Az előbbi számítási összefüggések gyakorlati alkalmazását néhány jellemző fűtőfelületre – nagy vízterű kazánok füstcsöveire, ipari és erőműi kazánok konvektív túlhevítőire, regeneratív léghevítőre – bemutatott példával kívánjuk megkönnyíteni. A számítások során a füstgáz-, levegőoldali anyagjellemzőket minden esetben az 5.12. táblázatban, 5.13. táblázatban, 5.14. táblázatban megadott sztöchiometriai jellemzőkből kiindulva, az (5.185), (5.186), (5.187) képletekkel számoltuk, a füstgázentalpia, füstgázhőmérséklet meghatározására a 3. függelékben megadott másodfokú közelítő polinomokat használtuk. A túlhevítőknél a gőztáblázatokban megadott alappontokra illesztett, kellő pontosságú közelítő függvényeket használtunk.

Füstcsövek: A füstcsövek méretezését minden esetben megelőzi a csőméretek, csőszám felvétele. Miután a kazán tervezése a tökéletes technikai kialakítás mellett gazdasági optimalizálás is, általában több változat vizsgálatára kerül sor. Ezek közül kiválasztható a technológiai adottságoknak, gyártási tapasztalatoknak megfelelő legkisebb költségű megoldás. A költségszámítás elvégezhető a gyártó szempontjai (például legkisebb ajánlati ár) vagy a berendezés teljes élettartama (üzemeltetési, karbantartási költségeket is beszámítva) figyelembevételével. A kétféle megközelítés eltérése jól érzékelhető egy nagy vízterű kazán második huzami füstcsőméretének véglegesítésénél. A csövek hossza a megelőző tűztérméretezésből már adott, így csak a csőátmérő optimalizálására van mód.

A csövek elhelyezésére kihasználható (az 5.29. ábrán színezett) csőfalfelület a lángcső, fordulókamra átmérőjéből és a méretezési előírásokban (például [5.48]) megadott „védőtávolságok”-ból számítható. A példában 1400 mm átmérőjű lángcsövet, 2200 mm átmérőjű fordulókamrát és egységesen 100 mm védőtávolságot vettünk figyelembe. Miután a csövek közötti osztás függ a csőátmérőtől, kisebb csőátmérővel nagyobb számú cső helyezhető el ugyanazon a csőfalfelületen. Gyakorlati tapasztalatok alapján [5.49] a csőosztás hegesztett csőkötés esetén az átmérő 1,2–1,35-szörösére, hengerlés esetén 1,25–1,35-szörösére választható. Minimális értékét szabványelőírások (pl. [5.48], DIN 28182) is meghatározhatják. A ténylegesen választandó érték a csövek közé zárt csőfalelem (2.32. ábra) hőmérsékletének, kifáradást okozó feszültségamplitúdójának ((2.17) képlet) meghatározásával végezhető el.

Háromhuzamú kazánok füstcsöveinél, gyakorlati tapasztalatok hiányában, a legnagyobb nehézséget a füstgázoldali falhőmérséklet és a hőátbocsátási tényező számításához szükséges

search

elpiszkolódási tényező felvétele jelenti. Ennek értéke elsősorban a füstcsövekben lerakódó korom vastagságától, tulajdonságaitól függ, és rosszul beállított (kormozó) tüzelés esetén folyamatosan nő. Az előbbi táblázatban egységesen

search

= 0,01 m2K/W értéket vettünk figyelembe, változásának hatását 76,1 mm-es külső csőátmérőjű fűtőfelületre az 5.30. ábra mutatja. Jól megfigyelhető, hogy jobban elkormozódott fűtőfelület esetén jelentősen megnő a távozó hőmérséklet és lecsökken a leadott hőmennyiség.

A csőátmérő hatását mérlegelve megállapítható, hogy csökkentésével lényegesen nő az ugyanazon térrészben elhelyezhető fűtőfelület és ebből adódóan a felületen leadott hőmennyiség, miközben az áramlási sebesség, hőátbocsátási tényező alig változik. Ugyanakkor megnő az egységnyi hőmennyiségre számított tömeg, hegesztési (hengerlési) varrathossz, így a gyártási költségek. A csőátmérő csökkenése következtében megnő az áramlási veszteség, így az üzemeltetési költség is. Az optimális csőméretre vonatkozó elhamarkodott következtetés helyett a számítást a többi fűtőfelületre is el kellene végezni, mivel a költségek vonatkozásában érdemi véleményt csak a teljes berendezés és nem csupán egy fűtőfelület alapján lehet alkotni. A beszerzésre, készletezésre is figyelemmel a két füstgázhuzamban lehetőleg egységes átmérőt, falvastagságot, a csőgyártók által rendszeresen gyártott csőméretet célszerű választani.

Csőkötegek: A méretezés a vízcsöves kazánok fűtőfelületeinél a füstjáratok, csőátmérő, csőosztás, csőelrendezés felvételével kezdődik. A célszerű füstgázsebességet elsősorban a füstgáz koptató hatása (6.3.2. fejezet) befolyásolja. Ebből adódóan szénhidrogén-tüzelésnél nagyobb sebességet, nagyobb hamutartalmú szénportüzelésnél kisebb sebességet lehet választani. A sebesség csökkentésével nő a szükséges áramlási keresztmetszet, csökken a hőátadás, nő a fűtőfelületek mérete, tömege, növekszik a berendezés költsége. Így a még kopás szempontjából elfogadható, legnagyobb sebességre célszerű törekedni. A füstjáratoknál általában csak a mélység választható szabadon, mivel a kazán szélessége a tűztérméretezésből adottságnak tekinthető. Elvileg elképzelhető lenne a szélesség tűzteret követő változtatása, ez azonban jelentősen növelné a költségeket. A csőosztásokkal igazodni kell a határolófelületek (korszerű berendezéseknél általában membránfalak) csőosztásához, a választott csőosztás annak többszöröse vagy a függesztő csövek kettőzése esetén többszörösének fele, negyede lehet. A csőméreteket a túlhevítőknél a falhőmérséklethez tartozó, megengedhető szilárdsági jellemző ((2.1/a), (2.156) képlet, 7.2.3.1. fejezet) figyelembevételével kell kiválasztani. Vízhevítőknél a csőátmérő felvételénél a vízoldali áramlás stabilitását is figyelembe kell venni. A hőtechnikai számításokra egy földgáztüzelésű és egy lignittüzelésű kazán túlhevítőjét mutatjuk be. Előbbi kilépő fokozat (kilépő hőmérséklet tartandó), utóbbi előtúlhevítő (belépő hőmérséklet adottság). A fűtőfelületek függesztőcsöveken (mindkét oldalukon) vannak elhelyezve, ezek csőosztása 3·75/2 = 112,5 mm. A csőelrendezés a földgáztüzelésű kazánnál eltolt, a szénportüzelésű kazánnál soros. A jellemző méreteket, hőmérsékleteket, füstgázáramokat, anyagjellemzőket az 5.36/a táblázat mutatja.

A füstgázoldalon egyidejűleg van jelen csatornában történő párhuzamos áramlás és a csövekre merőleges áramlás. Így eltérő füstgázoldali hőátadási tényező lesz érvényes a határolófelületekre, függesztőcsövekre és a túlhevítő csőkígyókra. Előbbit az (5.183) képlettel, utóbbiakat sakktáblás csőosztásra az (5.204), illetve (5.207/a), soros csőosztásra az (5.204), illetve (5.207) képletekkel számítottuk. A sugárzásos hőátadást a csövek közötti sugárzásra számított egyenértékű rétegvastagsággal ((5.158) képlet), besugárzás miatti helyesbítéssel ((5.166) képlet), az (5.162) összefüggéssel határoztuk meg. A gőzoldali hőátadási tényezők (5.36/b táblázat) számításához az (5.183) képletet használtuk. A hőmérsékletprofil miatti korrekciós tényező elhanyagolható volt. Az egyéb (határolófalak, lignittüzelésű kazán függesztőcsövei) felületek az elgőzölögtető rendszer részét alkotják, így ezekre belső oldali hőátadási tényezőt nem számítottunk. A füstgázoldali hőátadási tényezők és az eredmények az 5.36/c táblázatban láthatók.

A táblázatban jelölt mezőkben szereplő füstgáz- és gőzhőmérséklet-értékek iterációval kerültek meghatározásra. Az 5.36/b táblázat függesztőcső-oszlopában szereplő entalpia- és hőmérsékletértékek a teljes fűtőfelületre vonatkoznak. A táblázatokban nem szerepelnek, de más konvektív hőátadási tényező számítási összefüggésekkel is készültek számítások. Az eredmények eltérése ez esetben is 10% nagyságrendben volt.

Az elpiszkolódási tényező számítása: Külön kell említést tenni a füstgázoldali falhőmérséklet számításához szükséges, 5.36/c táblázatban szereplő

search

elpiszkolódási tényezőről. Ugyanis a konvektív felületek számítása a bemutatott esetekben kihasználási tényezővel (5.27. táblázat, 5.28. táblázat) történik, így az irodalom ilyenkor nem ad meg elpiszkolódási tényezőt. Meghatározása az (5.169) és (5.167) összefüggések felhasználásával lehetséges: a kétféle számítási eljárásnak azonos eredményre (hőátadási tényezőre) kell vezetni. Így

amelyből az

search

elpiszkolódási tényező kifejezhető:

Regeneratív léghevítő: A hőtechnikai méretezéshez ismerni kell a léghevítő alapterületét. Ennek megállapítása a várható közegsebességek és a léghevítők darabszáma alapján történik. A legnagyobb kazánokat kivéve a léghevítés megoldható egy léghevítővel, a gyakorlatban azonban általában legalább két berendezést alkalmaznak, mivel így az egyik léghevítő üzem közbeni tisztítása teljesítménycsökkentés mellett elvégezhető. Az 5.37/a táblázatban és 5.37/b táblázatban összefoglalt példában egy nagy, lignittüzelésű kazán előre felvett méretekkel megadott, FNC-319 típusú lemezekkel gyártott léghevítőjére kiadódott számítási eredményeket mutatjuk be. A fűtőfelület két rétegből áll, az alsó a korrózió hatásának késleltetésére vastagabb lemezből készül. A füstgáz- és levegőoldali áramlási keresztmetszet (kerületi szög) azonos. A kerületből 15 fokot a két oldalt elválasztó „tömítés” és az ezt tartó szerkezetek foglalnak el.

Az alsó és felső rétegre vonatkozó, levegő- és füstgázoldali hőátadási tényezők meghatározása a Reynolds- szám függvényében az 5.33. táblázatban az adott lemeztípusra vonatkozóan megadott állandók, és az (5.227) képlet felhasználásával történt. Az eredő hőátbocsátási tényező kiszámítására a felületekkel súlyozott hőátadási tényezők alapján került sor. A számítás a megadott méretek mellett a levegő felmelegedési és a füstgáz kilépési hőmérsékletének iterációval történő megállapítására irányul. Az utolsó számítási lépés bemenő és kiadódó értékeit az 5.37/b táblázatban kiemeltük.

Segéddiagramok: Gyakran előfordul, hogy nincs lehetőség a részletesen ismertetett számítási összefüggések alkalmazására. Ilyen esetben jól használhatók a gyors számítást elősegítő ábrasorozatok. Ezért a leggyakrabban előforduló esetekre:

a 4. függelékben diagramokat közlünk, amelyekkel a jellemző paraméterekből kiindulva a hőátadási tényezők meghatározhatók. A füstgáz CO2-tartalmának hatása a konvektív hőátadásnál általában ±1%-nál kisebb, így erre nem közlünk korrekciós diagramokat.