Abstrakt. Parní kotel na dřevo výkonu 50t/h. Abstract. Stean boiler for wood burning 50t/h

Transkript

1 Abstrat Parní otel na dřevo výonu 50t/h V této diplomové práci budu řešit návrh parního roštového otle na čisté dřevo o výonu 50t/h. Pro zadané parametry provedu stechiometricé výpočty a vypočítám entalpie vzduchu a alin. Dále budu počítat tepelnou bilanci, ztráty otle a určím tepelnou účinnost otle. V následující části provedu onstruční návrh alovací omory a její tepelný výpočet. Po stanovení rozměrů alovací omory dále poračuji výpočtem tahů otle a výhřevných ploch. Na závěr zontroluji celovou tepelnou bilanci. Klíčová slova: Kotel Pára Spalovací omora Tla Teplota Přehřívá Membránové stěny Eonomizér Abstract Stean boiler for wood burning 50t/h In this diploma thesis I will deal design of the steam grate boiler 50t/h of burning clean wood. For the ecified parameters mae a stoichiometric calculations and calculate the enthalpy of the air and combustion. I shall calculate the heat balance, losses of boiler and thermal efficiency of the boiler. The following section mae a design of the combustion chamber and its thermal calculation. After determining the dimensions of the combustion chamber further continue by calculating boiler moves and heating surfaces. Finally chec the overall heat balance. Key words: Boiler Steam ombustion chamber Pressure Temperature Superheater Membrane walls Economizer - 1 -

2 Bibliograficá citace: VITULA, M. Parní otel na dřevo výonu 50t/h. Brno: Vysoé učení technicé v Brně, Faulta strojního inženýrství, s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Zdeně Sála, Sc. - -

3 Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma: Parní otel na dřevo výonu 50t/h vypracoval samostatně, pod vedením vedoucího diplomové práce pana doc. Ing. Zdeňa Sály, Sc. a odborného onzultanta Ing. Bedřicha Heinze a s použitím uvedené literatury. V Kuřimi dne 1. větna

4 Poděování Za pomoc, cenné připomíny a rady při zpracování diplomové práce děuji vedoucímu práce panu doc. Ing. Zdeňu Sálovi, Sc. a odbornému onzultantovi Ing. Bedřichu Heinzi. Dále bych chtěl poděovat mamce, Zuzce, babičce, dědovi a Sárince za bezmeznou podporu po celou dobu mého studia

5 Obsah 1. ÚVOD Biomasa Zdroje biomasy Výhody a nevýhody biomasy Technicý popis otle na biomasu...9. STEHIOMETRIKÉ VÝPOČTY Výpočty množství vzduchu bez přebytu vzduchu...1. Výpočty množství alin bez přebytu vzduchu...1. Sutečné množství vzduchu a alin Entalpie vzduchu a alin TEPELNÁ BILANE KOTLE Teplo přivedené do otle Tepelné ztráty otle a tepelná účinnost Ztráta hořlavinou ve alinách (chemicý nedopal) Ztráta hořlavinou v tuhých zbytcích (mechanicý nedopal) Ztráta fyzicým teplem tuhých zbytů Ztráta sdílením tepla do oolí Ztráta citelným teplem alin (omínová ztráta) Tepelná účinnost otle...1. Výrobní teplo páry a množství paliva Výrobní teplo páry..... Množství tepla VÝPOČET SPALOVAÍ KOMORY Tepelný výpočet ohniště Adiabaticá teplota v ohništi Poměrná teplota alin na výstupu z ohniště Součinitel průběhu teplot v ohništi M Boltzmannovo číslo B o Stupeň černosti ohniště a o VÝPOČET KONVEKČNÍH PLOH Teplota a tla napájecí vody Rozvržení tepelného výonu otle na jednotlivé výhřevné plochy Přehřívá III Přehřívá II Přehřívá I Výparní Závěsné truby Eonomizér elový tepelný výon Přehled výhřevných ploch ze strany vody/páry

6 6. VÝPOČET I. TAHU VÝPOČET MŘÍŽE Konstruční výpočet Tepelný výpočet Součinitel přestupu tepla Součinitel přestupu tepla onvecí olem hladých trube Součinitel přestupu tepla sáláním pro zaprášené aliny Součinitel prostupu tepla Přepočet teploty alin na výstupu z mříže VÝPOČET II. TAHU Konstruční výpočet Tepelný výpočet Součinitel přestupu tepla Součinitel přestupu tepla onvecí pro podélné proudění Součinitel přestupu tepla sáláním pro zaprášené aliny Součinitel prostupu tepla Přepočet teploty alin na výstupu z II. tahu VÝPOČET VÝSYPKY Konstruční výpočet Tepelný výpočet Součinitel přestupu tepla Součinitel přestupu tepla onvecí pro podélné proudění Součinitel přestupu tepla sáláním pro zaprášené aliny Součinitel prostupu tepla Přepočet teploty alin na výstupu z výsypy VÝPOČET II. A IV. TAHU Výpočet hlouby III. tahu Výpočet 1. části III. tahu Přehřívá III Součinitel přestupu tepla onvecí ze strany páry Součinitel přestupu tepla onvecí ze strany alin Součinitel přestupu tepla sáláním pro zaprášené aliny Součinitel prostupu tepla Membránová stěna Součinitel přestupu tepla onvecí pro podélné proudění Součinitel přestupu tepla sáláním pro zaprášené aliny Součinitel prostupu tepla Závěsné truby Součinitel přestupu tepla onvecí ze strany páry Součinitel přestupu tepla onvecí ze strany alin Součinitel přestupu tepla sáláním pro zaprášené aliny Součinitel prostupu tepla Přepočet teploty alin na výstupu z 1. části III. tahu

7 10. Výpočet. části III. tahu Přehřívá II Součinitel přestupu tepla onvecí ze strany páry Součinitel přestupu tepla onvecí ze strany alin Součinitel přestupu tepla sáláním pro zaprášené aliny Součinitel prostupu tepla Membránová stěna Součinitel přestupu tepla onvecí pro podélné proudění Součinitel přestupu tepla sáláním pro zaprášené aliny Součinitel prostupu tepla Závěsné truby Součinitel přestupu tepla onvecí ze strany páry Součinitel přestupu tepla onvecí ze strany alin Součinitel přestupu tepla sáláním pro zaprášené aliny Součinitel prostupu tepla Přepočet teploty alin na výstupu z. části III. tahu Výpočet. části III. tahu a IV. tahu Přehřívá I Součinitel přestupu tepla onvecí ze strany páry Součinitel přestupu tepla onvecí ze strany alin Součinitel přestupu tepla sáláním pro zaprášené aliny Součinitel prostupu tepla Membránová stěna u PI_ Součinitel přestupu tepla onvecí pro podélné proudění Součinitel přestupu tepla sáláním pro zaprášené aliny Součinitel prostupu tepla Závěsné truby Součinitel přestupu tepla onvecí ze strany páry Součinitel přestupu tepla onvecí ze strany alin Součinitel přestupu tepla sáláním pro zaprášené aliny Součinitel prostupu tepla Přepočet teploty alin na výstupu z. části III. tahu (za PI_1) Přepočet teploty alin za přehříváem PI VÝPOČET V. TAHU Eonomizér EKO Součinitel přestupu tepla onvecí ze strany alin Součinitel přestupu tepla sáláním pro zaprášené aliny Součinitel prostupu tepla Přepočet teploty alin za eonomizérem EKO KONTROLA TEPELNÉ BILANE ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM POUŽITÝH VELIČIN A SYMBOLŮ SEZNAM PŘÍLOH

8 1. Úvod 1.1 Biomasa o si představit pod pojmem biomasa? Biomasa, v ontextu energeticého využití, je organicá hmota rostlinného či živočišného původu. Tato hmota je biologicy rozložitelná a může být využívána pro alování nebo pro jiné přeměny s následným energeticým využitím. Biomasa se člení na fytomasu hmota pouze rostlinného původu a biomasu, terá v sobě obsahuje i hmotu živočišného původu (např. ejda hoodářsých zvířat). Podle obsahu vody můžeme dělit biomasu na: suchou s vlhostí do 40% - dřevo, dřevní odpady, sláma a další odpady morou - s vlhostí nad 40% - teuté odpady ejda, aly z čističe vod atd. Suchá biomasa se může alovat přímo, případně se může před alováním nechat mírně vysušit. Působením velmi vysoých teplot se ze suché biomasy uvolňují hořlavé plynné složy tzv. dřevoplyn, ten je možno alovat podobně jao jiná plynná paliva. Morá biomasa se využívá zpravidla výrobě bioplynu v bioplynových technologiích. Energeticé využití biomasy zahrnuje celý soubor možných technologicých způsobů a cest zísávání energie z láte organicého původu. Záladní technologie zpracování biomasy se dělí na: suché procesy (termochemicá přeměna) - alování, zplyňování a pyrolýza moré procesy (biochemicá přeměna) - vyhnívání (metanové vašení), lihové vašení a výrobu bioplynu mechanico-chemicá přeměna - zvláštní podsupina, terá zahrnuje lisování olejů a jejich následnou úpravu, např. výroba bionafty a přírodních maziv Spalování je vša nejjednodušším a nejrozšířenějším způsobem zísávání energie z biomasy. Výsledným produtem je tepelná energie. Ta je následně využita pro vytápění, technologicé procesy nebo pro výrobu eletricé energie. Spalování většinou nevyžaduje předběžnou eciální úpravu biomasy. Je přijatelná i vyšší vlhost suroviny (u větších instalací i nad 50 %, u malých a středních do 0 %), vede vša zvláště u malých zdrojů významně ratší životnosti otle.[4] 1. Zdroje biomasy Pro účely energeticé jsou používány různé druhy biomasy: 1.biomasa záměrně pěstovaná za tímto účelem energeticé dřeviny alování (topol, vrba, aát, olše) energeticé rostliny výroba ap. paliv (onopí, řepa) rostliny za účelem výroby líhu (třtina, brambory, obilí) - 8 -

9 .biomasa zísávaná z různých průmyslových odvětví jao odpad lesní odpad odpad dřevozpracujícího průmyslu odpad z živočišné výroby omunální odpad odpad z výroby papíru odpad z potravinářsého a lihovarsého průmyslu 1. Výhody a nevýhody biomasy Výhody biomasy: všeobecná dostupnost (tuzemsý zdroj) poměrně nízá cena biomasy využití odpadu (zbyte po alování lze využít jao hnojivo) snížení emisí O využití půdy nevhodné pro pěstování potravinářsých plodin možnost dotační podpory Nevýhody biomasy: nižší výhřevnost než u onvenčních paliv potřeba sladovacích prostor větší rozměry otle a příslušenství velý vliv vlhosti na alovací procesy složitější manipulace v porovnání s eletřinou, plynem a LTO nutnost lividace popela[4] 1.4 Technicý popis otle na biomasu Biomasa se může alovat různými technologiemi a v něolia alovacích zařízeních. Mezi nejhojněji používané alovací zařízení patří fluidní otle, zplyňovací otle a otle roštové. Zplyňovací otle jsou otle zejména nižších výonů, proto se používají převážně v rodinných domech a menších podnicích vytápění. Fluidní otle jsou používány již vyšším výonům, ale nejrozšířenějším typem alovacího zařízení pro alování biomasy jsou otle roštové. A z toho důvodu s nimi mají výrobci největší zušenosti a tato problematia je nejlépe zdoumentována. Tento typ otle budu navrhovat i já ve své diplomové práci. Mezi hlavní problémy při navrhování otle na alování biomasy patří: chlorová oroze vzniá v případě, že obsah chloru v palivu je větší než 0,0%, jao opatření se používá naváření eciálního ovu nebo zazdění stěn ohniště (v mém případě je obsah chloru v palivu 0,01%, proto nebudu žádnou ochranu uvažovat) zanášení výhřevných ploch němu dochází vlivem vzniu popílu při alování biomasy, míru tohoto zanášení udává součinitel zanesení - 9 -

10 výhřevných ploch ε, aždá výhřevná plochá má svou charateristicou hodnotu ε, terá je určena empiricy a zušenostmi firmy (v Tab. 1 jsou hodnoty, teré budu uvažovat ve svém výpočtu) Tab. 1 součinitel zanesení výhřevných ploch Výhřevná plocha ε Membránová stěna 0,005 Mříž 0,006 Závěsné truby 0,00 Přehřívá III 0,006 Přehřívá II + I 0,00 Parní otel v mé práci je navržen jao roštový otel s přirozenou cirulací média, má tři vertiálně situované membránovými stěnami chlazené tahy a dva tahy nechlazené (teplota alin v těchto tazích je nižší než 500 ). I. tah alovací omoru tvoří membránové stěny, teré brání nasávání falešného vzduchu a je navržen ta, aby byly aliny ochlazeny před mříží na teplotu 850. Dále aliny proudí srz mříž do II. tahu otle, ten je taé tvořen pouze membránovou stěnou a slouží ochlazení alin před svazy přehříváů. Přechod z II. do III. tahu je tvořen výsypou, zde se aliny částečně zbavují obsahu popílu. II. tah a výsypa jsou navrženy, ta aby teplota před prvním svazem přehříváu lesla pod 700 z důvodu zanášení svazů. Ve třetím tahu jsou svazy přehříváů. Jsou zavěšeny pomocí závěsných trube. Dále jsou aliny vedeny do IV. a V. tahu, terý je proveden jao plechový anál. Ve IV. tahu se nacházejí svazy přehříváu a eonomizéru, v V. tahu jsou zbylé svazy eonomizéru. Mezi IV. a V. tahem je druhá výsypa, sloužící částečnému zachycení popílu obsaženého ve alinách. Pro alování se používá posuvný rošt s pohazovačem paliva. Určitý podíl paliva (jemnější části) shoří již ve vznosu a zbyte (větší části) se rovnoměrně rozprostře na posuvném roštu. Tepelné zatížení pro tento typ roštu se pohybuje až olem -,5MW/m. V mé práci jsem zvolil rošt o tepelném zatížení 1,9MW/m. Vzduch přiváděný do alovací omory je rozdělen do tří částí: primární 50% vzduchu o teplotě 0 je hnáno primárním ventilátorem do alovací omory srz rošt seundární 40% vzduchu o teplotě 0 je hnáno do alovací omory seundárním ventilátorem trysami, teré jsou vyústěny v přední a zadní stěně ve více úrovních (slouží dohoření prchavých slože paliva) terciární 10% vzduchu o teplotě 0 se dostává do alovací omory srz pohazovače olu s palivem Palivo je do otle přiváděno ze zásobníu pohazovači, otvory pro pohazovače ústí do alovací omory v čelní stěně alovací omory. Regulace teploty páry probíhá pomocí vstřiové regulace napájecí vodou. Jedna vstřiová regulace je umístěna mezi 1. a. svazem přehříváu, druhá mezi. a

11 Dvoustupňová varianta se používá pro citlivější regulaci a větší odezvu na změnu vlastností paliva, zejména jeho výhřevnost. Pro ontrolu a opravy jednotlivých onvečních ploch a svazů, jsou mezi ně umístěny ontrolní průlezy ulatého tvaru o průměru 600mm. K čištění onvečních ploch jsou umístěny ofuovače, ofuování probíhá ostrou parou. Výša jednotlivých onvečních ploch se pohybuje olem m, což odpovídá hodnotě, terou jsou schopny ofuovače olehlivě očistit proudem páry. Obr. 1 Ilustrační schéma pětitahového otle

12 . Stechiometricé výpočty ílem těchto výpočtů je stanovení objemu vzduchu, terý je potřebný e álení 1g paliva a objemu alin, terý při alování vznine. Stechiometricé výpočty vycházejí z chemicých reačních rovnic ( zvané též stechiometricé alovací rovnice) a z bilance látových množství. Existují dva záladní druhy alování z hledisa průběhu: doonalé alování předpoládá se doonalé álení vešeré hořlaviny (h) v palivu, je to teoreticý případ nedoonalé alování předpoládá se částečné vyhoření paliva, tím vzniá mechanicý (neálený tuhý uhlí) a chemicý nedopal (nedoonalé álení uhlíu na oxid uhelnatý), oba jsou zohledněny ve ztrátě mechanicým nedopalem Z co Složení paliva má významný vliv na stechiometricé objemy, jaáoliv změna vlastností paliva změní stechiometrii a výpočet by musel následovat znovu, jina by otel nepracoval rávně. Je proto nutné mít garantované vlastnosti paliva. Tab. parametry a složení paliva ze zadání Výhřevnost Q r i 1,4 MJ/g Obsah vody W 5 % Obsah popelovin A 1, % Obsah síry S 0,0 % Obsah uhlíu,16 % Obsah vodíu H 4,08 % Obsah chloru l 0,01 % Obsah dusíu N 0, % Obsah yslíu O 6,1 % Tuhá paliva se sládají ze slože: 1. h hořlavina vešeré organicé láty. W voda vešerá obsažená v palivu. A popelovina vešeré minerální prvy v palivu Pro palivo tedy platí vztah: h + W + A 100% Kontrola paliva: (0,0+,16+4,08+0,01+0,+6,1) , 100% - 1 -

13 .1 Výpočty množství vzduchu bez přebytu vzduchu Minimální množství yslíu potřebného e álení 1 g paliva: r r r r,9 H S prch O O + + O min 100 1,01 4,0,06,9,16 4,08 0,0/ 6,1 1 O O min + + 0,665m g (1) 100 1,01 4,0,06 r, H r, O r - složení hořlaviny surového paliva S r prch - obsah prchavé složy síry v původním stavu [%], de S r prch S r / Minimální množství suchého vzduchu potřebného e álení 1 g paliva: S OVZ min OO min 0,665, 154 m g () 1 1 Objem vodní páry ve vzduchu pro t 0 a vlhost vzduchu ϕ 0, 7 : '' p VH 0 ϕ 0,7 0,04 0,0168 () '' p p p p '' c 0,04 (4) '' c p ϕ je relativní vlhost vzduchu [70%] '' p je absolutní tla vodní páry na mezi sytosti při dané teplotě vzduchu p c je celový absolutní tla vlhého vzduchu Výpočet součinitele f: '' p f 1 + ϕ 1+ 0,0168 1,0168 (5) '' p p c Minimální množství vlhého vzduchu potřebného e álení 1 g paliva: V s 1 OVZ min f OVZ min 1,0168,154,07 m g (6). Výpočty množství alin bez přebytu vzduchu Minimální množství suchých alin vznine doonalým álením paliva bez přebytu vzduchu (při alfa1): S O O + O + O + O SP min O SO N Ar (7) - 1 -

14 Objem O : r,6 s,6,16 1 OO + 0,000 O min + 0,000,154 0, 6156m g VZ (8) 100 1, ,01 Objem SO : O r 1,89 prch 1,89 0,015 1 SO 0,00010 m g (9) 100 S,06 100,06 Objem N : r,4 N s,4 0, 1 ON + 0,7805 O min + 0,7805,154, 464m g VZ (10) 100 8, ,016 Objem Ar: S 1 OAr 0,009 OVZ min 0,009,154 0, 090m g (11) Minimální množství suchých alin: S O O + O + O + O 0, , , ,090, m g SP min O S N Ar 1 (1) Minimální množství vodní páry ve alinách: r r 44,8 H,4 W S OH ( 1) O + + f OVZ min 100 4, ,016 44,8 4,08,4 5 OH + + 1,0168 1,154 0,9415m O 100 4, ,015 1 ( ) g (1) Minimální množství vlhých alin: V S O SP min O + O, ,9415 4, 0505m g SP min H O 1 (14) Objemové části tříatomových plynů: OO + O 0,6156 0,00010 SO + r O 0,150 OSP 4,0505 (15) OH 0,9574 O r H 0,64 O O 4,0505 (16) SP SP O H O r r + r 0, ,64 0,884 (17)

15 . Sutečné množství vzduchu a alin Kvůli možnému zvýšenému nedopalu paliva se sutečné alování provádí s přebytem vzduchu. Přebyte vzduchu volím α1, Sutečné množství vzduchu při alfa1,: V 1 OVZ OVZ min α,07 1, 4, 1691m g (18) Sutečné množství vodní páry při alfa1,: S O O + f 1 α 1 O H O 0, H ( ) ( ) O VZ min 1 ( 1,0168 1) ( 1, 1),154 0,9574m g (19) Sutečné množství vlhých alin při alfa1,: V V 1 OSP O + ( α 1) OVZ min 4, (1, 1),07 5,016m g (0) SP min Objemové části tříatomových plynů: OO + O 0,6156 0,00010 SO + r O 0,18 OSP 5,016 (1) OH 0,9574 O r H 0,1910 O O 5,016 () SP SP O H O r r + r 0,18 + 0,1910 0,18 () Koncentrace popílu ve alinách: r 10 A X p 10 1, 0 µ 0,778g / m (4) O 100 5, SP X p - procento popílu v úletu, volím 0% Tab. 4 součinitel přebytu vzduchu Součinitel přebytu vzduchu α1,0 α1, O SP m g -1 4,0505 5,016 O HO m g -1 0,9415 0,9574 r O - 0,15 0,185 r HO - 0,64 0,191 r SP - 0,884 0,

16 .4 Entalpie vzduchu a alin Při tepelné bilanci otlů je třeba vyjadřovat teplo, teré je alinám odebíráno. K tomuto účelu nám slouží entalpie alin. Spaliny lze považovat za směs plynů, teré mohou obsahovat rozptýlené částice. Objemy jednotlivých slože ve alinách jsou očítány výše. Tab. - entalpie slože alin a měrné teplo t I O I N I H0 I SO I Ar c s c ho J/m J/m J/m J/m J/m J/m K J/m K , 1, ,07 1, ,17 1, ,9 1, ,4 1, ,56 1, ,71 1, ,84 1, ,98 1, ,41 1, ,46 1, ,45 1,96 Entalpie minimálního množství alin: (pro uázový výpočet uvažuji teplotu 500, přebyte vzduchu alfa 1 a součinitel f1,0168) I O i + O i + O + O + O SP min O O SO SO N N Ar Ar H O H O i i i 0, , , , , ,0 ( J. g 1 ) (5) Entalpie minimálního množství vzduchu: S I O ( c t),154 1, ,8J g (6) VZ min VZ min VZ / c c s + 0,0016.d. c ho 1,4+0, ,446.1,590 1,696 J/m K (7) d (f-1).(0,804/1,9).1000 (1,0168-1).(804/1,9) 10,446 g/g (8) Entalpie alin vznilých álením 1 g paliva: (500, alfa 1 a f1,0168) I SP ( ) I + I 015,0 + (1 1) 159, ,0J / g I + α (9) SP min 1 VZ min P

17 Entalpie popílu ve alinách I p se uvažuje, poud procento popelovin v palivu lňuje nerovnost: r r 6 Qi A > 41,8 x P , > 59, Nerovnost neplatí, tudíž I p nebudu uvažovat. (0) 41,8 0 Tab. 5 vypočítané entalpie vzduchu a alin I VZmin I SPmin I SP alfa1 I SP alfa1, I SP alfa1,4 I SP alfa1,5 t J/g J/g J/g J/g J/g J/g ,95 568,9 568,9 694, 76,1 777, ,5 115,06 115, ,1 1488,6 157, ,5 1754, ,05 15,1 6,7 89, ,67 74,0 74,0 886,9 057,9 8, ,8 015,0 015,0 66,97 878, , ,17 66,78 66, ,9 4710,65 497, ,45 46,68 46,68 56,9 5571, , ,9 50,9 50,9 6091, ,4 6804, ,8 57,08 57,08 697,7 74, , ,97 646,04 646, ,4 851, 8705, , , 10151, 170, ,5 168, , ,9 1408, , ,8 1874,6 Tab. 6 vypočítané entalpie vzduchu a alin přepočítané na jednoty [J/m ] t I SP alfa1, J/m , , , , , , , , , ,

18 0000, , , , , , , , ,00 000,00 0,00 I-t diagram alin teplota alin ( ) alfa 1 alfa 1, alfa 1,4 alfa 1,5 vzduch entalpie alin (J/g) Obr. I-t diagram alin

19 . Tepelná bilance otle Tepelná bilance otle slouží určení účinnosti otle a určení otřeby paliva pro dosažení požadovaného tepelného výonu. Při přeměnách chemicy vázané energie v palivu na tepelnou energii alin vzniají ztráty. S těmito ztrátami je nutné počítat a na jejich záladě stanovit celovou tepelnou účinnost otle..1 Teplo přivedené do otle Určím ho ze vztahu: P r 1 QP Qi + i P , 1446,J g (1) r Q i - výhřevnost paliva [J/g] i p - fyzicé teplo paliva [J/g] Fyzicé teplo paliva se uvažuje v případě předehřívání paliva vně otle. Nebo není-li předehříváno venovním zdrojem, ale obsah vody v palivu musí lňovat podmínu: r r Qi W i 19,7% () 4, , r i W je množství vody v palivu, ze zadání jew 5% Podmína je lněna 5% > 19,7%, teplotu paliva t p budu uvažovat 0 i t c J g r i 1 P P P 0,1 46, () c p t p - měrné teplo paliva [J/gK] - teplota paliva [ ] Měrné teplo paliva určím ze vztahu: r r Wi 100 Wi c + c 4,19 + 1,,1J g p cw SU K (4) c W - měrné teplo vody 4,19 J/gK [1] c SU - měrné teplo sušiny paliva 1, J/gK. Tepelné ztráty otle a tepelná účinnost Ke stanovení účinnosti otle použiji nepřímou metodu. Musím si vyjádřit v procentech následující ztráty, na terých je účinnost otle závislá:

20 - ztráta hořlavinou ve alinách (chemicý nedopal) - ztráta hořlavinou v tuhých zbytcích (mechanicý nedopal) - ztráta fyzicým teplem tuhých zbytů - ztráta sdílením tepla do oolí - ztráta fyzicým teplem alin (omínová ztráta)..1 Ztráta hořlavinou ve alinách (chemicý nedopal) ztracené teplo v důsledu přítomnosti plynů, teré nejsou alitelné ve alinách Tuto ztrátu na záladě onzultací volím: Z O 0,05%.. Ztráta hořlavinou v tuhých zbytcích (mechanicý nedopal) ztráta způsobená neálením hořlaviny obsažené ve zbytcích popela, šváry či strusy Z Z S + Z Ú 0,15 + 0,97 0,5 % (5) Z S Z Ú - ztráta ve strusce/šváře (v tuhých zbytcích zachycených v ohništi) - ztráta v úletu (v tuhých zbytcích odcházejících z otle) r S X A S , Z S QS 600 0,15% (6) P Q , S P S - podíl hořlaviny ve strusce/šváře (hodnoty volím na záladě onzultací) X S - podíl popela ve strusce/šváře (hodnoty volím na záladě onzultací) Q S - výhřevnost hořlaviny ve strusce/šváře (600 j/g) [1] r X A Ú Ú 8 0 1, Z Q 600 0,97% (7) Ú P Ú Q , Ú P Ú - podíl hořlaviny v úletu (hodnoty volím na záladě onzultací) X Ú - podíl popela v úletu (hodnoty volím na záladě onzultací) Q Ú - výhřevnost hořlaviny v úletu (600 J/g) [1].. Ztráta fyzicým teplem tuhých zbytů ztráta způsobená nevyužitím tepelné energie v odchozích zbytcích (švára, strusa, propad či úlet popílu) Z F Z FS + Z FÚ 0,08 + 0,005 0,0% (8) Z FS Z FÚ - ztráta fyzicým teplem ve šváře/strusce - ztráta fyzicým teplem v úletu - 0 -

21 r X A S 70 1, Z FS cs t 0, ,08% (9) P 100 Q S , S P r X A Ú 0 1, Z c t 0, ,005% (40) FÚ P Ú 100 Q Ú , Ú P t S - teplota šváry (dle onzultací 400 ) t Ú - teplota úletu (140 ) c S - měrné teplo šváry; c S 0,71+0, t S 0,71+0, ,91 c Ú - měrné teplo úletu; c Ú 0,71+0, t Ú 0,71+0, ,780 J g J g K 1 1 K Ztráta sdílením tepla do oolí ztráta, terá zohledňuje množství tepla, teré uniá srz plášť do oolí. Veliost je závislá na valitě izolace stěn, způsobu oplechování, veliosti povrchu otle a výonu otle. Uvažuji hliníový nátěr a oplechování, výon otle je 1,89 g/s páry, > Z SO 0,9%..5 Ztráta citelným teplem alin (omínová ztráta) nejvýznamnější ztráta, terá zásadně ovlivňuje výslednou účinnost otle teplo, teré odchází z otle v ouři. Její veliost je dána teplotou alin a přebytem vzduchu ve alinách za otlem. Čím vyšší jsou oba parametry, tím vyšší je ztráta. I SP IVZ 978,6 165,1 Z K ( 100 Z ) ( 100 0,5) 6,499% (41) P Q 1446, P I - entalpie alin při hodnotách za otlem t 140 a α 1, [J/g] I vz - entalpie vzduchu při teplotě oolí 0 a přebytu vzduchu za otlemα 1, [J/g] I SP 978,6J / g očteno interpolací z Tab. 5 I I I α 17,00 1, 165,1 J g (4) VZ VZ min / V VZ min OVZ min c t,07 1,0 0 17,00J / g (4)..6 Tepelná účinnost otle Pomocí vypočtených hodnot teplených ztrát otle mohu určit teplenou účinnost otle nepřímou metodou: η 100 Σ 100 8,004 91,996% (44) K Z Σ Z 100 ( Z + Z + Z + Z + Z ) 100 (0,05 + 0,5 + 0,0 + 0,9 + 6,5) 8,004% O F SO K - 1 -

22 . Výrobní teplo páry a množství paliva..1 Výrobní teplo páry celový tepelný výon otle, vypočtu ho ze vztahu: v ( i i ) 1,89(0,47-445,7) 9769,85W Q (45) M pp M pp pp nv - parní výon otle [g/s] i pp - entalpie přehřáté páry při tlau 6MPa a teplotě 450 [J/g] [] i nv - entalpie napájecí vody při 105 [J/g].. Množství paliva Množství paliva přivedeného do otle: Qv 9769,85 M,47g P η K 91,996 QP 1446, p / s (46) Množství sutečně áleného paliva: z 0,5 M pv M p ( 1 ),47 (1 ),455g / s (47)

23 4. Výpočet alovací omory Nejprve musím stanovit rozměry alovací omory. Ty odvodím od plošného zatížení roštu, teré je dle typu roštu a na záladě onzultací 1,9 MW/m. Je vhodné dodržet poměr mezí přední (šířa alovací omory) a boční (hlouba) stěnou alovací omory a/b na hodnotě olem 0,8 s tím, že boční stěna je ta delší. V případě, že by rozměr přední stěny byl výrazně větší než boční, by mělo za následe malou hloubu dalších tahů a tudíž přílišné liatění svazů přehříváů. q Q M Q M r r i pv i pv 1,4,455 >,55 (48) f f q 1,9 m Z toho volím rozměry alovací omory, s ohledem na rozměry trube membránové stěny a jejich rozteče. Truby membránové stěny: d 60, mm a s 90 mm. 61x mm 46x mm Přední strana: a 4,14m Boční strana: b 5,49m Výša: c 15,5m (volím vhodně ta, aby teplota na výstupu z ohniště byla požadovaných 850 ) Obr. Schéma alovací omory Plocha otrubované stěny: F st ac + bc + ab 4,14 15,5 + 5,49 15,5 + 4,14 5,49 1,5m (49) - -

24 Účinná sálavá plocha stěn ohniště: F F x 1,5 0,95 05,m (50) ús st st x st - úhlový součinitel trubové stěny - volím dle [1] Ativní objem ohniště: V o abc 4,14 5,49 15,5 5,m (51) 4.1 Tepelný výpočet ohniště Tepelným výpočtem ohniště určím teplotu odchozích alin z ohniště. Požadovaná teplota alin na výstupu z ohniště je 850, proto jsem se snažil vhodně zvolenými rozměry alovací omory této teplotě přiblížit. Přenos tepla je ve alovací omoře usutečňován převážně sáláním, onvece je zanedbatelná Adiabaticá teplota v ohništi teplota nechlazeného plamene Entalpie alin ve alovací omoře: Qvz + Q p 570, I 506,70J / m (5) O M 5,016,455 pv Teplo dodané vzduchem Q vz : Q O M I 4,1691,455 9,6 570, W (5) vz vz pv vz 41 Teplo dodané palivem Q p : r Q p M pv Qi, W (54) Entalpie alovaného vzduchu I vz : I vz c t 1,0 0 9,6J / m (55) Nyní potřebuji znát entalpie alin pro teploty, mezi terými odhaduji výslednou teplotu pro výše vypočtenou entalpii alin. Dále pomocí interpolací vypočítám výslednou teplotu alin v ohništi

25 Procentuální složení alin: přebyte vzduchu v ohništi 1,: ON,464 dusí: ω N 0, (56) O 5,016 OH 0,9574 O voda: ω H 0, O (57) O 5,016 OO 0,6156 oxid uhličitý: ω O 0, 181 (58) O 5,016 OAr 0,090 argon: ω Ar 0, (59) O 5,016 OSO 0,00010 oxid siřičitý: ω SO 0, (60) O 5,016 ( α 1) Ovz (1, 1)4,1691 vzduch: ω vz 0, 495 (61) O 5,016 Entalpie alin pro 1000 : 1000 I ω i + ω i + ω i + ω i + ω i + ω N N O O SO 0, , , , , ,495 1, ,6J / m SO H O H O Ar Ar vz c p t (6) Entalpie alin pro 000 : 000 I ω i + ω i + ω i + ω i + ω i + ω N N O O SO 0, , , , , ,495 1, ,50J / m SO H O H O Ar Ar vz c p t (6) Interpolací dostávám adiabaticou teplotu v ohništi t np 144, Poměrná teplota alin na výstupu z ohniště Tímto výpočtem určím teplotu odchozích alin z ohniště. Pro výpočet veloprostorových ohnišť se obvyle počítá podle Gurvičova poloempiricého vztahu pro poměrnou teplotu alin na výstupu z ohniště: - 5 -

26 TO 1 Θo (64) 0,6 Ta a0 1+ M B0 T o T a - absolutní teplota alin na výstupu z ohniště [K] - teoreticá teplota při alování, terá je vzata jao teplota při adiabaticém alování[k] Z Gurvičova vztahu si vyjádřím teplotu alin na výstupu z ohniště: ϑa + 7,15 144,8 + 7,15 ϑ o 7,15 7,15 850, 5 (65) 0,6 0,6 a 0, M + B 1 0,59 0,885 0 Teoreticá teplota ϑa se určí z užitečného tepla uvolněného při alování I u, teré se rovná entalpii alin při teplotě teoreticé a součiniteli přebytu vzduchu na onci ohniště [1]. Něteré veličiny jsou závislé na teplotě ϑ, proto budu počítat s hodnotou 850 a vypočítám potřebné parametry, následně dopočítám sutečnou oncovou teplotu. o Součinitel průběhu teplot v ohništi M závisí na druhu alovaného paliva a na poloze maximální teploty plamene x pl (u roštových ohnišť s tenou vrstvou paliva x pl 0) M 0,59 0,5 x 0,59 0,5 0 0,59 (66) pl Boltzmannovo číslo B o ϕ M pv O Bo 11 5,7 10 ψ F T 5, st a 0,99,455 10,5 0,475 1,5 1716,95 0,885 (67) Střední hodnota součinitele tepelné efetivnosti stěn ohniště ψ : ψ x ξ 0,95 0,45 0,475 (68) st x st - úhlový součinitel trubové stěny [1] ξ - součinitel zanesení stěn ohniště [1] Součinitel uchování tepla ϕ : z so 0,9 ϕ 1 1 0,990 (69) η + z 91, ,9 so - 6 -

27 Střední celové měrné teplo alin O O : I u I o 1600, ,81 10,5 J/gK (70) ϑ ϑ 144,8 850 a o I u I o ϑ o ϑ a - adiabaticá teplota plamene pro I u a o - teplo uvolněné ve alovací omoře [J/g] - entalpie alin na výstupu z ohniště pro ϑ o a α o [J/g] - teplota alin na výstupu z ohniště [ ] α [ ] Užitečné teplo uvolněné ve alovací omoře I u : 100 z co zc z p f I u Q p + Qvz 100 z c 100 0,05 0,5 0,0 1446, + 165, ,95J / g 100 0,5 (71) 570,41 570,41 Q vz - teplo přivedené do otle se vzduchem: Q 165,10 J g vz M,455 / (7) pv Stupeň černosti ohniště a o charaterizuje sálavé vlastnosti plamene a stěn ohniště. Pro roštové ohniště platí vztah: a o 1 a pl + ( 1 a ) ( 1 a ) ( 1 ψ ) pl pl R F st 1 R F st 1 0,508 + ( 1 0,508) ( 1 0,508) ( 1 0,475),7 1,5,7 1 1,5 0,755 (7) a pl - stupeň černosti plamene R - plocha hořící vrstvy paliva na roštu: Ra*b4,14*5,49,7m F st - celový povrch stěn ohniště [m ] ψ - střední hodnota součinitele tepelné efetivnosti stěn Stupeň černosti plamene a pl : ps a 1 e 1 e pl ( 1,798 0,1,948) 0,508 - součinitel zeslabení sálání [1/mMPa] p - tla v ohništi (otle bez přetlau v ohništi 0,1MPa) s - účinná tloušťa sálavé vrstvy: s,6*(v o /F st ),6*(5,/1,5),948m - 7 -

28 Součinitel zeslabení sálání : r + p µ + 10 κ1 κ 1, , ,5 0,0 1,798 _1/ mmpa (74) - součinitel zeslabení sálání částicemi osu 1 [1] κ 1 - hodnota závislá na druhu paliva 0,5 [1] κ - hodnota závislá na druhu alování 0,0 [1] Součinitel zeslabení sálání nesvítivými tříatomovými plyny r 7,8 16 r + H O T o 1 1 0,7 r,16 p s 1000 r : 7,8 16 0, , ,7 0,18 1,606 _1/ mmpa,16 0,014, (75) r T o - objemová část tříatomových plynů - teplota na onci ohniště [K] p p*r - celový parciální tla Součinitel zeslabení sálání popelovými částicemi µ : 4 4 µ µ 0,778 0,04 _1 mmpa (76) T d 11,15 0 p / o µ - střední hmotová oncentrace popílu ve alinách d - střední efetivní průměr částeče popílu 0 µ m [1] p - 8 -

29 5. Výpočet onvečních ploch U výpočtu onvečních ploch budu vycházet z požadavů na páru, pro terou je otel navrhován. Pro lepší názornost jsem si vypracoval tepelnou bilanci na straně média i alin a zhotovoval pilový diagram. Obr. 4 Pilový diagram Tab. 7 - tlaové ztráty v jednotlivých částech otle [MPa] Tlaová ztráta v eonomizéru: 0,5 Tlaová ztráta ve výparníu: 0 Tlaová ztráta v závěsných trubách: 0,05 Tlaová ztráta v přehříváu I: 0,15 Tlaová ztráta v přehříváu II: 0,15 Tlaová ztráta v přehříváu III: 0,15-9 -

30 5.1 Teplota a tla napájecí vody K požadovanému oncovému tlau páry připočítám tlaové ztráty jednotlivých částí tlaového systému. Z tohoto tlau a teploty napájecí vody určím entalpii napájecí vody. p nv p pp + p přiii + p přii + p při + p zt + p výp + p eo 6 + 0,15 + 0,15+ 0,15 + 0, ,5 7 MPa (77) Teplota napájecí vody je t nv 105 > entalpie napájecí vody i nv 445,7 J/g 5. Rozvržení tepelného výonu otle na jednotlivé výhřevné plochy 5..1 Přehřívá III Entalpicý ád budu uvažovat: i piii 50J / g Pro požadovanou výstupní teplotu 450 a tla páry 6MPa je entalpie přehřáté páry: i 0,47J/g pp Z toho plyne, že entalpie na vstupu do PIII je: i i i 0, ,47J g (78) piiiin pp piii / Tla na vstupu do PIII: p p + p 6 + 0,15 6, MPa (79) piiiin pp piii 15 Tomu odpovídá teplota: t piiiin 54, 75 Tepelný výon přehříváu III: Q M i 1, , W (80) piii pp piii Přehřívá II Za přehříváem II je umístěna regulace teploty přehřáté páry vstřiem napájecí vody. Množství vstřiu volím % z celového množství přehřáté páry M pp

31 M v1 * i nv (M pp - M v1 ) * i piiout M pp * i piii in Obr. 5 Schéma vstřiu mezi PIII a PII Množství vstřiu: M 0,0 M 0,0 1,89 0,4167g s (81) v 1 pp / Bilanční rovnice: M M i ( pp v1 ) piiout + M v1 inv M pp i piiiin > i piiout M pp i piiiin M v1 inv 1,89 05,47 0, ,7 14,1J / g (8) ( M M ) ( 1,89 0,4167) pp v1 Tla na výstupu: p p + p 6 + 0,15 6, MPa (8) piiout pp piii 15 Tomu odpovídá teplota: t piiout 84, 01 Tla na vstupu: p p + p + p 6 + 0,15 + 0,15 6, MPa (84) piiin pp piii pii Entalpicý ád budu uvažovat: i pii 00J / g Entalpie na vstupu do PII je tedy: i i i 14, ,1J g (85) piiin piiout pii / Tomu odpovídá teplota: t piiin 17,

32 Tepelný výon přehříváu II: Q M M i i 1,89 0, ,1 94,1 694, (86) ( ) ( ) ( ) ( ) W pii pp v1 piiout piiin Přehřívá I Za přehříváem I je umístěna regulace teploty přehřáté páry vstřiem napájecí vody. Množství vstřiu volím 4% z celového množství přehřáté páry M pp. M v * i nv (M pp - M v1 - M v ) * i pi out (M pp - M v1 ) * i pii in Obr. 6 Schéma vstřiu mezi PII a PI Množství vstřiu: M 0,04 M 0,04 1,89 0,5556g s (87) v pp / Bilanční rovnice: M M M ( pp v1 v ) i piout + M v inv ( M pp M v1 ) i piiin > i piout ( M pp M v1 ) i piiin M v ( M M M ) pp v1 v i ( 1,89 0,4167) 94,1 0,5556 ( 1,89 0,4167 0,5556) nv 445,7 041,17 J / g (88) Tla na výstupu: p p + p + p 6 + 0,15 + 0,15 6, MPa (89) piout pp piii pii Tomu odpovídá teplota: t piout 51, 788 Tla na vstupu: p p + p + p + p 6 + 0,15 + 0,15 + 0,15 6, MPa (90) piin pp piii pii pi

33 Entalpie na vstupu do PI je: i piin 815,J / g Entalpicý ád je: i pi 5,9J / g Tomu odpovídá teplota: t piin 87, 858 Tepelný výon přehříváu I: Q M M M i pi ( ) ( i ) pp v1 v piout ( 1,89 0,4167 0,5556) ( 041,17 815,) 918,67W piin (91) 5..4 Výparní V celém prostoru výparníu je tla i teplota onstantní, dochází zde fázové přeměně. Tla ve výparníu: p p + p + p + p + p 6 + 0,15 + 0,15 + 0,15 + 0,05 6, MPa (9) výp pp piii pii pi zt 5 Tomu odpovídá teplota sytosti: t syt 80, 858 Entalpie při tlau ve výparníu: Pro sytou páru i 778,88J/g Pro sytou apalinu i 141,8J/g Tepelný výon výparníu: Q M M M i i ( ) ( ) ( 1,89 0,4167 0,5556) ( 778,88 141,8 ) 19860, W výp pp v1 v 96 (9) 5..5 Závěsné truby Slouží zavěšení trubových svazů přehříváu III, přehříváu II a přehříváu I. Napájeny jsou z bubnu sytou parou. - -

34 Tab. 8 parametry páry v závěsných trubách Vstupní parametry Výstupní parametry Teplota [ ] t zt in 80,858 t zt out 87,858 Tla [MPa] p zt in 6,5 p zt out 6,45 Entalpie [J/g] i zt in 778,88 i zt out 815, Tepelný výon závěsných trube: Q M M M i i ( ) ( ) ( 1,89 0,4167 0,5556) ( 815, 778,88) 469, W zt pp v1 v ztout ztin 56 (94) 5..6 Eonomizér Je ohřívá vody, v důsledu ochlazení alin na výstupu z otle na 140 je v eonomizéru nedohřev vody vůči mezi sytosti Tab. 9 parametry páry v eonomizéru Vstupní parametry Výstupní parametry Teplota [ ] t eo in 105 t eo out 60,858 * Tla [MPa] p eo in 7 p eo out 6,5 Entalpie [J/g] i eo in 445,7 i eo out 118,9 * v eonomizéru uvažuji nedohřev vody vůči mezi sytosti o 0 Tepelný výon eonomizéru: Q M M M i i eo ( ) ( ) pp v1 v eoout eoin ( 1,89 0,4167 0,5556) ( 118,9 445,7) 8959,0W (95) 5..7 elový tepelný výon součet dílčích výonů jednotlivých částí otle Q c Q piii + Q pii + Q pi + Qvýp + Qzt + Qeo Q c 47, , , , , ,0 875, 55W (96) - 4 -

35 5..8 Přehled výhřevných ploch ze strany vody/páry Tab. 10 Výhřevná plocha Teplota Tla Entalpie Tepelný výon [ ] [MPa] [J/g] [W] Eonomizér in ,7 8959, out 60,86 6,5 118,9 Výparní in 80,86 6,5 141, out 80,86 6,5 778,88 Závěsné truby in 80,86 6,5 778,88 469,56 out 87,86 6,45 815, Přehřívá I in 87,86 6,45 815, 918,67 out 51,79 6, 041,17 Přehřívá II in 17,7 6, 94,1 694,66 out 84, 6,15 14,1 Přehřívá III in 54,7 6,15 05,47 47,5 out ,47-5 -

36 6. Výpočet I. tahu Rozměry I. tahu: Přední strana: a 4,14m Boční strana: b 5,49m Výša: h 15,5m Obr. 7 Návrh a rozměry I. tahu Teplota v ohništi: t 1 144,8 Teplota na onci I. tahu: t 850,5 Střední teplota alin: t1 + t 144, ,5 t stř 1147, 15 >140,K (97) Rychlost proudění alin: O M pv 7,15 + tstř 5,016,455 7, ,15 w,96m / s (98) a b 7,15 4,14 5,49 7,15 Teplo předané výparníu: Q I O M 118,68 5,016, , W (99) pv

37 I I 144,8 I 850,5 506,7 178,0 118,68J / m viz Tab. 6 (100) Obr. 8 Tepelné schéma I. tahu - 7 -

38 7. Výpočet mříže Mříž tvoří přechod mezi prvním a druhým tahem. Je tvořena vyhnutím trube v horní části zadní stěny prvního tahu. Vyhnutí trube je provedeno ta, že po výšce mříže jsou truby membránové stěny bez praporu a jsou ve směru tou alin navzájem přesazené. Přesazení tvoří svaze tří trube za sebou o rozteči s 100mm ve směru proudění alin. V příčném směru je rozteč s 1 70mm. Při onstručním výpočtu mříže je prvním úolem určení výšy rozvolnění mříže. Vypočtu ho na záladě rychlosti proudění alin (dle onzultací budu uvažovat 10m/s). Následně si vypočítám teplotu alin za mříží, tzn. provedu nástřel teploty a pomocí tepelného výpočtu ji budu ontrolovat a upravovat doud se zvolená teplota od vypočtené nebude příliš lišit. Obr. 9 Návrh a rozměry mříže Vstupní teplota alin: t 1 850,5 7.1 Konstruční výpočet Výstupní teplota alin: t 8 Střední teplota alin: t1 + t 850,5 + 8 t stř 841, 5 (101) Rychlost proudění alin: w 10m / s - 8 -

39 Počet trube v jedné řadě: z 1 14 Počet řad: z Průměr trube membránové stěny: d 0, 060m Výša rozvolnění: O M pv 7,15 + tstř 5,016,455 7, ,5 c,144m (10) w b z d 7, , ,060 7,15 ( ) ( ) > volím c,m 1 Přepočet rychlosti alin: O M pv 7,15 + tstř 5,016,455 7, ,5 w 9,74m / s (10) c b z d 7,15, 4, ,060 7,15 ( ) ( ) 1 Obr. 10 Tepelné schéma mříže 7..1 Součinitel přestupu tepla 7. Tepelný výpočet - 9 -

40 Součinitel přestupu tepla onvecí olem hladých trube α 0, c s c z λ w d d v 0,65 Pr 0, ,74 0,060 α 0, 0,9707 0,95 6 0, ,7 10 0, 0,65 0,668 0, 57,18W / m K (104) Oprava na uořádání svazu c s : σ 1,658 c s 1 + ( σ 1 ) ( ) 1 0, 9707 (105) S1 70 Poměrná příčná rozteč: σ 1 4, 478 > dle [1] se dosazuje (106) d 60, S 100 Poměrná podélná rozteč: σ 1, 658 (107) d 60, Oprava na počet podélných řad c z : c z 0,91 + 0,015 z 0,91 + 0,015 0, (108) ( ) ( ) 95 Pro střední teplotu proudu odečtu hodnoty z [1]: -6 Součinitel inematicé visozity: v 141,7 10 m / s Součinitel tepelné vodivosti: λ 100, Prandtlovo číslo: Pr 0,668 - W / mk Součinitel přestupu tepla sáláním pro zaprášené aliny α 5,7 10 s a α 0,8W / m s 8 ST + 1 a T K 4 Tz 1 T Tz 1 T 5, , , ,4 64, ,4 64, ,4 4 (109) Absolutní teplota zaprášeného povrchu stěn T z : Tz ts + t + 7,15 80, ,15 64, 01K (110) yt t - hodnota volená pro mříž na výstupu z ohniště [1]

41 Střední teplota alin T: T t stř + 7,15 841,5 + 7, , 4K (111) Stupeň černosti povrchu stěn a st : 0,80 dle[1] Stupeň černosti ohniště a : ps a 1 e 1 e ( 5,095 0,1 0,459) 0,09 (11) Součinitel zeslabení sálání : r 16,8 0,18 5,095 _1 mmpa (11) / Součinitel zeslabení sálání nesvítivými tříatomovými plyny : 7,8 16 r + H O T 1 1 0,7,16 p s ,8 16 0, , ,7 16,8 _1/ mmpa,16 0,018 0, (114) elový parciální tla tříatomových plynů p : p p r 0,1 0,18 0,018 (115) Efetivní tloušťa sálavé vrstvy pro svazy z hladých trube s : 4 s1 s s 0,9 d 1 0,9 0, , 459m π d π 0,060 (116) elový součinitel přestupu tepla: α α α 57,18 + 0,8 88W m K (117) 1 s / 7.. Součinitel prostupu tepla pro výparníové plochy použiji vztah: α ,59W / m K 1+ ε α 1+ 0, (118) ε - součinitel zanesení výhřevné plochy (volím 0,006)

42 Teplo odebrané alinám mříží Q : Q S t 10 57,59 17,5 560, , 7W (119) Teplosměnná plocha mříže S : S π d c z z π 0,060, 14 17, m (10) 1 5 Střední teplotní logaritmicý ád t : t1 t 569,64 551,14 t 560, 4 t1 569,64 ln ln t 551,14 (11) t1 t1 t syt 850,5 80, , 64 (1) t t t syt 8 80, , 14 (1) 7.. Přepočet teploty alin na výstupu z mříže Teplo vstupních alin: Qs I 850,5 O M pv 178,0 5,016, , 9W (14) p1 I 850,5 - entalpie vstupních alin do mříže viz Tab. 6 Teplo alin na výstupu: Qs Q 1 Q 865,9 564,7 00, 57W (15) p Entalpie výstupních alin: Qs p 00,57 I 145,41J / m (16) O M 5,016,455 pv Tomu odpovídá teplota výstupních alin t 8,, liší se od předpoládané teploty o 0,, což je přijatelné

43 8. Výpočet II. tahu Jedná se o tah, terý je prázdný, neobsahuje žádné svazy ani závěsné truby. Je tvořen pouze membránovou stěnou, terá tvoří část výparníu. Obr. 11 Návrh a rozměry II. tahu Rozměry 1. části II. tahu: Přední strana: a 4,14m Boční strana: x,07m Výša: h 1 9,0m Déla mříže: c,m 8.1 Konstruční výpočet Vstupní teplota alin: t 1 8 Výstupní teplota alin: t 76 Střední teplota alin: t1 + t t stř 779 (17) - 4 -

44 Rychlost proudění alin: w 8m / s volím Plošný průřez II. tahu: O M pv 7,15 + tstř 5,016,455 7, S IItah 8,4m (18) w 7,15 8 7,15 S IItah 8,4 > boční rozměr x,01m > volím,07m (19) a 4,14 Přepočet rychlosti alin: O M pv 7,15 + t stř 5,016,455 7, w 7,78m / s (10) a x 7,15 4,14,07 7,15 Světlý průřez alin: F a x 4,14,07 8,5698m (11) Obr. 1 Tepelné schéma II. tahu 8..1 Součinitel přestupu tepla 8. Tepelný výpočet

45 Součinitel přestupu tepla onvecí pro podélné proudění α 0,8 e 0,4 0, ,78,76 Pr 0,9 0,0 6 λ w d 0,9 0,0 d e v α 8,85W / m K Pro střední teplotu proudu odečtu hodnoty z [1]: -6 Součinitel inematicé visozity: v 10,59 10 m / s Součinitel tepelné vodivosti: λ 95, Prandtlovo číslo: Pr 0,61 -,76 W / mk 10, ,8 0,61 0,4 (1) Evivalentní průměr alin d e : 4 F 4 8,5698 d e, 76m (1) O 1,4 Obvod análu O : O a + x 4,14 +,07 1, 4 (14) ( ) ( ) m Součinitel přestupu tepla sáláním pro zaprášené aliny α 5,7 10 s a α 46,57W / m s 8 ST + 1 a T K 4 Tz 1 T Tz 1 T 5, , , ,15 554, ,15 554, ,15 (15) Střední teplota alin T: T t stř + 7, ,15 105, 15K (16) 4 Absolutní teplota zaprášeného povrchu stěn T z : Tz ( ts + ε q) + 7,15 ( 80, , ) + 7,15 554, 09K (17) yt ε - součinitel zanesení membránové stěny (volím 0,005) Měrné zatížení II. tahu q: Q1 07,58 q,15 W / m (18) F 18,57 st

46 Povrch teplosměnných ploch II. tahu F st : F a x + h + c x + h + c a + h a F st st 4,14,07 ( 1 ) ( 1 ) 1 + ( 9 +,),07 + ( 9 +,) 4, ,14 18,57m (19) Předběžné určení tepla, teré odevzdají aliny výparníu v II. tahu: Q I O M 185,1 5,016,455 07, W (140) 1 pv 58 I I 8 I , ,0 185,1J / m (141) Stupeň černosti povrchu stěn a st : a st 0,80 dle[1] Stupeň černosti ohniště a : ps a 1 e 1 e (,071 0,1,1) 0,997 (14) Součinitel zeslabení sálání : r 7,56 0,18,07 _1 mmpa (14) / Součinitel zeslabení sálání nesvítivými tříatomovými plyny : 7,8 16 r + H O T 1 1 0,7,16 p s ,8 16 0, , ,7 7,56 _1/ mmpa,16 0,018, (144) elový parciální tla tříatomových plynů p : p p r 0,1 0,18 0,018 (145) Efetivní tloušťa sálavé vrstvy s : V x a ( c + h1 s,6,6 ) F x a + x ( c + h1 ) + a ( c + h1 ) st,07 4,14 (, + 9) s,6,07 4,14 +,07 (, + 9) + 4,14 (, + 9),1m (146) Stupeň černosti povrchu stěn a st : a st 0,80 dle[1]

47 elový součinitel přestupu tepla: α α + α 8, ,57 55,4W m K (147) 1 s / 8.. Součinitel prostupu tepla α1 55,4 46,4W / m K 1+ ε α 1+ 0,005 55,4 1 (148) Teplo, teré sutečně odeberou membránové stěny Q : Q Fst t 10 46,4 18,57 496, , 7W (149) Střední teplotní logaritmicý ád t : t1 t 551,4 445,14 t 496, 5 t1 551,4 ln ln t 445,14 (150) t1 t1 tsyt 8, 80, , 4 (151) t t t syt 76 80, , 14 (15) 8.. Přepočet teploty alin na výstupu z II. tahu Teplo alin na výstupu: Qs Q 1 Q 00,57 19,7 0107, 84W (15) p Entalpie výstupních alin: Qs p 0107,84 I 1161,06J / m (154) O M 5,016,455 pv Tomu odpovídá teplota výstupních alin t 77,50, liší se od předpoládané teploty o 1,5, což je přijatelné

48 9. Výpočet výsypy Výsypa je tvořena pouze membránovou stěnou, terá tvoří část výparníu. Slouží částečnému odebrání popílu obsaženého ve alinách. Obr. 1 Návrh a rozměry výsypy 9.1 Konstruční výpočet Rozměry výsypy Přední strana: a 4,14m Hlouba II. tahu: x,07m Déla šimé stěny e 5,40m Hlouba III. tahu: g,m (viz. apitola 10.1) Výša výsypy: i 4,67m (z rovnostranného trojúhelníu) Nejužší rozměr výsypy: j 1,79m (z pravoúhlého trojúhelníu) Vstupní teplota alin: t 1 77,5 Výstupní teplota alin: t 68 Střední teplota alin: t1 + t 77, t stř 704, 75 (155)

49 Plošný rozměr nejužší části výsypy: S výs a j 4,14 1,79 7,4106m (156) Rychlost alin: O M pv 7,15 + tstř 5,016,455 7, ,75 w 8,7m / s (157) a j 7,15 4,14 1,79 7,15 Obr. 14 Tepelné schéma výsypy 9..1 Součinitel přestupu tepla 9. Tepelný výpočet Součinitel přestupu tepla onvecí pro podélné proudění α 0,8 e 0,4 0, ,7,499 Pr 0,9 0,0 6 λ w d 0,9 0,0 d e v α 9,84W / m K, , ,8 0,695 0,4 (158) Pro střední teplotu proudu odečtu hodnoty z [1]: -6 Součinitel inematicé visozity: v 114,99810 m / s Součinitel tepelné vodivosti: λ 88, Prandtlovo číslo: Pr 0,695 - W / mk

50 Evivalentní průměr alin d e : 4 F 4 7,4106 d e, 499m (159) O 11,86 Obvod análu O : O a + j 4,14 + 1,79 11, 86 ( ) ( ) m Součinitel přestupu tepla sáláním pro zaprášené aliny α 5,7 10 s a α 44,0W / m s 8 ST + 1 a T K 4 Tz 1 T Tz 1 T 5, , , ,9 6, ,9 6, ,9 4 (160) Střední teplota alin T: T t stř + 7,15 704,75 + 7,15 977, 9K (161) Absolutní teplota zaprášeného povrchu stěn T z : Tz ( ts + ε q) + 7,15 ( 80, , ) + 7,15 6, 54K (16) yt ε - součinitel zanesení membránové stěny (volím 0,005) Měrné zatížení výsypy q: Q1 169,0 q 19,58W / m (16) F 69,9 st Povrch teplosměnných ploch výsypy F st : ( x + g) i (,07 +,) 4,67 F st + e a + 5,40 4,14 69,9m (164) Předběžné určení tepla, teré odevzdají aliny výparníu ve výsypce: Q I O M 79,05 5,016, , W (165) 1 pv 0 I I 77,5 I ,06 108,01 79,05J / m (166)

51 Stupeň černosti povrchu stěn a st : a st 0,80 dle[1] Stupeň černosti ohniště a : ps a 1 e 1 e (,51 0,1,06) 0,4015 (167) Součinitel zeslabení sálání : r 8,049 0,18,51_1 mmpa (168) / Součinitel zeslabení sálání nesvítivými tříatomovými plyny : 7,8 16 r + H O T 1 1 0,7,16 p s ,8 16 0, , ,7 8,049 _1/ mmpa,16 0,018, (169) elový parciální tla tříatomových plynů p : p p r 0,1 0,18 0,018 (170) Efetivní tloušťa sálavé vrstvy s : e i 5,40 4,67 a 4,14 V s,6,6,6,06m (171) F e i 5,40 4,67 st + e a + 5,40 4,14 elový součinitel přestupu tepla: α α + α 9, ,0 54,14W m K (17) 1 s / 9.. Součinitel prostupu tepla α1 54,14 45,5W / m K 1+ ε α 1+ 0,005 54,14 1 (17) Teplo, teré sutečně odeberou membránové stěny Q : Q Fst t 10 45,5 69,9 4, , 04W (174)

52 Střední teplotní logaritmicý ád t : t1 t 446,64 401,14 t 4, 48 t1 446,64 ln ln t 401,14 (175) t1 t1 t syt 77,5 80, , 64 (176) t t t syt 68 80, , 14 (177) 9.. Přepočet teploty alin na výstupu z výsypy Teplo alin na výstupu: Q Q Q 0107,84 148, , W (178) s p výs 1 8 Entalpie výstupních alin: Qs p 18759,8 I 108,J / m (179) O M 5,016,455 pv Tomu odpovídá teplota výstupních alin t 68,7, liší se od předpoládané teploty o 0,7, což je přijatelné

53 10. Výpočet III. a IV. tahu III. tah jedná se o tah, terý je tvořen membránovou stěnou, terá tvoří část výparníu, závěsnými trubami a svazy přehříváů. IV. tah je proveden jao plechový anál Výpočet hlouby III. tahu Nejprve si určím hloubu III. tahu, terá je nutná výpočtu přehříváů. Počítat ji budu pro přehřívá PII a rychlost alin se budu snažit udržet pod 6 m/s. Entalpie alin za PIII: Qs Q pvýs PIII 18759,8 47,5 I PIIIout 88,71J / m (180) O M 5,016,455 > teplota alin t PIIIout 564, 95 pv Střední teplota alin v PIII: t1 + t PIII PIII 68, ,95 t stř 6, 8 (181) Entalpie alin za PII: Qs Q PIII Q p výs PII 18759,8 47,5 694,66 I PIIout 77,1J / m (18) O M 5,016,455 > teplota alin t PIIout 471, 0 pv Střední teplota alin v PII: t1 + t PII PII 564, t stř 517, 98 (18) Světlý průřez alin: O M pv 7,15 + tstř 5,016,455 7, ,98 F 10,0m (184) w 7,15 5 7,15-5 -

54 Hlouba III. Tahu: F g d zt a ntrpii dtr 4 π 4 10,0 0,08 4,14 1 0,08 4 π 4,05m (185) > volím hloubu III. tahu g,m 10. Výpočet 1. části III. tahu Obr. 15 Tepelné schéma 1. části III. tahu Obr. 16 Schéma onstručního návrhu PIII

55 10..1 Přehřívá III Přehřívá III je tvořen dvojhadem, v jedné řadě je 4 trube (x1), řad je 4. Truby jsou hladé. Tab rozměry trube vnější průměr truby d 8 mm tloušťa stěny truby t 4 mm podélná rozteč trube s 1 00 mm příčná rozteč trube s 90 mm počet trube v 1 řadě n tr 1 - počet řad n ř 4 - Tab. 1 - parametry páry Teplota na vstupu t 1 54,7 Teplota na výstupu t 450 Tla na vstupu p 1 6,15 MPa Tla na výstupu p 6 MPa Měrný objem na vstupu v 1 0,04157 m /g Měrný objem na výstupu v 0,0517 m /g Průtočné množství páry M pp 1,89 g/s Střední teplota páry: t1 + t ,7 t p, stř 40, 7 (186) Tab. 1 - parametry alin Teplota na vstupu t 1 68,7 Teplota na výstupu t 55 Entalpie na vstupu I 1 108, J/m Entalpie na výstupu I 816,6 J/m Střední teplota alin: t1 + t 68, t stř 60, 85 (187)