Gerse Károly

Kazánok

2., javított kiadás


2.2.2.9. Határteljesítmény

Az előzőekből látható, hogy a kazántechnika az utóbbi évtizedekben mind a gőzparamétereket, mind a kazánok teljesítményét és az ezek megvalósításához felhasznált szerkezeti anyagokat, technológiai megoldásokat tekintve jelentősen fejlődött. A főbb mérföldköveket a barnaszén-tüzelésű kazánokra, [2.122] alapján, a 2.175. ábrán külön is bemutatjuk. A paraméterek és az egységteljesítmény növelésének hajtóereje az erőművek versenyképességének, környezeti jellemzőinek javítása. A fejlesztéseket lépésről lépésre, a korábbi berendezéseken szerzett tapasztalatok felhasználásával végezték [2.123, 2.124, 2.125].
 
2.175. ábra. A paraméterek és a szerkezeti anyagok fejlődése [2.122]
 
A paraméterek javítását az alkalmas szerkezeti anyagok fejlesztésének időigénye lassítja. A fejlesztés nemcsak a megfelelő anyagösszetétel megtalálását, hanem a kapcsolódó gyártási, minőségellenőrzési, helyszíni szerelési, üzemeltetési eljárások fejlesztését, az alkalmazási tapasztalatok kiértékelését is jelenti. A folyamatban lévő fejlesztések alapján jelenleg úgy tűnik, hogy a ~700 °C-os gőzhőmérséklet jelentheti a megvalósítható határt. Ellentétes tendenciák is érvényesülnek. Míg Európában a hatásfok maximalizálását, ezzel a környezetszennyezés minimalizálást elsődleges szempontnak tartjuk, addig más régiókban az egyszerűbb, jól bevált és ezért olcsóbb konstrukció élvez előnyt, a környezetszennyezés csökkentése kevésbé fontos szempont.
A bekövetkezett fejlődést látva úgy tűnt, hogy a kazánparaméterekkel ellentétben a kazánok teljesítménynövelésének a tűztér-keresztmetszetek és -magasság növelésével nincs határa. A fajlagos terhelések 2.2.2.2. fejezetbeli képletei alapján belátható, hogy a kazán méretei (az arányok és a fajlagos felületi hőterhelés állandóságát feltételezve) a tűztérbe vezetett hőmennyiség négyzetgyökével arányosak. Így a tűztértérfogat a tűztérbe vezetett hőmennyiség 3/2-ik hatványával változik. Ebből következik, hogy a térfogati hőterhelés a tüzelési teljesítmény –1/2-ik hatványát követi. A keresztmetszeti hőterhelés nem változik. Miután a tüzelőanyag égési időigénye a kazánteljesítménytől nem függ (adott hőmérséklet mellett állandónak tekinthető), a láng a tűzteret a növekvő teljesítménnyel egyre kevésbé tölti ki. A tűztér elsősorban nem égési térként, hanem hőfelvevő felületként funkcionál. Emiatt a gyakorlatban az arányok állandósága nem tartható (2.75. ábra), továbbá a tűztérméretek, a fajlagos terhelések felvételénél egyéb – elsősorban a keveredéssel, a lángok kialakulásával, a primer NOx-csökkentéssel kapcsolatos – szempontokat is figyelembe kell venni.
 
2.17. táblázat [2.56]
 
Olajtüzelés
Kőszéntüzelés
Barnaszéntüzelés
Határolófelületek
1
1
,82
2
,07
Konvektív fűtőfelületek
1
1
,17
2
,42
Összes fűtőfelület
1
1
,29
2
,36
 
2.18. táblázat [2.56]
 
300 MW
600 MW
1200 MW
2400 MW
Tűztér szélessége (m)
12
,48
17
,28
23
,04
30
,72
Tűztér magassága (m)
~52
~68
~100
~150
Kazán magassága (m)
85
103
148
208
Állványzat magassága (m)
91
113
148
222
 
2.19. táblázat [2.56]
 
300 MW
600 MW
1200 MW
2400 MW
Tűztér szélessége (m)
15
,2
20
27
,2
36
,8
Tűztér magassága (m)
~45
~68
~96
~133
Kazán magassága (m)
95
121
167
221
Állványzat magassága (m)
101
134
180
238
 
Az egységteljesítmény növelésének lehetőségét különféle tüzelőanyagokra, a működő, 300–600 MW villamos teljesítményű, toronykazánokkal épített berendezések méreteinek általánosításával vizsgálták [2.56]. A vizsgálatok még az első olajválság (1978) előtt készültek, így az összehasonlításoknál az olajtüzelésű berendezések is szerepelnek. Az eredményekből három adatsort ismertetünk:
  • a fűtőfelületek arányait (2.17. táblázat), amely az egyes tüzelőanyagokkal épített berendezések tömegének, így költségeinek összehasonlítására adhat támpontot,
  • a kőszéntüzelésű kazánok főbb méreteit (2.18. táblázat) és
  • a lignittüzelésű kazánok főbb méreteit (2.19. táblázat).
 
A teljesítménynövelés a méretnövekedés mellett konstrukciós változást is eredményezne. Mintegy 1200 MW teljesítmény felett a tűztér a „hagyományos” spirálcsövezés helyett függőleges csövezéssel készülhetne, a membránfalakból történő kilépésnél a közeg túlhevített lenne. A nagy méretek, függőleges csövezés miatt igen nagy áramlási és hőfelvételi eltérések adódhatnának. A membránfalakat, 1–2 m-enként szakaszolni kellene. A túlhevítőket is mintegy 150 MW-onként párhuzamos ágakra kellene osztani.
A kazánok keresztmetszeti, tűztérmagassági méreteinek növelésével csökken a láng, illetve a füstgázáramlás frekvenciája, akár a kazán határolófelületeinek sajátfrekvencia-értékére (6.1. fejezet). Így a kazán csőrendszere, bandázsszerkezete könnyen lengésbe jöhetne, ami nagyon rövid időn belül meghibásodásokra vezethetne. A legnagyobb gondot azonban a növekvő magassággal növekvő terhelés és a megépíthetőség jelenti. Mint az előzőekben utaltunk rá, a modern kazánok függesztett határolófalakkal készülnek. A határolófelületek tartják a bandázsszerkezetet és az egyéb ráfüggesztett szerkezeti elemeket (túlhevítő és más kamrák, koromfúvók, égők stb.), továbbá a tűztértölcsérbe lehulló salakot is. A legfelső keresztmetszetet terhelő tömeg a több ezer tonnát is meghaladhatja. Olyan csőkeresztmetszetet kellene választani, amely ezt a – tűztéri salakmennyiség és a csövekben a terhelés függvényében kialakuló gőz-víz arány függvényében változó – terhelést a kazán teljes élettartama alatt üzembiztosan elviseli. A terhelés még akkor is jelentős, ha a kazán magassága mentén több síkban (például tölcsér teteje, égők felső síkja, tűztér vége) a terhelések egy részét elmozduló teherátadó elemekkel kivezetik a kazánállványzatba. A méretekkel növekszenek a gyártási, kivitelezési költségek, így elveszhet a nagyobb blokknagyságból adódó előny. Megépíthetőség szempontjából a kivitelezésnél alkalmazható daruk emelőmagassága, teherbírása (például Mammoth, 204 m gémmagasság, 1600 t teherbírás) is korlátot jelent. Ebből következik, hogy a kazánok egységteljesítményének további növelése nem várható. Jelenleg kőszéntüzelésű kazánoknál ~800 MW, barnaszén-tüzelésű kazánoknál 1000–1100 MW jelenti az optimális teljesítménynagyságot.

Kazánok

Tartalomjegyzék


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

Kivonat
fullscreenclose
printsave