MeRSZ online
okoskönyvtár
Több száz tankönyv egy helyen.
Online. Bárhol. Bármikor.
Kazánok
2., javított kiadás
5.2. Sztöchiometriai számítások
A sztöchiometria az égési reakciók során érvényesülő tömeg- és térfogatarányok, fajlagos mennyiségek számításával foglalkozik. A berendezések méretezéséhez az egységnyi mennyiségű tüzelőanyag tökéletes (nem maradnak vissza éghető gázhalmazállapotú égési maradványok) és teljes (nem maradnak vissza éghető szilárd halmazállapotú égési maradványok) eltüzeléséhez bevezetendő oxigén-, levegőmennyiség, a tüzelés eredményeként keletkező száraz- és nedves füstgázmennyiség ismerete szükséges. A számítások szilárd és folyékony tüzelőanyagoknál az előzőek szerinti, tömegszázalékban megadott elemi összetételből, gázhalmazállapotú tüzelőanyagoknál a tüzelőanyagot alkotó vegyületek térfogatszázalékban megadott mennyiségéből indulnak ki.
Szilárd, folyékony tüzelőanyagok: A fajlagos mennyiségek számítása az elemi összetételben előforduló alkotók és az 5.10. táblázatban megadott, adott alkotóra vonatkozó állandók szorzatának összegzése alapján történik (a vesszővel jelzett értékek az egységnyi tömegre vonatkoztatott fajlagos, a 0 indexű értékek a = 1 légfelesleg-tényezőre vonatkozó elméleti értékeket jelölik):
-
Fajlagos elméleti oxigénszükséglet [kg/kg]:
-
Fajlagos elméleti levegőszükséglet [kg/kg]:
-
Teljesen tökéletlen elégéshez szükséges oxigén [kg/kg]:
-
Fajlagos elméleti szén-dioxid-mennyiség [kg/kg]:
-
Fajlagos elméleti kén-dioxid-mennyiség [kg/kg]:
-
Fajlagos elméleti nitrogénmennyiség [kg/kg]:
-
Fajlagos elméleti szárazfüstgáz-mennyiség [kg/kg]:
illetve
-
Fajlagos elméleti vízgőzmennyiség [kg/kg]:
-
Fajlagos elméleti nedves füstgázmennyiség [kg/kg]:
illetve
A hamu gázfázissal távozó, [kg/kg] nagyságú illóanyag-tartalmát szén-dioxidként javasolt figyelembe venni, és az (5.7) képletből kiadódó, égésből származó szén-dioxid-értékhez kell hozzáadni. Így az összegzett érték a hamu illóanyagfázisát is tartalmazza. Amennyiben a értéke ismeretlen, elhanyagolható.
-
Fajlagos oxigénszükséglet [kg/kg]:
-
Fajlagos levegőszükséglet [kg/kg]:
-
Fajlagos száraz füstgázmennyiség [kg/kg]:
-
Fajlagos nedves füstgázmennyiség [kg/kg]:
A füstgáz sűrűsége − a vonatkoztatási hőmérsékleten − az egyes komponensek (szén-dioxid, kén-dioxid, vízgőz, oxigén, nitrogén, pernye, esetleg szén-monoxid) 5.11. táblázatban megadott sűrűsége alapján számítható ki.
A légfelesleggel bekerülő levegőt a levegő (1,293 kg/m3) sűrűségével vagy oxigénként és nitrogénként, a levegőbeli arányuknak megfelelően lehet figyelembe venni. A nedves füstgáz sűrűségére megadotthoz hasonlóan számítható a száraz füstgáz sűrűsége is. A hőtechnikai számítások során szükség van a háromatomú gázok parciális nyomására, a füstgáz porkoncentrációjára, a füstgázelemzések kiértékeléséhez a szén-dioxid, kén-dioxid tökéletes és teljes égéshez tartozó maximális térfogatszázalékos arányára is. Ezek számítása az előbbi fajlagos mennyiségekből a sűrűségek figyelembevételével lehetséges. Fontos kiemelni, hogy a parciális nyomások, koncentrációk számításánál értelemszerűen a pernyetartalom nélküli (hamumentes állapotra számított) fajlagos füstgázmennyiségekből és sűrűségekből kell kiindulni.
A szén-dioxid parciális nyomása [bar]:
A kén-dioxid parciális nyomása [bar]:
A vízgőz parciális nyomása [bar]:
A füstgáz porkoncentrációja [kg/m3]:
ahol
A maximális koncentráció számítása száraz füstgázra vonatkoztatva történik, miután a füstgázelemző készülékekben a nedvességet, a koncentrációmérést megelőzően, leválasztják.
A szén-dioxid maximális koncentrációja a füstgázban [%]:
A kén-dioxid maximális koncentrációja a füstgázban [%]:
Az egyes tüzelőanyagfajtákra jellemző értékeket [5.3] alapján az 5.2. ábra mutatja. A hagyományos, elnyeletéses elven működő (külön hitelesítést nem igénylő) füstgázelemző (például Orsat) készülékeknél a szén-dioxid és a kén-dioxid nem különíthető el, ezért kéntartalmú tüzelőanyagoknál a légfelesleg-tényező megállapításához a gyakorlatban az
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_3456/#m713kaz_3456 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_3456/#m713kaz_3456)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_3456/#m713kaz_3456)
5.2. ábra. Az egyes tüzelőanyagokra jellemző CO2 max értékek [5.3]
kifejezéssel, az egyes alkotók sűrűségének figyelembevételével történhet. Ezt követően a fajlagos jellemzők meghatározása a szilárd tüzelőanyagokéval teljesen azonos módon, az előbbi képletek és az 5.11. táblázatban megadott állandók felhasználásával végezhető.
5.11. táblázat
|
|
[1.8]
|
|||||||||
|
|
kg/m3
|
|
kJ/kg
|
|||||||
|
CH4
|
0,718
|
3,989
|
17,231
|
2,743
|
|
13,242
|
15,985
|
2,246
|
18,231
|
50013
|
|
C2H6
|
1,355
|
3,725
|
16,088
|
2,927
|
|
12,363
|
15,291
|
1,797
|
17,088
|
47147
|
|
C3H8
|
1,913
|
3,628
|
15,672
|
2,994
|
|
12,044
|
15,038
|
1,634
|
16,672
|
46354
|
|
C4H10
|
2,708
|
3,578
|
15,457
|
3,029
|
|
11,878
|
14,907
|
1,550
|
16,457
|
45715
|
|
CmHn
|
2,503
|
3,422
|
14,781
|
3,138
|
|
11,359
|
14,497
|
1,284
|
15,781
|
45781
|
|
CO
|
1,251
|
0,571
|
2,467
|
1,571
|
|
1,896
|
3,467
|
|
3,467
|
10103
|
|
H2
|
0,090
|
7,937
|
34,283
|
|
|
26,346
|
26,346
|
8,937
|
35,283
|
119971
|
|
CO2
|
1,977
|
|
|
1,000
|
|
|
1,000
|
|
1,000
|
|
|
N2
|
1,250
|
|
|
|
|
1,000
|
1,000
|
|
1,000
|
|
|
O2
|
1,429
|
–1,000
|
–4,319
|
|
|
–3,319
|
–3,319
|
|
–3,319
|
|
|
H2S
|
1,536
|
1,408
|
6,083
|
|
1,880
|
4,675
|
6,555
|
1,408
|
7,083
|
15209
|
|
H2O
|
0,804
|
|
|
|
|
|
|
1,000
|
1,000
|
|
|
SO2
|
2,856
|
|
|
|
1,000
|
|
1,000
|
|
1,000
|
|
illetve
az egyes [kg/s] tüzelőanyag-áramok alapján lehetséges. Ily módon az egyes tüzelőanyag-áramok, ezzel az arányok változása jól követhető. A számítás tömeg- és térfogatszázalékban megadott összetételű tüzelőanyagok egyidejű tüzelésére is alkalmazható. Homogén összetétel megadása esetén az egyidejű tüzelés jellemzőinek számítása a tüzelőanyag-„keverék” elemi összetételének az egyes komponensek elemi, molekulaanalíziséből végzett meghatározása alapján is lehetséges. A keverék komponensei:
-
tömegszázalékos összetételre:
-
térfogatszázalékos összetételre:
Jellemző értékek. A fajlagos jellemzők meghatározására vonatkozó előbbi számításokat elvégeztük az 5.1. fejezetben megadott tüzelőanyag-féleségekre. Az 5.12. táblázatban, az 5.13. táblázatban és az 5.14. táblázatban a fajlagos elméleti levegőszükségletet, a fajlagos elméleti száraz- és nedves füstgázmennyiséget, a = 1,15 (szeneknél), = 1,2 (biomassza-féleségeknél), illetve = 1,05 (folyékony és gázhalmazállapotú tüzelőanyagoknál) légfelesleg-tényezővel számított fajlagos füstgázmennyiséget, a háromatomú gázok légköri nyomásra ( = 1,01325 bar) számított parciális nyomását, a füstgáz maximális hamutartalmát ( = 0,15 értékű salakbekötési – (1.11) képlet − tényezővel), értékét és sűrűségét (15 °C-on) tüntettük fel. Az 5.12. táblázatban megadott száraz- és nedves füstgázmennyiségek a tüzelőanyagok füstgázzal szállított hamutartalmát nem tartalmazzák.
5.12. táblázat. Szilárd tüzelőanyagok
|
|
||||||||||
|
kg/kg
|
bar
|
g/m3
|
%
|
kg/m3
|
||||||
|
Antracit, Donyeck
|
10,262
|
11,017
|
11,212
|
12,751
|
0,193
|
0,002
|
0,031
|
5
|
19,99
|
1,382
|
|
Antracit, Ruhr
|
10,779
|
11,381
|
11,726
|
13,343
|
0,180
|
0,002
|
0,052
|
5
|
18,99
|
1,362
|
|
Magerkohle, Franciaország
|
10,424
|
11,059
|
11,364
|
12,927
|
0,182
|
0,001
|
0,051
|
6
|
19,18
|
1,363
|
|
Fettkohle,
Dél-Afrika
|
8,449
|
8,917
|
9,299
|
10,567
|
0,170
|
0,002
|
0,081
|
18
|
18,58
|
1,342
|
|
Gaskohle, Queensland
|
9,956
|
10,465
|
10,888
|
12,381
|
0,172
|
0,001
|
0,074
|
7
|
18,50
|
1,345
|
|
Gaskohle, Lengyelország
|
8,885
|
9,350
|
9,763
|
11,095
|
0,171
|
0,002
|
0,079
|
14
|
18,56
|
1,343
|
|
Gasflammkohle,
Skócia
|
8,820
|
9,309
|
9,774
|
11,097
|
0,169
|
0,001
|
0,092
|
5
|
18,57
|
1,336
|
|
Pécsi iszapszén
|
4,563
|
4,788
|
5,201
|
5,886
|
0,157
|
0,006
|
0,135
|
78
|
18,40
|
1,312
|
|
Pécsi „A” akna II.
|
4,123
|
4,357
|
4,578
|
5,196
|
0,166
|
0,009
|
0,090
|
136
|
18,61
|
1,341
|
|
Oroszlányi nyers akna II.
|
3,821
|
4,099
|
4,378
|
4,952
|
0,156
|
0,013
|
0,133
|
113
|
18,71
|
1,319
|
|
Ajkai tört akna II.
|
3,830
|
4,213
|
4,504
|
5,078
|
0,163
|
0,010
|
0,147
|
81
|
19,65
|
1,315
|
|
Lignit, Hambach
|
2,993
|
3,310
|
3,866
|
4,315
|
0,147
|
0,001
|
0,266
|
35
|
19,94
|
1,243
|
|
Lignit, Visonta
|
2,727
|
2,972
|
3,511
|
3,920
|
0,139
|
0,004
|
0,272
|
65
|
19,27
|
1,238
|
|
Lignit, Visonta
|
2,638
|
2,870
|
3,410
|
3,806
|
0,134
|
0,007
|
0,281
|
70
|
19,04
|
1,232
|
|
Lignit, Bükkábrány
|
2,909
|
3,203
|
3,732
|
4,168
|
0,139
|
0,010
|
0,263
|
50
|
19,43
|
1,246
|
|
Tőzeg, Finnország
|
3,253
|
3,584
|
4,217
|
4,705
|
0,138
|
0,001
|
0,284
|
9
|
19,13
|
1,228
|
|
Kőszénkoksz
|
9,872
|
10,713
|
10,782
|
12,263
|
0,205
|
0,001
|
0,010
|
10
|
20,66
|
1,398
|
|
Barnaszénkoksz
|
9,530
|
10,342
|
10,440
|
11,870
|
0,203
|
0,001
|
0,016
|
10
|
20,67
|
1,395
|
|
Kőszén brikett
|
10,539
|
11,097
|
11,442
|
13,023
|
0,179
|
0,001
|
0,052
|
10
|
18,87
|
1,361
|
|
Lignitbrikett
|
6,475
|
7,077
|
7,402
|
8,374
|
0,173
|
0,001
|
0,116
|
11
|
19,53
|
1,328
|
|
Bükkfa
|
4,505
|
5,186
|
5,497
|
6,173
|
0,164
|
0,000
|
0,191
|
2
|
20,21
|
1,288
|
|
Fenyőfa
|
4,791
|
5,495
|
5,785
|
6,504
|
0,168
|
0,000
|
0,176
|
1
|
20,27
|
1,297
|
|
Nyárfa
|
4,921
|
5,653
|
5,909
|
6,647
|
0,170
|
0,000
|
0,168
|
2
|
20,27
|
1,302
|
|
Bükk-kéreg
|
3,964
|
4,498
|
4,936
|
5,531
|
0,155
|
0,000
|
0,225
|
6
|
19,85
|
1,266
|
|
Búzaszalma
|
4,672
|
5,408
|
5,629
|
6,329
|
0,170
|
0,000
|
0,170
|
8
|
20,37
|
1,301
|
|
Bagassz
|
2,827
|
3,229
|
3,814
|
4,238
|
0,136
|
0,000
|
0,318
|
3
|
19,75
|
1,211
|
|
Papír
|
4,175
|
4,937
|
5,028
|
5,655
|
0,184
|
0,000
|
0,146
|
33
|
21,39
|
1,322
|
|
Kukoricaszár
|
4,997
|
5,729
|
5,909
|
6,659
|
0,170
|
0,000
|
0,152
|
17
|
19,95
|
1,310
|
|
Miscanthus
|
5,208
|
5,986
|
6,169
|
6,950
|
0,170
|
0,000
|
0,155
|
7
|
20,00
|
1,308
|
|
Városi szemét
|
3,589
|
3,989
|
4,428
|
4,966
|
0,147
|
0,000
|
0,230
|
39
|
19,04
|
1,258
|
5.13. táblázat. Folyékony tüzelőanyagok
|
|
||||||||||
|
kg/kg
|
bar
|
g/m3
|
%
|
kg/m3
|
||||||
|
Fűtőolaj
|
13,366
|
13,357
|
14,356
|
16,361
|
0,141
|
0,001
|
0,116
|
0
|
15,91
|
1,305
|
|
Tüzelőolaj
|
14,415
|
14,248
|
15,415
|
17,577
|
0,135
|
0,000
|
0,124
|
0
|
15,34
|
1,296
|
|
Gázolaj
|
14,512
|
14,309
|
15,512
|
17,689
|
0,133
|
0,000
|
0,127
|
0
|
15,19
|
1,293
|
|
Benzin
|
14,703
|
14,448
|
15,703
|
17,909
|
0,131
|
0,000
|
0,130
|
0
|
15,01
|
1,290
|
|
Metil-alkohol
|
6,470
|
6,845
|
7,470
|
8,441
|
0,115
|
0,000
|
0,234
|
0
|
14,90
|
1,233
|
|
Black liquor
|
2,999
|
3,255
|
3,667
|
4,117
|
0,145
|
0,002
|
0,226
|
97
|
18,72
|
1,260
|
|
Orimulsion 400
|
9,510
|
9,573
|
10,510
|
11,936
|
0,138
|
0,004
|
0,145
|
0
|
16,29
|
1,293
|
5.14. táblázat. Gáznemű tüzelőanyagok
|
|
||||||||
|
kg/kg
|
bar
|
%
|
kg/m3
|
|||||
|
Földgáz I.
|
16,339
|
15,223
|
17,339
|
18,156
|
0,103
|
0,206
|
11,69
|
1,237
|
|
Földgáz II.
|
15,360
|
14,410
|
16,360
|
17,128
|
0,106
|
0,201
|
12,05
|
1,241
|
|
Földgáz III.
|
15,317
|
14,378
|
16,317
|
17,083
|
0,105
|
0,201
|
12,00
|
1,241
|
|
Földgáz IV.
|
2,876
|
3,513
|
3,876
|
4,020
|
0,243
|
0,171
|
26,77
|
1,348
|
|
Kamragáz I.
|
14,198
|
12,919
|
15,198
|
15,908
|
0,086
|
0,249
|
10,21
|
1,209
|
|
Kamragáz II.
|
12,873
|
11,913
|
13,873
|
14,517
|
0,093
|
0,237
|
10,94
|
1,219
|
|
Városi gáz (földgázbontásból)
|
8,770
|
8,479
|
9,770
|
10,209
|
0,105
|
0,223
|
12,07
|
1,232
|
|
Generátorgáz (barnaszénből)
|
1,378
|
2,231
|
2,378
|
2,447
|
0,179
|
0,108
|
19,02
|
1,331
|
|
Generátorgáz (kőszénből)
|
1,336
|
2,218
|
2,336
|
2,403
|
0,181
|
0,089
|
18,99
|
1,342
|
|
Gáz, fluidágyas (kőszén) gázosítóból
|
1,567
|
2,409
|
2,567
|
2,646
|
0,173
|
0,108
|
18,38
|
1,328
|
|
Kohógáz I.
|
0,742
|
1,691
|
1,742
|
1,779
|
0,244
|
0,020
|
25,06
|
1,404
|
|
Kohógáz II.
|
0,612
|
1,576
|
1,612
|
1,643
|
0,259
|
0,018
|
26,38
|
1,420
|
Közelítő összefüggések: Az üzemvitel, folyamatellenőrzés során gyakran nem áll rendelkezésre az elemi összetétel. Ilyen esetben a fajlagos mennyiségek fűtőérték függvényében történő meghatározására közelítő összefüggések használhatók ([1], [2], [5], [1.6], [5.4]). Ezek tényleges pontossága attól függ, hogy a felhasznált tüzelőanyag mennyire hasonlít az összefüggések felállításánál alapul vett tüzelőanyagokra. A legkedvezőbbnek a saját tüzelőanyagra rendszeresen végzett mintavételek, elemzések alapján felállított, „saját” közelítő függvények alkalmazása tűnik.
5.15. táblázat
|
|
a1
|
b1
|
a2
|
b2
|
a3
|
b3
|
|
Középnehéz fűtőolaj
|
2,354
|
0,01847
|
–2,006
|
0,07647
|
2,500
|
0,2652
|
|
Földgáz
|
0,5516
|
0,04463
|
–0,0784
|
0,04806
|
0,3502
|
0,4181
|
|
Oroszlányi szén
|
0,2483
|
0,0862
|
0,037
|
0,03333
|
1,0502
|
0,02857
|
|
Mátrai lignit
|
0,1336
|
0,0960
|
1,100
|
0,03636
|
0,4705
|
0,3300
|
A közelítő függvények szokásos alakja:
A hazai erőművekben felhasznált néhány tüzelőanyagra az állandókat az 5.15. táblázat tartalmazza (a fűtőértéket MJ/kg egységben kell a képletekbe behelyettesíteni).
-
szilárd tüzelőanyagokra [1]:
-
folyékony tüzelőanyagokra [1]:
-
földgázra [5]
A légfelesleg-tényező nagysága: A legjobb hatásfokú tüzeléshez szükséges légfelesleg-tényező nagysága a tüzelőanyagtól, a tüzelési módtól függ, és a tüzelőberendezésben a folyamat igényeitől függően is változhat.
|
Széntüzelés vándorrostélyon:
|
1,25–1,35
|
|
Szénportüzelés:
|
1,15–1,20
|
|
Olajtüzelés:
|
1,03–1,15
|
|
Gáztüzelés:
|
1,03–1,15
|
|
Biomassza-tüzelés:
|
1,20–1,25
|
|
Hulladéktüzelés:
|
1,60–2,00
|
A nitrogén-oxid-kibocsátás tüzeléstechnikai eszközökkel történő csökkentésére a tűztérben, helyileg lényegesen kisebb légfelesleg-tényezőket is alkalmazhatnak, mint azt a 2.76. ábra mutatja. A légfelesleg-tényező a kazán kialakításától függően az áramlás irányában levegőbetörés, léghevítőn történő átszökés, esetleg füstgáz-recirkuláció következtében növekedhet. Így a számítások elvégzéséhez a közeg-mennyiségeket a légfelesleg-tényező várható, illetve tényleges változásának figyelembevételével kell meghatározni.
Fűtőértékek számítása: A fűtőérték [kJ/kg] a tüzelőanyag elemi vagy molekula-összetétele alapján elméletileg számítható. Az irodalomban több összefüggés található. Hazai gyakorlatban szilárd és folyékony tüzelőanyagokra a
kifejezés alkalmazása terjedt el. Az [1] irodalom Boie alapján szilárd és folyékony tüzelőanyagokra:
összefüggést ismertet, amely szélesebb tartományban, ±2% tűrésen belül ad értékeket.
Az előbbi, illetve az irodalomban megtalálható más, hasonló képletekkel számított értékek a kalorimetrálással meghatározott értékektől lényegesen eltérhetnek. Ezért szilárd és folyékony tüzelőanyagoknál lehetőleg mindig a kalorimetrált értékeket kell figyelembe venni. A gázoknál, a tüzelőanyagot alkotó vegyületek és arányuk ismeretében, az 5.11. táblázat utolsó oszlopában megadott fűtőértékek [1.8] alapján meghatározott keverék fűtőérték pontossága elfogadható.
összefüggéssel számítható [1]. Nagyobb hamutartalmú szeneknél a tüzelőanyag hamutartalmának izotópos mérése alapján alkalmaznak közelítő statisztikai összefüggéseket a fűtőérték változásának folyamatos követésére. Az összefüggéseket kellő számú minta kalorimetrálása alapján határozzák meg.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_3513/#m713kaz_3513 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_3513/#m713kaz_3513)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_3513/#m713kaz_3513)
5.3. ábra. A működési tartomány jellemzői
A fűtőérték megengedett változási tartománya: A berendezések tervezésénél a segédberendezések kiválasztásához, az üzembiztos, stabil, lerakódásmentes működéshez a számításokat a teljes fűtőérték- (nedvesség-, hamutartalom) tartományra (5.3. ábra) el kell végezni. Nagyobb ingadozásokra elsősorban lignittüzelésnél kell számítani: 6,7 MJ/kg névleges fűtőértékhez például 6,3–8,5 MJ/kg sávszélességet adnak meg. Kis fűtőértékeknél a névleges teljesítmény elérhetősége, a segédberendezések teljesítménye, a gyulladás, a lángstabilitás, a túlhevítő hőmérséklet-szabályozása, nagyobb fűtőértéknél elsősorban a salakosodás, elrakódás jelenthet gondot.
Füstgáz-recirkuláció: A túlhevítőkkel összefüggésben (a 2.2.2.6. fejezetben) említést tettünk a füstgáz-visszakeringtetésről. A gyakorlatban ennek két megoldása szokásos (5.4. ábra). Az égési zóna alá (a tűztér aljára) történő visszakeringtetésnél a visszavezetett füstgáz oxigéntartalma részt vesz az égési folyamatokban, a tűztér felső részébe (az égési zóna fölé) történő visszakeverésnél erre nincs lehetőség. A mennyiségi viszonyok, a füstgázösszetétel azonban mindkét esetben lényegesen megváltoznak. A következőkben [5.11] alapján e változásokat mutatom be.
Visszakeringtetés a tűztér aljára: A visszavezetés (5.4. ábra (a)) következtében a frisslevegő-mennyiség csökkenhet. Ugyanis a visszavezetett füstgáz levegőtartalma:
ahol
A keletkező füstgáz a friss égéstermékből és a visszavezetett füstgáz égéstermék részéből tevődik össze (a tűztér és a visszavezetés közötti levegőbetörés membránfalas kazánkialakításnál elhanyagolható).
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_3524/#m713kaz_3524 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_3524/#m713kaz_3524)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_3524/#m713kaz_3524)
5.4. ábra. Füstgáz-visszakeringtetés
A visszakeringtetés indításánál
friss égéstermék:
visszakeringtetett mennyiség:
az első fordulat végén összesen:
A második fordulat végén
friss égéstermék:
visszakeringtetett mennyiség:
összesen:
n számú körülfordulás után összesen:
Végtelen számú körülfordulás után:
A kazánból távozó füstgázmennyiség:
A visszakeringtetett mennyiség:
A füstgáz alkotóinak változása:
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_3552/#m713kaz_3552 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_3552/#m713kaz_3552)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_3552/#m713kaz_3552)
5.5. ábra. A tűztér aljára történő füstgáz-visszakeringtetés hatása [5.11]
A háromatomú gázok parciális nyomása:
alakú képlettel határozható meg, ahol [kg/m3] a módosult összetételnek megfelelő füstgázsűrűség. A nedves füstgázmennyiség helyett a szárazfüstgáz-mennyiséget helyettesítve és a nyomást elhagyva, ezen összefüggés használható a szén-dioxid maximális koncentrációjának kiszámítására is. Néhány jellemző mennyiség változását a recirkuláció függvényében, hazai barnaszén-tüzelésű kazán esetén, az 5.5. ábra mutatja. Megfigyelhető, hogy a füstgázáram és a léghevítőn átvezetett levegőmennyiség nagyobb arányú változása mellett a füstgáz összetétele csak szerényebb mértékben változik: a szén-dioxid (és kén-dioxid) koncentrációja nő, a füstgáz pernyetartalma a kihullás miatt csökken.
Visszakeringtetés a tűztér felső részébe: A visszavezetés (5.4. ábra (b)) következtében a füstgáz-tömegáram növekszik. A keletkezett égéstermék mennyisége:
A kazánból távozó füstgázmennyiség:
A visszakeringtetett mennyiség:
A füstgáz alkotóinak változása:
A háromatomú gázok parciális nyomása
a tűztérből távozó füstgázban:
a kazánból távozó füstgázban:
ahol a módosult összetételnek megfelelő füstgázsűrűség. A nedves füstgázmennyiség helyett száraz füstgázmennyiséget helyettesítve és a nyomást elhagyva ezen összefüggés használható a szén-dioxid maximális koncentrációjának kiszámítására is. Ismételten kiemeljük, hogy a parciális nyomások, koncentrációk számítása füstgáz-recirkuláció esetén is a hamumentes állapotra számított füstgázmennyiségekkel és sűrűségekkel végzendő.
Gázturbina-kipufogógázok, a póttüzelés hatása: A gázturbinákban a légfelesleg-tényezőt a turbinalapátok előtt megengedhető lánghőmérséklet határozza meg. Értéke a turbinateljesítmény függvényében nagymértékben is változhat. Emiatt a gázturbina-hőhasznosító kazánoknál a belépő füstgázösszetétel meghatározása nem az előbbi sztöchiometriai számítások alapján történik, hanem a gázturbina szállítója által megadott kipufogógáz-összetételt kell figyelembe venni. Az összetétel megadása a teljesítmény függvényében térfogat- () vagy tömegszázalékos () formában történik a jellemző pontokra. A szokásos komponensek:
Ezek mellett megadásra kerül a kipufogógáz adott teljesítményhez tartozó tömegárama is.
A kipufogógázban lévő egyéb alkotókat (nemesgázok, esetleg kén-dioxid), szennyezőanyagokat (nitrogén-oxidok, korom, portartalom) a sztöchiometriai számításoknál általában külön nem veszik figyelembe, a kompresszor által beszívott levegőből átkerült nemesgázokat a nitrogéntartalomhoz adják hozzá. Amennyiben nincs póttüzelés, a füstgázban lévő alkotók parciális nyomásának számítása az (5.19), (5.21) képletekkel történhet. Ehhez a füstgáz sűrűsége az (5.18) összefüggéssel számítható.
Póttüzelés esetén a megváltozott összetételt a bevezetett tüzelőanyag tömegáramának, összetételének felhasználásával lehet meghatározni. Első lépésben a felhasznált tüzelőanyag elemi vagy molekula-összetétele alapján az (5.3), (5.7), (5.9), (5.11) összefüggésekből a fajlagos mennyiségek számíthatók. Ezt követően a
típusú összefüggésekkel kiszámítható az egyes komponensek tömegárama. Az előbbi képletben
|
fajlagos szén-dioxid-tartalom a kipufogógázban [kg/kg], térfogatszázalékban megadott kipufogógáz-összetétel esetén az (5.25) összefüggésből számítható,
|
|
|
fajlagos vízgőztartalom a kipufogógázban [kg/kg],
|
|
|
fajlagos nitrogéntartalom a kipufogógázban [kg/kg],
|
|
|
fajlagos oxigéntartalom a kipufogógázban [kg/kg],
|
|
|
a hőhasznosító kazánba belépő kipufogógáz tömegárama [kg/s],
|
|
|
a póttüzelésnél felhasznált tüzelőanyagból keletkező fajlagos szén-dioxid-mennyiség [kg/kg],
|
|
|
a póttüzelésnél felhasznált tüzelőanyagból keletkező fajlagos vízgőzmennyiség [kg/kg],
|
|
|
a póttüzelésnél felhasznált tüzelőanyagból keletkező fajlagos nitrogénmennyiség [kg/kg], a számításához csak a tüzelőanyag nitrogéntartalma vehető figyelembe,
|
|
|
a póttüzelésnél felhasznált tüzelőanyag eltüzeléséhez szükséges, kipufogógázból elhasznált oxigénmennyiség [kg/kg],
|
|
|
a póttüzeléshez felhasznált tüzelőanyag tömegárama [kg/s].
|
Az esetben, ha a póttüzelés nem a kipufogógáz oxigéntartalmának felhasználásával, hanem friss levegővel történik, a póttüzelésnél felhasznált tüzelőanyagból keletkező nitrogénmennyiség számításánál a friss levegőből visszamaradt nitrogéntartalmat is figyelembe kell venni, az oxigénre vonatkozó előbbi (5.61/c) képletben pedig a második tag előtti előjelet meg kell fordítani, mivel a légfelesleggel bevezetett friss levegőből visszamaradt oxigén növeli a tömegáramot.
A keverék fajlagos összetételét az előbbi, komponensenkénti tömegáramok és a póttüzeléshez bevezetett tüzelőanyag tömegáramával megnövekedett füstgáz-tömegáram hányadosaként lehet kiszámítani. Friss levegővel végzett póttüzelés esetén a bevezetett levegő ((5.15) képlettel számítható) fajlagos mennyiségét is figyelembe kell venni.
illetve friss levegő bevezetése estén
Közvetett (száraz) kéntelenítés: Több kazánnál alkalmazzák a szénhez adagolt mészkővel (CaCO3), mész-hidráttal (Ca(OH)2) vagy kalcium-oxiddal (CaO) történő kéntelenítést a tüzelőanyag kéntartalmából keletkező kén-dioxid kalcium-szulfát (CaSO4) formájában történő megkötésére. A tűztérbe bevezetett kalciumtartalmú anyagok megváltoztatják a tűztér hőmérlegét, a füstgáz összetételét, növelik a tüzeléshez szükséges oxigénigényt, a keletkező gázhalmazállapotú és szilárd égéstermékek mennyiségét, mivel [5.16]:
-
A tüzelőanyag [kg/kg] kéntartalmából keletkezett kén-dioxid a bevezetett vagy az előbbi folyamatok eredményeként keletkezett kalcium-oxiddal és az égési levegő oxigénjével = 15672,7 kJ/kgkén hőfejlődés mellett reakcióba lép, melynek eredményeként 1,998 kg/kg értékkel csökken a füstgáz kén-dioxid-tartalma, a pernye mennyisége pedig 4,2463 kg/kg értékkel nő. A reakcióhoz 0,499 kg/kg többletoxigénre van szükség.
A gyakorlatban a kéntelenítés elfogadható (szulfáttá átalakult kén/összes kén) hatásfokkal történő lefolyásához kalciumfeleslegre van szükség, amelyet (tűztérbe bevezetett kalcium/sztöchiometriai egyenletekből számítható kalciumigény) kalciumaránnyal lehet figyelembe venni. A kéntelenítéshez el nem használt kalcium-oxid is az égéstermék szilárdanyagtartalmát növeli, az eredetileg savas füstgázt lúgossá teszi. A számítások leegyszerűsítésére, az előbbi együtthatók helyett, a tüzelőanyag egységnyi tömegére vonatkoztatott együtthatók használata célszerű [5.16]. Így:
-
Mészkő adagolása esetén a füstgáz fajlagos elméleti szén-dioxid-tartalmának növekedése [kg/kg]:
-
Mész-hidrát adagolása esetén a füstgáz fajlagos elméleti vízgőztartalmának növekedése [kg/kg]:
-
A fajlagos elméleti oxigénszükséglet növekedése a kéntelenítéshez szükséges oxigén miatt [kg/kg]:
-
A kén-dioxid-tartalom csökkenése a kéntelenítés eredményeként [kg/kg]:
-
A kéntelenítés eredményeként keletkező, pernyetartalmat növelő fajlagos gipszmennyiség [kg/kg]:
-
A kéntelenítésnél el nem használt, visszamaradt, pernyetartalmat növelő fajlagos kalcium-oxid-mennyiség [kg/kg]:
Az előbbi fajlagos mennyiségekkel a fajlagos levegőszükséglet ((5.15) képlet), fajlagos füstgáz-mennyiség ((5.16), (5.17) képlet), a háromatomú gázok parciális nyomása ((5.19), (5.20), (5.21) képlet), a füstgáz porkoncentrációja ((5.22) képlet), a füstgázelemzéshez szükséges érték ((5.23), (5.24), (5.25) képlet) pontosíthatók.
Ostwald-diagram: Az égés folyamata, a légfelesleg alakulásának változása füstgázelemzéssel követhető. Ennek során rendszerint a füstgáz oxigén-, szén-dioxid-, szén-monoxid-tartalmának mérését végzik el. A mérési eredmények gyors kiértékelésére több diagramtípus, Bunte-, Ostwald‑ és más égési „háromszögek” terjedtek el [7], [2], [5.12]. A hazai gyakorlatban az Ostwald-diagram (5.6. ábra) alkalmazása szokásos. A diagramok jellemző pontjainak:
-
maximális szén-dioxid- (+ kén-dioxid-gáz) tartalom:
-
maximális oxigéntartalom: levegővel végzett tüzelésnél 21%,
-
minimális (teljesen tökéletlen égéshez szükséges) oxigéntartalom:
-
maximális szén-monoxid-tartalom:
meghatározása is a sztöchiometriai számítások feladata.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_3615/#m713kaz_3615 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_3615/#m713kaz_3615)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_3615/#m713kaz_3615)
5.6. ábra. Az Ostwald-diagram
A diagram szerkesztése a befogók (maximális oxigén- és -tartalom) tengelyeken történő felmérésével, a két pont összekötésével kezdődik. A két pontot összekötő átfogó a különféle légfelesleg-tényezőkkel történő teljes és tökéletes égés vonala. A következő lépés az értékének oxigéntengelyre történő felmérése (ezzel a = 1 értékhez tartozó teljesen tökéletlen égés pontjának meghatározása) és összekötése az ponttal. Az így adódó kisebb háromszög átfogója a = 1 légfelesleg-tényező vonala. A vonal azokat az eseteket jelöli, amikor a tűztérbe bevezetett oxigénből részben szén-dioxid, részben szén-monoxid keletkezik. Miután a szén-monoxiddá történő oxidációnál keletkező szén-monoxid-molekulák mennyisége az oxigénmolekulák számának kétszerese, az pont azonos lesz a maximális szén-monoxid-mennyiség pontjával is. Ezen a ponton keresztül merőlegest állítva a teljes és tökéletes égés vonalára, adódik a szén-monoxid- tengely, amelynek nulla értéke a teljes és tökéletes égés vonalánál van. A tengelyt a maximális szén-monoxid-mennyiségnek megfelelően kell beosztani. A különféle légfeleslegeket jelző vonalak a = 1-nek megfelelő kisebb átfogóval párhuzamosak, rajzolásuk a különféle légfeleslegekre kiszámított - vagy -értékek alapján történhet.
A mért értékek alapján a légfelesleg-tényező:
illetve
illetve
A szén-monoxid-tartalom értékét jelző skáláról egy mért és értékpár alapján a -tartalom értéke, a légfelesleg-tényező nagyságát jelző vonalak segítségével a légfelesleg-tényező értéke is leolvasható. Ügyelni kell azonban arra, hogy az alapul vett mért értékpár meghatározása pontosan történjen, mert a hibás mérési eredmények helytelen következtetésekre vezethetnek. Ezért a megbízható következtetések érdekében indokolt mindhárom érték egyidejű mérése.
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.
