Gerse Károly

Kazánok

2., javított kiadás

1.1. Fűtőfelületek, szerepük, hőfelvétel, nyomás befolyása a fűtőfelületek kialakítására

A kazánok feladata a tüzelőanyag elégetésével vagy más módon bevezetett hőmennyiség hőhordozó közeggel történő maximális hasznosítása oly módon, hogy a hőhordozó közeg nyomása, hőmérséklete az alkalmazási célnak megfelelő értéket a mennyiségi igény változásai esetén is folyamatosan érje el.

A legegyszerűbb igény meleg, forró víz vagy telített gőz előállítása. A berendezés gőzfejlesztő esetén a hőhordozó közeg oldaláról nézve egyetlen fűtőfelületből: elgőzölögtetőből – a kezdetlegesebb berendezéseknél kívülről fűtött kazándobból – áll. Ezzel a füstgázokat csak a telítési hőmérséklet közelébe lehet lehűteni, a telített gőz a fogyasztóig tartó csővezeték hővesztesége következtében nedvessé válik, így még kisebb igények esetén is a füstgázok minél jobb lehűtésére megjelent a tápvíz-előmelegítő, az egyenletes gőzminőség biztosítására a túlhevítő mint kiegészítő fűtőfelület.

Az elgőzölögtető teljesítményének növelésére a kazándob fűtése helyett célszerűbb elgőzölögtető fűtőfelületek beépítése. E fűtőfelületek egyik oldalon égéstermékkel, másik oldalon forrásban lévő folyadékkal érintkeznek, és kezdetben kizárólag a folyadék- és gőzfázis közötti sűrűségkülönbséget kihasználó természetes cirkulációval működtek. Erőművek esetén a hatásfok javítása érdekében a túlhevítési hőmérséklet növelésére, ennek széles teljesítménytartományban történő szabályozására a túlhevítő több fokozatra osztására, a gőz újrahevítésének alkalmazásával újrahevítő fűtőfelületek beépítésére is szükség van (1.1. ábra). Miután a tápvíz-előmelegítő is csak a füstgázok belépő tápvíz-hőmérsékletig történő lehűtését teszi lehetővé, a további lehűtés (jobb kazánhatásfok) érdekében a tüzelőanyag elégetéséhez szükséges, környezeti hőmérsékletű levegővel hűtött léghevítő egészíti ki a fűtőfelületeket.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m713kaz_39/#m713kaz_39 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m713kaz_39/#m713kaz_39)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m713kaz_39/#m713kaz_39)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

1.1. ábra. Gőzkazán fűtőfelületei

Az előbbi felosztás mellett a füstgázoldali hőátadás jellegének figyelembevételével is szokásos a hőátadó felületek megkülönböztetése. Eszerint azokat a felületeket, amelyeken a domináns hőátadási mód a sugárzásos hőcsere, besugárzott, és azokat, amelyeknél a konvektív hőcsere a domináns, konvektív fűtőfelületeknek nevezzük.

Az egyes felülettípusokon átadandó hőmennyiség, így a felülettípus nagysága, elhelyezkedése a kazán paramétereitől (egységnyi tömegáramra vetítve elsősorban a nyomástól, hőmérséklettől), az alkalmazott tüzelőanyagtól, a fűtőközegtől függ (1.2. ábra). Kisebb nyomáson a kazán döntően elgőzölögtető (E) felületből áll, a nyomás növelésével az elgőzölögtető felület hőfelvétele egyre jobban csökken, a jelenlegi erőmű-paraméterek mellett a hőfelvételt elsősorban a túlhevítés (TH) jellemzi. Ennek a kazánkonstrukcióra gyakorolt hatása a későbbiekben, az egyes kazántípusok ismertetésénél, jól megfigyelhető lesz.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m713kaz_43/#m713kaz_43 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m713kaz_43/#m713kaz_43)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m713kaz_43/#m713kaz_43)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

1.2. ábra. A fűtőfelületek hőfelvétele h–t diagramban

A kazánoknak a felhasználók részére előírt paramétereket (gőzáram, gőznyomás, gőzhőmérséklet stb.) kell szolgáltatni a megrendeléskor meghatározott peremfeltételek (tüzelőanyag, tápvízhőmérséklet, felállítási hely stb.) mellett. A paraméterek közül csak a hőmérséklet és a nyomás eltérő alakulására hívjuk fel a figyelmet. Előbbi a tápszeleptől kezdve növekszik, utóbbi csökken. Ennek lényeges hatása lehet a szerkezeti elemek méretezésére is, mivel a tápvíz-előmelegítő, elgőzölögtető rendszer, a túlhevítők eltérő méretezési nyomásra, hőmérsékletre is készülhetnek.

A nyomás nagyságával összefüggésben hangsúlyozni kell, hogy gőzkazánoknál a fűtőanyaggal a kazánba bevezetett teljesítmény és a gőzzel elvezetett teljesítmény egyensúlya határozza meg: az üzemi nyomás a kazán utáni (gőzfelhasználóktól függő) ellenállás mellett kialakult hőbevezetési-elvezetési egyensúlynak felel meg. Az egyensúlyinál nagyobb tüzelési teljesítmény esetén a nyomás növekszik, nagyobb hőelvezetés esetén csökken. Az üzemi nyomás tápvízutánpótlás nélkül, lezárt tápszelep mellett is kialakulhat. Így, leegyszerűsítve, a tápszivattyú feladata a tápvízutánpótlás adott kazánnyomás ellenében történő biztosítása. Forróvízkazánoknál a nyomást a nyomástartó rendszer állítja be, az előbbi megfontolások a kilépő hőmérséklet alakulására érvényesek.

A kazán szilárdsági méretezésének, hatósági engedélyezésének névleges értékeként meghatározott, a kazán csőrendszerében maximálisan megengedhető nyomás az engedélyezési nyomás. A tényleges üzemi nyomást az üzemben várható nyomásingadozások figyelembevételével néhány (általában max. 5) százalékkal ez alatt állítják be.

A felületek elhelyezését, kialakítását hagyományos kazánoknál alapvetően két szempont határozza meg. Egyrészt a tüzelőanyag elégetéséhez, a füstgázok lerakódásokat, korróziót, kopást minimalizáló lehűtéséhez, elvezetéséhez megfelelő teret, áramlási keresztmetszeteket kell biztosítani, másrészt a berendezés méreteinek, szerkezetianyag-igényének, így tömegének, költségeinek a minimalizálására a lehető legjobb hőátadást kell megvalósítani. A fűtőfelületeken a hőátadás a közismert

összefüggéssel jellemezhető. Javítására a fűtőfelület, a hőátbocsátási tényező vagy a hőleadó, hőfelvevő közegek közötti hőmérséklet-különbség nagyságának növelésével van mód. A hőáramsűrűség (

) növelése ugyanakkor a falhőmérséklet, ezzel a szerkezeti anyagminőség iránti igény, a falvastagság közegállapottól (folyadék, gőz melegítése, elgőzölögtetés) függő növekedéséhez vezet, így a belső hőátadási tényező változását is figyelembe kell venni.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m713kaz_49/#m713kaz_49 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m713kaz_49/#m713kaz_49)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m713kaz_49/#m713kaz_49)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

1.3. ábra. Besugárzott kazán fűtőfelületeinek elrendezése

A részben egymásnak ellentmondó kívánalmak együttes, optimális kielégítésének igénye típusmegoldások kialakulására vezetett, amelytől az egyes konstrukciók csak kevéssé lényeges részletekben térnek el. A legnagyobb hőáramsűrűséggel, döntően sugárzásos hőátadással jellemezhető tűzteret általában elgőzölögtető felületek határolják, mivel az elgőzölgésnél kialakuló nagy hőátadási tényezővel még nagy hőáramsűrűség esetén is olcsóbb szerkezeti anyagokkal uralható falhőmérséklet alakul ki. Ezt (a csőfal-hőmérséklet ↔ fűtőfelület nagyság optimumától függően ellen- vagy egyenáramú elrendezésű) besugárzott, a konvektív túlhevítő, az újrahevítő felületek, a konvektív elgőzölögtető felületek és a tápvíz-előmelegítő, a léghevítő követik (1.3. ábra). Nagyobb nyomások esetén az elgőzölögtető hőfelvétele annyira lecsökken, hogy a teljes elgőzölögtető fűtőfelület elfér a tűztérben, konvektív elgőzölögtető kialakítására nincs szükség, sőt előfordulhat, hogy a tűztérben úgynevezett faltúlhevítőt kell elhelyezni, mivel az elgőzölögtető hőfelvétele önmagában nem biztosítaná a füstgázok kellő lehűtését.

A léghevítőnek a füstgázok minél alacsonyabb hőmérsékletre lehűtésén (ezzel a kazánhatásfok javításán) túlmenően további szerepe is van. Egyrészt a melegebb égési levegő elősegíti a tüzelőanyag gyorsabb felmelegedését a gyulladási hőmérsékletre, így az égési időt csökkentve hozzájárulhat a tüzelési hatásfok javításához, a tűztér méreteinek csökkentéséhez, másrészt a kazán átlagos, füstgázoldali hőmérsékletszintjének megemelésével növeli a

hőmérséklet-különbséget, ezáltal elősegíti a hőátadó felületek méretének csökkenését.

Szuperkritikus (a vízgőz kritikus pontja – jelenlegi ismeretek alapján p > 220,64 bar, ts > 373,946 °C – feletti) paraméterekkel üzemelő kazánoknál a folyadék-gőz fázisváltás hiányzik, így a kazán e fázisváltást kihasználó (természetes cirkulációval működő elgőzölögtető rendszer), illetve pl. fázisszétválasztást szolgáló részei átalakulnak. A változásokra a későbbiekben térünk ki részletesen.

Tartalomjegyzék

Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2020

ISBN: 978 963 454 492 0

Műszaki tudományok BME GPK tankönyvek

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//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero