérséklet [°C],
|
|
|
a tűztérbe bevezetett (előmelegített és előmelegítés nélküli) levegő átlagos hőmérséklete [°C],
|
|
|
a vonatkoztatási hőmérséklet [°C],
|
|
|
a tűztér eredő emissziós tényezője,
|
|
|
a tűztér hatásos felülete [m2].
|
-
A tűztérfelület tisztítása az égéstermékeken keresztül, a szemközti falon bevezetett vízlándzsával történik, amelynek sugarát a tisztítandó felületen vízszintes vagy függőleges irányban, a kellő tisztítóhatás eléréséhez szükséges osztástávolsággal vezetik végig (6.24. ábra (a)).
-
A tűztérfelület tisztítása a tűztérbe fokozatosan benyúló, körben forgó vízlándzsával történik, amely a befelé (és kifelé) történő, valamint a körmozgás hatására a tisztítandó felületet spirál vonal mentén hűti le (6.24. ábra (b)).
-
az kiinduló sugarú szemcse sugara égési idővel, így az átlagos sebességgel történő mozgás következtében a belépéstől mért távolsággal arányosan csökken (2.73. ábra, középső grafikon),
-
a szemcse kiégése a tűztér végéig teljesen és tökéletesen megtörténik.
|
|
|
Fajlagos rostélyterhelés
[10–3 kg/m2s]
|
Fajlagos rostély- hőterhelés
[MW/m2]
|
|
Vándorrostély [1]
|
Kőszén (diószén)
|
45–55
|
1,16–1,50
|
|
Kőszén (borsószén)
|
30–40
|
0,81–1,05
|
|
|
Vándorrostély [2.2]
|
Barnaszén
|
36–56
|
0,47–1,50
|
|
Bolygató (előtoló, visszatoló) rostélyok [1]
|
Nyers barnaszén
|
95–125
|
0,81–1,05
|
|
Lignit
|
70–90
|
0,60–0,80
|
|
|
Bolygató rostély [2.2]
|
Lignit
|
83–111
|
0,93–1,16
|
|
Előtoló rostély [2.2]
|
Lignit, barnaszén
|
83–111
|
0,70–1,05
|
|
Visszatoló rostély [2.2]
|
Lignit (~6300 kJ/kg)
|
167–278
|
1,28–1,74
|
|
Lépcsős rostély [1]
|
Nyers barnaszén
|
70–90
|
0,55–0,60
|
|
Szóró tüzelés és alátoló rostély [1]
|
Kőszén
|
30–60
|
1,1–1,6
|
|
Alátoló rostély [2.2]
|
Gázdús kőszén
|
69–83
|
1,74–2,44
|
-
Nagy fűtőértékű, nehezen gyulladó, gázdús szenek (5.1. fejezet) esetén a 2.77. ábrán (a) vázolt, hosszan előrenyúló, a kigázosodott illót a láng felé terelő boltozat alkalmazása célszerű.
-
A hosszú ferde gyújtóboltozat (2.77. ábra (b)) nagyobb fűtőértékű, de egyúttal nagyobb nedvességtartalmú tüzelőanyagok gyorsabb kiszárítását segíti elő.
-
A hosszabb, lapos hátsó boltozat (2.77. ábra (c)) előretereli a forró füstgázokat, ezzel elősegíti a gyulladást, a levegő és az éghető anyagok jó átkeveredését, másrészt a megfelelő hőmérséklet fenntartásával a nehezen égő szénféleségek kiégését.
-
A ferde gyújtó- és terelőboltozatok együttes alkalmazása (2.77. ábra (d)) elsősorban gyenge minőségű, kis éghető illótartalmú, alacsony hamu-lágyuláspontú tüzelőanyagoknál célszerű. A ferde hátsó boltozat előretereli az égéstermékeket, de a rostélyon égő tüzelőanyagot nem árnyékolja le, így hőmérséklete a lágyuláspont alatt maradhat. A ferde boltozat előresugároz, és az első boltozattal együttesen elősegíti a tüzelőanyag száradását, gyulladását. Gyenge minőségű tüzelőanyagoknál az égési folyamat optimális irányítására a rostélyon aláfújt és a rostély hűtését is biztosító levegő mellett, a boltozatokon keresztül vagy azok felett nagy impulzusú szekunder levegőbevezetéseket is kialakíthatnak.
-
A nyitott tűzteret, rövid boltozatokat (2.77. ábra (e) gázdús, könnyen kiégő, nagy fűtőértékű szeneknél alkalmazzák, miután ezeknél a lángsugárzás önmagában elégséges a tüzelőanyag begyújtásához.
-
Az elöl, hátul hosszú boltozatok, leárnyékolt tűztér, előreterelt láng (2.77. ábra (f és g)) nagy nedvességtartalmú, gyenge minőségű, alacsony hamutartalmú tüzelőanyagok (például kommunális szemét) elégetéshez szükségesek. Ugyanakkor légszáraz biomassza eltüzeléséhez a 2.77. ábrán (e) vázolt megoldás szokásos, ~10–15 fok dőlésszöggel.
-
Alapesetben, a tűztérben hőátadó felület csak a fluidágyban, illetve a határolófelületeken van. Ezek szokásos esetben elgőzölögtető felületek. A tüzelőtérben az ágy felett a porkoncentráció elérheti a 20 kg/m3 értéket. Ennek döntő része azonban nem tüzelőanyag, hanem inert anyag (homok, visszatartott hamu). Az ágymagasságban szélesedő tűztér lehetővé teszi, hogy a középen kialakuló felfelé történő főáramlás mellett a tűztér oldalfalainál lefelé irányuló recirkuláció jöjjön létre, és az elragadott nagyobb szemcsék visszahulljanak az ágyba. Az ágyanyag nagy koptatóhatása szükségessé teszi az ágyban lévő (úgynevezett merülő) és az ágyat határoló fűtőfelületek erózió elleni védelmét. Előbbi rendszerint a felületek páncélozásával, utóbbi tüskézett felületek tömedékelésével történik. A ciklon előtti közeghőmérséklet 800–900 °C. A hőmérséklet a fluidágyban is alacsony, 750–950 °C között van, így salakosodással, egyenletes keveredés esetén, nem kell számolni. Az égéstermékek ilyen hőmérsékletre történő lehűtése azonban nagyobb nyomásoknál, az elgőzölögtetési hőigény csökkenése miatt (1.2. ábra), már nem teszi lehetővé a szokásos gőzhőmérsékletek elérését.
-
Ennek elkerülésére – a Lurgi cég megoldása alapján – lehetőséget ad, ha a ciklonok után leválasztott, még éghető anyagot is tartalmazó anyagot egy külső, „segéd” fluidágyban a túlhevítő, újrahevítő vagy elgőzölögtető rendszerbe kapcsolt merülő fűtőfelülettel hűtik. A külső fluidágyból az ágyanyag visszafolyik a főágyba.
-
A tűztér felső részén a határolófelületet alkothatják túlhevítő felületek [2.57], illetve a közegáramba belógathatók Schott-túlhevítő, -újrahevítő felületek [2.58]. A belógatott fűtőfelületeket is védeni kell erózió ellen páncélozással vagy szuper-ómega-csövek (2.64. ábra) alkalmazásával.
-
A – Deutsche Babcock cég által kidolgozott – CIRKOFLUID eljárásnál [2.54] nagyobb tűztér- keresztmetszetet, az ágyban 4 m/s sebességet, az égési levegő 40%-ának szekunder levegőként történő bevezetését, kisebb (3,5–5 m/s) tűztérbeli áramlási sebességet, ezzel kisebb 1–2 kg/Nm3 porkoncentrációt alkalmaznak. A megoldással a durva szemcsékből nyugvó, a kisebbekből cirkulációs fluidrendszer jön létre. A kisebb sebesség miatt a nagyobb szemcsék a stacioner ágyban maradnak, és csak a kisebbek lépnek ki az ágyból, de ezek tűztéri tartózkodási ideje is eléri az 5 másodpercet. A 2.78. ábrából, amely egy 17,5 m magas tűztérre jellemző kiégési és tartózkodási időket mutatja, megfigyelhető, hogy a kiégés érdekében csak a 40 μ-nál nagyobb kőszénszemcsék visszakeringtetésére van szükség. Az így lecsökkent koptatóhatás mellett a tűztér felső részén is elhelyeznek konvektív fűtőfelületeket, amelyekkel a 750–850 °C-os áramló közeget a ciklon előtt 350–450 °C-ra hűtik le. A ciklonon keresztül keringő hamumennyiség még ennél a megoldásnál is a beadagolt szénmennyiség 10–20-szorosa. Indulásnál a rétegvastagság elérheti a 2 m-t is. Az ábrából az is megállapítható, hogy a 300 °C-ra visszahűlt ágy késedelem nélkül újragyújtható.
| 1 | Szó szerinti fordításban: összekeveredett-elégett |
| 2 | A gyakorlatban alkalmazott, üzemi mérések alapján kidolgozott, az 5.5. fejezetben részletesen is ismertetendő tűztérszámítási eljárásoknál a konvektív hőátadás hatása is figyelembevételre kerül, hiszen a számítási eljárást megalapozó, mért kilépő füstgázhőmérsékletet a tényleges sugárzásos és konvektív hőátadás együttesen határozta meg. |
Tartalomjegyzék
- Kazánok
- Impresszum
- Előszó a második kiadáshoz
- Bevezetés
- 1. Kazánok általános jellemzői
- 2. Kazántípusok általános ismerte
- 3. Kétfázisú hőátadás, áramlás fűtött felületen
- 3.1. A gőzképződés alapvető folyamatai [3.1]
- 3.2. Forrás végtelen térben [3.1]
- 3.3. Hőátadás és gőzfejlesztés csőben
- 3.4. A kétfázisú közeg áramlásának alapjai
- 3.1. A gőzképződés alapvető folyamatai [3.1]
- 4. Vízoldali folyamatok, vízelőkészítés, gőztisztaság
- 5. Hőtechnikai számítások
- 6. Füstgázoldali folyamatok, légtechnikai számítások
- 7. Gőzkazánok elemeinek szilárdsági számítása
- 8. A gőzkazánok üzemeltetése
- Függelék
- 1. függelék
- 2. függelék
- 3. függelék
- 4. függelék
- 5. függelék
- Szerkezeti anyagok
- a) Szerkezeti anyagok összetétele
- b) Hagyományos lemezanyagok folyáshatára [7.63]
- c) Növelt szilárdságú lemezanyagok folyáshatára [7.63]
- d) Jellemző dobanyagok tartamszilárdsága [7.63]
- e) Kamrák lemezanyagainak tartamszilárdsága [7.63]
- f) Rozsdamentes lemezanyagok folyáshatára [7.65]
- g) Rozsdamentes lemezanyagok tartamszilárdsága [7.65]
- h) Ötvözetlen, gyengén ötvözött csőanyagok folyáshatára [7.70]
- i) Ötvözetlen, gyengén ötvözött csőanyagok tartamszilárdsága [7.70]
- j) Hagyományos csőanyagok folyáshatára [7.70]
- k) Hagyományos csőanyagok tartamszilárdsága [7.70]
- l) Növelt szilárdságú csőanyagok folyáshatára [7.70]
- m) Növelt szilárdságú csőanyagok tartamszilárdsága [7.70]
- n) Rozsdamentes csőanyagok folyáshatára [7.71]
- o) Rozsdamentes csőanyagok tartamszilárdsága [7.71]
- p) Korszerű anyagok folyáshatára [7.30], [7.74, 7.75, 7.76], [7.79, 7.80], [7.83]
- q) Korszerű anyagok tartamszilárdsága [7.25], [7.74, 7.75], [7.79, 7.80, 7.81, 7.82, 7.83]
- a) Szerkezeti anyagok összetétele
- Szerkezeti anyagok
- Irodalom
Kiadó: Akadémiai Kiadó
Online megjelenés éve: 2020
ISBN: 978 963 454 492 0
Háztartásokban, ipari üzemekben, erőművekben széleskörűen alkalmaznak tüzelőanyag elégetésével vagy más módon bevezetett hőmennyiség hőhordozó közeggel történő hasznosítására szolgáló berendezéseket: kazánokat. A könyv ezek tervezésének, üzemeltetésének, vizsgálatának szerteágazó konstrukciós, hőtechnikai, áramlástani, szilárdságtani, vegyészeti és más ismereteit foglalja össze, az egyetemi oktatásban és a gyakorlati életben is hasznosítható módon. Az elméletet élő gyakorlattal ötvözve elsősorban erőműi, ipari, távhőszolgáltató kazánokkal foglalkozik, de a folyamatokra, szerkezeti kialakításra, gyakorlati viselkedésre vonatkozó utalások kisebb berendezéseknél is alkalmazhatók.
Hivatkozás: https://mersz.hu/gerse-kazanok//
BibTeXEndNoteMendeleyZotero