TEPELNĚ ENERGETICKÁ ZAŘÍZENÍ

Transkript

1 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava TEPELNĚ ENERGETICKÁ ZAŘÍZENÍ (studijní oory) učební text Ing. Dalibor Jančar, Ph.D. Ostrava 08

2 OBSAH OBSAH... PŘEHLED ZÁKLADNÍCH ENERGETICKÝCH ZAŘÍZENÍ... 3 TAVICÍ PECE Vysoká ec Kulovna....3 Konvertor....4 Tandemová ec Elektrická oblouková ec Indukční ec Sklářská tavicí ec... 3 OHŘÍVACÍ PECE Hlubinné ece Komorové ece Strkací ece Krokové ece Tunelové ece Karuselové ece Kontrolní měření telot Kontrolní měření tlaku Kontrolní měření růtoku VÝMĚNÍKY TEPLA Rekuerativní výměník tela Regenerativní výměník tela ŽÁROVZDORNÉ MATERIÁLY PRO VYZDÍVKY PECÍ Tvarové žárovzdorné materiály Netvarové žárovzdorné materiály Teelně izolační materiály PRŮMYSLOVÉ HOŘÁKY Injektorové hořáky Hořáky s roudovými směšovači Vířivé hořáky Sálavé hořáky Sálavé trubky... 50

3 6.6 Imulzní hořáky (vysokorychlostní hořáky) Rekuerační hořáky Regenerační hořáky Zaalovací, stabilizační a ilotní hořáky Blokové hořáky Hořáky se sníženou tvorbou NOx Regulace ejekčních hořáků Regulace výkonu a salovacích oměrů hořáků s nuceným řívodem vzduchu TĚŽBA A DOPRAVA PLYNU Ložiska zemního lynu Dorava lynů Dorava lynů lynovody Výočet základních arametrů ři doravě lynů lynovody Zkaalňování zemního lynu (LNG) Dorava LPG... 80

4 PŘEHLED ZÁKLADNÍCH ENERGETICKÝCH ZAŘÍZENÍ Členění kaitoly: řehled teelně energetických zařízení; ostatní energetická zařízení. Čas otřebný ke studiu: 5 minut Cíl: Po rostudování této kaitoly budete mít řehled o energetickými zařízeními běžně oužívaných v našich rovozech. Výklad Cílem ředmětu je dozvědět se ředevším nějaké informace o základních energetických zařízeních oužívaných v růmyslu. Velká část ředmětu se bude zabývat ecemi, ve kterých robíhá vzájemné teelné ůsobení zdroje tela (telonosné látky) a ředmětu teelného zracování. Jedná se o otevřené systémy, jelikož z termodynamického hlediska nejsou od ostatního rostoru odděleny vždy dochází k výměně tela a hmoty s okolím. Důležitý je tvar racovního rostoru ece. Hosodárnost rovozu ovlivňuje využití odadního tela salin. Pec je technologické zařízení, jehož hlavním cílem je vytvoření otimálních odmínek ro růběh určitého technologického rocesu. Teelné zracování je roces, jehož odstatou je ůsobení tela na ředmět zracování. 3

5 Rozdělení ecí:. odle technologického určení: tavicí určené k tavení materiálů (vysoká ec, kulovny, sklářská tavicí vana) ohřívací k ohřevu materiálu řed válcováním, kováním, lisováním, aod. (kovářské ece, válcovenské ece) ro teelné zracování k teelnému zracování jako je kalení, oouštění vyalovací k výalu výrobků (ece ro výal žárovzdorných a keramických materiálů, vána) sušicí k odstranění vlhkosti z materiálu (sušení keramických výlisků, sušení forem a jader ve slévárnách aod.) destilační ze vsázky vzniká rodukt destilací (koksárenské baterie). odle zdroje tela: lamenné teelná energie je získána salováním evného, kaalného nebo lynného aliva elektrické - teelná energie vzniká z elektrické energie (obloukové, odorové, lazmové, indukční, elektronové ece) bez vnějšího zdroje využívají vnitřní chemické energie zracovávaného kovu a jeho říměsí 3. odle tvaru racovního rostoru: šachtové v celém objemu vylněné vsázkou, rinci rotiroudu vanové ouze část vnitřního rostoru vylněna vsázkou růběžné horizontální (strkací, krokové) nebo vertikální (věžové), vsázka se ohybuje od sázecího okna k oknu vytahovacímu karuselové vsázka se ohybuje solu s nístějí, která má tvar mezikruží rourové válcový tvar, odkloněny od horizontální roviny o malý úhel, otáčí se za stálého míchání vsázky 4

6 tunelové vsázka se ohybuje v římém směru solu s nístějí, kterou tvoří řada vozíků komorové vsázka leží na nístěji během celého technologického rocesu, mohou mít evnou nebo výjezdnou nístěj, telota racovního rostoru je ve všech bodech rakticky stejná okloové (muflové) vsázka je řed ecní atmosférou chráněna okloem muflí 4. odle využití tela odadních salin: rekuerativní regenerativní bez výměníku Rozdělení ecí není úlné, ece lze rozdělit i odle dalších kritérií, naříklad odle doby rovozu na ece eriodicky racující a ece neeriodicky racující (kontinuální). účinnost ece. Poměr užitečně sotřebovaného tela (Qu) k říkonu ece (P) se nazývá η = Q už P (%) U ohřívacích ecí se do oložky Qu zaočítává telo ohřátého kovu a okují, u tavicích ecí telo roztaveného kovu, strusky a telo na rozklad struskotvorných řísad. Další energetická zařízení, kterými se budeme zabývat, jsou hořáky. Hořák je zařízení, ve kterém se chemická energie aliva řeměňuje salováním na energii teelnou a slouží jako zdroj tela ro energetické sotřebiče. Rozdělení hořáků:. odle druhu oužitého aliva: kaalné hořáky 5

7 lynové hořáky. odle zdroje salovacího vzduchu: hořáky ejekční se salovacím vzduchem nasávaným z atmosféry ejekčním účinkem aliva hořáky s nuceným řívodem salovacího vzduchu (ventilátor, dmychadlo, komresor) 3. odle řenosu tela ve sotřebičích: hořáky řevážně s konvekčním účinkem hořáky sálavé Oět je zde možno mnoho dalších rozdělení, naříklad odle rychlosti vystuujících salin (nízkorychlostní, se zvýšenou rychlostí a vysokorychlostní), dle zůsobu salování směsi (s volnými lameny, s keramickými salovacími kanálky, se salováním na ovrchu keramických desek) aod. Čím větší je telota salin odcházejících z racovního rostoru ece a čím nižší je teelná účinnost ece, tím větší je množství tela, které saliny odnášejí z racovního rostoru ece. Je nejen účelné, ale i ekonomické vrátit část tohoto tela zět do racovního rostoru a to ředehřevem salovacích médií. Zařízení, ve kterém se ředává telo salin salovacímu vzduchu, říadně lynu, se nazývá výměník tela. Výměníky tela dělíme na dvě skuiny: rekuerátory telo se ředává roudu salin na ohřívané médium složeným řestuem tela řes dělící stěnu regenerátory využívají akumulace tela v žárovzdorném materiálu Předehřevem salovacích složek je možné dosáhnout úsory aliva, které stouá s rostoucí telotou ředehřátí i telotou odadních salin a klesající výhřevností aliva. S ředehřevem se také zvyšuje salná telota a dochází ke zvýšení výkonu ece. Nedílnou součástí energetických zařízení jsou zařízení na úravu surovin vstuujících do energetického rocesu. Jedná se ředevším o úravu kusovosti surovin, kdy se oužívají tzv. zdrobňovací stroje - drtiče a mlýny. Tato zařízení se taktéž oužívají ro říravu surovin v keramickém růmyslu. Rozdíl mezi drtičem a mlýnem je ouze ve velikosti zrna vystuující suroviny. 6

8 Rozdělení zdrobňovacích strojů: drtiče - velikost (medián) vystuují částice je větší než,5 mm mlýny - velikost (medián) vystuují částice je menší než,5 mm Dalším zařízením, se kterým se v růmyslu můžeme setkat, jsou odavače, sloužící na dávkování řesně odměřeného množství sykých, zrnitých a neleivých složek do mísícího zařízení nebo k rovnoměrnému odávání různých materiálu do drtičů a mlýnů, aby nedocházelo k jejich zahlcování. V různých růmyslových odvětvích můžeme dále nalézt třídiče, sloužící k searaci částic odle jejich velikosti, druhu a skuenství. Součástí ředmětu bude taktéž transitní lynová dorava. Jedná se o doravu lynů v lynném stavu tzv. lynovody. Součástí této doravy jsou nejenom otrubí, ve kterých je lyn doravován, ale také komresní stanice. Dorava otrubím se děje omocí tlaku. Podle velikosti tlaku, kterým se lyn doravuje, rozdělujeme lynovody na: nízkotlaké (NTL), s rovozním řetlakem do 0,005 MPa středotlaké (STL), s rovozním řetlakem 0,005 až 0,3 MPa vysokotlaké (VLT), s rovozním řetlakem 0,3 až 4 MPa velmi vysokotlaké (VVLT), s rovozním řetlakem 4 až 0 MPa Shrnutí ojmů: Po rostudování kaitoly by vám měly být jasné následující ojmy: sušárny a ece; výměník tela; hořák; drtič, mlýn, odavač, mísič; transitní lynová dorava. Otázky:. Jaké dělíme ece odle technologického určení, zdroje tela, racovního rostoru ece a využití odadního tela salin? 7

9 . Jak vyočteme účinnost ece? 3. Jaký je rozdíl mezi rekuerátorem a regenerátorem? 4. Jaký je rozdíl mezi drtičem a mlýnem? 5. Jak dělíme hořáky odle tlaku lynného aliva? 6. Jak dělíme hořáky odle řívodu salovacího vzduchu? TAVICÍ PECE Členění kaitoly: vysoká ec; kulovna; konvertor; tandemová ec; elektrická oblouková ec; indukční ec; sklářská tavicí ec. Čas otřebný ke studiu: 50 minut Cíl: Po rostudování této kaitoly dozvíte se důležité informace o tavicích ecí, k čemu slouží, jejich rinci a základní arametry. Výklad Mezi základní druhy tavicích ecí můžeme zařadit tyto: vysoká ec, kulovna, 8

10 konvertor tandemová ec elektrická oblouková ec indukční ec sklářské tavicí ece. Vysoká ec Největší tavící agregát, ve kterém se z oxidů železa získává redukčními ochody surové železo. FeO3 + 3C Fe + 3CO (římá redukce) FeO3 + 3CO Fe + 3CO (neřímá redukce) Výška vysoké ece (dále jen VP) je 30 až 50 m, růměr nístěje až 5 m, životnost vyzdívky cca 0 let. Vsázku tvoří kovonosná část (železná ruda, aglomerát, elety), struskotvorné řísady (váenec - CaCO3, dolomit CaMg(CO3)) a alivo, čímž je koks lus říadně řídavky kaalných (olej), lynných (zemní lyn) nebo ráškových aliv (ráškové uhlí). Pro zvýšení intenzifikace rocesu VP se do ece dmýchá ohřátý vzduch (vysokoecní vítr), který bývá obohacen kyslíkem (až 30 %). Ohřívá se v tzv. Cowerech, což jsou regenerativní výměníky tela (viz kaitola 4) a jeho telota bývá až 350 C. Hlavním roduktem je surové železo, vedlejším roduktem je vysokoecní struska (na T surového železa vznikne 300 až 600 kg strusky) a vysokoecní lyn. Základní části VP (Obr. ): sazebna šachta rozor sedlo (zarážka) nístěj Pracovní rostor ece tvoří vysoká šachta kruhového růřezu, která je vyzděna žárovzdornými materiály. Pec stojí na betonovém základě, sodní část je umístěna od zemí. V současnosti se již v drtivé většině oužívá tzv. bezzvonová sazebna (BZS) tvořená dvěma materiálovými komorami. Nad nimi je umístěna ojízdná násyka určující, která 9

11 materiálová komora se bude lnit. V každé komoře se nachází horní a dolní klaový uzávěr a tzv. segmentový uzávěr určující rychlost vysyávání komory. Pod komorami se ak vsázka sye do otočného rozdělovače, který omocí zvláštního otočného žlabu vysyává vsázku na ředem zadané kružnice. Zavážka vysoké ece, t.j. dorava železné rudy, koksu a struskotvorných řísad se rovádí buďto šikmým výtahem (skiem) nebo omocí velkých zavážecích nádob (košů) a tzv. kolmých výtahů. Obr. Vysoká ec Převzato z: htt://doclayer.cz/ slitiny-zeleza-rehled-a-vyroba-materialu.html Surové železo a struska se vyouští odichovým otvorem, který je umístěn 0,5 až m nad úrovní nístěje. Zvláštností vysoké ece je, že vyzdívka a lášť ece se v nižší a střední části musí chladit. Dnes se nejčastěji oužívá chlazení odarné. Děje se tak omocí deskových litinových chladnic vložených mezi lášť a vyzdívku VP nebo chladnic trubkových, často zabudovaných římo do materiálů vyzdívky VP. Vyzdívka je jedna nebo více vrstev různých žárovzdorných materiálů, chránící ocelový lášť zařízení řed teelným a chemickým oškozením. 0

12 Vyzdívka vysoké ece je z různých tyů žárovzdorných materiálů odle tyu namáhání. Nejčastěji se jedná o různé druhy hlinitokřemičitých materiálů, říadně žárobetonu. Životnost ece je zravidla limitována životností vyzdívky nístěje, která je z uhlíkových bloků.. Kulovna Jedná se oět o šachtovou ec, tentokrát však oužívaná ve slévárnách ro výrobu litiny (Obr. ). Palivem je zde oět jako u VP koks, struskotvornými řísadami váenec a kazivec - CaF. Obr. Kulovna Převzato z: htt://slidelayer.cz/slide/369/ Ve sodní části kulovny jsou umístěna dvířka otevíraná výkyvně dolů a ven. U dna je odichový otvor ro výtok litiny, výše je umístěn odich ro strusku. Horní část, kterou odcházejí lyny, může být otevřená nebo osazena zastřešujícím říkloem, který brání ronikání deště do ece. Pro snížení emisí může být ec osazena nástavcem, který odvádí lyny do zařízení, kde se ochladí a odstraní se z nich evné částice.

13 Kulovnu lze rozdělit z hlediska růběhu telot ve vsázce na ásmo ředehřívací, tavicí, řehřívací a nístějové. V ředehřívacím ásmu jsou všechny materiály v evném stavu. Postuně klesají dolů a ohřívají se. Při telotě 800 C se rozkládá váenec, koks ztrácí vlhkost a rchavou hořlavinu. V ásmu tavení se tvoří struska, tavením kovonosné vsázky. Do strusky řechází oeloviny z koksu, zlodiny ři odsiřování a odfosfořování. Koks je stále v evném stavu. Kaky tekutého kovu a strusky stékají dolů, kde rochází řehřívacím ásmem a jejich telota roste. Ohřívají se ředevším od rozžhaveného koksu. V nístějovém ásmu už koks nehoří. Vznikající lyny vystuují směrem vzhůru a tím vsázku ředehřívají. Salovací vzduch se ředehřívá, ale na nižší telotu, něž u VP a to na 00 až 700 C. Vyzdívku tvoří různé žárovzdorné tyy žárovzdorných materiálů, odle bazicity strusky. Struska je rodukt vzniklý ři metalurgických reakcích v tavenině. Jedná se o nekovové složky vsázky, stržené částečky z vyzdívek aod. Tyto části vylouvají na ovrch kovové lázně a vytvářejí více nebo méně souvislou vrstvu na ovrchu taveniny. Základní oxidy, ze kterých se většina strusek skládá, jsou CaO, AlO3, SiO, ří. FeO, MgO, FeO3, MnO. Bazicita strusky ředstavuje oměr mezi kyselými a zásaditými složkami strusky - (CaO+MgO)/SiO..3 Konvertor Jedná se o zařízení na výrobu oceli, tzv. zkujňováním železa - snížení obsahu uhlíku v surovém železe (od,4 %, ale síše až od %). Vsázkou je tedy surové železo a ocelový odad (do 40 %). Jedná se o nádobu hruškovitého tvaru o objemu 400 tun (viz Obr. 3), do které se omocí trysky dmýchá kyslík, čímž v surovém železe dochází k následující reakci: C + ½O CO Dále dochází k oxidaci Si, Mn, P, S, ze kterých také vzniká další otřebné telo. Pro tvorbu strusky se řidává váno.

14 Obr. 3 LD konvertor Základní charakteristiky konvertoru: objem nádoby: 400 tun množství šrotu: až 40 % doba tavby: 50 minut Podle zůsobu dmýchání kyslíku rozlišujeme dva tyy konvertorů: LD foukání kyslíku shora (tryska směřuje směrem dolů), OBM foukání kyslíku zesoda (trysky směřují směrem nahoru). LD konvertor Do konvertoru (viz Obr. 3) se vhání vodou chlazenou tryskou se třemi otvory umístěnou shora technicky čistý kyslík s 99,8 % O o tlaku,6 MPa v množství 50 až 55 m 3 na tunu oceli. Při foukání dosahují teloty v okolí trysky 00 až 500 C. OBM konvertor U nás známý od názvem OXYVIT (viz Obr. 4). Kyslík se vhání řes trysky zabudované ve dně konvertoru. Ty jsou chlazené zemním lynem nebo roan-butanem. Přes ně se řivádějí i struskotvorné řísady. 3

15 Obr. 4 OBM konvertor Hlavní výhody OBM konvertoru ve srovnání s LD konvertorem: + vyšší účinnost využití kyslíku + nižší obsah železa ve strusce a nižší úlet vyšší výtěžek železa ze vsázky + nižší obsah susíku a kyslíku v oceli menší sotřeba legujících a desoxidačních řísad + leší odsiření oceli ři stejné bazicitě strusky menší sotřeba vána + nižší investiční náklady + možnost oužití neuraveného ocelového odadu s větší hmotností jednotlivých kusů Hlavní nevýhody OBM konvertoru ve srovnání s LD konvertorem: - vyšší obsah vodíku v oceli - nižší odíl ocelového odadu ve vsázce (o až 5 %) - nižší životnost vyzdívky, ředevším dna Vyzdívka konvertoru je složena z různých druhů magneziových a magneziouhlíkatých žárovzdorných materiálů. Časté střídání telot, změny složení strusky a těžkých 4

16 kusů evné části kovové vsázky jsou činitele, které ůsobí destruktivně na zásaditou vyzdívku konvertoru. Nejvíce namáhaná je vyzdívka dna konvertoru. Existují konvertory s vyjímatelným dnem, tzn., že dno konvertoru je možno vyměnit za nové (tedy s novou vyzdívkou), aniž by došlo k úlnému vychladnutí zbylé vyzdívky konvertoru (viz Obr. 5). Ostatní vyzdívka konvertoru tedy zůstává. Obr. 5 Vyjímatelné dno a jeho instalace do konvertoru První velkou výhodou vyjímatelného dna je, že se nemusí měnit celá vyzdívka konvertoru. Druhou velkou výhodou je, že nemusí dojít k úlnému vychladnutí vyzdívky, čímž odadá nejenom doba, o kterou se vyzdívka chladí v odstatě na telotu okolí, ale také odadá roces oětovného vyhřátí (k částečnému ochlazení vyzdívky a jejímu oětovnému vyhřátí dojít musí). Vyjímatelné dno tedy šetří nejenom čas, ale ředevším sotřebu žárovzdorného materiálu a sotřebu zemního lynu ro ředehřev vyzdívky. Vyzdívka všech teelně-energetických zařízení musí být řed uvedením do rovozu vyhřátá na ožadovanou telotu..4 Tandemová ec Podstata výroby oceli v tandemových ecích je ve využívání entalie a reakční entalie oxidu uhelnatého k ředehřívání zrvu tuhého a ozději tekutého odílu vsázky 5

17 (šrotu). Vlastní zkujňování surového železa se děje dmýcháním kyslíku na hladinu tekutého kovu. Jedná se o dvounístějovou ec (viz Obr. 6). Obr. 6 Tandemová ec Entalie je fyzikální veličina, vyjadřující energii uloženou v termodynamickém systému. H = U + V (J) kde U je vnitřní energie soustavy, její tlak a V objem. Rovnice tedy říká, že entalie se rovná vnitřní energii systému zvětšené o součin tlaku systému a jeho objemu. Pro teelně-technické výočty je vhodnější vyjádření jako telo uložené v systému: H = m c Δt (J) kde m je hmotnost (kg), c je měrná teelná kaacita (J.kg -.K - ) a t rozdíl telot na konci a očátku ( C). Princi tandemové ece je takový, že v rvní nístěji robíhá zkujňování surového železa omocí kyslíkové trysky a ve druhé nístějí ředehřívání a tavení tuhé vsázky salováním CO uvolněného v rvní nístěji. Po odichu se funkce jednotlivých nístějí mění, tzn., střídavě racuje jedna nístěj jako zkujňovací, druhá racuje jako ředehřívací a naoak. Základní charakteristiky tandemové ece: kaacita jedné nístěje: 30 tun množství šrotu: až 3 % (ři oužití hořáků až 50 %) 6

18 doba tavby: 90 minut Hlavní výhody tandemové ece: + vysoký výkon + nižší racovní náklady + možnost výroby celého sortimentu uhlíkatých a nízkolegovaných ocelí + minimální investiční náklady Hlavní nevýhody tandemové ece: - velká sotřeba kyslíku - časté oravy nízké časové využití ece - nižší teelná účinnost - krátká životnost vyzdívky Vyzdívka ece je složena z bazických žárovzdorných materiálů, odle namáhání. Největším chemickým teelným a mechanickým vlivům jsou vystavené klenby. Jejich trvanlivost určuje délku kamaně ece. Na otlačení ůsobení sil na racovní vrstvu klenby a zvýšení trvanlivosti se zavedli závěsné konstrukce (žárovzdorné magneziochromové cihly jsou zavěšeny na železných konstrukcích)..5 Elektrická oblouková ec V obloukových ecích se řeměna elektrické energie na teelnou uskutečňuje v elektrickém oblouku a telo se sáláním odevzdává kovové vsázce (ve vsázce se telo šíří vedením a konvekcí). V oměrně malém oblouku je možno zkoncentrovat velmi vysoké výkony a dosáhnout vysoké teloty, takže lze velkou rychlostí tavit a ohřívat kovovou vsázku na velmi vysoké teloty. Dělení obloukových ecí: s římým ůsobením oblouku na vsázku (ro výrobu oceli) vsázka je součástí elektrického obvodu a roud rochází řes elektrodu, oblouk vsázku na sousední elektrodu s neřímým ůsobením oblouku (vhodné ro tavení neželezných kovů a litiny) oblouk není vázán na vsázku, hoří mezi vodorovnými elektrodami 7

19 se zakrytým obloukem (ro výrobu feroslitin) s onořenými elektrodami, kde se vsázka ohřívá telem oblouku a také řechodem elektrického roudu vsázkou Podle druhu naětí je lze dále dělit na stejnosměrné a střídavé. V současné době se využívá třífázové střídavé naětí. Obloukovou ocelárenskou ec (viz Obr. 7) tvoří ocelový lášť, zevnitř oatřený bazickou žárovzdornou vyzdívkou. Tavicí rostor ece je uzavřen snímatelným víkem ece. Pec má racovní otvor a ocel se odichuje řes odichový žlab. Grafitové elektrody jsou uchyceny držáky a rameny držáků elektrod a rocházejí víkem. Víko je chlazeno vodou. Přívod elektrického roudu je zabezečen ohebnými měděnými vodou chlazenými kabely a vodou chlazenými měděnými trubkami nad rameny držáků elektrod k elektrodám. Obr. 7 Elektrická oblouková ec Převzato z: htts:// Protože se v elektrických ecích dají vytvořit silně zásadité, ale řitom dobře tekuté strusky, lze vyrobit ocel s velmi malým obsahem síry. Základní charakteristiky elektrické obloukové ece: hmotnost tavby: až 400 tun množství šrotu: až 00 % 8

20 doba tavby: 90 minut telota až 800 C Hlavní výhody elektrické obloukové ece: + možnost řesné regulace teloty vhodné ro výrobu seciálních jakostí + možnost vyrábět oceli s vysokou chemickou čistotou a malým obsahem nekovových vměstků Hlavní nevýhody elektrické obloukové ece: - velká sotřeba elektrické energie - velká hlučnost Vyzdívku tvoří různé tyy bazických žárovzdorných materiálů. Jednou z kritických částí elektrické obloukové ece jsou klenby, které jsou kvůli vysokému teelnému namáhání často chlazeny. Další kritickou částí elektrické obloukové ece je strusková čára, kde dochází ke styku vyzdívky s tekutým kovem, struskou a lynnou fází..6 Indukční ec Zdrojem roudu indukčních ecí jsou generátory s různou frekvencí. Aby co největší část elektromagnetického ole zasahovala vsázku a ohřívala ji, magnetické siločáry se vedou uzavřeným železným obvodem železným jádrem. Pece s vyšší frekvencí jsou v odstatě vzduchové transformátory bez železného jádra. Podle toho můžeme indukční ece rozdělit na: ece s železným jádrem kanálkové (viz Obr. 8), ece bez železného jádra kelímkové (viz Obr. 9) Indukční ece s železným jádrem Základem těchto ecí transformátor s uzavřeným železným jádrem a rimární cívkou řiojenou na síť s říslušným kmitočtem. Sekundární část transformátoru je tvořena kanálkem, který je vylněn roztaveným kovem a tvoří závit sojený nakrátko. Tavicí žlábek indukčních ecí se železným jádrem může být usořádán horizontálně nebo vertikálně. Tyto ece jsou naájeny nízkofrekvenčním generátorem (5 až 0 Hz). 9

21 izolace, jádro transformátoru, 3 kanálek, 4 rimární cívka, 5 ohnivzdorná vyzdívka, 6 tavicí rostor Obr. 8 Kanálková indukční ec Převzato z: htt:// Kov, který je v úzkém žlábku, se řechodem indukovaných roudů ohřívá a taví a ostatní část vsázky nad žlábkem se taví následkem intenzivní cirkulace tekutého kovu, vznikající na základě rozdílu teloty v žlábku a v ostatním rostoru. Používá se k výrobě litiny, ředehřevu surového železa, vakuování oceli a ředevším k výrobě barevných kovů (mědi a jejich slitin, niklu a hliníku). - Indukční ece bez železného jádra Na vnější straně keramického kelímku je vodou chlazený induktor, naájený ze zdroje střídavého roudu o frekvenci 50 až 000 Hz. V důsledku indukovaných vířivých roudů a elektromagnetických sil dochází uvnitř kelímku k intenzivnímu roudění materiálu, což se rojevuje i koulovitým vzedmutím horní hladiny. Pohyb taveniny zaručuje rovnoměrné romísení základní oceli s legovacími řísadami. Kelímek z žárovzdorného keramického materiálu je umístěn uvnitř válcového induktoru. Pec nemá železné jádro a vhledem k tomu, že magnetické siločáry se uzavírají vzduchem, je zde nižší účinnost energie dochází ke ztrátě energie v rostoru. 0

22 kroužek sojený nakrátko, vodou chlazený rstenec, 3 tavenina, 4 ocelová kostra, 5 betonový rstenec, 6 koulovitá hladina taveniny, 7 ohyb taveniny, 8 kelímek, 9 induktor, 0 svazek lechů Obr. 9 Kelímková indukční ec Převzato z: htt:// Používá se zejména k tavení oceli. Hlavní výhody indukčních ecí: + nedochází k nauhličování roztavené lázně (jako u elektrických obloukových ecí tavení omocí grafitových elektrod) + leší homogenita taveniny (dokonalejší romísení díky víření) + tavení může robíhat v libovolné atmosféře, nebo ve vakuu + minimální ztráta legur + minimální emise lynů + bezhlučné Hlavní nevýhody indukčních ecí - nízká životnost vyzdívky - v kanálkové eci nutnost nechávat o odichu kolem 0 % kovu - nižší výkon ece - vyšší náklady na elektrické vybavení agregátu Vyzdívka ece bývá nejčastěji korundová nebo magneziochromová.

23 .7 Sklářská tavicí ec Sklářské ece slouží na tavení skloviny ze vsázky. Vsázkou je ředevším křemičitý ísek (SiO), soda (NaCO3), váenec (CaCO3) a skleněné střey. Křemičitý ísek musí být velmi čistý bez barvicích oxidů (Fe, CrO3, TiO) a jemně mletý. Soda se oužívá jako tavivo a váenec zevňuje strukturu skla. Směsi sklářských surovin bez střeů se říká kmen. Sklářské ece jsou buď ánvové, nebo vanové. Pánvové ece jsou nejstarší tyy ecí a oužívají se ro menší rovozy. K roztavení sklářského kmene dochází uvnitř ece v samostatné nádobě, které se říká ánev. Utavená sklovina se nejčastěji zracovává ručně, kdy se nabírá z ánve a zracovává kuříkladu foukáním omocí íšťaly. Ve vanových ecích dochází ke kontinuální výrobě skla. Základní části sklářských ecí: bazén čí nístěj u ánvové ece horní část ece (klenby, hořákové zdivo, boční stěny) sodní část ece složená z regenerátorů či rekuerátorů ocelová konstrukce Telo se získává salováním lynu nebo řeměnou elektrické energie. Na obrázku 0 je sklářská vanová ec. Obr. 0 Sklářská vanová ec, regenerativní

24 Bazén vanové ece je složen ze dvou částí, z části tavicí a z části racovní. Ty jsou sojeny tzv. růtokem. V tavicí části dochází v redukční atmosféře k tavení skla. Úkolem racovní části je vyrovnat telotu skloviny a takto zhomogenizovanou sklovinu řiravit ke zracování. V této části bývá zravidla oxidační atmosféra. Úkolem růtoku je ředevším oddělit telejší sklovinu v tavicí části od skloviny studenější v racovní části a zadržet nečistoty. Součástí ece jsou regenerátory nebo rekuerátory. Hořáky jsou umístěny v bočních stěnách ece. Elektrody elektricky otáěné vanové ece jsou nejčastěji umístěny vertikálně ve dně tavicí části ece (viz Obr. ). Obr. Umístění elektrod elektricky otáěné sklářské ece Vzhledem k tomu, že kyselá sklovina má velmi vysokou telotu (500 C a více), musí být vyzdívky ze seciálních žárovzdorných materiálů s co nejmenším množstvím órů, aby sklovina nemohla ronikat do zdiva a degradovat tak korozivně žárovzdorný materiál. Často se oužívají elektrotavené žárovzdorné materiály na bázi zirkonu a korundu. Shrnutí ojmů: Po rostudování kaitoly by vám měly být jasné následující ojmy: vysoká ec, kulovna, konvertor, tandemová ec, elektrická oblouková ec, indukční ece, sklářské tavicí ece. 3

25 Otázky:. K čemu slouží vysoká ec?. Jaké jsou vedlejší rodukty vysoké ece? 3. Co tvoří vsázku vysoké ece? 4. Jaké jsou základní části vysoké ece? 5. Jaké chlazení vyzdívky vysoké ece se oužívá nejčastěji? 6. K čemu slouží kulovna? 7. K čemu slouží konvertor a jeho rinci? 8. Vysvětli rozdíl mezi LD a OBM konvertorem. 9. Vysvětli rinci tandemové ece. 0. Vysvětli ojem entalie.. Jaké znáš druhy elektrických obloukových ecí?. Jaké jsou výhody indukčních ecí? 3. Jaké jsou základní sklářské suroviny? 4. Jaké znáš druhy sklářských ecí? 3 OHŘÍVACÍ PECE Členění kaitoly: hlubinné ece; komorové ece; strkací ece; krokové ece; tunelové ece; karuselové ece; kontrolní měření, teloty, tlaku a růtoku. Čas otřebný ke studiu: 70 minut Cíl: Po rostudování této kaitoly 4

26 dozvíte se důležité informace o ecích oužívaných ro ohřev materiálů, oužívaných ředevším v metalurgii a v různých energetických odvětvích Výklad Ohřívací ece se využívají ro ohřev materiálu, čímž se materiál (kov) stává lastičtější, a je ho možno tvarovat. V metalurgickém růmyslu se ředevším jedná o ohřev materiálu na tzv. tvářecí telotu. V ostatních růmyslových odvětvích se může jednat o ohřev na tzv. vyalovací telotu, tedy na telotu, kdy ve výrobku ožadovaného tvaru dojde vlivem této teloty k určitých chemickým ochodům, díky nimž výrobek dosáhne ožadované vlastnosti, jako je kuříkladu evnost, chemická odolnost, nenasákavost aod. V keramickém růmyslu se může taktéž jednat o odstranění vytvářecích řísad, jako je kuříkladu odstraňování vody v sušárnách. 3. Hlubinné ece Používají se ro ohřev větších ingotů (nad 3 tuny) řed jejich válcováním na ředvalkovývh tratích. Ingoty jsou do hlubinných ecí sázeny shora o odsunutí víka ece omocí seciálních sázecích jeřábů (viz Obr ). Pece racují většinou eriodicky. Ingot je kovový hutní olotovar určený na další zracování. Obvykle má tvar hranolu nebo komolého jehlanu, (komolého kužele) říadně komlikovanější s kruhovým, čtvercovým nebo obdélníkovým růřezem. Ocelové ingoty ředstavují konečný rodukt oceláren. Aby se dosáhlo co největší výkonnosti ři minimální sotřebě aliva, sázejí se ingoty do hlubinných ecí nejčastěji v telém stavu. Povrchová telota tele sázených ingotů se ohybuje nejčastěji mezi 600 až 900 C, v závislosti na místních odmínkách závodů. 5

27 Obr. Hlubinná ec Převzato z: htt://web.romatraha.cz/vysokotelotni-materialy/riklady-alikacihti/hlubinne-ece Tyy hlubinných ecí: jednocestné hořáky ( nebo ) solu odtahem salin jsou umístěny v čelní straně ece dvoucestné hořáky ( nebo 4) solu odtahem salin jsou umístěny v rotilehlých stranách U jednocestných hlubinných ecí rochází lamen nad hlavami ingotů, obracejí se u rotější stěny a roudí zět k čelní stěně s odtahy. Nevýhodou je roměnlivá délka smyčky salin v racovním rostoru a v důsledku toho nerovnoměrný ohřev. Dvoucestné hlubinné ece vytvářejí v racovním rostoru dvě smyčky roudů salin, čímž obtékají ohřívanou vsázku a směřují do odtahů, umístěných v bočních stěnách od hořáky. K otou se oužívají nejčastěji krátkolamenné vířivé hořáky, méně již hořáky vysokorychlostní. K ředehřevu salovacího vzduchu slouží obvykle keramický rekuerační výměník. Vyzdívka nístěje ece bývá magneziová, chrommagneziová nebo korundová. Stěny jsou často dinasové. 3. Komorové ece Vyznačují se racovním rostorem tvaru komory, řičemž hořáky jsou umístěny nejčastěji v bočních stěnách, ale i v klenbě. Obdobně odtahy salin jsou umístěny nejčastěji 6

28 v zadní stěně také v bočních stěnách, klenbou, či vozem. U ecí s nejvyššími nároky na rovnoměrnost telotního ole se oužívá současně jak odtah klenbou či stroem, tak odtah řes nístěj. Jedná se o eriodicky racující ece. Z hlediska oužití je možno tyto ece členit na kovářské, ohřívací, sušící, vyalovací aod. Používají se nejenom v metalurgii a strojírenství, ale dá se říci, že rakticky ve všech ostatních energetických odvětvích. Podle vstuu a maniulace se vsázkou dělíme tyto ece na: komorové ece s evnou nístějí (viz Obr. ) komorové ece s ohyblivou nístějí (viz Obr. 3) Obr. Komorová ec s evnou nístějí Materiál ukládáme na odložky, takže saliny mohou roudit kolem vsázky. Saliny mají v celém racovním rostoru ece řibližně stejnou telotu a odvádějí až 65 % z celkového množství řivedeného chemického tela. Telo odadních salin lze v ecích využít k ředehřevu vsázky, nebo k ředehřevu salovacího vzduchu ve výměníku tela. 7

29 Obr. 3 Komorová ec s ohyblivou nístějí Vyzdívky komorových ecí jsou složeny z několika vrstev, kde důležitou úlohu hraje izolační vrstva vyzdívky. Skladba vyzdívky záleží na tom, jestli ec racuje kontinuálně nebo eriodicky. Jednotlivé vrstvy jsou z různých druhů hlinitokřemičitých materiálů (často lehčených), říadně z žárobetonu, často záleží, k čemu ec slouží. Pracuje-li ec eriodicky, je vhodnější mají-li tyto ece vyzdívku z vláknitých materiálů, aby se otlačila akumulace tela na minimální hodnotu a mohl se zrychlit cyklus. 3.3 Strkací ece Používají se ve válcovnách ro ohřev sochorů a bram do hmotnosti 40 tun. Pece mohou sloužit i ro malé ingoty. Materiál je osunován o kluznici tlačkou. Je zde rotiroudý systém ohybu vsázky a salin a ec je rozdělena na tři zóny. Zóna ředehřívací, zóna ohřívací a zóna vyrovnávací. V ředehřívací zóně se využívá telo odadních salin k ohřevu ředvalků, které se musí ohřívat omalu, kvůli teelným nutím. V ohřívací zóně dochází k rychlému ohřevu na ožadovanou telotu. Telota v této zóně řevyšuje telotu ohřevu o 50 K. Ve vyrovnávací zóně dochází k vyrovnání telot mezi centrem a ovrchem tak, aby ředvalky mohly být válcovány. Vyzdívka stěn a klenby bývá často řešena šamotovým nástřikem. Nístěj bývá z elektrotaveného korundu. 8

30 3.4 Krokové ece Jedná se odobný ty ecí, jako jsou ece strkací, rozdíl je jen v ohybu ohřívaného materiálu (viz Obr. 4). Pohyb se uskutečňuje omocí krokového zařízení. Při ohřevu vsázka leží na neohyblivých odélnících. Během řemísťování se vsázka ohyblivými trámci nadzvedne, řenese doředu a ustí zět na trámce neohyblivé. Pohyblivé odélníky otom rovedou od ředvalky zětný chod. Sázení bývá nejčastěji z boku omocí válečkového doravníku. Vyzdívka bývá z korundových materiálů, říadně chromitých. Obr. 4 Kroková ec 3.5 Tunelové ece Tunelové ece jsou ece kontinuálního tyu a oužívají se nejenom v metalurgii ro žíhání a normalizaci výrobků, ale velmi často slouží k výalu keramických a žárovzdorných výrobků. Pracovní rostor ece těchto ecí je dlouhý několik desítek metrů a má nejčastěji obdélníkový tvar (viz Obr. 5). Materiál je uložen na odložkách umístěných na vozících, vyzděných žárovzdorným materiálem, které jsou omocí narážecího stroje osunovány o kolejnicích. Z hlediska teloty je tunelová ec rozdělena na tři ásma, ředehřívací, žárové a chladicí. K otou se oužívá nejčastěji lynné alivo a ec racuje rotiroudým zůsobem: žhavé saliny ostuně rocházejí jednotlivými telotními ásmy tunelové ece. Odtah je ak umístěn u sázecího okna. V eci by měl anovat mírný odtlak, vyjma ásma chladícího, kde by měl anovat mírný řetlak. Vyzdívka ece je z mullito-korundových cihel, na vnější straně chráněna izolační vrstvou. 9

31 Obr. 5 Tunelová ec Převzato z: htt:// 3.6 Karuselové ece Používají se nejčastěji k ohřevu (říadně i teelnému zracování) kruhových ingotů a ředvalků a vyznačují se rotiroudým ohybem ohřívaného materiálu a ecních lynů (viz Obr. 6). Obr. 6 Karuselová ec Převzato z: htt:// 30

32 Materiál je v těchto ecích uložen na ohyblivé nístěji kruhového tvaru, která solu s ohřívaným materiálem rochází ostuně všemi ásmy ece až vytahovacímu otvoru, umístěného vedle sázecího otvoru. Vyzdívka ece je složena z vláknitých izolací a různých druhů šamotových materiálů (normálních i lehčených). Vyzdívka nístěje bývá složena z bazických materiálů (magneziové a chrommagneziové žárovzdorné materiály). 3.7 Kontrolní měření telot Teloty v jednotlivých místech vsázky se měří termočlánky zabudovanými do vsázky ři jejím rovnání do ece nebo na ecní vůz. Termočlánky musí být tak dlouhé, aby jejich konce dostatečně daleko vystuovaly z ece. Používají se termočlánky chráněné keramickými korálky, oužití ochranných trubic je možné jen výjimečně, rotože cesty, kterými vedou, nebývají římé. Pro běžné teloty (do 00 C, krátkodobě do 300 C) je výhodné oužívat tzv. lášťované termočlánky, které je možné tvarovat jako silné dráty. Jelikož je měření velmi racné a drahé, sokojí se někdy rovozovatel s měřením omocí žároměrek. Žároměrky jsou mírně ukloněné trojhranné komolé jehlany z řesně definovaných směsí. Sleduje se jejich deformace. Telota, kterou žároměrka signalizuje, je definována jako okamžik, kdy se šička žároměrky ohne a dotkne odložky. Do ece se obvykle vkládá odložka se třemi žároměrkami, jedna je zkušební a dvě referenční. 3

33 3.8 Kontrolní měření tlaku Kontrolní měření tlaku do 0 kpa se nejlée rovádí kaalinovými nanometry, měření větších tlakových rozdílů nanometry deformačními. Při kontrolních měřeních se zravidla měří tlak nízký, konkrétně se roměřují oměry v ecištích, kde se tlak obvyjle jen málo liší od tlaku barometrického. Při řesném měření malých tlaků je třeba dbát toho, aby odběrová sonda byla v měřeném rostředí umístěna tak, aby měřený údaj nebyl ovlivňován dynamickým tlakem. 3.9 Kontrolní měření růtoku Měří se růtok kaalin a lynů v otrubích, lynů v kanálech a lynů v ecištích. K měření růtoku kaalin se oužívají turbínová měřidla nebo lovákové růtokoměry (rotametry). Objemový růtok studených lynů otrubím je výhodné měřit membránovými lynoměry. Dalšími rostředky, jimiž je možno měřit růtok kaalin a lynů jsou měřicí clony a měřicí kailáry. Průtok lynů v kanálech a v ecištích a růtok horkých lynů se určuje měřením dynamického tlaku. Ten se měří tzv. Pitotovou trubicí nebo Prandtlovou trubicí. Shrnutí ojmů: Po rostudování kaitoly by vám měly být jasné následující ojmy: hlubinná ec, komorová ec, strkací ec, kroková ec, tunelová ec, karuselová ec, kontrolní měření, teloty, tlaku a růtoku. Otázky:. K čemu slouží hlubinná ec?. Jaký je rozdíl mezi jednocestnou a dvoucestnou hlubinnou ecí? 3. Jak dělíme komorové ece? 3

34 4. K čemu slouží strkací a krokové ece a jaký je v nich rozdíl? 5. Jaké jsou ásma tunelové ece? 6. Kde má tunelová ec odtah salin? 7. Čím zjišťujeme telotu uvnitř ecí? 8. Čím měříme dynamický tlak? 4 VÝMĚNÍKY TEPLA Členění kaitoly: rekuerativní výměník tela; regenerativní výměník tela; Čas otřebný ke studiu: 5 minut Cíl: Po rostudování této kaitoly o rostudování se dozvíte důležité informace o využití tela salin Výklad Výměníky tela slouží ředevším k tomu, abychom využili odadního tela salin nebo odadních lynů tím, že ředehřejeme vzduch nebo lyn otřebný ro salování. Předehřevem salovacích složek můžeme dosáhnout: úsoru aliva zvýšení salné teloty zvýšení výkonnosti (výrobnosti) ece 33

35 4. Rekuerativní výměník tela Telo horkých salin se ředává salovací složce (vzduch nebo lyn) řes dělící stěnu. Často se jedná o systém trubek, ve kterých roudí horké saliny, a okolo trubek roudí ohřívané médium (viz Obr. 7). Obr. 7 Trubkový rekuerátor Převzato z: htts:// Druhů rekuerátorů existuje neřeberné množství, dělí se odle oužitých materiálů (kovové, keramické), odle zůsobu roudění salin-ředehřívané médium (souroudé, rotiroudé, zkřížené) atd. Saliny roudí uzavřené v nějakém rostoru (často se jedná o systém trubek) a ředehřívané médium vně, nicméně systém může být konstruován řesně naoak (saliny vně, ředehřívané médium uvnitř). 4. Regenerativní výměník tela Slouží k ředehřevu salovacích složek, využitím akumulace tela. Princi je takový, že v rvní eriodě roudí horké saliny několik minut řes keramické mřížoví, do kterého se o ostuně naakumuluje telo. V druhé eriodě roudí řes toto mřížoví ředehřívané medium, které se od tohoto mřížoví ohřívá. Nejznámějším regeneračním výměníkem je ohřívač vysokoecního větru, tzv. Cower (viz Obr. 8). Slouží na ředehřev vzduchu dmýchaného do VP, čímž se zvyšuje výkon VP a usoří alivo (koks). Jedná se o regenerátory, u jedné VP jsou 3 až 4. 34

36 Vysoká ec Cowery Obr. 8 Ohřívače větru (Cowery) u vysoké ece Ohřívače větru (Cower) jsou oměrně vysoké ocelové válcovité stavby uvnitř vyzděné ohnivzdornou kanálkovou vyzdívkou (tzv. mřížovím) a vybavené o celé výšce sahající salnou komorou. Na horním konci jsou uzavřeny koulí. Telota od koulí dosahuje až 600 C. Pracují střídavě, řerušovaně t.j. jeden ředává telo větru, další je ředehříván atd. Vytáěny jsou vysokoecním lynem zravidla s řídavkem zemního lynu nebo toného oleje. Základním konstrukčním rvkem ohřívače větru je mřížoví (viz Obr. 9). 35

37 Obr. 9 Mřížoví regenerátoru Cower Převzato z: FRÖHLICHOVÁ, M., TATIČ, M. Žiaruvzdorné materiály v čiernej metalurgii Shrnutí ojmů: Po rostudování kaitoly by vám měly být jasné následující ojmy: rekuerace, regenerace, Cower, keramické mřížoví. Otázky:. Jaký je rozdíl mezi rekuerací a regenerací?. K čemu slouží Cower? 3. Čím jsou Cowery vytáěny? 36

38 5 ŽÁROVZDORNÉ MATERIÁLY PRO VYZDÍVKY PECÍ Členění kaitoly: základní rozdělení žárovzdorných materiálů; tvarové žárovzdorné materiály; netvarové žárovzdorné materiály. Čas otřebný ke studiu: 30 minut Cíl: Po rostudování této kaitoly o rostudování se dozvíte důležité informace o základních žárovzdorných materiálech Výklad Žárovzdorné keramické materiály jsou definované jako anorganické matriály, které odolávají telotě vyšší, než 500 C. Tvoří solu s izolačními materiály vyzdívky všech energetických agregátů. Většinu těchto žárovzdorných materiálů tvoří oxidy, ze kterých mají růmyslové využití tyto: AlO3 CaO CrO3 MgO SiO ZrO 37

39 Jejich kombinacemi mezi sebou, říadně s uhlíkem, vzniká neřeberné množství žárovzdorných materiálů s odlišnými vlastnostmi. Podle obsahu hlavních složek, tj. odle chemického složení dělíme tyto žárovzdorné materiály na: kyselé jako hlavní samostatnou fázi obsahují SiO (dinas, kyselý šamot) neutrální jako hlavní fázi obsahují AlO3 nebo AlO3 s SiO, CrO3 a C (šamoty, andalusitové a mullitové materiály, bauxity, korundy a uhlíkaté materiály) zásadité (bazické) jako hlavní fázi obsahují CaO, MgO (materiály magneziové, eriklasové, dolomiové, chrommagneziové, magneziochromové, magnezio-uhlíkaté, AMC materiály) Žárovzdorné materiály lze dále rozdělit odle dalších hledisek, kuříkladu odle žárovzdornosti, odle hutnosti (órovitosti), odle množství uhlíku atd. Žárovzdorné vyzdívky většiny energetických agregátů jsou složeny z několika vrstev různých žárovzdorných materiálů. Jedná se o vyzdívku racovní, řicházejí do styku s horkým rostředím - saliny, tekutý kov (tlakověžárovzdorné ožadavky, odolnost roti korozi), vyzdívku trvalou, tvořící konstrukci vyzdívky (evnostní a teelně izolační ožadavky) a vyzdívku izolační (snížení teelných ztrát). Vyzdívka trvalá a racovní bývá z tvarových nebo netvarových materiálů, vyzdívka izolační z tvarových lehčených materiálů nebo z materiálů vláknitých. 5. Tvarové žárovzdorné materiály Jedná se o výrobky vyznačující se řesně definovaným tvarem. Vzhledem k tomu, že většina těchto výrobků má různý geometrický tvar, řechází se od slova cihla (mající řesný geometrický tvar, nejčastěji kvádru) ke slovu tvarovka (viz Obr. 0). Tvarové žárovzdorné materiály se vyrábějí nejčastěji skládáním ze směsí, dále tvarováním z olosuchých nebo lastických hmot a následným výalem. Ve vyzdívkách ecí se ojí žárovzdornou maltou nebo žárovzdorným leidlem, říadně se zdí na sucho a k jejich zevnění dojde vlivem teelné roztažnosti vyhřátím celé vyzdívky na ožadovanou telotu. 38

40 Obr. 0 Tvarovky 5. Netvarové žárovzdorné materiály Netvarové žárovzdorné materiály slouží ke zhotovení monolitických vyzdívek ecí, ro horké a studené oravy, jako malty k sojování tvarovek aj. V odstatě jde o směsi žárovzdorného ostřiva s anorganickým ojivem, které materiál zevní ři normální telotě a umožní nezávadný výal in situ ři uvedení ece do rovozu. V osledních letech roste odíl netvarových žárovzdorných materiálů, který celosvětově řekročil již 50 % celkového objemu výroby žárovzdorných materiálů V Jaonsku vzrostl jejich odíl do roku 00 na 6,8 %! Dosahované výsledky v úsorném oužívání žárovzdorných materiálů vysoké technické hodnoty v Jaonsku znamenají řibližně desetiletý ředstih řed stavem ve většině růmyslových vysělých států. Jejich výhodou je ředevším to, že odadá konečný výal výrobku ve výrobním závodě a ke konečnému výalu dochází ři uvádění teelného agregátu do rovozu. Další výhodou je vlastní tvarování rováděné ři alikaci. Neméně důležitý je fakt, že odadají slabá místa vyzdívky, nař. sáry, res. jejich množství je odstatně sníženo. Podle druhu se dělí na materiály s vazbou keramickou, hydraulickou, organickochemickou a anorganicko-chemickou. Z netvarových materiálů je nejvíce rozšířeno oužití žárobetonů. Kvalitní žárobetony jsou směsi hlinitanových cementů s hydraulickou vazbou a žárovzdornou výlní. 70. a 80. léta minulého století řinesla zásadní zvrat ve vývoji a výrobě žárobetonů díky ulatnění mikrosiliky jako mikrolniva o velikosti částic od mikrometr, což mělo významný vliv na zrnitost a fyzikální vlastnosti žárobetonů [40]. 39

41 Hlinitanový cement obsahuje základní složky CaO, AlO3 a často i SiO. Obecně latí, že s obsahem AlO3 roste kvalita cementu z hlediska žárovzdornosti. Ze směsi hlinitanového cementu a kameniva vzniká žárobeton. Jako kameniva se oužívá kvalitní korund, eriklas, chromit, částečně i siliciumkarbid s grafitem. Podle množství řidaného cementu se rozlišují betony s normálním množstvím cementu (5 až 30 %), s nízkým obsahem cementu (3 až 6 %) LCC Low Cement Castables, s velmi nízkým obsahem cementu (< 3 %) ULCC Ultra Low Cement Castables a bez cementu NCC No Cement Castables. Žárobetony LCC a ULCC jsou zracovatelné na monolit ouze vibrací vzhledem k tixotronímu chování směsí s velmi nízkou rychlostí. Zvýšení vlhkosti vede sice ke zvýšení litelnosti, avšak zároveň se snižuje evnost monolitu. Při složitějších tvarech je zároveň omezeno oužití těchto tyů materiálů vzhledem k tomu, že složitý monolit nelze většinou tvarovat vibrací. Proto byly vyvinuty tzv. samotekoucí žárobetony SFC Self Flowing Castables. SFC mají zásadní změny v zrnitosti, obsahují mikrořísady a seciální deflokulační činidlo. Obsah vlhkosti je 6 % a více (rakticky shodné s LCC), dosahované evnosti jsou shodné s LCC. Rozdělení žárobetonů je řehledně uvedeno na obr.. Obr. Druhy žárobetonů a jejich označení Hlavními výhodami žáromonolitů s nízkým obsahem cementu (LCC) je, že o vysušení i o výalu dosahují odstatně vyšší hutnost v orovnání s běžným žárobetonem (RCC). Pevnosti LCC-žárobetonů se s telotou v odstatě nemění. LCC-žárobetony na bázi velmi čistých surovin s minimálním obsahem SiO (žárobeton na bázi tabulárního korundu) se vyznačují vysokou evností v ohybu ři telotě 500 C. Vyzdívky se vyrábějí omocí šablony nebo bednění, říadně nástřikem. 40

42 5.3 Teelně izolační materiály Pro oměrně vysokou teelnou vodivost žárovzdorných materiálů jsou racovní vrstvy vyzdívek uloženy na vrstvě z teelněizolačních hlinitokřemičitých materiálů tvarových, říadně i vláknitých (viz Obr. ). Obr. Vláknitá izolace Převážná většina vyráběných vysokotelotních teelně izolačních žárovzdorných materiálů je na bázi systému AlO3-SiO. To souvisí jednak se snadnou dostuností surovin ro tyto druhy výrobků a jednak s malou teelnou vodivostí materiálu v tomto systému. Teelně izolační materiály na bázi ZrO a dalších oxidů a látek s vysokým bodem tání (nitridů, karbidů, boridů, silicidů a uhlíku) jsou většinou materiály velmi drahé. Používají se roto jen ro seciální účely. Charakteristickým znakem lehčených izolačních materiálů je vytvořená órovitá struktura. Aby se získala órovitá struktura, oužívá se řídavek vyhořívajících směsí, naěnění, řídavek těkavých látek, zlynění komonent obvykle chemickou reakcí, řídavek lehčeného lniva a kombinování uvedených ostuů. Shrnutí ojmů: Po rostudování kaitoly by vám měly být jasné následující ojmy: druhy žárovzdorných materiálů, tvarové žárovzdorné matriály, netvarové žárovzdorné materiály, teelně izolační materiál. 4

43 Otázky:. Jak dělíme žárovzdorné materiály odle chemického složení?. Jaký je rozdíl mezi tvarovými a netvarovými žárovzdornými materiály? 3. Čím ojíme tvarové žárovzdorné materiály ve vyzdívkách energetických agregátů? 4. S jakou složkou (oxidem) roste kvalita cementu? 5. Z jakých oxidů je řevážná většina vyráběných vysokotelotních teelně izolačních žárovzdorných materiálů? 6. Vyjmenuj jednotlivé vrstvy vyzdívky energetických agregátů. 4

44 6 PRŮMYSLOVÉ HOŘÁKY Členění kaitoly: hořák; injektorové hořáky; hořáky s roudovými směšovači; vířivé hořáky; sálavé hořáky; sálavé trubky; imulzní hořáky; rekuerační hořáky; regenerační hořáky; zaalovací, stabilizační a ilotní hořáky; blokové hořáky; hořáky se sníženou tvorbou NOx; regulace ejekčních hořáků; regulace výkonu a salovacích oměrů hořáků s nuceným řívodem vzduchu. Čas otřebný ke studiu: 0 minut Cíl: Po rostudování této kaitoly o rostudování se dozvíte důležité informace o hořácích, oužívaných v růmyslových ecích Výklad Hořák je zařízení, ve kterém se chemická energie aliva řeměňuje salováním na energii teelnou a slouží jako zdroj tela ro energetické sotřebiče. Základní rozdělí hořáků 43

45 je uvedeno v kaitole. V této ublikaci se budeme věnovat ouze lynovým hořákům. Jak už bylo zmíněno výše, lze hořáky rozdělit odle zdroje salovacího vzduchu na: hořáky ejekční se salovacím vzduchem nasávaným z atmosféry ejekčním účinkem aliva hořáky s nuceným řívodem salovacího vzduchu (ventilátor, dmychadlo, komresor) Hořáky ejekční jsou buď nízkotlaké, tzv. atmosférické hořáky, které jsou součástí většiny domácích lynových sotřebičů (Princi funkce vychází z Bernoulliho rovnice, kdy lyn vytékající z lynové trysky řisává salovací vzduch z okolního rostředí v důsledku snížení statického tlaku lynu od tlak okolní atmosféry. Tento rinci umožňuje ouze výkonovou regulaci hořáku regulací říkonu lynu, neboť řisávání salovacího vzduchu z okolní atmosféry má oměrovou samoregulovatelnou.), nebo středotlaké, tzv. injektorové hořáky, které se oužívají řevážně ro oto lynových ecí (n >). Hořáky s nuceným řívodem salovacího vzduchu se oužívají řevážně ro technologické ohřevy v růmyslových ecích. Pracují obvykle s nízkým řetlakem lynného aliva i vzduchu. Zdrojem salovacího vzduchu je obvykle radiální ventilátor. Salovací vzduch je do hořáků řiváděn buď studený, nebo ředehřátý v rekuerátoru, ří. v regenerátoru. Podle zůsobu mísení lynu se vzduchem se dělí na hořáky: bez ředmísení lynu a salovacího vzduchu řed vstuem do salovacího rostoru s částečným ředmísením lynu a vzduchu s úlným ředmísením lynu a vzduchu Hořáky bez ředmísení lynu se vzduchem jsou nejčastěji oužívaným tyem růmyslových hořáků a jsou řešeny tak, že lyn a salovací vzduch jsou s řetlakem řiváděny oddělenými řívody do tělesa hořáku a směšování robíhá až ve salovacím rostoru současně se salováním lynovzdušné směsi. Charakter salování (difuzní, smíšení) je řitom dán intenzitou směšování lynu se vzduchem, tj. oměrem rychlosti lynu a vzduchu na výstuu z lynových a vzduchových trysek, očtem roudů obou médií a směrem jejich výstuu z trysek hořáku. 44

46 Hořáky s úlným nebo částečným ředmísením lynu a salovacího vzduchu řed vstuem do salovacího rostoru jsou obvykle konstruovány na ejekčním rinciu (atmosférické, res. injektorové hořáky). 6. Injektorové hořáky Středotlaké injektorové hořáky se oužívají výhradně ro růmyslové ohřevy, zvláště ro oto růmyslových ecí (viz Obr. 3). směšovač, lynová tryska, 3 nosič trysky, 4 vzduchový uzávěr, 5 hlava hořáku, 6 koleno hořáku, 7 lynová odbočka Obr. 3 Injektorový hořák Salovací vzduch se do hořáku nasává ejekčním účinkem lynného aliva, takže odadá nutnost instalace ventilátorů salovacího vzduchu, vzduchového otrubí a armatur. Jedinou regulovatelnou veličinou je množství lynu. Neumožňují salování lynu s ředehřátým salovacím vzduchem. Použití: ro oto tavicích, ohřívacích, žíhacích, kalicích a sušících ecí. Dalším tyem injektorových hořáků, oužívaných ro rekonstrukce a modernizace lynových ecí s telotami do 00 C, jsou hořáky s kovovým ústím, tzv. hořáky s volným lamenem (viz Obr. 4). 45

47 ústí hořáku, těleso trysky, 3 lynová tryska, 4 difuzor, 5 stabilizátor lamene, 6 hořáková deska, 7 regulační vzduchový kotouč, 8 regulační kroužek, 9 ojišťovací šroub, 0 stavěcí šroub, stavěcí šroub, kulový kohout, 3 stabilizační hořák Obr. 4 Injektorový hořák s kovovým ústím Na obrázku 5 je injektorový hořák s kovovým ústím určený ro sušení a ohřev vyzdívek slévárenských ánví řed nalitím roztaveného kovu. Obr. 5 Injektorový hořák ro ohřev slévárenských ánví 6. Hořáky s roudovými směšovači Jsou to ejekční hořáky, u nichž je hnacím médiem vzduch a nízkotlaké lynné alivo je nasáváno do směšovače ejekčním účinkem vzduchu. Ejekční vzduch řichází do směšovače s odstatně vyšší energií, která se rojeví ve vyšším řetlaku směsi na konci difuzoru. Hořáky s roudovými směšovači je tedy možno oužít id do řetlakových toenišť. Na obrázku 6 je znázorněn hořák s roudovým směšovačem, vybavený tzv. nulovým regulátorem, který udržuje konstantní tlak lynného aliva na vstuu do 46

48 směšovače, obvykle rovný barometrickému tlaku. Při oužití tohoto regulátoru racuje hořák s roudovým směšovačem s autoregulací salovacího oměru. Obr. 6 Ejekční hořák s roudovým směšovačem 6.3 Vířivé hořáky Vířivé hořáky se v současné době oužívají ro oto ecí bez větších nároků na rovnoměrnost ohřevu. Směšování lynu se vzduchem robíhá na velmi krátké dráze ři násobku stechiometrického objemu salovacího vzduchu n =,05 až,. Otvory vzduchových trysek jsou skloněny k ose hořáku a tangenciálně natočeny. Pro nové technologie zracování ocelí vyžadující vysokou rovnoměrnost teloty v racovním rostoru ece, nejsou vířivé hořáky vhodné. 6.4 Sálavé hořáky Sálání v racovním rostoru ece se řídí těmito zákony:. Množství vyzářeného tela je římo úměrné loše ovrchu sálajícího tělesa. Množství tela vysálaného lochou tělesa je římo úměrné čtvrté mocnině absolutní teloty ovrchu tělesa (E = T 4 ) 3. Intenzita sálání klesá úměrně s rostoucím úhlem sklonu sálající a osálané lochy více. Z druhého zákona tedy vylývá, že je-li těleso x telejší, sálá (září) 6x Z těchto fyzikálních zákonů vylývá i možnost ulatnění sálavých hořáků, tedy hořáků, u kterých řevažuje sálavý zůsob řenosu tela ve salovacím rostoru lynových 47

49 ecí. Salovací kanál sálavého hořáku je rofilován tak, aby ři ůsobení radiální složky rychlosti salovacího vzduchu vytvořil lochý lamen ve tvaru rotujícího kotouče, který zahřeje vyzdívku v okolí hořáku na vysokou telotu a ta ředá telo sáláním do racovního rostoru sotřebiče. Použití sálavých hořáků je vhodné ro ohřev velkých rovných loch, které nemají členitý ovrch a dále se ulatňují u technologických ohřevů s telotou vyšší než 900 C. Sálající locha hořáku musí být okud možno rovnoběžná s ovrchem vsázky. Nejčastějším tyem sálavého hořáku je hořák s lochým lamenem (viz Obr. 7). lynové těleso, vzduchové těleso, 3 směšovač s roztáčecím ústrojím, 4 hořáková skříň, 5 hořáková tvarovka Obr. 7 Sálavý hořák s lochým lamenem Salovací vzduch zde vstuuje ze vzduchové trysky s velkou radiální složkou rychlosti, takže lamen vytváří lochý rotující kotouč, který zahřívá vyzdívku v okolí hořákové tvarovky a sálá na ovrch vsázky. Na obrázku 8 je uvedena ec ro ohřev olotovarů řed kováním, se sálavým širokoúhlým hořákem, který tvoří stro komorové ece. Tvarovky salovacích kanálů se zhotovují ze žárovzdorných keramických materiálů (šamot, korund, dinas) jako vyalované olotovary, říadně se rovádějí z lastických dusacích hmot. Pro teloty v racovním rostoru do 00 C je možno oužít tvarovky z hlinitokřemičitých vláknitých materiálu (SIBRAL aod.) Pro nejvyšší teloty se vyrábějí tvarovky seciální technologií z hmoty, jejíž hlavní složkou je rekrystalizovaný karbid křemíku (SiC) 48

50 Obr. 8 Komorová ec se širokoúhlým hořákem Na obrázku 9 je znázorněn rinci sálavého ohřevu vsázky v růběžné eci. Obr. 9 Princi sálavého ohřevu vsázky v růběžné eci Na obrázku 30 je znázorněn sálavý hořák se salováním lynovzdušné směsi na ovrchu keramické desky s velkým očtem otvorů (tzv. systém Schwank ). Tyto hořáky se nazývají lynové infrazářiče a jsou určeny ředevším ro rostorové vytáění racovních hal, skladišť aod., ale oužívají se také jako stroní sálavé hořáky růmyslových ecí. Obr. 30 Atmosférický infrazářič 49

51 6.5 Sálavé trubky Sálavé hořáky s římým ohřevem jsou ro již uvedené secifické odmínky efektivního ohřevu vsázky oměrně málo využívány. Širší využití má neřímý sálavý ohřev vsázky ři teelném zracování seciálních ocelí a barevných kovů v rostředí neutrálních nebo aktivních atmosfér, kde zdrojem sálavého tela jsou sálavé trubky. Sálavé trubky jsou lynové hořáky se salováním lynovzdušné směsi v uzavřeném rostoru a oužívají se ro neřímý ohřev v říadech, kdy styk vsázky se salinami je z technologického důvodu nežádoucí. Telo, vyvinuté salováním lynovzdušné směsi se řenáší na stěnu trubky a z jejího vnějšího ovrchu se telo řenáší sáláním na ovrch vsázky. Saliny jsou o využití v rekuerátoru odváděny do komína. Vzhledem k tomu, že láště sálavých trubek se dosud zhotovují řevážně ze žárovzdorných ocelí, je oužití omezeno na zařízení s telotami do 00 C. Na obrázku 3 jsou uvedeny různé tyy sálavých trubek. Novější tyy sálavých trubek mají salovací trubice zhotovené z keramických segmentů (viz Obr. 3). Obr. 3 Tyy sálavých trubek Plynné alivo je do hořáku sálavé trubky řivedeno lynovým tělesem s lynovou tryskou. Salovací vzduch rochází rekuerátorem, vestavěným do sálavé trubky a s telotou 400 až 500 C vstuuje otvory ve vzduchové trysce do salovací trubky, kde se lynovzdušná směs saluje. Saliny se na konci salovací trubice otáčejí o 80 a rocházejí 50

52 mezi salovací trubkou a vnějším láštěm řes žebrovanou lochu rekuerátoru do salinového dílu, kde jsou vzduchovým ejektorem odsávány do sběrače salin. trubice lášť, rekuerátor, 3 tvarovka salovacího kanálu, 4 keramická salovací Obr. 3 Plášťová sálavá trubka Rekuerátory sálavých trubek jsou svařeny z oboustranně žebrovaných segmentů, odlitých ze žárovzdorné oceli. Průměry vnějších lášťů trubek jsou 00, 0, 50, a 00 mm. Délky sálavých trubek závisí na jejich oloze v racovním rostoru ece. Vodorovně umístěné trubky mají vzhledem k růhybu trubky ři rovozu délku max. 500 mm. Svisle instalované trubky mají délku 500 mm. Výkony sálavých trubek se v závislosti na růměru a délce trubky ohybují od 0 do 80 kw. 6.6 Imulzní hořáky (vysokorychlostní hořáky) Rozvoj technologií teelného zracování kovů referuje konvenční zůsob sdílení tela v racovním rostoru ecí, resektující otřebu rovnoměrné teloty v celém objemu vsázky, ožadované rychlosti ohřevu a řesnosti teloty, ři ekonomickém využití aliva. Tyto odmínky zajišťuje ohřev vsázky v ecích s imulzními hořáky a automatickým řízením telotních arametrů ece. Imulzní hořáky racují s vysokými výstuními rychlostmi salin z ústí salovacího kanálu (80 až 0 m.s - ), jejichž dynamickým účinkem vzniká v racovním rostoru telotně a tlakově homogenní rostředí. Na obrázku 33 je znázorněna struktura a rychlostní rofily roudu salin imulzního hořáku. 5

53 D5 růměr ústí salovacího kanálu [m], ws očáteční rychlost salin v ústí salovacího kanálu [m.s - ], Ts absolutní telota salin v ústí salovacího kanálu [K], T okamžitá absolutní telota rostředí v racovním rostoru ece (mimo roudy salin) [K], úhel rozevření roudu salin [ ], wx rychlost v ose roudu salin ve vzdálenosti x od ústí salovacího kanálu [m.s - ], Dx růměr roudu salin ve vzdálenosti x od ústí salovacího kanálu [m] Obr. 33 Struktura roudu salin imulzního hořáku Na obrázku 34 je znázorněn účinek roudu salin v racovním rostoru ece otáěné imulzními hořáky. Obr. 34 Účinek roudu salin v racovním rostoru ece Na obrázku 35 je znázorněna cirkulace salin v různých tyech vozových ecí, kde ro zvýšení rovnoměrnosti ohřevu jsou dva sousední hořákové systémy usořádány s obrácenou cirkulací. 5

54 Obr. 35 Cirkulace salin ve vozových ecích V současné době se ro lynové ece oužívají dva tyy imulzních hořáků, které se liší ředevším rovedením a materiálem hořákové tvarovky. Na obrázku 36 je uveden imulzní hořák s tvarovkou, která je zhotovena ze seciální dusací hmoty, odolávající telotám do 800 C. Tento hořák má výhodu v tom, že růměr ústí salovacího kanálu je možno rovést řesně v závislosti na výkonu hořáku. těleso hořáku, řívod lynu, 3 zaalovací elektroda, 4 hlídací elektroda, 5 hořáková krabice, 6 salovací kanál Obr. 36 Imulzní hořák s keramickou tvarovkou Materiály oužívané ro zhotovení tvarovek těchto kanálů však umožňují ředehřev salovacího vzduchu na telotu max. 400 C. Při vyšších telotách salovacího vzduchu dochází k rychlému ootřebení tvarovky hořáku vlivem vysoké teloty salovacího kanálku. Na obrázku 37 je imulzní hořák s tvarovkou zhotovenou karbidu křemíku (SiC). Hořáky 53

55 s touto tvarovkou mohou salovat lynná aliva se vzduchem ředehřátým až na 600 C, ři telotě ve salovacím kanálku až 000 C. Obr. 37 Imulzní hořák s SiC tvarovkou 6.7 Rekuerační hořáky Princi rekueračních hořáků sočívá v tom, že ohřev salovacího vzduchu je na rozdíl od klasických rekuerátorů, které ohřívají salovací vzduch centrálně ro všechny hořáky ece, decentralizován do většího očtu malých vysoce účinných rekuerátorů, které jsou instalovány v tělesech hořáků. Výstuní rychlost salin z ústí salovacích kanálků rekueračních hořáků má hodnoty obdobné imulzním hořákům, tedy 80 až 00 m.s -. Na obrázku 38 je znázorněn řez komorovou ecí s rekueračními hořáky. Rekuerační hořák v tomto usořádání lní funkci hořáku, rekuerátoru a odtahu salin z racovního rostoru ece. Obr. 38 Pec s rekueračními hořáky Z obrázku je zřejmá i hlavní výhoda oroti klasickým rekuerátorů, které bývají umístěny v odtazích salin za ecí, tj. minimální teelné ztráty jak na straně salin, které 54

56 vstuují do rekuerátoru římo z racovního rostoru ece, tak na straně vzduchu, který se ohřívá bezrostředně řed vstuem do salovacího kanálku. Na obrázku 39 je znázorněn jeden z mnoha tyů rekueračních hořáků, oužívaných v současné době ro oto růmyslových ecí. Obr. 39 Konstrukční usořádání rekueračního hořáku Salování lynovzdušné směsi je dvoustuňové. Větší část salovacího vzduchu se řivádí otvory ve vzduchové trubce a jí do salovacího kanálku, kde se směs lynu a vzduchu saluje s násobkem n = 0,8. Zbylý salovací vzduch je řiveden okolo hořákové tvarovky do lamene, kde se salování dokončí. Tím se docílí salování se sníženým obsahem NOx ve salinách. 6.8 Regenerační hořáky Regenerační hořáky odobně jako hořáky rekuerační decentralizují ohřev vzduchu do regenerátorů jednotlivých hořáků ece. Salovací vzduch je do regeneračních hořáků dodáván ventilátorem. Servomotor ovládá současně regulační orgány množství salovacího vzduchu, řiváděného do regenerátorů ze vzduchového ventilátoru i množství salin odtahovaných z ece salinovým ventilátorem. Reverzní šouátka vzduchu a salin jsou řestavována buď ve zvoleném časovém intervalu, nebo v závislosti na telotě vzduchu, vystuujícího z regenerátorů hořáků. Regenerační hořáky s racovní telotou až 500 se oužívají ve sklářských tavicích ecích, ecích ro tavení oceli a ecích ro výal keramiky. Teloty ředehřátého vzduchu dosahují hodnot až 000 C. Termická účinnost ecí vybavených toným systémem s regeneračními hořáky dosahuje 80 až 85 %. Úsory lynného aliva ve srovnání se studeným salovacím vzduchem jsou 55 až 60 % a 5 až 30 % ve srovnání s rekueračními systémy. 55

57 6.9 Zaalovací, stabilizační a ilotní hořáky Tyto hořáky slouží jako omocné hořáky ro zaalování, trvalou stabilizaci a sdruženou funkci zaalování a hlídání lamene hlavních hořáků lynových sotřebičů. ČSN Průmyslové lynové ece stanoví, že každá ec musí být vybavena zaalovacím zařízením hořáků. U starších tyů hořáků bez elektrického zaalování slouží k tomuto účelu ruční zaalovací hořáky (viz Obr. 40). zaalovací hořák, řenosný koš, 3 P-B láhev, 4 hadice Obr. 40 Ruční zaalovací hořák Stabilizační hořáky jsou trvale instalovány u každého hlavního hořáku. Obvykle k tomuto účelu slouží hořáky, které lní obě funkce, tj. ruční zaálení a trvalou stabilizaci lamene. Pilotní hořáky jsou v odstatě stabilizační hořáky s elektrickým zaalováním a ionizačním hlídáním lamene, které jsou trvale umístěny u hlavních hořáků sotřebitele. 6.0 Blokové hořáky Blokové hořáky tvoří zvláštní skuinu hořáků s nuceným řívodem salovacího vzduchu. Zdroj salovacího vzduchu (radiální ventilátor) je totiž součástí hořáku, se kterým tvoří jeden funkční celek (viz Obr. 4). skříň hořáku s ventilátorovým kolem, ústí hořáku, 3 elektromotor, 4 lynové otrubí s elektromagnetickými ventily Obr. 40 Blokový hořák 56

58 Jsou určeny ředevším ro oto kotlů a v menší míře se oužívají ro jiné sotřebiče (sušárny, ekařské ece, ohřívače vzduchu). Použití blokových hořáků ro technologické ohřevy v růmyslu je omezeno zejména nižšími říustnými rovozními telotami, které jsou limitovány ředevším konstrukčním usořádáním ústí hořáku a oužitými materiály. Z hlediska směšování lynného aliva se vzduchem atří blokové hořáky mezi hořáky bez ředmísení lynu se vzduchem. Vzhledem ke konstrukčnímu usořádání není možné salování s ředehřátým vzduchem. Podle zůsobu řízení výkonu a salovacího oměru atří blokové hořáky do skuiny hořáků s individuální automatickou regulací výkonu a salovacího oměru a z tohoto důvodu jsou označovány jako automatické hořáky. 6. Hořáky se sníženou tvorbou NOx Při salování všech druhů aliv se vzduchem a s telotami lamene nad 00 C vnikají oxidy dusíku (NO oxid dusnatý a NO oxid dusičitý), souhrnně označované jako NOx. Ve salinách lynných aliv, odcházejících ze sotřebičů, je z celkového množství NOx řibližně 0 % NO a 90 % NO. NO je z hlediska škodlivého ůsobení na lidský organismus nebezečnější, než NO. Jednou z rakticky ověřených metod, vedoucí ke snížení teloty reakční zóny lamene je recirkulace salin, tj. řivádění části salin, které již odevzdaly telo v racovním rostoru sotřebiče, zět do ústí hořáku, kde se mísí s dosud nesálenou směsí lynu a vzduchu. Další osvědčenou metodou, vedoucí je snížení koncentrace kyslíku v lynovzdušné směsi je odstuňování řívodu vzduchu do lamene. Většinou se oužívá dvoustuňové salování lynného aliva, kdy rimární směs obsahuje 70 až 80 % stechiometrického objemu vzduchu a salování v této oblasti robíhá ři nižších telotách s tvorbou CO. Ve druhém stuni se salování dokončí řívodem sekundárního vzduchu, řičemž reakční teloty jsou oět nižší, než ři salování jednostuňovém. Princi dvoustuňového salování je využit u rekueračních hořáků. Třetí metodou je chlazení lamene omocí kovových nebo keramických tyčí. Používá se u atmosférických hořáků oužívaných ro oto kotlů. 57

59 6. Regulace ejekčních hořáků Výkon ejekčního hořáku se reguluje zvyšováním, res. snižováním řetlaku lynného aliva řed tryskou hořáku. Změna řetlaku se rovádí regulačním orgánem a dvojnásobné změně výkonu odovídá čtyřnásobná změna řetlaku lynného aliva. Výkon hořáků (tj. říkon sotřebiče) je obvykle řízen odle ožadované teloty ve sotřebiči. U jednoduchých technologických ohřevů bez zvláštních nároků na řesnost řízení teelného režimu se oužívá ruční regulace, kdy obsluha sotřebiče řivírá a otevírá škrtící regulační orgán, umístěný v otrubí řed hořákem. V říadě otřeby řesného řízení teelného režimu sotřebiče se oužívá automatická regulace. Ejekční hořáky se vyznačují vlastností nazývanou autoregulace salovacího oměru, která umožňuje regulovat výkon hořáku snižováním, říadně zvyšováním řetlaku lynného aliva, bez nutnosti regulace množství salovacího vzduchu. 6. Regulace výkonu a salovacích oměrů hořáků s nuceným řívodem vzduchu Regulace výkonu hořáků s nuceným řívodem salovacího vzduchu se rovádí snižováním, říadně zvyšováním řetlaku lynového tělesa a vzduchu do vzduchového tělesa. U méně náročných technologií se rovádí ručním řivíráním, res. otevíráním lynových a vzduchových regulačních orgánů, řičemž salovací oměr se uravuje odle vizuální kontroly salování. Při automatickém řízení výkonu hořáků jsou množství lynného aliva a salovacího vzduchu regulována v závislosti na telotě ve sotřebiči tak, že množství jednoho z obou médií je řízeno regulátorem teloty a druhé regulátorem salovacího oměru. Shrnutí ojmů: Po rostudování kaitoly by vám měly být jasné následující ojmy: hořák; injektorové hořáky; hořáky s roudovými směšovači; vířivé hořáky; sálavé hořáky; sálavé trubky; imulzní hořáky; 58

60 rekuerační hořáky; regenerační hořáky; zaalovací, stabilizační a ilotní hořáky; blokové hořáky; hořáky se sníženou tvorbou NOx; regulace ejekčních hořáků; regulace výkonu a salovacích oměrů hořáků s nuceným řívodem vzduchu. Otázky:. Jak dělíme hořáky dle zdroje vzduchu?. Umožňuje injektorový hořák ředehřev vzduchu? 3. Kde se oužívají injektorové hořáky? 4. K čemu se nehodí vířivé hořáky? 5. Jaké jsou zákony sálání v racovním rostoru ece? 6. Kde se ředevším oužívají sálavé hořáky? 7. V jakých říadech se sálavé trubky oužívají? 8. Do jakých telot se oužívají sálavé trubky? 9. Kde se oužívají imulzní hořáky? 0. Jaká je rychlost vystuujících salin imulzních hořáků?. Na jakou telotu se ředehřívá vzduch u imulzních hořáků?. Jaký je rinci rekueračního hořáku a jaká je jeho hlavní výhoda? 3. Kde se oužívají regenerační hořáky? 4. Co určuje vyhláška ČSN ? 5. Co je zvláštností blokového hořáku? 6. K čemu slouží blokové hořáky? 7. Jak snižujeme NOx? 8. Jak regulujeme výkon ejekčních hořáků? 9. Jak regulujeme výkon a salovací oměr hořáků s nuceným řívodem vzduchu? 59

61 7 TĚŽBA A DOPRAVA PLYNU Členění kaitoly: těžba lynu; dorava lynu; lynárenský systém České reubliky; výočty základních arametrů ři doravě lynu. Čas otřebný ke studiu: 80 minut Cíl: Po rostudování této kaitoly budete vědět, jak se získává zemní lyn; budete vědět, roč musíme lyny čistit; budete lée rozumět ojmům CNG, LNG, LPG; budete znát většinu ojmů ohledně doravy lynů lynovody; budete znát většinu ojmů ohledně zkaalňování lynů; budete schoni navrhnout lynovod. Výklad Zemní lyn získáváme řevážně těžbou ze zemních, říadně mořských ložisek. Nachází se v odzemí buď samostatně, nebo solečně s roou. Výskyt zemního lynu blízko u ovrchu země je ojedinělý. Obvykle je těžen jako roa z órovitých horninových horizontů z hloubek od několika stovek až do několika tisíc metrů ( až 3000 m), kde bývá od tlakem několika MPa, ojediněle z hloubek několika kilometrů (až ěti), kde však bývá od odstatně vyšším tlakem až 50 MPa. Lokalitu, ve které se zemní lyn nachází, nazýváme obvykle ložiskem. Nejsou-li jednotlivé lokality, ve kterých se zemní lyn nalézá roojeny, hovoříme o komlexu 60

62 ložisek. Množství lynu v jednotlivých ložiscích je různé a ohybuje se od několika miliónů m 3 až o miliardy m 3. Jsou známá ale i ložiska, u kterých se těžitelné zásoby ohybují v oblasti biliónů m 3. Ložisková hornina neboli kolektor bývá nejčastěji rerezentována ísky nebo ískovci, v menší míře rozukanými a zkrasovělými karbonátovými horninami (váence, dolomity) a ojediněle také rozukanými a navětralými krystalickými horninami (žuly, granodiority atd.) Celkové zásoby zemního lynu s odhadem 5 tisíc miliard kubických metrů mají životnost až 00 let. Zásoby zemního lynu jsou uvedeny na obrázku 4. Obr. 4 Zásoby zemního lynu Převzato z: htt:// Množství metanu zadržovaného v ložisku, které lze maximálně vytěžit, je ovlivněno arametry uhlí v ložisku. Z nich nejvýznamnější je: Stueň rouhelnění Rychlost desorce Difúze lynu Najatost masívu Porosita uhlí ve sloji je řevážně malá, ohybuje se od do 6 %. Velmi důležitým arametrem je geotermální tlak a telota, roustnost a množství vody a její migrace. 6

63 7. Ložiska zemního lynu Dělení ložisek: Čistě lynová Roně lynová Kondenzátová Hydrátová (dnes ještě netěžená) Ložiska čistě lynová obsahují většinou suchý lyn a jsou snadno těžitelná, rotože lyn v nich je uložen v relativně roustných horninách. Velmi známý je tzv. břidlicový lyn, což je vlastně zemní lyn, ovšem vázaný hluboko v usazených horninách, které vznikly z nánosů bahna s říměsí organického materiálu Z ložisek roně lynových je těžena řevážně roa, řičemž tlak zemního lynu v horních, nadroných vrstvách ložisek je využíván k těžbě vytláčení roy. Zemní lyn, zajišťuje otřebný tlak, aby roa mohla samovolně vytékat. To se nazývá rimární zůsob těžby. Obvykle lze takto získat kolem 0 % roy obsažené v nalezišti. S ostuem času tlak klesá až k bodu, kdy musí nastouit sekundární metody, jako je čerání roy omocí um ístových čeradel (viz Obr. 4), nebo udržování odzemního tlaku vodní injektáží, zětným umováním zemního lynu, vzduchu, ří. CO. Dohromady, rimárními a sekundárními metodami se odaří vytěžit 5 35 % celkového množství roy. Protože v ložisku anují vysoké tlaky, lynné složky zemního lynu jsou rozuštěny i v roě a jsou solu s ní těženy. Proto v některých říadech jsou těženy lyny mokré. Poměr takto vytěženého lynu k roě může dosahovat až 00 m 3 k tuně roy, řičemž odíl objemu ložiskové horniny (kolektoru) zalněný uhlovodíky k celkovému objemu órů nazýváme nasycením uhlovodíky a dosahuje %. V ložiscích kondenzátových je lyn solu s roou uložen v homogenní substanci za termodynamických odmínek (telota nad 350 K, tlak nad 0 MPa). V ložiscích hydrátových, kde je zemní lyn uložen ve formě evných krystalů, které za secifických odmínek tvoří uhlovodíky C-C4, ale i některé další složky zemního lynu HS, CO s molekulami vody. 6

64 Obr. 4 Těžba roy a zemního lynu Převzato z: htt:// Čištění a úrava surového zemního lynu Ze zemního lynu řed jeho chemickým i energetickým zracováním jsou odstraňovány nežádoucí komonenty. Jsou to zejména tuhé látky, jež mají kyselý charakter (sulfan, oxid uhličitý), voda a některé další látky, které by se ři dalším zracování rojevovaly jako katalytické jedy, ředící inerty, látky vedoucí k nežádoucím korozním roduktům, searace vyšších uhlovodíků, atd. Plyn se ředevším čistí za účelem ochrany vybavení zařízení ředávacích a komresních stanic, dálkových lynovodů a odzemních zásobníků. Úrava složení zemního lynu je roces velmi nákladný. Z ekonomických důvodů je roto výhodnější oužívat ro chemické zracování lyn, ve kterém jsou uhlovodíky nebo samotný metan řevládající komonentou. Oddělení nežádoucích látek z těženého zemního lynu je rováděno ve dvou stuních, a to již na těžebním oli nebo v jeho blízkosti a následně ve zracovatelském komlexu. Technologie alikovaná ři úravě vytěženého lynu je určena jeho složením a následným technologickým využitím. Rozhodující arametry jsou zejména obsah: 63

65 a) sulfanu, organicky vázaných sirných komonent a elementární síry b) oxidu uhličitého c) vody a mechanických nečistot d) uhlovodíků vyšších než roan 7. Dorava lynů Plyny lze doravovat v lynném nebo kaalném stavu. Pro rozvod zemního lynu na delší vzdálenosti se oužívá soustava otrubí, tzv. lynovod (viz Obr. 43). Plynovody vedeme většinou od zemí (mohou vést i od vodou), okud je musíme vést nad zemí, musí být věnována ozornost ředevším na: Telotní roztažnost Naětí zůsobené ohybem ůda Poškození ůsobením jiných zařízení Korozi UV záření (u lynovodů z PE) Dělení lynovodů: Plynovody ro veřejné zásobování (lynárenská zařízení) Plynovody neveřejné, tj. lynovody růmyslové a domovní (lynová odběrná zařízení) Plynovody související s těžbou, tj. degazační sběrné a těžební 64

66 Obr. 43 Doravy lynu lynovodem Převzato z: htt://cs.wikiedia.org/wiki/plynovod htt:// Zkaalněné lyny se řevážejí v tlakových nádobách (LPG). Pro doravu zkaalněného zemního lynu (LNG) se kromě doravy lynovody taktéž oužívá dorava lodní tankery (viz. Obr. 44), hlavně v říadech, kdy není možné nebo ekonomické stavět řeravní otrubí. 65

67 Obr. 44 Doravy zkaalněného zemního lynu (LNG) tankerem Převzato z: htt:// Na obrázku 45 je znázorněn celý řetězec transortu zkaalněného zemního lynu. Obr. 45 Řetězec transortu zkaalněného zemního lynu Převzato z: htt:// 66

68 7.. Dorava lynů lynovody Dorava otrubím se děje omocí tlaku. Podle velikosti tlaku, kterým se lyn doravuje, rozdělujeme lynovody na: Nízkotlaké (NTL), s rovozním řetlakem do 0,005 MPa Středotlaké (STL), s rovozním řetlakem 0,005 až 0,3 MPa Vysokotlaké (VLT), s rovozním řetlakem 0,3 až 4 MPa Velmi vysokotlaké (VVLT), s rovozním řetlakem 4 až 0 MPa Nízkotlaké lynovody slouží k místní doravě lynu ve městech, v ulicích, v továrnách, v domech a bytech. Středotlaké lynovody slouží k místní doravě lynu ve městech, v ulicích a v některých růmyslových objektech. Nesmějí se oužívat v obytných budovách, s výjimkou řívodu k regulátoru tlaku. Vysokotlaké lynovody slouží k vnitrostátní dálkové doravě lynu do gazifikovaných měst a obcí v reublice a k římým růmyslovým velkoodběratelům. Přímo ve městech se však smějí vysokotlaké lynovody oužívat jen ze zvláštních odmínek. Velmi vysokotlaké lynovody slouží k dálkové doravě zemního lynu na velké vzdálenosti, zravidla z jedné země do jiných zemí. Českou reublikou naříklad rochází tranzitní lynovod, kterým se doravuje zemní lyn z místa těžby v Rusku do zemí záadní Evroy. Z tohoto lynovodu odebírá ČR značnou část lynu ro svou otřebu. Schéma doravy zemního lynu od z míst těžby a ž k odběrateli je na obrázku 46. Na obrázku 47 je lynárenský systém České reubliky. Při doravě otrubím nastává ztráta tlaku lynu, která je závislá na rychlosti roudění, na délce, drsnosti a růměru otrubí a na místních ztrátách. Při doravě lynu na velké vzdálenosti je otřeba o 70 až 40 km zařazovat do lynovodu komresorové stanice, které okleslý tlak vlivem odoru tření a místními ztrátami zvyšují oět do ůvodního stavu. Náklady na lynovod se skládají z nákladů trubní materiál (55 až 70 %), stavební ráce (5 až 5 %), montáž (0 až 5 %) a doravu materiálu (4 až 6 %). Určující jsou náklady na otrubí, které jsou ovlivněny růměrem otrubí. Tento je nutno volit jak s ohledem na hmotnost, tak i na doravní kaacitu otrubí a hydraulické ztráty. Zvětšení růměru otrubí zvětšuje jeho hmotnost a tím i cenu, ale současně odstatně zvyšuje i doravní kaacitu otrubí, neboť doravované množství se zvětšuje s druhou mocninou jeho růměru. Se 67

69 zvětšením růměru otrubí se však snižuje rychlost roudění lynu, což se říznivě rojeví ve snížení tlakových ztrát. Obr. 46 Řetězec transortu zkaalněného zemního lynu - velmi vysokotlaký lynovod (VVTL), - vysokotlaký lynovod (VTL), 3 - středotlaký lynovod (STL), 4 - nízkotlaký lynovod (NTL), KS - komresní stanice, VSP - vnitrostátní ředávací stanice, PO ZA - odzemní zásobník lynu, RS - regulační stanice, R - domovní regulátor, K - kotelna, - mezistátní hranice, RS ½ - z VVTL na VTL, RS /3 - z VVTL na STL, RS /3 - z VTL na STL, RS /4 - z VTL na NTL, RS ¾ - z STL na NTL Převzato z: NOVÁK, R. Instalace lynovodů 68

70 Obr. 47 Maa lynovodů v ČR Převzato z: Encykloedie lynárenství 69

71 7... Výočet základních arametrů ři doravě lynů lynovody Při doravě lynů otrubím jsou charakteristické čtyři základní arametry: Objemový tok Qv (m.s - ); ří. hmotnostní tok Qm (kg.s - ), charakterizující roteklé množství lynu Tlaková ztráta z (Pa) Průměr otrubí d (m) Délka otrubí l (m) Jeden z uvedených arametrů může být vyočten, když ostatní nejsou známy. Při srovnání s kaalinami je roudění lynu v otrubí charakterizováno určitými zvláštnostmi, které vylývají z jejich rozdílných fyzikálních vlastností. Výočty ři doravě lynu se rovádějí ro skutečné odmínky,, T. Přeočet hustoty 0, tlaku 0 a teloty T0 z normálních odmínek (ři 0 35 KPa; t = 0 C) na skutečné odmínky se rovádí omocí stavové rovnice. Objemový tok, charakterizující roteklé množství lynu, se stanovuje ro kruhové otrubí vztahem Q v d S v 4 v (m 3.s - ) () kde S je růřez otrubí (m ), d - růměr otrubí (m), v - růměrná rychlost lynu otrubím (m.s - ). Závislost mezi objemovým tokem Qv a hmotnostním tokem Qm je dána vztahem d v Q m Qv (kg.s 4 - ) () Z uvedených rovnic lze stanovit rychlost roudícího lynu 4 Q 4 Q v m d d v (m.s - ) (3) 70

72 Pro odmínky sojitosti toku lynu ve dvou řezech otrubí latí rovnice Qm Q m (kg.s - ) (4) Z toho lze sát Q S v Q S v (kg.s - ) (5) v v kde d je růměr otrubí (m). Tlaková ztráta Plyn se ohybuje v otrubí v důsledku řeměny otenciální energie stlačeného lynu v energii kinetickou. Při ohybu lynu se část této kinetické energie řeměňuje v telo, které se odvádí, což se rojevuje jako energetická ztráta. Překonávání odorů vlivem tření a místních odorů se tedy rojevuje jako tlaková ztráta z (Pa) (6) kde je očáteční tlak lynu v říslušném otrubním úseku (Pa), - konečný tlak lynu v říslušném otrubním úseku (Pa). Tlakové ztráty jsou: třením (z,t) místní (z,m) Tlaková ztráta vyvolaná třením z,t se očítá z Darcyova-Weisbachova vztahu l v z,t (Pa) (7) d kde je součinitel tření (), l - délka otrubí (m), d - růměr otrubí (m). Tlaková ztráta místními odory z,m lze vyjádřit obdobným vztahem v z,m (Pa) (8) kde je součinitel místní ztráty (). 7

73 Ztráta tlaku místními odory se dá vyjádřit také ekvivalentní délkou otrubí lek otrubí, v němž místní ztráta je stejná jako ztráta třením. Z rovnosti tlakových ztrát v l d ek v (Pa) (9) se určí ekvivalentní délka otrubí l ek d (m) (0) Poněvadž, jak tlaková ztráta třením z,t, tak i tlaková ztráta místní z,m jsou funkcí dynamického tlaku roudu, je možno nasat celkovou tlakovou ztrátu tlaku z z,t z,m l d v v ( l l d ek ) v () Vztahy (7) a () jsou formálně stejné, odlišují se jen v délce otrubí l, říadně (l + lek). Další řešení bude ro zjednodušení rováděno jen ro ztrátu třením, kdy z,t = z a délka otrubí je l. Uvedené řešení má však latnost i ro ztráty třením a místními odory, kdy z = z,t + z,m, avšak délka otrubí je l + lek. Výočet tlakové ztráty se rovádí ři kontrolním výočtu rovozovaného říadně rojektovaného lynovodu, kdy je známo doravované množství lynu, délka a růměr otrubí. tlaku Výočet tlakové ztráty u nízkotlakých lynovodů Nízkotlaké lynovody rovozované s řetlakem < 5 kpa mají oměrný okles z 5 % Pro tyto lynovody zanedbáme stlačitelnost lynu, takže ři výočtech uvažujeme o celé délce otrubí konstantní hustotu lynu. Za těchto zjednodušených odmínek se 7

74 doouštíme chyby asi,5 %, což je ve většině raktických výočtů říustné. Hustotu lynu ro skutečné odmínky stanovujeme z uravené stavové rovnice R T (kg.m -3 ) () ztrátu Dosadíme-li rovnici (3) do rovnice (7) a uravíme, obdržíme rovnici ro tlakovou Qv l Pz 0, 8 5 d (Pa) (3) Q z 0, 8 5 d m l P (Pa) (4) Pro součinitel tření lze vycházet z λ f ( Re, k / d) () (5) kde Re je Reynoldsovo kriterium (), k - drsnost otrubí, vyjádřená jako střední výška nerovnosti ovrchu (m). Pro hladké otrubí, kde drsnost odadá ak f (Re) () (6) Pro Reynoldsovo kriterium latí vztah Re v d () (7) kde je kinematická viskozita doravovaného lynu (m.s - ). roudění. Hodnota součinitele tření je tedy závislá na drsnosti otrubí a na druhu 73

75 Výočet tlakové ztráty u středotlakých a vysokotlakých lynovodů Pro lynovody rovozované s řetlakem > 5 kpa, které mají oměrný okles tlaku z 5 % nelze stlačitelnost zanedbat, neboť ři výočtech by vznikaly značné neřesnosti. V těchto říadech nelze již okládat hustotu doravovaného lynu za stálou o celé délce otrubí, jak bylo uvažováno ři výočtu nízkotlakých lynovodů. Při oklesu tlaku se zmenšuje hustota lynu a rychlost lynu se naoak ři konstantním růřezu otrubí zvyšuje, což vylývá z odmínky sojitosti toku vyjádřené vztahem (4) a (5). Poměrný okles tlaku z/ > 5 % nastává u dlouhých lynovodů mající často délku několika desítek, říadně i stovek kilometrů, nebo u lynovodů vysokých tlaků. Pro řešení tlakových ztrát třením lynů, jejichž hustota, rychlost v a objemový tok Qv se o délce otrubí mění, nabývá rovnice ro stanovení oklesu tlaku na nekonečně malé délce otrubí diferenciální tvar. d d (Pa) (8) z,t vztah (7). Pro vyjádření ravé strany této rovnice této rovnice využijeme Darcyův-Weisbachův z,t l d v Provedeme rozbor této rovnice s ohledem na charakter změny součinitele, hustoty lynu a rychlosti lynu v o délce otrubí, tedy λ f ( l), λ f ( l), λ f 3 ( l) Uvedené závislosti jsou určeny termodynamickými rocesy, které robíhají ři roudění lynu v lynovodu. Většina lynovodů je rovozována bez teelné izolace, takže telota lynu se rovná telotě okolního rostředí a ři roudění se o celé délce nemění. Proudění lynu za těchto odmínek robíhá jako izotermické, což umožňuje ři výočtech tlakové ztráty okládat telotu doravovaného lynu za konstantní. 74

76 Věnujme ozornost hodnotám součinitele tření o délce otrubí. Z rovnice (5) vylývá, že hodnota součinitele je funkcí Reynoldsova kriteria. Reynoldsovo kriterium je také možno vyjádřit vztahem Re v d ρ μ 4 m Qv ρ d μ 4 Q π d μ () (9) kde je dynamická viskozita doravovaného lynu (Pa.s). Při izotermickém roudění (t = konst.) se dynamická viskozita nemění, takže zůstává konstantní i Reynoldsovo kriterium. Poněvadž i oměrná drsnost k/d se o délce otrubí nemění, zůstává hodnota součinitele o délce otrubí konstantní. Rychlost v a hustota lynu v libovolném místě lynovodu se mění. Na očátku lynovodu však rychlost v a hustota jsou konstantní. Jejich vzájemná závislost je určena vztahem ρ v ρ v (m.s - ) (0) Po dosazení závislosti (0) do Darcyova-Weisbachova vztahu dostaneme z,t l v d (Pa) () Pomocí rovnice () můžeme vyjádřit ro izotermické roudění R T (kg.m -3 ) () Dosazením do rovnice () tato řechází na tvar l v d R T z, t (Pa) (3) (8) na tvar S využitím rovnice (3), ve které, d, v,, R, T jsou konstanty, řechází rovnice 75

77 76 l T v d λ d R d (Pa ) (4) Pro integraci v mezích tlaku až a délky 0 až l dostaneme výraz l l T v d λ d 0 d R (Pa ) (5) Po integraci ak T v d l λ R (Pa ) (6) odkud ři znalosti rovnice () dostaneme ρ v d l λ (Pa ) (7) říadně m ρ S Q d l λ (Pa ) (8) kde S je růřezová locha otrubí (m ). Úravou rovnice (7) říadně (8) získáme vztahy ro výočet oklesu tlaku (tlakové ztráty) o délce lynovodu z ρ v d l λ (Pa) (9) říadně m z ρ S Q d l λ (Pa) (30)

78 Pro určení hmotnostního toku lynu získáme úravou rovnice (30) vztah Q m d ρ S (kg.s - ) (3) λ l Vzhledem k tomu, že součinitel tření je i ro roudění lynu ve středotlakém a vysokotlakém lynovodu o délce konstantní, určujeme jeho hodnotu ze stejných vztahů jako ro roudění v nízkotlakém lynovodu. Nejčastěji oužívaná, ro výočet tlakové ztráty ve všech druzích lynovodů s řetlakem > 5 kpa, je rovnice (7), říadně její uravený tvar (9). Výočet součinitele tření U laminárního roudění (Re < 300) nemá drsnost stěn otrubí vliv na hodnotu součinitele tření, takže je možno oužít vztah λ 64 Re () (3) Pro turbulentní roudění se v technické raxi zjednodušeně očítá s těmito hodnotami součinitele tření : o hladké kovové stěny = 0,05 o drsné kovové stěny = 0,040 Průměr otrubí d Průměr otrubí stanovujeme ři rojektování lynovodu ro danou tlakovou ztrátu z, hmotnostní tok Qm a délku otrubí l. Výočet můžeme rovést dvěma zůsoby. a) Při rvním zůsobu nejdříve odhadneme růměr otrubí d a z rovnice (3) vyočteme rychlost v, která nám umožní stanovit Reynoldsovo kriterium. Řešení je možno rovést i tím zůsobem, že odhadneme rychlost roudění a z rovnice (3) stanovíme odovídající růměr otrubí. Vyočtená hodnota Re kriteria určuje, zda roudění robíhá v laminární nebo turbulentní oblasti. Po určení druhu roudění stanovíme součinitel tření ro hladké nebo drsné otrubí. 77

79 Průměr otrubí se tak ro nízkotlaké lynovody, rovozované s řetlakem < 5 kpa, vyočte úravou Darcyova-Weisbachova vztahu (7) d l v ρ λ (m) (33) z U nízkotlakých lynovodů není otřeba znát ro výočet hodnotu očátečního tlaku, ale ouze tlakovou ztrátu z. Pro středotlaké a vysokotlaké lynovody, rovozované s řetlakem > 5 kpa, se stanoví růměr otrubí úravou rovnice (7), ze vztahu d l v ρ λ (m) (34) říadně úravou rovnice (8) d λ S l Qm ρ ( (m) (35) ) V tomto říadě mimo tlakové ztráty je ro výočet otřebná i znalost tlaku na očátku otrubí, nebo ožadovaného tlaku na konci otrubí. b) Při druhém zůsobu odhadneme součinitel tření a výočet růměru rovedeme ro nízkotlaké lynovody z uravené rovnice (4) a ro středotlaké a vysokotlaké lynovody z uravené rovnice (30), kde S =.d /4. Tento zůsob výočtu je většinou jednodušší, neboť je méně citlivý na rovedený odhad. Délka otrubí l Délka otrubí se stanovuje jen výjimečně, neboť ro říslušné lynovody je známá. V říadě otřeby jejího stanovení ři znalosti tlakové ztráty z, hmotnostního toku lynu Qm a růměru otrubí d ostuujeme takto: Z rovnice (3) určíme rychlost roudění v, vyočteme Reynoldsovo kriterium a ro říslušné odmínky určíme součinitele tření. Délku otrubí určíme ro nízkotlaké otrubí ( < 5 kpa) úravou Darcyova-Weisbachova vztahu (7) z rovnice 78

80 l d z λ v ρ (m) (36) Pro středotlaké a vysokotlaké lynovody ( > 5 kpa) se jejich délka stanovuje úravou rovnice (7) ze vztahu l d (m) (37) λ v ρ říadně úravou rovnice (8) l d S ρ m (m) (38) λ Q Při řešení středotlakých a vysokotlakých lynovodům otřeba znát mimo tlakové ztráty i tlak na očátku otrubí, říadně ožadovaný tlak na konci otrubí. 4.. Zkaalňování zemního lynu (LNG) Surový zemní lyn řichází zravidla do zkaalňovací stanice od vysokým tlakem (4 MPa) a ři telotě okolního rostředí 0 C. K samostatnému zkaalnění dochází v soustavě výměníků, kde se lyn ostuně ochlazuje, až dojde k úlnému zkaalnění. Posléze dochází i k mírnému odchlazení. Nejdůležitější část ochlazování robíhá za vysokého tlaku. Celý zkaalňovací roces je zakončen škrcením, čímž se docílí hodnoty tlaku blízké atmosférickému tlaku. Rozínání neideálního lynu se rojeví oklesem jeho teloty. Jednotky ro zkaalňování zemního lynu mají obrovskou sotřebu energie. Za normálních okolností je otřeba této energie okrývána určitou částí zemního lynu vstuujícího do stanice (cca %). ZKAPALNĚNÝ ZEMNÍ PLYN ZAUJÍMÁ 600x MENŠÍ OBJEM Pro zkaalnění zemního lynu je otřeba snížit jeho telotu na -63 C, což je telota od bodem zkaalnění metanu, který je hlavní složkou zemního lynu. Pro zkaalnění roan-butanu (LPG) je to ouze -43 C. 79

81 7..3 Dorava LPG K odběrateli je LPG doravováno v tlakových nádobách různých velikostí. Kromě nejmenších hliníkových bombiček, tzv. kartuší (viz Obr. 48), jsou všechny nádoby na LPG vyrobeny z žíhaného ocelového lechu tloušťky,5 až 3 mm. Obr. 48 Kartuše Převzato z: htt://omucky-na-vareni-v-lese.heureka.cz/ Obr. 49 Láhev s kg nální LPG Převzato z: htt:// Nádoby jsou svařeny z několika tvarovaných částí, nebo taky bezešvé. Podle velikosti nálně a tvaru se nádoby rozdělují na láhve a sudy. Lahve se vyrábějí ro nálň,, 5, 0, a 33 kg LPG. Všechny lahve na LPG jsou natřeny ochranným nátěrem. Na obrázku 49 je velmi známá kg bomba oužívaná řevážně na kemování v řírodě, vaření na chaluě, ro řemeslníky, ale i na jiné účely. Nejčastěji se naojují vařiče, lamy, telomety, hořáky, ájky. Lahev má kuličkový ventil. 80