MeRSZ online
okoskönyvtár
Több száz tankönyv egy helyen.
Online. Bárhol. Bármikor.
Kazánok
2., javított kiadás
5.6.2. Konvektív fűtőfelületek
A konvektív felületek méretezésénél a füstgázoldali hőátadásnál mind a sugárzásos, mind a konvektív hőátadás hatását figyelembe kell venni azzal, hogy valóságos viszonyok között a fűtőfelületek nem minden esetben érintkeznek egyenletesen az átáramló füstgázokkal, kialakulhatnak holt terek. Ezért az (5.153) képletből adódó értéket a felület, füstgázjáratok elrendezésétől, füstgázsebességtől függő kihasználási tényezővel szükség szerint csökkenteni kell:
|
egyenletesen körüláramlott csövekből álló csőkötegeknél:
|
1,0
|
|
0,85
|
|
|
tűztérhez szorosan kapcsolódó, teljes kilépő keresztmetszetet lezáró rácsoknál:
|
0,6
|
|
derékszögű irányelterelés után lévő vagy vegyesen átjárt rácsoknál:
|
0,95
|
Gyakorlati számítására a
kifejezés alkalmazható. Az előbbi összefüggésekben:
|
a füstgáz középhőmérséklete, a felület előtti és utáni füstgázhőmérséklet átlagaként számítható [°C], [K],
|
|
|
az elpiszkolódott fűtőfelület hőmérséklete [°C], [K],
|
|
|
a füstgáz feketeségi foka, az (5.135) képlettel az (5.137/a) alapján meghatározott sugárzáselnyelési tényező és az (5.158), (5.159) és (5.160) képletek szerinti egyenértékű rétegvastagság figyelembevételével számítható,
|
|
Elpiszkolódott fűtőfelület hőmérséklete: Az elpiszkolódott fűtőfelületek hőmérséklete a közegoldali hőmérséklet és a csőfalban, lerakodásokon a hőáramlás hatására létrejövő hőmérséklet-növekedés összegeként számítható:
A gyakorlatban:
-
a összeget a fűtőfelület [m2K/W] elpiszkolódási tényezőjével helyettesítik, besugárzott rácsoknál, sakktáblás csőosztású fűtőfelületeknél, szilárd tüzelőanyagok tüzelése esetén az (5.173), (5.174) képletekkel számítható, folyékony tüzelőanyagoknál = 0,003 [m2K/W], soros csőosztású fűtőfelületeknél, szilárd tüzelőanyagok tüzelése esetén = 0,005 [m2K/W],
-
tápvíz-előmelegítőknél, kis teljesítményű kazánok konvektív fűtőfelületeinél a
összefüggést alkalmazzák, ahol
Határolófelületek sugárzásos hőfelvétele: A füstgázjáratokat határoló, csövekkel borított felületek, valamint különálló csősorok (pl. függesztőcsövek, széthúzott rácsok) esetén a felület sugárzásos hőfelvétele a sugárzásos térrészre vonatkozó, sugárzásos hőátadási tényező alapján számítható:
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_4009/#m713kaz_4009 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_4009/#m713kaz_4009)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_4009/#m713kaz_4009)
5.23. ábra. Sugárzó gázterek méretei [5.14]
Konvektív csőkötegekbe besugárzott hőmennyiség: A konvektív csőkötegek előtt, között sugárzó gázrétegek hősugárzását közelítőleg a csőkötegekre meghatározott sugárzásos hőátadási tényező megnövelésével lehet figyelembe venni:
ahol:
|
a csőkötegre meghatározott sugárzásos hőátadási tényező [W/m2K],
|
|
|
közepes füstgázhőmérséklet a felület előtti, utáni gázrétegben [K]
|
|
|
a sugárzó gáztér füstgáz áramlási irányú mérete (hossza, 5.23. ábra) [m],
|
|
|
a csőköteg füstgáz áramlási irányú mérete (hossza, 5.23. ábra) [m].
|
A csőkötegekből, besugárzott fűtőfelületek gáztereiből (csőfüggönyökből) kisugárzott hőmennyiséget nem kell figyelembe venni.
A hőátbocsátási tényező meghatározása: A gyakorlati számításoknál a legnagyobb nehézséget a fűtőfelületeket borító (elsősorban külső) lerakódások vastagságának, hővezetési tényezőjének, ezzel a értékének meghatározása jelenti. A lerakódások hővezetési tényezője nagymértékben függ a lerakódás jellegétől [5.30]. Keményebb, olvadt állapotból keletkezett lerakódásoknál = 0,4–1,5 W/mK, porszerű lerakódásoknál = 0,1–0,35 W/mK, korom esetén = 0,04–0,07 W/mK között lehet. Emellett a lerakódás alakja, vastagsága is lényegesen változhat. Emiatt a felületek nagyságának meghatározásához a hőátbocsátási tényező számítására közelítő összefüggéseket alkalmaznak:
-
Sakktáblás csőosztásnál, konvektív fűtőfelületek és szilárd tüzelőanyag eltüzelése esetén a összeget a külső oldali lerakódás ellenállását figyelembe vevő [m2K/W] elpiszkolódási tényezővel helyettesítik, a csőfal és a belső oldali lerakódások hatásától a viszonylag kis ellenállás miatt eltekintenek. Túlhevítőknél:
A tápvíz-előmelegítők, elgőzölögtetők, kényszerátáramlású kazánok utóelgőzölögtetői és szuperkritikus kazánok túlhevítői, valamint kis teljesítményű széntüzelésű csőköteges kazánok és nagy teljesítményű kazánok széthúzott csőrácsai esetén:
-
Párhuzamos áramlás csőben, csatornában: az (5.169) képlettel számítható.
-
Besugárzott hűtőrácsoknál a sugárzásos hőátadásból adódó hőáramlás hatását is figyelembe kell venni:
mivel a besugárzott rácsok (például Schott-túlhevítők) számítása sík falként történik:
ahol
|
a besugárzott rácsot alkotó csövek külső átmérője [m],
|
|
|
csőosztás a rács síkjában [m],
|
|
|
a besugárzott rács szögtényezője (az 5.18. ábra (a) 5. görbéje alapján),
|
|
|
kihasználási tényező (értelmezését lásd az (5.153/a) képletnél),
|
|
|
konvekcióval és csövek közötti sugárzással átadott hőáram [kW],
|
|
|
a tűztérből kisugárzott hőáram besugárzott rács által felvett része [kW], (5.155).
|
Egyen- és ellenáramú csőszakaszokat is tartalmazó csőkötegek esetén a hőátbocsátási tényező számítását egyen- és ellenáramlásra is el kell végezni. Az eredő hőátbocsátási tényező a
összefüggéssel számítható, ahol
-
Besugárzott rács
-
Szénpor- és rostélytüzelés:
-
A , , állandók értékét a felhasznált szénfajta salakosodási tulajdonságaitól, salaktisztítás alkalmazásától függően az 5.25. táblázat mutatja. Olaj és gáz vegyes tüzelése esetén az előbbi értékek átlagát kell figyelembe venni.
5.25. táblázat [5.14]
|
Tüzelőanyag, tüzelési mód
|
|||
|
Nem salakosodó szén
|
0,003
|
0,000005
|
500
|
|
Közepesen salakosodó szén, salaktisztítással
|
0,0076
|
0,00000817
|
1000
|
|
Közepesen salakosodó szén, salaktisztítás nélkül, erősen salakosodó szén (tőzeg), salaktisztítással
|
0,006
|
0,00001
|
500
|
|
Olajpala
|
–0,012
|
0,00003
|
–75
|
-
Konvektív fűtőfelület, sakktáblás csőosztás, széntüzelés:
ahol
|
az elpiszkolódási tényező alapértéke,
|
||
|
|
|
|
|
(5.175)
|
||
|
|
|
|
|
csőátmérőtől függő helyesbítő tényező,
|
||
|
|
|
|
|
(5.176)
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5.177)
|
||
|
|
|
|
|
fűtőfelülettől, szénfajtától, felülettisztítástól függő pótlék, értékét az 5.26. táblázat mutatja,
|
||
|
a füstgáz áramlási sebessége [m/s],
|
||
|
a csövek külső átmérője [m],
|
||
|
csőosztás a füstgáz áramlási irányában [m]
|
||
|
maradvány a 30 μm méretű szitán [%].
|
||
-
Bordás csőkötegeknél szilárd tüzelőanyag tüzelése esetén a füstgázsebesség függvényében az [5.14] irodalomban megadott értékekre illesztett
5.26. táblázat [5.14]
|
|
Kőszén, 20%-nál nagyobb illótartalommal
|
Antracitpor
|
Barnaszén koromfúvóval,
tőzeg
anélkül
|
|
|
koromfúvóval
|
koromfúvó nélkül
|
|||
|
Vízhevítők első fokozata vagy 400 °C füstgázhőmérséklet alatti vízhevítők
|
0 |
0 |
0 ,002 |
0 |
|
Vízhevítők második fokozata vagy 400 °C füstgáz-hőmérséklet feletti vízhevítők
|
0 ,002 |
0 ,002 |
0 ,005 |
0 ,003 |
|
Sakktáblás csőosztású konvektív túlhevítők
|
0 ,003 |
0 ,003 |
0 ,005 |
0 ,004 |
-
Nagy teljesítményű kazánok széthúzott csőrácsai vagy kis teljesítményű csőköteges kazánok, konvektív túlhevítők, tápvíz-előmelegítők, soros elrendezésű csőkötegek, szilárd tüzelőanyag alkalmazása esetén alkalmazható értékeket az 5.27. táblázat mutatja.
5.27. táblázat [5.14]
|
Szénfajta
|
Koromfúvó
|
|
|
Antracitpor és sovány szenek
|
kell
|
0 ,6 |
|
Kőszén, barnaszén, kőszén féltermékek
|
kell
|
0 ,65 |
|
Barnaszén, lignit, tőzeg, faapríték
|
kell
|
0 ,6 |
|
Palaszén
|
kell
|
0 ,5 |
-
Fűtőolaj-tüzelésnél >1,03 esetén az 5.28. táblázatban megadott értékek figyelembevétele, illetve a következő, (5.179) összefüggés használata javasolt.
A , , állandókat az 5.29. táblázat tartalmazza. ≤ 1,03 esetén, amennyiben a fűtőfelületeket rendszeresen tisztítjuk, a táblázatbeli értékek 0,05-el megnövelhetők. Kis légfelesleggel ( ≤ 1,03) történő tüzelés esetén, a felületek tisztítása nélkül, a táblázatbeli értékek alkalmazhatók. Szilárd anyagok (magnezit, dolomit) alacsony hőmérsékletű korrózió csökkentésére történő adagolása esetén a táblázatbeli értékeket 0,05-tel csökkenteni kell. Folyékony adalékanyagok alkalmazásánál csak a kis teljesítményű kazánok tápvíz-előmelegítőire vonatkozó (utolsó sorban feltüntetett) értéket kell megnövelni 0,05-tel.
5.28. táblázat [5.14]
|
Fűtőfelület típusa
|
Füstgáz-
sebesség (m/s)
|
|
|
Tápvíz-előmelegítők első és második fokozat, átmeneti zónák a felületek tisztításával
|
4–12
12–20
|
0,7–0,65
0,65–0,6
|
|
Túlhevítő felületek konvektív huzamokban tisztítással, vízszintes huzamokban tisztítás nélkül, kis teljesítményű kazánok csőkötegei, széthúzott csőrácsok
|
4–12
12–20
|
0,65–0,6
0,6
|
|
Kis teljesítményű kazánok tápvíz–előmelegítői (tápvízhőmérséklet belépésnél kisebb, mint 100 °C)
|
4–12
|
0,55–0,5
|
5.29. táblázat [5.14]
|
Fűtőfelület típusa
|
||
|
Tápvíz-előmelegítők első és második fokozat, átmeneti zónák a felületek tisztításával
|
0,725
|
–0,00625
|
|
Túlhevítő felületek konvektív huzamokban tisztítással, vízszintes huzamokban tisztítás nélkül, kis teljesítményű kazánok csőkötegei, széthúzott csőrácsok
|
0,675
|
–0,00625
|
|
Kis teljesítményű kazánok tápvíz–előmelegítői (tápvízhőmérséklet belépésnél kisebb, mint 100 °C)
|
0,575
|
–0,00625
|
-
Gáztüzelésnél, 400 °C füstgázhőmérséklet alatt, a tápvíz-előmelegítők első fokozatára, egyfokozatú (bordás) tápvíz-előmelegítőkre = 0,9, 400 °C füstgázhőmérséklet felett a tápvíz-előmelegítők második fokozatára, túlhevítőkre és más fűtőfelületekre = 0,85. Fűtőolaj-tüzelést követő gáztüzelés esetén értékét a fűtőolajra és a gázra vonatkozó értékek középértékével javasolt figyelembe venni. Széntüzelést követő gáztüzelés esetén (a kazán kitisztítása nélkül) a szénre vonatkozó érték vehető figyelembe.
-
A léghevítők kihasználási tényezőjét a kialakítás függvényében az 5.30. táblázat alapján kell figyelembe venni. Közbenső csőfalakkal rendelkező csöves léghevítőknél értékét az első csőfalra (két- és háromjáratú fokozatoknál) 0,1-gyel, a második csőfalra (három-, négy-, ötjáratú fokozatoknál) 0,15-tel csökkenteni kell.
5.30. táblázat [5.14]
|
Tüzelőanyag
|
||||
|
Csöves léghevítő
|
Lemeztáskás léghevítő
|
Öntöttvas bordás léghevítő
|
||
|
Alsó fokozat
|
Felső fokozat
|
|||
|
Antracitpor, tőzeg
|
0 ,80 |
0 ,75 |
0 ,85 |
0 ,75 |
|
Fűtőolaj, faapríték
|
0 ,80 |
0 ,85 |
0 ,70 |
0 ,70 |
|
Többi tüzelőanyag
|
0 ,85 |
0 ,85 |
0 ,85 |
0 ,80 |
Konvektív hőátadási tényező: A konvektív hőátadási tényező számítási módja az áramlás jellegétől függ. A kazánoknál a füstgáz leggyakrabban csatornában, füstcsövekben (párhuzamosan) vagy a csövekre, csőkötegekre merőlegesen áramlik.
Csőben, csatornában történő, párhuzamos áramlás:
-
A VDI-Wärmeatlas 10. kiadása [5.22] csőben, csatornában történő áramlás esetén:
-
lamináris tartományra a
-
-
-
átmeneti tartományra a
-
alakú összefüggés alkalmazását javasolja, ahol
|
Nusselt-szám,
|
|||
|
Reynolds-szám,
|
|||
|
Prandtl-szám,
|
|||
|
nyomásveszteség-tényező,
|
|||
|
hidraulikus átmérő [m],
|
|||
|
cső-, csatornahosszúság [m],
|
|||
|
konvektív hőátadási tényező [W/m2K],
|
|||
|
a füstgáz hővezetési tényezője [W/mK],
|
|||
|
a füstgáz kinematikus viszkozitása [m2/s],
|
|||
|
a füstgáz dinamikus viszkozitása [kg/ms],
|
|||
|
hőfokvezetési szám [m/s],
|
|||
|
a füstgáz közepes fajhője [kJ/kgK],
|
|||
|
a füstgáz áramlási sebessége [m/s].
|
|||
-
Az [5.4] irodalom nagyon hosszú csövekre az (5.181) képlet módosított alakját javasolja veszteségtényező helyettesítésével.
-
[5.14] csövekben, csatornákban történő turbulens áramlás esetére
összefüggést ismertet, ahol
|
|
|||
|
|
|||
|
|
közelítő képlettel számítható vagy a vonatkozó szakirodalom alapján vehető fel,
|
||
|
a csatorna alakjától függő tényező,
|
|||
|
|
–
|
|
|
|
|
|||
|
|
–
|
gyűrűs csatornáknál, belső hőleadás esetén
|
|
|
|
|||
|
|
–
|
||
Anyagjellemzők: Az előbbi összefüggések alkalmazásához a füstgáz közepes fajhője mellett, amelyet az (5.81) összefüggéssel lehet kiszámítani, szükséges a füstgázra vonatkozó dinamikus viszkozitás, a hővezetési tényező és a -szám ismerete is. Ezek számítása az [5.4] irodalomban ajánlott, alábbi összefüggésekkel lehetséges. A képletekben szereplő állandókat az 5.31. táblázat tartalmazza.
5.31. táblázat [5.4]
|
|
Dinamikus viszkozitás
|
Hővezetési tényező
|
Prandtl-szám
|
|
a0
|
0,1714237E+02
|
0,2498583E–01
|
0,6901183
|
|
a1
|
0,4636040E–01
|
0,6535367E–04
|
0,2417094E–05
|
|
a2
|
–0,2745836E–04
|
–0,7690843E–08
|
0,2771383E–07
|
|
a3
|
0,1811235E–07
|
–0,1924248E–11
|
–0,3534575E–10
|
|
a4
|
–0,6744970E–11
|
0,1609980E–14
|
0,1717930E–13
|
|
a5
|
0,1027747E–14
|
–0,2864430E–18
|
–0,2989654E–17
|
|
|
|
|
|
|
b0
|
–0,9124458E+01
|
–0,183113E–01
|
0,4928510
|
|
b1
|
0,4564993E–02
|
0,5596822E–04
|
–0,1230046E–02
|
|
b2
|
0,2198889E–04
|
0,7413502E–07
|
0,1662398E–05
|
|
b3
|
–0,1891235E–07
|
–0,5901395E–10
|
–0,1052753E–08
|
|
b4
|
0,5138895E–11
|
0,1961745E–13
|
0,2443111E–12
|
|
|
|
|
|
|
c0
|
–0,4267768E+01
|
–0,8035817E–02
|
–0,8820652E–02
|
|
c1
|
0,4074274E–03
|
0,1106720E–04
|
0,1855309E–03
|
|
c2
|
–0,5125357E–05
|
–0,8397255E–08
|
–0,3838084E–06
|
|
c3
|
0,7385560E–08
|
0,1130229E–10
|
0,3256168E–09
|
|
c4
|
–0,3439723E–11
|
–0,5731264E–14
|
–0,1005757E–12
|
Áramlási sebesség: A füstgáz áramlási sebességét, a füstgáz közepes hőmérsékletével, a felületre jellemző legszűkebb áramlási keresztmetszetre kell kiszámítani:
ahol
Utóbbi a csatorna-keresztmetszetből a csövek, más beépítmények által elfoglalt keresztmetszetet levonva adódik:
ahol
|
a füstcsatorna méretei [m2],
|
|
|
az áramlási keresztmetszetre merőleges (például függesztő-) csövek száma [db],
|
|
|
az áramlási keresztmetszetre merőleges csövek átmérője [m],
|
|
|
az áramlási keresztmetszetre merőleges vagy ferde, egy sorban lévő csövek, csőkígyók száma [db],
|
|
|
az áramlási keresztmetszetre merőleges vagy ferde csövek átmérője [m],
|
|
|
az áramlási keresztmetszetre merőleges csövek hossza, illetve a ferde csövek áramlási keresztmetszetre merőleges vetülete [m],
|
|
|
egyéb beépítmények (például tartógerendák, függesztő-, csillapítólemezek, függesztőrudak stb.) áramlási keresztmetszetre merőleges vetülete [m2].
|
Amennyiben a füstcsatorna méretei változnak (a csatorna bővül, vagy szűkül), a jellemző keresztmetszetet az átlagos csatorna-keresztmetszettel kell figyelembe venni.
Füstcsöves fűtőfelületeknél
ahol
ahol az egyéb beépítmények (például tartógerendák, függesztő-, csillapítólemezek, függesztőrudak stb.) áramlási keresztmetszetre merőleges kerülete [m]. A keresztmetszeten áthaladó csövek esetén a nevező harmadik tagjában, a zárójelben szereplő helyett 1 írandó. Perdítőelemekkel ellátott füstcsövek esetén az (5.190) összefüggésben a perdítőelemek áramlási keresztmetszetre merőleges kerületét is figyelembe kell venni.
Csövekre merőleges áramlás:
kifejezés felhasználását javasolja, ahol
Amennyiben a csősor előtti csatornaszakaszon kicsi volt az áramló közeg turbulenciája (sebessége), az első csősoroknál a közeg gyorsítása következtében − a 104 << 106 Reynolds-szám-tartományban − az előbbi összefüggéshez képest –40% eltérés is előfordulhat [5.23].
Az anyagjellemzőket a felület előtti és utáni hőmérsékletekből számított közepes hőmérsékleten, hőmérsékletfüggésüket füstgázok lehűlése esetén [5.25] az (5.192) összefüggésből kiadódó Nusselt-szám, korrekciós tényezővel történő szorzásával kell figyelembe venni, ahol
-
Csőköteg esetén [5.23] a közepes Nusselt-szám kiszámítására a
összefüggést javasolja, amely 10 csősornál több csőből álló csőkötegre, illetve az abban elhelyezkedő csőre érvényes.
Az korrekciós tényező értékét a kitöltetlen térfogatarány, illetve a csőosztások (5.24. ábra) függvényében lehet meghatározni:
<1,2 esetén <1 értékpárok és < 10000 értékek esetén a soros elrendezésű csőköteg − a kísérleti eredmények alapján − inkább a szorosan egymás mögé helyezett csősorok közötti csatornaként viselkedik [5.23].
-
-
Sakktáblás csőelrendezés esetén:
-
összefüggéssel kell figyelembe venni.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_4138/#m713kaz_4138 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_4138/#m713kaz_4138)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_4138/#m713kaz_4138)
5.24. ábra. Szokásos csőelrendezések
-
[5.4] gyakorlati alkalmazás céljára egyetlen csőre történő merőleges áramlás esetén az
egyszerűsített, közelítő alakot ismerteti, amelyből
ahol
Csőköteg esetén
-
-
soros csőosztásra
-
-
-
sakktáblás csőosztásra
-
Az előbbi képletekben
-
[5.14] soros csőosztás esetén az
összefüggés használatát javasolja, ahol
-
[5.14] sakktáblás csőosztás esetére az
képletet adja meg, ahol
Amennyiben a csőköteg csövei a füstgáz áramlási irányára nem merőlegesek (5.25. ábra), a ferde megfúvás miatt a -számot az
képlettel kell számítani [5.23], ahol az áramlási irány és a cső tengelye közötti hajlásszög. [5.14] a sebesség számítását a ferde csősor síkján átfektetett keresztmetszetre írja elő, és a kiadódó hőátadási tényezőt 80 foknál kisebb hajlásszögek és soros csőosztás esetén 1,07 értékű, állandó szorzótényezővel javasolja korrigálni. Sakktáblás csőosztás esetén nincs szükség korrekcióra.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_4169/#m713kaz_4169 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_4169/#m713kaz_4169)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_4169/#m713kaz_4169)
5.25. ábra. Ferde csősorok
Gyakran előfordul, hogy a csőköteges fűtőfelületek különféle osztással, különféle külső átmérőjű csövekből, esetleg egyidejűleg soros és sakktáblás csőosztással készülnek. Ilyen esetekre [5.14] a következő helyesbítéseket ajánlja:
A gyakorlatban – még egy csőkötegen, határoló falszakaszon belül is – gyakori, hogy a csövekkel, csőkötegekkel párhuzamos és a rájuk merőleges áramlás egyidejűleg fordul elő (5.26. ábra). Ilyen esetben az adott fűtőfelületre vonatkozó átlagos hőátadási tényezőt a párhuzamos és a merőleges áramlású felületrészek súlyozott átlagaként kell meghatározni:
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_4180/#m713kaz_4180 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_4180/#m713kaz_4180)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_4180/#m713kaz_4180)
5.26. ábra. Merőleges és párhuzamos áramlás értelmezése
Bordás csövek hőátadási tényezője: Bordás csövek hőátadási tényezőjének számításánál a csőgyártók által ajánlott összefüggésekből célszerű kiindulni. Ezek hiányában a VDI-Wärmeatlas 10. kiadásában [5.26], vagy az [5.28] irodalomban ismertetett összefüggések használhatók. A bordás csövekre vonatkozó hőátbocsátási tényező számításánál figyelembe kell venni, hogy a külső és belső hőátadás lényegesen eltérő nagyságú felületen történik.
ahol
|
a bordázott cső átlagos (látszólagos) külső hőátadási tényezője [W/m2K],
|
|||
|
|
|
||
|
(5.217)
|
|||
|
|
|
||
|
a magcső falvastagsága [m],
|
|||
|
a magcső anyagának hővezetési tényezője [W/mK],
|
|||
|
a bordázott cső felülete [m2],
|
|||
|
a magcső belső felülete [m2],
|
|||
|
a magcső közepes felülete [m2],
|
|||
|
a magcső teljes külső felülete [m2],
|
|||
|
a bordák felfekvő felületével csökkentett külső cső felület [m2],
|
|||
|
a bordák felülete [m2],
|
|||
|
hőátadási tényező a magcső belsejében [W/m2K],
|
|||
|
a (bordák nélküli) magcső külső hőátadási tényezője [W/m2K],
|
|||
|
bordahatásfok.
|
|||
Az hőátadási tényező számítására [5.26] a következő (5.218) összefüggést ismerteti, amelynek szórása a 103 < < 105, 5 ≤ ≤ 30 tartományban ±10–25%. A állandó értékét különböző csőelrendezésekre az 5.32. táblázat tartalmazza. A -szám értékét a csövek közötti legszűkebb keresztmetszetre kell számítani. Ez az csatorna-keresztmetszetből, bordáscsövekkel egyenletesen kitöltött csatornák esetén, az (5.222) képletből számítható.
5.32. táblázat [5.26]
|
|
Soros csőelrendezés
|
Sakktáblás csőelrendezés
|
|
Két csősor
|
0 ,2 |
0 ,33 |
|
Három csősor
|
0 ,2 |
0 ,36 |
|
Négy vagy több csősor
|
0 ,22 |
0 ,38 |
képlettel számítható, ahol
Ebben az összefüggésben
Soros csőosztásra
Sakktáblás csőosztásra
[5.4] a számításához a
pontosított kifejezést javasolja. Az [5.27] közleményben az előbbi (5.218/a), (5.218/b) képletekben a -szám kitevőjeként 0,625 érték szerepel. A szórás várható értéke azonos az (5.218) képletnél ismertetett értékekkel. Az (5.221), (5.221/a) képletek érvényességi tartományára ≥ 3 és < 3 értékpárt adnak meg. A számítások megkönnyítésére [5.4] tárcsás és spirál (felcsavart) bordákra a bordamagasság, a bordavastagság és a bordaosztás bevezetésével a legszűkebb áramlási keresztmetszet meghatározásához az
a felületarányok meghatározásához az
illetve
kifejezéseket ismerteti.
Egyéb konvektív fűtőfelületek: A sima és bordás csövekből kialakított fűtőfelületek mellett – különösen régebbi kazánoknál – számos öntöttvasból, acéllemezből készült, előregyártott szerkezeti elemet is alkalmaznak (például a 2.165. ábrán vázolt bordás csöves vízhevítő, a 2.168. ábrán bemutatott bordás csöves léghevítő, a Stirling-vízhevítő, a Kablitz-léghevítő, a lemezcsatornás léghevítő, alakított „ip-csövek” stb.). Ezek számításának ismertetése meghaladná a könyv kereteit, másrészt a nagyszámú, eltérő típus miatt nem is lehetne teljes körű. Előfordulásuk esetén a korabeli szakkönyvekben (például [7], [5.14], [5.17]), ismertetett számítási összefüggések vagy az újabb gyártmányoknál a gyártók (például [2.118]) által javasolt, szakirodalomban közzétett [5.31] számítási eljárások alkalmazhatók.
Hőfelvevőközeg-oldali hőátadási tényező: Kazánok fűtőfelületeinél hőfelvevő közegként a fűtőfelületek feladatától függően: víz (tápvíz-előmelegítőkben), forrásban lévő víz (elgőzölögtető felületeknél), gőz (túlhevítőkben, újrahevítőkben), levegő (léghevítőkben), füstgáz (kénleválasztókat követő visszamelegítőkben), illetve termoolaj fordul elő. A hőfelvételre általában csövekben (tápvíz-előmelegítők, elgőzölögtetők, túlhevítők, újrahevítők, csöves léghevítők, termoolaj-kazánok), csatornákban (lemeztáskás léghevítők), víztérben (nagy vízterű kazánok elgőzölögtetői) kerül sor. Kivételt képeznek az esetleges gőzfűtésű léghevítők (kaloriferek), amelyeknél a bordáscsövekben kondenzálódó gőz a kívül áramló levegőt, illetve a füstgáz-visszamelegítők, ahol a csövekben keringő fűtővíz a kívül áramló füstgázt melegíti.
-
Az (5.180), (5.181), (5.182), (5.183) képleteknél a -számra kiadódott értékeket folyadékok esetén a tényezővel kell korrigálni. Termoolajok esetén az olaj tulajdonságait a gyártó ajánlásai alapján kell figyelembe venni. Ennek hiányában, az irodalomban [2.172], [5.32] hozzáférhető jellemzők használhatók. Gázok felmelegedésénél 1 >> 0,5 tartományban [5.22] értékű korrekciós tényezőt említ.
ahol az anyagjellemzők a közeg közepes hőmérsékletén veendők figyelembe. Az áramlási sebesség megválasztására a túlhevítők és tápvíz-előmelegítők ismertetésénél a 2.2.2.6. fejezetben és a 2.2.2.7. fejezetben megadott értékek irányadók.
Elgőzölgés esetén normál esetben a (3.45) képlet használható. Igényesebb számításokhoz − csőben történő gőzfejlődés hőátadási tényezőjének meghatározására − a (3.72) összefüggés vagy a 3.2. táblázatban szereplő más számítási eljárások alkalmazhatók.
Regeneratív léghevítők: A regeneratív léghevítők működése eltér a hagyományos hőcserélőkétől, mivel a hő leadása és felvétele ugyanazon a felületen, de időben eltoltan játszódik le, és mindkét folyamat instacioner. Ennek ellenére az előzetes méretezés az (5.151) összefüggéssel, az átlagos folyamatot jellemző hőátbocsátási tényezővel történik, amelyet a
kifejezéssel lehet számítani, ahol
|
füstgázoldali hőátadási tényező [W/m2K],
|
|
|
levegőoldali hőátadási tényező [W/m2K],
|
|
|
kihasználási tényező, melyet a Ljungström-szabadalom tulajdonosa = 1 értékkel helyettesít [5.33].
|
Az orosz számítási kézikönyv [5.14] = 0,8–0,9 számértéket javasol, nagyobb ( ≈ 0,2–0,25) levegőátszökés esetén a kisebb, kisebb ( ≈ 0,15) levegőátszökés esetén a nagyobb érték figyelembevételét ajánlva.
Az orosz méretezési előírás [5.14] hőátbocsátási tényező számítási összefüggésének számlálójában az mellett egy, az instacionárius hőátadás hatását figyelembe vevő, fordulatszámtól függő korrekciós tényező is szerepel, amelynek számértéke n = 0,5–1,5 1/min fordulatszám között . A német [5] és a régebbi szakirodalom (például [5.17]) a számlálóban egy 2 értékű szorzót vesz figyelembe, mivel más hőcserélőktől eltérően a munkaközegek a „fűtőfelület mindkét oldalával érintkeznek”. Miután azonban az adatlapokon megadott fajlagos felület a lemezbetét mindkét oldalának felületét tartalmazza, a 2 értékű szorzótényező szükségtelennek tűnik.
képlettel lehetséges [5.33], ahol
|
a beépített elemtípusra jellemző állandók,
|
|
|
az áramló közeg tömegáram-sűrűsége [kg/m2s], tervezési irányértéke 4–8 kg/m2s, számítása a kifejezéssel történhet, ahol az tömegáram helyébe az 5.12. ábra szerinti jelölések figyelembevételével füstgázoldalon az , levegőoldalon az értéket, az térrész-arány helyébe a füstgáz-, illetve levegőoldali térrész arányát kell behelyettesíteni,
|
|
|
a beépített elemtípusra jellemző hidraulikus átmérő [m],
|
|
|
a beépített elemtípustól függő porozitási tényező,
|
|
|
az áramló közeg dinamikus viszkozitása [kg/ms], más forrás hiányában az (5.185) képlettel számítható,
|
|
|
az áramló közeg közepes fajhője, az 5.16. táblázat (levegőre), illetve az (5.81) összefüggés alapján vehető figyelembe,
|
|
|
az áramló közeg jellemzőivel meghatározott Prandtl-szám, más forrás hiányában az (5.187) képlettel számítható.
|
Az (5.227) képletben szereplő anyagjellemzőket a felületek előtti és utáni hőmérsékletek átlagértékére kell figyelembe venni.
5.33. táblázat [5.33]
|
Jellemző megnevezése
|
Jelölés
|
FNC-319
|
|
|
Lemezvastagság (mm)
|
s0
|
0 ,7 |
|
|
Összmagasság (mm)
|
h0
|
5 ,24 |
|
|
Hullám (fogazat) magassága (mm)
|
a0
|
2 ,27 |
|
|
Hullám (fogazat) távolsága (mm)
|
|
34 ,0 |
|
|
Felületnagyobbodás
|
|
1 ,098 |
|
|
Hullám hajlásszöge (fok)
|
|
20 ,5 |
|
|
Porozitás
|
v0
|
0 ,853 |
|
|
Hidraulikus átmérő (mm)
|
d
|
8 ,14 |
|
|
Fajlagos felület (m2/m3)
|
Y0
|
419 |
|
|
Fajlagos tömeg (kg/m3)
|
M0
|
1205 |
|
|
Hőátadás számításához szükséges állandók
|
|||
|
|
Hőátadási képlet állandója Re = 2100 alatt
|
C1
|
0 ,28767 |
|
|
Re-szám kitevője Re = 2100 alatt
|
m1
|
0 ,43790 |
|
|
Hőátadási képlet állandója Re = 2100 felett
|
C2
|
0 ,67483 |
|
|
Re-szám kitevője Re = 2100 felett
|
m1
|
0 ,55021 |
|
Nyomásveszteség-számítás állandói
|
|||
|
|
Nyomásveszteségi szám állandója Re = 2100 alatt
|
B1
|
8 ,79513 |
|
|
Re-szám kitevője Re = 2100 alatt
|
n1
|
0 ,54395 |
|
|
Nyomásveszteségi szám állandója Re = 2100 felett
|
B2
|
4 ,28342 |
|
|
Re-szám kitevője Re = 2100 felett
|
n1
|
0 ,44940 |
A tömegáram-sűrűség számításához szükséges [m2] rotor-keresztmetszet értékét a léghevítő gyártók által ajánlott széles (például 1,15–311,0 m2) méretsorból a tömegáram-sűrűség előbb javasolt értéke, illetve a hőátadó felület korróziójának minimalizálása szempontjából megengedett lemezhőmérséklet-ingadozás, minimális lemezhőmérséklet figyelembevételével kell megválasztani. A méretsorok úgy vannak kialakítva, hogy az egymást követő elemek rotor-keresztmetszete mintegy 10%-kal nagyobb.
A 2.173. ábrán és 2.174. ábrán vázolt nagyszámú lemeztípusra, ezek párosítására vonatkozó, tervezéshez szükséges állandók, más jellemzők nagyszámú, a gyártók, fejlesztők által végzett laboratóriumi mérés, illetve gyakorlati tapasztalatok alapján állnak rendelkezésre. Példaként az SRM AB [5.33] által széles körben alkalmazott FNC-319 típusjelű (sík + minden második lapnál a feldolgozási irányra merőlegesen megfordított fogazott) lemez jellemzőit az 5.33. táblázat foglalja össze.
Gyakori, hogy a típustáblázatban megadott lemezvastagság helyett más (például a hideg oldali lemezkötegeknél a korrózió hatásának lassítására nagyobb) lemezvastagságot alkalmaznak. Ilyen esetekben a porozitás, fajlagos felület átszámítására, a [mm] megváltozott összmagasság figyelembevételével, az alábbi összefüggésekkel van mód:
-
Porozitás
-
Fajlagos felület
összefüggésből adódik, ahol
|
a fűtőfelület elhelyezésére szolgáló keresztmetszet [m2],
|
|
|
a fűtőfelületek magassága [m],
|
|
|
a fűtőfelület fajlagos felülete [m2/m2],
|
|
|
rotorszerkezet konstrukcióját (vázelemek fűtőfelület-beépíthetőséget korlátozó hatását) figyelembe vevő korrekciós tényező, egyéb adat hiányában = 4–10 m rotorátmérő között a
összefüggéssel közelíthető.
|
A lemezmagasság gyors, közelítő kiszámítására [5.33] a
összefüggés felhasználásával van mód, ahol az egyes tényezők a
kifejezésekkel számíthatók. Az előbbi összefüggésekben
A kiadódott magasságértéket 100 mm-re kell kerekíteni. Gyakori, hogy a korrózió hatásának csökkentésére a léghevítő hideg oldalán a legalsó lemezbetétsorban nagyobb lemezvastagságot alkalmaznak, amelynek általában kisebb a fajlagos felülete.
Az esetleges korrózió valószínűségének becsléséhez meg kell határozni a hideg oldali átlagos lemezhőmérsékletet is [5]:
A képletben a már ismert mennyiségeken túlmenően
Megfigyelhető, hogy a fordulatszám növelése csökkenti a hőmérséklet-ingadozást, ezzel a savharmatpont alatti hőmérséklet-tartománybeli tartózkodás idejét. Növelését azonban a szerkezeti kialakítás korlátozza, 3 fordulat/min értéknél nagyobb fordulatszám nem alkalmazható.
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.
