TÜZELÉSTECHNIKA (jegyzet)

7/23/2019 TÜZELÉSTECHNIKA (jegyzet)

http://slidepdf.com/reader/full/tuezelestechnika-jegyzet 1/19

TÜZELÉSTECHNIKA

Az emberi civilizáció jelenlegi szinten való megtartásához és továbbfejlesztéséhez jelentős mennyiségű energiára van szükségünk. Az energianyerés egyik lehetséges formája azexoterm kémiai reakciók végrehajtása. Az exoterm reakciók sokfélesége közül célszerűenazokat választjk! amelyeknél a kiin"lási anyagok nagy mennyiségben és olcsón elérhetők#kőszén! kőolaj! föl"gáz és levegő.

Az első három anyagnak a levegő oxigénjével történő egyes$tésekor! az eml$tettnyersanyagok eltüzelésekor jelentős mennyiségű hasznos$tható hő szaba"l fel. Ahőmennyiség egysége a jole %&'. Az anyagok eltüzelésekor! azaz kémiai reakció során azanyag elég! az égés intenzitás faktora a hőmérséklet! egysége a kelvin %('. )asználható! "enem *+ egység a ,elsis-fok %,'.

Tüzeléstechnikai alapfogalak

Égésh! és f"t!é#ték

Az energiahor"ozó nyersanyagok eltüzelésekor a két legfontosabb kér"és! hogy egya"ott mennyiség elégetésekor mekkora hőmennyiség milyen hőmérsékleten szaba"l fel. Atüzelőanyagból felszaba"$tható hőmennyiség kizárólag a tüzelőszer anyagi minőségétől! azelérhető hőmérséklet azonban a tüzelés körülményeitől is függ. Az egyes tüzelőszerek energiatartalmának mérésére használjk az égésh! és a f"t!é#ték fogalmát.

Az égésh! %k&/kg! vagy k&/0m1' az a hőmennyiség! amely a tüzelőanyagtömegegységének %általában 2 kg'! vagy térfogategységének %általában 2 0m1' tökéleteselégetésekor szaba"l fel %a 0m1 jelentése# normál m13 4 5 2 atm 5 262 178 9a 5 2!62178 bar3t 5 6 ,'! ha

- a tüzelőanyag és a levegő hőmérséklete az elégetés előtt és az égéstermékek hőmérséklete az elégetés tán egyaránt 76 ,!

- a tüzelőanyag szén- és kéntartalma szén-"ioxi""á és kén-"ioxi""á alakl át!

- a tüzelőanyag és a levegő ere"eti ne"vességtartalma és a hi"rogéntartalom elégésébőlszármazó v$z az elégés tán 76 ,-on cseppfol$%s halmazálla4otban van jelen!

A f"t!é#ték %k&/kg! vagy k&/0m1' az a hőmennyiség! amely a tüzelőanyagtömegegységének %általában 2 kg'! vagy térfogategységének %általában 2 0m1' tökéleteselégetésekor szaba"l fel %a 0m1 jelentése# normál m13 4 5 2 atm 5 262 178 9a 5 2!62178 bar3t 5 6 ,'! ha

- a tüzelőanyag és a levegő hőmérséklete az elégetés előtt és az égéstermékek hőmérséklete az elégetés tán egyaránt 76 ,!

- a tüzelőanyag szén- és kéntartalma szén-"ioxi""á és kén-"ioxi""á alakl át!

- a tüzelőanyag és a levegő ere"eti ne"vességtartalma és a hi"rogéntartalom elégésébőlszármazó v$z az elégés tán 76 ,-on g!z halmazálla4otban van jelen!

A f"t!é#ték %k&/kg! vagy k&/0m1' az égéshő "efin$ciójától abban tér el! hogy azégéskor keletkezett v$z és a tüzelőanyag ne"vességtartalma 76 ,-on gőz halmazálla4otban

van jelen az égéstermékben.



:.2. ábra Az égéshő és a fűtőérték értelmezése

A fűtőérték sokkal inkább alkalmas a tüzelőanyagok energiatartalmának összehasonl$tására! mivel az égőtérből távozó füstgázban a v$ztartalom gőz halmazálla4otbanvan jelen %:.2. ábra'.

Az égéshő! amennyiben a tüzelőanyagnak volt v$z és vagy hi"rogéntartalma! min"ignagyobb! mint a fűtőérték. A különbség a v$z 4árolgás illetve kon"enzációs hőjéből a"ó"ik. Aszáraz koksz esetén! mivel száraz és nem tartalmaz hi"rogént csak szenet! az égéshőmegegyezik a fűtőértékkel.

Az égéshő és fűtőérték eltérő meghatározásából a"ó"ik a kon"enzációs kazánok látszólag 266;-nál nagyobb hatásfoka. A föl"gáz égéshője <1 666 k&/kg! fűtőértéke 1= 866k&/kg. A hatásfok szám$tásnál a #efe#encia é#ték a f"t!é#ték ! $gy egy veszteség nélküli

gázkazán esetén a betá4lált energia 1= 866 k&/kg ! a hasznos$tott energia 1= 866 k&/kg. Ahatásfok 266 ;. A kon"enzációs kazán esetén azonban a füstgáz v$zgőz tartalmátkon"enzáltatjk %cse44folyós halmazálla4otra hozzk' és az $gy felszaba"ló hőt ishasznos$tjk. >gy a betá4lált energia 1= 866 k&/kg ! a hasznos$tott energia <1 666 k&/kg. Ahatásfok 26?!? ;.

Az égésh! és f"t!é#ték eghat&#oz&sa é#éssel

A szilár" és cse44folyós halmazálla4ot@ tüzelőanyagok égéshőjének mérésére bombakalorimétert használnak. z lényegében saválló acélból készült! mintegy 166 cm1

térfogat@! nyomásálló hengeres e"ény %bomba'! amelyben a tüzelőanyagot 1 B9a nyomás@oxigénben! elektromos izzószállal meggy@jtják és elégetik. A bomba vizes termosztátban



helyezke"ik el. Az égéskor ké4ző"ő hőt a termosztát vizének áta"ja és a v$z hőmérséklet-növeke"éséből szám$tható az égéshő.

Cázok égéshőjét legelterje"tebben a Junkers-féle gázkaloriméterben határozzák meg.A kaloriméter egy 266 ;-os hatásfokkal műkö"ő v$zmeleg$tőnek fogható fel. A meghatározáselve! hogy a kaloriméterben ismert nyomás@! hőmérsékletű és térfogat@ gázt égetnek elfolyamatosan. A fejlő"ött hő az égőt körülvevő v$zcsöves kazánban áramló v$znek a"ó"ik át.A gáz és a v$z mennyiségét! a beáramló és elfolyó v$z hőmérséklete közötti különbségetmérik! s a mérési ere"ményekből szám$tják az égéshőt.

A ké4ző"ött v$z mennyiségéből a v$z 4árolgáshőjének ismeretében a fűtőérték kiszám$tható.

Égésh! és f"t!é#ték eghat&#oz&sa sz&'t&ssal

A tüzelőszerek elemi összetételének %szén-! hi"rogén-! kén- és oxigéntartalom'ismeretében szám$tással az égéshő közel$tő értékét t"jk mega"ni. A szén! kén és hi"rogén

égéshőjét a ké4ző"ési ental4iák ismeretében kiszám$thatjk3 a szén égéshője# 11?7= k&/kg! akéné# 26<D: k&/kg! a hi"rogéné# 2<<7:: k&/kg. Az elemi összetételből történő égéshőszám$tásakor azonban figyelembe kell venni! hogy a tüzelőanyag hi"rogéntartalma két részreosztható#

a' oxigénhez kötött nem éghető rész! amely az oxigéntartalomból kiszám$tható.%Eeltételezzük! hogy valamennyi oxigén hi"rogénhez kötött! $gy 2D g oxigén 7 ghi"rogént t" lekötni. )i"rogénre vonatkoztatva 2 g hi"rogén ? g oxigént köt le. >gy! haa tüzelőanyagban lévő oxigén mennyiségének egy nyolca"át vesszük! akkor azt ahi"rogén mennyiségét ka4jk meg! amelyet a tüzelőanyag oxigéntartalma tart lekötveéghetetlen formában.'

b' az oxigénhez nem kötött! elégethető! más néven "isz4onibilis hi"rogén.

Diszponibilis hidrogéntartalom = összes hidrogéntartalom - 1/8 oxigéntartalom.

nnek ala4ján az égéshő %É' szám$tására az alábbi ké4let alkalmazható#

'/%266

;26<D:;'?/2;%2<<7::;11?7=kg kJ

! " # $

+−+=

A százzal való osztás azért szükséges! mivel a számlálóban a tüzelőanyagban lévőéghető kom4onensek tömeg ;-os mennyiségét tüntettük fel. A fűtőérték kiszám$tásakor azégéshőből le kell vonni az égés során ké4ző"ött és a tüzelőanyag ne"vességtartalmábólszármazó v$z el4árologtatásához szükséges hőmennyiséget %7866 k&/kg'. Bivel 2 grammhi"rogén elégésekor = gramm vizet ka4nk! a tüzelőanyag hi"rogéntartalmát kilenccelmegszorozva megka4jk azt a v$zmennyiséget! amely a hi"rogén elégésekor keletkezik.

A tüzelőanyag ne"vességtartalmát %n' meghatározott szár$tási eljárás előtti és tánitömegmérésből ka4jk. nnek ala4ján a szám$tással meghatározott fűtőérték %('#

266

;';=%7866 n " $ %

+−=

A fenti szám$tásnak az a hátránya! hogy a tüzelőanyagot elemi éghető alkotórészekbőlálló keveréknek tételezi fel! holott az elemi kom4onensek különböző vegyületeket ké4eznek egymással. Binél fiatalabb egy szénféleség! annál bonyolltabb vegyületekből áll! és annál

nagyobb az eltérés a szám$tással és méréssel meghatározott égéshő! illetve fűtőérték között.



Tüzel!an$agok f"t!é#téke

0éhány tüzelőanyag fűtőértéke a :.7. ábrán látható.

)*+* &,#a Néh&n$ tüzel!an$ag f"t!é#téke

A fűtőérték nagyságát elsősorban a hi"rogén és v$ztartalom határozza meg! $gy afelsoroltak közül a folyékony gáz ren"elkezik a legnagyobb fűtőértékkel! mivel a legnagyobba hi"rogén tartalma. A tüzelőolaj is szénhi"rogén! mint a folyékony gáz! azonban a hosszabb

szénlánc miatt a százalékos hi"rogén tartalom a tüzelőolajban kisebb. A kőszén hi"rogéntartalma már lényegesen kisebb és ebben a fűtőanyagban már megjelenik a v$ztartalom is. Akoksz tiszta szén! v$ztartalma minimális! "e hi"rogén tartalma nincs. A barnaszén viszonylagfiatal szénféleség a kőszénnél lényegesen magasabb v$ztartalommal. Az tolsó helyenszere4el a fa. Az alacsony fűtőértéknek nemcsak a v$ztartalom az oka! hanem nagy oxigéntartalom is. A fa celllóz tartalma nagyon sok FG) cso4ortot tartalmaz! és mint azt már korábban láttk az oxigénhez kötött hi"rogén már nem égethető el! fűtőérték növelő hatásanincs.

Égési h!é#séklet

A tüzelés során kialakló hőmérséklet a tüzelőanyag összetételétől és az égéskörülményeitől függ. Bin"en tüzelőanyagra jellemző az a maximális hőmérséklet! amely atüzelőanyagnak elméleti levegőszükséglettel való elégetése során keletkezik abban az esetben!ha a"iabatiks %hőelvonás vagy hozzávezetés nélküli' körülményeket tételezünk fel és nemvesszük tekintetbe a gyakorlatban fellé4ő veszteségeket. Az $gy szám$tott! @n. elméletilánghőmérséklet egyenesen arányos a tüzelőanyag fűtőértékével és for"$tva a keletkezőégéstermékek hőka4acitásával#

'%

7722

max # &m&m&m

% '

nn

°⋅++⋅+⋅

≈

ahol# E - a tüzelőanyag fűtőértéke %k&/kg vagy k&/0m1'!



m - az 2 kg! ill. 2 0m1 tüzelőanyag elégésekor keletkező égéstermék kom4onensek tömege %kg'! ill. térfogata %0m1'!c - az égéstermékek fajhője %kg-ra! ill. 0m1-re vonatkoztatva'.

A közölt ké4let szerinti elméleti hőmérséklet a gyakorlatban több ok miatt nem érhetőel. Az elégetéshez levegő szükséges! és az G7 mellett bevitt nitrogént %az G7 térfogatnégyszeresét' is fel kell hev$teni. A tökéletes égés biztos$tására több-kevesebb légfeleslegetkell alkalmazni. hhez hozzájárlhat még az is! hogy 4l. a cse44folyós tüzelőanyagoknálgyakran külön 4orlasztó közeget %4l. gőzt' használnak a tüzelőanyag minél tökéletesebbeloszlatására. záltal megnő az égéstermékek mennyisége és $gy az általk felvetthőmennyiség is. mellett vezetés és sgárzás révén is veszteség lé4 fel. *zilár" tüzelőanyaghasználatakor nem lehet az összes éghető alkatrészt eltüzelni! hanem egy része elégetlenül asalakban mara"! és $gy a fűtőértéknek megfelelő teljes hőmennyiség nem ka4ható meg.

A"ott tüzelőanyag használatakor a mega"ott ké4let számlálója a tüzelőanyag és alevegő előmeleg$tésével növelhető. +lyenkor a fűtőértékhez hozzá kell a"ni az előmeleg$tetttüzelőanyag és levegő hőtartalmát. lőmeleg$tésre ren"szerint a füstgázokat használják fel!

amelyek $gy kisebb hőmérséklettel távoznak a tüzelőberen"ezésből! és ennek következtében atüzelőanyag égéshőjét jobban megközel$thető hőmennyiség hasznos$tható.

A ké4let nevezőjében a & értéke nem csökkenthető! m-é azonban igen. rre kétlehetőség k$nálkozik# a tüzelőanyag és a levegő lehető legtökéletesebb kevere"ésének

biztos$tásával a szükséges levegőfelesleg csökkentése! vagy 4e"ig az égéstermékek közül alevegő nitrogénjének részbeni vagy teljes kiküszöbölése. z tóbbi megvalós$tása céljából atüzelőanyagot oxigénben "@s$tott levegővel! vagy oxigénnel égetik el.

Az elérhető elméleti hőmérsékletet csökkentő tényezők közül külön meg kell eml$teniaz égéstermékek termiks "isszociációját. 0agy hőmérsékleten a szén-"ioxi" és a v$zelemeire disszo&i(l. A bomlás endoterm folyamat! ennek következtében az égéskor

felszaba"ló hőmennyiség egy része a hőmérséklet emelése helyett a "isszociációrahasználó"ik fel. Az elérhető hőmérsékletet az a körülmény is csökkenti! hogy a "isszociációsorán az égéstermékek térfogata megnő.

A termiks "isszociáció folytán fellé4ő hőveszteség különösen nagy hőmérsékleten%7666 , körül' jelentős! mert ekkor a "isszociáció mértéke erősen megnövekszik. A szén-"ioxi" és a v$z termiks "isszociációjának a hőmérséklettel való összefüggése az alábbiak szerint alakl#

,G7 H ,G I 6!8 G7 )7G H )7 I 6!8 G7

hőmérséklet "isszociáció hőmérséklet "isszociáció2166 , 6!2 ; 2<66 , 6!2 ;

2:66, 6!7 ; 2?66 , 2!6 ;2?66 , 8!6 ; 7666 , 7!6 ;7666 , 26!6 ; 1666 , 77!8 ;

Az elméleti hőmérséklet megközel$tésében ay! égés sebességének is szere4e van.Binél gyorsabb gyanis az égés! annál kevesebb a vezetés és a sgárzás okozta hőveszteség.

Égési h!é#séklet é#ése

A hőmérséklet mérésére valamely anyagnak a hőmérséklet hatására bekövetkezőváltozásait használják fel. A gyakorlat általában az alábbi elveken ala4ló hőmérőket

használja#



a' szilár"! folyékony! vagy gázhalmazálla4ot@ testek hőmérséklet okoztatérfogatváltozása %hőmérők'!

b' a termoelektromos feszültség hőmérséklet okozta változása %hőelemek'!

c' a fémek hőmérséklet-változás okozta ellenállás-változása %ellenállás-4irométerek'!

"' a világ$tótestekből kisgárzó energiaváltozás %o4tikai 4irométerek'.A műszaki gyakorlatban elterje"t még a eger-g)l(kkal való hőmérsékleti mérés is.

BgG! ,aG! 0a7G! ( 7G! J7G1! A27G1! és *iG7 különböző arány@ keverékeivel D66 , és7666 , közötti tartományban! jól meghatározott hőmérsékleten lágyló g@lákat kész$tenek.zek háromszög keresztmetszetűek és mintegy 8 cm magasak. (ülönböző szám- és *(

betűjelzéssel vannak ellátva. *( a eger-*egel +eger-g)la, rövi"$tése. Bin"egyik taghoz egymeghatározott lágylás4ont tartozik. A sorozat tagjainak lágylás4ontjai között 76-16 ,különbség van. A vizsgálan"ó tűztérben több g@lát helyeznek el! még4e"ig azokat!amelyeknek lágylás4ontja a várható hőmérséklet körül van. Annak a g@lának alágylás4ontja a"ja a tűztér hőmérsékletét! amelynek cs@csa meghajlik! "e nem olva" meg

teljesen! @gyhogy még élei láthatók. zzel a mó"szerrel egész 4ontos hőmérsékletmérés nemvégezhető.

(ivételes esetekben hőmérő festékeket is használnak a hőmérséklet megálla4$tására.)őmérőcerzákkal a vizsgálan"ó felületre rajzolnak! s a rajzolatok a hőmérsékletre jellemzőmó"on változtatják sz$nüket.

)ozzávetőlegesen a tűztér sz$nének szemmel való megfigyeléséből is megálla4$tható ahőmérséklet#

(ez"ő"ő vörös izzás 878 ,Jarnásvörös izzás D66 ,

*ötétvörös izzás :66 ,,seresznye4iros izzás ?66 ,Kilágos vörös izzás =66 ,

*árgásvörös izzás 2666 ,*ötétsárga izzás 2266 ,

Kilágossárga izzás 2766 ,Eehér izzás L 2786

-$.lla/&si h!é#séklet

Cylla"ási hőmérsékletnek nevezzük azt a legalacsonyabb hőmérséklet! amelyen azanyagból felszaba"ló gázok! gőzök atmoszfériks nyomáson levegővel kevere"ve s4ontánmeggylla"nak. A tüzelőanyagok gylla"ási hőmérsékletre való hev$tése megfelel a kémiaireakció aktiválási ental4iaszükségletének * Eolya"ék vagy szilár" halmazálla4ot@

tüzelőanyagok esetén soha sem a szilár" anyag vagy a folya"ék ég! hanem a belőlük felszaba"ló gázok gőzök. A faszén! koksz nem ég lánggal csak izzik! mert nincs bennük el4árolgó szénhi"rogén! éghető anyag.

Lo,,an&spont

A lobbanás4ont az a legalacsonyabb hőmérséklet! amelynél meghatározott vizsgálatikörülmények között egy éghető folya"ék olyan mennyiségű gázt vagy gőzt bocsát ki! hogyegy gy@jtóforrás hatására belobban. A lobbanás 4ont általában alacsonyabb hőmérsékletű!mint a gylla"ás 4ont. A benzin gylla"ási hőmérséklete M 7<D ,! lobbanás4ontja -<6 ,.

nnek ala4ján a benzin már -<6,-n olyan mértékben 4árolog! hogy a ké4ző"ött benzingőzlevegő elegy már külső gy@jtóforrás hatására belobban.



Éghet!ségi és #o,,an&si hat&#ok

Az anyag 76 ,-os és 2 bar nyomás@ levegővel alkotott térfogat ;-ban kifejezettösszetétel határai! amely intervallmban az anyag F levegő elegy éghető illetve robbanóké4es. Az égésnél és robbanásnál gyanaz a kémiai reakció játszó"ik le! csak az égésnél egy

a"ott helyről in"l el a reakció és a reakciót k$sérő láng terje"ési sebessége m/sec! a""igrobbanásnál a reakció több helyen! egy i"őben kez"ő"ik! $gy a láng terje"ési sebességekm/sec.

A benzin alsó éghetőségi! robbanási határa 2!< tf;. z azt jelenti! hogy az 2!< tf;-nálkevesebb benzin gőzt tartalmazó levegő-benzin elegy nem ég! nem robban.

A benzin felső éghetőségi! robbanási határa :!D tf;. z azt jelenti! hogy az :!D tf;-náltöbb benzin gőzt tartalmazó levegő-benzin elegy nem ég! nem robban.

A fentiek ala4ján csak olyan benzin-levegő elegy gy@jtható meg! vagy robbanóké4es!amelyben a benzingőz koncentrációja 2!< F :!D tf;.

)*0*&,#a Éghet!ségi illet1e #o,,an&si ta#to&n$ok le1eg!,en

A :.1. ábra néhány éghető anyag éghetőségi illetve robbanási tartományai láthatók levegőben. Bennél szélesebb a tartomány! azaz az alsó és felső éghetőségi határok távolvannak egymástól! annál veszélyesebb a gáz robbanási lehetőség szem4ontjából.

Az égés eg$sze#"s'tett fol$aata

A tüzelőanyagok az égés során oxigénnel egyesülve hőfelszaba"lás közben elégnek és égéstermékekké alaklnak át. Az égés létrejöttéhez három tényező szükséges#

a' éghető anyag, amelynek tlaj"onságai megszabják a tüzelőberen"ezés szerkezetét!



b' égést tápláló közeg, amelyik általában 72 tf; oxigén tartalm@ levegő! esetleg tisztaoxigén!

c' gyulladási hőmérséklet. A tüzelőanyagok gylla"ási hőmérsékletre való hev$tésemegfelel a kémiai reakció aktiválási ental4iaszükségletének.

Az égés egyszerűs$tett folyamata a :.<. ábrán látható. Eolyékony halmazálla4ot@tüzelőanyag 4árolgása vagy szilár" halmazálla4ot@ tüzelőanyag termiks bomlásasorán felszaba"ló szénhi"rogének %,x)y' először a lángban ké4ző"ő atomosoxigénnel ! hi"rogén atomokkal vagy hi"roxil gyökökkel reagálnak.

atomos oxigén # oxigén molekla termiks "isszociációja G7 H 7 G soránké4ző"ik

hidrogén atom# szénhi"rogének termiks bomlása során szaka"nak le aszénláncról

hidroxil gök # atomos oxigén és v$zgőz molekla reakciójakor ké4ző"nek G I )7G H 7 G)N

)*2* &,#a A l&ng,an le3&tsz%/% eg$sze#"s'tett fol$aatok

A reakció során szénlánc hi"rogénjével reagálva v$z ké4ző"ik és visszamara" ahi"rogénmentes szénváz. Osszefoglalva a hi"rogéntartalm@ tüzelőanyagoknál

%szénhi"rogének' először a hi"rogén oxi"ációja történik meg! maj" a szénváz ég el. A szénelégése egyszerűs$tett formában két lé4ésre bontható. lőször szén-monoxi"! maj" szén-"ioxi" ké4ző"ik. Pényeges t"ni! hogy a két reakció sebességi állan"ója között kb. t$zszereskülönbség van! azaz a szén-monoxi"-ké4ző"és kb. t$zszer gyorsabban megy végbe! mint aszén-"ioxi" ké4ző"ése. nnek az a következménye! hogy nem elegen"ő oxigén esetén! amiszármazhat a nem megfelelő mennyiségű levegő a"agolásából! vagy a levegő és a tüzelőszer elégtelen kevere"éséből %helyi oxigénhiányos terek'! a távozó égésgázokban megnő a szén-monoxi" mennyisége! amely hatásfokromlást és környezetszennyezést okoz.

4iff5zi%s és el!ke1e#t l&ng

A tüzelés technikában két t$4s@ lángot különböztethetünk meg3 "iff@ziós és előkevert lángot%:.8. ábra'.



)*6*&,#a 4iff5zi%s és el!ke1e#t l&ng

A "iff@ziós láng az égéshez szükséges oxigént csak k$vülről ka4ja. A láng belsejébemár nem jt elég oxigén! $gy a megmara"t szénváz! szénrészecske felizzik és sárgán világ$t. Agyertya lángja is "iff@ziós láng. Bin"en szilár" anyag "iff@ziós lánggal ég.

Az előkevert lángnál az éghető gázt már az égőfej előtt levegővel elegy$tik. Az egyenletesoxigén eloszlás miatt izzó szénrészecskék nem ké4ző"nek. Az előkevert láng a láng kékessz$néről ismerhető fel.

Salak

A gáz halmazálla4ot@ égéstermékek mellett különösen szilár" tüzelőanyagok esetén

jelentős mennyiségű szilár" égéstermék ké4ző"ésével is számolnnk kell %ham! salak'. Asalak alkotórészei# szil$cim-"ioxi"! alm$nim-oxi"! vas-oxi"! kalcim-oxi"! magnézim-oxi". Qüzeléstechnikai szem4ontból a salak két legfontosabb 4aramétere a salakéghet! és asalak ol1a/&spont.

A salakéghet! a salak el nem égett tüzelőanyagtartalma tömegszázalékban kifejezve!amely általában zárványként vagy a rostélyon átesett "arabokban jelenik meg.

A salak ol1a/&spont ismerete feltétlenül szükséges a megfelelő tüzelőszerkezetkiválasztása szem4ontjából! gyanis a könnyen olva"ó ham rásül a rostélyra! illetve akazáncsövekre. A salak olva"ás4ontját növeli a salak savas oxi"- %*iG 7 és A27G1' tartalma%kb. 2186 ,' és csökkenti a báziks oxi"- %Ee7G1! ,aG és BgG' tartalma %kb. 22:6,'.

A biomassza tüzelés egyik jelentős nehézsége a ké4ző"ött salak igen alacsony olva"ásilletve lágylás 4ontja %M ?86 ,'! amelyet a salak magas kálim-oxi" és szil$cim-"ioxi"tartalmából ké4ző"ő kálim-szilikát okoz.

Légfelesleg7 légfeleslegtén$ez!

A tüzeléstechnika legfontosabb 4aramétere a légfelesleg! légfeleslegtényező. Atüzelőberen"ezésekben sohasem lehet az elméletileg szám$tott levegőmennyiséggel tökéleteselégést elérni. *zilár" tüzelőanyagokhoz általában több! folyékony és gázhalmazálla4ot@akhoz kevesebb légfelesleget kell alkalmazni a tökéletes elégéshez. Az égéskor

betá4lált! és az elméletileg szükséges levegőmennyiség különbségét légfeleslegnek nevezzük.A tüzeléstechnikában a légfelesleget a légfeleslegtényezővel számszerűs$tjük. A



légfeleslegtényező %n' az égéshez betá4lált %Ln' és az elméletileg szükséges levegőmennyiség%L8' viszonya.

6 .

.n n=

A légfeleslegtényező meghatározása a füstgáz elemzéséből végezhető el. A füstgázoxigéntartalma légfelesleget jelez. A füstgázelemzés a"atainak ismeretében n kiszám$tható#

;

;:=72

72

7

7

/

!n

⋅−

=

ahol# G7; a füstgáz oxigéntartalma! tf;

07; a füstgáz nitrogéntartalma! tf;.

Bivel a füstgáz nitrogéntartalma nem különbözik jelentősen := ;-tól! $gy a ké4let

egyszerűbb formája ezzel az elhanyagolással#

;72

72

7!n

−

=

Az egyszerűs$tett ké4let ala4ján a füstgázáramban elhelyezett oxigéntartalom mérőszon"a seg$tségével folyamatosan ellenőrizhetjük a légfeleslegtényezőt.

Az o4timális légfeleslegtényező függ a tüzelőanyagtól! illetve annak szemcseméretétől. A tökéletes égés biztos$tását azonban a lehető legkisebb légfelesleggel kellelérni! gyanis t@l nagy légfelesleg esetén a füstgáz által elvitt hőmennyiség jelentősenergiaveszteséget ere"ményez %a levegő nitrogénje és az oxigénfelesleg is felmelegszik'.

Tüzel!an$ag Légfeleslegtén$ez!

(őszén "arabos 2!<-2!:Jarnaszén "arabos 2!1-2!<*zén4or 2!2-2!7Glaj 2!2-2!7Cáz 2!2-2!7

Binél jobban elegy$thető a tüzelőanyag a levegővel! annál kisebb légfeleslegtényezőalkalmazható. A barnaszén jobban gázoso"ik! mint kőszén! ezért kisebb lehet a

légfeleslegtényező a barnaszénnél. A gáz keverhető el legjobban a levegővel! $gy alégfeleslegtényező itt a legalacsonyabb.

Légszenn$ez! an$agok a légfeleslegtén$ez! függ1én$é,en

zén-monoxid

A füstgáz szén-monoxi" tartalmának változását a légfeleslegtényező függvényében a:.D. ábrán követhetjük nyomon. A légfeleslegtényezőnek n 5 2 -nél minimma van a tökéleteségés miatt! "e nem megy le nllára! mert a ,G7 magas hőmérsékleten "isszociál ,G-ra. A már korábban megismert falhatás miatt a falhoz közeli alacsonyabb hőmérséklet miatt a szén-

monoxi" csak részlegesen alakl át szén-"ioxi""á.



)*9*&,#a Szén:ono;i/ koncent#&ci% a füstg&z,an a légfeleslegtén$ez! függ1én$é,en

Pevegőhiányos égésnél! n R 2 -nél jelentősen nő a szén-monoxi" tartalom a füstgázbana kevés oxigén miatt. A szén-monoxi" ké4ző"ése lényegesen gyorsabb! mint a szén-monoxi"további oxi"ációja! $gy ha kevesebb a levegő először megtörténik a szén-monoxi" ké4ző"és!maj" a mara"ék oxigén függvényében ké4ző"ik a szén-"ioxi".

0övekvő légfelesleg esetén n L 2 -nél a füstgáz szén-monoxi" koncentrációja @jranöveke"ésnek in"l. nnek két oka is van. A növekvő mennyiségű levegő csökkenti alánghőmérsékletet ezért a szén-monoxi" szén-"ioxi""á történő oxi"ációja lelassl. Qovábbá amegnövelt levegő térfogatáram a konstans tűztér térfogat miatt a füstgáz tűztérben valótartózko"ási i"ejét lecsökkenti! ezért nem mara" elég i"ő a szén-monoxi" H szén-"ioxi"átalaklásra.

zénhidrogének

A szénhi"rogének %jelölése# %,)'x ' és korom koncentrációjának alaklása alégfelesleg tényező függvényében hasonló a szén-monoxi"éhoz %:.:. ábra'.

)*)* &,#a Szénhi/#ogén és ko#o koncent#&ci% a füstg&z,an a légfelesleg tén$ez! függ1én$é,en*

lméletileg tökéletes égésnél n 5 2 -nél a füstgázszénhi"rogén tartalmának minimma van! "e nem éri el a

nllát. nnek az oka a már ismert falhatás! a tűztér falahi"egebb! mint a belső tér! $gy a fal közelében csak részleges a szénhi"rogének oxi"ációja.

Péghiányos égetésnél %n R 2' -nél jelentős amara"vány szénhi"rogén esetleg korom ké4ző"és a kevésoxigén miatt.

gynél nagyobb légfeleslegnél %n L 2' -nél @jranövekszik a füstgáz szénhi"rogén esetleg korom tartalma!mert a felesleges levegő hűti a lángot! továbbá csökken atartózko"ási i"ő! nincs i"ő a teljes oxi"ációra.



Glajtüzelésű kazánoknál a t@lságosan nagy légfeleslegtényező alkalmazása jelentőskoromké4ző"éssel jár! mivel az olajcse44ek tűztérben való tartózko"ási i"eje lerövi"ül és aszénhi"rogén láncoknak csak a hi"rogéntartalma ég el! a szén korom formában megmara".

0itrogén-monoxi"

)a az égéstá4láló közeg levegő! 2766 , égési hőmérséklet felett szám$tani kell anitrogén és oxigén között lejátszó"ó kémiai reakcióra#

07 I G7 5 7 0G

A reakció en"oterm! azaz hőigényes! ezért minél magasabb a hőmérséklet! annál többnitrogén-monoxi" ké4ző"ik. A magas hőmérséklet miatt ké4ző"ő nitrogén-monoxi"ottermiks nitrogén-monoxi"nak nevezzük! a füstgáz termiks nitrogén-monoxi"ból származókoncentrációja néhány száz 44mm %mg/kg' vagy 44mv %cm1/m1'. A nitrogén-monoxi"ké4ző"ése a légfelesleg tényező függvényében az előzőektől eltérően nem minimmos!hanem maximmos összefüggést mtat %:.?. ábra'.

)*<*&,#a Nit#ogén:ono;i/ koncent#&ci% a légfeleslegtén$ez! függ1én$é,en



A füstgáz nitrogén-monoxi" tartalma n52 légfelesleg-tényezőnél maximális. nnél alégfeleslegtényezőnél az égés hőmérséklete maximális! $gy az en"oterm nitrogén-monoxi"ké4ző"ési reakció számára ez a legke"vezőbb álla4ot.

Amennyiben az égés számára nincs elég oxigén nR2! az éghető anyag csak egy részeoxi"áló"ik el! $gy a lánghőmérséklet is kisebb. (isebb lánghőmérséklet kevesebb niitrogén-monoxi" ké4ző"éssel jár.

A szükségesnél nagyobb légfelesleg esetén a beáramló levegőtöbblet hűti a lángot! $gyaz alacsonyabb lánghőmérséklet miatt csökken a nitrogén-monoxi" ké4ző"és. A szükségesnélnagyobb légfelesleg beáll$tását háztartási gázkazánok esetében gyakran alkalmazzák a

környezetvé"elmi szem4ontból káros nitrogén-monoxi" kibocsátás csökkentése ér"ekében.

Szil&#/ tüzel!an$agok tüzel!sze#kezetei

0ostélos tzel2szerkezetek

A rostély fela"ata részben az izzó tüzelőanyag hor"ása! a salaktértől való elválasztása!másrészt az égéshez szükséges levegő egyenletes szétosztása a tüzelőanyagban. A rostélytren"szerint öntött- vagy kovácsoltvasból készült r"akból áll$tják össze. A rostélyr"akattéglala4 keresztmetszetűre célszerű kész$teni! mert $gy a 4rimer levegő hosszabb @ton t"előmelege"ni! másrészt a rostély hűtése jobb.

A használatos rostélyok között megkülönböztetnek s$k-! lé4csős- és fer"e rostélyt!amelyek lehetnek álló! vagy mozgó szerkezetűek.

A s3krostélos tüzelés a régi kézi tüzelés jellemzője! hatásfoka nagymértékben függ afűtő személyétől.

%erde rostél esetén az a"agolás is atomatiksan! bnkerből történik. A szénrétegvastagságát egy süllyeszthető lemezzel szabályozzák. 0em sülő! kis hamtartalm@ szénre

jól alkalmazható.

A lép&s2s rostél is lényegében fer"e elhelyezésű! itt egymás alatt rézs@tosanelhelyezett több s$krostélyt alkalmaznak. A s$krostélyok azonos 4ontjait összekötő egyenes



csak 16-1D-os szöget zár be a v$zszintessel %fer"e rostélynál a lejtés nagyobb'! @gyhogy atüzelőanyag előre jttatását itt vagy a rostély! vagy a tüzelőanyag mozgatásával kellelőseg$teni. A teljes elégetéshez a lé4cső alján ren"szerint elhelyeznek egy kis rostélyt is.Glyan nem sülő! kis fűtőértékű szén tüzelésére alkalmas! amelynek az égetése nemere"ményez t@l nagy hőmérsékletet. +lyen szenek elsősorban a barnaszenek.

4 5(ndorrostél) tzel2szerkezetekben a lánc- vagy ván"orrostély végtelen láncotké4ez! amelyet két lánckerék mozgat. A lánc végéről a salak folyamatosan távol$tható el. Atűztérbe kerülő szén fokozatosan felmelegszik! kokszoló"ik és végül elég.

)*=* &,#a >&n/o##ostél$

A beren"ezés teljes$tménye könnyen változtatható! az egész szerkezet nagymértékbenmechanizált. Alkalmazása elsősorban nagy hamtartalm@ és kisebb olva"ás4ont@ hamtere"ményező szenek esetében előnyös.

A bolgat6 5ag stoker tzel2szerkezeteknél a rostély elemei külön-külön is mozognak és a rajtk levő tüzelőanyagot állan"ó mozgásban tartják.

0ostél nélkli fluidiz(&i6s tzelés

)*?8* (l.i/iz&ci%s kaz&n Eli"izációs tüzelésnél a szilár" tüzelőanyagnak

meghatározott méretűeknek kell lenni! mivel a tüzelőanyag "arabokat a tüzelőberen"ezésalján bef@vott! a szemcseméretnek megfelelő térfogatáram@ levegő tartja lebegésben az égési

folyamat során. A forró füstgázok a hamval együtt távoznak és egy ciklonba belé4ve a



leválasztott hamt részben eltávol$tják! részben visszavezetik az égőtérbe! m$g a részecskementes füstgázt a hőcserélőbe vezetik %:.26.ábra.'

Cseppfol$%s tüzel!an$agok tüzel!sze#kezetei

,se44folyós tüzelőanyagokként főleg kőolajtermékeket használnak. (özülük alegjelentősebb a tüzelőolaj! amely kőolajból atmoszfériks és vákm"esztillációval!valamint katalitiks krakkolással előáll$tott! részben katalitiks hi"rogénezésselkénmentes$tett olajok elegye. Ségebben a kőolaj atmoszfériks le4árlásának a mara"ékát a

4akrát használták fűtőolajként! azonban ez ma már a környezetvé"elmi szem4ontok miatttilos.

A cse44folyós tüzelőanyagoknak számos előnyük van a szilár" tüzelőanyagokkalszemben. )amtartalmk ren"szerint egészen jelentéktelen! és $gy eltüzelésük sorángyakorlatilag csak gázhalmazálla4ot@ égéstermékek keletkeznek. A tüzelés igen jóhatásfokkal végezhető el! a 4orlasztott olajcse44ek levegővel történő kiváló elegy$thetősége

miatt kisebb levegőfelesleggel égethetők el! mint a "arabos tüzelőanyagok.)*??* &,#a @o#laszt&sos ola3ég!

7orlaszt(sos olaég2k.

A tüzelőanyagnak a levegővel történő jó hatásfok@ elegy$thetősége miatt a kisebbviszkozitás@ tüzelőolajat és a nagyobb viszkozitás@ fűtőolajat célszerű igen finom cse44ekreszétoszlatni. A fűtőolajokat nagy viszkozitásk miatt elő kell meleg$teni! s csak $gy

4orlaszthatók! illetve tüzelhetők el. A tüzelőolajok! fűtőolajok az égőben finom eloszlás@kö""é alaklnak! $gy az esetleg kiváló elemi szén is lebegő álla4otban könnyen el t" égni.

A 4orlasztás segé"közege általában levegő! "e lehet v$zgőz is.

-&zhalaz&llapot5 tüzel!an$agok tüzel!sze#kezetei

A különféle halmazálla4ot@ tüzelőanyagok közül legelőnyösebben a gázok tüzelhetők el. A föl"gázon k$vül generátorgázt! v$zgázt! szénle4árlási gázokat! kőolajfel"olgozótechnológiák véggázait! illetve ezek különböző elegyeit használják fel tüzelésre.

A gáztüzelés egyik legfőbb előnye! hogy könnyen és gyorsan szabályozható! $gynagyfok@ atomatizálásra van lehetőség. Binthogy a gáz molekláris szinten tökéletesenelegy$thető az égéshez szükséges levegővel! a teljes elégés biztos$tásához csak csekély %26 ;

alatti' levegőfelesleget kell alkalmazni.)*??* &,#a -&ztüzelés" ég!



A gázok elégetésekor a gázt a levegővel még az égőbe való belé4és előtt elegy$tik %előkevert láng'. zt a levegő mennyiséget 4rimer vagy első"leges levegőnek nevezzük. )a a

4rimer levegő mennyiségét t@lságosan megnövelik! bizonyos mennyiség felett a láng leszaka"az égőről. )a a 4rimer levegő mennyiségét csökkentjük! elérünk egy határt! amely alatt a láng

sz$nessé válik %"iff@ziós láng'! tovább csökkentve 4e"ig egyre világ$tóbb és kormozóbblángot ka4nk a hőbomláskor keletkező! maj" a láng belsejében felizzó finoman elosztottszénszemcsék következtében. Azt a levegő mennyiséget! amelyet a láng a külső környezetbőlka4 az égéshez szekn"er vagy máso"lagos levegőnek nevezzük.

A gáztüzelő beren"ezések általában csak egy a"ott gázfajta elégetésére alkalmasak.nnek az az oka! hogy a különböző éghető gázok elégetéséhez különböző mennyiségű oxigénszükséges.

,)< I 7 G7 5 ,G7 I 7 )7G ,1)? I 8 G7 5 1 ,G7 I < )7G2 térfogat 7 térfogat 2 térfogat 8 térfogat

gy térfogat metán elégetése jóval kevesebb 4rimer levegő hozzákeverést igényel!

mint egy térfogat 4ro4án eltüzelése. zért van az! hogy a háztartásban használatosgáztűzhelyeken! gázzal műkö"ő v$zmeleg$tőkön min"ig feltüntetik! hogy föl"gázzal %metán'vagy 4ro4án-btán gázzal üzemeltethetők. Qüzelőanyag váltás csak a tüzelőanyag-levegőkeverési arány mó"os$tásával lehetséges.

GYAKORA!

?* enn$i a f"t!é#téke annak a tata,&n$ai szénnek7 ael$nek kalo#iéte#,en é#tégésh!3e ++988 kBkg7 ne/1ességta#tala ?276 D7 hi/#ogénta#tala 27)8 D

4 f9t2értéket +%, az égésh2b2l +$, megkapuk: ha a szén ned5ességtartalm(nak és ahidrogén elégéséb2l képz2d2 53znek az elp(rologtat(s(hoz szkséges h2menniséget +0,

az égésh2b2l le5onuk.1 kg ;< #-os 53z ; #-os g2zzé történ2 elp(rologtat(s(hoz szkséges h2menniség > ;?<< kJ. 4 hidrogén elégésekor ; grammb6l 18 gramm 53z képz2dik: teh(t a 53zmennisége a hidrogén kilen&szerese.

% = @ - 0

ahol

kJ n "

0 2<76266

'8!2<:!<=%7866

266

;';=%7866=

+⋅⋅=

+⋅=

% = ;;A<< - 1B;< = ;118< kJ C "#," $%



+* Sz&'ts.k ki eg$ éghet! g&z kF,éte#enkénti égésh!3ét7 to1&,,& f"t!é#tékét aB.nke#s:kalo#iéte#,en tF#tént eghat&#oz&s e#e/én$ei alap3&n*

4 mérés sor(n ?<:< dm ;< # g(zt égettnk el: a kaloriméteren (tfolt 53z mennisége1A<<< &m : a be(raml6 53z h2mérséklete 1<:? #: a t(5oz6 53z h2mérséklete ;:; # 5olt. 4 fstg(zb6l kondenz(l6dott 53z mennisége 1;:? ml.

4 g(z égésh2ét az al(bbi képlettel sz(m3thatuk kiE

1

11 /2D=?:

2686

'8!267!71%/2?!<2DmkJ

m# # kg kJ kg

Ft &m

$ =⋅

°−⋅°⋅=

∆⋅⋅=

−

aholE $ az égésh2 +kJ/m ,: m az (tfolt 53z mennisége +kg,: & a 53z fah2e+B:18 kJ/kg #,: Gt a kaloriméterbe befol6 és kilép2 53z h2mérsékletének klönbsége+#,: F az elégett g(zmenniség +m ,.

4 53z elp(rologtat(s(hoz szkséges h2menniség 1 m g(z elégetésekorE

1

11

1

/D782686

268!27/7866mkJ

m

kg kg kJ =

⋅

⋅⋅ −

% = $ - 0 = 1AH8I - A;? = 1AA; kJ/m C #&,' $%

0* G#&nként +888 kg 976 ,a# t5ln$o&s5 tel'tett ?9< CJ 1'zg!zt kell el!&ll'tani ?6 Ch!é#séklet" t&p1'z,!l* H&n$ kg ?6888 kBkg f"t!é#ték" szenet kell ehhez elégetnünk

tFkéletesen7 ha a kaz&n te#ik.s hat&sfoka 9<78 D 4 g2z el2(ll3t(s(hoz szkséges h2menniség két részb2l te52dik összeE a 53z felmeleg3tése 1? #-r6l 1A8 #-ra +1 , és elp(rologtat(sa 1A8 #-on +; ,. 7(rolg(sh2 1A8 #-onE ;<B8 kJ/kg.

1 = m K & K Gt

; = m K L

aholE & a 53z fah2e +> B:18 kJ/kg#,: m a 53z tömege +kg,: Gt = t ; M t 1 +t ; a5égh2mérséklet: t 1 a t(p53z h2mérséklete, #: L a 53z p(rolg(sh2e +kJ /kg,.

@nnél több kell: mert a hat(sfok A8:< NEkJ

kJ tén-leges :=6<87=

D?!6

81:86?6==

A sz(kséges szénmennyiség) kg kJ kJ

87:28666

:=6<87==

2* Eg$ g&ztüzelés" kaz&n,an et&n:,.t&n elegg$el tüzelünk* A keletkezett füstg&zFsszetétele a kF1etkez!

#!; 1<:I8 N " ;! 1:?? N

; I:B8 N!; 1:II N



H&n$ sz&zalék légfelesleggel tF#ténik a tüzelés

4 légfelesleg nags(g(t a légfeleslegténez2 felhaszn(l(s(5al hat(rozhatuk meg akö5etkez2 képlettelE

2!26==!2

<?!:1::!2:=72

72

;;:=72

72

7

7

==

⋅−

=

⋅−

=

/ !

n

Oi5el a légfeleslegténez2 1:1: a lég*elesleg #+ 5olt.

4z egszer9s3tett képlettel sz(mol5aE

6=!26=7!2::!272

72

;72

72

7

≈=−

=−

=!

n

@zek szerint a lég*elesleg - . (that6: hog a kétféle képlettel sz(m3tott eredmének között h(rom tizedes pontoss(g esetén I N: kerek3tés ut(n 1<N relat35 eltérés ad6dik.

6* Eg$ üze keencéinek f"tésénél felhaszn&l&s#a ke#ül! f"t!ola3 elezési a/atai azal&,,iak

#N 8B:? "N 11:8

N :A<hamu <:1

@e#cenként h&n$ N0 le1eg!#e 1an szükség7 ha a f"t!ola3,%l eg$ < %#&s "szak alatt?888 kg:ot tüzelünk el ?678 D:os légfelesleggel H&n$ N07 és il$en Fsszetétel" ne/1esfüstg&z keletkezik pe#cenként

4 f9t2ola éghet2 alkot6inak égési reak&i6iE

#P !; = #!;

" ; P 1/; !; = " ;!

P !; = !;

4 reak&i6egenletekb2l h(rmasszab(llal klön-klön kisz(m3thatuk a fstg(zalkot6inak menniségét és a szkséges le5eg2t: egszer9bben sz(molhatunk azonban akilom6lokkal. 4 kilom6lok ;;:B1-el 5al6 szorz(s(5al kapuk meg a m -t. +1 kmol =;;:B1 m ,.

%9t2ola!xigén

szkséglet %stg(z

$ghet2 alkot6

kg moltömeg kmol kmol alkot6 kmol m

# 8B? 1; I<:B; I<:B; #!; I<.B; 1?II

" 118 ; ?H ;H:? " ;! ?H 1;; A ; 1:1 1:1 !; 1:1 ;?:



4z oxigénszkséglet 1<1:<? K ;;:B1 = ;;A m. 4 le5eg2szkséglet ennél több: mi5el a le5eg2 oxigéntartalma ;1 tfNE

11

26::D72

26677D1 /m

/m=

⋅

Oi5el a légfelesleg 1? N-osE 1<IIA m P 1<IIA K <:1? m = 1;H; m le5eg2 szkséges a légfelesleggel történ2 égetéshez 8 6ra alatt. 7er&enként pedig 1;H;/B8< =;?:8? m C ",/ 0m1 le5eg2.

4z eg m9szak alatt keletkez2 ned5es fstg(z mennisége és ennek alap(n sz(m3tott sz(zalékos összetételeE

m tfN#!; 1?II 1;:<8

" ;!

1;; 1<:1

!; ;? <:1H

!; H ;:A &sak a légfeleslegb2l ; HIH< I?:< a le5eg2b2l és a légfeleslegb2l

1<? m

1<<:<N

7er&enként 1<?/B8< = ;I:1H m C "2," 0m1 ned5es fstg(z keletkezik.

Documents

TÜZELÉSTECHNIKA (jegyzet)