MeRSZ online
okoskönyvtár
Több száz tankönyv egy helyen.
Online. Bárhol. Bármikor.
Kazánok
2., javított kiadás
5.5. A tűzterek méretezése
A tűzterek méretezése a geometriai méretek felvételével, az égők, a bemászó-, tisztító- (szénportüzelésnél utóégető rostélyok, visszaszívó akna) nyílások elrendezésével, falazattípus (lángcső, membránfal, hűtött vagy hűtés nélküli falazott kivitel) kiválasztásával kezdődik. A méretek felvételéhez a hagyományos tüzelőanyagokra a nagy vízterű lángcsöves kazánoknál a 2.11. ábra, a vízcsöves kazánoknál a 2.2.2.2. fejezetben ismertetett lángméretek, elrendezési korlátok, fajlagos terhelések nyújtanak segítséget. A méretek felvételekor fontos annak mérlegelése, hogy míg az utófűtő felületek mérete általában növelhető, csökkenthető, addig a tűztér mérete nem változtatható. Kis teljesítményű berendezések vagy különleges tüzelőanyagok esetén a méretek felvétele mindig gyakorlati tapasztalatok alapján történik. Ezekre az ipari, erőműi kazánokra kifejlesztett számítási eljárások nem vagy csak korlátozottan alkalmazhatók. A tervezők, gyártók a sorozatban gyártott típusoknál is figyelembe veszik a korábban szállított berendezéseken szerzett tapasztalatokat, így az újabb egységek egyre tökéletesebbek lesznek. A következőkben csak a hagyományos (besugárzott) kazántűzterek méretezését ismertetjük, a salakolvasztó, kétkamrás tűzterek számításához a részletes előírások az irodalomban találhatók [5.14].
A tűztér hőmérlege: A tűztérbe bevezetett hőmennyiség megegyezik a tűztérben leadott és az onnan távozó égéstermékek hőmennyiségének összegével. Részletezve:
ahol
|
a tüzelőanyaggal a tűztérbe vezetett hőmennyiség [kW]:
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
(5.111)
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
a léghevítőben előmelegített levegővel a tűztérbe vezetett hőmennyiség [kW] ((5.103) képlettel számítható),
|
|||||||
|
a léghevítőn át nem áramló, hideg levegővel bevezetett hőmennyiség [kW]:
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
(5.112)
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
a tűztérbe beszökő, égési folyamatban részt nem vevő levegővel bevezetett hőmennyiség [kW]:
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
(5.113)
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
a tűztérben a határoló falnak leadott hőmennyiség [kW], melyet leegyszerűsítve a láng és a tűztérfal közötti sugárzásos hőátadással lehet közelíteni:
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
(5.114)
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
(5.110/a)
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
a tűztérből távozó füstgázokkal elvezetett hőmennyiség [kW]:
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
(5.115)
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
a tűztérből távozó salakkal elvezetett hőmennyiség [kW]:
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
(5.116)
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
az elégett tüzelőanyag tömegárama [kg/s],
|
|||||||
|
a tüzelőanyag vonatkoztatási hőmérsékletre számított fűtőértéke [kJ/kg],
|
|||||||
|
salak-, pernyeéghető-veszteség, (1.12),
|
|||||||
|
elégetlen gázok okozta veszteség, (1.13),
|
|||||||
|
a tüzelőanyag-előmelegítésből adódó entalpianövekedés [kJ/kg],
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
(5.117)
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
fajlagos porlasztógőz-mennyiség (csak olajtüzelésnél) [kg/kg],
|
|||||||
|
a porlasztógőz vonatkoztatási hőmérsékletre számított entalpiája [kJ/kg],
|
|||||||
|
az elégetlen tüzelőanyag-áram aránya, (1.9) [kg/kg],
|
|||||||
|
fajlagos elméleti levegőszükséglet [kg/kg],
|
|||||||
|
fajlagos elméleti füstgázmennyiség [kg/kg],
|
|||||||
|
a levegő közepes fajhője [kJ/kgK],
|
|||||||
|
a füstgáz közepes fajhője [kJ/kgK],
|
|||||||
|
forrólevegő-hányad,
|
|||||||
|
a láng közepes hőmérséklete [K],
|
|||||||
|
a tűztérfal közepes hőmérséklete [K],
|
|||||||
|
tűztér kilépő hőmérséklet [°C],
|
|||||||
|
a tűztérbe bevezetett előmelegített levegő hőmérséklete [°C],
|
|||||||
|
a tűztérbe előmelegítés nélkül bevezetett levegő hőmérséklete [°C],
|
|||||||
|
a tűztérbe beszökő hamis levegő hőmérséklete [°C],
|
|||||||
|
a tüzelőanyag előmelegítési hőmérséklete [°C],
|
|||||||
|
a vonatkoztatási hőmérséklet [°C],
|
|||||||
|
a tüzelőanyag hamutartalma [kg/kg],
|
|||||||
|
a hamu füstgázzal távozó illóanyag-tartalma [kg/kg],
|
|||||||
|
salakbekötési tényező, a salak részaránya a tüzelőanyag illóval csökkentett hamutartalmához viszonyítva [kg/kg],
|
|||||||
|
a salak közepes fajhője [kJ/kgK], értéke száraz salakeltávolításnál 1 kJ/kgK, salakolvasztó tüzelésnél 1,26 kJ/kgK [5.16],
|
|||||||
|
a távozó salak hőmérséklete [°C],
|
|||||||
|
a tüzelőanyag közepes fajhője [kJ/kgK], értéke:
|
|||||||
|
|
–
|
||||||
|
|
|
||||||
|
(5.118)
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
|
–
|
||||||
|
|
|
||||||
|
(5.119)
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
|
–
|
gázkeverékeknél az összetétel alapján meghatározott közepes fajhővel egyezik meg.
|
|||||
Füstgáz-visszakeringtetés esetén lecsökken a léghevítőn átvezetendő levegőmennyiség. Miután a tüzelőberendezés, a tűztér levegőbetörése, az utóégető rostély levegőfeleslege nem változik:
Így
Tűztéri (száraz) kéntelenítés alkalmazása esetén a tűztérbe bevezetett hőmennyiségek között, illetve az elméleti égési hőmérséklethez tartozó füstgázentalpia (5.124) képlet szerinti számításánál:
-
a tűztérbe a tüzelőanyaghoz adagolt, vagy külön befújt segédanyagokkal bevitt fizikai hőmennyiséget:
-
a tűztérbe bevezetett kalcium tartalmú segédanyagok kalciumoxiddá redukálásához szükséges hőigényt, illetve a kéntelenítés során felszabaduló többlet hőmennyiséget [5.16]:
is figyelembe kell venni. Az előbbi összefüggésekben:
|
a tüzelőanyag kéntartalma [kg/kg],
|
|
|
a kéntelenítéshez bevezetett mészkő aránya a sztöchiometrikus mennyiséghez viszonyítva [kg/kg],
|
|
|
a kéntelenítéshez bevezetett mész-hidrát aránya a sztöchiometrikus mennyiséghez viszonyítva [kg/kg],
|
|
|
a kéntelenítéshez bevezetett kalcium-oxid aránya a sztöchiometrikus mennyiséghez viszonyítva [kg/kg],
|
|
|
az adagolás hőmérséklete [°C],
|
|
|
a kéntelenítés hatásfoka [kg/kg].
|
Tűztér kilépő hőmérséklet. Az előbbiekből nyilvánvaló, hogy a tűzterek méretezéséhez vagy a hőmennyiség, vagy a tűztér kilépő hőmérséklet meghatározása szükséges. A gyakorlatban alkalmazott eljárások többsége a alakú összefüggést az egész tűztérre alkalmazva vagy a tűzteret térrészekre bontva (utóbbi esetben a térrészek közötti, esetleg a konvektív hőcserét is figyelembe véve) a leadott hőmennyiség minél pontosabb meghatározására törekszik, és a tűztér kilépő hőmérsékletet a tűztér hőmérlegéből határozza meg. Ezek a számítások, a gyakorlat számára elfogadható pontossághoz szükséges sok térrész esetén, csak számítógéppel végezhetők el, mivel az egész tűztérre vagy néhány térrészre alkalmazva a láng- és a falhőmérséklet becslésénél elkövetett hibák miatt nagyon pontatlanok. Ezért a gyakorlatban, különösen a vázlattervek készítéséhez, még ma is a 2.2.2.2. fejezetben ismertetett, a tapasztalatok alapján jól bevált (2.50) összefüggés [5.14] alkalmazása célszerű. Ez az összefüggés is a sugárzásos hőátadás számításán alapul, de a láng- és a falhőmérséklet esetenkénti becslése helyett a Boltzmann-féle () hasonlósági számot és lángelhelyezkedési tényezőt bevezetve, a tűztér eredő ε emissziós tényezőjének figyelembevételével, a dimenzió nélküli tűztér kilépő hőmérsékletet adja eredményként:
ahol
|
a láng tűztérbeli elhelyezkedését figyelembe vevő tényező ((5.125) képlet),
|
|||
|
a tűztér eredő emissziós tényezője, a láng (mint körbezárt test) – falazat rendszerre [2.48], (5.132),
|
|||
|
|
|
||
|
(2.46/a)
|
|||
|
|
|
||
|
az elméleti füstgázhőmérséklethez tartozó fajlagos füstgázentalpia [kJ/kgK]:
|
|||
|
|
|
||
|
(5.124)
|
|||
|
|
|
||
|
a tűztér kilépő füstgázhőmérséklethez tartozó fajlagos füstgázentalpia [kJ/kgK],
|
|||
|
fajlagos füstgázentalpia a (25 °C) vonatkoztatási hőmérsékleten [kJ/kgK],
|
|||
|
|
|
||
|
(2.45/a)
|
|||
|
|
|
||
|
a tűztér hatásos felülete [m2].
|
|||
Lángelhelyezkedési tényező: Értéke függ a tűztér kialakításától, a tüzelőanyagtól, a tüzelési módtól, az égők elhelyezésétől. Számítása a nagyszámú tüzelési kísérlet alapján felállított
alakú összefüggéssel [5.14] végezhető, ahol
|
tüzelési módtól, tüzelőanyagtól függő állandó (5.19. táblázat)
|
||
|
a láng maximális hőmérsékletű zónájának relatív helye a tűztérben, amely a relatív égőmagasság és a lángmag ehhez viszonyított relatív távolságának összege:
|
||
|
(5.126)
|
||
5.19. táblázat
|
|
A
|
B
|
XT
|
ΔX
|
|
Olaj- és gáztüzelés
|
||||
|
Normál esetben (függőleges füstgázáramlás)
|
0,54
|
0,2
|
0
|
|
|
Normál esetben, amennyiben λ < 1
|
0,54
|
0,2
|
2(1–λ)
|
|
|
0,54
|
0,2
|
0,15
|
||
|
U lángú, vízszintes lángú, fenéktüzelésnél
|
0,54
|
0,2
|
0,25–0,3
|
0
|
|
Szénportüzelés
|
||||
|
Nagy illótartalmú szén*
|
0,59
|
0,5
|
||
|
Gyenge reakcióképességű (nagy palatartalmú) szén
|
0,56
|
0,5
|
||
|
Szénfajtától függően
|
0,1
|
|||
|
Szénfajtától függően
|
0,05
|
|||
|
Rostélytüzelés
|
||||
|
Vékony rétegvastagság
|
0,59
|
0,5
|
0
|
0
|
|
Vastag rétegvastagság
|
0,59
|
0,5
|
0,14
|
0
|
A relatív égőmagasságot a
kifejezéssel lehet meghatározni, ahol
|
a tűztér magassága a tűztérfenéktől (5.16. ábra (b, c)) vagy szénportüzelésű kazánoknál az alsó tűztértölcsér közepétől (5.16. ábra (a)) [m],
|
|
|
besugárzott tűztereknél, vízszintes tengelyű égők és függőleges lángáramlás esetén az égők középvonalának magassága (5.16. ábra) a tűztérfenéktől vagy a tűztértölcsér közepétől [m] több különböző magasságban elhelyezett, különböző teljesítményű égő esetén a:
|
képlettel számítható, ahol
Hatásos felület: A tűztér hatásos felülete a tűztér határolófelületén lévő hűtetlen felületrészektől és a hűtött felületek hűtőhatásának elrakódás miatti csökkenésétől függ:
Az előbbi képletben:
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_3862/#m713kaz_3862 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_3862/#m713kaz_3862)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_3862/#m713kaz_3862)
5.16. ábra. Tűztértérfogat és -magasság
A számításhoz a tűzteret felületelemekre kell felosztani. A felosztás módja a tűztér kialakításától függ:
-
Lángcsöves kazánok: A 2.12. ábrán vázolt mindhárom tűztér kialakításnál a tűztér palástján és fenekén általában nincsenek hűtetlen nyílások, így teljesen hűtöttnek tekinthetők. A hullámos lángcsöveket közepes átmérőjükkel sima lángcsőként szokás figyelembe venni. A füstcsövekben folytatódó (holland, skót) kazánoknál a füstcsövekbe besugárzott hőmennyiség a csövek palástfelületén hasznosul. Az égő elhelyezésére szolgáló homlokfelület általában hűtetlen, de egyes konstrukcióknál (különösen U lángú tüzelés esetén) előfordulhat az általában égőkővel körülvett égő körül hőhordozó közeggel hűtött felület is.
-
Vízcsöves kazánok:
-
Általános szabály, hogy a csöveket a görbületekkel együtt kell számítani. A 0,5 méternél szűkebb terek, ezek határolófelületei nem számítanak a tűztér térfogatához, illetve felületéhez. A tűzteret a füstgáz áramlásának irányában az első csőrács (5.16. ábra (c)), vagy utófűtőfelület (5.16. ábra (a, b)) határolja. Az egyes hűtött felületrészek szögtényezője, elpiszkolódási tényezője lényegesen eltérő lehet. Rostélytüzelés esetén a rostély felületét külön kell figyelembe venni. Hűtetlen felületnek a hűtőrács nélküli falfelületek, hűtőrácsokkal borított felületek esetén az égők, a rostély, a koromfúvók és a vízlándzsák elhelyezésére szolgáló nyílások, szénportüzelésnél a füstgáz-visszaszívó aknák beszívónyílásai, illetve a megfigyelő-, tisztító-, salakkifolyó-nyílások számítanak. Előtervezésnél az egyedileg figyelembe vehető hűtetlen felületek (rostély, égők, visszaszívóakna-nyílások stb.) ismeretének hiányában, a hűtetlen felületet a tűztérfelület 1–2,5%-ára lehet felvenni.
-
Vízszintes átáramlású kazánok (2.44. ábra, 2.45. ábra, 2.46. ábra, 2.60. ábra, 2.65. ábra) esetén (a rostélytüzelés esetét kivéve) a tűztér minden felülete hűtött. A mennyezet-válaszfal, fenék-válaszfal sarkokat tűzálló burkolat fedi, és nem számítanak a hűtött felületbe. Olaj- és gáztüzelés esetén a tűztér fenekét tűzálló burkolat fedi, melynek hőszigetelő hatását megfelelően megválasztott elpiszkolódási tényezővel (5.20. táblázat) kell figyelembe venni.
-
Függőleges átáramlású kazánok (2.47. ábra, 2.48. ábra, 2.49. ábra, 2.50. ábra, 2.51. ábra, 2.52. ábra, 2.53. ábra, 2.54. ábra, 2.121. ábra) esetén a tűztér minden felülete hűtött. Szénportüzelés esetén a tűztér-tölcsérnek csak a felső felerészét számítjuk a tűztérhez (5.16. ábra (a)). A tűzálló burkolattal fedett fal-fal, cső-kamra csatlakozások hűtetlen felületnek számítanak. Olaj- és gáztüzelés esetén a tűztér fenekét e kazánoknál is tűzálló burkolat fedi, melynek hőszigetelő hatását megfelelően megválasztott elpiszkolódási tényezővel kell figyelembe venni. Ugyanígy kell eljárni tüskézett, tűzálló masszával bevont oldalfalak esetén is.
-
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_3866/#m713kaz_3866 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_3866/#m713kaz_3866)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_3866/#m713kaz_3866)
5.17. ábra. Függönyöket tartalmazó térfogatrész
-
-
Olyan kazánoknál, ahol a tűztér oldalfalára a hűtőhatás fokozására merőleges függönyöket (5.17. ábra) helyeznek el, ezek felületét is figyelembe kell venni.
-
ahol
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_3872/#m713kaz_3872 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_3872/#m713kaz_3872)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_3872/#m713kaz_3872)
5.18. ábra. Szögtényező falazathűtő rácsokra [5.14]
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_3874/#m713kaz_3874 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_3874/#m713kaz_3874)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_3874/#m713kaz_3874)
5.19. ábra. Szögtényező z sorból álló csőrácsokra [5.14]
Szögtényező: A hatásos fűtőfelület meghatározásához szükséges szögtényező értéke a hűtőrácsok geometriai kialakításától függ. A lángcsöveknél, membránfalaknál a tűzterek hűtött kilépő keresztmetszetére, illetve tüskézett és sík felületeknél, valamint öntöttvas lapokból álló felületek esetén értéke egységnyi. Falazott kazánok esetén értékét a csőátmérőre vonatkoztatott relatív csőosztás és az faltól mért relatív távolság függvényében az 5.18. ábra alapján lehet figyelembe venni. Csőrácsokra (pl. a tűztér kilépő keresztmetszetében), a csőátmérőre vonatkoztatott relatív keresztirányú csőosztás ismeretében, az 5.19. ábrából határozható meg.
5.20. táblázat
|
Felület típusa
|
Tüzelőanyag
|
|
|
Azonos méretű csövekből álló sík felület, besugárzott rácsok
|
Gázhalmazállapotú
|
0,65
|
|
Fűtőolaj
|
0,55
|
|
|
Kőszén, barnaszén, tőzeg
|
0,45
|
|
|
Szén, alacsony salakragadóssági hőmérséklettel
|
0,35–0,40
|
|
|
14%-nál nagyobb nedvességtartalmú barnaszenek szárítóközeggel, párhuzamos égőkkel
|
0,55
|
|
|
Rostélytüzelés
|
0,60
|
|
|
Tüskézett, tűzálló anyaggal borított fűtőfelületek
|
Szén, más tüzelőanyagok száraz salakeltávolítással
|
0,20
|
|
Szén, folyékony salakeltávolítással, egy-/kétkamrás tüzeléssel
|
||
|
Szén, folyékony salakeltávolítással, félig nyitott tüzeléssel
|
||
|
Tűzálló betonnal, samottal borított, fedett fűtőfelületek
|
Minden tüzelőanyagra
|
0,1
|
Elpiszkolódási tényező: A felületek elpiszkolódási tényezője a tüzelőanyagtól és a fűtőfelület kialakításától függ. A jellemző értékeket az 5.20. táblázat foglalja össze. Több tüzelőanyag egyidejű tüzelése esetén -t az egyes tüzelőanyagok relatív hőbevezetési aránya alapján átlagolt értékkel, biomasszáknál gyakorlati tapasztalatok alapján kell számítani. A tűzteret a besugárzott rácsoktól elválasztó síkokra, a tűztér és a rácsok közötti hőátadás számításához a tüzelőanyag-fajta és a hőmérséklet függvényében korrigált értékét kell figyelembe venni:
A helyesbítő tényező értéke az 5.20. ábrából határozható meg. Az 5.17. ábrán vázolt, két oldalról fűtött rácsoknál az 5.20. táblázatban megadottnál 0,1-del kisebb értéket kell figyelembe venni. A táblázatbeli képletekben a salak olvadási hőmérséklete [°C]. Tényleges érték hiányában: , ahol a tüzelőanyag hamujának folyáspontja [°C].
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_3882/#m713kaz_3882 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_3882/#m713kaz_3882)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_3882/#m713kaz_3882)
5.20. ábra. Helyesbítő tényező a besugárzott fűtőfelületekre [5.14]
Emissziós tényező: A besugárzott tűzterű kazánok tűzterében végbemenő sugárzásos hőátadás a 2.2.2.2. fejezetben bemutatott láng (mint körbezárt test) – falazat rendszerrel közelíthető ((2.51) képlet). A gyakorlatban a tűzterek falazata, mint arra előbbiekben utaltunk, nyílásokkal áttört, salaklerakódásokkal borított, így a hatásos felület kisebb, mint a láng felülete. Ezért az [5.14] irodalomban ismertetett számítási eljárásnál mintegy „kifordított” falazat–láng rendszerrel, mintha a láng venné körbe a falazatot, számolnak:
ahol
A rostélytüzelésre az [5.14] irodalom az
összefüggés használatát javasolja, amelyben
a relatív rostélyméret, a rostély felületének aránya a tűztér határolófelületéhez.
A láng világító részének mérete a lángban lévő, látható (380–750 nm) hullámhossztartományban is sugárzó részecskék elhelyezkedésétől, élettartamától függ. Míg szilárd tüzelőanyagokból, a füstgázzal együtt utazó részecskékből, szilárd égési maradványok (éghetőt is tartalmazó pernyeszemcsék) a tüzelés végén is visszamaradnak, addig szénhidrogének (szeneknél illótartalom) égésénél a molekulák felbomlását követően közbenső termékként keletkező korom (esetleg olajkoksz) megfelelő keveredési viszonyok, égés esetén csaknem teljesen elég. Ezzel magyarázható, hogy széntüzelés esetén a teljes tűztér világító lánggal van kitöltve, így = 1. Olaj- és gáztüzelés esetén értéke a tűztér fajlagos térfogati hőterhelésétől függ, és csak nagy hőterhelés, olajtüzelés (sok korom képződése) esetén éri el az = 1 értéket. A nagyobb tűzterekre jellemző alsó és a kisebb tűzterekre jellemző felső határértékeket az 5.21. táblázat mutatja. A két határérték közötti közbenső, kW/m3 fajlagos térfogatihőterhelés-tartományban értékét a hőterhelés függvényében végzett lineáris interpolációval kell meghatározni. A nem látható hullámhossztartományban sugárzó háromatomú füstgázalkotók (CO2, SO2, H2O) a teljes tűztérben megtalálhatók, a nem világító térrészben csak ezek vesznek részt a hőcserében.
Feketeségi fok: A feketeségi fokok meghatározása a lángban lévő háromatomú gázok, korom, koksz, por sugárzásgyengítésének figyelembevételével történik. Az általános számítási összefüggés:
ahol
A láng világító részénél:
-
Szilárd anyagok tüzelésnél a teljes tűztérben jelen lévő háromatomú gázok és szilárd részecskék (fokozatosan kiégő szemcsék, illetve visszamaradó pernye) mellett a közbenső termékként keletkező, látható hullámhossztartományban sugárzó szállókokszrészecskék sugárzáselnyelését is figyelembe kell venni:
A láng nem világító részénél csak a háromatomú gázok sugárzáselnyelését lehet figyelembe venni:
Az előbbi összefüggésekben
|
a háromatomú gázok sugárzáselnyelési együtthatója [1/m·bar],
|
|||||
|
|
|
||||
|
(5.139)
|
|||||
|
|
|
||||
|
|
|
||||
|
(5.140)
|
|||||
|
|
|
||||
|
a szénporlángokban lévő pernyeszemcsék sugárzáselnyelési együtthatója [1/m·bar],
|
|||||
|
|
|
||||
|
(5.141)
|
|||||
|
|
|
||||
|
porterhelés a füstgázban [kg/kg], az (5.22) képlet és a füstgáz sűrűségének figyelembevételével számítható:
|
|||||
|
a füstgáz sűrűsége [kg/m3],
|
|||||
|
a (pernye) szemcsehalmaz közepes átmérője [µm], az 5.22. táblázat alapján,
|
|||||
|
a vízgőz parciális térfogata [m3/m3], az (5.21) képlet alapján
|
|||||
|
|
|
||||
|
(5.21/a)
|
|||||
|
|
|
||||
|
tűztér kilépő hőmérséklet [K],
|
|||||
|
a tüzelőanyag karbontartalma [kg/kg],
|
|||||
|
a tüzelőanyag hidrogéntartalma [kg/kg].
|
|||||
Gázhalmazállapotú tüzelőanyagoknál a karbon/hidrogén arány számításához csak a szénhidrogén-molekulákat figyelembe véve a tüzelőanyag térfogatszázalékos molekula-összetétele alapján:
Tüzelőanyagok vegyes tüzelése esetén a láng világító részének eredő sugárzáselnyelési együtthatója, a gázsugárzás mellett, az egyes tüzelőanyagokra jellemző, látható hullámhossztartományban is sugárzó részecskék tüzelőanyag-hőarányokkal (relatív tüzelési teljesítményekkel) súlyozott sugárzáselnyeléséből adódik:
Az egyenértékű rétegvastagságot hengeres vagy hasáb alakú tűzterek esetén az
tűztérhez kapcsolódó rács esetén az
képlettel lehet kiszámítani. A képletekben (a korábban − az (5.129), (5.129/a) képletekhez kapcsolódóan − megismert jelöléseken túlmenően):
A térfogatot minden esetben a fűtőfelület számításánál figyelembe vett térrészekre kell meghatározni.
Miután az előzőek alapján a -szám ((2.46) képlet), ε emissziós tényező ((5.132) képlet) függ a kiszámítani kívánt tűztér kilépő hőmérséklet értékétől, a számítások csak iterációval végezhetők el. Egy várható kilépő hőmérsékletet becsülve (a (2.50) képletből) kiszámítjuk a dimenzió nélküli tűztér kilépő hőmérséklet értékét, majd ennek felhasználásával a számítást az elvárt pontosságig folytatjuk. A szerző tapasztalatai alapján a számítás jól konvergál.
Néhány jellemző tűztér-kialakításra elvégzett tűztér kilépő hőmérséklet számításának eredményét az 5.23. táblázat mutatja. Jól megfigyelhető az egyes tüzelőanyagok lángjainak eltérő sugárzáselnyelése és az egyenértékű rétegvastagság hatása a feketeségi fokokra, emissziós tényezőre.
5.23. táblázat
|
|
Lángcső
|
Vízszintes tűztér
|
Függőleges tűztér
|
|
|
Olajtüzelés
|
Gáztüzelés
|
Olajtüzelés
|
Szénportüzelés
|
|
|
Tüzelőanyag
|
Fűtőolaj
|
Földgáz I.
|
Fűtőolaj
|
Bükkábrányi lignit
|
|
Tüzelőanyag-áram (kg/s)
|
0 ,21 |
0 ,18 |
0 ,67 |
191 ,80 |
|
Lángcső átmérője (m)
|
1 ,4 |
1 ,4 |
|
|
|
Lángcső hossza (m)
|
5 ,6 |
5 ,6 |
|
|
|
Homlokfal szélessége (m)
|
|
|
2 ,2 |
|
|
Homlokfal magassága (m)
|
|
|
2 ,7 |
|
|
Tűztér hossza (m)
|
|
|
6 |
|
|
Oldalméret (m)
|
|
|
|
20 ,5 |
|
Tölcsér magassága (m)
|
|
|
|
12 ,8 |
|
Égő magassága a tölcsértől (m)
|
|
|
|
12 |
|
Hasáb alakú rész magassága (m)
|
|
|
|
50 |
|
Rostély szélessége (m)
|
|
|
|
1 ,5 |
|
Összes felület (m2)
|
27 ,69 |
27 ,69 |
70 ,68 |
5191 ,49 |
|
Hűtetlen felület (m2)
|
1 ,54 |
1 ,54 |
1 ,05 |
150 ,75 |
|
Elpiszkolódási tényező
|
0 ,55 |
0 ,65 |
0 ,55 |
0 ,45 |
|
Hatásos felület (m2)
|
14 ,39 |
17 ,00 |
38 ,30 |
2264 ,13 |
|
Kihasználási tényező
|
0 ,519 |
0 ,614 |
0 ,542 |
0 ,436 |
|
Lángelhelyezkedési tényező
|
0 ,480 |
0 ,480 |
0 ,480 |
0 ,455 |
|
Egyenértékű rétegvastagság (m)
|
1 ,12 |
1 ,12 |
1 ,82 |
15 ,56 |
|
Levegő-előmelegítési hőmérséklet (°C)
|
20 |
20 |
20 |
280 |
|
Légfelesleg-tényező
|
1 ,05 |
1 ,05 |
1 ,05 |
1 ,25 |
|
Tűztérbe vezetett hőmennyiség (MW)
|
8 ,85 |
8 ,76 |
27 ,7 |
1625 ,4 |
|
Elméleti égési hőmérséklet (°C)
|
2003 |
1891 |
2003 |
1502 |
|
Háromatomú gázok sugárzáselnyelése (1/m·bar)
|
0 ,442 |
0 ,517 |
0 ,406 |
0 ,426 |
|
Világító rész sugárzáselnyelése (1/m·bar)
|
0 ,423 |
0 ,173 |
0 ,427 |
|
|
Por sugárzáselnyelése (1/m·bar)
|
|
|
|
6 ,952 |
|
Világító rész sugárzáselnyelési együtthatója (1/m·bar)
|
0 ,536 |
0 ,352 |
0 ,531 |
0 ,502 |
|
Nem világító rész sugárzáselnyelési együtthatója (1/m·bar)
|
0 ,113 |
0 ,179 |
0 ,104 |
0 ,173 |
|
Világító rész feketeségi foka
|
0 ,456 |
0 ,329 |
0 ,624 |
0 ,9996 |
|
Nem világító rész feketeségi foka
|
0 ,120 |
0 ,184 |
0 ,174 |
0 ,935 |
|
Világító lánggal kitöltött tűztérhányad
|
0 ,920 |
0 ,504 |
0 ,772 |
1 |
|
Láng feketeségi foka
|
0 ,429 |
0 ,257 |
0 ,521 |
0 ,9996 |
|
Emissziós tényező
|
0 ,591 |
0 ,361 |
0 ,667 |
0 ,9998 |
|
Boltzmann-szám
|
0 ,579 |
0 ,606 |
0 ,680 |
1 ,733 |
|
Tűztér kilépő hőmérséklet (°C)
|
1259 |
1328 |
1271 |
1064 |
A koromfelhő feketeségi foka: Az olajtüzelésnél kialakuló koromtartalmú láng („koromfelhő”) feketeségi fokának meghatározására [5.18] előbbiektől eltérő eljárást ismertet, amelyet [5.19] is átvesz. Az eljárás a gázsugárzást a háromatomú gázok meghatározott (szén-dioxidnál 2,7, 4,3, 15, vízgőznél 2,7, 6,3, 20 μm) infravörös sugárzási hullámhossztartományokban történő sugárzás elnyelésével közelíti, és a folyamatos (látható tartományban is sugárzó) koromsugárzást is az előbbi, nem világító hullámhossz-tartománybeli sugárzással helyettesíti. A korom- és gázkeverékek feketeségi fokának meghatározására az
összefüggést ajánlja, ahol
Az előbbi képletekben , , [1/m·kg/m3], [1/m·atm] számítási állandók (az 5.24. táblázat alapján), [kg/m3] a korom koncentrációja a lángban. Az eljárás olajtüzelésű tűzterekre 0,2–6 m egyenértékű sugárzó rétegvastagság és 1000–1800 K hőmérséklet-tartományban alkalmazható.
Az alkalmazás nehézségét a koromkoncentráció meghatározása jelenti. Az [5.18] irodalomban a láng végére bemutatott 200 mg/m3 értékkel – az 5.23. táblázat 3. oszlopában vizsgált fűtőolaj-tüzelésű vízszintes tűztérre – a láng világító részének feketeségi fokára 0,649, a láng nem világító részének feketeségi fokára 0,181, a tűztér kilépő hőmérsékletére 1262 °C adódott.
Az irodalomban ([2], [5.19], [5.20]) a gáz és porsugárzás feketeségi fokának meghatározására más alakú összefüggések is megtalálhatók. Ezek megbízhatóságáról azonban hazai berendezéseken mérési tapasztalatok nem állnak rendelkezésre, így a szerző alkalmazásukat csak az [5.14] alapján számított értékekkel történő összevetéshez ajánlja.
A tűztérből kisugárzott hőmennyiség: Meghatározása a láng sugárzásos hőátadása alapján lehetséges. Zónás, véges elemes számításoknál a kilépő keresztmetszetekhez csatlakozó térrészek átlagos hőterhelését veszik figyelembe.
Az előbbi képletben a kil indexek a kilépő keresztmetszetre vonatkozó értékeket jelölik. Amennyiben a kilépő keresztmetszetet csőrács alkotja, az előbbi hőmennyiséget az /(-) arányban fel kell osztani a csőrács és a mögöttes felületek között. Hűtött mögöttes térrészek esetén, mint arra korábban utaltunk, az szögtényező értéke egységnyi. Besugárzott hűtőrácsok esetén a hőterhelés (5.147) képlet szerinti számításánál az 5.20. ábra szerinti helyesbítő tényezőt is figyelembe kell venni. A tűztér oldalfalain lévő elgőzölögtető felület hőfelvétele a kisugárzott hőmennyiség levonásával adódik:
A cirkulációs számításokhoz szükséges magasság-, illetve tűztérhossz menti hőterhelés-eloszlás véges elemes vagy zónás számítás hiányában a tűztér átlagos
fajlagos hőterhelése alapján a hőterhelés lefutására vonatkozó korrekciós tényező (5.21. ábra) figyelembevételével határozható meg:
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_3948/#m713kaz_3948 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_3948/#m713kaz_3948)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_3948/#m713kaz_3948)
5.21. ábra. A hőterhelés-eloszlás korrekciós tényezője [5.14]
A gyakorlatban, mint a 2.74. ábra mutatja, a tüzeléstől függően lényegesen eltérő hőterhelés-lefutások is kialakulhatnak. Így az előbbi korrekciós értékek használatánál óvatosan kell eljárni.
Fluidtüzelésű tűzterek: A könyvben a fluidtüzelésű kazánok tűzterének méretezését nem ismertetjük. Ennek alapvető oka, hogy a szerző megítélése szerint az irodalomban általánosan elfogadott méretezési eljárások még nem alakultak ki. Az ágyban, ágy felett, cirkulációs fluidizációs tűztérben végbemenő hőátadásra vonatkozó alapvető összefüggések ismertek (például [2], [4], [5.21]), ezek gyakorlati alkalmazásához azonban tapasztalati állandókra, az ágy szemcse-összetételétől függő paraméterekre van szükség, amelyek az esetek többségében berendezésfüggők. Így megbízhatóan csak az egyes szabadalmak tulajdonosainál állnak rendelkezésre.
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.
