NÁVRH PARNÍHO KOTLE NA ODPADNÍ TEPLO 0,8NM3/S, 450 C

VYKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRN UNIVERITY F TECHNLGY FAKULTA TRJNÍH INŽENÝRTVÍ ENERGETICKÝ ÚTAV FACULTY F MECHANICAL ENGINEERING ENERGY INTITUTE NÁVRH PARNÍH KTLE NA DPADNÍ TEPL 0,8NM/, 450 C DEIGN HRG 0,8NM/, 450 C DIPLMVÁ PRÁCE MATER' THEI AUTR PRÁCE AUTHR VEDUCÍ PRÁCE UPERVIR Bc. PETER HATIAR doc. Ing. ZDENĚK KÁLA, Cc. BRN 01

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Energetický ústav Akadeický rok: 01/01 ZADÁNÍ DIPLMVÉ PRÁCE student(ka): Bc. Peter Hatiar který/která studuje v agisterské navazující studijní prograu obor: Energetické inženýrství (01T05) Ředitel ústavu Vá v souladu se zákone č.111/1998 o vysokých školách a se tudijní a zkušební řáde VUT v Brně určuje následující téa diploové práce: v anglické jazyce: Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C Design HRG 0,8N/s, 450 C tručná charakteristika probleatiky úkolu: Navrhnou parní kotel na využití odpadního tepla spalin z bioplynu.ložení bioplynu CH4=60%,C=40%,tpelota spalin 450 C. Paraetry páry p=1,6 MPa, teplota napájecí vody 105 C Cíle diploové práce: Návrh kotle na využití odpadního tepla spalin na dodávku syté páry o tlaku 1,6 MPa. Teplný výpočet kotle, výpočtový projekt

ezna odborné literatury: Dlouhý T.: Parní kotle a spalinové výěníky tepla, skriptu ČVUT v Praze. Budaj F.: Parní kotle,podklady pro tepelný výpočet, skriptu VUT v Brně, Vedoucí diploové práce: doc. Ing. Zdeněk kála, Cc. Terín odevzdání diploové práce je stanoven časový pláne akadeického roku 01/01. V Brně, dne 0.11.01 L.. doc. Ing. Zdeněk kála, Cc. prof. RNDr. Miroslav Doupovec, Cc., dr. h. c. Ředitel ústavu Děkan fakulty

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství Abstrakt: Tato práce se zabývá probleatikou návrhu kotle na odpadní teplo. V první části je proveden výpočet stechioetrie, dále byla provedena tepelná bilance kotle. Kotel byl rozdělen na základě tepelného výpočtu do dvou výhřevných ploch, které byly saostatně řešeny. oučástí práce je i návrh konstrukčního řešení a výkresová dokuentace výparníku, ekonoizéru i jejich společného sestavení. Abstract: This aster s thesis deals with the issue of design heat recovery stea generator. In the first part is realized calculation of stoichioetry and further the theral balance of the boiler. The boiler was divided on the basis of theral analysis in two heating surfaces that have been designed separately. The thesis also includes structural design and drawings of evaporator, econoizer and their copilation. Klíčová slova: Kotel, odpadní teplo, spaliny, pára, výparník, ekonoizér Key words: Boiler, waste heat, flue gas, stea, evaporator, econoizer 5

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C 6

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství Bibliografická citace HATIAR, P. Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 01. 60 s. Vedoucí diploové práce doc. Ing. Zdeněk kála, Cc.. 7

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C 8

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství Čestné prohlášení Prohlašuji, že jse diploovou práci na téa Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8 N/s, 450 C vypracoval saostatně, pod vedení vedoucího diploové práce doc. Ing. Zdeňka kály, Cc. a konzultanta Ing. tanislava Krala. V práci jse využil svých znalostí nabytých na energetické ústavu, konzultací a literatury, která je uvedena v seznau zdrojů. V Brně, dne: Bc. Peter Hatiar 9

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C 10

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství Poděkování Títo bych chtěl poděkovat vedoucíu diploové práce doc. Ing. Zdeňku kálovi, Cc., panu Ing. tanislavu Kralovi, za všechen čas, odborné rady a konzultace týkající se é diploové práce. 11

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C 1

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství bsah 1. Úvod...14. techioetrické výpočty...15.1 Určení objeové koncentrace složek spalin...15. Tepelný výpočet kotle...0.1 Paraetry vody (páry):...0. Entalpie spalin...1. Tepelný výkon kotle... 4. Návrh teplosěnných ploch...5 4.1 Výparník...5 4.1.1 Určení počtu trubek...6 4.1. třední logaritický teplotní spád...7 4.1. oučinitel prostupu tepla...8 4.1.4 Konstrukční provedení výparníku...5 4. Ekonoizér...9 4..1 Určení počtu trubek...9 4.. třední logaritický teplotní spád...40 4.. oučinitel prostupu tepla...41 4..4 Konstrukční provedení ekonoizéru...48 5. Tlaková ztráta kotle...51 5.1 Aerodynaický výpočet tlakové ztráty výparníku...5 5. Aerodynaický výpočet tlakové ztráty ekonoizéru...54 6. Závěr...56 1

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C 1. Úvod Při stále rostoucích cenách energií a ubývání fosilních paliv sěřují oderní trendy v energetice k co nejefektivnější výrobě energie a tepla v zařízeních s co největší účinností. Jednou z ožností zvýšení účinnosti je využití tak zvaného odpadního tepla. dpadní teplo, které v podobě spalin odchází jako produkt spalování do koína, lze využít v kotlích na odpadní teplo pro výrobu páry. Kotle na odpadní teplo ohou ít různá využití. V paroplynových cyklech se za spalovací turbínu uisťuje spalinový kotel vyrábějící přehřátou páru pro parní turbínu. Lze je využít nejen za spalovací turbínu, ale všude kde vzniká odpadní teplo. Kotle enších výkonů se obvykle navrhují pro výrobu syté páry. Ta á při dané tlaku přesně definovanou teplotu, takže při udržení konstantního tlaku a dokonalé odvodnění páry na vstupu do spotřebiče budee ít ve spotřebiči onu požadovanou teplotu. Ta je pro některé procesy nesírně důležitá (například v potravinářské průyslu, cheické průyslu apod.). Při kvalitní vysušení syté páry je ožné její využití i pro parní turbínu. V praxi se více využívá alespoň írného přehřátí syté páry, před vstupe páry na turbínu. Další ožností využití je zásobování teple pro blízké objekty. V této práci je zpracován návrh parního kotle na odpadní teplo spalin, který je uístěn za kogenerační jednotku se spalovací otore. Kogenerační jednotka využívá efektivně energii uloženou v palivu. Kroě výroby elektřiny využívá odpadního tepla z otoru k přípravě TUV. Zařazení kotle na odpadní teplo spalin ze spalovacího otoru dojde ještě k většíu zefektivnění využití energie a zvýšení účinnosti celého systéu. Palive spalovacího otoru je bioplyn. Kotel produkuje sytou páru o tlaku 1,6 MPa. Je proveden jako žárotrubný tepelný výěník. Je rozdělen do dvou saostatně stojících jednotek (výparník a ekonoizér), které jsou navrhovány každá zvlášť. Pára vyprodukovaná títo kotle ůže být použita jak pro vlastní potřeby bioplynové stanice, tak při napojení na CZT pro vytápění různých budov. 14

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství. techioetrické výpočty V zadání práce byl stanoven průtok spalin a jejich teplota, nikoliv však jejich složení. paliny vznikly spálení bioplynu, který tvoří z 60% CH 4 a 40% C. Pro výpočet a návrh kotle usíe nejprve určit objeové koncentrace spalin, abycho ohli zjistit entalpii spalin na vstupu do kotle. Ve výpočtech uvažuju spalování suchý vzduche. Výpočty byly provedeny na základě doporučené literatury [1]..1 Určení objeové koncentrace složek spalin Miniální obje kyslíku pro spálení 1 plynu: becný tvar rovnice pro plynná paliva: C H y 4 x y in 0,5 1,5 x / 100 H 100 V naše případě dostane rovnice tvar: 4 4 CH 100 4 4 60 100 4 in 1 1 1, / C H 100 100 Rov.1 Miniální obje suchého vzduchu pro spálení 1 plynu: becný tvar rovnice pro plynná paliva: 100 1 VZ in in / V naše případě dostane rovnice tvar: 100 1 100 1 VZ in in 1, 5,71 / Rov. bje C ve spalinách: becný tvar rovnice pro plynná paliva: C C x C H 0,0 C,01 x y VZ in / 0 Rov. 15

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C V naše případě dostane rovnice tvar: C CH 0,0 0,01 40 60 0,0 5,71 1,001714 C,01 4 VZ in / bje N ve spalinách: 0 becný tvar rovnice pro plynná paliva: N 78,05 N,01 VZ in / 0 V naše případě dostane rovnice tvar: 78,05 0,01 78,05 5,71 4,17486 N,01 VZ in / 0 Rov.4 bje Ar ve spalinách: becný tvar rovnice pro plynná paliva: Ar 0,009 VZ in / V naše případě dostane rovnice tvar: Ar 0,009 VZ in 0,009 5,71 0,05571 / Rov.5 bje vodní páry ve spalinách: becný tvar rovnice pro plynná paliva: y 0 / f 1 f 1 H in,01 CxH y H H VZ in / V naše případě dostane rovnice tvar: 4 0 1 / f 1 f 1 H in,01 CH 4 VZ in / f, f / (suchý vzduch, suchý plyn) 4 0 1 1 5,7111 1, H in,01 60 / Rov.6 16

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství bje spalin na 1 plynu (bez přebytku vzduchu): becný tvar rovnice pro plynná paliva: 1 f Pin / C N Ar H in / V naše případě dostane rovnice tvar: f Pin Pin / 1 1 / f 1 1 C N Ar H in 1,001714 4,17486 0,055711, 6,48571 / (suchý plyn) Rov.7 bjeové koncentrace složek spalin (bez přebytku vzduchu): x C C 1,001714 0,1558 6,48571 Pin N 4,17486 x N 0,649 6,48571 Pin 15,6% 64,9% Rov.8 Rov.9 x Ar Ar Pin 0,05571 6,48571 0,008178 0,8% Rov.10 x H H in 1, 0,186667 6,48571 Pin 18,7% Rov.11 kutečné nožství spalin s přebytke vzduchu: Na základě doporučení konzultanta volí přebytek vzduchu tak, aby podíl kyslíku ve spalinách činil 5%. Výpočet byl proveden v excelu, iterační způsobe jse došel k hodnotě přebytku 17

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C 1,5 P P 1 Pin VZ in / bje přebytku vzduchu 1 6,48571 (1,5 1) 5,71 8,457 Pin VZ in / 1 VZ in / 1 1,5 1 5,71,00891 VZ in / Rov.1 Rov.1 Tabulka.1: složení suchého vzduchu ložení suchého vzduchu ložka bjeová koncentrace 1,00 % C 0,0 % N 78,05 % Ar 0,9 % bje složek v přebytku vzduchu 1 100 1 100,00891 0,41876 / 0,0 100 0,0 100 C,00891 0,00060 / 78,05 100 78,05 100 N,00891 1,567971 / Ar 0,9 0,9,00891 0,01848 100 100 Rov.17 18 / Rov.14 Rov.15 Rov.16

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství Celkové objey složek spalin 0,41876 / C C C 1,001714 0,00060 1,0017 / Rov.18 N N N 4,17486 1,567971 5,7457 / Rov.19 Ar Ar Ar 1, H in / H 0,05571 0,01848 0,071054 / Rov.0 Rov.1 Rov. bjeové koncentrace složek spalin (s přebytke vzduchu): x P 0,41876 8,457 0,05 5,0% Rov. x C C P 1,0017 8,457 0,11879 11,879% Rov.4 x N N P 5,7457 8,457 0,680564 68,0564% Rov.5 x Ar Ar P 0,071054 8,457 0,00841 0,841% Rov.6 x H H in P 1, 8,457 0,14 14,% Rov.7 19

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C. Tepelný výpočet kotle Nejprve určíe paraetry vody a poto paraetry spalin v jednotlivých bodech (viz pilový diagra). Při výpočtu byla použita literatura [1] a parní a vodní tabulky excel stea tables.6. Některé hodnoty bylo třeba volit, při jejich volbě jse dal na doporučení konzultanta. Graf.1: pilový diagra Výparník Ekonoizér.1 Paraetry vody (páry): Bod 1 (výparník výstup pára) p1 1, 6 MPa t1 01, 8 C i 79, 88 kj 1 kg 0

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství Bod (výparník vstup voda) p 1, 6 MPa t 01, 8 C i 858, 6101 kj kg Bod (ekonoizér výstup voda) t t t nedohřev volí 0 C kvůli bezpečnosti provozu t 0 C t 01,8 0 181, 8 C p 1, 6 MPa i 769, 561 kj kg Bod 4 (ekonoizér vstup voda) tlakovou ztrátu ekonoizéru volí 0,15MPa p eko 0, 15 MPa t tnv 105 C 4 p4 1, 75 MPa i 441, 418 kj 4 kg. Entalpie spalin Při určení entalpie spalin při dané teplotě vyjdee z entalpií jejich složek při dané teplotě a zohledníe jejich objeové zastoupení ve spalinách. Tabulka.1: entalpie složek spalin [1] t[ C] i[kj/n ] C H N Ar 100 170 150 10 9 1 00 57 04 60 186 67 00 559 46 9 78 407 400 77 66 57 7 551 500 994 795 666 465 699 600 15 969 804 557 850 1

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C Bod A (entalpie spalin na vstupu do kotle) i[kj/n ] t[ C] C H N Ar 450 88 710,5 596,5 418,5 65 t A 450 C i A P x C ic xn in xar iar xh ih x i kj / N Rov.1 i i A P A P 0,1187988 0,680564 596,5 0,00841 418,5 0,14 710,5 0,05 65 646,676 kj / N Bod B (entalpie spalin na úrovni výstupu výparníku a vstupu ekonoizéru) t B t t C Pinch point volí 10 C. t 10 C t B 01,8 10 11, 8 C t[ C] i[kj/n ] C H N Ar 11,8 79,9876 196,4649 75,016,094 8,9 Entalpii spalin určíe analogicky podle rovnice.1: i i B P B P x C i C x N i N x x H H 0,1187979,9876 0,680564 75,016 0,00841,094 0,14 196,4649 0,05 8,9 77,1109 Bod C (výstup do koína) t C 166, C i C P 17,1750 kj / N Výpočet proveden v kapitole. Ar i Ar i x i kj / N

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství. Tepelný výkon kotle Výkon výparníku závisí na teple, které jsou spaliny schopny předat vodě. To určí vynásobení průtočného nožství spalin rozdíle entalpií spalin na vstupu a výstupu výparníku. Při ochlazování spalin nedochází pouze k přenosu tepla do trubek výparníku a ekonoizéru, ve výpočtu uvažuji také ztrátu přenosu tepla do okolí z s, kterou volí %. z 0,0 M N P 0,8 N / s Teoretický tepelný výkon výparné části Q AB A B ( i i ) M P P N P kw Q AB ( 646,676 77,1109) 0,8 95, 65 kw Rov. Výkon výparníku (po zahrnutí ztrát tepla) Q výp Q 1 Q N QAB (1 z ) ( ia ib ) M P (1 z ) 1 kw Q (646,676 77,1109) 0,8 (1 0,0) 86, 78 1 kw Rov. Teplo Q 1 je zároveň teplo potřebné k ohřevu vody z EKA na teplotu sytosti a k jejíu odpaření. Q 1 i i ) ( 1 M P dtud vypočtee parní výkon kotle. Q1 86,78 M P 0,1417 / ( i i ) (79,88 796,561) 1 kg/ s 0,51t h Rov.4

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C Výkon EKA Při ustálené výkonu kotle a konstantní hladině vody ve výparníku je průtok napájecí vody ekonoizére roven parníu výkonu výparníku. Množství odluhu ůžee v této bilanci zanedbat. M w M P Q EK i i ) M ( 4 w kw Q EK ( 796,561 441,418) 0,1417 46, 51 kw Rov.5 Zároveň platí: ( i i ) 4 M ( i i ) M (1 z N w B C P ) Rov.6 dtud zjistíe entalpii na výstupu z kotle i C i C i B M M w N P ( i i (1 z 4 ) 0,1417(769,561 441,418) 77,1109 17,18 kj / N ) 0,8 (1 0,0) Při znáé entalpii spalin na výstupu z kotle určíe jejich teplotu iteračně interpolací poocí hodnot v tabulce.1 entalpie složek spalin. Výše uvedené entalpii odpovídá teplota spalin: t C 166, C Výkon celého zařízení Q Qvýp Qeko 86,78 46,51, 9 kw 4

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství 4. Návrh teplosěnných ploch Při návrhu budee postupovat následující způsobe. Zvolíe rychlost proudění spalin na vstupu výparníku a ze skutečného nožství spalin určíe celkovou plochu kanálu. Zvolíe rozěr trubek a dopočtee jejich počet. Výslednou hodnotu zaokrouhlíe nahoru a přepočtee celkovou plochu kanálu a rychlost proudění. Určíe součinitele přestupu tepla poocí Nusseltova kritéria a dopočtee součinitel prostupu tepla. Ze znáého výkonu, teplotního spádu a součinitele prostupu tepla určíe potřebnou teplosěnnou plochu a délku trubek. Paralelně s návrhe teplosěnných ploch provádíe aerodynaický výpočet, ve které kontrolujee tlakovou ztrátu kotle. 4.1 Výparník Při návrhu jse postupoval podle literatury [1] a prostup tepla počítal z důvodu získání přesnějšího výpočtu a častého přepočítávání hodnot z důvodu hledání vhodné vstupní rychlosti spalin a vhodného průěru trubek podle literatury []. Při návrhu konstrukčního řešení jse postupoval na základě doporučení konzultanta. Bilanční rovnice Základní vztah pro přestup tepla je dán následující rovnicí Q výp i i ) M ( 1 P k t LN Kde: i 1 je entalpie syté páry i je entalpie vody vstupující do výparníku z eka M p je parní výkon v kg syté páry za sekundu k je součinitel prostupu tepla je výhřevná plocha výparníku Δt LN je ední logaritický teplotní spád Rov 4.1 Cíle je stanovit výhřevnou plochu výparníku. Celkový obvod průřezů všech trubek určíe snadno, proto jedinou neznáou zůstává délka trubky. Tu vyjádří z bilanční rovnice: Q L k CEL výp t LN Rov 4. 5

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C 4.1.1 Určení počtu trubek Vstupní rychlost spalin volí 19 /s a rozěr trubky 8 x,9. rostoucí rychlostí proudění spalin dochází k lepšíu přestupu tepla, ale také roste tlaková ztráta. Proto byl paralelně prováděn aerodynaický výpočet kotle z důvodu hlídání tlakové ztráty kotle na straně spalin tak, aby nepřesáhla 1 kpa. w P 19 / s Tabulka 4.1: rozěry trubek výparníku Vnější průěr trubky D 8 0,08 Tloušťka stěny tl,9 0,009 Vnitřní průěr trubky d, 0,0 kutečné nožství spalin na vstupu N t A 7,15 M P ( A) M P / s 7,15 450 7,15 M P ( A ) 0,8,118 / s 7,15 Rov 4. Plocha kanálu kan M P( A) w P kan,118 0,111471 19 Rov 4.4 Počet trubek n tr 4 d kan Rov 4.5 6

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství 40,111471 n 16, 8869 počet trubek volí n tr tr 17 0,0 Přepočet plochy kanálu kan( skut) n tr d 4 kan( skut) 0, 111564 0,0 17 4 Rov 4.6 Přepočet rychlosti spalin na vstupu M P( A) wp ( A) / s kan( skut) Rov 4.7,118 w P ( A ) 18,984 / s 0,111564 4.1. třední logaritický teplotní spád Je ední rozdíl teplot obou édií po celé délce výhřevné plochy (do výparníku sice vtéká voda z ekonoizéru, která je 0 C pod teplotou sytosti, ta se však ve velké objeu vody rychle rozptýlí, proto na straně vody počítáe pouze s teplotou sytosti). Určíe jej podle následující rovnice: t LN tv t tv ln t Kde: Δt v teplotní spád na to konci, kde je větší Δt teplotní spád na to konci, kde je enší Rov 4.8 7

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C t t t 450 01,8 48, 6 v A 1 t t t 11,8 01,8 10 B C C tv t 48,6 10 t LN 74, 6 tv 48,6 ln ln t 10 C 4.1. oučinitel prostupu tepla Pro výparnou plochu při spalování plynných paliv se součinitel prostupu tepla určí podle [1] ze vztahu k 1 Kde: α 1 je součinitel přestupu tepla ze spalin do stěny ψ je součinitel tepelné efektivnosti Rov 4.9 součinitel tepelné efektivnosti podle [1] volí 0,85 oučinitel přestupu tepla ze spalin do stěny ( k ) 1 s Kde: Rov 4.10 ξ je součinitel využití vyjadřující neúplnost proudění spalin výhřevnou plochou. Tento součinitel počítá s rtvýi kouty. V naše případě neuvažujee žádné rtvé kouty, proto volí 1 α s je součinitel přestupu tepla sálání. Ten uvažujee při teplotách spalin vyšších než 500 C. [] V naše případě jej proto ůžee zanedbat. 8

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství α k je součinitel přestupu tepla konvekcí V naše případě uvažujee tedy pouze přestup tepla ze spalin do stěny trubky konvekcí uvnitř trubky 1 k 4.1..1 oučinitel přestupu tepla konvekcí uvnitř trubky Po délce trubky se fyzikální vlastnosti spalin ění, ve výpočtech budee uvažovat vlastnosti spalin při ední teplotě proudu (0,7 C) Tabulka 4.: paraetry spalin u výparníku Teplota spalin kutečné nožství spalin Rychlost spalin Výparník vstup (A) 450 C,118 /s 18,984 /s třední hodnota proudu 0,7 C 1,769 /s 15,85 /s Výparník výstup (B) 11,4 C 1,419 /s 1,70 /s oučinitel přestupu tepla konvekcí uvnitř trubky je dán vztahe k Nu tr d Rov 4.11 Kde: Nu tr je Nusseltovo kritériu zahrnující vliv počátečního úseku, vliv rozdílných teplot hlavního proudu a proudu u stěny trubky a vliv zakřivení osy potrubí λ je součinitel tepelné vodivosti spalin d je charakteristický rozěr, v naše případě to je vnitřní průěr trubky oučinitel tepelné vodivosti spalin M Rov 4.1 9

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C Kde: M λ je opravný koeficient, závisející na obsahu vody ve spalinách a teplotě spalin, určíe jej z grafu 4.1 λ je součinitel tepelné vodivosti spalin edního složení, viz tabulka 4.. Z grafu 4.1 odečtee hodnotu opravného koeficientu pro ední teplotu proudu spalin (0 C) s nožství vody ve spalinách 14,% (0,14). Graf 4.1: opravný koeficient součinitele tepelné vodivosti [] M 1,0 oučinitel tepelné vodivosti spalin edního složení vypočtee poocí hodnot z následující tabulky. Tabulka 4.: charakteristiky spalin edního složení [] t[ C] 10 6 ν [ /s] paliny edního složení 10 λ [W -1 K -1 ] Pr [-] 0 11,9,8 0,74 100 0,8,19 0,70 00 1,6 4,01 0,67 00 4,9 4,84 0,65 400 57,8 5,70 0,64 500 7,0 6,56 0,6 00 400 100 00 0,7 0,051066 W 1 K 1 0

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství Pak součinitel tepelné vodivosti spalin 1 M 0,050914 W K 1 Nusseltovo kritériu Nu tr tr Nu0 l t r Kde: Rov 4.1 Nu tr 0,8 0,4 0 0,0 Re Pr ε l je korekční součinitel zahrnující vliv počátečního úseku d l 1 L Délku trubky L zatí neznáe, proto ji odhadnee a později korigujee. Výsledná hodnota Rov 4.14 Rov 4.15 l 0,0 1 6,0995 1,08 ε t je korekční součinitel zahrnující vliv rozdílných teplot hlavního proudu a proudu u stěny trubky. Podle [] je 1 t ε r je korekční součinitel zahrnující vliv zakřivení osy potrubí. V naše případě uvažujee pouze rovné trubky bez zakřivení, proto volí r 1 1

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C Reynoldsovo číslo wd Re Kde: w je ední rychlost proudu spalin v trubce d je charakteristický rozěr, v naše případě to je vnitřní průěr trubky ν je kineatická viskozita spalin Rov 4.16 kineatická viskozita spalin M Kde: Rov 4.17 M ν je opravný koeficient, závisející na obsahu vody ve spalinách a teplotě spalin, určíe jej z grafu 4. ν je kineatická viskozita spalin edního složení Z grafu 4. odečtee hodnotu opravného koeficientu pro ední teplotu proudu spalin (0 C) s nožství vody ve spalinách 14,% (0,14). Graf 4.: opravný koeficient kineatické viskozity spalin [] M 1

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství 4.. Kineatickou viskozitu spalin edního složení vypočtee poocí hodnot v tabulce 400 00 00 1 0,00004809 / s 100 Pak kineatická viskozita spalin M 0,00004809 / s Pak Reynoldsovo číslo w d Re 10588,04087 Prandtlovo číslo spalin Pr M Pr Pr Kde: Rov 4.18 M Pr je opravný koeficient, závisející na obsahu vody ve spalinách, určíe jej z grafu 4. Pr je Prandtlovo číslo spalin edního složení Z grafu odečtee hodnotu opravného koeficientu pro obsah vody ve spalinách 14,% (0,14)

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C Graf 4.: opravný koeficient Prandtlova čísla [] M Pr 1,0 Prandtlovo číslo spalin edního složení vypočtee poocí hodnot v tabulce 4.. Pr Pr 00 Pr Pr 100 400 00 1 0,6469 Pak Prandtlovo číslo spalin Pr M Pr Pr 0,65988 Nusseltovo číslo pak bude tr 0,8 0,4 Nu 0 0,0 Re Pr,116106 Zahrnutí korekčních součinitelů pak dostanee Nu tr tr Nu0 l t r,60986 Nyní jse schopni určit součinitele přestupu tepla konvekcí uvnitř trubky k Nu tr,609860,050914 5,7474008 W / d 0,0 4 K

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství oučinitel prostupu tepla k 0,85 45,685 W / k k K Celkový obvod průřezů trubek d CEL n tr CEL 0,017 1, 8588 Délka trubky Q L k CEL výp t LN 86,781000 L 6, 0995 45,6851,858874,6 Výhřevná plocha výp L CEL 6,09951,8588 84,5 4.1.4 Konstrukční provedení výparníku Výparník je proveden jako žárotrubný tepelný výěník. Válcový plášť je z ateriálu P65GH. K plášti jsou na obou koncích přivařeny trubkovnice rovněž z ateriálu P65GH. Tloušťku pláště a trubkovnice volí 16. Do trubkovnic jsou zavařeny trubky z ateriálu P5GH. Jsou použity holé trubky bez žebrování z důvodu snadnějšího čištění při servisní údržbě. Trubky jsou uspořádány do rovnoraenných trojúhelníků, viz obrázek 1, neboť při toto uspořádání lze uístit trubky tak, aby při zachování vzájených vzdáleností (volí 15 ) zabíraly ve výěníku co nejenší prostor. 5

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C brázek 1: řazení trubek Trubkovnice je přivařena k trubká i k plášti na obou koncích. V praxi á při provozu zařízení plášť a trubky rozdílnou teplotu a vlive různě velikých teplotních dilatací (plášť se nenatahuje tolik jako trubky) dochází k deforaci (prohnutí) trubkovnice. Aby se předešlo havárii, je nutno zabránit tou, aby prohnutí zasahovalo až do oblasti svaru s pláště. Toho lze docílit volbou dostatečné vzdálenosti trubek od pláště bubnu. Tuto vzdálenost volí 100. brázek : iniální vzdálenost trubek od stěny pláště 6

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství Trubky zaplňují prostor válce jen do určité výšky, která je ovlivněna hladinou vody. V ráci návrhu kotle uvažuji čtyři hraniční hladiny vody v kotli: Havarijní axiu při dosažení této hladiny vody v kotli dochází k úplnéu uzavření přívodu vody do výparníku. Volí 150 od stropu bubnu. Maxiální hladina při dosažení této hladiny vody v kotli reaguje zařízení okažitý snížení přívodu vody do kotle. Volí 50 od stropu bubnu. Miniální hladina při dosažení této hladiny vody v kotli reaguje zařízení okažitý zvýšení přívodu vody do kotle. Volí 80 od axiální hladiny (regulační rozsah 80 ). Žárorys při dosažení této hladiny dochází k odstavení přívodu spalin do kotle (spaliny jdou rovnou do koína). Volí 50 od nejvyšší řady trubek. V případě poklesu hladiny vody pod úroveň nejvyšší řady trubek by ohlo dojít k vážnéu poškození zařízení v důsledku nárůstu teploty trubek a jejich zvětšené dilataci. brázek : rozvržení trubek ve výparníku 7

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C Délka svazku trubek vychází přibližně 6,1. Z důvodu úspory prostoru i ateriálu provedu rozdělení do dvou tahů ( x,05 ), viz obrázek 4, aby zařízení ělo praktičtější rozěry. Vzdálenost ezi tahy volí 100 z důvodu rozdílných dilatací. bvykle se spaliny přivádějí do vrchního tahu, protože na vstupu spalin díky největšího teplotního spádu dochází k nejbouřlivějšíu varu a při přívodu spalin do spodního tahu by proud bublin stoupající k hladině kole vrchního tahu ohl zhoršit přestup tepla ve svazku trubek vrchního tahu. V naše případě, kdy teplota vstupujících spalin činí 450 C, u dna na straně vstupu spalin není var tolik bouřlivý, proto ůžee spaliny přivést do spodního tahu, aby ohl být výstup spalin z výparníku z horního tahu. To je příznivější z hlediska koncepce celého zařízení, neboť spaliny do ekonoizéru budee přivádět shora (později zdůvodněno u návrhu ekonoizéru). brázek 4 schéa výparníku 8

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství 4. Ekonoizér Postup při návrhu ekonoizéru je prakticky analogický postupu při návrhu výparníku. Výraznější odlišnosti nastávají až v návrhu konstrukčního provedení. Při výpočtu výhřevné plochy jse postupoval podle literatury [1] a []. Při návrhu konstrukčního řešení jse postupoval na základě doporučení konzultanta. Bilanční rovnice Základní vztah pro přestup tepla je dán následující rovnicí Q eko i i ) M ( 4 w k t LN Kde: i je entalpie vody na výstupu z ekonoizéru i 4 je entalpie vody vstupující do ekonoizéru (napájecí voda) M w je průtok vody ekonoizére (je roven parníu výkonu M p ) k je součinitel prostupu tepla je výhřevná plocha ekonoizéru Δt LN je ední logaritický teplotní spád Rov 4.19 Cíle je stanovit výhřevnou plochu ekonoizéru. Celkový obvod průřezů všech trubek určíe snadno, proto jedinou neznáou zůstává délka trubky. Tu vyjádří z bilanční rovnice: Q L k CEL eko t LN Rov 4.0 4..1 Určení počtu trubek Vstupní rychlost spalin odpovídá výstupní rychlosti spalin z výparníku 1,71996 /s a rozěr trubky 8 x,9. w P 1,71996 / s Tabulka 4.4: rozěry trubek ekonoizéru Vnější průěr trubky D 8 0,08 Tloušťka stěny tl,9 0,009 Vnitřní průěr trubky d, 0,0 9

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C kutečné nožství spalin na vstupu N tb 7,15 M P ( B) M P / s 7,15 11,8 7,15 M P ( B ) 0,8 1,419 / s 7,15 Rov 4.1 Plocha kanálu kan M w P( B) P( B) kan 1,419 1,70 0,111564 Rov 4. Počet trubek n tr n tr 4 d kan 40,111564 0,0 17 Rov 4. 4.. třední logaritický teplotní spád Je ední rozdíl teplot obou édií po celé délce výhřevné plochy. Určíe jej podle následující rovnice: t LN tv t tv ln t Rov 4.4 40

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství Kde: Δt v teplotní spád na to konci, kde je větší Δt teplotní spád na to konci, kde je enší t t t 166, 105 61, v C 4 C t t t 11,8 181,8 0 B C tv t 61, 0 t LN 4, 7619 tv 61, ln ln t 0 C 4.. oučinitel prostupu tepla Pro ohřívák vody při spalování plynných paliv se součinitel prostupu tepla určí podle [1] ze vztahu: k 1 Kde: α 1 je součinitel přestupu tepla ze spalin do stěny ψ je součinitel tepelné efektivnosti Rov 4.5 součinitel tepelné efektivnosti podle [1] volí 0,85 oučinitel přestupu tepla ze spalin do stěny ( k ) 1 s Kde: Rov 4.6 ξ je součinitel využití vyjadřující neúplnost proudění spalin výhřevnou plochou. Tento součinitel počítá s rtvýi kouty. V naše případě neuvažujee žádné rtvé kouty, proto volí 41

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C 1 α s je součinitel přestupu tepla sálání. Ten uvažujee při teplotách spalin vyšších než 500 C. [] V naše případě jej proto ůžee zanedbat. α k je součinitel přestupu tepla konvekcí V naše případě uvažujee tedy pouze přestup tepla ze spalin do stěny trubky konvekcí uvnitř trubky 1 k 4...1 oučinitel přestupu tepla konvekcí uvnitř trubky Po délce trubky se fyzikální vlastnosti spalin ění, ve výpočtech budee uvažovat vlastnosti spalin při ední teplotě proudu (188,8 C) Tabulka 4.5: paraetry spalin u ekonoizéru Teplota spalin kutečné nožství spalin Rychlost spalin Ekonoizér vstup (B) 11,4 C 1,419 /s 1,70 /s třední hodnota proudu 188,8 C 1,5 /s 1,17 /s Ekonoizér výstup (C) 166, C 1,87 /s 11,54 /s oučinitel přestupu tepla konvekcí uvnitř trubky je dán vztahe k Kde: Nu tr d Rov 4.7 Nu tr je Nusseltovo kritériu zahrnující vliv počátečního úseku, vliv rozdílných teplot hlavního proudu a proudu u stěny trubky a vliv zakřivení osy potrubí λ je součinitel tepelné vodivosti spalin d je charakteristický rozěr, v naše případě to je vnitřní průěr trubky 4

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství oučinitel tepelné vodivosti spalin M Kde: Rov 4.8 M λ je opravný koeficient, závisející na obsahu vody ve spalinách a teplotě spalin, určíe jej z grafu 4.4 λ je součinitel tepelné vodivosti spalin edního složení, viz tabulka 4.6. Z grafu 4.4 odečtee hodnotu opravného koeficientu pro ední teplotu proudu spalin (188 C) s nožství vody ve spalinách 14,% (0,14). Graf 4.4: opravný koeficient součinitele tepelné vodivosti [] M 1,015 oučinitel tepelné vodivosti spalin edního složení vypočtee poocí hodnot z tabulky 4.6. 4

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C Tabulka 4.6 charakteristiky spalin edního složení [] t[ C] 10 6 ν [ /s] paliny edního složení 10 λ [W -1 K -1 ] Pr [-] 0 11,9,8 0,74 100 0,8,19 0,70 00 1,6 4,01 0,67 00 4,9 4,84 0,65 400 57,8 5,70 0,64 500 7,0 6,56 0,6 100 00 100 100 81, 0,0846 W 1 K 1 Pak součinitel tepelné vodivosti spalin 1 M 0,09069 W K 1 Nusseltovo kritériu Nu tr tr Nu0 l t r Kde: Rov 4.9 Nu tr 0,8 0,4 0 0,0 Re Pr ε l je korekční součinitel zahrnující vliv počátečního úseku Rov 4.0 d l 1 L Délku trubky L zatí neznáe, proto ji odhadnee a později korigujee. Výsledná hodnota Rov 4.1 l 0,0 1 1,78 1,057 44

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství ε t je korekční součinitel zahrnující vliv rozdílných teplot hlavního proudu a proudu u stěny trubky. Podle [] je 1 t ε r je korekční součinitel zahrnující vliv zakřivení osy potrubí. V naše případě uvažujee pouze rovné trubky bez zakřivení, proto volí r 1 Reynoldsovo číslo wd Re Kde: w je ední rychlost proudu spalin v trubce d je charakteristický rozěr, v naše případě to je vnitřní průěr trubky ν je kineatická viskozita spalin Rov 4. kineatická viskozita spalin M Kde: Rov 4. M ν je opravný koeficient, závisející na obsahu vody ve spalinách a teplotě spalin, určíe jej z grafu 4.5 ν je kineatická viskozita spalin edního složení Z grafu 4.5 odečtee hodnotu opravného koeficientu pro ední teplotu proudu spalin (188 C) s nožství vody ve spalinách 14,% (0,14). 45

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C Graf 4.5: opravný koeficient kineatické viskozity spalin [] M 1 Kineatickou viskozitu spalin edního složení vypočtee poocí hodnot v tabulce 4.6. 00 100 100 81, 0,0000944 / s 100 Pak kineatická viskozita spalin M 0,0000944 / s Pak Reynoldsovo číslo w d Re 16,84478 Prandtlovo číslo spalin Pr M Pr Pr Kde: Rov 4.4 M Pr je opravný koeficient, závisející na obsahu vody ve spalinách, určíe jej z grafu 4.6. Pr je Prandtlo číslo spalin edního složení 46

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství Z grafu 4.6 odečtee hodnotu opravného koeficientu pro obsah vody ve spalinách 14,% (0,14) Graf 4.6 opravný koeficient Prandtlova čísla [] M Pr 1,0 Prandtlovo číslo spalin edního složení vypočtee poocí hodnot v tabulce 4.6. Pr Pr 100 Pr Pr 100 00 100 81, 0,68 Pak Prandtlovo číslo spalin Pr M Pr Pr 0,696 Nusseltovo číslo pak bude tr 0,8 0,4 Nu 0 0,0 Re Pr 9,4765 Zahrnutí korekčních součinitelů pak dostanee Nu tr tr Nu0 l t r 41,799 47

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C Nyní jse schopni určit součinitele přestupu tepla konvekcí uvnitř trubky k Nu tr 41,7990,09069 50,59467 W / K d 0,0 oučinitel prostupu tepla k 0,8550,59467 4,005 W / K k Celkový obvod průřezů trubek d CEL n tr CEL 0,017 1, 8588 Délka trubky Q L k CEL eko t LN 86,781000 L 1, 78 4,0051,8588 4,7619 Výhřevná plocha eko L CEL 1,781,8588 4,71 4..4 Konstrukční provedení ekonoizéru Ekonoizér je proveden jako protiproudový žárotrubný tepelný výěník. Vzhlede k délce trubkového svazku 1,78 není třeba rozdělení do dvou tahů. Použitý ateriál je stejný jako v případě výparníku, tedy plášť a trubkovnice z ateriálu P65GH (tloušťku pláště a trubkovnice volí 16 ) a trubky z ateriálu P5GH. tejně tak je použito stejného trojúhelníkového uspořádání. 48

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství brázek 5: rozvržení trubek v ekonoizéru Vzhlede k nižší teplotě spalin bude projev dilatací írnější než v případě výparníku, proto nejenší vzdálenost trubky od pláště volí 50 (viz obr.6). brázek 6: iniální vzdálenost trubek od stěny pláště 49

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C Ekonoizér tvoří saostatně stojící jednotku, proto usí být vybaven vlastní tlakoěre, pojistný ventile i vypouštěcí ventile. Bude orientován na výšku (viz obr. 7) přičež spaliny proudí shora dolů, přívod vody je v dolní části a výstup vody z ekonoizéru v horní části. Tohoto provedení je zvoleno z důvodu přirozeného teplotního rozvrstvení vody podél výšky zařízení, kdy nahoře je voda nejteplejší a dole nejchladnější (s rostoucí teplotou vody klesá její hustota). brázek 7: schéa ekonoizéru 50

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství 5. Tlaková ztráta kotle Tlakovou ztrátu svazku trubek při proudění látky uvnitř trubek určíe podle () následovně w L p 1 i [ Pa] 1 d Kde Rov 5.1 w je rychlost pracovní látky, odpovídající ední hodnotě tlaku a teploty ve svazku ρ je hustota pracovní látky, odpovídající ední hodnotě tlaku a teploty ve svazku ρ 1 je hustota pracovní látky na vstupu trubkového svazku ρ je hustota pracovní látky na výstupu trubkového svazku ξ 1 je součinitel odporu na vstupu trubkového svazku ξ je součinitel odporu na výstupu trubkového svazku λ je součinitel tření d je vnitřní průěr trubky L je délka trubky ξ i je součinitel odporu v trubce (svary, ohyby,..) Určení hustoty spalin ložení spalin znáe, spočtee jejich hustotu za norálních podínek a poté poocí stavové rovnice určíe jejich hustotu při teplotě na vstupu, výstupu a při ední teplotě. Tabulka 5.1: hustota složek spalin za norálních podínek ρ i Hustota za norálních x i bjeová koncentrace složky ρ i x i podínek [0 C, p at ] [-] 1,489 0,05 0,071445 C 1,9768 0,11879 0,480 N 1,505 0,680564 0,851045 Ar 1,789 0,00841 0,0150 H 0,8040 0,14 0,11446 51

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C Hustota spalin za norálních podínek 0C 0C kg/ i x i 1,4890,05 1,97680,118791,5050,680564 1,7890,00841 0,80400,14 0 C 1,86688 kg/ Vyjdee ze stavové rovnice ideálního plynu p1 v T 1 1 p v T Rov 5. Tlak uvažujee konstantní a dosazení za 1 v pak dostanee T 1 T 1 Rov 5. 5.1 Aerodynaický výpočet tlakové ztráty výparníku Nejprve určíe hustotu spalin v jednotlivých bodech, podle rovnice 5.: Hustota spalin na vstupu do výparníku A 0C t A 7,15 kg/ 7,15 7,15 A 1,86688 0,486011 kg/ 450 7,15 Hustota spalin na pro ední teplotu proudu 0C t 7,15 kg/ 7,15 5

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství 7,15 1,86688 0,58041 kg/ 0,7 7,15 Hustota spalin na výstupu z výparníku B 0C t B 7,15 kg/ 7,15 7,15 B 1,86688 0,756 kg/ 11,8 7,15 oučinitel odporu na vstupu trubkového svazku Uvažujee vstup do trubky ostrou hranou, proto podle [] je 1 0,5 oučinitel odporu na výstupu trubkového svazku Uvažujee norální výstup (bez říže nebo clony), proto podle [] je 1 oučinitel tření Určíe podle [] z noograu 0,0 oučinitel odporu v trubce Uvnitř trubky neuvažujee žádné ohyby ani svary, proto jej zanedbáe i 0 Tlaková ztráta výparníku Podle rovnice 5.1: w p p 15,85 p výp 546 1 A L d B i 0,58041 0,5 Pa 0,58041 0,486011 0,0 5 6,0995 0,0 0,58041 0 1 0,756

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C 5. Aerodynaický výpočet tlakové ztráty ekonoizéru Nejprve určíe hustotu spalin v jednotlivých bodech, podle rovnice 5.: Hustota spalin na vstupu do ekonoizéru B 0C t B 7,15 kg/ 7,15 7,15 B 1,86688 0,756 kg/ 11,8 7,15 Hustota spalin na pro ední teplotu proudu 0C t 7,15 kg/ 7,15 7,15 1,86688 0,76084 kg/ 188,8 7,15 Hustota spalin na výstupu z ekonoizéru C 0C t C 7,15 kg/ 7,15 7,15 C 1,86688 0,79995 kg/ 166, 7,15 oučinitel odporu na vstupu trubkového svazku Uvažujee vstup do trubky ostrou hranou, proto podle [] je 1 0,5 oučinitel odporu na výstupu trubkového svazku Uvažujee norální výstup (bez říže nebo clony), proto podle [] je 1 oučinitel tření Určíe podle [] z noograu 0,0 54

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství oučinitel odporu v trubce Uvnitř trubky neuvažujee žádné ohyby ani svary, proto jej zanedbáe i 0 Tlaková ztráta ekonoizéru Podle rovnice 5.1: w p p 1,17 p eko 18 1 B L d C i 0,76084 0,5 Pa 0,76084 0,756 0,0 1,78 0,0 0,76084 0 1 0,79995 Celková tlaková ztráta kotle p kotle p kotle p výp p 546 18 p kotle 78 Pa eko Pa Podínkou při návrhu kotle bylo, aby tlaková ztráta nepřesáhla 1kPa. Podínka byla splněna. 55

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C 6. Závěr Cíle práce bylo navrhnout parní kotel na využití odpadního tepla spalin z bioplynu pro dodávku syté páry o tlaku 1,6 MPa. Byl proveden stechioetrický výpočet pro určení paraetrů spalin. Dále byl proveden tepelný výpočet a návrh teplosěnných ploch a návrh konstrukčního uspořádání. Paralelně s návrhe teplosěnných ploch byla pro kontrolu počítána jejich tlaková ztráta. Volba tloušťky trubek, pláště a trubkovnice byla provedena s ohlede na noru ČN-EN-195- a konzultace. Byly vypracovány výkresy výparníku, ekonoizéru a celé sestavy jako návrh koncepce zařízení, viz přílohy 1, a. Zařízení je technicky realizovatelné, o její praktické realizovatelnosti by usela rozhodnout podrobná ekonoická analýza. Vzniklá pára ůže ít nohé využití, například pro vytápění, pro parní turbínu nebo pro vlastní potřeby bioplynové stanice. Využití odpadního tepla vede k výrazný úsporá energie a k zefektivnění technologických procesů. Kotle na odpadní teplo á sysl instalovat všude ta, kde vzniká velké nožství tepla, které se jinak nevyužívá a je odváděno do okolí, za předpokladu, že je to ekonoicky rentabilní. 56

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství ezna použité literatury [1] BUDAJ, Florian. Parní kotle. Ediční edisko VUT Brno, 199 [] DLUHÝ, Toáš. Výpočty kotlů a spalinových výěníků, ČVUT, 1999, IBN 978-80- 01-0757-7 [] KRBEK, Jaroslav; Polesný, Bohuil. Závěrečný projekt: Výpočet tepelných turbín a jejich příslušenství, Ediční edisko VUT v Brně 1987 57

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C ezna zkratek x x - t p i z s M P N Q M p k Δt LN w α α k ψ λ ν Pr Re Nu ρ d D L CEL ε [-] [-] [ / ] [ C] [MPa] [kj/kg],[kj/ ] [-] [N /s] [kw] [kg/s] [W/ K] [ ] [ C] [/s] [-] [W/ K] [-] [-],[W/ K] [ /s] [-] [-] [-] [kg/ ] [] [] [] [] [-] bjeová koncentrace bjeová koncentrace bez přebytku vzduchu bje Teplota Tlak Entalpie Ztráta tepla sdílení do okolí Průtok spalin za norálních podínek Tepelný výkon Průtočné nožství páry oučinitel prostupu tepla Výhřevná plocha třední teplotní logaritický spád Rychlost proudění Přebytek vzduchu oučinitel přestupu tepla konvekcí oučinitel tepelné efektivnosti oučinitel tření, oučinitel tepelné vodivosti spalin Kineatická viskozita Prandtlovo číslo Reynoldsovo číslo Nusseltovo číslo Hustota Vnitřní průěr trubky Vnější průěr trubky Délka trubky Celkový obvod trubek v průřezu (jednoho tahu) Korekční součinitel 58

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství Δp ξ [Pa] [-] Tlaková ztráta oučinitel využití ezna obrázků brázek 1: řazení trubek...6 brázek : iniální vzdálenost trubek od stěny pláště...6 brázek : rozvržení trubek ve výparníku...7 brázek 4 schéa výparníku...8 brázek 5: rozvržení trubek v ekonoizéru...49 brázek 6: iniální vzdálenost trubek od stěny pláště...49 brázek 7: schéa ekonoizéru...50 ezna tabulek Tabulka.1: složení suchého vzduchu...18 Tabulka.1: entalpie složek spalin [1]...1 Tabulka 4.1: rozěry trubek výparníku...6 Tabulka 4.: paraetry spalin u výparníku...9 Tabulka 4.: charakteristiky spalin edního složení []...0 Tabulka 4.4: rozěry trubek ekonoizéru...9 Tabulka 4.5: paraetry spalin u ekonoizéru...4 Tabulka 4.6 charakteristiky spalin edního složení []...44 Tabulka 5.1: hustota složek spalin za norálních podínek...51 ezna grafů Graf.1: pilový diagra...0 Graf 4.1: opravný koeficient součinitele tepelné vodivosti []...0 Graf 4.: opravný koeficient kineatické viskozity spalin []... Graf 4.: opravný koeficient Prandtlova čísla []...4 Graf 4.4: opravný koeficient součinitele tepelné vodivosti []...4 Graf 4.5: opravný koeficient kineatické viskozity spalin []...46 Graf 4.6 opravný koeficient Prandtlova čísla []...47 59

Bc. Peter Hatiar Návrh parního kotle na odpadní teplo 0,8N/s, 450 C ezna příloh Příloha č.1 Příloha č. Příloha č. Výparník Ekonoizér Kotel sestavení Výkres A Výkres A Výkres A 60