MeRSZ online
okoskönyvtár
Több száz tankönyv egy helyen.
Online. Bárhol. Bármikor.
Kazánok
2., javított kiadás
2.2.2.5. Kényszerített átáramlás
Történeti visszatekintés, alaptípusok: A kényszerátáramlású kazán lehetősége már az ipari forradalom kezdetén felmerült. Az Egyesült Államokban az első szabadalmi bejelentések 1824-re datálódnak [2]. A csak csövekből álló berendezés megvalósítását az motiválta, hogy a korai gőzkazánoknál elsősorban anyaghibából, túlhevülésből sok kazánrobbanás következett be. Jóllehet a kazántípusok fejlődése – mint például az elemkamrás BW- vagy a meredek csöves kazán – az üzembiztonságot lényegesen javította, folyamatosan felmerült a kazándob elhagyásának igénye. A gyakorlatban három alaptípus alakult ki, amelyek elrendezését, alapvető szerkezeti kialakítását a 2.102. ábra [10] mutatja.
Az első, mai értelemben vett kényszerátáramlású kazán a XX. század elején, az Egyesült Királyságban, Rugbyben létesült, 4 t/h teljesítménnyel, Mark Benson szabadalma alapján. A berendezés szuperkritikus nyomású volt, így a két fázis szétválasztásának igénye nem jelentkezett. 1930-ban Belgiumban már 113 t/h teljesítményű berendezés is létesült, ugyancsak szuperkritikus nyomással. A nagy nyomás a korabeli adottságok mellett számos csőmeghibásodásra vezetett, ezért a nyomást csökkenteni kellett. A szuperkritikus nyomás alkalmazására általában csak a tápvíz-előmelegítő, elgőzölögtető fokozatoknál került sor, ezt követően a nyomást fojtással a korabeli turbinák adottságainak megfelelő, szubkritikus értékre csökkentették. 1933-ban [2.71] a Benson-kazán szabadalmát a Siemens cég szerezte meg és fejlesztette tovább.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1069/#m713kaz_1069 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1069/#m713kaz_1069)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1069/#m713kaz_1069)
2.102. ábra. Kényszerátáramlású kazánok alaptípusai. 1: tápvíz-bevezetés, 2: tápvíz-előmelegítő, 3: elgőzölögtető, 4: vízelválasztó edény, 5: utó-elgőzölögtető, 6–7: túlhevítő felületek, 8: gőzelvezetés
Meg kell jegyezni, hogy a 2.102. ábrán bemutatott – fűtött emelőcső, fűtetlen ejtőcső, fűtött emelőcső – megoldással szemben a Benson-kazánszabadalom eredetileg – a jelenlegi gyakorlati megoldásokhoz hasonló – csavart csőrendszerre is vonatkozott (például 1927-ben, Berlin-Gartenfeldben, 30 t/h teljesítményre készült ilyen kialakítás, falazott kivitelben). Az üzemi tulajdonságok, illetve gyártástechnológiai okok miatt a 30-as évektől azonban hosszú ideig a függőleges áramlású, sorba kapcsolt fűtőfelületeket alkalmazták, és csak a 60-as évektől – a membránfal megjelenésétől – kezdődően készültek spirális csőrendszerű Benson- kazánok [2.71]. A függőleges csőelrendezés, mint arra a későbbiekben részletesebben rámutatunk, stabil áramlást, a kamrákban, ejtőcsövekben a közeg jó átkeveredését biztosítja, így elmarad a hosszú, párhuzamosan kapcsolt csövek eltérő fűtöttsége miatti egyenlőtlenség, instabilitás. A Benson-kazánnál az elgőzölgés végpontja, a terheléstől függően, folyamatosan vándorolhat a csőrendszerben.
A svájci Sulzer cég által kifejlesztett kényszerátáramlású kazánnak a Benson-féle megoldástól eltérően − egy gőz-folyadék szétválasztó edény („elgőzölögtető” felület utáni) beépítésével − fix elgőzölgési végpontja van. A vízleválasztó edény arra is lehetőséget ad, hogy az elgőzölgés eredményeként besűrűsödő, 4–5% maradék vízben lévő szennyeződések, sókiválások ne a fűtőfelületeken rakódjanak le. Emellett az elgőzölögtetőt követő legrosszabb gőzoldali hőátadású, úgynevezett (a vízleválasztás hatásosságától függő mértékben) „utó-elgőzölögtető” felületek kisebb falhőmérsékletet eredményező, gyengébben fűtött részeken helyezhetők el.
Az elgőzölögtető fűtőfelületeket vízszintesen, függőlegesen, esetleg vegyesen elhelyezett (az ókori szegélydísz után elnevezve) „meander” vonalvezetéssel, megszakítás nélkül alakították ki. A megfelelő hűtés biztosítására, a következőkben bemutatandó alapelvek figyelembevételével, minimális számú párhuzamosan kapcsolt csövet alkalmaztak, előfordult az is, hogy csak egyetlen csőből álló elgőzölögtető felület készült, ebből származik e kazántípus gyakorlatban is használt elnevezése: „egycsöves” kazán.
A harmadik, történelmileg kialakult alaptípus az úgynevezett Ramzin-kazán, amely csavart elgőzölögtető felülettel, de fix elgőzölögtetési végponttal rendelkezik. Ennek kényszerű kifejlesztésére a II. világháború alatt, azt követően a Szovjetunióban került sor, amikor a területfoglalások, háborús károk következtében nem állt rendelkezésre dobgyártó kapacitás, így olyan megoldást kellett találni, amely csak csövek felhasználásával, a kazándobok elhagyásával tette lehetővé a gőzkazánok létesítését. A megoldást a kényszerátáramlású, dobot nem tartalmazó kazántípus jelentette, amelynek első példánya 140 bar nyomásra készült. Ugyanakkor a korabeli tápvíz-előkészítés minőségi jellemzőiből adódóan, a túlhevítő felületek elrakódásának megakadályozására, az elgőzölögtető felületeken besűrűsödött kazánvíz leválasztása (kisméretű kazándob beépítésével) a későbbi berendezéseknél nem volt elhagyható. Megemlítendő, hogy a kazántípust 35 bar nyomásra is építették.
A kényszerátáramlású kazánnál elvileg minden fűtőfelületen azonos mennyiségű víz áramlik át, ebből adódik, hogy a kazán részterhelésén a tömegáram-sűrűség lényegesen lecsökkenhet. Így a részterheléseken is megfelelő hűtés biztosítására névleges üzemállapotban 2000 kg/m2s (vagy efeletti) tömegáram-sűrűséget kellett választani. Mint az előzőekben utaltunk rá, az ilyen, leválasztóedény nélküli kényszerátáramlású kazánnál, szubkritikus üzemmódban, az elgőzölgés végpontja a csőrendszeren belül vándorolhat. Változatlan tápvíz- és frissgőz-paraméterek esetén az elgőzölgés végpontja csak átmeneti üzemállapotokban, illetve a fűtőfelületek eltérő fűtéséből adódóan vándorol. Így jól behatárolhatók azok a csőszakaszok, ahol az elgőzölgés befejeződik. Az alaptípusok közül a legnagyobb számban a Benson-kazán készült, mind szub-, mind szuperkritikus gőznyomásra. Az alapkonstrukció fejlesztésére elsősorban az üzemi tulajdonságok javítása érdekében került sor, de a módosítások a berendezések költségeinek, élettartamának kedvező változásához is hozzájárultak. A leglényegesebb változást a kényszerátáramlású blokkok szabályozási megoldásainak módosítása eredményezte.
Szuperponált keringtetés: A dobos kazánoknál a természetes cirkulációból adódóan a nyomás, a hőmérsékletek felfutása, adott terheléshez történő optimalizálása a kazán károsodása nélkül, szabadon történhet, hiszen a jobban fűtött csövekben a cirkuláció automatikusan megnő. A Benson-típusú kényszerátáramlású kazánnál, természetes cirkuláció hiányában, a legnagyobb nehézséget a párhuzamosan kapcsolt csövek megfelelő nagyságú tömegáram-sűrűségének − különböző üzemállapotok melletti − biztosítása jelenti. A megoldást az elgőzölögtető felületek tömegáram-sűrűségének lehetőség szerinti állandó értéken tartására a (Combustion Engineering által kifejlesztett) „kombinált” keringtetés bevezetése adta. Az elgőzölögtető felületeken, visszakeringtető-szivattyú segítségével, megnövelték a tömegáramot, a kényszerített átáramlás mellett kényszerített keringtetést is alkalmaztak. Ehhez azonban a fázisszétválás (gőzképződés) megelőzésére, a keringtetőszivattyú kavitációjának elkerülésére állandóan – az indítás, részterhelés időszakában is – szuperkritikus nyomást kellett biztosítani (indításnál csak a kazán után csökkentve a nyomást).
A szuperkritikus blokkokra is az úgynevezett állandó nyomású szabályozás volt jellemző, ami azt jelentette, hogy a turbina belépőcsonkján minden terhelési állapotban állandó nyomást tartottak, és a kisebb teljesítményhez szükséges kisebb gőznyelést a turbina szabályozó- (fojtó-) szelepeinek beállításával végezték. Olyan megoldás is ismert, ahol a nyomáscsökkentésre a kazán első és második túlhevítő-fokozatai között került sor [2.72]. Ehhez a függőleges, sorba kapcsolt „elgőzölögtető” fűtőfelületekkel ellátott kazán volt a legalkalmasabb, így ez gyakorlatban alkalmazott típus [2.75, 2.76]. Ezeknél csak 60–80% terhelés felett alkalmaznak fix nyomást (azaz ebben a tartományban a turbinák fojtószelepeivel állítják be a turbina nyelőképességét). Ezalatt mintegy 30% teljesítményig a gőznyomás a terheléssel „arányosan” csökken, de az elgőzölögtetőben, a gőzkiválás megelőzésére, szuperkritikus marad [2.72]. Ez az elsősorban az Egyesült Államokban [2.75] gyakori megoldás azonban a napi indulás-leállításra, terheléskövető üzemmódra nem vagy alig volt alkalmas.
Európában a 60-as évektől alkalmazott, spirális tűztérhűtő felülettel épített kényszerátáramlású kazánok csúszó paraméteres üzemmódra készültek. Ezeknél nem a tömegáram-sűrűséget kellett a csőszámhoz, a részterheléshez megválasztani, hanem – mint később bemutatjuk – a csőszámot, a csőméretet lehetett a megkívánt tömegáram-sűrűséghez, kazánméretekhez optimalizálni. Kombinált vagy szuperponált cirkulációval (2.103. ábra) a berendezések a változó üzemállapotokhoz is jól illeszthetők voltak [2.80]. Ugyanakkor a spirál felületek előállítása, a tűztéri felületek felfüggesztése, merevítése lényegesen drágább konstrukciót eredményezett.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1079/#m713kaz_1079 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1079/#m713kaz_1079)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1079/#m713kaz_1079)
2.103. ábra. A kényszerített keringtetés fejlődése (a 2.97. ábra részlete). 1: tápvíz-előmelegítő, 2: tűztéri elgőzölögtető, 3: konvektív elgőzölögtető, 4: utó-elgőzölögtető, 5: túlhevítő
A Combustion Engineering által javasolt kombinált cirkulációnál (2.103. ábra (g) [2.76, 2.77], részterhelésen, a leválasztóedényben szétválasztott víz-gőz keverék folyadékfázisának „elgőzölögtető” felület elé történő visszakeringtetésével állandó, illetve a felület hűtéséhez szükséges mértékű, csökkentett tömegáram biztosítható. Névleges terhelésnél (annak közelében a leválasztóedény bevezető- és „gőzoldali” csonkját összekötő csőszakaszba beépített elzáró szerelvény nyitásával) a berendezés kényszerátáramlásúvá tehető, a recirkuláció szükségtelenné válik. A megoldás hátránya, hogy a keringtetőszivattyú szívócsonkján szubkritikus állapotban a folyadék közel telítési hőmérsékletű, így az átmeneti üzemállapotokban bekövetkező kavitáció megelőzése gondos szerkezeti kialakítást (nyomómagasság megválasztást) tesz szükségessé.
A Sulzer és az EVT által kifejlesztett szuperponált cirkulációnál (2.103. ábra (h) [2.80], a telített állapotú kazánvíz és a tápvíz-előmelegítőből kilépő hőmérsékletű tápvíz keverőfejben összekevert keverékét keringtetik, így a keringtetőszivattyú kevésbé érzékeny az üzemállapot változásokra. Névleges terheléshez közeli üzemállapotban a keringtetőszivattyú többletszállítási teljesítménye lecsökken, a szivattyú mintegy „felúszik”, a berendezés kényszerátáramlásúvá válik. Az ábrákon nem került feltüntetésre, de mindkét megoldásnál lehetőség van a vízleválasztó edényből folyamatos – folyadékhűtőn keresztül táptartályba történő – leeresztésre, amely a berendezések indításának időszakában lehet üzemben.
A párhuzamos csövek száma: Miután a kényszerített átáramlású berendezéseknél a munkaközeg (a szuperponált cirkulációval segített részterhelésektől eltekintve) általában csak egyszer áramlik át a csőrendszeren, a párhuzamosan kapcsolható csövek számát () az igényelt (megengedett) felmelegedés határozza meg. A közeg fajlagos hőtartalmának növekedése () egy átmérőjű, osztású csőrendszerben
ahol
A párhuzamos csövek összesített tömegáramának a kazánteljesítménnyel kell azonosnak lenni:
Figyelembe kell azt is venni, hogy a csőben áramló közeg hőátadása és a hőáramsűrűség között egyértelmű kapcsolat van (3.3.5. fejezet, 3.3.6. fejezet). A csőben áramló közeg tömegáram-sűrűségét (ezzel a cső belső átmérőjét) a cső (2.76) képlet szerint számítható, anyagminőségtől is függő falhőmérsékletének betartásához megengedhető, belső, közegoldali hőátadás miatti (alábbiakban ) falhőmérséklet-növekedés figyelembevételével kell kiválasztani. Figyelemmel kell lenni a kritikus hőáramsűrűség kialakulásának megelőzésére is. A buborékos forrás esetére a Schmidt [2.59] által megadott
Átrendezve:
Azaz a tömegáram-sűrűség szükséges értéke közelítőleg a felületi hőterhelés harmadik hatványával arányos. Az is megfigyelhető, hogy a tömegáram-sűrűség minimális értéke milyen érzékenyen reagál a megengedhető falhőmérséklet-növekedés változására.
A tömegáram-sűrűségnek a megengedett felmelegedéshez (entalpianövekedéshez) tartozó minimális értéknél nagyobbnak kell lennie, így:
Néhány szokásos csőméretet, csőosztást a 2.7. táblázat mutat (az első oszlopot kivéve uszonyos csövekkel).
2.7. táblázat
|
t, csőosztás
|
75 |
50 |
45 |
40 |
|
d, külső csőátmérő
|
57 |
38 |
32 |
32 |
|
s, csőfalvastagság
|
5 |
4 |
4 |
3 ,5 |
|
n, csőszám (például)
|
34 |
55 |
78 |
64 |
Végeredményben tehát a csőosztás (a gátban megengedhető hőmérséklet-növekedést is figyelembe véve), a csőátmérő, az hajlásszög, a cső és a gát anyagminősége és a megfelelő hűtés biztosítására szükséges tömegáram-sűrűség között a minimális gyártási, üzemeltetési költséget eredményező optimumot kell megkeresni.
A spirál alakú csőelrendezés a függőleges csőelrendezéshez képest [2.71] nagyobb tömegáramot, a csövek egyenletesebb fűtését, ebből adódóan kisebb hőmérséklet-eltéréseket tesz lehetővé. A 2.104. ábra egy 1000 t/h teljesítőképességű, 50 m tűztérkerületű berendezés tűztérfelületeinek csőelrendezését mutatja függőleges, illetve spirál alakú kialakításnál. A függőleges csőelrendezésnél 285 db Φ 385,6 mm-es cső beépítésére kerülhet sor, 44 mm-es csőosztással, míg a spirál alakú elrendezésnél ugyanilyen csőosztás, csőszám mellett Φ 33,75 mm-es csövek beépítésére van lehetőség. Látható, hogy azonos számú, de kisebb átmérőjű csövek beépítésének hatására a tömegáram-sűrűség mintegy 29%-kal nagyobb, így kisebb falhőmérséklet, nagyobb üzembiztonság várható.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1106/#m713kaz_1106 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1106/#m713kaz_1106)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1106/#m713kaz_1106)
2.104. ábra. Függőleges és spirál alakú csőelrendezés összehasonlítása [2.71]
Miután a spirális csőelrendezésnél az egyes csövek között alig van hőmérséklet-különbség, kisebb járulékos hőfeszültségek keletkeznek, mint a függőleges csőelrendezésnél, ahol az egyes csőpanelek (oldalfalak) között − különösen szuperkritikus nyomású berendezéseknél − lényegesen nagyobb lehet a hőmérséklet-eltérés.
Részletesebben, a kétfázisú áramlás tárgyalásánál szokásos felírásmóddal:
ahol
|
belépési veszteségtényező,
|
|
|
kilépési veszteségtényező,
|
|
|
a belépő keresztmetszetre vonatkoztatott kétfázisú korrekciós tényező,
|
|
|
a kilépő keresztmetszetre vonatkoztatott kétfázisú korrekciós tényező,
|
|
|
tömegáram-sűrűség [kg/m2s],
|
|
|
a folyadékfázis fajtérfogata [m3/kg], (sűrűsége [kg/m3]),
|
|
|
a gőzfázis fajtérfogata [m3/kg], (sűrűsége [kg/m3]),
|
|
|
csősúrlódási tényező,
|
|
|
a cső z helyére vonatkozó kétfázisú korrekciós tényező,
|
|
|
a cső belső átmérője [mm],
|
|
|
a cső z helyére vonatkozó keresztmetszet-kitöltési tényező (térfogathányad),
|
|
|
gőztartalom,
|
|
|
a cső hossza [m].
|
Az egyes fűtőfelület-típusokat áramlás szempontjából – a kazán cirkulációs rendszerétől, nyomásától függően – vizsgálva megállapítható:
-
A tápvíz-előmelegítő mindig kényszerített átáramlású, általában egyfázisú áramlással, kivéve az elgőzölögtető előmelegítőket, ahol az elgőzölögtető szakaszban az áramlás kétfázisú.
-
Az elgőzölögtető felületek lehetnek természetes vagy kényszerített átáramlásúak, szubkritikus nyomástartományban mindig kétfázisú áramlással, szuperkritikus nyomás esetén egyfázisú áramlással.
-
A túlhevítő, újrahevítő felületek mindig kényszerített átáramlásúak, egyfázisú közegáramlással.
Az előzőekből következik, hogy egy csőszakasz jelleggörbéjénél (a nyomásveszteség közegáram függvényében történő változásánál) a legnagyobb változatosságra az elgőzölögtető szakaszoknál lehet számítani. A kényszerített átáramlás elméleti vizsgálatánál is a korábban – a kényszerített keringtetés elemzésénél –, a (2.84) képlet felírásához már felhasznált megoldást – a belépési, kilépési veszteségeknek a hosszú csőszakasz csősúrlódási veszteségéhez képesti elhanyagolását, a geodetikus nyomáskülönbség esetén pedig mintegy vízszintes csőszakaszt feltételezve, a csőelrendezéstől függő hatás különválasztását –alkalmazzuk.
Így a tömegáram-sűrűség tömegárammal történő helyettesítésével, homogén áramlás feltételezésével (kétfázisú szakaszokon a ténylegesen szeparált áramlásból adódó eltérések elhanyagolásával) a
csőhossz menti integrálását kell elvégezni [5]. A fajtérfogat (a közeg felmelegedése, elgőzölgése miatt), illetve a cső egyes szakaszainak hossza (a tömegáramtól függően eltérő fajlagos hőfelvétel miatt) a tömegáram függvényében is változik. Egyenletes hossz menti fűtést (, kW/m) feltételezve szubkritikus rendszernél a csövet tápvíz-előmelegítő (gőzfejlődést megelőző) és elgőzölögtető szakaszra osztva és a következő jelöléseket bevezetve:
továbbá
Az integrálást elvégezve:
További, korábban a kényszerített áramlású elgőzölögtető jelleggörbéjének levezetésénél már alkalmazott jelöléseket bevezetve:
a kényszerített áramlású elgőzölögtető rendszerre levezetett (2.85/a) kifejezéssel azonos alakú összefüggés adódik:
Effenberger [1] a vizsgálatot a kényszerátáramlású cső túlhevített szakaszára is kiterjeszti, a túlhevített gőz fajtérfogatának változását a gőznyomás és a entalpia függvényében a
összefügéssel közelítve. Integrálás helyett azonban az egyes szakaszokra a fajtérfogat átlagértékével számítja a nyomásveszteséget. A végeredmény megegyezik az előbbi harmadfokú kifejezéssel, az egyes tényezők azonban lényegesen különböznek [1]:
A harmadfokú függés a tömegáramtól arra vezethető vissza, hogy a közegáram növelésével csökken az elgőzölögtetett mennyiség aránya, ezzel a kétfázisú keverék fajtérfogata és áramlási sebessége, ennek azonban kisebb a hatása, mint a tömegáram növekedésének. A stabilitási határok elméletileg a kényszerített keringtetéshez (2.100. ábra) hasonlóan, a -re adódott kifejezés első deriváltjának, illetve a () tényezők előjelének vizsgálatával (negatív előjel esetén a jelleggörbe bizonyosan stabil) becsülhetők.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1150/#m713kaz_1150 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1150/#m713kaz_1150)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1150/#m713kaz_1150)
2.105. ábra. A belépő hőmérséklet hatása a jelleggörbe alakjára
Példaként a nyomásesés lefutását egy 145 bar nyomású, L = 30 m hosszú, d = 25 mm belső átmérőjű, λ = 0,023 csősúrlódási tényezőjű, 8,64 kW/m hőterhelésű, egy csőből álló, vízszintes, kényszerátáramlású csőrendszerre, különböző belépő közeghőmérsékletek (80, 100, 130 °C) esetén a 2.105. ábra mutatja. Látható, hogy az áramlás már 100 °C belépő közeghőmérsékletnél is labilissá válik.
-
Azonos nyomáskülönbség esetén a kevésbé fűtött csőben nagyobb lesz a tömegáram (az átlagos fajtérfogat, illetve a kétfázisú súrlódási veszteség korrekciós tényezője kisebb lesz), illetve ennek fordítottja: azonos tömegáram esetén a kevésbé fűtött csőben kisebb nyomáskülönbség alakul ki.
-
Kisebb nyomáskülönbség, azonos hőfelvétel esetén a csőben kevesebb közeg áramlik, így jobban felmelegszik, a csőfal túlmelegedhet (ezért a bevezető, elvezető kamrákban a lehető legegyenletesebb nyomáseloszlásra kell törekedni).
A tényleges jelleggörbe alakjára azonban nemcsak az előbbi jellemzőknek, hanem a csövek vonalvezetésének – az előzőekben figyelmen kívül hagyott geodetikus nyomáskülönbség alakulásának – is lényeges hatása van.
A 2.106. ábra a Sulzer-kazánoknál a gyakorlatban alkalmazott két jellemző (azonos fűtőfelületű) csőelrendezés:
-
vízszintes csövekből (10 db egymás fölött elhelyezkedő, sorba kapcsolt, 3 m hosszúságú csőből) álló emelkedő (1,875 m magasságú) csőkígyó, illetve
-
függőleges (16 db sorba kapcsolt, egymás mellé elhelyezett, 1,875 m hosszúságú csőből) álló vízszintes (3 m széles) csőkígyó
geodetikus nyomáskülönbségét mutatja. Látható (2.106. ábra (a)), hogy a függőleges csövekből álló csőkígyó geodetikus nyomáskülönbsége a tömegáram növelésével csökken, az emelkedő vízszintes csöveké pedig növekszik. Így a csősúrlódási és geodetikus nyomáskülönbségeket együttesen figyelembe vevő (100 °C belépő közeghőmérsékletre vonatkozó) jelleggörbe emelkedő vízszintes csövek esetén stabillá válik, míg függőleges csövek esetén az instabilitás nő (2.106. ábra (b)).
2.106. ábra. Függőleges és spirál alakú csőelrendezés összehasonlítása
|
Harvard (): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1161/#m713kaz_1161 ()
Chicago . . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1161/#m713kaz_1161)
APA (). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1161/#m713kaz_1161)
|
|
a)
|
|
|
|
Harvard (): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1162/#m713kaz_1162 ()
Chicago . . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1162/#m713kaz_1162)
APA (). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1162/#m713kaz_1162)
|
|
b)
|
A kazánoknál – különösen fűtőfelületek felfüggesztésére – gyakran alkalmaznak függőleges csőrendszereket, amelyekben a közeg az összekötő csövekkel való takarékoskodás érdekében esetenként lefelé áramlik. Miután a csövek rendszeresen eltérő fűtöttségűek, az áramlás stabilitását befolyásoló konstrukciós kérdés, hogy vajon valamelyik csőben megfordulhat-e az áramlás.
Ennek lehetősége a 2.107. ábrán megadott összefüggések alapján vizsgálható. Áramlási irányváltásra csak akkor kerülhet sor, ha az egyes csövek között olyan nagy sűrűségkülönbség alakul ki, amelyből az áramlási ellenállásnál nagyobb geodetikus nyomáskülönbség adódik.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1165/#m713kaz_1165 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1165/#m713kaz_1165)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1165/#m713kaz_1165)
2.107. ábra. A felhajtóerő hatása kényszerített áramlásnál
Szuperkritikus nyomástartományban (egyfázisú áramlás, azaz =0, =0 és =1) üzemelő csőszakaszra a nyomásveszteség a () fajtérfogat () közegentalpia függvényében történő változását leíró, közelítő függvény felhasználásával határozható meg. Miropolszkíj [6] szerint:
amelynek állandóit a 2.8. táblázat tartalmazza.
Így a hossz menti integrálás az entalpia függvényében történő integrálássá alakítható (a 0 jelölés a csőszakasz kezdetére, az 1 jelölés a végére vonatkozik):
A gyakorlatban három eset fordulhat elő:
-
A csőszakasz kezdete, vége az a tartományba esik (I).
-
A csőszakasz kezdete az a tartományban, vége a b tartományban van (II).
-
A csőszakasz kezdete és vége is a b tartományban van (III).
I. eset
II. eset
III. eset
Amennyiben az előbbi összefüggések levezetésénél a feltételezettektől eltérően a csőszakasz hőfelvétele nem egyenletes, a képleteket (értelemszerűen a belépési, kilépési és gyorsítási nyomásveszteségek egyszeri figyelembevételével) elemi csőszakaszokra lehet alkalmazni, és az ezekre kiadódott nyomáskülönbségeket összegezni.
Feltehető a kérdés, hogy a jelenlegi számítástechnikai háttér mellett van-e értelme az előbbi képletek ismertetésének. A válasz egyértelműen igen, mivel segítségükkel az alapadatok alapján még számítógépek felhasználásával is sokkal gyorsabban, áttekinthetőbben megítélhető a csőszakaszok várható áramlási jelleggörbéje, eltérő üzemi paraméterek melletti viselkedése, ellenőrizhető a szimulációs számítások eredménye.
Statikus, dinamikus stabilitás: A kazánok cirkulációs köreiben az áramló közeg sebessége még stabil üzemviszonyok esetén sem állandó [2.88]. Állandó kazánteljesítmény esetén is változik a tüzelőanyag fűtőértéke, a láng helyzete, ebből adódóan a fűtőfelületek hőfelvétele. Így folyamatosan zavarás jelentkezik. A gyakorlati cél az, hogy a zavarások minél kevésbé befolyásolják az áramlást, a közeg felmelegedését és ezzel a fűtőfelületek falhőmérsékletét.
Kedvezőtlen esetben az áramlás instabilláválhat, az instabilitásából adódóan a csőfalhőmérséklet a méretezési érték fölé növekedhet (ezzel a csőanyag gyorsabban kifáradhat), a berendezés rezgésbe jöhet (ez a felfüggesztő szerkezeti elemek, csőrendszerek kifáradását eredményezheti), szabályozástechnikai problémák jelentkezhetnek.
Az előzőekben bemutattuk, hogy szubkritikus üzemállapotban a nyomás, a belépőközeg hőmérséklete, a csőrendszer jellemzői, a felület kialakítása, elrendezése függvényében az áramlás instabil lehet. A gyakorlatban az instabilitás kétféle módon jelenhet meg:
-
A berendezés tápvíz-, gőzárama állandó, de a csőrendszer instabilitásából adódóan az egyes párhuzamosan kapcsolt csövek lényegesen eltérő üzemállapotban üzemelnek.
-
A berendezés a zavarás hatására kimozdul egyensúlyi állapotából, és a segédberendezések rossz megválasztása, illesztése miatt nem tud visszatérni oda. Például a berendezés és a tápszivattyú jelleggörbéje nem illeszkedik, a zavarás hatására megnövekvő tápvízáram adott nyomás melletti szállítására a táprendszer nem alkalmas.
Az előbbi instabilitást azzal lehet megelőzni, hogy az egyes csövek stabilitását biztosítjuk. A párhuzamosan kapcsolt csövek egyedi áramlási stabilitására, minden üzemállapotban, folyamatosan emelkedő jelleggörbét kell elérni. Ennek ellenőrzését a stabilitási (Schnackenberg-) szám vizsgálata [1, 2.86] teszi lehetővé, amelyet az
Tápvíz-előmelegítők, túlhevítők (egyfázisú áramlás) esetén, amikor a közeg fajtérfogatának változása elhanyagolható, az áramlási veszteség a
Vízszintes csőben történő kétfázisú áramlás esetén:
ahol az átlagos csőhossz menti fajtérfogat:
számítására egyen-, ellenáramú, illetve egyenletesen fűtött elgőzölögtető felületekre Hellwig [2.86] ad közelítő összefüggést. A differenciálást elvégezve:
illetve
Érdemes megjegyezni, hogy értéke kizárólag a közeg termodinamikai jellemzőitől, a cső fűtésétől, tömegáramától (az elgőzölgés folyamatától, mértékétől) függ, és független a cső méretétől, érdességétől, hosszától [1]. Miután az átlagos fajtérfogat növekvő tömegárammal csökken, értéke bizonyosan kisebb lesz 2-nél, de szélső esetben negatívvá is válhat. Az áramlás stabilitását a cső belépéséhez (a tápvíz-előmelegítő szakaszba) beépített fojtóelemekkel lehet javítani.
Függőlegesen vezetett csövek esetén, a geodetikus nyomás hatását figyelembe véve:
Látható, hogy a korábbiakban említettekkel összhangban a függőlegesen vezetett csöveknél a geodetikus nyomás stabilizáló hatású az áramlásra.
A stabilitási számhoz hasonló kifejezések a nyomás-, a tömegáram-, a kilépőentalpia-változás hőfelvétel-változástól függő érzékenységére is levezethetők. Míg a nyomásváltozás érzékenysége a előbbi képlete alapján – közelítőleg – numerikusan is levezethető, addig a tömegáramra, a kilépő entalpiára csak a különféle állapotokra elvégzett számítások eredményeire fektetett trendvonalak alapján becsülhető az érzékenység.
A pulzáció csak szubkritikus nyomásonüzemelő, kényszerátáramlású kazánoknál jelentkezhet, a berendezés ekó-, kezdeti gőzfejlesztő szakaszát érintheti. Kialakulása a fal és az áramló közeg közötti kölcsönhatással magyarázható. Kiinduló okként az egyre növekvő méretű és számú buborékokat említik [10], amelyek különösen vízszintes, ferde csöveknél a falhoz tapadnak, fokozatosan növekedve átmenetileg lefékezik az áramlást, ezzel a gőzfejlődés növekedését eredményezik, a teljes csőkeresztmetszetet kitöltő gőzdugó képződhet. Az álló, lassan mozgó gőzdugó belsejében a gőznyomás megnövekedhet, ami kilöki a gőzdugót határoló folyadékot, leesik a nyomás, újra megindul az áramlás, így a fűtőfelületet újra folyadékfázis töltheti ki, a gőzfejlődés lelassul, a nyomáslefutás normalizálódik. Amennyiben a gőzdugó a csőrendszer elején helyezkedik el, az is előfordulhat, hogy a kilökődés a normál áramlási iránnyal ellentétesen történik. A folyamatot a szakirodalomban „sűrűséghullám-instabilitás”-nak is nevezik [1, 2.80], mivel a közeg sűrűsége a pulzáló csőben folyamatosan változik.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1212/#m713kaz_1212 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1212/#m713kaz_1212)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1212/#m713kaz_1212)
2.108. ábra. A pulzáció hatása
A pulzáció abból adódhat, hogy az előbbi zavarás hatására – miközben a berendezés tápvízárama, a gőzfelhasználó berendezés gőznyelése állandó – az adott csőben a tápvízáram lecsökken, ezzel megváltozik (csökken) a fojtótárcsa (), az ekószakasz () ellenállása, az elpárologtató szakasz ellenállása is csökken (). Az áramlás, ezzel a gőzfejlődés ismételt megindulásával a gőznyomás is nő, majd a folyamat ellentétesre vált, mint a 2.108. ábra mutatja. A lengés periódusideje a geometriai, hidraulikai paraméterektől függ, az ábrán mintegy 60 másodperc [2.73] (de az irodalom 6–15 másodperces periódusidőt is említ [3.16]).
Petrov [2.73] részletes vizsgálatai szerint a pulzáció bizonyosan megelőzhető, ha zavarásnál a folyadék (belépő) oldali nyomáscsökkenés nagyobb a gőz (kilépő) oldali nyomáscsökkenésnél:
Átrendezve:
Feltételezve, hogy a hőátadás a gőztermeléssel arányosan változik:
A fojtótárcsa ellenállásának növelése mellett (helyett) kis átmérőjű csövek, így nagy tömegáram-sűrűség alkalmazásával is csökkenteni lehet a pulzáció valószínűségét. A gyakorlatban a pulzáció megelőzésére (a hidraulikai beavatkozásokon túlmenően) a párhuzamos elgőzölögtető csöveket a hossz harmada előtt, az elgőzölögtető szakasz kezdetén kiegyenlítő csővel kötötték össze [1], amelyet az egyes elgőzölögtető csövek hátoldalán fúrt lyukakhoz csatlakozó vékony bekötőcsövecskékkel vagy a lyukakra közvetlenül ráhegesztve alakítottak ki.
Szuperkritikus üzemállapotban az elgőzölögtető rendszerbeli lengéssel nem kell számolni, de egyéb instabilitások ekkor is jelentkezhetnek.
Hőátadás, falhőmérséklet: A 2.2.2.3. fejezetben a kritikus gőztartalommal összefüggésben bemutatott, csőfalhőmérsékletet befolyásoló tényezők közül a legnagyobb jelentősége a közegoldali hőátadási tényezőnek van. Szubkritikus üzemállapotban egy csövön belül különféle áramlási és hőátadási formák alakulhatnak ki. Minden esetben számolni kell a folyadékfázis felé történő hőátadással (nagyobb hőterhelés estén aláhűtött buborékos forrással is), a buborékos gőzfejlődéssel, a gyűrűs áramláshoz tartozó elgőzölgéssel és a folyadékhiányos forrás állapotával, gőzhevítéssel. Ezek számítására a kétfázisú áramlással, hőátadással foglalkozó 3. fejezet bőséges információt ad. A hőátadási tényező értékét egy elgőzölögtető csőre a nyomás függvényében a 2.109. ábra mutatja [1], 1500 kg/m2s tömegáram-sűrűség mellett (a hőáramsűrűséget, ennek változását a forrás nem közli). A folyadékhiányos forrás elnyúlhat, az irodalom [2.93] x = 1,4 (~70 °C túlhevítés) esetén megfigyelt folyadékcseppekről is említést tesz. A csőfal kiszáradását követően, a forrással történő hőelvonáshoz viszonyítva, 180 °C-kal nagyobb falhőmérséklet is felléphet.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1229/#m713kaz_1229 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1229/#m713kaz_1229)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1229/#m713kaz_1229)
2.109. ábra. A hőátadás változása kényszerátáramlás során [1]
A hőátadással foglalkozó irodalom általában nem tárgyalja a vízszintes vagy ferde csövekben történő elgőzölgés során a fázisok szétválása, ebből adódóan a felső és alsó alkotón érvényesülő, eltérő belső hőátadás miatti csőfalhőmérséklet-különbséget (). Miropolszkij és Snyejerova [10] vizsgálatai alapján a hőmérséklet-különbség a hőterhelés, a cső hővezetési tényezője, falvastagsága, a helyi gőztartalom figyelembevételével a következő képletből számítható:
Értéke normál üzemviszonyok esetén általában 40 °C-nál kisebb.
Szuperkritikus állapotban a közeg a hőfelvétel (felmelegedés) során a folyadékként jellemezhető állapotból − folyamatos átmenettel − gőz tulajdonságokkal jellemezhető állapotba megy át. Fázisváltás nem következik be, kritikus hőfluxus nem tapasztalható. Ugyanakkor a 1 < p/pkrit < 1,15 relatív nyomástartományban két, forráshoz hasonló viselkedés figyelhető meg: pszeudoforrás, illetve pszeudo-filmelgőzölgés [2]. A pszeudoforrás a hőátadási tényező növekedését jelenti, amely nem magyarázható a hagyományos konvekciós viszonyokkal. A jelenséget a csőfal közelében a folyadék- és gőzszerű közegelemek kölcsönhatásából adódó turbulenciának tulajdonítják. A pszeudo-filmelgőzölgésnél, nagy hőáramsűrűségek esetén, a hőátadási tényező drámai csökkenése tapasztalható (hasonlóan a szubkritikus nyomásnál megfigyelt kritikus hőfluxushoz). Ez a viselkedés a közeg anyagjellemzőinek gyors változásával van összefüggésben. Annak tulajdonítják, hogy a turbulencia nem tudja a nagyobb hőmérsékletű gőzszerű közeget a faltól eltávolítani és a hidegebb, folyadékszerű főáramba bekeverni. A belül bordás csövek (3.3.8. fejezet) ez esetben is hatékony megoldást jelenthetnek.
Fázisváltás hiányában a közegoldali hőátadási tényezőt elvileg az egyfázisú áramlásra vonatkozó összefüggés alapján lehet meghatározni.
Mint ismert, az anyagjellemzők közül a dimenzió nélküli -szám a közeg kinematikus viszkozitását, a -szám a kinematikus viszkozitást és a közeg hővezetési tényezőjétől, fajhőjétől, sűrűségétől függő hőfokvezetési tényezőt tartalmazza. A hővezetési tényező, dinamikus viszkozitás, fajhő, valamint a -szám változását a hőmérséklet függvényében 240, illetve 300 bar nyomásra a 2.110. ábra mutatja. Látható, hogy az anyagjellemzőkben − viszonylag szűk hőmérséklet-tartományban1 − igen jelentős változások következnek be. Az előbbi képlet használatánál ez nagy pontatlanságot eredményezhet. A kísérleti tapasztalatok (Sztirikovics, Miropolszkij, Schitzmann [10]) alapján az eltérések azzal magyarázhatók, hogy a csőfal menti határrétegben az anyagjellemzők lényegesen eltérnek a maghőmérséklethez tartozó értéktől. A -szám kitevőjének 0,8 értékre változtatásával a kísérleti eredményekkel való egyezés lényegesen javítható:
A képletben a -t és a -számban lévő anyagjellemzőt a közegre, az adott helyen lévő középértékkel kell helyettesíteni. Ezzel szemben a -számot a falhőmérséklethez tartozó értékkel kell figyelembe venni, amennyiben ez a -szám kisebb, mint az áramlás tengelyének hőmérsékletéhez tartozó érték, illetve az áramlás tengelyének hőmérsékletéhez tartozó értékkel, ha ez kisebb, mint a falhőmérséklethez tartozó érték. Így a számított értékek a mért értékektől 15%-nál kevésbé térnek el [10].
A Babcok&Wilcox cég [2] a hőátadási tényező számítására, Jakob (1938) alapján, a következő képlet alkalmazását javasolja (a „fal” index a csőfalra, a „folyadék” index a közegáramra vonatkozik).
A képletből számítható hőátadási tényező értékei 9,4–38,1 mm belső átmérő és kisebb hőáramsűrűségek esetén jól korrelálnak a kísérleti eredményekkel.
2.110. ábra.A hővezetési tényező [W/mK], a kinematikus viszkozitás·106 [kg/ms], a fajhő [kJ/kgK] és a Prandtl-szám változása a hőmérséklet függvényében, 240 és 300 bar nyomáson
|
Harvard (): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1246/#m713kaz_1246 ()
Chicago . . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1246/#m713kaz_1246)
APA (). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1246/#m713kaz_1246)
|
Harvard (): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1247/#m713kaz_1247 ()
Chicago . . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1247/#m713kaz_1247)
APA (). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1247/#m713kaz_1247)
|
|
Harvard (): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1248/#m713kaz_1248 ()
Chicago . . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1248/#m713kaz_1248)
APA (). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1248/#m713kaz_1248)
|
Harvard (): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1249/#m713kaz_1249 ()
Chicago . . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1249/#m713kaz_1249)
APA (). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1249/#m713kaz_1249)
|
Dinamikai tulajdonságok: A kényszerített átáramlású kazánok jellegéből, nagyobb áramlási ellenállásából adódóan, a különféle zavarások egymásra hatása összetettebb, mint a természetes cirkulációjú kazánoknál. Változhat a felületrészek szerepe is. A sokféle folyamat közül a következőkben csak a kazánterhelés, a tüzelési teljesítmény változtatására mutatunk példát, különös tekintettel a kazán üzemi tulajdonságaira, konstrukciójára kifejtett hatásokra. A részletesebb elemzéseket, a szabályozás optimális kialakítását az erőművek szabályozásával foglalkozó bőséges szakirodalom (például [2.83]) ismerteti.
Míg dobos kazánoknál a nyomásszabályozás az elgőzölgés végpontjának fix helyén, a kazándobban kívánja a nyomást állandó értéken tartani, addig kényszerátáramlású kazánoknál a legegyszerűbbnek a kazánból való kilépésnél történő nyomástartás tűnik (2.111. ábra). Ez esetben azonban, azonos tápvíz-hőmérsékletet feltételezve, terheléscsökkenésnél (a nyomásesés csökkenése következtében) lecsökken az elgőzölögtető szakasz nyomása, az elgőzölgés kezdete előbbre, vége hátrább tolódik a csőrendszerben (b), másrészt a kazán elején nagy nyomásingadozás (c) adódik. Emiatt a kényszeráramlású kazánoknál is célszerűbb a szabályozott érték (szabályozási hely) elgőzölgés végpontjának közelében történő kiválasztása (d).
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1252/#m713kaz_1252 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1252/#m713kaz_1252)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1252/#m713kaz_1252)
2.111. ábra. A teljesítménycsökkenés hatása az elgőzölögtetésre (megváltozott állapot: szaggatott vonal)
Lényegesen eltérő a tüzelési teljesítmény változtatásának hatása is. Míg dobos kazánoknál, az elgőzölgés fix végpontjából adódóan, a tüzelési teljesítmény növelése a gőztermelés és ezzel a gőznyomás növekedésére vezet (2.112. ábra (b)), addig kényszerátáramlású kazánnál a többlet-hőbevezetés, egyéb beavatkozás hiányában, a gőzhőmérséklet növekedését eredményezi (2.112. ábra (a)), a gőznyomás csak az áramlási ellenállás változása miatt módosul.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1256/#m713kaz_1256 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1256/#m713kaz_1256)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1256/#m713kaz_1256)
2.112. ábra. A tüzelési teljesítményváltoztatás hatása
Kényszerátáramlású kazánnál a gőzteljesítmény növelését a tápvízáram növelésével érhetjük el (2.113. ábra (a)). Változatlan hőbevezetésnél a kilépő gőzhőmérséklet csökken. Dobos kazánnál a gőzelvétel növelése egyéb beavatkozás hiányában a dobnyomás, dobvízszint csökkenésével jár (2.113. ábra (b)), a többletgőz forrása a kazánban tárolt kazánvíz, így az alsó határértékek előtt a tüzelési teljesítmény, a tápvízáram növelésével be kell avatkozni, ahogy az a 2.41. ábrán a nagy vízterű kazánra látható. Ezzel szemben a kényszerátáramlású kazán kisebb frissgőzhőmérséklet (és -nyomás) melletti üzemeltetése tartósan is fennmaradhat.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1259/#m713kaz_1259 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1259/#m713kaz_1259)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1259/#m713kaz_1259)
2.113. ábra. A tápvízáram-, a gőzelvétel-változtatás hatása
Meg kell említeni azt is, hogy kényszerátáramlású kazánoknál a zavarások hatására a túlhevítési hőmérséklet általában kevésbé ingadozik, mint a dobos kazánoknál, mivel előbbieknél az elgőzölögtető egy része is túlhevítővé válhat, illetve viszont. Ezzel szemben a dobos kazánoknál a túlhevítő felülete nem változik, így kisebb a túlhevítőben tárolt hőmennyiség.
Részterhelés: A kazánkonstrukciót, a ma általánosnak tekinthető csúszó paraméteres üzemmód mellett is, alapvetően befolyásolja a várható üzemmenet. Miután a liberalizált piaci feltételrendszerben, a megújuló villamos energiát termelők piacra lépési előnye következtében, valamint idővel az erkölcsi kopásból adódóan is, gyakori részterhelésekkel kell számolni, a berendezéseket ezek tartós elviselésére is alkalmassá kell tenni. Ezzel összefüggésben két lényeges konstrukciós kérdést – a fűtőfelületek hűtését (cirkulációját), illetve az „elgőzölögtető” csőrendszer kialakítását – kell külön kiemelni.
A hagyományos kényszerátáramlásnál [2.80], ahol a tűztérhűtő felületekben a tömegáram a terheléssel arányosan csökkent (2.114. ábra, a), a tömegáram-sűrűséget úgy kellett megválasztani (igen nagyra), hogy minden üzemállapotban kielégítő hűtést biztosítson. A kazán üzemviszonyai javíthatók voltak, a névleges terheléshez tartozó tömegáram-sűrűség csökkenthető volt azzal, ha indulásnál, kis részterhelésen (amely szuperkritikus kazánoknál szubkritikus üzemállapotban is történhet) a tűztérhűtő fűtőfelületeken felmelegedett (szubkritikus üzemállapotban részben elgőzölgött) közeget egy indítóedénybe, majd onnan a körfolyamatba vezették (2.114. ábra, b). A jelenleg épülő berendezéseknél a 2.103. ábra kapcsán már említett kombinált (2.114. ábra, c) vagy szuperponált (2.114. ábra, d) keringtetést alkalmaznak. A visszakeringtetendő közeg leválasztása történhet a tűztér végén vagy az utófűtő felületeket határolófalfelületeket képező csőrendszereket követően is.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1264/#m713kaz_1264 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1264/#m713kaz_1264)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1264/#m713kaz_1264)
2.114. ábra. Tömegáram részterhelésen [2.80]
A kialakításnál azt is figyelembe kell venni, hogy a nagy teljesítményű kazánoknak, az aktuális teljesítménytől függően, mind szubkritikus, mind szuperkritikus üzemmódban megbízhatóan kell működniük. Előbbi azt jelenti, hogy esetleg naponta többször is előfordulhat a kétfázisú, egyfázisú „elgőzölögtetés” közötti, ennek során kényszerátáramlásról keringtetéses üzemmódra és viszont történő váltás. Ezek végrehajtása számos zavarral járhat:
-
A váltásban lényeges szerepet játszó nívóedény (2.103. ábrán: leválasztóedény) előtt a közeg a tűztér tisztaságától függően különféle állapotban lehet (2.115. ábra). Tiszta tűztér esetén túlhevített állapot (3), míg nagyon elpiszkolódott tűztér esetén csak nedves állapot (2) várható. Így a folyamat alkalomról alkalomra másképpen mehet végbe.
-
Kényszerátáramlásról keringtetésre történő átállásnál a nívóedény teljesen tele van. Fokozatosan le kell üríteni, ehhez a tápvízáramot csökkenteni kell. Kedvezőtlen esetben gyors vízszintcsökkenés következhet be, ami a kazán kiesésével járhat.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1268/#m713kaz_1268 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1268/#m713kaz_1268)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1268/#m713kaz_1268)
2.115. ábra. Az elgőzölgés végpontja
-
Amennyiben az átállást megelőzően a nívóedénynél a közeg állapota túlhevített volt, azt le kell csökkenteni a telítési értékre. Ez a tápvízáram átmeneti növekedésével jár. A túl nagy közegáram a hőmérséklet-csökkentés gyors végrehajtására hőlökést eredményezhet a nívóedényben, túlhevítőben.
-
A nívóedény utáni elgőzölgési végpont esetén a tápvízáram változtatásának előzőekben bemutatott hatása a gőzhőmérsékletre nem érvényesülhet, mivel a nívóedényből az el nem gőzölgő többletmennyiség leeresztésre kerül.
-
A tüzelési teljesítmény változtatására a tápvízszabályozás késedelemmel reagál, ezért hőmérsékletcsúcsok alakulhatnak ki.
-
A keringtetőszivattyú rossz időpontban történő indítása esetén (kis elgőzölögtető hőfelvételnél) a leválasztóedény teletölthető („megitatható”).
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1271/#m713kaz_1271 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1271/#m713kaz_1271)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1271/#m713kaz_1271)
2.116. ábra. A tömegáram változása az üzemállapot függvényében
Az optimális megoldás kialakítását befolyásolja, hogy a gőzhőmérséklet pontos szabályozásához kényszerátáramlás esetén is szükség van befecskendezésre, így a kazán tápvíz-előmelegítő, elgőzölögtető felületein a közegáramnak csak egy része áramlik át (2.116. ábra). Az ábrán jelölt „Benson-pont” a legkisebb, keringtetés nélküli teljesítményt jelöli, értékét általában a névleges teljesítmény százalékában adják meg.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1274/#m713kaz_1274 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1274/#m713kaz_1274)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1274/#m713kaz_1274)
2.117. ábra. Átállás keringtetésről kényszerátáramlásra és viszont [2.169]
Az előbbi zavarok hatásainak minimalizálására a nívóedény utáni gőzhőmérsékletet (tgőz), a keringtetőszivattyú leállítását követően, tiszta kényszerátáramlású üzemmódban enyhén túlhevített értékre állítják be (2.117. ábra). A tápvízáram szabályozása részben erről a hőmérsékletről történik. A kazán indítása, minimális terhelésről történő felterhelése során az alábbi változások következnek be:
-
A tüzelési teljesítmény növelésével növekszik a gőzfejlődés, a nyomás, a nívóedény utáni hőmérséklet. A nívóedényben a vízszint csökken, a keringtetést a szelep zárásával csökkenteni kell. A megfelelő hűtés érdekében a tápvízáramot is növelni kell.
-
Amennyiben a közegállapot a nívóedény után eléri a telítési állapotot (h = hg) a keringtetés leáll, a szivattyú még egy ideig üzemben marad (1-gyel jelölt állapot).
-
Az entalpia tovább nő (h > hg), nyit a befecskendezés, majd a h = helőírt értékének elérését követően a tápvízáram is növekszik. Ezt követően a tápvízáram szabályozása az elgőzölögtető utáni entalpiáról történik.
Leállásnál:
-
A tüzelési teljesítmény csökkentésével az elgőzölögtető utáni entalpia kisebb lesz az előírtnál, a tápvízáram eléri a keringési minimumot (3-mal jelölt állapot).
-
Az elgőzölögtető utáni entalpia a telítettgőz-entalpia alá csökken, a nívóedényben megjelenik, majd nőni kezd a vízszint, megindul a keringtetés.
A vázolt megoldással az átmenet a két üzemállapot között folyamatos, tetszőleges terhelés tartható, a nagyobb minimális tápvízáram következtében nagyobb átmérőjű, a csavart elgőzölögtető helyett esetlegesen függőleges, belül bordázott csövek is alkalmazhatók, kisebb a csőrendszer nyomásvesztesége, nincs pulzáció, kisebbek a változó üzemállapotokban fellépő hőmérséklet-különbségek.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1281/#m713kaz_1281 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1281/#m713kaz_1281)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1281/#m713kaz_1281)
2.118. ábra. Szuperkritikus kazán üzemállapotai [2.101]
A különféle üzemállapotok közötti váltáskor a szuperkritikus paraméterű kazánoknál, keringtetéses üzemmódban, a szuperkritikus-szubkritikus nyomástartományok közötti váltást, mint azt a 2.118. ábrán a függőlegesen vonalkázott terület mutatja, lehetőleg el kell kerülni. Ugyanis a keringtetés szabályozásához az előbbiek szerint pontos folyadékszint-mérésre van szükség, ugyanakkor közvetlenül a kritikus nyomás alatt a vízállás mérése nagyon bizonytalan, így az átmenet csak nehezen hajtható végre [2.101]. Egy további tiltás szokásos a keringtetőszivattyú-gyártók részéről. A szivattyúk alkalmasak mind szubkritikus folyadék, mind szuperkritikus közeg szállítására, de az átmenet az egyik közegállapotról a másikra mindkét irányban tiltott. Ennek magyarázata, hogy a szivattyúkkal a gőz-folyadék keverék szállítását, illetve esetleges gőzbuborékok képződését, majd összeroppanását (kavitációt) a szivattyúkban mindenképpen el kell kerülni. A gőzfázis megjelenése kavitáció nélkül is veszélyes lehet, mivel a járókerék forgó terében az emiatti esetleges egyenlőtlen eloszlás rezgésre, a szivattyú csapágyazásának gyors meghibásodására vezethet.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1284/#m713kaz_1284 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1284/#m713kaz_1284)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1284/#m713kaz_1284)
2.119. ábra. Csúszó paraméteres teljesítményszabályozás, tápvízszabályozás [2.101]
Az előbbi optimális üzemmódot biztosító szabályozás gyakorlati megvalósítását a 2.119. ábra mutatja [2.101]. A turbina szabályozó szelepeit már keringtetéses üzemmódban csaknem teljesen kinyitják (2.119. ábra (a)). (A néhány százalékos tartalék a finomszabályozáshoz szükséges.) Ezt követően a teljesítményszabályozás a nyomás változtatásával csúszó paraméteres üzemmódban történik.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1287/#m713kaz_1287 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1287/#m713kaz_1287)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1287/#m713kaz_1287)
2.120. ábra. Tápvízszabályozás [2.101]
A tápszabályozás tényleges kialakítását a 2.120. ábra mutatja. A tápvízáram előírt értéke alatt a vízszintszabályozás működik, felette a keringtetés leállását követően, tiszta kényszerátáramlású üzemmódban, a hőmérséklet-szabályozás. Ekkor a keringtetés szabályozatlan, a keringtetőszivattyú leállítására, indítására a mennyiségi tűrések figyelembevételével kerül sor.
Kazánszerkezetek: Európában a modern porszéntüzelésű erőműi kazánok csaknem kivétel nélkül a 2.121. ábrán2 látható toronykazán-kivitelben készülnek [2.82]. Az egyesült államokbeli, japán gyártók – elsősorban lignittől eltérő tüzelőanyagra – kéthuzamú kivitelben is építenek kényszerátáramlású, szuperkritikus berendezéseket.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1292/#m713kaz_1292 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1292/#m713kaz_1292)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1292/#m713kaz_1292)
2.121. ábra. Toronykazán kialakítása [2.82]
A toronykazán-kialakítás előnye az irányelterelés, ezáltal a füstgáz által szállított pernye fal melletti bedúsulásának elmaradása, a kopás miatti meghibásodások számának lényeges csökkenése, másrészt az utófűtő felületek egyenletesebb hőterhelése. A határoló és utófűtő fűtőfelületek az oszlopokra támaszkodó tetőszerkezetre vannak felfüggesztve, így a kazántest lefelé szabadon tágulhat, ami a kazán magasságától függően a 70–80 cm-t is elérheti.
A tűztér méretét, kialakítását a szilárd égési maradványok minimalizálása, a salaklerakódások elkerülése, az NOx-keletkezés megengedett határértékeken belül tartása határozza meg. A jelenlegi konstrukcióknál a tüzelés levegőhiánnyal indul, a kezdeti lassúbb égést – mint azt a 2.76. ábra kapcsán részletesen ismertettük – hosszabb lángúttal (magasabb tűztérrel) egyenlítik ki [2.53]. Ugyanakkor a magasságra a besugárzott és az azt követő túlhevítők csőosztásának lényeges szerepe lehet [2.100]. A kisebb magasság elsősorban az acélszerkezet, füstgázcsatorna, gőz-, tápvízvezetékek, hőszigetelés költségeinél eredményezhet lényeges megtakarítást.
A tűztérhatároló fűtőfelület manapság a berendezések többségénél spirálcsöves kivitelben, a tűztérmérethez, kazánteljesítményhez illesztett méretű, darabszámú, rendszerint uszonyos kazáncsőből készül. Ezzel a megoldással a csövek kialakítása szimmetrikus, minden fűtési zónát érintenek, hőfelvételük egyenletes. Ugyanakkor a spirálcsöves konstrukció bonyolult, drága tartószerkezetet, összeállítást igényel. A kitámasztást, a húzott támasztó-függesztő elemeket a hőfeszültségek minimalizálására a csőfallal együtt szigetelni kell.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1297/#m713kaz_1297 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1297/#m713kaz_1297)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1297/#m713kaz_1297)
2.122. ábra. Tűztéri csőrendszer kialakítása [2.94]
A spirális csőelrendezés csak a tűztérben szokásos, az e feletti, utóhűtő felületek melletti határolófelület függőleges csőelrendezésű. Ennek alapvető oka, hogy az utófelületek csöveit a fűtött téren kívül elhelyezkedő kamrákhoz csatlakoztatni kell. A nagyszámú átvezetés a jól megválasztott osztással elrendezett, függőleges csövezésű oldalfalakon egyszerűen, bevált konstrukciós elemek alkalmazásával megoldható. Míg az osztatlan függőleges csövezést (2.122. ábra) a függőleges kazántest teljes magasságában végig lehetett vezetni, addig a 2.104. ábrán (a) vázolt függőleges csövezésnél vagy ferde csövezésnél a csőrendszert meg kell osztani. Ez a kivezetések, kamrák, csővezetékek miatt jelentős többletköltséggel jár. A 2.122. ábrával kapcsolatban különösen a b) részletet kell megemlíteni, amelynél az alsó részen két egymással sorba kapcsolt, de váltakozva egymás mellé épített csőrendszert alkalmaznak. Az 1-gyel jelölt csőrendszer felső kamrájából külső ejtőcsövekkel vezetik a közeget a 2-vel jelölt csőrendszer alsó kamrájába. A Babcock&Wilcox cég csaknem minden szuperkritikus kazánját ezzel a megoldással építette [2.94]. A csőrendszerbe az elgőzölögtető után beépített fojtószelepekkel csúszó paraméteres üzemmenetet is megvalósíthatnak.
Az Európában szokásos csavart tűztéri csövezésnél az átmenet a függőleges csőelrendezésről (tűztértölcséreknél), illetve függőleges csőelrendezésre (utó-elgőzölögtetőknél) lehetséges közvetlenül, kovácsolt idomdarabokkal (2.123. ábra) [2.103] vagy közbenső kamrákkal. Utóbbinak lehetséges olyan megoldása, amikor az alsó és felső rész csövei azonos kamrába kötnek be (2.122. ábra (d), vagy olyan, amikor a vízleválasztó ciklonok és a nívóedény a csavart csövezésű szakasz után van beépítve (2.122. ábra (e). Nagyobb teljesítményű, szuperkritikus kazánoknál az utóbbi megoldás szokásos, míg az idomdarabokkal történő, közbenső kamrák nélküli átvezetést kisebb teljesítményű berendezéseknél alkalmazzák.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1301/#m713kaz_1301 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1301/#m713kaz_1301)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1301/#m713kaz_1301)
2.123. ábra. Függőleges és ferde csövek összekapcsolása
A különféle konstrukciós megoldások részleteiben a terjedelmi korlátok miatt nem tudunk elmélyedni, ugyanakkor néhány, a berendezések üzemi tulajdonságait is befolyásoló kritikus részletet ismertetünk. A túlhevítők, vízhevítő kialakítására a későbbiekben, a fűtőfelületek részletes tárgyalásánál (2.2.2.6. fejezetben, 2.2.2.7. fejezetben) térünk vissza.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1304/#m713kaz_1304 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1304/#m713kaz_1304)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1304/#m713kaz_1304)
2.124. ábra. Vízleválasztó ciklon
Vízleválasztó, nívóedény: Az elgőzölögtető csövekből kilépő gőz-víz keverék szétválasztása szubkritikus, keringtetéses üzemállapotban a ciklonokban történik. Ezekbe (2.124. ábra) a közeget tangenciális irányban vezetik be, a fázisszétválasztás a centrifugális erő hatására megy végbe. A gőz elvezetése, az edény tetején benyúló merülőcsövön, a túlhevítő első fokozatába történik, amely a csavart csőrendszer után elhelyezett vízleválasztóknál a függőlegesen vezetett felső oldalfali csőrendszer, a kazán tetején elhelyezett vízleválasztóknál a függesztő csőrendszer. A berendezések teljesítményétől függően általában 4–8 vízleválasztót alkalmaznak. Ezekhez, az átkeveredés érdekében, általában két oldalfalról is csatlakoznak bevezető csövek. A ciklonok belső átmérője a kazán teljesítményétől függően 300–500 mm, belső magasságuk eléri a 3–5 métert.
Az egy vagy több nívóedény hasonlóan karcsú kialakítású, 400–500 mm belső átmérő mellett magasságuk meghaladhatja a 30 métert. Az előzőekben már utaltunk arra, hogy a nagy teljesítményű berendezéseknél is gyakori üzemállapot-változásra kell számítani. Erre tekintettel a vízleválasztó ciklonokat, nívóedényeket − a lehető legnagyobb hőmérséklet-változási sebesség elérésére [2.95] − a lehető legkisebb falvastagsággal kell készíteni.
Merevítések: Mint az előzőekben említettük, a kazántest felfüggesztett szerkezetű, ebből adódóan a határolófalaknak önhordó kivitelűnek kell lenni. A függőlegesen vezetett csövek húzottak, az önhordó kialakítás megoldható. (A nagy kazánmagasságok, bandázsokból adódó hajlítófeszültségek mellett ezek méretezése is bonyolult megfontolásokat igényel, amelyeket a későbbiekben, a szilárdsági számításoknál vázolunk.) A csavart csőkígyóknál azonban az egyes csövek az uszonyokon, felhegesztett gátlemezeken keresztül oldalirányú terhelést kapnak, így a csőprofil hajlításra van igénybe véve, benne komplex feszültségállapot alakul ki. Egy 35 mm külső átmérőjű, 5 mm falvastagságú uszonyos csövön 10 N/mm2 keresztirányú terhelés hatására a belső és külső felületen, a kerület mentén ébredő (tangenciális) feszültséget a 2.125. ábra mutatja [2.98]. Az oldalirányú erők hatására a csőprofil torzul, oválissá válik, merevítés hiányában a csőosztás megnő. A csövek terhelése az üzemállapottól is függő nagyságú folyadéktöltet, a tűztértölcsért kitöltő salak, a tűztérfalról esetlegesen vagy tisztítás esetén leszakadó salakdarabok hatására folyamatosan változik, így a profiltorzulás mértéke is változó. Ez a csövek gyors meghibásodására vezethet. Ennek megelőzésére meg kellett oldani a spirális csőrendszer – hőtágulásból adódó elmozdulását megengedő – kazán állványzatra vagy a felső függőleges csőrendszerre történő felfüggesztését.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1309/#m713kaz_1309 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1309/#m713kaz_1309)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1309/#m713kaz_1309)
2.125. ábra. Tangenciális feszültségek ferde uszonyos csövekben [2.98]
Ennek legfontosabb eleme az uszonyokban, gátlemezekben ébredő függőleges irányú erőhatások húzott (például 100 – 20025 – 40° mm2 keresztmetszetű) bandázslemezekbe vagy fésűs kapcsolóelemekbe történő kivezetése (2.126. ábra). Míg az előbbinél az erőbevezetés a gát-, uszonyelemekre hegesztett profilos elemeken keresztül történik, a csövekben járulékos feszültség alig keletkezik, addig az utóbbinál merev szerkezet jön létre. A merevítések hőszigetelése, méretezése különös figyelmet érdemel. Ugyanis a ferdén csövezett membránfal, a belső nyomás, a hőmérséklet-változás, a járulékos terhelések hatására nemcsak a cső hosszirányában és függőlegesen, hanem a csövekre merőlegesen (ferde irányban is) is eltérően változtathatja méretét. Ehhez járul, hogy a fűtött felület és a ráerősített, merevítő szerkezetek között – különösen átmeneti üzemállapotokban – jelentős hőmérséklet-különbségek alakulhatnak ki. Ezek járulékos hőfeszültségekhez vezethetnek, amelyek a berendezések kis ciklusú kifáradás eredményeként létrejövő meghibásodását idézhetik elő. Ennek megelőzése csak a megfelelően megválasztott, fel- és leterhelés során megengedhető hőmérséklet-különbségek betartásával lehetséges.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1312/#m713kaz_1312 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1312/#m713kaz_1312)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1312/#m713kaz_1312)
2.126. ábra. Spirálcsöves elgőzölögtető csősorok merevítése [2.93]
A 2.68. ábrán bemutattuk a függőleges csőrendszereknél szokásos sarokmerevítéseket, a bandázsgerendák felerősítését. Ferde csőrendszereknél a merevítések, bandázstartó sarokelemek felerősítése a húzott bandázslemeznél alkalmazott gátlemezre, illetve uszonyokra hegesztett elemekkel (2.126. ábra) vagy a csövek közé, azokra ráhegesztett tartóelemekkel (2.127. ábra) történhet. A sarokelemek kialakítása egyrészt hasonló a függőleges csőrendszerekéhez, mivel a bandázsgerenda megtámasztása a másik oldalfalon történik, másrészt különbözik attól, mivel a merev, ferde, hajlított csövekből kialakuló sarkok helyi megtámasztására nincs szükség.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1315/#m713kaz_1315 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1315/#m713kaz_1315)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1315/#m713kaz_1315)
2.127. ábra. Spirálcsöves elgőzölögtető felület bandázstartó felerősítése [2.102]
A ferde csőrendszerek feletti függőleges csőrendszereknél külön függőleges, húzott bandázselemeket nem kell alkalmazni. Ezért meg kell oldani az alsó, ferde csőrendszeren ébredő függőleges irányú erőhatások bevezetését a függőleges csőrendszerbe. Erre a gyakorlatban kétféle alapmegoldás terjedt el. Az első megoldásnál (2.128. ábra) a spirális csőrendszer függesztőelemei (1) a felső csőrendszerre hegesztett, fésűs (2) kapcsolólemezekre függeszkednek, jelentős járulékos terhelést eredményezve. A másik megoldásnál (2.123. ábra, 2.129. ábra) tömör fallá összehegeszthető kovácsolt elemekkel, a járulékos terhelést minimalizálva, történik a csatlakoztatás. Megfigyelhető a spirális csőelrendezésről a függőleges csőelrendezésre történő átmenetnél szükséges csőszám- és csőméretváltás (spirális csövek/függőleges csövek száma: a 2.128. ábrán 1:6, a 2.129. ábrán 1:2).
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1318/#m713kaz_1318 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1318/#m713kaz_1318)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1318/#m713kaz_1318)
2.128. ábra. Csavart és függőleges csőrendszer kapcsolata [1]
A csőméretet, csőszámot a ferde, jól fűtött tűztéri szakaszon – mint arra korábban már utaltunk – a kritikus hőterhelés elkerüléséhez különféle üzemállapotokban szükséges tömegáram-sűrűség, a függőleges szakaszon a konvektív felületek elrendezéséhez szükséges optimális csőosztás határozza meg.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1321/#m713kaz_1321 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1321/#m713kaz_1321)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1321/#m713kaz_1321)
2.129. ábra. Spirális és függőleges csőrendszerek összekapcsolása kovácsolt idomdarabbal [1]
Bordás forrcsövek alkalmazása: Az előzőekből látható, hogy miközben a ferde, spirálcsöves csőelrendezés biztosítja a megbízható üzemvitelhez szükséges hűtést, bonyolult konstrukciós részleteket, nagyobb anyag- és gyártási ráfordítást jelent, igényesebb gyártási színvonalat feltételez, így jelentősen drágább (emiatt több, Európán kívüli kazángyártó nem is alkalmazza).
Esetenként – mint azt egy – dél-afrikai kőszénre tervezett – szuperkritikus paraméterű kazánra [2.84] a 2.9. táblázat mutatja – a spirálisan elrendezett csövek átmérőjének, falvastagságának változtatása is elkerülhetetlen a spirálcsövekben szükséges tömegáram-sűrűség értékének biztosítására. (Az Európában tűztéri csöveknél szokásos 6,3 mm maximális forrcső-falvastagságot nem veszik figyelembe.)
2.9. táblázat
|
|
Tölcsér
|
Tűztér alsó rész
|
Tűztér felső rész
|
|
Csőszám (db)
|
436
|
436
|
436
|
|
Csőméret (mm)
|
|||
|
Anyagminőség
|
16 Mo 3
|
13 CrMo 4 4
|
13 CrMo 4 4
|
|
Tömegáram-sűrűség névleges (BMCR3) terhelésen (kg/m2s)
|
2732,8
|
2454,7
|
1920,4
|
|
Tömegáram-sűrűség minimális (40% TMCR) terhelésen (kg/m2s)
|
1061,3
|
953,3
|
745,8
|
Ezért folyamatosan felvetődik a spirális csőrendszer elkerülésének lehetősége. Az egyenértékű vagy jobb megoldást a belül bordás csövek alkalmazása jelentheti. A sima kazáncsövet belül bordás csővel helyettesítve, az elfogadható felső-alsó alkotó közötti hőmérséklet-különbség biztosításához szükséges tömegáram-sűrűség 7–800 kg/m2s értékről 300 kg/m2s értékre mérsékelhető [2.77]. Ugyanis a bordás csövek alkalmazásával – mint azt a 3.3.8. fejezetben részletesen ismertetjük – lényegesen csökken a cseppelragadás, javul a hőátadási tényező, így a névleges terheléshez tartozó tömegáram-sűrűség értéke csökkenthető.
Végeredményben: a fűtőfelület névleges terhelés melletti nyomásvesztesége ~40%-kal csökken, a csőbeli perdület (átkeveredés) következtében kisebbek lesznek a fűtött-fűtetlen alkotó közötti hőmérséklet-különbségek, a minimális terhelés 35%-ról 20%-ra csökkenhet, csökkenthető az indítórendszer mérete, esetleg elhagyható a keringtetőszivattyú, a napi indítás-leállítás helyett 20%-os minimális üzem folytatható. Így, a csavart csőelrendezés helyett, a tűztérben is függőleges csőelrendezés alkalmazható. Ez esetben pedig a függőlegesen felfelé átáramlott csövekben érvényesülhet a természetes cirkuláció kiegyenlítő hatása: a gyengébben fűtött csövekhez képest jobban fűtött csövekben kialakuló sűrűségkülönbség többlet- közegáramlást eredményez a gyengébben fűtött csövek rovására. Végeredményben az eltérő fűtés eltérő csövenkénti áramlást, de közel azonos felmelegedést idéz elő. A bordás csövek célnak megfelelő optimalizálásával az eredmény javítható [2.75].
Az új típusú, függőleges csőelrendezéssel mintegy 3%-kal kisebb beruházási költség, az „elgőzölögtető” csőrendszer nyomásveszteségének jelentős csökkenése (annak ellenére, hogy a bordázott cső kétfázisú veszteségtényezője – mint a 2.130. ábra mutatja – lényegesen, mintegy 4-szer nagyobb [2.76]), a kilépő hőmérsékletek kiegyenlítődése, ~20% minimális terhelés keringtetés nélküli megvalósíthatósága érhető el. (Az ábrán a piros nyilak az 1000 kg/m2s tömegáram-sűrűségnél, 100 bar nyomáson megfigyelt forrás krízis (Dry out) helyét mutatják.)
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_1330/#m713kaz_1330 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_1330/#m713kaz_1330)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_1330/#m713kaz_1330)
2.130. ábra. Sima és belül bordázott (huzagolt) cső jellemzőinek összehasonlítása [2.76]
A megoldással már kísérleti tapasztalatokat is szereztek. Szubkritikus berendezéseknél a tűztér végén elhelyezett kamrából kisméretű leválasztókamrába kivezetett közeg szétválasztásával szuperponált cirkuláció is megvalósítható, amely a hagyományos természetes cirkuláció és a dob – akár rekonstrukcióknál történő – elhagyásával [2.77] ebben a nyomástartományban is jelentős költségmegtakarítást tesz lehetővé.
Az is elképzelhető, hogy nem a teljes csőrendszer készül huzagolt csövekből, hanem csak a kritikus csőszakaszokra építenek be ilyen csöveket. Ezzel elérhető az üzembiztonság javulása, ugyanakkor a cső alkalmazásával együtt járó költségnövekedés szerényebb lesz.
| 1 | A fajhőmaximum (másodlagos fázisváltás) helyére aösszefüggés alapján lehet következtetni [2.81], amely 221,2 bar, 374,15 °C kritikus nyomás, hőmérséklet értékpárra vonatkozik. Időközben az anyagjellemzők pontosításával, a kritikus nyomás és a hőmérséklet értéke is csökkent. Az IAPWS-IF-97 alapján jelenleg elfogadott értékek: 220,64 bar nyomás, 373,946 °C hőmérséklet. |
| 2 | Az ábra a Weisweileri 600 MW-os blokk, 191 bar, 530 °C frissgőz paraméterekkel megvalósított, 1803 t/h teljesítményű kazánját mutatja. |
| 3 | BMCR: Boiler Maximum Continuous Rating, TMCR: Turbine Maximum Continuous Rating. |
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
gomb segítségével választhatsz, hogy fejezetről fejezetre lapozva vagy inkább folyamatosan görgetve olvasnád-e a könyvet.
