Kotel na spalování výpalků lihovarů

Transkript

1 VYSKÉ UČENÍ TEHNKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství Energetický ústav Dilomová ráce Vyracoval: Bc. Viktor Lía Vedoucí dilomové ráce: doc. ng. Zdeněk Skála, Sc. Brno, 008

2 Bc. Viktor Lía FS VUT Brno 006 Kotel na salování výalků z lihovarů ---

3 Bc. Viktor Lía FS VUT Brno 006 Kotel na salování výalků z lihovarů ---

4 Bc. Viktor Lía FS VUT Brno 006 Kotel na salování výalků z lihovarů --4-

5 Bc. Viktor Lía FS VUT Brno 006 Kotel na salování výalků z lihovarů Anotace Bc. Viktor Lía Kotel na salování výalků z lihovarů Dilomová ráce, Ústav energetiky, 008 Dilomová ráce se zabývá rojekčním návrhem kotle, včetně dimenzování telosměnných loch a konstrukčním návrhem komory ekonomizéru. Kotel slouží na salování výalků z lihovarů a je vybaven řirozenou cirkulací výarníkem a roštovým salováním. Klíčová slova Kotel, teelný výočet, salovací komora, komora ekonomizéru Annotation Viktor Lía Stillage boiler Graduation theses, ower deartment, 008 This graduation theses deals with designer solution of the boiler, include the dimensioning heat exchangers and engineering designer of the economizer chamber. Boiler is used for stillage combustion and fitted by natural circulation in vaorizer and stoker fired furnace. Key words Boiler, thermal calculation, vaorizer, economizer --5-

6 Bc. Viktor Lía FS VUT Brno 006 Kotel na salování výalků z lihovarů Bibliografická citace mé ráce: LÍPA, V.. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí dilomové ráce doc. ng. Zdeněk Skála, Sc. --6-

7 Bc. Viktor Lía FS VUT Brno 006 Kotel na salování výalků z lihovarů Čestné rohlášení Prohlašuji, že jsem tuto dilomovou ráci vyracoval sám za omoci vedoucího dilomové ráce Doc. ng. Zdeňka Skály, Sc., konzultanta ng. Bedřicha Heinze, literatury a dokumentačních materiálů a ostatních zdrojů, které mi byly oskytnuty a které jsou uvedeny v závěru ráce. V Brně dne Podis --7-

8 Bc. Viktor Lía FS VUT Brno 006 Kotel na salování výalků z lihovarů Poděkování Děkuji vedoucímu mé dilomové ráce Doc. ng. Zdeňku Skálovi, Sc. za oskytnutí informací a cenných řiomínek, dále ng. Bedřichu Heinze za omoc ři řešení a hledání odkladů ro výočty. Také rodině a řátelům za jejich odoru o dobu mého studia. --8-

9 Bc. Viktor Lía FS VUT Brno 006 Kotel na salování výalků z lihovarů SEZNA BRÁZKŮ br. - -t diagram salin bez vlivu recirkulace... br. - -t diagram salin se zahrnutím recirkulovaných salin...4 br. 4- Salovací komora v membránovém rovedení... br. 4- Pilový diagram...4 br. 5- Schéma. vstřiku do řehříváku...5 br. 5- Schéma. vstřiku do řehříváku...6 br. 6- Návrh a rozměry salovací komory...40 br. 6- Schéma teelného výočtu...40 br. 7- Návrh a rozměry mříže...4 br. 7- Schéma teelného výočtu...4 br. 8- Návrh a rozměry.části. tahu a schéma teelného výočtu...46 br. 8- Schéma teelného výočtu...5 br. 8-4 Schéma teelného výočtu...6 br. 9-6 Schéma teelného výočtu...74 br. 9- schéma teelného výočtu...79 SEZNA TABULEK Tab. - Entalie složek salin a měrné telo suchého vzduchu a vodní áry...0 Tab. - Entalie salin ři různých hodnotách řebytku vzduchu bez vlivu recirkulace... Tab. -4 Entalie salin se zahrnutím recirkulovaných salin...4 Tab. 5-řehled výhřevných loch ze strany racovního média...9 Příloha A : Schéma kotle SEZNA PŘÍLH Příloha B : konstrukční výkres komory ekonomizeru --9-

10 Bc. Viktor Lía FS VUT Brno 006 Kotel na salování výalků z lihovarů BSAH BSAH... 0 ÚVD.... BENĚ ALVÁNÍ BASY.... VÝHDY VYUŽTÍ BASY NEVÝHDY VYUŽTÍ BASY TEHNKÝ PPS KTLE... 4 STEHETRKÉ VÝPČTY VÝPČET JEDNTLVÝH SLŽEK PALVA NÁLNÍ BJEY VZDUHU A ALN Z PRVKVÉH RZBRU PALVA BJEY VZDUHU A ALN NŽSTVÍ VZDUHU A ALN ENTALPE VZDUHU A PRDUKTŮ ALVÁNÍ T DAGRA ALN A BLANE VZDUHU....6 ENTALPE ALN PŘ RERKULA URČENÍ TEPEL ALN BJEY VZDUHU A PDÍLY SLŽEK ELKVÝH ALN SE ZAHRNUTÍ RERKULVANÝH ALN... TEPELNÁ BLANE KTLE TEPL PŘVEDENÉ D KTLE ZTRÁTY KTLE A TEPELNÁ ÚČNNST KTLE ZTRÁTA HEKÝ NEDPALE ZTRÁTA EHANKÝ NEDPALE ZTRÁTA SDÍLENÍ TEPLA D KLÍ (SÁLÁNÍ) ZTRÁTA KÍNVÁ ZTRÁTA FYZKÝ TEPLE TUHÝH ZBYTKŮ TEPELNÁ ÚČNNST KTLE VÝRBNÍ TEPL PÁRY A NŽSTVÍ PALVA VÝRBNÍ TEPL PÁRY NŽSTVÍ PALVA VÝPČET ALVAÍ KRY TEPELNÝ VÝPČET HNŠTĚ URČENÍ ADABATKÉ TEPLTY V HNŠT PĚRNÁ TEPLTA ALN SUČNTEL BLTZANNV ČÍSL SUČNTEL TEPELNÉ EFEKTVNST STĚN STUPEŇ ČERNST HNŠTĚ NŽSTVÍ TEPLA DEVZDANÉH V HNŠT D STĚN ZNÁZRNĚNÍ ALVAÍ KRY

11 Bc. Viktor Lía FS VUT Brno 006 Kotel na salování výalků z lihovarů 5 VÝPČET KNVEKČNÍH PLH TLAK NAPÁJEÍ VDY PŘEHŘÍVÁK PŘEHŘÍVÁK PŘEHŘÍVÁK ZÁVĚSNÉ TRUBKY VÝPARNÍK HŘÍVÁK VDY (EKNZÉR) ELKVÉ PTŘEBNÉ TEPL PŘEHLED VÝHŘEVNÝH PLH ZE STRANY PRAVNÍH ÉDA VÝPČET. TAHU VÝPČET ŘÍŽE KNSTRUKČNÍ VÝPČET SUČNTEL PŘESTUPU TEPLA SUČNTEL PRSTUPU TEPLA PŘEPČET TEPLTY ALN NA VÝSTUPU Z ŘÍŽE VÝPČET. TAHU KTLE PŘEDBĚŽNÝ VÝPČET ALNVÉH KANÁLU VÝPČET. ČÁST. TAHU VÝPČET EBRÁNVÉ STĚNY VÝPČET ZÁVĚSNÝH TRUBEK PŘEPČET ALN NA VÝSTUPU Z. ČÁST. TAHU VÝPČET. ČÁST. TAHU VÝPČET EBRÁNVÉ STĚNY VÝPČET PŘEHŘÍVÁKU VÝPČET ZÁVĚSNÝH TRUBEK PŘEPČET ALN NA VÝSTUPU Z. ČÁST. TAHU VÝPČET. ČÁST. TAHU VÝPČET EBRÁNVÉ STĚNY VÝPČET PŘEHŘÍVÁKU VÝPČET ZÁVĚSNÝH TRUBEK PŘEPČET ALN NA VÝSTUPU Z. ČÁST. TAHU VÝPČET. A V. TAHU KTLE PŘEDBĚŽNÝ VÝPČET ALNVÉH KANÁLU VÝPČET PŘEHŘÍVÁKU PŘEPČET ALN NA VÝSTUPU Z. ČÁST. TAHU VÝPČET EKNZÉRU PČET ŘAD PŘEPČET ALN NA VÝSTUPU Z EKNZERU KNTRLA TEPELNÉ BLANE KTLE...8 PEVNSTNÍ VÝPČET KRY EKNZERU

12 Bc. Viktor Lía FS VUT Brno 006 Kotel na salování výalků z lihovarů ZÁVĚR... 9 SEZNA PUŽTÉ LTERATURY... 9 PŘEHLED PUŽTÝH SYBLŮ A ZKRATEK

13 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 ÚVD. becně o salování biomasy o je to vlastně biomasa? Tohle oslední dobou oměrně hodně frekventované slovo, u nás i ve světě, ředstavuje v odstatě organickou hmotu v různých formách, využívanou ro energetické účely. Biomasa ředstavuje asi / všech obnovitelných zdrojů v Evroě a je nejrychleji rostoucím odvětvím obnovitelné energetiky. Z důvodu začínající krize fosilních aliv se roto dostává do oředí zájmu jak ro malé domkové uživatele, tak ro využití v teelných elektrárnách. Biomasu rozlišujeme na více druhů. ůže to být rostlinného ůvodu (fytomasa), živočišného ůvodu, vedlejší organické rodukty nebo organické odady. Za základní zdroj biomasy se ovažují rostliny, které jsou omocí světelné energie Slunce schony vytvořit sacharidy a následně bílkoviny. Z hlediska energetického využití jde v odmínkách České reubliky většinou o dřevo (či tříděný odad), slámu, rychle rostoucí energetické rostliny (řeka olejná,..) a jiné zemědělské zbytky a exkrementy užitkových zvířat, či o energeticky využitelný tříděný komunální odad nebo lynné rodukty vznikající ři rovozu čistíren odadních vod. Využití rostlinné biomasy je limitováno ředevším dostuností ůdy. Využití energie biomasy je velmi různorodé. Do budoucna by se však biomasa měla využívat těmi nejefektivnějšími zůsoby. Nejvyšší účinnosti lze dosáhnout ři výrobě tela, tedy více než 90 %. Kombinovaná výroba elektřiny a tela má účinnost od 50 % do 90 % v závislosti na oužité technologii. Tyto technologie jsou kvalitní a slibně se rozvíjejí. Produkce kaalných bioaliv rvní generace (ředevším bioethanol a methylester rostlinných olejů) má účinnost % za dodržení otimálních odmínek výroby. Je to do značné míry ovlivněno hektarovým výnosem lodin a zůsobem ěstování. Nejnižší účinnost ředstavuje výroba elektrické energie bez využití tela (5 40 %). bdobně nízkou účinnost vykazují také kaalná bioaliva druhé generace, ale technologie výroby se zatím vyvíjejí a lze očekávat výrazné zlešení. alivo výhřevnost [ J / kg] obsah vody [ 0 ] obsah síry [ 0 ] hnědé uhlí energetické 0,6 -,7 4-6, -,8 hnědé uhlí-domácnost, ,8 olínka suchá do 5 0 iliny a hobliny do 6 do 5 0 kůra jehličnanů skladovaná 9 -, , štěka hrubá, štěka drobná 6 do 60 0 kůrové brikety 8,5 cca 0 0, dřevěné elety 7,5 ca 0 0 sláma obilní 4 cca 0 0, řeková 5 cca 0 0, Tab.. - orovnání základních veličin biomasy a uhlí. Tabulka řevzata z

14 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008. Výhody využití biomasy Biomasa má jako zdroj energie obnovitelný charakter. Likvidace odadů. Zbytek o zracování lze využít jako hnojiva. Salování evných komunálních odadů (na jednu osobu řiadá cca kg evných odadů za rok). Její využívání řisívá ke zlešení životního rostředí. ntenzivní vegetace energetických rostlin řisívá k redukci skleníkových lynů (intenzivnějším odčeráváním oxidu uhličitého z ovzduší- uzavře se koloběh vzniku a zániku). Pěstování energetických rostlin umožňuje efektivní využívání řebytečné ůdy. Produkce biomasy, její zracování a výroba říslušné techniky rozšiřuje racovní říležitosti v regionech, a roto má využívání biomasy ro energii i ozitivní sociální asekty. Biomasu lze odle tyu využít buď ro salování, nebo ji biochemicky řeměnit (kvašením) na další ušlechtilá bioaliva jako je biolyn, bionafta nebo etanol. mezení využívání neobnovitelných zdrojů.. Nevýhody využití biomasy Závisí na tyu biomasy. Větší obsah vody a tudíž nižší výhřevnost (dřevní hmota). Větší objem aliva a tím ádem vyšší nároky na skladovací rostory. Nutnost úravy aliva (sušení, tvarování, atd.) vyžaduje investice do nových zařízení. To činí celý roces složitější a nákladnější. U výroby a využití biolynu oměrně vysoké investiční náklady na technická zařízení, což zvyšuje cenu vyrobené energie. Poměrně složitá maniulace s alivem ve srovnání s lynem, elektřinou, LT. ožnost rovozu je závislá na možnosti získat v lokalitě dostatečné množství biomasy..4 Technický ois kotle Parní kotel je určen ke salování biomasy ve formě eletek, lisovaných z odadních výalků lihovarů a je roveden jako kotel s roštovým salováním a řirozeným cirkulací výarníkem. Pro salování biomasy se oužije americký rošt rotograte. Palivo se saluje částečně ve vznosu a částečně na roštu. Jemné části aliva shoří římo v roudu salin. Větší části se rovnoměrně nasyou řes rošt. Ze salování ve vznosu lyne výhoda, že většina aliva shoří řed dotykem s roštem a roto locha roštu může být menší než u klasických roštů, kde je maximální teelné zatížení W/m. U oužitého roštu je,8 W/m, to má za následek menší rozměry roštu a tím ádem i salovací komory. --4-

15 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 V zadní stěně salovací komory jsou trysky ro vstu recirkulovaných salin. Recirkulace slouží k ovlivnění teloty salování a tím i ke snížení tvorby Nx a dále ke snížení teloty salin. Necirkulované saliny jsou odebírány za oslední výhřevnou lochou kotle o telotě cca.40. Telota áry je regulována dvoustuňovou vstřikovou regulací naájecí vodou, která je umístěna za. a. blokem řehříváku. --5-

16 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 STEHETRKÉ VÝPČTY Stechiometrické výočty slouží ke zjištění objemu vzduchu, otřebného ro sálení jednoho kilogramu eletek a ke zjištění objemu salin, které ři salování vznikají. Hodnota objemu je brána ro normální stav, tj. 0 a tlak 0,0a. odel dokonalého salování ředokládá dokonalé sálení veškeré hořlaviny obsažené v alivu (teoretický říad). odel nedokonalého salování řiouští ouze částečné vyhoření aliva. To je zohledněno ve ztrátě mechanickým nedoalem (Z ). Stechiometrické objemy jsou závislé na složení aliva, změna aliva znamená i změny objemů a nový výočet.. Výočet jednotlivých složek aliva h + A r + W r 00% (.-) 90,0% + 4,% + 5,8% 00% Prvkový obsah hořlaviny h h + H h + N h + h + S h 00% (.-) 50,8% + 6,% + 0,% + 4,6% + 0, 00% Prvkový obsah na kg aliva r 44, % ; H r 6,5% ; N r 5,4% ; r,%; S r 0,7%. inimální objemy vzduchu a salin z rvkového rozboru aliva inimální množství kyslíku ke sálení kg aliva: min 0,9577m r r r,9 H S rch ,0 4,0,06 / kg, ,,0 + 6,5 4,0 + 0,5,06, (.-) kde r, r H, je složení hořlaviny surového aliva a r r S 0,7 v ůvodním stavu [%], kde S rch 0,5% inimální množství suchého vzduchu ke sálení kg aliva: r S rch je obsah rchavé složky síry min 0,9577 4,5604m kg (.-) S VZ min / bjem vodní áry na m suchého vzduchu: V H " 0,00447 ϕ 0,7 0,068 % (.-) " ϕ 0,0 0,7 0,00447 c c " ϕ " 0,04 ro 0 (.-4) --6-

17 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 ϕ je relativní vlhkost vzduchu[70%] " je absolutní tlak vodní áry na mezi sytosti ři dané telotě vzduchu c je celkový absolutní tlak vlhkého vzduchu " součinitel f + ϕ + 0,068, 068 (.-5) " ϕ c inimální množství vlhkého vzduchu ke sálení kg aliva f,068 4,5604 4, 607 S VZ min VZ min m / kg (.-6) inimální množství suchých salin vznikne dokonalým sálením aliva bez řebytku vzduchu(ři α ): ,84 + 0,0048+,60 + 0,040 4,474m / kg (.-7) S min S N Ar bjem ve salinách se určí ze vztahu: r,6 S,6 44, + 0,000 VZ min + 0,000 4,5604 0,84m / kg (.-8) 00,0 00,0 bjem S ve salinách se určí ze vztahu: r,89 S rch,89 0,05 0,0048m kg (.-9) 00,06 00,06 S / bjem N ve salinách se určí ze vztahu: r,4 N S,4 5,4 + 0,7805 VZ min + 0,7805 4,5604,60m / kg (.-0) 00 8, ,06 N bjem Ar ve salinách se určí ze vztahu: S 0,009 0,009 4,5604 0,040m kg (.-) Ar VZ min / aximální množství ve salinách: 0,84 (.-) max S 4,474 ( ) ,95% min inimální objem vodní áry je tvořen vodní arou ze salování vodíku, odařenou vlhkostí a vlhkostí vzduchu: H min 44,8 00 r r 44,8 H,4 Wt ,0 00 8,06 6,5 4,0 +,4 00 5,8 8,06 + ( f ) S VZ min (,068 ) 4,5604 0,8709m / kg (.-) --7-

18 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 inimální množství vlhkých salin: S + 4, ,8709 5,4m kg (.-4) min min H min /. bjemy vzduchu a salin Aby nedocházelo k vysokým nedoalům aliva, se ve skutečnosti salování rovádí s určitým řebytkem vzduchu α, ten závisí na tyu kotle a aliva. Na α otom závisí skutečné hodnoty množství salovacího vzduchu a vzniklých salin. Volím na základě dooručení konzultantů řebytek vzduchu na roštu α,... nožství vzduchu a salin Skutečné množství vzduchu s řebytkem vzduchu: VZ α VZ min, 4,670 6,08m / kg (..-) Skutečné množství salin s řebytkem vzduchu α, : min + ( α ) min 5,44 + (, ) 4,670 VZ 6,74m / kg (..-) bjemové části tříatomových lynů: r R S + 0, ,84 0,9 6,74 (..-) H 0,895 r H 0,0 (..-4) 6,74 kde H + ( f )( α ) 0,895m H min / kg S VZ min 0, (,068 )(, ) 4,5604 (..-5) Součet objemových částí tříatomových lynů: r r + r 0,9 + 0,0 0,558 (..-6) R H Koncentrace oílku ve salinách: 0A x 0 4, 6, r µ,70 / (..-7) 00 g m kde x je rocento oela v úletu a A r je rocento oelovin v ůvodním stavu aliva. x ro dřevo volím 8%. Pro řehledné osouzení vývoje roduktů salování je vytvořena následující tabulka

19 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 Tab. - bjem salin a objemové části tříatomových lynů ři různých řebytcích vzduchu α,, s recirkulací [ m / kg [ m / kg H µ [ ] 5,44 6,74 7,7448 ] 0,8709 0,895,0845 r R [-] 0,548 0,9 0, r [-] 0,6075 0,0 0,95947 H r [-] 0,79 0,558 0,9975 g / m ], ,70, Entalie vzduchu a roduktů salování Při teelné bilanci kotlů a salinových výměníků je třeba vyjádřit telo, které je salinám odebíráno. K tomuto účelu je nejvhodnější oužít entalii salin. Pro zjednodušení bilančních vztahů je výhodnější neracovat s měrnou entalií vztaženou na jednotku jejich objemu nebo hmotnosti, ale jako základní vztažnou jednotku oužít objem salin, který řísluší sálení jednotkového množství aliva. Jednotkou měrné entalie je ak kj/kg aliva. Entalie salin vzniklých sálením kg tuhého aliva(ro výočet beru telotu 450, řebytek vzduchu α a součinitel f,068 z rovnice.-5) : + α ) + 55, ( ) 609, ,8698kJ / kg (.4-) min ( VZ min P inimální množství salin: min i + S i S + N i n + H i H + 0, , ,60 596,5 + 0, ,5 + 0,040 48,5 55,8698kJ / kg Ar i Ar (.4-) kde i je entalie jednotlivých složek salin Entalie minimálního množství vzduchu: S ( ct) 4,5604,64 (450) 609,405kJ kg (.4-) VZ min VZ min VZ / kde měrné telo vlhkého vzduchu se určí: c c + 0,006d c,6 + 0,006 0,4464,5775,64 kj / m K (.4-4) S kde d se určí: H d ( f ρ ) ρ ( H ) ( VZ ) ,8040 (,068 ) 0,90 0,4464g / kg (.4-5) ři d > 0gr/kg, d...obsah vody ve vzduchu v gr na kg suchého vzduchu --9-

20 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 měrné telo suchého vzduchu c s a měrné telo vodní áry ch se určí z tabulky -, stejně jako entalie složek salin. Tab. - Entalie složek salin a měrné telo suchého vzduchu a vodní áry t [ ] [ kj ] Entalie složek salin N [ kj ] H kj [ ] S [ kj ] [ kj/m ] ěrné telo /m /m /m /m Ar [ / m c S kj K] c H [ kj/ m K] ,00, ,07, ,7, ,9, ,4, ,56, ,7, ,84, ,98, ,40, ,46, ,45,96 Entalie oílku P se uvažuje okud rocento oelovin v alivu slňuje nerovnost: A r r 6i > 4,8 x 4, < 4,76 P ,65 4,8 8 (.4-6) Takže entalii oílku neuvažuji P

21 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 Tab. - Entalie salin ři různých hodnotách součinitele řebytku vzduchu bez vlivu recirkulace t VZ min min [ kj / kg] [ ] [ kj / kg] [ kg] kj /,,5, ,7 74,556 94, ,066 05, , , , 99,985 05, ,055 89, ,765 9,67 6, , ,8 89,78 96,7 40, ,99 9,6 4889, 5048, , ,6 4777,656 59,54 60,7 6480, ,55 565, ,96 75,7 766, ,5 6544, ,7 847,98 886, , ,60 909,49 950, , ,46 877, , ,06 0, ,088 80,59 69,8 6749, , ,0 885,075 79,6 078,8 4476,.5 -t diagram salin a bilance vzduchu -t diagram salin a vzduchu 0000 entalie [kj/kg] alfa alfa, alfa,5 alfa,45 vzd min telota [ ] br. - -t diagram salin bez vlivu recirkulace ---

22 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ Entalie salin ři recirkulaci Recirkulace je v odstatě řivádění chladných salin (cca. 40 ) do rimárního vzduchu, což zůsobí ochlazení salin ve salovací komoře. Recirkulace salin ve výočtech objemů a entalií se uvažuje na celém úseku od místa zavedení necirkulujících salin až do místa jejich odběru. Koeficient recirkulace r r 0,485 (.6-) 6,74 kde s. od r, na recirkulaci. s. od - objemy salin na kg aliva odebíraných na recirkulaci a v místě odběru bez vlivu bjemy salin v kterémkoliv bodě traktu od místa zavedení salin až do místa jejich odběru bude + r 6,74 + 0,485 6,74 7,74m kg (.6-) sr, s s. od / kde s - objem salin v daném místě bez vlivu recirkulace Entalie salin v místě jejich zavedení do traktu o smíšení bude sr + r 706, ,485 0, ,657kJ / kg (.6-4) s s. od Telota salin o smíšení sr 709,657 ϑ sr 49, 0 (.6-5) 8,87 ( c) s sr kde celkové měrné telo salin na kg aliva o smíšení se určí ze vzorce ( c) ( c) + r ( c) 0,76 + 0,485 8,900,5408kJ / kg K s sr s s s s. od (.6-6) kde s a ( s c) s - entalie a celkové měrné telo v místě zavedení salin řed smíšením s. od a ( s c) s. od - entalie a celkové měrné telo salin, které zůstávají v místě odběru. Telota salin o smíšení vyšla 49,0..6. Určení teel salin celkové telo dodané ohništi c + vz + rec r 580,696+, ,0944 0, , 4908kW (.6.-) kde vz, telo recirkulovaných salin (z rovnice 4..-, 4..-4) rec sr,5 s. rec v 7,74 94,47, , 0944kW (.6.-) ---

23 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ bjemy vzduchu a odíly složek celkových salin se zahrnutím recirkulovaných salin Zbylý vzduch ve salinách ři α, ( ) (, ) 4,670,9m kg α (.6.-) vz, vz min / odíl složek celkových salin vz. c,9 ω vz. c 0,066 (.6.-) 6,74 sr, N c ω ω + ω 4,7m s, rec N, s, N, / kg 6,74 0,485 0, ,74 0,550 (.6.-4) N 4,7 c ω N 0,550 c (.6.-5) 7,74 s. c, c 0,9446m ω ω + ω s, rec, s,, / kg 6,74 0,485 0, + 6,74 0, (.6.-6) 0,9446 c ω 0, c (.6.-7) 7,74 s. c, Ar. c ω ω + ω s, 0,048m / kg rec Ar. c, s, Ar. c, 6,74 0,485 0, ,74 0,006 (.6.-8) Ar. c 0,048 ω Ar. c 0,006 (.6.-9) 7,74 s. c, H c ω ω + ω s, rec H, s, H, 6,74 0,485 0,9 + 6,74 0,9,000m / kg (.6.-) H.,000 c ω H. 0,94 c (.6.-) 7,74 s. c, Entalie salin s recirkulovanými salinami ve salovacím rostoru ro telotu 000 s. rec000 ωi i ω N c N ω c ω Ar. c Ar ωh. c H ωvz. c 0, , , , ,066, ,5770kJ / m (.6.-4) i ro telotu 500 i + i + i + i + c t ---

24 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 s. rec500 ωi ii ω N i i c N + ω c + ω Ar. c i Ar + ω H. c ih + ωvz. c 0, , , , ,066, ,64kJ / m Entalie salin v ohništi se zahrnutím recirkulovaných salin 8955,5 c t (.6.-5) c / s 967,498. c kj m (.6.-6) sr, v 5,579,7 kde c celkové telo dodané ohništi dle rovnice (.6..-) Tab. -4 Entalie salin se zahrnutím recirkulovaných salin t [ ] [ / m] kg [ kj / kg] 00 8,00 067, ,085 58, ,465 80, ,50 44, ,8 56, ,7 686, , , , , ,864 06, , , , , , ,4607 Entalie salin se zahrnutím recirk. salin br. - -t diagram salin se zahrnutím recirkulovaných salin --4-

25 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 TEPELNÁ BLANE KTLE Určení účinnosti kotle a sotřeby aliva ro dosažení ožadovaného teelného výkonu.. Telo řivedené do kotle Pro určení účinnosti je třeba znát teelný říkon kotle i + i kJ kg (.-) P P r P / kde r i je výhřevnost aliva, i P je fyzické telo aliva. Fyzické telo aliva se uvažuje v říadě ředehřívání aliva mimo kotel, nebo není-li ředehříváno cizím zdrojem, ale obsah vody v alivu neslňuje odmínku: r r i 7900 W t 8,48 (.-) 4,9 50 4,9 50 5,8 8,48 5,8% 8,48% V našem říadě není odmínka slněna a roto fyzické telo aliva neočítám.. Ztráty kotle a teelná účinnost kotle Účinnost kotle se odvíjí od velikost jednotlivých teelných ztrát. Ty je nutné ři návrhu nového kotle ředem odhadnout. Budu uvažovat tyto ztráty: - ztráta hořlavinou ve salinách - chemickým nedoalem Z - Ztráta hořlavinou v tuhých zbytcích - mechanickým nedoalem Z - ztráta sdílením tela do okolí (sáláním) Z S - ztráta fyzickým telem salin - komínová Z K - ztráta fyzickým telem tuhých zbytků Z f.. Ztráta chemickým nedoalem Nazývá se také ztráta hořlavinou ve salinách a vyjadřuje telo ztracené v důsledku řítomnosti nesálených lynů ve salinách (, H a uhlovodíky). Jejich obsah je dán nedokonalostí salování. Dle [] a konzultací volím tuto ztrátu Z 0,5%.. Ztráta mechanickým nedoalem Představuje ztrátu nesálenou hořlavinou v tuhých zbytcích a lze ji určit: Z Z + Z 0,8774 +,099,897%,9% (..-) S Ú kde Z S je ztráta ve škváře nebo v strusce, Z Ú je ztráta v úletu a sočítají se: r S X S A , Z S S 600 0,8774% (..-) S r X Ú Ú A , Z 600,009 0 Ú 0 (..-) Ú Ú --5-

26 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 kde i je odíl hořlaviny v uvažovaném druhu tuhých zbytků, z toho S je odíl oela ve škváře, Ú je odíl oela v úletu, X i je odíl oela z celkového množství v alivu, ro jednotlivé složky: X S je odíl oela ve škváře, X Ú je odíl oela v úletu. A r je celkové rocento oela v alivu, je telo řivedené do kotle jedním kilogramem aliva a hodnota výhřevnosti. Hodnoty jsem zvolil na základě konzultací a lit[]... Ztráta sdílením tela do okolí (sáláním) S, je růměrná Ú nožství tela, které uniká láštěm kotle do okolí. Závisí na kvalitě izolace stěn, velikosti ovrchu a výkonu kotle. Ztrátu jsem zvolil dle lit[]: Z S,%...4 Ztráta komínová Bývá také označována jako ztráta citelným telem salin a ředstavuje telo odcházející z kotle v kouřových lynech. Jedná se o nejvýznamnější ztrátu, která nejvíce ovlivňuje výslednou účinnost kotle. Její velikost roste se zvyšováním řebytku vzduchu a teloty salin na konci kotle. Z K (00,9) ( ) (00 Z ) P P vz ( 084,077 56,97) ,08% kde je entalie salin ři telotě a řebytku vzduchu za kotlem a určí se: min + ( α ) VZ min 047, (, ) 0,00 084,077kJ / kg a vz je entalie vzduchu ři telotě a řebytku vzduchu za kotlem a určí se: (..4-) (..4-) α 0,00, 56,97kJ kg (..4-) VZ VZ min / min, VZ min beru ři telotě 40 a řebytku vzduchu α,...5 Ztráta fyzickým telem tuhých zbytků Z Z + Z 0, ,044 0,50% 0,% (..5-) f fs fú kde Z fs je ztráta ve škváře nebo v strusce, Z fú je ztráta v úletu a sočítají se: r X S A 65 4, Z fs ci t 0, ,006% (..5-) 00 i S r X Ú A 40 4, Z ci t 0,8 40 0,044% (..5-) fú 00 i Ú kde S je odíl oela ve škváře, Ú je odíl oela v úletu. X S je odíl oela ve škváře, X Ú je odíl oela v úletu. A r je celkové rocento oela v alivu, je telo řivedené do kotle jedním kilogramem aliva. Hodnoty jsem zvolil na základě konzultací a lit []. --6-

27 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ Teelná účinnost kotle Ze známé velikosti oměrných ztrát je možné určit hrubou účinnost kotle neřímým zůsobem odle vztahu: η 00 Z 00 9, 90,8% (..6-) K Z Z + Z + Z + Z + Z + Z 0,5 +,9 +, + 5,08 + 0, + 0,5 9,% (..6-) S kde Zn jsou ztráty neočitatelné. K. Výrobní telo áry a množství aliva.. Výrobní telo áry f n Výrobní telo áry může být označeno jako celkový teelný výkon kotle. Určíme jej ze vztahu: V PP ( i PP i nv ) + ( i i ) + ( i i 8, (5,5 444,875) 4,04 kw m o, nv ) + o ( i,, i nv ) (..-) kde PP je arní výkon kotle, i PP je entalie řehřáté áry (beru i PP ři tlaku 4,5a a telotě 40 ), i NV je entalie naájecí vody, m množství řihřáté áry neuvažuji, o množství odluhu volím 0,5%, ři množství menším jak % se ve výočtu neuvažuje, o množství odebírané syté áry z bubnu je uvažován ouze ro alivo s vyšší vlhkostí (50%)... nožství aliva nožství aliva řivedeného do kotle se určí dle vztahu: V 4,04 P,440kg / s P η K 90,8 P nožství aliva skutečně sáleného(výočtově): (..-) Z,9 P,440,4067kg s (..-) PV / --7-

28 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ VÝPČET ALVAÍ KRY Pro výočet salovací komory jsme na základě oužité literatury, konzultací a orientačního výkresu zvolil následující rozměry. Rozměry salovací komory: Šířka(a),88m Hloubka(b) 4,96m Délka mříže(c),7m Výška(h),5m Parametry šířka a hloubka vycházely z rozměru roštu. Pro zjednodušení se neuvažují drobné geometrické odchylky od kvádru a na základě této úvahy lze ro výočet lochy oužít tento vztah: F ST b h + a h + a ( h c) + a b 4,96,5 +,88,5 +,88 (,5,7) +,88 4,96 84,4768m Aktivní objem ohniště : V (4-) a b h,88 4,96,5 6,5m (4-) Přesnější výočet se zahrnutí geometrických odchylek: Účinná sálavá locha stěn ohniště: F FST xst 84,4768 0,95 75,50m (4-) ÚS kde x ST je uhlový součinitel trubkové stěny voleno z lit []. 4. Teelný výočet ohniště 4.. Určení adiabatické teloty v ohništi Představuje telotu v ohništi bez oužití recirkulace chladných salin. Entalie salin ve salovací komoře se určí ze vztahu: +, ,696 vz s 68,9889 kj / m (4..-) s v 6,74,4067 vz je telo dodané se vzduchem a je telo vzniklé sálením aliva vz vz v vz α 4,670,4067 6,8,, 700kW (4..-) min VZ c t,9 0 6,8kJ / m (4..-) kde c, t jsou měrné telo vlhkého vzduchu ři dané telotě nasávaného vzduchu řičemž telotě nasávaného vzduchu --8-

29 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 r v i, , 696kW (4..-4) ro určení entalie salin je nutno znát rocentuální složení salin, řebytek vzduchu v ohništi α, N,60 ω N 0,550 (4..-5a) 6,74 s H 0,8709 ω H 0,9 (4..-5b) 6,74 s 0,84 ω 0, (4..-5c) 6,74 s Ar 0,040 ω Ar 0,006 (4..-5d) 6,74 s So 0,0048 ω S 0,0007 (4..-5e) 6,74 s ( α ) (, ) min vz 4,670 ω vz 0,066 (4..-5f) 6,74 s Abychom mohli stanovit ro výše vyočtenou entalii salin říslušnou telotu, je třeba si ředem sočítat entalie ro výše uvedené složení salin ro dvě ředokládané teloty a mezi těmito hodnotami otom interolací určit říslušnou telotu. Entalie salin ro 000 s000 ωi ii ω N in + ω i + ω Ar iar + ωs is + ω H ih + ωvz 0, , , , , ,066, ,499kJ / m ro 500 s500 ωi ii ω N i i i i i N + ω + ω Ar Ar + ωs S + ω H H + ωvz 579,94kJ / m c t (4..-6) 0, , , , , ,066, ro 000 s000 ωi ii ω N i i i i i N + ω + ω Ar Ar + ω S S + ω H H + ωvz 4,084kJ / m c t (4..-7) 0, , , , , ,066, c t (4..-8) --9-

30 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 Pro výše vyočtenou s lze z hodnot entalií ro 500 a 000 odečíst adiabatickou telotu v ohništi, která je t ad 567, Poměrná telota salin Předmětem tohoto výočtu je určení střední teloty odchozích salin. Přenos tela v rostoru ohniště se děje řevážně sáláním vliv konvekce se většinou zanedbává. Poměrná telota salin na výstuu z ohniště se určí: Θ T T a a + B 0,6, kde (4..-) T je absolutní telota salin na výstuu z ohniště, T a je telota nechlazeného lamene, je součinitel resektující růběh telot v ohništi, ohniště. Z výše uvedeného vztahu lze určit koncovou telotu : B je Boltzmannovo číslo a a je stueň černosti ϑa + 7 ϑ 7[ ] (4..-) 0,6 a + B ϑ se určí z užitečného tela uvolněného ři salování [ ] Teoretická telota a U kj / kg, které se rovná entalii salin ři telotě teoretické a součiniteli řebytku vzduchu na konci ohniště. Některé veličiny jsou však na telotě ϑ závislé a roto je nutné tuto telotu nejrve zvolit. Zvolil jsem telotuϑ 840. S jejím využitím vyočítat otřebné arametry a s oužitím výše uvedeného vztahu koncovou telotu doočítat. Vyočtená hodnota by se neměla od zvolené hodnoty zvlášť lišit. Pro dále vyočtené arametry byla s využitím očítače o několika iteracích určena telota: 567, ϑ 7 840, 05 0,6 0, ,59 0,5666 Tato telota se od zvolené teloty liší o 0,05, můžeme jí tedy ovažovat za telotu na konci ohniště. 4.. Součinitel Součinitel telot resektuje růběh telot v ohništi. Určí se v závislosti na oměrné výšce maximální hodnoty teloty lamene x. 0,59 0,5 x 0,59 0,5 0 0,59 (4..-) --0-

31 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 kde x bylo zvoleno ro roštové ohniště s tenkou vrstvou: x 0 z lit [] Boltzmannovo číslo Boltzmannovo číslo se vyočítá z rovnice: B ϕ PV 5,7 0 ψ F ST T a 5,7 0 0,988,4067,9 0,475 9,58 840,8 0,5666 (4..4-) kde PV je množství aliva skutečně sáleného, F ST je celkový ovrch stěn ohniště, T a je teoretická telota lamene(telota nechlazeného lamene). Součinitel uchování tela: Z S, ϕ 0,988 (4..4-) η + Z 9, +, K S Z S je ztráta sáláním do okolí a ηk je teelná účinnost kotle. Střední celkové měrné telo salin: U 865, ,7474,9kJ / kg ϑ ϑ 567, a (4..4-) se skládá z užitečného tela uvolněného v ohništi U a jemu odovídající adiabatické telotě lamene ϑ a, dále z teloty salin na výstuu z ohniště ϑ a jí odovídající entalii. U P P 00 Z Z 00 Z + VZ + r sr 00 0,095, ,00 + 0, , ,0644kJ / kg 00,9 (4..4-4) P P je telo řivedené do kotle, mechanickým nedoalem.. Z je ztráta chemickým nedoalem, Z je ztráta vz je telo řivedené do kotle se vzduchem dle rovnice (4..-),7,7,7kW 59,00kJ kg (4..4-5),4067 / vz v ϑ z teloty na konci komory určím entalii salin 9597,7474 kj/kg 4..5 Součinitel teelné efektivnosti stěn Závisí na vlastnostech ohniště. Vychází z rovnice ψ x ξ, jejíž součástí je úhlový součinitel x, který závisí na oměru trubek a vzdálenosti trubek ve stěně s/d a oměru vzdálenosti trubek od stěny a jejich růměru e. Dále je ještě závislý na součiniteli zanesení ξ, jehož hodnotu jsem na základě tabulky 7- v lit.[] zvolil ξ 0,45. Potom součinitel teelné efektivnosti vychází: ---

32 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 [ ] ψ 0,95 0,45 0, 475 (4..5-) 4..6 Stueň černosti ohniště Stueň černosti ohniště se určí odle vztahu: a (4..6-) kde a l a l + ( a ) ( a ) ( ψ ) l l a vyjadřuje sálavé vlastnosti lamene a stěn ohniště. Pro roštové ohniště R F ST R F ST 0,440 + ( 0,440) ( 0,440) ( 0,475) 4,848 9,58 0,679 4,848 9,58 je stueň černosti lamene, R je locha hořící vrstvy aliva na roštu. R a b,88 4,96 4,848m (4..6-) k s,868 0,,060 a l e e 0,440 (4..6-) kde V 6,5 s,6,6,060m (4..6-4) F 9,58 ST je účinná tloušťka sálavé vrstvy, skládající se z aktivního objemu ohniště V a celkového ovrchu stěn ohniště F ST, dále je tlak v ohništi. Pro kotel bez řetlaku v ohništi se bere 0, Pa a součinitel zeslabení sálání nesvítivými tříatomovými lyny je: k k r + k P µ + 0kk χ χ,57 + 0,97 + 0,5,868 / m a (4..6-5) kde k k je součinitel zeslabení sálání koksovými částicemi závislý na druhu aliva a χ 0,0 je součinitel závislý na zůsobu salování. k k, χ, χ viz lit.[] k k ; χ 0,5 je součinitel Součinitel zeslabení sálání je závislý na : - součiniteli zeslabení sálání tříatomových lynů: k r 7,8 + 6rH,6 s T 0,7 r 000 (4..6-6) k r 7,8 6 0, ,7,6 0,058, kde T je telota na konci ohniště, 0,558,57 / m a je arciální tlak tříatomových lynů, ro kotle bez řetlaku v ohništi 0,a, objemová část tříatomových lynů r je r 0,558, arciální tlak r 0, 0,558 0, 058a. (4..6-7) - součinitel zeslabení sálání oílkovými částicemi ---

33 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 k P 4 µ µ T d 4,5 0,70 0,97 / m a (4..6-8) kde µ je střední hmotová koncentrace oílku ve salinách, d je střední efektivní růměr částeček oílku zvolený z tabulek ro roštové ohniště d 0 µ m viz [] µ, r viz (tab..) 4..7 nožství tela odevzdaného v ohništi do stěn ϕ ( ) 0,988 ( 865, ,7474) 8564,04kJ / kg (4..7-) S U 4..8 Znázornění salovací komory br. 4- Salovací komora v membránovém rovedení ---

34 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ VÝPČET KNVEKČNÍH PLH br. 4- Pilový diagram Uvažované tlakové ztráty v jednotlivých částech kotle: Tlaková ztráta v řehříváku Tlaková ztráta v řehříváku Tlaková ztráta v řehříváku Tlaková ztráta v závěsných trubkách Tlaková ztráta ve výarníku Tlaková ztráta v ekonomizéru ř 0, 5Pa ř 0, 5Pa ř 0, 5Pa zv 0, 05Pa vý 0Pa EK 0, 5Pa 5. Tlak naájecí vody Naájecí voda má největší tlak v celém rimárním okruhu v důsledku tlakových ztrát, je třeba tuto hodnotu znát z důvodu dimenzování naájecího čeradla. Určí se následovně: --4-

35 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 nv + řř + řř ,5 + 0,5 + 0,5 + 0,5 + 0, ,5 5,5Pa ro tento tlak a danou telotu řř zv vy + EK (5.-) t nv 05 byla odečtena entalie naájecí vody i nv 444,875kJ / kg viz [] 5. Přehřívák Uvažuji entalický sád i ř 00kJ / kg Požadované výstuní telotě a tlaku odovídá entalie řehřáté áry i 5,500kJ / kg viz[] Entalie na vstuu do řehříváku i i i 5, ,500kJ kg (5.-) řř. in řř / této entalii odovídá telota t. in 40, 7 viz [] řř telo sotřebované řehřívákem i 8, , kw (5.-) řř řř Přehřívák Na výstuu z tohoto řehříváku je umístěna regulace teloty řehřáté áry rováděna vstřikem naájecí vody. nožství vstřiku je uvažováno,5 % z celkového množství řehřáté áry. br. 5- Schéma. vstřiku do řehříváku. nožství vstřiku 0,05 0,05 8, 0,080kg s (5.-) v / bilanční rovnice: ( v ) i ř out + v inv i ř in (5.-).. z rovnice lyne --5-

36 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 i i i 8, 05,5 0,08 444,875 řř. in v nv řř. out v 8, 0,08 0,6kJ / kg této entalii odovídá telota t. out 66, 57 viz [] řř ři tlaku + 4,5 + 0,5 4, Pa (5.-) řř. out řř 65 do řehříváku vstuuje ára o tlaku + + 4,5 + 0,5 + 0,5 4, Pa (5.-4) řř. in řř řř 8 uvažuji entalický sád i řř 9kJ / kg entalie áry na vstuu do řehříváku je i i i 0,6 9 97,6kJ kg (5.-5) řř. in řř. out řř / této entalii odovídá telota t. in 98, viz [] řř telo sotřebované řehřívákem řř ( v) ( i řř. out i řř. (8, 0,08) (0,6 97,6) 568,89kW in ) (5.-6) 5.4 Přehřívák Na výstuu z tohoto řehříváku je umístěna regulace teloty řehřáté áry rováděna vstřikem naájecí vody. nožství vstřiku je uvažováno,5 % z celkového množství řehřáté áry. br. 5- Schéma. vstřiku do řehříváku. nožství vstřiku 0,05 0,05 8, 0,08kg s (5.4-) v / bilanční rovnice: ( v + v ) i ř out + v inv ( v i ř in. ). (5.4-) z rovnice lyne --6-

37 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 i řř. out ( v 99,6000kJ / kg ) i řř. in v v v i nv (8, 0,08) 97,6 0,08 444,875 8, 0,08 0,08 této entalii odovídá telota t. out 0, 06 viz [] řř ři tlaku + + 4,5 + 0,5 + 0,5 4, Pa (5.4-) řř. out řř řř 8 do řehříváku vstuuje ára o tlaku ,5 + 0,5 + 0,5 + 0,5 4, Pa (5.4-4) řř. in řř řř řř 95 telota áry vystuující ze závěsných trubek t. out 70, 89 z ka zv entalie áry na vstuu do řehříváku ak je i. in 86,58kJ kg viz [] řř / telo sotřebované řehřívákem řř ( v v ) ( i řř. out i řř. (8, 0,08 0,08) (99,6 86,58) 4,458kW in ) (5.4-5) 5.5 Závěsné trubky Slouží jako závěs trubkových svazků řehříváku a. Proudí jimi ára z bubnu, která je o růchodu závěsnými trubkami řiváděna do řehříváku. Vstuní arametry áry: t zv. in 6, 94 zv. in 5 Pa. 794,kJ kg viz [] izv in / Výstuní arametry áry: t 70, 89 zv. out zv. out 4, 95 Pa izv out / telo sotřebované závěsnými trubkami zv ( v v ) ( izv. out izv.. 86,58kJ kg viz [] (8, 0,08 0,08) (86,58 794,) 56,940kW in ) (5.5-) 5.6 Výarník Ve výarným systému dochází k fázové řeměně, tudíž telota i tlak jsou v celém rostoru výarníku konstantní. --7-

38 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ ,5 + 0,5 + 0,5 + 0,5 + 0,05 Pa (5.6-) vy řř řř řř zv 5 tomuto tlaku odovídá telota sytosti t syt 6, 94 viz [] entalie ři tlaku ve výarníku: ro sytou áru (výstu) ro sytou kaalinu (vstu),, i 794,kJ / kg viz [], i 54,64kJ / kg viz [] telo sotřebované výarníkem vy ( v v ) ( i,,, i ) (8, 0,08 0,08) (794, 54,64) 98,0kW (5.6-) 5.7 hřívák vody (Ekonomizér) tlak na výstuu z EKA tlak na vstuu do EKA EK. out 5 EK. in 5, 5 Pa Pa uvažuji nedohřev vody v ekonomizéru vůči mezi sytosti 4 telota na výstuu z EKA telota na vstuu do EKA t EK. out 49, 94 t t 05 EK. in nv entalie výstuní vody z EKA ak je i telo otřebné ro ohřívák vody EK ( v v ) ( i. EK out i. out 085,48kJ kg viz [] EK / (8, 0,08 0,08) (085,48 444,875) 5077,65kW nv ) (5.7-) 5.8 elkové otřebné telo Určí se jako součet teel jednotlivých částí kotle c řř + řř + řř + zv + vy + 666, ,89 + 4, , , ,65 86,9kW EK (5.8-) --8-

39 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ Přehled výhřevných loch ze strany racovního média Tab. 5-řehled výhřevných loch ze strany racovního média telosměnná locha ekonomizér výarník Telota t [ ] Tlak [ Pa ] entalie i [ kj / kg] vstu 05,00 5,50 444,875 výstu 49,94 5,00 085,4800 vstu 6,94 5,00 54,6400 výstu 6,94 5,00 794,00 entalický sád [ kj kg] i / otřebné telo [ kw ] 64,9 5077, 69,57 98,0 vstu 6,94 5,00 794,00 závěsné trubky výstu 7,6 4,95 86,58,7 56,9 řehřívák řehřívák řehřívák vstu 7,6 4,95 86,58 výstu 0,06 4,80 99,6000 vstu 98, 4,80 97,6 výstu 66,57 4,65 0,6 vstu 40,7 4,65 05,500 výstu 40,00 4,50 5,500 66,0 4,4 9,00 568,9 00,00 666,

40 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ VÝPČET. TAHU Telota v ohništi t 49, 0 Telota na konci. tahu Střední telota salin t 840, t + t 49, + 840, t stř 65,65 T 48,8K rozměry rvního tahu: Šířka(a),88m Hloubka(b) 4,96m Délka mříže(c),7m Výška(h),5m (6-) br. 6- Návrh a rozměry salovací komory Rychlost roudění salin w s sr, v 7 + tstř 7,74, ,65 4,08m / s (6-) a b 7,88 4,96 7 telo ředané ve výarníku sr v s r 7,74,4067,5844 0, 87kW (6-),. kde 96 kj m sr s. r49, s. r840,,87 74,897,5844 / (6-4) s.r49,, s.r840, viz (tab..4) br. 6- Schéma teelného výočtu --40-

41 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ VÝPČET ŘÍŽE říž, tvoří řechod mezi rvním a druhým tahem, je tvořena rozvolněním boční stěny rvního tahu, kterou tvoří membránová stěna. Rozvolnění je rovedeno tak, že o výšce mříže není mezi trubkami raorek a trubky jsou ve směru toku salin navzájem řesazené o hodnotu odélné rozteče s 0, m. br. 7- Návrh a rozměry mříže Výočet mříže sestává z konstrukčního výočtu výšky rozvolnění c a z teelného výočtu mříže jako telosměnné lochy. Telotu salin na výstuu ředběžně volíme a následným výočtem ji kontrolujeme. 7. Konstrukční výočet Střední telota salin t + t 840, + 8,9 t stř 87, 00 ro teloty salin: vstuní t 840, (7.-) výstuní uvažuji rychlost roudění salin t 8, 9 w s 8,8m / s očet trubek v jedné řadě z očet řad z růměr trubek tvořících membránovou stěnu d 0, 06m výočet výšky rozvolnění sr, v 7 + t stř 7,74, c,05m (7.-) w a z d) 7 8,8 (,88 0,06) 7 s ( uvažuji výšku rozvolnění c, m řeočet rychlosti salin rotékajících mříží --4-

42 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 sr, v 7 + t stř 7,74, ws 8, 84m (7.-) c b z d) 7, (,88 0,06) 7 ( 7. Součinitel řestuu tela Součinitel řestuu tela konvekcí br. 7- Schéma teelného výočtu ro říčné roudění kolem vystřídaně usořádaných hladkých trubek se určí ze vztahu α c k s c 0,6 0,8889 z λ ws d d ν 0,0956 0,06 0,6 Pr 0, 0,6 8,84 0,06 4,9 0 0,609 0, 60,9548W / m K (7.-) kde c s je orava na usořádání svazku v závislosti na oměrné říčné rozteči σ a oměrné ' odélné rozteči σ a hodnoty ϕ σ,řičemž σ je oměrná úhloříčná rozteč. 0, s σ 0, c 0,4 ϕ 0,4,87 0,6 (7.-) σ 4 ϕ σ,87 (7.-) σ,604 ' s 0,4 σ 4 (7.-4) d 0,06 s 0, σ,6667 (7.-5) d 0,06 ' σ σ + σ 4 +,6667,604 (7.-6) 4 4 kde říčná rozteč s 0, 4m odélná rozteč s 0, m orava na očet odélných řad se určí následovně 0,0 0,0 c z 4 z, 4, 0,8889 (7.-7) --4-

43 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 ro střední telotu roudu salin t stř Prandtlovo číslo Pr 0, 609 součinitel kinematické viskozity ν,9 0 4 m / s součinitel teelné vodivosti λ 0,0956W / m K hodnoty Pr, ν, λ z [] Součinitel řestuu tela sáláním ro zarášené saliny (salování tuhého aliva ) se vyočte ze vzorce: α 5,7 0 s 8,85W / m ast + a T K 4 Tz T Tz T kde stueň černosti ovrchu stěn a 0, 8 st 5, ,8 + 0,68 00,5 67,09 00,5 67,09 00,5 4 (7.-8) tlak v kotli 0, Pa k s 0, 0,4044 stueň černosti ohniště 4,949 a e e 0, 68 (7.-9) součinitel zeslabení sálání k k r 8,75 0,99 4, 949 / m a (7.-0) součinitel zeslabení sálání nesvítivými tříatomovými lyny 7,8 + 6r H T 7,8 6 0,0 k 0,7 +,6 s 000,6 0,099 0,4044 8,75 _/ mpa efektivní tloušťka sálavé vrstvy ro svazky z hladkých trubek 4 s s 4 0,4 0, s 0,9 d 0,9 0,06 0, 4044m π d,4 0,06, r a rh viz (tab..) 00,5 0,7 000 (7.-) (7.-) T z je absolutní telota zarášeného ovrchu stěn. Pro výočet mříže se určí t z tsyt + t 6, ,94 Tz 67, 09K (7.-) ro mříž na výstuu z ohniště elkový součinitel řestuu tela t 80 z [] α α + α 60,9548 +,85 8,7800W m K (7.-4) k s / --4-

44 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ Součinitel rostuu tela Pro výarníkové lochy se určí dle následujícího vztahu α 8,78 k 54,46W / m + ε α + 0,006 8,78 součinitel zanesení výhřevné lochy viz (tab..) telo, které odebere mříž salinám K (7.-) k S t 0 54,46 5, , , 449kW (7.-) kde S je telosměnná locha mříže S π d c z z,4 0,06, 5, 5995m (7.-) t je střední telotní logaritmický sád t t 576,6 549,96 t 56, 96K (7.-4) t 576,6 ln ln t 549,96 řičemž t t tsyt 840, 6,94 576, 6 ( K ) (7.-5) ( K ) t t tsyt 8,9 6,94 549, 96 (7.-6) 7.4 Přeočet teloty salin na výstuu z mříže Telo salin na výstuu s s 868,97 476,449 9, 59kW (7.4-) kde telo vstuních salin s s840, sr, v 74,897 7,74, , 97kW (7.4-) entalie vstuních salin 74 kj m s 840,,897 / viz (tab..4) entalie výstuních salin a telota výstuních salin 9,59 s s,059kj / m (7.4-) sr, v 7,74,4067 t s 8, 5 tato telota se od ředokládané výstuní teloty liší 0,0, což je řijatelné

45 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ VÝPČET. TAHU KTLE 8. Předběžný výočet salinového kanálu Rozměr salinového kanálu očítám s. výhřevnou lochou což je řehřívák. Vstu: 4, 65Pa Výstu: t 40, 7 odovídá měrný objem v 55,4 0 m / kg 4, 5Pa t 40 odovídá měrný objem v 67,986 0 m / kg ěrné objemy v na vstuu a výstuu viz [] Střední měrný objem v 6,655 0 m / kg Zvolil jsem výstuní rychlost áry w 5m / s. Určení očtu aralelních trubek Průřez ro áru: v v 8, 6,655 0 w f 0, 004 m f w 5 (8.-) kde je množství řehřáté áry. Počet trubek: 4 f n πd 4 0,004 π ( 0 0 ) 8,86 vnitř 9trubek (8.-) kde d vnitř D s 8 4 0mm je vnitřní růměr trubky (8.-) Pro tento řehřívák oužiji jednořadé usořádání za sebou. Rozměr A: s 00 0 A 88 ( n ) s + ( 9 ) , m Zvolil jsem A,88m Rozměr B: Rozměr B jsem zvolil B,64 m (8.-4) --45-

46 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ Výočet. části. tahu. část. tahu tvoří: membránové stěny a závěsné trubky. br. 8- Návrh a rozměry.části. tahu a schéma teelného výočtu Rozměry kanálu: a,88m b,64m h,5m telota salin vstuní t 8, 9 výstuní t 76, 75 očet závěsných trubek i5, závěsy svazku jsou tvořeny trubkami TR 8x4 tedy: vnější růměr trubky d 0,08m a vnitřní růměr trubky střední telota salin d v 0, 0m t + t 8,9 + 76,75 t stř 788,8 T 06, 98K (8.-) světlý růřez salin F a b S s ř,88,64 0,07 7,5805 (8.-) m kde říčná locha závěsných trubek π d,4 0,08 S ř i 5 0,07m 4 4 rychlost roudění salin v kanálu (8.-) --46-

47 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 w s sr, v 7 + tstř 7,74, ,8 5,5796m / s (8.-4) F 7 7, s 8.. Výočet membránové stěny Součinitel řestuu tela konvekcí ro odélné roudění se stanoví z rovnice α 0,8 e 0,4 0,099 5,5796 k Pr 0,0 4 λ ws d 0,0 d e ν 7,4W / m K,584 kde d e je ekvivalentní růměr salin a vyočte se,584, 0 0,8 0,6077 0,4 (8..-) 4 Fs 4 7,5805 d e, 584m (8..-),464 řičemž obvod kanálu ( a + b) + i d (,88 +,64) + 0,4 0,08, m π 464 (8..-) ro střední telotu salin t stř součinitel teelné vodivosti salin součinitel kinematické viskozity λ 0,099W / m K ν, 0 4 m / s Prandtlovo číslo Pr 0, 6077 hodnoty Pr, ν, λ z [] Součinitel řestuu tela sáláním Pro zarášené saliny se vyočte ze vzorce α 5,7 0 s 8 4,784W / m ast + a T K 4 Tz T Tz T kde stueň černosti ovrchu stěn a 0, 8 st 5, ,8 + 0,5 06,98 664,5 06,98 664,5 06,98 4 (8..-4) tlak v kotli 0, Pa k s,00 0,,8898 stueň černosti ohniště a e e 0, 5 (8..-5) součinitel zeslabení sálání k k r 8,49 0,99, 00 / m a (8..-6) --47-

48 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 součinitel zeslabení sálání nesvítivými tříatomovými lyny 7,8 + 6rH k,6 s 8,49_/ mpa T 7,8 6 0, 0, ,6 0,04, ,98 0,7 000 efektivní tloušťka sálavé vrstvy (8..-7) V 9,008 s,5,5,8898 m (8..-8) F 5,0 st ovrch stěn kanálu F st a h + b h + a b,88,5 +,64,5 +,88,64 5,0m (8..-9) objem sálající vrstvy V a b h,88,64,5 9,008m (8..-0), r a rh viz (tab..) telota vnějšího ovrchu nánosu na trubkách t z tsyt + ε q 6,84 + 0,005 54,60 9 Tz 664, 5K (8..-) kde t syt 6, 94 (střední telota media v trubkách, je rovna telotě varu) volím součinitel zanesení ε 0,005m K / W z (tab..) měrné zatížení. části. tahu q F 894,57 0 W m 5, ,60 / (8..-) st ředběžné určení tela, které odevzdávají saliny výarníku v. části. tahu 7,74,4067 8,9 894, kw (8..-) sr, v s 57 kde 0 kj m s s8,9 s76,75,665 48,4 8,9 / (8..-4) řičemž hodnoty s8,9 a s,75 76 ro říslušné teloty vzaty z (tab..4) elkový součinitel řestuu tela je dán součtem součinitelů řestuu tela konvekcí a sáláním α α + α 7,4 + 4,784 5,74W m K (8..-5) k s / Součinitel rostuu tela k α + ε α 5,74 + 0,005 5,74 40,7754W / m K (8..-6) --48-

49 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 telo, které skutečně vezmou membránové stěny mes k Fst t 0 40,7754 5,0 54, , 857kW (8..-7) kde t je střední telotní logaritmický sád, který se určí následovně: t t 549,96 499,8 t 54, 49K (8..-8) t 549,96 ln ln t 499,8 řičemž t t tsyt 8,9 6,94 549, 96 ( K ) 8.. Výočet závěsných trubek (8..-9) ( K ) t t tsyt 76,75 6,94 499, 8 (8..-0) telota áry na vstuu telota áry na výstuu tlak áry na vstuu tlak áry na výstuu měrný objem na vstuu t zv 6, 94. t zv 67, 85. 5, 00Pa 4, 98Pa ν 0,095m / kg měrný objem na výstuu ν 0,0404m / kg ěrné objemy v na vstuu a výstuu viz [] růtočné množství áry 8, 0,08 0,08 7,97kg s (8..-) v v / růtočný růřez ro áru rychlost rodění áry kde střední měrný objem F d v,4 0,0 π i 0 0,04m (8..-) 4 ν 7,97 0,099 w,5m / s F 0,04 ν stř 0,099m / kg 4 (8..-) Součinitel řestuu tela konvekcí ze strany áry α 0,8 v 0,4 0,05496,5 k α Pr 0,0 7 λ w d 0,0 d v ν 875,45W / m K 0,0 0,0 7, 0 0,8,446 0,4 hodnoty Pr, λ, ν vzaty z [] (8..-4) --49-

50 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 součinitel řestuu tela konvekcí ze strany salin U výočtu závěsných trubek se hodnota konvekce ze strany salin uvažuje stejná jako u svazku, který je na nich zavěšen, tedy α 57,96W / m K viz rovnice (8..-6) k Součinitel řestuu tela sáláním ze strany salin Pro zarášené saliny se vyočte ze vzorce α 5,7 0 s 8 8,075W / m ast + a T K 4 Tz T Tz T kde stueň černosti ovrchu stěn a 0, 8 st 5, ,8 + 0, 06,98 659,07 06,98 659,07 06,98 4 (8..-5) tlak v kotli 0, Pa k s 5,98 0, 0,7 stueň černosti ohniště a e e 0, 0 (8..-6) součinitel zeslabení sálání k k r 4,666 0,99 5, 98 / m a (8..-7) součinitel zeslabení sálání nesvítivými tříatomovými lyny 7,8 + 6r H T 7,8 6 0, 06,98 k 0,7 + 0,7,6 s 000,6 0,04 0, ,666 _/ mpa (8..-8), r a rh viz (tab..) Efektivní tloušťka sálavé vrstvy s je u výočtu závěsných trubek stejná jako u svazku, který je na závěsných trubkách zavěšen, tedy s 0,7m. viz rovnice (8..-) Telota vnějšího ovrchu nánosů na trubkách (ro výhřevné lochy, u nichž nedochází k fázové řeměně) v t z t zv. stř + ε + α S 85,9 T 659,07K z 0, ,84 65,77 + 0, ,45 5,966 volím součinitel zanesení ε 0,005m K / W viz (tab..) střední telota média v trubkách (8..-9) --50-

51 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ 008 t t zv + t zv 6, ,6. stř 65, 77 (8..-0) zv ředběžné telo, které vezmou závěsné trubky 7,97 ( i i ) ( 8,4 794,) 95,84kJ / kg (8..-),4067 v telosměnná locha závěsných trubek S π d h i,4 0,08,5 0 5,9660m (8..-) elkový součinitel řestuu tela ze strany salin je dán součtem součinitelů řestuu tela oběma zůsoby α α + α 57,96 + 8,075 76,05W m K (8..-) k s / Součinitel rostuu tela ři salování tuhých aliv s usořádáním svazku za sebou k ψ α 0,6 76,05 45,60W m K (8..-4) / telo, které skutečně vezmou závěsné trubky zv k S t 0 45,60 5,966 5,59 0 4, 9kW (8..-5) kde t je střední telotní logaritmický sád t t 549,96 496,5 t 5, 59K (8..-6) t 549,96 ln ln t 496,5 závěsné trubky se očítají jako souroud řičemž t t t zv 8,9 6,94 59, ( K ) (8..-7) ( K ) t t t zv 76,75 67,6 496, 5 (8..-8) řeočet výstuní teloty áry ze závěsných trubek i sočte se entalie ro výstuní stavy áry zv + i 4,9 + 7,97 794, 8,749 kj / kg (8..-9) 7,97 této entalii odovídá ři výstuním tlaku 4, 98Pa výstuní telota t zv 67, 85 entalie i a říslušná telota se určí z [] Výstuní telota áry ze závěsných trubek byla zvolena v rámci tolerance dobře. --5-

52 Bc.Viktor Lía EU FS VUT v BRNĚ Přeočet salin na výstuu z. části. tahu elkové telo odebrané v. části. tahu: c mes + zv 75, ,9 895, 0909kW (8..-) telo výstuních salin s s c 88, , , 846kW (8..-) kde telo salin vstuující do. části. tahu s s8,9 sr, v 0,657 7,74, , 755kW (8..-) entalie vstuujících salin s,9 8 viz (tab..4) telu výstuních salin odovídá entalie 49,846 s s 48,798kJ / m (8..-4) sr, v 7,74,4067 a telota výstuních salin t 76, 7 viz (tab..4) tato telota se od ředokládané výstuní teloty liší jen minimálně. 8. Výočet. části. tahu. část. tahu tvoří: membránové stěny, svazek řehříváku a závěsné trubky. br. 8- Schéma teelného výočtu --5-