VEZETÉKES ENERGIAELLÁTÁS I

Dr. Zsebik Albin

VEZETÉKES ENERGIAELLÁTÁS I. TÜZEL ANYAGOK ÉGETÉSE

Oktatási segédanyag Kézirat

Budapest, 2003. július EGES.doc.doc

www.jomuti.lpm.hu

Tartalomjegyzék Bevezetés......................................................................................................................................... 1 1. H termelés .................................................................................................................................. 2 1.1. Tüzel anyagok égése............................................................................................................ 2 1.1.1. Tüzel anyagok égésekor keletkezett h ........................................................................ 2 1.1.2. Az égés feltételei ........................................................................................................... 4 1.2. Tüzeléstechnikai alapismeretek............................................................................................ 8 1.2.1. Az égéstér kialakítása és szerepe az égetésben ............................................................. 8 1.2.2. Füstjáratok kialakítása................................................................................................... 9 1.2.3. Hulladékok égetése ..................................................................................................... 11 1.2.4. Tüzel berendezések veszteségei ................................................................................. 14 1.2.5. A tüzel berendezések károsanyag kibocsátása ........................................................... 15 1.3. A h hasznosítása ............................................................................................................... 17 1.3.1. A víz, mint h hordozó................................................................................................. 17 1.3.2. A kazánban hasznosított h ......................................................................................... 18 1.4. Melegvizes kazánok ........................................................................................................... 19 1.5. Kis- és közepes teljesítmény g zkazánok ........................................................................ 20 1.6. Kazánok kiszolgáló és segédberendezései ......................................................................... 21 1.6.1. Leveg ellátás és égéstermék elvezetés ....................................................................... 21 1.6.2. Keringet és tápszivattyúk .......................................................................................... 23 1.6.3. Tápvíz és leveg el melegít k .................................................................................... 23 1.6.4. Osztók és gy jt k ........................................................................................................ 24 1.6.5. Automatika és felügyeleti rendszer ............................................................................. 24 1.7. Különleges kazánok és h hasznosítók ............................................................................... 24 1.7.1. H hasznosító kazánok................................................................................................. 24 1.7.2. Termoolajos rendszerek .............................................................................................. 25 1.7.3. H légfúvók, füstgáz generátorok ................................................................................ 25 1.8. Kazánüzem ......................................................................................................................... 25 1.8.1. Energia megtakarítási lehet ségek kazánüzemekben ................................................. 26 1.8.2. Kazánok illesztése a fogyasztói rendszerhez .............................................................. 27 Irodalom ........................................................................................................................................ 29 ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ő

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ő

ı

ı

ı

ı

JOMUTI Kft. 1172 Budapest, Almásháza u. 55. Tel./Fax: 253 5697, 257 7369, 258 2963

[email protected] Cégjegyzékszám: 01-09-071549 Bankszámlaszám: 10102086-07316202-00000001

Bevezetés

Bevezetés ı

ı

ı

A h termelése els sorban a f tési, a használati melegvíz valamint a technológiai h igények kielégítése érdekében történik. Technológiai igénynek tekintjük a villamosenergia termeléshez felhasznált gáz, g z el állítását is. ő

ı

ı

ı

ı

ı

Ennek megfelel en, jelen kötetünkben az alapenergia h vé történ átalakításával foglalkozunk. A h termelés alapanyagának a tüzel (hasadó-)anyagokat, a h termelés végtermékének a füstgázt, g zt, forró- és melegvizet, ill. leveg t tekintjük. Ezek az átalakított, ún. másodlagos energiahordozók égés vagy maghasadás útján az energiaátalakításhoz (fejlesztéshez ill. termeléshez) felhasznált alapenergia-hordozókból nyerik energiatartalmukat. ı

ı

ı

ı

ı

ı

Az égés ég kamrákban, meleg- és forróvíz-kazánokban, a maghasadás az atomreaktorokban történik. A kötetben ismertetjük a kazánok alaptípusait, az üzemüket befolyásoló tényez ket. A gáz-, az olaj- és alternatív tüzelés a g z- és forróvízkazánok teljesítmény-szabályozásának módját. ı

ı

ő

ı

ı

ı

Önálló kötetben kerül ismertetésre a h szállításának módja g zzel és forróvizzel, a g zzel ill. forróvízzel történ szállítás el nyei és hátrányai. A h hordozó (víz, g z) szállítása cs vezetéken, a nyomás változása. A sugaras és hurkolt hálózatok, a hálózatok számításának módszerei. A vezetékek átmér jének meghatározása. ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

Ugyancsak önálló kötetet képez az energiagazdálkodás szempontjából fontos h tárolási módok bemutatása. A h tárolása a h forrásban, a fogyasztónál és a távvezetékben. A változó és állandó nyomású tárolás, a fajlagos tárolókapacitás meghatározása. Példát mutatunk be a hideg tárolására. ı

ı

1

ı

1. H termelés

1. H termelés 1.1. Tüzel anyagok égése 1.1.1. Tüzel anyagok égésekor keletkezett h ı

ı

Az égés kémiai folyamat, amelyben a tüzel anyagok éghet komponensei oxigénnel kémiai reakcióba lépnek. Az égés folyamán h és égéstermék keletkezik. A nem éghet anyagok az égéstermékekkel keverednek. ı

ı

ı

ı

A szén, amit a tüzel berendezésben elégetnek mindig tartalmaz nedvességet és nem éghet hamut. A nedvesség elpárolog, a füstgázba kerül, míg a hamu a salakba jut. ı

ő

ı

F t érték ?

ı

Az olajból és a gázból füstgáz keletkezik, minden égésterméket és nem éghet anyagot (széndioxid, szilárd por) a füstgáz visz magával. ı

A füstgáz viszi magával annak a leveg nek a nitrogén tartalmát is, amib l az oxigént a tüzel anyag részben elhasználta.

ı

Égésh ?

ı

ı

ı

Az egységnyi mennyiség tüzel anyagból keletkezett h t égésh nek nevezzük. Mértékegysége szilárd és folyékony tüzel anyagok esetén J/kg, gázoknál J/m3. ő

ı

ı

ı

ı

A gázok (leveg , földgáz, biogáz, füstgáz) mennyiségét a tüzeléstechnikában rendszerint a normál állapotú térfogatával, m3-ben adjuk meg. Normál állapot alatt a gáz 0 °C (273,15 K) h mérséklet , 1,0133 bar (760 Hgmm) nyomású állapotát értjük. A nyomásmér m szerek a gáz nyomását mindig a környez leveg nyomásától való eltérésben, azaz túlnyomásban mérik, ezért a leolvasott értékhez a mindenkori légnyomást hozzá kell adni, hogy megkapjuk az ún. abszolút nyomást. Ha nem egyértelm , hogy milyen nyomást adunk meg, a mértékegységben jelöljük: bar(abs) = abszolút nyomás, barg = túlnyomás.

Nm3 ?

ı

ı

ő

ı

ı

ő

ı

ő

Ha a gáz barg-ban mért nyomása p, h mérséklete °C-ban t, mért térfogata V m3, a normál állapotú térfogatát az alábbi képlettel kapjuk 273,15 1000 ⋅ p + b Vn = ⋅ ⋅V 273,15 + t 1013 ahol b a barométerállás mbar-ban a mérés helyén és id pontjában. ı

Nm3 : (normál köbméter) Egy adott gáz 0°C-on és 1,013 bar (101300 Pa) (légköri) nyomáson mért térfogata. Erre az állapotra vonatkozik az adott anyag s r sége és f t értéke. Gyakran használt még a nm3 (technikai normálköbméter; p=0,967 bar és t=20°C) és a gnm3 (gáztechnikai normálköbméter; p=0,967 bar és t=15°C) is. ő

ő

ő

ı

ı

Sajnos, a kötelez SI mértékrendszer ellenére, a hazai gázszolgáltatók az ún. gáznormál állapotot használják, amelynél a vonatkoztatási h mérséklet 15 °C (288,15 K). A gáznormál állapotra történ átszámítás: 288,15 1000 ⋅ p + b Vgn = ⋅ ⋅V = f ⋅V 273,15 + t 1013 ahol f az a korrekciós tényez , amit a gázszámlákon is feltüntetnek. ı

ı

ı

ı

H mérséklet korrekciós tényez ? ı

ı

A tüzel anyagok égésh jét méréssel határozzák meg. A mérés elve, hogy egy zárt edényben (a kaloriméter bombában) elégetnek egy kis menynyiség tüzel anyagot, majd a keletkezett égéstermékeket visszah tik a kiindulási h mérsékletig, miközben mérik az elvont h t. A teljes visszah tésig elvont h megegyezik a keletkezett h vel. ı

ő

ı

ı

ő

ı

ı

ı

ő

ı

2

ı

1. H termelés

Az égés folyamán az égéstermékek h mérséklete nagyon magas értékeket érhet el, akár 2000-2100 °C-ra is emelkedhet. A h elvonással ez a h mérséklet fokozatosan csökken (1. ábra). ı

ı

ı

Ha az égéstermék vízg zt is tartalmaz, az egyenletes h mérséklet csökkenés vonala a harmatpontnál megtörik, ugyanannyi h elvonására sokkal kisebb lesz a h mérsékletváltozás. Ennek az oka, hogy a víz fokozatosan kicsapódik és felszabadul az az energia (párolgásh vagy kondenzációs h ), amit a g z az elpárologtatásakor magában eltárolt (a párolgásh r l a kazánok tárgyalásánál részletesebben lesz szó). ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

Az 1. ábrán látható, hogy az égésh t akkor kapjuk meg, ha a visszah tést a kiindulási h mérsékletig végezzük. ı

ő

ı

A gyakorlatban, egészen az elmúlt évekig, a tüzel berendezések füstgázait jóval a harmatpont feletti h mérsékleten engedték el, ezért nem volt jelent sége a kondenzáció figyelembe vételének. Ezért bevezették a f t érték fogalmát, aminek értéke a vízg z kondenzációs h jével kisebb, mint az égésh . ı

ı

ı

ő

ı

ı

ı

ı

1. ábra Az égésh és f t érték értelmezése ı

ő

ı

A f t értékkel lényegesen egyszer bb a tüzeléstechnikai számításokat elvégezni és addig, amíg nem következik be a kondenzáció, a számításokkal nem követünk el hibát. ő

ı

ő

1. táblázat Néhány tüzel anyag égésh je és f t értéke ı

ı

Égésh 32 ... 35 MJ/kg 27,6 ... 29,3 MJ/kg 27,6 MJ/kg 22,6 MJ/kg 18,8 MJ/kg 33,5 MJ/kg 43 ... 44 MJ/kg 36 ... 39 MJ/Nm3 102 ... 134 MJ/Nm3 26 ... 28 MJ/Nm3 ı

Feketeszén Barnaszén Lignit T zeg Tüzifa Háztartási koksz Tüzel - és f t olaj Földgáz Propán-bután (PB) Biogáz ı

ı

ő

ı

ő

ı

F t érték 29 ... 32 MJ/kg 19,6 ... 23,2 MJ/kg 14,5 ... 19,7 MJ/kg 14,5 MJ/kg 12 ... 14,3 MJ/kg 29,5 ... 30 MJ/kg 40 ... 41 MJ/kg 31 ... 34 MJ/Nm3 94 ... 123 MJ/Nm3 24,5 ... 26 MJ/Nm3 ő

ı

A f t érték használata olyan mértékben elterjedt, hogy a tüzel berendezésekbe bevitt h t a tüzel anyag f t értékéb l számítják ki, és erre voő

ı

ı

ı

ı

ő

ı

ı

3

ı

1. H termelés

natkoztatják a berendezés hatásfokát. Emiatt lehetséges, hogy néhány cég a kondenzációs kazánjait úgy hirdeti, hogy azok hatásfoka 100 %-nál nagyobb. 1. példa: Egy családi házban a tulajdonos rendszeresen mérte az elfogyasztott földgáz mennyiségét és annak értéke az egyik hónapban 560 m3nek adódott. Mennyi h t fogyasztott a ház, ha a földgáz átlagos nyomása 25 mbarg, f t értéke gáznormál állapotra vonatkoztatva 33,6 MJ/m3 és a mér óránál az átlagos h mérséklet 18 °C, a barommetrikus nyomás átlaga pedig 1015 mbar volt? ı

ő

ı

ı

ı

A térfogat korrekciós tényez je: 288,15 1015 + 25 f= ⋅ = 1,016 273,15 + 18 1013 ı

Ezzel a korrigált térfogat: Vgn = 1,016 ⋅ 560 = 569,0 m 3 Az elfogyasztott h energia: Q = 569 ⋅ 33,6 = 19118,5 MJ ı

1.1.2. Az égés feltételei Fizikailag az égéshez: • tüzel anyag • oxigén és a • gyulladási h mérséklet szükséges. ı

Az égés feltételei ?

ı

Ahhoz, hogy az égés fenn is maradjon, a tüzel anyag lehet leg valamennyi éghet anyaga elégjen, azaz ne legyen kormoló a láng, további feltételeket is biztosítani kell. ı

ı

Mikor kormol a láng?

ı

Szilárd anyagok égése: A tüzel anyag, amikor hidegen bekerül a t ztérbe, el ször csak melegszik. A melegedést a t ztér meleg boltozatának a sugárzása, a már ég tüzel anyag lángjának a visszasugárzása és a visszakevered forró füstgáz biztosítja. ı

ő

ı

ő

ı

ı

ı

Az égés folyamata?

Ebben a szakaszban kipárolog a tüzel anyag felületén lév nedvesség, majd kb. 110 °C felett az ún. kristályközi nedvesség is. ı

ı

Kb. 250-350 °C között indul meg a h bomlás, ami az eredeti kristályszerkezet szétesését jelenti, a hosszú szénláncú, szenet és hidrogént tartalmazó molekulák kisebb molekulákra esnek szét. Ezek a kisebb szénláncú molekulák éghet gáz vagy g z formájában, illóként felszabadulnak és kiválnak a visszamaradó szemcsés szilárd anyagból. ı

ı

ı

Mi a korom ?

A vízg z kipárolgásához és a h bomláshoz h szükséges, ezért ebben a szakaszban a tüzel anyaggal érintkez leveg h t hatása inkább lassítja a folyamatot. ı

ı

ı

ı

ı

ı

ő

ı

El ször 350-550 °C közötti tartományban a felszabadult illó gyullad ı

4

ı

1. H termelés

meg. A gáz halmazállapotú bomlástermék a leveg vel keveredve gyorsan, nagy lánggal ég el. A gyors égés következtében nagymennyiség h szabadul fel. A láng jelent s h t sugároz a t ztér fala és a még meg nem gyulladt tüzel anyag felé, de még így is gyorsan n a h mérséklet. ı

ő

ı

ı

ı

ő

ı

ı

ı

A gyors égés miatt nagymennyiség leveg t kell biztosítani. Ha kevés a leveg , vagy nem tud tökéletesen keveredni a felszabaduló illóval, a láng kormozó lesz, sok elégetlen anyag (szén szemcsék ill. korom és szénmonoxid) marad a füstgázban. ő

ı

ı

A szén, jelent s része, mint tiszta karbon, a szilárd anyagban marad vissza. Ennek égése 700 °C körüli h mérsékleten indul meg. A karbon égés lassú folyamat, ezért jóval kisebb leveg áramot igényel, mint az illó égése. Ha nem veszünk vissza a leveg áramból, a felesleges leveg h ti a t zteret, a h mérséklet csökkenés miatt pedig az égés abbamarad anélkül, hogy valamennyi szénszemcse elégett volna. ı

ı

ı

ı

ı

ő

ő

ı

A két égési folyamat jellegzetességét jól megfigyelhetjük a kályháknál. Begyújtás után, amikor már a gyújtós annyi h t termelt, hogy a tüzel anyag illótartalma meggyullad és tovább ég, hirtelen “megszalad’ a t z, az égés nagy lánggal történik. Ilyenkor nagy huzatot kell adni, hogy a láng ne kormozzon. ı

Korom: szénhidrogénekb l elégtelen leveg égetéssel vagy termikus bontással el állított igen finom elosztású szén. A gumigyártás és nyomdaipari festékek alapanyaga. A bontás melléktermékeként hidrogén keletkezik. A gyártás alapanyaga els sorban földgáz, de gázolajat, lepárlási maradékokat és az oldószeres ken olajfinomítás extraktját is felhasználják korom el állítására. ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ő

Egy id után, amikor az illó kiégett, csökkenteni kell a huzatot, tartani a parazsat. Sok esetben a huzatajtó teljes lezárásakor is elegend a leveg a parázs (azaz az izzó szénszemcséket tartalmazó hamu) kiégéséhez. ı

ı

ı

Folyékony tüzel anyagok égése: ı

A folyadékok égése akkor indul meg, ha h hatására a felszínen a folyadék elpárolog, és ez a pára a leveg vel keveredve gyullad meg. A szükséges h t itt is a t ztér falának és a lángnak a visszasugárzása biztosítja. ı

ı

ı

ő

A párolgás a felszínen jön létre, emiatt úgy tudunk intenzív égést kialakítani, ha a tüzel anyagot apró cseppekre bontjuk. Ezzel a tömegéhez viszonyítva nagy felület mellett azt is biztosíthatjuk, hogy a cseppek jól keverednek az égési leveg vel. ı

ı

Nagyon fontos, hogy a cseppek teljes kiégésükig megmaradjanak a magas h mérsékleti tartományban, különben az égés folyamata megsz nik, a láng kormozóvá válik. ı

ő

A cseppekre bontást az olajég szerkezetek valósítják meg. ı

A folyadékok a környezeti h mérsékleten is párolognak. Az illékonyabb folyadékok, mint pl. a benzin zárt térben olyan mennyiségben is képes kipárologni, hogy egy id után a felette lév leveg vel a folyadék g ze robbanóképes keveréket hoz létre. Ilyenkor egy szikra berobbanthatja a teret. ı

ı

ı

ı

ı

Emiatt a folyadékok begyújtását különös óvatossággal kell megkezdeni, biztosítani kell, hogy az esetleges robbanóképes g z-leveg keverék a gyújtás el tt el legyen távolítva. Biztonságtechnikai el írás a gyújtás el tt a ı

ı

ı

ı

ı

5

ı

1. H termelés

t ztér átszell ztetése. ő

ı

Gázok égése: Az éghet gáz, ha leveg vel összekeverjük gyorsan, robbanásszer en ég el. Ezért a gáz égetésekor a keverés és az égés folyamatosan, egyidej leg történik. Leggyorsabb az égés akkor, ha a gáz és a leveg olyan arányban keveredik, amilyen arányt a kémiai reakció egyenlet határoz meg. ı

ı

ő

ő

ı

Ha a gáz koncentrációja a leveg ben egy bizonyos érték alatt (alsó robbanási koncentráció) vagy egy bizonyos koncentráció felett (fels robbanási koncentráció) van, a keverék nem gyújtható meg. ı

ı

Vannak olyan gázég k, amelyekben a leveg t és a gázt el ször összekeverjük és csak ez után gyújtjuk meg. Ezekben az ég kben az égés nagyon gyorsan játszódik le, a láng rövid, sok esetben nem is látható, a láng h mérséklete magas. ı

ı

ı

ı

ı

Abban az esetben, ha a gáz és a leveg keveredése csak az égéstérben történik, az égés sebességét a keveredési folyamat határozza meg, a láng hosszú, elnyújtott lesz, a láng h mérséklete kisebb. ı

ı

A kereskedelmi forgalomban elterjedt ég knél rendszerint részleges el keverést alkalmaznak, a teljes leveg mennyiségét a gáz csak a t ztérben kapja meg. ı

ı

ı

ő

Mivel a legkisebb gázszivárgás is egy id után robbanóképes keveréket hozhat létre a környezet leveg jével, a biztonsági el írások gáztüzelésnél a legszigorúbbak. ı

ı

ı

Leveg szükséglet, füstgáz kibocsátás: ı

Az égéshez szükséges leveg mennyiségét a kémiai reakcióegyenletek szigorúan megszabják. Pl.: C + O2 = CO2 • tiszta karbon égése: • tiszta metán égése: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O ı

Légszükséglet ?

Ezek az egyenletek mólnyi mennyiségekre vonatkoznak és így szigorú mennyiségi arányokat szabnak meg. Ha ennél kevesebb oxigént (pontosabban ennél kevesebb oxigént tartalmazó leveg t) adagolunk, a tüzel anyag egy része nem fog elégni, ha viszont ennél több az oxigén, a felesleg az égéstermékbe kerül, azaz nem vesz részt a reakcióban. ı

Légfelesleg ?

ı

A tüzel anyag összetételének ismeretében tehát ki lehet számítani, mennyi leveg t kell adagolni a tüzel anyag elégetéséhez és a reakció során mennyi füstgáz keletkezik.

Hogyan befolyásolja a légfelesleg a kazán ha-

ı

ı

tásfokát ?

ı

Az egységnyi (1 kg ill. gázoknál 1 m3) tüzel anyag elégetéséhez a reakció-egyenletekb l számított szükséges leveg mennyiségét elméleti leveg szükségletnek (L0), az elégetés során keletkezett füstgáz mennyiségét elméleti füstgáz mennyiségnek (V0) nevezzük. ı

ı

ı

ı

λ > mint szükséges: a tüzel anyag tökéletesen elég, de a felesleges leveg a kazánházi h mérsékletr l felmelegszik a füstgáz h mérsékletre és így a leveg vel (füstgázzal) jelent s mennyiség h kerül a szabadba ı

ı

ı

ı

ı

ı

A gyakorlatban sokszor nem ismerjük a tüzel anyag összetételét. Ilyenkor a f t érték alapján közelít képleteket használhatunk [2]. Ilyenek ı

ő

ı

ı

ő

ı

ı

6

ı

1. H termelés anélkül, hogy ennek a felesleges leveg nek bármi hasznát vettük volna.

pl.:

ı

• földgázra:  m3  0,26 ⋅ H L0 = + 0,25  3  1000 m 

V0 =

 m3  0,28 ⋅ H + 0,6  3  1000 m 

λ > jellemz i: ı

• a láng színe kékes,

• tüzel olajra: ı

0,21 ⋅ H  m3  L0 = 2,2 +   1000  kg  • biogázra:  m3  0,24 ⋅ H L0 = + 0,45  3  1000 m 

• a láng hosszú,

 m3     kg 

0,28 ⋅ H V0 = 1000

• a füstjáratok leh lnek, ő

• a füstgáz járatokban a nedvesség kicsapódik, • a láng er sen lobog, hullámzik, esetleg dübörög.

 m3  0,27 ⋅ H V0 = + 0,6  3  1000 m 

ı

A képletekben H a f t érték, amit kJ/kg-ban ill. gázoknál kJ/m3-ben kell behelyettesíteni. ő

ı

λ < mint szükséges: a tüzel anyag egy része oxigén hiányában nem tud elégni, így megn a távozó füstgáz éghet -anyag tartalma, ami szintén veszteséget jelent. ı

A tökéletes égéshez az szükséges, hogy a tüzel anyag minden éghet molekulájához eljusson az oxigén. Ez elméleti leveg mennyiség biztosítása esetén gyakorlatilag lehetetlen. Ezért mindig valamivel több leveg t biztosítunk az égéshez. Ezt a többlet leveg t légfeleslegnek nevezzük és a légfelesleg-tényez vel ( ) vesszük figyelembe:  m3   m3  L = λ ⋅ L0   vagy  3   kg  m  ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

λ

Ez a légfelesleg természetesen nem vesz részt a reakcióban, így annak teljes mennyisége a füstgázba kerül, azaz a füstgáz mennyisége:  m3   m3  V = V0 + (λ − 1) ⋅ L0   vagy  3   kg  m 

λ < jellemz i: ı

• a láng színe sötétvörös, esetleg fekete, • a t ztérben a füst gomolyog, ő

• a láng bizonytalan, kormos, leszakad.

A légfelesleg tényez értéke gáztüzelésnél lehet a legkisebb, szilárd hulladék tüzelésnél a legnagyobb: ı

Füstgázmennyiség ?

2. táblázat Légfelesleg-tényez értéke Füstgáz O2-tartalma, tf% 1,05 ... 1,2 1 ... 3,5 1,15 ... 1,4 2,7 ... 6 1,4 ... 2,0 6 ... 10,5 1,6 ... 2,3 7,9 ... 11,7 ı

Gáztüzelés Olajtüzelés Széntüzelés Hulladéktüzelés

A táblázatból is látható, hogy a légfelesleg-tényez és a füstgáz oxigéntartalma szorosan összefügg egymással. Jó közelítéssel, ha az oxigéntartalmat %-ban helyettesítjük be: 21 λ= 21 − O2 ı

2. példa: Egy iskola kicserélte a régi olajos kazánját egy új, földgáz tüzelés kazánra. Az új kazán teljesítménye 105 kW, (a f t értékre vonatkoztatott) hatásfoka a névleges teljesítményen 92 %. Mekkora lesz az új kazán füstgáz kibocsátása a névleges teljesítményen történ üzemeltetés esetén, ha a földgáz f t értéke 33 MJ/m3, a légfelesleg tényez pedig 1,15. ő

ő

ı

ı

ő

ı

ı

7

ı

1. H termelés

A 105 kW teljesítmény leadásához szükséges tüzel anyag-fogyasztás: 3600 ⋅ 105 kW B= = 12,45 m3 / h 0,92 ⋅ 33000 kJ / m3 ı

Az elméleti leveg szükséglet és füstgáz mennyiség: ı

0,26 ⋅ 33000 kJ / m 3 + 0,25 = 8,83 m3 / m3 1000 0,28 ⋅ 33000 kJ / m3 V0 = + 0,6 = 9,84 m3 / m3 1000

L0 =

Az egységnyi gáz elégetésekor keletkezett tényleges füstgáz mennyiség:

V = 9,84 + (1,15 − 1) ⋅ 8,83 = 11,16 m3 / m3

Ezzel a teljes füstgáz kibocsátás: & = 12,45 m3 / h ⋅ 11,16 m3 / m3 = 138,94 m3 / h V fg Fel kell hívni a figyelmet, hogy ez a normál állapotra vonatkozó térfogat, a kb. 110 °C h mérséklet gáz tényleges térfogatárama ennél nagyobb. Számítása a normál állapotú térfogatáramot meghatározó, azonos nyomást feltételez képletb l, ı

ı

Vn =

ő

ı

273,15 ⋅ Vtény kifejezve történik: 273,15 + t

Vtény =

273,15 + t 383,15 ⋅ Vn = ⋅ 138,94 = 1,4 ⋅ 138,94 = 195 m3/h 273,15 273,15

1.2. Tüzeléstechnikai alapismeretek 1.2.1. Az égéstér kialakítása és szerepe az égetésben A régi szenes kazánokat még az égetést biztosító szerkezetekkel együtt tervezték, ennek megfelel en helyezték el a rostélyt, a leveg ellátó rendszert, a t ztér boltozatot, stb. A szénhidrogén tüzelések elterjedésével a kazán és a tüzel berendezés (ég ) tervezése és gyártása különvált, a kazán készít je az ég gyártójától vásárolja a megfelel berendezést. ı

ı

ő

ı

ı

Égéstér ?

ı

ı

ı

Bár a fejlesztés és gyártás különvált, a gazdaságos és környezetkímél tüzelést csak az ég és a t ztér összehangolt m ködése tudja biztosítani: • az ég biztosítja a tüzel anyag és az égési leveg bevitelét a kazánba ı

ı

ő

ő

ı

ı

ı

• ugyancsak az ég gondoskodik els sorban a tüzel anyag és a leveg összekeverésér l, bár ezt a t ztér áramlási viszonyai is befolyásolják • a t ztérnek elegend en nagynak kell lennie ahhoz, hogy a térben és id ben elhúzódó kiégés folyamata zavarás nélkül befejez dhessen. A lángnak el kell férnie a t ztérben. • a t ztér geometriája biztosítja az égéstermékek áramlását és elvezetését, esetleges visszacirkuláltatását • a t ztér falának h mérséklete jelent s hatással van a lángh mérsékı

ı

ı

ı

ı

ő

ő

ő

T ztér ?

ı

ı

ı

ő

ő

ő

ı

ı

ı

Ég , vagy tüzel beı

ı

8

ı

1. H termelés rendezés ?

letre. Nehezen éghet , kis f t érték tüzel anyagok alacsony falh mérséklet esetén tökéletlenül égnek el. ı

ő

ı

ő

ı

ı

A t ztérben az áramlási sebesség kicsi, a h t a láng sugárzása adja át a t ztér falának. ő

ı

ő

Ég és t ztér kölcsönhatása ?

ő

ı

Láttuk, hogy a t ztér és az ég szoros kölcsönhatásban üzemel. Ugyan az az ég más t ztérre szerelve másmilyen égési jellemz kkel égeti el a tüzel anyagot. Rosszul illesztett ég súlyos baleseteket is okozhat. Ezért van az, hogy a tüzel berendezéseknél az ég és a t ztér összeépítését is hatóságilag engedélyeztetni kell. Ég cseréje esetén az engedélyez a Területi M szaki Biztonsági Felügyelet, akik a tanúsító szervezet mérései alapján adják meg az engedélyt. ő

ı

ı

ő

ı

ı

ı

ı

ı

ő

ı

ı

ő

1.2.2. Füstjáratok kialakítása Az égés befejeztével a füstgáz h mérséklete jelent sen csökken, sugárzó hatása legyengül. A h további átadása hatékonyabb áramlásos h csere (konvekció) útján. Ehhez azonban már nagy áramlási sebesség és nagy h átadó felület szükséges, ezért az áramlási keresztmetszetek lesz külnek, a füstgáz sz k, nagy felület csatornákon áramlik tovább. ı

ı

ı

ı

ı

ő

ő

ő

A 2. ábra kazánjánál a melegítend víz egy öntöttvas blokk csatornáiban áramlik, a füstgáz pedig a s r n elhelyezett csatornák közötti térben jut tovább. A h átvitel hatékonyságának növelése érdekében a Füstgáz oldali felület még tüske alakú bordázattal is el van látva. ı

ő

ő

ı

A korszer nagyobb kiskazánokat öntöttvas elemekb l szerelik össze. Itt is az öntvény belsejében áramlik a víz, az elemek közötti sz k csatornákban pedig a füstgáz. A 3. ábra egy ilyen öntöttvas tagot mutat. ő

ı

ő

A nagyobb ipari kazánokban a víz az egész t zteret körülveszi. A füstgáz további útja a vízteret áttör füstcsövekben folytatódik (Hiba! A hivatkozási forrás nem található.. ábra). ő

ı

A 3. ábrán látható elem lényegében egy azonos áramú h cserél , melyben a melegebb közeg áramlási iránya megeggyezik a hidegebb (melegítend ) közeg áramlási irányával. Erre a megoldásra azért van szükség, hogy az elemen belül ne alakuljanak ki nagymérték h feszültségek. ı

ı

ı

ő

ı

2. ábra A t ztér kialakítása ő

9

ı

1. H termelés

3. ábra Öntöttvas tagos kazán egy eleme

4. ábra Kazán metszete

5. ábra Kisteljesítmény kazán atmoszférikus ég je ő

ı

10

ı

1. H termelés

A nagyobb ipari kazánokon az égésleveg t ventilátor biztosítja. Háztartási vagy kisebb épületek központi f tését biztosító gázkazánokon gyakran ún. atmoszférikus ég t alkalmaznak, amelyeknél a fúvókán felgyorsított gáz injektor hatása szívja be az égési leveg egy részét. Az 5. ábra egy ilyen atmoszférikus, cs ég b l álló ég csoportot mutat. ı

ő

ı

Atmoszferikus ég k ? ı

ı

ı

ı

ı

ı

Az atmoszférikus ég k nagyon érzékenyek a huzat változására és az esetleges nyomáshullámokra. Ezért biztonságtechnikai el írás ezeken a kazánokon a huzatmegszakító (deflektor). A huzatmegszakítót a füstcs re szerelik fel, vagy már a kazánba építik be (6. ábra). ı

ı

ı

6. ábra A huzatmegszakító kialakításának kétféle módja

1.2.3. Hulladékok égetése A hulladékoknak egy nagy csoportja éghet , ezért az ártalmatlanításának egyik kézenfekv módja az égetés. Az égetéssel nem csak a hulladék térfogata csökken kb. 1/10-ére, de a felszabaduló h hasznosítható is. Az alábbi táblázat néhány jellegzetes éghet hulladék adatait mutatja [3]: ı

ı

ı

ı

3. táblázat Víztartalom Hamutartalom F t érték % % kJ/kg Fáradt olaj 10 1,5 41 000 Olajemulzió 17,5 1,3 31 000 Olajiszap 30 40 9 000 Bitumen 15 12 22 000 Kátrány hulladék 28 2 25 000 Tartálymaradék 40 1 19 000 Derít föld 3 50 16 000 Savgyanta 17 8 21 000 Lakkiszap 15 10 24 000 Koksziszap 15 10 24 000 Glikol hulladék 35 7 19 000 Acetát hulladék 1,3 0,2 19 000 Polietilén-hulladék 0,02 0,02 43 000 PVC-hulladék 0,5 19 000 Gumiabroncs 1 6,3 36 000 Hulladék fajta

ő

ı

ı

11

ı

1. H termelés B rhulladék Fahulladék Állattetemek

7,5 3 85

ı

21 15 5

17 000 13 000 2 300

A szilárd hulladékok nem csak küls megjelenésükben és számos anyagjellemz iben különböznek a tüzel anyagoktól hanem égési tulajdonságaikban is. Rendszerint széles határok között ingadozik a halmazs r ség, az összetétel és a f t érték. ı

ı

ı

ő

ő

ő

ı

Minél vegyesebb egy hulladék, annál több tüzeléstechnikai problémát vet fel. A szelektíven gy jtött és adagolt hulladék egyszer bben égethet el. ő

ő

ı

Azok a technológiai hulladékok, amelyek anyagukban állandó összetétel ek, még ha speciális kezelést is igényelnek, rendszerint egyszer , nem túl drága berendezésben elégethet k. ő

ő

ı

A nagy illótartalmú, rendszerint m anyagokat tartalmazó hulladékok hagyományos tüzel berendezésekben nem égethet k el. Ezeknél ugyanis a h bomlás olyan gyors, hogy az égési leveg nem tud behatolni a láng belsejébe, a bels szemcsék nem tudnak kiégni, így jelent s mennyiség el nem égett anyag távozik az égéstermékkel együtt. Ezekre az anyagokra kett s t zter ún. pirolítikus vagy félpirolítikus éget ket alkalmaznak.

Pirolítikus ég ? ı

ő

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ő

ı

ő

ő

A pirolízis oxigén nélküli h bontást jelent. ı

ı

A 7. ábra egy szakaszos üzem félpirolítikus éget metszeti rajzát mutatja. A hulladékot az alsó égéstérbe helyezik el, majd légmentesen bezárják az adagoló ajtót. A meleg t ztérben az anyag meggyullad. Az (5) primerleveg adagoló fejcsövön csak annyi leveg t fújnak a t ztérbe, hogy az elég tüzel anyag a többi anyag h bomlásához szükséges h t fedezze. A leveg szabályozásával a t ztér h mérsékletét 600-650 °C alatt tartják. ő

ı

ő

ı

ı

ı

ı

ı

ő

ı

ő

ı

ı

7. ábra Nagy illótartalmú hulladékok kétkamrás éget berendezésének metszete ı

A h bomlással keletkezett éghet illó a t ztérb l a (2) utóéget kamrába kerül, ahol nagy sebességgel annyi szekunder leveg t adnak hozzá, hogy az tökéletesen kiégjen. Az utóéget kamrában legalább 850 °C h mérsékleı

ı

ő

ı

ı

ı

ı

ı

12

ı

1. H termelés

tet, de klórtartalmú hulladékok esetén 1100 °C feletti h mérsékletet tartanak. A begyújtást és h ntartást általában támasztóég is segíti, amit, ha a megfelel h mérsékletet elérték, kikapcsolnak. ı

ı

ı

ı

ı

Ilyen típusú éget ket alkalmaznak a kórházi hulladékok ártalmatlanítására is. ı

Vegyes, változó összetétel hulladékok ártalmatlanítására gyakorlatilag csak a forgódobos kemencék alkalmasak (8. ábra). ő

8. ábra Forgódobos hulladékéget metszete (1 - adagológarat, 2 - hidraulikus adagolóm , 3 - csigás adagoló, 4 kemencefej, 5 - kifalazott forgó dobkemence, 6 - utóéget tér, 7 - folyékonyhulladék-beégetés, 8 - nedves salakkihordó, 9 - hajtóm ) ı

ő

ı

ő

Ezeknél a berendezéseknél egy enyhén lejt , t zálló béléssel ellátott forgó dob képezi a t zteret. A hulladékot a dob álló homlokfelületén adagoljál be, ami azután a forgó dob belsejében görögve lassan halad a salaktér felé, miközben kiég. ı

ő

ő

A füstgáz itt is áthalad egy utóéget n, ahol támasztóég segítségével tartják a h mérsékletet. A forró füstgázt csak az utóéget után (az ábrán nem látható módon) vezetik rá a h hasznosító felületekre. ı

ı

ı

ı

ı

Általában a hulladékéget k t ztere t zálló béléssel van ellátva, hogy minél kisebb legyen a lesugárzott h , azaz a tüzel anyag-leveg keverék a lehet legtovább maradjon a magas h mérséklet zónában, ahol a kiégés biztosított. Csak a kiégett, de még forró füstgázt engedik rá a f t felületekre. ı

ő

ő

ı

ı

ı

ı

ı

ő

ő

ı

A „b zhatás” miatt a szilárd hulladékot zárt bunkerekben tárolják. A bunkerb l ventilátorok szívják el a b zös leveg t, amit a t ztérbe vezetnek. 850 °C felett a b zt kelt szerves anyagok elégnek. ő

ı

ő

ő

ı

ő

ı

A hulladékéget k másik közös jellemz je, hogy lehet leg folyamatos és egyenletes terhelésen járatják, nehogy a terhelésváltozások miatt a kiégés min sége romoljon. Ebb l következik, hogy a hulladékéget k h hasznosítói mellett egy hagyományos kazánt is üzemeltetni kell, amelyik a terı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

13

ı

1. H termelés

helés változásait felveszi. 1.2.4. Tüzel berendezések veszteségei ı

A tüzel anyagból az égés folyamán felszabaduló h nagy része a melegítend közeg felmelegítésére és/vagy elpárologtatására fordítódik. A kéményen távozó meleg füstgáz, az égéstermékben visszamaradó éghet anyag és a tüzel berendezés falán lesugárzott h azonban veszteségeket okoz. ı

ı

ı

ı

ı

ı

A felsoroltak közül a legnagyobb veszteséget a melegen távozó füstgáz okozza. Értéke hagyományos kazánoknál a tüzel anyag f t értékére vonatkoztatva 4-10 %. ı

ő

ı

Kazánveszteségek ?

Minél kisebb a távozó füstgáz h mérséklete és minél kisebb a légfelesleg tényez értéke, annál kisebb a füstgázveszteség. ı

ı

A légfelesleg tényez t az ég optimális beszabályozásával lehet csökkenteni. Korlátot jelent, hogy a leveg bevitel csökkentése folyamán egy ponton hirtelen n ni kezd a szénmonoxid kibocsátás, ami azt mutatja, hogy itt már nem tudjuk a tökéletes égés feltételeit biztosítani. ı

ı

ı

ı

A leveg bevitel változásának hatása az égésre ? ı

A füstgáz h mérsékletének csökkentését a melegítend közeg belép h mérséklete korlátozza. Nyilván, egy olyan g zkazánban, amelyben 160180 °C h mérséklet g zt állítunk el , nehezen várható, hogy a füstgáz h mérséklete 200 °C alatt legyen. ı

ı

ı

ı

ı

ı

ő

ı

ı

ı

Egy melegvizes kazánban jobban le tudjuk h teni a füstgázt is. ő

Legkisebb veszteséget akkor érhetünk el, ha használati melegvizet (HMV) termelünk, mert a hidegvíz h mérséklete 12-15 °C, így – ha a berendezés konstrukciójában alkalmas – a távozó füstgáz h mérséklete akár 25-35 °C is lehet. ı

ı

Mi korlátozza a füstgáz leh tését ? ő

A füstgáz h mérsékletének csökkenése kedvez tlenül hat a huzatra. Amíg magas a füstgáz h mérséklet, addig a s r ségkülönbség miatt fellép huzat biztosítja az égéstermék eltávozását. ı

ı

ı

ő

ő

ı

A h mérséklet csökkentésével elérjük azt a pontot, amikor a huzat már nem elegend a füstjáratok és a kémény ellenállásának a leküzdésére. Ilyenkor füstgázelszívó ventilátort kell beépíteni ami a beruházási költségeket növeli. ı

ı

Kondenzációs kazán?

A korábbiakban láttuk, hogy a harmatpont elérése után, a csapadékkiválás következtében ugyanakkora h mérsékletkülönbség létrehozásával sokkal több h t tudunk kinyerni a füstgázból, mint a harmatpont feletti tartományban. Az ilyen ún. kondenzációs kazánok nagyon jó hatásfokúak, szerkezeti kialakításukban viszont bonyolultabbak, mint a hagyományos kazánok. ı

ı

A 9. ábra egy kondenzációs kazán felépítését mutatja.

14

ı

1. H termelés

9. ábra Kondenzációs kazán felépítése

1.2.5. A tüzel berendezések károsanyag kibocsátása ı

A hagyományos tüzel anyagok elégetésekor az égéstermék két jellemz komponense a széndioxid (CO2) és az égési leveg b l visszamaradt nitrogén (N2). Ezen kívül a légfelesleg biztosítása miatt mintegy 2-8 %-ban az oxigén (O2) is megjelenik. A szénhidrogének minden esetben, de rendszerint a szilárd tüzel anyagok is tartalmaznak hidrogént, ilyenkor az égéstermékben megjelenik a vízg z (H2O) is. ı

ı

ı

ı

ı

ı

Ezeket a komponenseket nem tekintjük szennyez anyagoknak, bár a széndioxid hozzájárul a Földön az üvegház hatás és ezzel a globális felmelegedés kialakulásához, ezért kibocsátásának csökkentése fontos környezetvédelmi érdek. ı

A füstgáz szennyez anyagait a tökéletlen égés és a nem kívánt kémiai reakciók fellépése okozza. Ezek eredményeként szénmonoxid (CO), különböz molekuláris felépítés nitrogénoxidok (egységes jelöléssel: NOx) és szilárd por formában lebeg szennyez dések fordulnak el . ı

ı

A Környezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium által a különböz tüzel anyag égése során átlagosnak elfogadott CO2 kibocsátás, kg/GJ-ban: ı

ı

Szén

88,1

Tüzel olaj ı

ő

74,0

F t olaj

69,9

Földgáz

52,5

Fa

99,0

Villamos energia

90,0

ı

ő

ı

ı

ı

Ha a tüzel anyagban kén szennyez dés is van, abból kéndioxid (SO2) keletkezik, ami szintén a füstgázba kerül. ı

ı

A szennyez anyagok mennyisége ppm nagyságrend . A ppm milliomod részt (10-6) jelent és a tüzeléstechnikában térfogatra szokták vonatkoztatni. A szilárd szennyez anyagot mg/m3 koncentrációban adják meg. ı

ő

ı

Egy átlagos tüzel berendezés kibocsátása a mai normák szerint:

ppm (pars per million): egy rész a millióból. Használják a ppmv jelölést is akkor, ha ki akarják hangsúlyozni a térfogatra vonatkoztatást.

ı

4. táblázat szilárd por 50-150 mg/m3 szénmonoxid 10-100 ppm nitrogénoxidok 80-400 ppm

15

ı

1. H termelés

A kibocsátások megengedett legnagyobb mennyiségét, az ún. kibocsátási határértékeket környezetvédelmi rendeletek szabályozzák. A rendeletek egy része az összkibocsátást (kg/h-ban) is korlátozza. 3. példa: Számítsuk ki egy 500 kW hasznos teljesítmény , 89 % hatásfokú olajtüzelés kazán kibocsátásait, ha a füstgáz O2-tartalma 6 %, CO koncentrációja 80 ppm, NOx koncentrációja 150 ppm, porkibocsátása pedig 30 mg/m3! ő

ő

A kazánba bevitt tüzel olaj mennyiségét ki tudjuk számítani, ha feltételezzük, hogy a f t érték 41 MJ/kg: 500 kW ⋅ 3600 B= = 49,33 kg / h 0,89 ⋅ 41000 kJ / kg Az elméleti leveg szükséglet és füstgáz mennyiség: ı

ő

ı

ı

0,21 ⋅ 41000 = 10,81 m3 / kg 1000 0,28 ⋅ 41000 V0 = = 11,48 m3 / kg 1000

L0 = 2,2 +

A légfelesleg-tényez t az oxigéntartalomból az alábbi közelít képlettel tudjuk kiszámítani: 21 21 λ≈ = = 1,4 21 − O 2 21 − 6 ı

ı

A tényleges fajlagos füstgáz mennyiség: V = 11,48 + (1,4 − 1) ⋅ 10,81 = 15,80 m 3 / kg

A CO és NOx térfogat koncentrációkat a s r ségek ismeretében tudjuk tömeg-koncentrációra átszámítani: ő

ő

cCO = 1,25 kg / m3 ⋅ 80 ppm = 100 mg / m 3 c NOx = 2,054 kg / m3 ⋅ 150 ppm = 308,1 mg / m3

ahol a szénmonoxid s r sége 1,25 kg/m3, a nitrogén oxidé pedig (amit a környezetvédelmi számításokban NO2 egyenértékben adnak meg) 2,054 kg/m3. Ezzel az órás kibocsátások: 30 mg / m3 szilárd = 49,33 kg / h ⋅ 15,80 m3 / kg ⋅ = 0,023 kg / h 106 100 mg / m3 = 0,0779 kg / h CO = 49,33 kg / h ⋅ 15,80 m3 / kg ⋅ 106 308,1 mg / m3 3 NO x = 49,33 kg / h ⋅ 15,80 m / kg ⋅ = 0,240 kg / h 106 ő

ő

A kéndioxid kivételével a szennyez anyagok koncentrációját a füstgázban jelent sen lehet befolyásolni a tüzelés technológiájával, azaz az ég és/vagy a kazán konstrukciójának a kialakításával. Gyakran az ég vagy a kazán cseréjével nagyságrendben csökkenthetjük a szennyez anyag kibocsátást. ı

ı

ı

ı

ı

16

ı

1. H termelés

1.3. A h hasznosítása 1.3.1. A víz, mint h hordozó ı

A tüzel berendezések nagy része a vizet, mint h hordozó közeget melegíti fel (meleg- és forróvizes kazánok), vagy azt el is párologtatja (g zkazánok). Ez után a h hordozó közeg szállítja a h t a felhasználás helyére. ı

ı

ı

ı

ı

A víz felmelegítéséhez és elpárologtatásához szükséges h t a forró füstgáz adja. A h átadása a f t felületeken történik. F t felületeken értjük a t ztér és a füstjáratok vízzel érintkez falazatát. ı

ı

ő

ı

ő

ő

ı

ı

A víz melegítésének a folyamatát a 10. ábra mutatja. A 0 °C-nál kisebb h mérséklet jég melegítés hatására melegedni kezd, amíg el nem éri az olvadáspontot. Ezen a ponton megindul az olvadás. ı

ő

Azt a h mennyiséget, ami 1 kg szilárd halmazállapotú közeg teljes elolvasztásához (folyékony halmazállapotúvá alakításához) szükséges, olvadásh nek nevezzük. Az olvadásh jele ro, mértékegysége kJ/kg. Az olvadás alatt a szilárd-folyékony halmazállapotú keverék h mérséklete nem változik. ı

ı

ı

ı

További h bevitel esetén a víz melegedni kezd. Az 1 kg tömeg anyag h mérsékletének 1 °C-kal történ növeléséhez szükséges h a fajh . Jele c, mértékegysége kJ/(kg K). A víz fajh je 4,18 kJ/(kg K). ı

ő

ı

ı

ı

ı

Fajh ? ı

ı

Ha a víz h mérséklete elérte a forráspontot, megindul az elpárolgás. ı

Az 1 kg tömeg folyadék elpárologtatásához szükséges h t párolgásh nek nevezzük. Jele r, mértékegysége kJ/kg. A teljes elpárolgás alatt a folyadék-gáz halmazállapotú keverék h mérséklete állandó marad. ő

ı

ı

ı

A vízmentes g z már tovább melegíthet . Ilyenkor túlhevítésr l beszélünk. ı

ı

ı

Különböz nyomásokon a melegítés folyamata hasonlóan játszódik le csak az olvadáspont ill. a forráspont h mérséklete, és az olvadásh és párolgásh mértéke változik. Nagyobb nyomáson magasabb a forráspont és kisebb a párolgásh [4]: ı

ı

ı

aeroszol: szilárd v. cseppfolyós részecskéknek kolloidális méret (1-500 nm-es részecskék) eloszlása gázban [1] ő

ı

ı

5. táblázat Nyomás H mérséklet Párolgásh bar (abs) °C kJ/kg 1 99,09 2 259 5 151 2 111 10 179 2 018 15 197 1 951 20 211 1 895 ı

ı

17

ı

1. H termelés

10. ábra A víz felmelegítésének szakaszai

1.3.2. A kazánban hasznosított h

ı

A folyamatok elemzése során fontos szerepet kap a közeg munkavégz képessége, ill. entalpiája (h), J/kg. Az entalpia állapotjelz . Az entalpia egységnyi mennyiség áramló közegnél a bels energia (u) és az ún. áttolási munka (p·v) összege, h = u + p·v. Az adott h mérséklethez és nyomáshoz tartozó entalpia az a h mennyiség, amelyet 1 kg vízzel kell közölni ahhoz, hogy elérje a megadott nyomás és h mérséklet értéket. A 10. ábra figyelembevételével az entalpia tartalmazza a folyadék felmelegítéséhez szükséges h mennyiséget 0 °C és a párolgási h mérséklet között, a párolgási és túlhevítési h t. ı

ı

ő

Entalpia ?

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

A füstgázból átvett h a víz entalpiáját növeli: & =m & ⋅ (h − h ) [kW ] Q ı

ki

be

& a víz tömegárama (kg/s), hbe és hki a víz entalpiája a be- és kilépésahol m & az a h mennyiség, amit a víz átvett a tüzel anyaggal benél (kJ/kg). A Q vitt h b l, azaz a hasznos h . ı

ı

ı

ı

ı

Meleg és forróvizes kazánoknál (összenyomhatatlan közegeknél) a víz h tartalma (entalpiája) a fajh vel, c (J/(kg·K)) is felírható, így a hasznosított h : & =m & ⋅ c ⋅ (t ki − t be ) [kW ] Q ı

ı

ı

ahol tbe és tki a víz h mérséklete a kazánba belépésnél és a kilépésnél (°C). ı

4. példa: Mennyi vizet keringet a 25 kW-os kazán keringet szivattyúja, ha a visszatér víz h mérséklet 65 °C, az el remen é 87 °C? Mekkora a kazán hatásfoka, ha az óránkénti földgázfogyasztás (gáznormál állapotra átszámítva) 2,94 m3/h és a földgáz f t értéke 34 MJ/m3 ? ı

ı

ı

ı

ő

ı

ı

A fenti képlet átrendezésével a keringetett vízmennyiség:

18

ı

1. H termelés

& Q 25 kW ⋅ 3600 = = 978,7 kg / h c ⋅ (t ki − t be ) 4,18 kJ / (kg ⋅ K ) ⋅ (87 °C − 65 °C ) azaz kb. 0,98 m3/h. & = m

A bevitt h t a f t értékb l számítjuk: 2,94 m 3 / h Qbe = ⋅ 34000 kJ / m3 = 27,77 kW 3600 ı

ő

ı

ı

A (f t értékre vonatkoztatott) hatásfok: 25 kW η= = 0,9004 27,77 kW azaz 90,04%. ő

ı

1.4. Melegvizes kazánok Egy, legfeljebb két lakás f tési igényeinek kielégítésére a falikazánok („cirkó”-k) terjedtek el (11. ábra). Ezek mindig gázzal m ködnek és az ég jük atmoszférikus. ő

ő

ı

Az egyszer bb kivitelek t ztere lemezzel van körülvéve, ez fogja fel a sugárzó h t. A lemez falra kívülr l vízzel h tött csövek vannak hegesztve. A t ztér fölött bordás cs köteg alkotja a konvektív zónát. ő

ő

ı

ő

ı

Falikazán ?

ő

ı

Az igényesebb falikazánok víztere egyetlen, vagy több tagból álló precíziós öntvény. A falikazánoknál a burkolaton belül helyezik el a cirkulációs szivatytyút, a füstgáz elszívó ventilátort (ha van) és az automatikát is. Gyakran a tágulási tartályt is itt helyezik el.

11. ábra Falikazán

A kazán teljesen automatikus m ködés , a f tött helyiségben elhelyezett termosztátról vezérelt. Az ég szabályozása lehet ki- bekapcsolásos, ő

ő

ő

ı

19

ı

1. H termelés

vagy folyamatos, ún. lángmodulációs. Vannak olyan falikazánok is, amelyek a használati melegvíz termelési egységet is magukba foglalják (“kombi“ kazánok). A használati melegvíz termelés átfolyó rendszer és el nyszabályozást alkalmaznak, azaz a HMV fogyasztás idejére a f tés szünetel. A néhány perces kimaradás a f tésben nem okoz problémát. ő

ı

ő

ő

A több lakás központi f tésének ellátásához álló kazánokat szoktak alkalmazni. Kisebb (50-150 kW) teljesítmény tartományban gáz tüzel anyagra itt is atmoszférikus ég ket használnak, nagyobb teljesítményeknél azonban csak blokkég ket használnak. ő

ı

ı

ı

Az álló kazánok egyszer bb kivitelei hegesztett lemezszerkezetek, az igényesebbek azonban itt is öntöttvas tagokból van összeépítve. ő

Ezeket a kazánokat gyakran külön kazán helyiségben helyezik el. A f tési rendszer szükséges elemei (tágulási tartály, keringet szivattyú, stb.) már nincs egy blokkba építve, ezért a rendszer kialakítására több variációs lehet ség van. ő

ı

ı

Automatikájuk több lehet séget biztosít (id járásfügg szabályozás, napi és heti programok, többféle h mérséklet szint egyidej biztosítása, stb.) ezért üzeme gazdaságosabbá tehet , mint a falikazánoké. Atmoszférikus ég vel ellátott álló kazán metszeti rajzát mutatta a 2. ábra. ı

ı

ı

ı

ő

ı

ı

Az álló kazánok rendszerint h cserél n keresztül tárolós rendszerben állítják el a használati melegvizet. Az ilyen rendszerek könnyen összeépíthet k a napenergiával üzemeltetett melegvíz ellátó rendszerrel, annak kiegészít h forrásai lehetnek. ı

ı

ı

ı

ı

ı

A f t m vek nagyobb kazánjai és az ipari célokat szolgáló meleg vagy forróvizes kazánok kb. 200-5000 kW teljesítmény tartományban rendszerint ún. nagyvízter kazánok. Ilyen kazán metszetét mutatta a 4. ábra. ő

ı

Nagyvízter kazán ? ő

ő

ő

Ezeket a kazánokat már rendszerint külön kazánházban helyezik el. A nagyvízter kazánok egy nagy átmér j , hengeres dobból állnak. Ebben a dobban helyezik el a t zteret (lángcs ) és a füstcsöveket is. A dob fennmaradó részét a melegítend víz tölti ki. ő

ı

ő

ő

ı

ı

A nagy víztér miatt ezek a kazánok lomhák, a gyors h igényváltozásokat nem tudják követni. Ezért olyan helyen, ahol gyakori leállás és újraindítás szükséges nagy lesz a leállási és indítási veszteség. ı

A nagy víztér miatt, különösen akkor, ha a vízveszteség jelent s a rendszeren és sok pótvízre van szükség, javasolt a rendszer lágyvízzel (ioncserélt vízzel) történ fel- és utántöltése. ı

ı

Ezeknek a kazánoknak a felügyelet nélküli vagy id szakosan felügyelt kivitele jelent s többletköltség beruházást igényel. ı

ı

ő

1.5. Kis- és közepes teljesítmény g zkazánok A g z lényegesen nagyobb energiát hordoz magában, mint a melegvíz. ı

20

ı

1. H termelés

Míg 1 kg 100 °C-os melegvíz 418 kJ energiát tárol, ugyanilyen h mérséklet telített g zben tárolt energia már 2674 kJ. Ezért a g zkazánok veszélyessége sokkal nagyobb, mint a melegvizes kazánoké. ı

ő

ı

ı

A g z entalpiája ? ı

Ez is indokolja, hogy az 1,7 bar-nal nagyobb nyomású g zkazánok hatósági felügyelet alá tartoznak. ı

A kis- és közepes teljesítmény (0,5-10 t/h g ztermelés ) kazánok szerkezeti felépítésben hasonlítanak a nagyvízter melegvizes kazánokra azzal a különbséggel, hogy a kazándob fels részét a g z tölti ki (12. ábra). ő

ı

ő

ő

ı

ı

12. ábra Háromhuzamú g zkazán felépítése ı

Ebbe a kategóriába tartozó kazánok legnagyobb része telített g zt állít el , nyomásszintjük 6-14 barg. ı

ı

A g zkazánoknál fokozottabb a korrózió veszélye, egyrészt azért, mert a forráspont közelében a legnagyobb a sókiválás, azaz a vízk képz dés, másrészt azért, mert a g z gyakorlatilag nem tudja magával vinni a vízben oldott sókat, így azok kicsapódnak és bes r södnek a kazándobban lév vízben. Ezért a g zkazánok csak el készített (lágyított, ioncserélt vagy sótalanított) vízzel üzemeltethet k. ı

ı

ı

ı

ő

ı

ő

ı

ı

Lelúgozás ?

ı

A g zös rendszerek soha nem lehetnek olyan zártak, mint a melegvagy forróvizes rendszerek. Minden vízel készítés ellenére a kazándobban bes r södnek a vízzel bevitt sók iszap formájában, vagy oldatban ellúgosítják a kazánvizet. Emiatt szakaszosan vagy folyamatosan a kazánvíz egy részét le kell cserélni (lelúgozás, leiszapolás), pótvizet kell bevinni a rendszerbe. A g zkazánokat csak szakképzett személyzet üzemeltetheti. ı

ı

ő

Leiszapolás ?

ő

ı

1.6. Kazánok kiszolgáló és segédberendezései 1.6.1. Leveg ellátás és égéstermék elvezetés ı

Az égéshez leveg re van szükség, ennek feltételeit biztosítani kell. Az atmoszférikus ég vel ellátott kiskazánoknál a gázsugár injektor hatása ı

ı

21

ı

1. H termelés

szívja be a leveg t a környezetb l. Ezért az ilyen kazánok csak jól szell ztetett, elegend légtérfogattal rendelkez helyiségbe telepíthet k. Kicsi és zárt helyiségben az ég néhány tized mbar vákuumot hoz létre, ami már elegend ahhoz, hogy a huzatmegszakítón keresztül a füstgáz a helyiségbe áramoljon és tragédiát okozzon. Igényesebb kazánok huzatmegszakítóira ezért h mérsékletérzékel t helyeznek el, ami érzékeli a melegebb füstgáz áramot, leállítja az ég t. ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

Készítenek zárt égéster atmoszférikus ég s kazánokat is. Ezek az égési leveg t a küls szabad térb l szívják, így az égéstér nincs kapcsolatban a helyiség légterével. Régebben csak a parapetes berendezéseket látták el zárt égéstérrel, de ezeket a berendezéseket ma már kiszorítják azok a tüzel berendezések, amelyek duplacsöves kéménnyel vannak ellátva. A duplacsöves kémény két egymásba csúsztatott cs b l áll. a küls csövön az égési leveg áramlik a t ztér felé, a bels , egy kissé túlnyúló csövön pedig a füstgáz áramlik ki a szabadba. Ennek a megoldásnak az is el nye, hogy a távozó meleg füstgáz el melegíti az égési leveg t, javul a láng stabilitása, egyenletesebbé válik az égés és n a berendezés hatásfoka. Ezeket a kett s kéményeket nagyon pontos hidraulikai számítások alapján tervezik, ezért felszerelésük csak a berendezés használati utasításának megfelel en, a technológiai utasítások szigorú betartásával engedhet meg. ő

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ő

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

A blokkég s kazánok leveg ellátását az ég be beépített ventilátor biztosítja. A leveg t ezek a kazánok is a környezetükb l veszik el, ezért a szell zés itt is biztonságtechnikai kérdés. ı

ı

ı

ı

ı

ı

A kémény feladata ?

A nagyobb kazánokhoz rendszerint külön telepítik a ventilátorokat, sok esetben a pincébe, jól szell ztetett külön helyiségbe vagy a szabadba. ı

A kémény a tüzel berendezés fontos tartozéka, a legjobb tüzel berendezés is csak a hozzá illeszked kéménnyel együtt tud jól m ködni. ı

ı

ı

ő

A kéménynek hármas funkciója van: • biztosítja az égéstermék elvezetését • biztosítja a huzatot • megfelel magasságban szétteríti a füstgázban lév szennyez anyagokat és a széndioxidot ı

ı

ı

A t ztért l a kémény kilépési pontjáig a füstjáratnak gáztömören zártnak kell lenni. A tömítetlenség zavarokat okozhat: a kiáramló füstgáz mérgez lehet, a beáramló leveg a huzatviszonyokat ronthatja le. ő

ı

ı

ı

A füstcsatorna ellenállása fékezi az égéstermékek áramlását. Ennek az ellenállásnak a leküzdésére szolgál a huzat, amit a meleg füstgáz és a környez leveg s r ségének különbségéb l adódó természetes felhajtóer hoz létre. A huzat annál nagyobb, minél magasabb a kémény, és annál kisebb, minél hidegebb a füstgáz. ı

ı

ő

ő

ı

ı

A kéményeket minden esetben a hozzá kapcsolódó tüzel berendezésre méretezni kell. A tüzel berendezések gyártói kötelesek megadni a berendezés huzatigényét. ı

ı

22

ı

1. H termelés

A blokkég s kazánoknál a leveg ventilátor túlnyomást hozhat létre a t ztérben. Ilyenkor kisebb huzat is elegend a füstgáz eltávolításához. ı

ı

ő

ı

Nagyobb kazánoknál gyakran telepítenek füstgáz elszívó ventilátort a füstgáz biztonságosabb elszívására. Minden esetben elszívó ventilátor kell a kondenzációs kazánokhoz, mert az alacsony füstgáz h mérséklet nem hoz létre elegend en nagy természetes huzatot. ı

ı

Lényeges, hogy a kémény a korróziónak ellenálló, tartós legyen. A kisebb kazánok ég i ki- bekapcsolással szabályoznak. Ha a kikapcsolás hoszszabb id tartamú, a kémény leh l, a benne lév füstgázból lecsapódik a vízg z, ami a jelenlév széndioxiddal és más szennyez anyagokkal er sen korrodáló csapadékot képez. Újra indításkor ez a csapadék elpárolog, majd a következ leállásnál újra képz dik. Ezért – különösen a szénhidrogén tüzelés kazánokhoz – a kéményeket korrózióálló béléssel kell ellátni. ı

ı

ő

ı

ı

ı

ı

ı

ı

Miért kell a kéményt szigetelni ?

ı

ő

A kéményeket h szigetelni is kell. A h szigetelés megvédi a kéményt a túlságosan gyakori kondenz kiválástól és csökkenti a megfelel huzatot biztosító füstgáz leh lésének veszélyét. ı

ı

ı

ő

A kéményen kiáramló füstgáz mérgez , ezért azt nem szabad olyan „környezetbe” engedni, ahol az él szervezeteknek árthat. A kibocsátást tehát olyan „környezetbe” (elegend magasságba) kell vinni, ahol a természetes légmozgás következtében a szennyez anyagok felhígulnak olyan mértékben, hogy az már ne jelentsen veszélyt az él környezet számára. ı

ı

ı

ı

ı

1.6.2. Keringet és tápszivattyúk ı

A kazánok csak akkor tudnak m ködni, ha a víz átáramlását biztosítjuk. Meleg- és forróvizes kazánok esetén ezt legegyszer bb esetben a f tési keringet szivattyú biztosítja az áramlást. Ezeknél a kazánoknál olyan automatikát kell alkalmazni, hogy az áramlás kimaradása (pl. áramszünet) esetén az ég reteszelten leálljon. ő

ő

ő

ı

ı

G zkazánoknál a tápvíz bevitelét a tápvíz szivattyúk biztosítják. Itt mindig gondoskodni kell tartalék szivattyúról, ami az üzemel szivattyú leállásakor azonnal beindul. Ahol az áramszolgáltatás nem elég megbízható, gyakran a tartalék szivattyú hajtására kis g zturbinát használnak, ami a saját g zrendszerr l üzemel. ı

ı

ı

ı

Reteszelt leállás alatt azt értjük, hogy valamilyen hibaüzenet hatására az ég úgy áll le, hogy újra indítását csak a kezel végezheti el akkor, ha a leállás oka megsz nt. ı

ı

ő

ı

1.6.3. Tápvíz és leveg el melegít k ı

ı

ı

A kazánok hatásfoka növelhet azzal, ha az égési leveg t és/vagy a tápvizet (g zkazánoknál) a távozó, még elegend en meleg füstgázokkal el melegítik. ı

ı

ı

ı

ı

Nagyobb kazánoknál ezeket a h cserél ket a kazánba beépítik, de egy esetleges racionalizáláskor utólag is kapcsolhatók a kazánokhoz tápvíz és leveg el melegít k. ı

ı

ı

ı

ı

23

ı

1. H termelés ő

1.6.4. Osztók és gy jt k ı

A kazán(ok)ból kilép h hordozó közeg elosztása az osztókon történik. Az osztók a fogyasztók egy-egy csoportját látják el h energiával. Az osztón lév elzáró szerelvénnyel lehet az adott fogyasztói csoport kiszakaszolását elvégezni. ı

ı

ı

ı

F tési rendszereknél az osztókon vagy a gy jt kön történik a f tési körök beszabályozása. ő

ő

ı

ő

G zös rendszerek gy jt je a kondenztartály, ahová gravitációsan, a hálózat nyomásának hatására, vagy a fogyasztóknál elhelyezett gy jt tartályokból szivattyúval jut vissza a kondenz. Rendszerint a kondenz tartályba vezetik be a pótvizet is. ı

ő

ı

ő

ı

1.6.5. Automatika és felügyeleti rendszer A legkisebb tüzel berendezés is el van látva valamilyen automatikával. Ami egyrészt a kazán biztonságos m ködését biztosítja és a kazán teljesítményét az igényekhez igazítja (pl. termosztát). ı

ő

A nagyobb kazánokhoz moduláris felépítés automatikát ajánlanak. Ezekkel – kiépítést l függ en – megoldható az egyes f tési körök egymástól független szabályozása, id beli programozásuk napi, heti, vagy nagyobb távra, a kazánok terhelés megosztása, automatikus beléptetésük, stb. ő

ı

ı

ő

ı

A modern kazánok automatikáját úgy építik ki, hogy csatlakoztathatók legyenek egy-egy nagyobb, pl. épület-felügyeleti vagy más technológiai rendszerhez.

1.7. Különleges kazánok és h hasznosítók 1.7.1. H hasznosító kazánok ı

Ipari folyamatoknál gyakori, hogy a folyamatból meleg gáz kerül ki a környezetbe. Ilyenek pl. a különböz h kezel kemencék, a nagyolvasztók, dízelmotorok, stb. Ezeket a meleg gázokat még h termelésére, melegvíz el állítására vagy g ztermelésre még fel lehet használni. ı

ı

ı

ı

ı

ı

Azokat a berendezéseket, amelyek meleg gázok felhasználásával felhasználható h t termelnek h hasznosító kazánoknak nevezzük. ı

ı

Nagyobb rendszereknél ezek a kazánok felépítésükben hasonlítanak a hagyományos kazánokra, legfeljebb a besugárzott és a konvektív felületek aránya változik a belép gáz h mérsékletét l függ en. A kisebb h hasznosítók a h cserél kh z hasonló kivitel ek. ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ő

A h hasznosító kazánoknál különös figyelmet kell szentelni a füstgázoldali korróziónak, ugyanis ezek a gázok gyakran korrozív komponenseket tartalmaznak. A szennyez anyagok, mint pl. a kénvegyületek, megnövelik a füstgáz harmatpontját, így a kondenzáció már 100 °C felett megindul, ami a kénessav és kénsav képz dés miatt rendkívül veszélyes. ı

ı

ı

A h hasznosító kazánokat egyedileg szokták a technológiai berendezésekhez tervezni. ı

24

ı

1. H termelés

1.7.2. Termoolajos rendszerek Az iparban nagyon sokszor azért használnak g zös rendszert, mert a h igények magasabb, 150-250 °C tartományban jelentkeznek. Ebben a tartományban 4-40 bar nyomású g zre van szükség. ı

ı

ı

A h mérséklet szint növelése megoldható a kazán közegének változtatásával is. ı

Termoolaj ?

A termoolajok olyan szintetikus olajok, amelyek forráspontja 350400 °C felett van és 300-350 °C-ig h bomlás nélkül alkalmasak h szállítására. ı

ı

A termoolaj h hordozóval üzemel kazánok felépítése hasonló a melegvizes kazánokéhoz, veszélyességük jóval kisebb, mint a g zkazánoké, nem tartoznak hatósági felügyelet alá. ı

ı

ı

Termoolajjal olyan jól szabályozható, zárt rendszert lehet kialakítani, mint melegvízzel. A magas h mérsékletek miatt a termoolajos kazánok füstgázvesztesége nagy, ezért – ha megoldható – füstgáz h hasznosító hozzá kapcsolása javasolt. ı

ı

1.7.3. H légfúvók, füstgáz generátorok ı

Szárítási feladatokra, légf tésekhez, egyéb meleg leveg el állításokra h légfúvókat használnak. ő

ı

ı

ı

A h légfúvók olyan kazánok, amelyekben a h hordozó leveg . ı

ı

ı

A leveg áramlását egy vagy több ventilátor biztosítja. A h légfúvón belül a leveg és a füstgáz árama külön van választva, a közöttük lév fal a h átadó- vagy f t - felület. ı

ı

ı

ı

ı

ő

ı

Kisebb h légfúvók mobil kivitelben készülnek és építési, szerelési munkáknál használják. Ezek rendszerint olaj tüzelés ek, de gyakran hordozható propán-bután palackkal biztosítják a tüzel anyagot. ı

ő

ı

Bizonyos szárítási feladatoknál nem igény a meleg szárító leveg tisztasága. Ilyenkor olcsóbb egyszer füstgáz generátort alkalmazniı

ő

A füstgáz generátorban nem választja el fal a leveg és a füstgáz áramot. A leveg t a ventilátor az ún. kever kamrába szívja be. Ugyancsak erre a kever kamrára van felszerelve az olaj- vagy gázég . A lángot az elfújástól véd h álló fal veszi ugyan körül, de a füstgáz ugyanúgy a kever kamrába kerül, mint a melegítend leveg . A leveg és a füstgáz keveredésével alakul ki a szárító gáz közös h mérséklete. ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

1.8. Kazánüzem Nagyobb, több MW h igényekhez kazánüzemben termelik a h t. A kazánüzemet rendszerint állandó, esetleg id szakosan felügyel szakszemélyzet üzemelteti. ı

ı

ı

ı

25

ı

1. H termelés

A kazánüzemet egyedi tervek alapján építik és szerelik fel. Itt helyezik el a kazánok segédberendezéseit és a h szolgáltatás egyéb szerelvényeit is. Itt alakítják ki a h termelés (kazánok) és a fogyasztás (h szolgáltatás) öszszeillesztését is. ı

ı

ı

G zkazánoknál a kazánüzemhez tartozóan alakítják ki a tápvíz el készít rendszert és a kondenz fogadásának rendszerét. ı

ı

ı

Rendszerint a kazánüzemmel közös épületben helyezik el a h szolgáltatás teljes irányítási blokkját, a kezel és irányító személyzet irodáit és szociális helyiségeit és (g zkazánoknál) a vízlabort is. ı

ı

ı

Gyakran helyeznek el a kazánüzemben egy vagy több h központot is, ezek közül egyik rendszerint a kazánüzem épületének a f tését és szell zését szolgálja ki. ı

ő

ı

1.8.1. Energia megtakarítási lehet ségek kazánüzemekben ı

Itt csak a kazánok üzemével kapcsolatos lehet ségeket tárgyaljuk, de felhívjuk a figyelmet, hogy jelent s energia megtakarítást lehet elérni épületgépészeti megoldásokkal is. ı

ı

A kazánüzemek legnagyobb vesztesége a füstgázveszteség, amit az ég k beállításával és a füstgáz h mérsékletének csökkentésével lehet csökkenteni. ı

Füstgáz h hasznosító? ı

ı

A túl nagy légfeleslegr l a füstgáz oxigéntartalma árulkodik. Az ég ket úgy kell beállítani, hogy lehet leg az egész üzemelési tartományban alacsony légfelesleggel üzemeljenek. ı

ı

ı

Nagy légfelesleg ?

A szakaszos üzem ég k kikapcsolásakor a füstgáz oldal leh l, ezt a leh lést pótolni kell akkor, amikor az ég bekapcsol. Ezért a szakaszos ég kkel üzemel kazánok összhatásfoka mindig rosszabb, mint az ugyanolyan paraméterekkel üzemel folyamatos szabályozású ég vel rendelkez kazánoké. ő

ı

ő

ő

ı

ı

ı

ı

ı

ı

Gyakran egyetlen ég cserével többmilliós tüzel anyag költséget lehet megtakarítani. ı

ı

Még nagyobb megtakarítást lehet elérni a füstgázok leh tésével. Ehhez az szükséges, hogy legyen olyan alacsony h mérséklet közeg, amit melegíteni kell. ő

ı

ő

Meleg- és forróvizes rendszereknél arra kell törekedni, hogy a visszatér víz h mérséklete minél alacsonyabb legyen. Ezért a megtakarítást a fogyasztóknál és a h központokban kell kezdeni. Minél alacsonyabb a visszatér h mérséklet, annál jobban le tudjuk h teni a füstgázt. ı

ı

ı

ı

ı

ő

Megjegyezzük, hogy a visszatér h mérséklet csökkentése egyben azt is eredményezi, hogy kevesebb vizet kell keringetni ugyanolyan h teljesítmény mellett. Ezzel csökken a keringet szivattyúk villamosenergia fogyasztása. ı

ı

ı

ı

Ha van rá igény, utólagos h hasznosító beépítésével használati melegı

26

ı

1. H termelés

vizet termelhetünk, ezzel akár a kondenzációs zónáig is le tudjuk h teni a füstgázt. ő

El melegíthetjük a füstgázzal az égési leveg t is. Egy ilyen módosítást azonban csak az ég gyártójának beleegyezésével, esetleg közrem ködésével lehet megvalósítani, mert a melegebb leveg beviteléhez nagyobb teljesítmény ventilátorra van szükség és az sem közömbös, hogy – blokkég nél – milyen h mérsékletet tudnak elviselni az egyes (esetleg m anyag) alkatrészek. ı

ı

ı

ő

ı

ő

ı

ı

ő

A füstgáz h mérsékletének csökkentése megváltoztatja a huzat viszonyokat. Csökken a huzat, megn a t ztér nyomása, ami esetleg az ég teljesítményét csökkenti. Nagy változtatás esetén füstgázelszívó ventilátor beépítése is szükségessé válhat. ı

ı

ő

ı

Terhelésmegosztás ?

Egyetlen kazánnak sem állandó a hatásfoka a teljes terhelési tartományon belül. Több kazános üzem esetén a tüzel anyag költségek 2-4 %-át is meg lehet takarítani, ha úgy osztjuk meg a kazánok közötti terheléseket, hogy az összhatásfok mindig a legnagyobb legyen. Ehhez természetesen ismerni kell a kazánok terhelést l függ hatásfokgörbéit, amit a gyártók csak nagyon ritkán adnak meg. ı

ı

ı

A villamosenergia fogyasztást lehet csökkenteni a szivattyúk helyes megválasztásával és üzemeltetésével. A túlméretezett szivattyúk mindig jelent s veszteséggel dolgoznak. A f tési rendszerek átlagos terhelése 50 % körüli. Ha tehát olyan szivattyúval dolgozunk, amelyik a teljes terhelésre van méretezve, gyakorlatilag egész évben veszteséggel üzemeltetünk. Kedvez bb több, kisebb szállítóteljesítmény szivattyút beállítani, amelyeket lépcs zetesen kapcsolhatunk be a terhelés növekedésekor. F leg keringet szivattyúknál gazdaságos lehet a változó fordulatszámú (frekvenciaváltós) szivattyúk alkalmazása. ı

ő

ı

ő

ı

ı

ı

G zkazán üzemeknél tápvíz el melegítéssel és a lelúgozás ill. leiszapolás veszteségeinek csökkentésével érhetünk még el jelent s megtakarítást. ı

ı

ı

Minden kazánüzemben lényeges a h szigetelés teljességének és állagának megóvása. Utólagos h szigeteléssel is jelent s tüzel anyag megtakarítást érhetünk el. Minél magasabb a h hordozó közeg h mérséklete, annál többet nyerhetünk a megfelel h szigeteléssel. ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

1.8.2. Kazánok illesztése a fogyasztói rendszerhez A kazán üzemnek mindig annyi teljesítményt kell leadni, amennyit a fogyasztók igényelnek. Ezért a kazánokat teljesítményszabályozással kell ellátni.

Min ségi szabályozás ? ı

Minden meleg- és forróvizes kazán rendelkezik olyan szabályozással, amelyik a kilép víz h mérsékletének beállított értékér l szabályozza a tüzel anyag bevitelt. A különböz programszabályzók és id járás függ szabályzók ezt a beállított h mérsékletet vezérlik. ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

G zkazánoknál a kilép g z nyomása adja meg a tüzelés beállításának ı

ı

Nyomástartás ?

ı

27

ı

1. H termelés

vezérl jelét. ı

Minden kazánt valamilyen tervezési paraméterekre terveznek, ezekt l jelent sen nem szabad eltérni. Van olyan kazán, amelyikben nem engedhet meg a túlságosan alacsony visszatér h mérséklet, mert az nagy h feszültségeket, és alacsonyh mérséklet korróziót okozna. Ilyenkor az el remen vízb l visszakeringetünk valamennyit a visszatér ágba. ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ı

ő

ı

ı

ı

Gyakran a fogyasztói rendszer nem igényel olyan magas h mérsékletet, mint a kazán kilépési h mérséklete. Ekkor a visszatér ágból keringetünk vissza egy részt az el remen víz leh tésére. ı

ı

ı

ı

ı

Visszakeringetés ?

ő

A két cirkulációs kör kialakításával a fogyasztói h mérséklet szinteket függetleníteni tudjuk a kazán h mérséklet szintjét l (13. ábra). ı

ı

ı

13. ábra Kett s cirkulációs rendszer a h mérséklet szintek függetlenítése érdekében ı

ı

Nagy fogyasztói hálózatoknál a szivattyúk hidraulikailag er sen igénybe veszik a kazánokat. Ilyenkor szokták alkalmazni a hidraulikus váltókat, amelyek függetlenné teszik egymástól a kazánok és a fogyasztók vízkörét (14. ábra). ı

Hidraulikus váltó?

14. ábra A hidraulikus váltó m ködése ő

28

Irodalom

Irodalom [1]

M szaki Lexikon. Akadémiai Kiadó, Budapest

[2]

Feuerungstechnik-Handbuch 1989. KLÖCKNER Wärmetechnik, Verlag Gustav Kopf Gmbh, Stuttgart, 1989.

[3]

Olessák D.- Szabó L.: Energia hulladékból. M szaki Könyvkiadó, Budapest, 1984.

[4]

K. Ra njevi : H technikai táblázatok. M szaki Könyvkiadó, Budapest, 1964.

[5]

J. Cikhart: Soustavy centralizovaného zásobování teplem. SNTL-Nakladatelství Technické Literatury, Praha, 1977.

[6]

www.atomeromu.hu

[7]

G. Beckmann - P.V. Gilli: A h tárolása. M szaki Könyvkiadó, Budapest, 1987.

[8]

Lipták A.: Mérés, szabályozás és vezérlés az épületgépészetben - H ellátás. M szaki Könyvkiadó, Budapest, 1983.

[9]

Árokszállási K.- Balikó S.: Hidegenergia tárolása „jéglabdák” segítségével. Energiagazdálkodás. 44. évf. 2003. 5. szám, 21-23. old.

ő

ő

ź

č

ı

ő

ı

ő

ı

ő

[10] Baehr, H. D.: Thermodymamik. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York, 1966.

29

Fából készült g zkazán (1801-1812 között egy Philadelphiai vízm ben üzemelt) ı

ő

Lángcsöves kazán (1812)

Lángcsöves kazán (1861)

30