VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ENERGETICKÝ ÚSTAV FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING ENERGY INSTITUTE VERTIKÁLNÍ KOTEL NA SPALOVÁNÍ ZEMNÍHO PLYNU VERTICAL BOILER FOT NATURAL GAS COMBUSTION DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR BC. PETR SEDLÁK VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR ING. MARTIN LISÝ, Ph.D. BRNO 015

Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Abtrat Tato diplomová práce e zabývá tepelným výpočtem a návrhem otle na palování zemního plynu. Cílem práce je návrh velioti výhřevných ploch, ta aby pára plňovala požadavy teploty 490 C, tlau 7 MPa a parního výonu 60 t/h. Klíčová lova Kotel, pára, zemní plyn, přehřívá, výparní, eonomizér Abtract Thi mater thei i dealing with the thermal calculation and deign of boiler for natural ga combution. The aim i to deign the heating urface, o a to meet the requirement of the team temperature of 490 C, the preure of 7 MPa and the team output of 60 t/h. Key word Boiler, team, natural ga, team uperheater, evaporator, economizer

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Bibliograficá citace SEDLÁK, P. Vertiální otel na palování zemního plynu. Brno: Vyoé učení technicé v Brně, Faulta trojního inženýrtví, 015. 135. Vedoucí diplomové práce Ing. Martin Liý, Ph.D..

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Prohlášení Prohlašuji, že jem diplomovou práci na téma Vertiální otel na palování zemního plynu vypracoval amotatně pod vedením Ing. Martina Liého, Ph.D a onzultanta Ing. Pavla Křetíného a použitím uvedené literatury. V Brně dne 8. větna 015. Petr Sedlá

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Poděování Tímto chci poděovat vedoucímu diplomové práce Ing. Martinu Liému, Ph.D a panu Ing. Pavlu Křeminému za vedení a poytnutí odborných rad, teré vedly doončení diplomové práce. Naonec bych chtěl poděovat vým rodičům, za to, že mě po celou dobu mýho tudia podporovali.

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Obah 1. Úvod... 13. Stechiometricé výpočty... 14.1 Spaliny... 15.. Spaliny přebytem vzduchu (α=1,05)... 17.3. Roný bod palin... 18.4. Entalpie vzduchu a palin... 19.5. Výpočet účinnoti otle... 1 3 Výrobní teplo páry a množtví přiváděného paliva... 3.1. Výrobní množtví páry... 3.. Množtví přiváděného paliva... 4 Výpočet palovací omory (ohniště)... 3 4.1 Záladní rozměry palovací omory... 3 4. Geometricé parametry ohniště... 4 4..1 Objem palovací omory a objemové zatížení... 4 4.. Povrch těn a průřezové zatížení ohnitě... 4 4.3 Tepelný výpočet ohniště... 5 4.3.1 Teplota nechlazeného plamene... 5 4.3. Součinitel M... 5 4.3.3 Boltzmanovo čílo... 6 4.3.4 Stupeň černoti ohniště... 6 4.3.5 Teplota palin na onci ohniště... 8 5 Záladní bilance výhřevných ploch... 9 5.1 Přěhřívá P3... 30 5. Přehřívá P... 31 5..1 Vtři napájecí vody mezi P3 a P... 31 5.3 Přehřívá P1... 3 5.3.1 Vtři napájecí vody mezi P a P1... 3 5.4 Závěné truby... 33 5.5 Výparní... 33 5.6 Eonomizér... 34 5.6.1 Eonomizér 1... 34 5.6. Eonomizér... 35 6 Oblat Přehříváu P... 36 6.1 Přehřívá P... 36 6.1.1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin... 37 6.1. Součinitel přetupu tepla áláním... 38 6.1.3 Součinitel přetupu tepla na traně páry... 40 6.1.4 Součinitel protupu tepla... 41 6.1.5 Tepelný výon přehříváu P... 41 6. Membránová těna... 43 6..1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin... 43 6.. Součinitel přetupu tepla áláním... 44

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 6..3 Součinitel protupu tepla... 45 6..4 Výon předaný do membránové těny... 45 6.3 Závěné truby... 46 6.3.1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin... 47 6.3. Součinitel přetupu tepla áláním... 47 6.3.3 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně páry... 47 6.3.4 Součinitel protupu tepla... 48 6.3.5 Tepelný výon závěných trube... 49 6.4 Tepelná bilance a ontrola v oblati P... 49 7 Oblat přehříváu P3... 50 7.1 Přehřívá P3... 50 7.1.1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin... 51 7.1. Součinitel přetupu tepla áláním... 5 7.1.3 Součinitel přetupu tepla na traně páry... 54 7.1.4 Součinitel protupu tepla... 55 7.1.5 Tepelný výon přehříváu P3... 55 7. Membránová těna... 56 7..1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin... 56 7.. Součinitel přetupu tepla áláním... 57 7..3 Součinitel protupu tepla... 58 7..4 Výon předaný do membránové těny... 58 7.3 Závěné truby... 59 7.3.1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin... 59 7.3. Součinitel přetupu tepla áláním... 60 7.3.3 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně páry... 60 7.3.4 Součinitel protupu tepla... 61 7.3.5 Tepelný výon závěných trube... 6 7.4 Tepelná bilance a ontrola v oblati P3... 6 8 Oblat před mříží... 63 8.1 Závěné truby... 63 8.1.1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin... 63 8.1. Součinitel přetupu tepla áláním... 65 8.1.3 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně páry... 66 8.1.4 Součinitel protupu tepla... 67 8.1.5 Tepelný výon závěných trube... 67 8. Membránová těna... 69 8..1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin... 69 8.. Součinitel přetupu tepla áláním... 70 8..3 Součinitel protupu tepla... 70 8..4 Výon předaný do membránové těny... 71 8.3 Tepelná bilance a ontrola v oblati před mříží... 71 9 Oblat Mříže... 7 9.1.1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin... 73 9.1. Součinitel přetupu tepla áláním... 74 9.1.3 Součinitel protupu tepla... 76 9.1.4 Výon předaný do membránové těny... 76 9. Tepelná bilance a ontrola v oblati mříže... 76

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 10 Oblat za mříží membránová těna... 77 10.1.1 Součinitel přetupu tepla áláním... 78 10.1. Součinitel protupu tepla... 80 10.1.3 Výon předaný do membránové těny... 80 10. Tepelná bilance a ontrola v oblati za mříží... 81 11 Oblat Přehříváu P1... 8 11.1 Přehřívá P1... 8 11.1.1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin... 83 11.1. Součinitel přetupu tepla áláním... 84 11.1.3 Součinitel přetupu tepla na traně páry... 86 11.1.4 Součinitel protupu tepla... 87 11.1.5 Tepelný výon přehříváu P1... 87 11. Membránová těna... 89 11..1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin... 89 11.. Součinitel přetupu tepla áláním... 90 11..3 Součinitel protupu tepla... 90 11..4 Výon předaný do membránové těny... 91 11.3 Tepelná bilance a ontrola v oblati P1... 91 1 Membránová těna pod přehříváem P1... 9 1.1.1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin... 9 1.1. Součinitel přetupu tepla áláním... 93 1.1.3 Součinitel protupu tepla... 95 1.1.4 Výon předaný do membránové těny... 95 1. Tepelná bilance a ontrola v oblati pod P1... 96 13 Oblat eonomizéru... 97 13.1 Eonomizér... 97 13.1.1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin... 98 13.1. Součinitel přetupu tepla áláním... 100 13.1.3 Součinitel protupu tepla... 101 13.1.4 Tepelný výon Eonomizéru... 10 13. Membránová těna... 103 13..1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin... 103 13.. Součinitel přetupu tepla áláním... 104 13..3 Součinitel protupu tepla... 104 13..4 Výon předaný do membránové těny... 105 13.3 Tepelná bilance a ontrola v oblati Eonomizéru... 105 14 Oblat pod eonomizérem (výtup z otle)... 106 14.1.1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin... 106 14.1. Součinitel přetupu tepla áláním... 107 14.1.3 Součinitel protupu tepla... 109 14.1.4 Výon předaný do membránové těny... 109 14. Tepelná bilance a ontrola v oblati pod eonomizérem... 110 14.3 Tepelná bilance a ontrola výparníu... 110

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 15 Eonomizér 1... 111 15.1.1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin... 11 15.1. Součinitel přetupu tepla áláním... 114 15.1.3 Součinitel protupu tepla... 115 15.1.4 Tepelný výon Eonomizéru... 115 15.1.5 Tepelná bilance a ontrola eonomizéru... 116 16 Ohřívá vzduchu... 117 16.1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně vzduchu... 118 16. Součinitel přetupu tepla na traně palin... 119 16.3 Součinitel přetupu tepla áláním... 10 16.3.1 Součinitel protupu tepla... 10 16.3. Tepelný výon ohříváu vzduchu... 11 17 Ohřívá vzduchu 1... 1 17.1 Součinitel přetupu tepla onvecí... 13 17. Výpočet oučinitele přetupu tepla... 14 17..1 Tepelný výon ohříváu vzduchu 1... 15 18 Kontrola tepelné bilance... 16 19 Závěr... 17 0 Seznam použité literatury... 130 1 Seznam obrázů a tabule... 131 Seznam použitých zrate a ymbolů... 13 3 Seznam příloh... 135

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 1. Úvod Cílem diplomové práce je provét tepelný výpočet a návrh otle palující zemní plyn. Kotel vyrábí páru o parametrech 490 C a tlau 7 MPa, parní výon činí 60 t/h. Kotel je řešen jao dvoutahový, jao záobní pro pracovní medium louží buben. Jao zdroj energie louží zemní plyn, terý je palován pomocí dvou hořáů umítěnými na podu palovací omory. Kvůli vyoým teplotám jou těny otle provedeny jao membránová těna, aby bylo zajištěno jejich dotatečné chlazení. Ke pálení paliva dochází ve palovací omoře, paliny pa dále poračují pře jednotlivé výhřevné plochy. Jao první výhřevná plocha v prvním tahu otle je přehřívá P, náleduje přehřívá P3. Oba tyto vazy jou zavěšeny na chlazených závěech tzv. závěných trubách, teré jou oučátí vyparníu P1. Spaliny jou pa dále vedeny pře mříž do druhého tahu otle na přehřívá P1 a druhou čát eonomizéru. Jeliož teplota palin je za druhou čátí eonomizéru nižší než 50 C jou zbylé výhřevné plochy umítěny v plechovém anále. Aby e zvýšila účinnot je palovací vzduch nejprve ohříván vodou z eonomizéru na 50 C a náledně palinami na 100 C. Další zvyšování teploty palovacího vzduchu není vhodné z hledia tvorby No x rep. emií. Při výpočtech jem potupoval dle rad onzultanta a doporučené literatury [1] [], amotný výpočet byl proveden pomocí počítačového oftwaru [3], hodnoty entalpií vodní páry určeny z mobilní apliace [5] 13

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav. Stechiometricé výpočty Složení a výhřevnot zemního plynu Výhřevnot r Q i 35,870 MJ/Nm 3 Metan CH 4 98,39 % Ethan C H 6 0,44 % Propan C 3 H 8 0,16 % Butan C 4 H 10 0,07 % Pentan C 5 H 1 0,03 % Duí N 0,84 % Oxid uhličitý CO 0,07 % Celem - 100 % Tabula 1 Parametry zemního plynu [5] Minimální objem ylíu pro pálení 1 m 3 zemního plynu Oo min CO H H S 0,5* 0,5* 1,5* 100 100 100 0 0 1,5 Oo min 0,5* 0,5* 100 100 100 10 0,07 1 0,03 (4 ) * (5 ) * ] 4 100 4 100 0 100 [(1 ( x 4 ) * 4 y ) * 4 98,39 100 C x H 100 y ( O 100 6 ) * 4 0,44 100 (3 8 ) * 4 0,16 100 (.1) 3 Oo min 1,998[ m / m 3 ] Minimální objem uchého vzduchu pro pálení 1 m 3 zemního plynu O O S VZ min S VZ min Oo 0,1 min 1,998 0,1 9,515[ m 3 / m 3 ] (.) 14

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Minimální objem vlhého vzduchu pro pálení 1 m 3 zemního plynu O V VZ min f * O (.3) S VZ min - oučinitel f e vypočte ze vztahu f f 1 * p c p'' * p'' 337 1 0,7 * 98100 0,7 * 337 1,017 (.4) Volíme pro teplotu 0 C a vlhot vzduchu φ=70 % p '' 337 [Pa] 98100 [Pa] p c V O 1,017 * 9,515 9,676 [m 3 /m 3 ] VZ min Objem vodní páry ve vzduchu O V H O OVZ min O S VZ min (.5) O 9,676 9,515 0,1613 [m 3 /m 3 ] H O.1 Spaliny Objem CO ve palinách S S O,01( CO CO x * C H 0,03* O ) (.6) CO 0 x y VZ min S O CO 0,1*[0,7 (98,39 *0,44 3*0,16 4*0,07 5*0,03) 0,03* 9,515] S O 1,00535 CO [m 3 /m 3 ] Objem duíu ve palinách O S N S,01*( N 78,05* O ) (.7) 0 VZ min S O 0,01*(0,84 78,05* 9,515) 7,43 [m 3 /m 3 ] N Objem argonu ve palinách O S Ar 0,009 * O (.8) S VZ min O 0,009 * 9,515 0,0875 [m 3 /m 3 ] S Ar 15

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Objem vodní páry ve palinách S y S OH O 0,01*[ * C xh y H ] ( f 1) * OVZ min (.9) S 4 6 8 10 1 O H O 0,01* *98,39 *0,44 *0,16 *0,07 * 0,03 (1,017 1) *9,515 S O H O,154 [m 3 /m 3 ] Objem uchých palin S S S Op min ON OAr OCO (.10) S O 7,43 0,0875 1,005 8,5 [m 3 /m 3 ] p min Objem vlhých palin S S Op min Op min OH O (.11) O 8,5,154 10,681[m 3 /m 3 ] p min Výpočet hutoty palin Oi * i p (.1) O p O p min S S S CO * CO ON * N OAr * Ar OH O * O p min H O 1,0035*1,98 7,43*1,5 0,0875*1,78,15*0,806 p 1,3 [g/nm 3 ] 10,681 16

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav.. Spaliny přebytem vzduchu (α=1,05) Objem ylíu ve palinách Oo S ( 1) * 0,1* O VZ min (1,05 1) *0,1*9,515 (.13) Oo 0,1 [m 3 /m 3 ] Objem vodní páry ve palinách O H O H O ( VZ min H O,15 (1,05 1) *[(1,017 1) *9,515] S S O 1) *[( f 1) * O ] (.14) O,16 [m 3 /m 3 ] Objem duíu ve palinách O S S N ON ( 1) * 0,7805 * OVZ min N 7,43 (1,05 1) *0,7805*9,151 (.15) O 7,81[m 3 /m 3 ] Objem argonu ve palinách O Ar O ( 1) *0,009* O (.16) S Ar S VZ min O 0,0875 (1,05 1) *0,009*9,515 0,09 [m 3 /m 3 ] Ar Objem CO ve palinách O S S CO OCO ( 1) *0,0003* OVZ min CO 1,0053 (1,05 1) * 0,0003*9,515 (.17) O 1,0055[m 3 /m 3 ] Objem uchých palin přebytem vzduchu O S p Oo O O O (.18) N Ar CO O 0,1 7,81 0,09 1,0055 9,0035 [m 3 /m 3 ] p Objem vlhých palin přebytem vzduchu S Op Op OH O (.19) O 9,0035,16 11,165 [m 3 /m 3 ] p 17

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Sutečné množtví palovacího vzduchu V O * (.0) VZ O VZ min O 9,676*1,05 10,16 [m 3 /m 3 ] VZ Hutota palin přebytem vzduchu p p Oi * i O p Oo * O ON * N OCO * CO OAr * Ar OH O * H O O p 0,1*1,48 7,81*1,5 1,0055*1,98 0,09*1,78,16 * 0,805 p 1,36 [m 3 /m 3 ] 11,165 (.1).3. Roný bod palin Jeliož palivo neobahuje žádnou íru, roný bod palin bude mít teplotu ytoti vodní páry ve palinách. Střední zdánlivá molová hmotnot M M M i * X i M N * X N M O * X O M CO * X CO M Ar * X Ar (.) 8*0,867 3* 0,0110 44* 0,1116 39,9*0,010 9,95 Měrná plynová ontanta R r M m 8314 9,95 77,56 [j/g*k] (.3) Měrná vlhot x M i * X i M H O * X H M M O 18* 0,1936 9,95 0,116 (.4) 18

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Výpočet parciálního tlau vodní páry x * p p p (.5) r 0,116 r p p v 0,116* 98100 15917 [Pa] 77,56 0,116 46 Tomuto tlau odpovídá teplota 54,4 C.4. Entalpie vzduchu a palin α teplota [ C] I pmin [j/nm 3 ] I VZ [j/nm 3 ] 1 1,05 1,1 1,15 5 369,963958 316,17833 369,964 385,7746 401,585 417,3959 100 1464,0467 183,135537 1464,043 158,199 159,356 1656,513 00 963,9748 58,07566 963,97 3093,09 3,13 3351,3 300 4498,304961 3904,465586 4498,305 4693,58 4888,75 5083,975 400 607,73759 555,71641 607,738 6335,501 6598,65 6861,08 500 7688,550637 6637,413184 7688,551 800,41 835,9 8684,163 600 9347,05484 8049,970987 9347,055 9749,553 1015,05 10554,55 700 11044,806 949,0583 11044,8 11519,4 11994,01 1468,61 800 1781,1501 10957,8556 1781,15 1339,04 13876,94 1444,83 900 14549,36344 1453,986 14549,36 1517,06 15794,76 16417,46 1000 16356,8188 13970,1108 16356,8 17055,3 17753,83 1845,33 1100 18186,4384 15506,0758 18186,44 18961,74 19737,05 051,35 100 0044,9073 1705,3664 0044,91 0897,53 1750,14 60,76 1300 193,50438 18608,9717 193,5 853,95 3784,4 4714,85 1400 3819,01463 0175,57899 3819,01 487,79 5836,57 6845,35 1500 5733,7354 176,0351 5733,74 681,84 7909,94 8998,04 1600 7679,76474 3348,951 7679,76 8847,1 30014,66 3118,11 1800 31579,6154 655,96795 31579,6 3907,6 3434,91 3556,56 000 35531,539 9796,81875 35531,54 3701,38 38511, 40001,06 500 4175,80716 37699,51911 4175,81 43160,78 45045,76 46930,74 Tabula Entalpie palin při pálení 1Nm 3 plynu 19

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav I-t diagram palin 35000 30000 entalpie palin [j/nm3] 5000 0000 15000 10000 5000 α=1 α=1,05 α=1,1 α=1,15 vzduch 0 0 00 400 600 800 1000 100 1400 1600 teplota palin [ C] Obráze 1 I-t diagram palin 0

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav.5. Výpočet účinnoti otle Účinnot otle vypočteme pomocí nepřímé metody, jednotlivé ztráty e při návrhu otle odhadnou dle ontruce otle a praticých zušenotí. Reduovaná výhřevnot Jeliož palivo nija neohříváme cizím zdrojem, nepřivádíme teplo parou při ofuování těn a nezavádíme recirulaci palin. Je reduovaná výhřevnot rovna výhřevnoti paliva. Q r 35870 [j/nm 3 ] (.6) ired Q i Ztráta chemicým nedopalem Z CO S 0,116* mgco * Op min (.7) (1 O ) * Q ref ired 0,116*100*8,5 Z CO 0,00079 (1 3) *35870 mgco je eminí limit CO ve palinách pro palování plynného paliva. Hodnota je určena z tabuly. Ztráta áláním a zdílením tepla do oolí Tato ztráta předtavuje teplo, teré je odvedeno pláštěm z otle do oolí. Její veliot závií na velioti a výonu otle, na valitě izolace těn a způobu oplechování. Pro předběžný výpočet e povrch otle nahradí jeho parním výonem a ztráta e určí z diagramu podle druhu nátěru oplechování. Z v v 0,0083 Z - určeno pro hliníový nátěr oplechování Ztráta citelným teplem palin (Komínová ztráta) Komínová ztráta předtavuje teplo, teré je odvedeno palinami do omína a nelze jej v otli už dále využít. Tato ztráta nejvíce ovlivňuje výlednou účinnot otle a závií na teplotě palin a přebytu vzduchu ve palinách za otlem. Teplota na onci otle byla odhadnuta na 110 C a teplota tudeného vzduchu na 5 C I =1684,68 [j/m 3 ] p( 110 C) I =316.1 [j/m 3 ] vz ( 5 C) - entalpie jou určeny lineární interpolací z Tabuly entalpie palin 1

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Z K Z K I p 1,05* I vz (.8) Qired 1684,68 1,05* 316,1 0,0377 35870 Účinnot otle Nyní již známe jednotlivé ztráty a je možné dopočítat účinnot otle nepřímým způobem. ( Z Z Z ) *100 (.9) K 1 CO SV K 1 (0,00079 0,0083 0,0377) *100 95,37 [%] K 3 Výrobní teplo páry a množtví přiváděného paliva 3.1. Výrobní množtví páry Jeliož otel nemá žádné mezipřihříváy páry, není odebíraná ytá pára a na rady onzultanta neuvažuji odluhem v bubnu. Je pa vztah pro výpočet výrobního tepla roven: Q V M ( i i ) (3.1) PP * pp np Q 16,667 *(3386,9 530,) 47611,66 [W] V de M pp je průto přehřáté páry, i pp je entalpie přehřáté páry, i nv je entalpie napájecí vody. Entalpie byly určeny pomocí programu [4] M M 3.. Množtví přiváděného paliva pal pv QV M pv (3.) Q * K ired 100 47611,66 1,3917 [m 3 /] 95,37 35870* 100

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 4 Výpočet palovací omory (ohniště) Spalovací omora je protor v otli do něhož e pomocí hořáu přivádí palivo (zemní plyn) e vzduchem a dochází zde hoření. Spalovací omora je nejvíce tepelně namáhána čát otle a je obvyle zcela vyplněná plamenem, proto e nechává zcela volná a je ontruována jao membránová těna, aby bylo zajištěno chlazení těn otle. Cílem této apitoly je výpočet záladních rozměrů palovací omory, určit objemové a průřezové zatížení ohniště. Vypočítat teplotu rep. entalpii nechlazeného plamene a teplotu rep. entelpii na onci palovací omory, terá by neměla vůli emiím NO x přeročit teplotu 1300 C. 4.1 Záladní rozměry palovací omory Rozměry palovací omory byly vypočítány pomocí vzorců, teré byly poytnuty onzultantem. Pomocí těchto vztahů i vypočítám průměr a výšu plamene, aby nedocházelo opalování těn ohniště je těmto rozměrům na radu onzultanta připočtena vzdálenot alepoň 0,5 m. Vztahy vychází z výonu otle, terý je rozdělen mezi hořáy umítěnými ve podu palovací omory. Pro výšu plamene platí: l MW 3 *, (4.1) l l 3 M pp * ( i pp i 1000* nv ) *, 16,667 *(3386,9 530,) *, 1000* 3 6,4 [m] Aby nedošlo opálení vrchní lenby a nedošlo přeročení teploty na onci ohniště je celová výša palovací omory: l 6,4 0,5 6,9 [m] 3

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Šířa a hlouba palovací omory e vypočítá ze vztahu pro průměr plamene, tady e na aždou tranu od plamene připočte vzdálenot 0,5 m i mezi hořáama, aby nedošlo opálení těn ohniště. MW *0,4 (4.) M *( i pp inv ) *0,4 1000* pp 16,667 *(3386,9 530,) *0,4 1,95 1000 * Výledné rozměry palovací omory pa jou: Šířa A=5,40 [m] Hlouba B=,951 [m] Výša l=6,9 [m] 4. Geometricé parametry ohniště 4..1 Objem palovací omory a objemové zatížení Do objemu palovací omory muím připočítat objem zešimených čátí, výledný objem ohniště je pa: V 10,58[m 3 ] o Objemové zatížení ohniště r M pv * Qi qv (4.3) Vo 1,39*35870 q v 486,67 [W/m 3 ] 10,58 4.. Povrch těn a průřezové zatížení ohnitě Průřezové zatížení ohniště r M pv * Qi q (4.4) So 1,39*35870 q 3,13 [MW/m ] 5,40*,951 4

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Celový povrch ohniště F 137,68 m Účinná álavá plocha těn ohniště F ú F * x F 137,68*1 137,68 [m ] (4.5) Kde x je uhlový oučinitel trubové těny, pro membránovou těnu je x=1 4.3 Tepelný výpočet ohniště Cílem tohoto výpočtu je určení teploty na onci ohniště. Přenot tepla e zde dějě převážně áláním, onvece e zde zanedbává. Vzorce pro výpočet teploty na onci palovací omory zahrnují závilot mezi teplotou nechlazeného plamene, Boltzmanovým čílem, tupněm černoti ohniště a oučinitelem M. 4.3.1 Teplota nechlazeného plamene Je to teoreticá palovací teplota, terá by natala ve palovací omoře v plameni, poud by nebylo odváděno teplo. Jeliož uvažujme pouze ztrátu chemicým nedopalem, nepřivádíme teplo do otle cizím zdrojem a nezavádíme recirulaci. Je pa vztah zjednodušen: I u Q * (1 Z ) Q (4.6) ired CO VZ I 35870*(1 0,00079) 1347,9 3707,7 [J/m 3 ] u Kde Q VZ je entalpie přiváděného vzduchu do palovací omory Této entalpii odpovídá teplota: t 015 C np 4.3. Součinitel M Součinitel M předtavuje průběh teplot v ohništi, jeho veliot je závilá na poloze maximální teploty plamene a druhu paliva. Pro plynná paliva je oučinitel M vyjádřen: M 0,54 0, * x pl (4.7) M 0,54 0,* 0,5 0,49 de x je poloha maximální teploty plamene, pro plyn je hodnota volena x 0, 5 pl pl 5

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 4.3.3 Boltzmanovo čílo * M pv * Op * C Bo (4.8) 11 5,7 *10 * * F * T Bo 5,7 *10 3 np 0,9917 *1,39* 0,065 * 0,65*137,68*(015 73,15) 11 3 0,453 Součinitel uchování tepla 1 Z SV (4.9) 1 0,083 Střední celové měrné teplo palin O I I u o p * C (4.10) t np to 3707,7 639,88 O p * C 0,065 [J/m 3 K] 015 189 de t o a I o jou odhady teploty a entalpie palin na onci palovací omory. 4.3.4 Stupeň černoti ohniště a o a o a pl (4.11) a 1 a ) * ap ( ap 0,315 0,415 0,315 (1 0,315) * 0,65 Stupeň černoti plamene Pro palování plynu je vztah pro tupeň černoti plamene a m * a (1 m) * a (4.1) pl a pl v n 0,1 *0,365 (1 0,1) *0,308 0,315 Kde m je oučinitel zaplnění ohniště vítivým plamenem, volí e dle druhu paliva a v záviloti na objemovým tepelným zatížením ohniště, m=0,1. 6

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Součinitel zelabení álání nevítivými tříatomovými plyny 7,8 16* r T rp (4.13) 3,16* p * 1000 H O o n p * rp ( 1) *(1 0,37 * ) * p 7,8 16*0,1936 156,15 n ( 1) *(1 0,37 * ) *0,83 1,377 [1/m*MPa] 3,16* 0,08*,68 1000 Objemová čát tříatomových plynů r p r CO rh O 0,09 0,1936 0,83 Celový parciální tla tříatomových plynů p p p * r 0,1* 0,83 0,083 p p volím 0,1 MPa Účinná tloušťa álavé vrtvy Vo 10,58 3,6* 3,6*,68[m] (4.14) F 137,68 Stupeň černoti nevítivé čáti plamene ( n* p* ) (1,377*0,1*,68) an 1 e 1 e 0,308 (4.15) Součinitel zelabení álání čáticemi azí r To C v 0,3* ( ) * (1,6* 0,5) * (4.16) r 1000 H 156,15 v 0,3* ( 1,05) *(1,6* 0,5) *,98 1,698 [1/m*MPa] 1000 Podíl obahu uhlíu a vodíu v původním vzoru paliva C H C H r r r r m 0,1* * Cm * H n (4.17) n 1 3 4 5 0,1*( *98,4 * 0,44 *0,16 * 0,07 *0,03),98 4 6 8 10 1 7

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 4.3.5 Teplota palin na onci ohniště Nyní provedu ontrolní výpočet teploty na onci ohniště, na začátu tato teplota byla pouze odhadnuta aby bylo možné vypočítat něteré veličiny. Poud e utečná teplota na onci ohniště bude lišit odhadnutou hodnotou více ja o 50 C je nutné výpočet opaovat. tnp 73,15 to 73,15 (4.18) ao 0,6 1 M *( ) Bo 015 73,15 t o 73,15 188,7 [ C] 0,415 0,6 1 0,49 *( ) 0,453 Rozdíl teplot na onci ohniště vyhovuje toleranci: t t t 189 188,7 0,3 [ C] o od o Teplo předané v ohništi do výparníu Q VypS Q VypS M * ( I I ) (4.19) pv * u o 1,39*0,9917 * (3707,6 639,8) 0106 [W] 8

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 5 Záladní bilance výhřevných ploch Bilance byla etavena dle výpočtů uvedených v apitole 5. Jednotlivé entalpicé pády byly určeny podle použité literatury. Podle výonů jednotlivých výhřevných ploch e v náledujících apitolách budou dimenzovat jednotlivé vhřevné plochy. Výledný výon navrhovaných ploch e vša bude mírně lišit od předpoládaného. Přehřívá 3 T p3out 490 C T p3in 39,9 C P p3out 7 MPa P p3in 7,15 MPa i p3out 3386,9 J/g i p3in 3136,9 J/g Přehřívá T pout 43, C T pin 33,9 C P pout 7,15 MPa P pin 7,3 MPa i pout 317,51 J/g i pin 95,51 J/g Přehřívá 1 T p1out 356 C T p1in 301,31 C P p1out 7,3 MPa P p1in 7,45 MPa i p1out 307,4 J/g i p1in 834,44 J/g Závěné truby T Zout 301,31 C T Zin 90,08 C P Zout 7,45 MPa P Zin 7,45 MPa I Zout 834,44 J/g I Zin 766,5 J/g Výparní T Vypout 90,08 C T Vypin 63,15 C P Vypout 7,45 MPa P Vypin 7,45 MPa I Vypout 766,5 J/g I Vypin 1148,98 J/g Eonomizér T Eoout 70,08 C T Eoin 15 C P Eoout 7,45 MPa P Eoin 7,65 MPa I Eoout 1184,9 J/g I Eoin 530. J/g Tabula 3 Záladní bilance výhřevných ploch 9

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 5.1 Přěhřívá P3 Na traně média je přehřívá P3 polední výhřevnou plochou a pára z něj odchází na turbínu. V otli je přehřívá P3 řazen jao druhá teploměnná plocha v prvním tahu otle. Přehřívá je ontruován jao ouproudý výmění. Pro zlepšení parametrů páry je mezi přehřívá P3 a přehřívá P vřazen vtři, de e přehřátá pára měšuje 3% napájecí vody. Entalpicý pád na přehříváu P3 i p3 50 [J/g] Tlaová ztráta p p3 0,15 [MPa] Vtupní entalpie přehřáté páry i p3in i p3out i p3 3386,9 50 3136,9 [J/g] Průto páry přehříváem M pp 16,667 [g/] Tepelný výon předaný v přehříváu Q p3 M pp *( i p3out i p3in ) 16,667 * (3386,9 3136,9) 4166,6 [W] (5.1) 30

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 5. Přehřívá P Přehřívá P je za trany média předpolední výhřevnou plochou a pára je odtud vedena do měšovacího výměníu de e míí 3% napájecí vody. Přehřívá P je ontruován jao ouproudý výmění. V otli je přehřívá P řazen jao první teploměnná plocha umítěná za palovací omorou. 5..1 Vtři napájecí vody mezi P3 a P Výpočet výtupní entalpie i Pout i P M pp * ip 3 in 0,03* M pp * inv (5.) M * 0,97 pp 3386,9 0,03*530, 0,97 out Entalpicý pád přehříváu i 65 [J/g] P Tlaová ztráta 0,15 P [MPa] Vtupní entalpie přehřáté páry 317,51[J/g] i pin i pout ip 317,51 65 95,51 [J/g] Tepelný výon předaný v přehříváu Q p 0,97 * M pp *( i pout i pin ) 0,97 *16,667 * (317,51 95,51) 484,16 [W] (5.3) 31

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 5.3 Přehřívá P1 Přehřívá P1 je první teploměnná plocha umítěná v druhém tahu otle, pára do přehříváu je vedena z bubnu pře závěné truby umítěnými v prvním tahu otle. Přehřívá je ontruován jao protiproudý výmění. Mezi přehříváem P a P1 je umítěn měšovací výmění de e pára míí 3% napájecí vody. 5.3.1 Vtři napájecí vody mezi P a P1 Výpočet výtupní entalpie i i P1out M pp * ip in 0,03* M pp * inv (5.4) M *0,97 pp 95,51 0,03*530, 0,97 P1out Entalpicý pád přehříváu i 307,4 [J/g] 1 i p1out i p1in 307,4 834,44 19,98 [J/g] p Tlaová ztráta 0,15 P 1 [MPa] Tepelný výon předaný v přehříváu Q p 0,94* M pp * ( i p1out i p1in ) 0,97 *16,667 *(307,4 834,44) 316,39 [W] (5.3) 3

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 5.4 Závěné truby Závěné truby jou umítěné napříč prvním tahem otle, louží jao opora zavěšení přehříváu P a P3. Truby jou chlazené parou z bubnu, terá je odtud vedena do přehříváu P1. Entalpicý pád závěných trube i zvtr i Zout i Zin 834,448 766,5 67,94 [J/g] Výon předaný v závěných trubách Q 0,94* M *( i ) 0,94*16,667 * 67,5 1064,53 [W] (5.4) zvtr pp zvtr 5.5 Výparní Ve výparníu dochází přeměně vody na páru za ontantní teploty a tlau. Výparní je ontruován jao membránová těna otle a patří em taé palinová mříž. Voda z ea vytupuje o nedohřevu 0 C pod mezí ytoti a předehřívá palovací vzduch z 0 C na 50 C Vtupní entalpie (pole vlivem ohřátí vzduchu) I I * * M 386,76*1,05*1,3917 565, [J] (5.5) VZ VZ ( 30C ) pv de I VZ je entalpie potřebná ohřátí vzduchu z 0 C na 50 C, ieoout * M pp IVZ 1184,9*16,667 565, i Vypin 1148,98 [J/g] (5.6) M 16,667 pp Entalpicý pád výparníu i vyp i Vypout i Vypin 766,5 1148,98 1617,5 [J/g] Výon potřebný pro výparní Q 0,94 * M *( i ) 0,94*16,667 *1617,5 5341[W] (5.7) Vyp pp vyp 33

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 5.6 Eonomizér Eonomizér louží ohřevu napájecí vody, aby nedošlo odpařování vody v eonomizéru je teplota na výtupu z eonomizéru 0 C pod mezí ytoti. Eonomizér je rozdělen na dva díly. Druhý díl eonomizéru je umítěn jao polední výhřevná plocha v druhém tahu otle a první díl je umítěn v plechovém análu. Voda z eonomizéru je vedena do výměníu de předehřívá palovací vzduch z 0 C na 50 C. 5.6.1 Eonomizér 1 Entalpicý pád Eonomizéru 1 i Eo 1 ieo 1out ieo 1in 1184,9 786,45 Tlaová ztáta v eonomizéru 1 a eonomizéru Eo P 0, [MPa] Parametry média v eonomizéru 1 Vtup Teplota: 15 C Tla: 7,45 MPa Entalpie 530, J/g Výtup Teplota 3,34 C Tla: 7,65 MPa Entalpie: 958,95 J/g Výon předaný eonomizérem 1 56,5 [J/g] Q,94* M *( i ) 0,94*16,667 *(48,75) 6717,1 [W] (5.8) eo1 0 pp Eo1 34

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 5.6. Eonomizér Entalpicý pád Eonomizéru i Eo ieoout ieoin 1184,9 958,95 Tlaová ztáta v eonomizéru 1 a eonomizéru Eo P 0, [MPa] Parametry média v eonomizéru Vtup Teplota: 3,34 C Tla: 7,65 MPa Entalpie 958,95 J/g Výtup Teplota 70,08 C Tla: 7,45 MPa Entalpie: 1184,9 J/g Výon předaný eonomizérem 5,95 [J/g] Q,94* M *( i ) 0,94*16,667 *(5,95) 3539,95 [W] eo1 0 pp Eo1 35

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 6 Oblat Přehříváu P 6.1 Přehřívá P Záladní parametry přehříváu Vnější průměr truby D 0,03 m Vnitřní průměr truby d 0,07 m Tloušťa těny tl. 0,005 m Příčná rozteč S 1 0,115 m Podélná rozteč S 0,07 m Počet trube n tr 5 - Počet řad z 4 - Počet hadů x - Střední déla hadů l tř,44 - Tabula 4 Záladní parametry přehříváu P Záladní parametry palin a přehřáté páry Parametry palin Parametry páry Vtupní entalpie 31509 J Teplota na vtupu 33,9 C Výtupní entalpie 591 J Teplota na výtupu 43, C Teplota na vtupu 188,7 C Tla na vtupu 7,3 MPa Teplota na výtupu 108, C Tla na výtupu 7,15 MPa Tabula 5 Parametry palin a přehřáté páry přehříváu P Obráze chéma přehříváu P 36

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 6.1.1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin Střední teplota palin tpin tpout 188,7 108, t ptř 1185,5 [ C] (6.1) Objem palin pro třední teplotu O ptř M pv tptř 73,15 1185,5 73,15 * O * 1,39*11,16* 8,98 73,15 p [m 3 ] (6.) 73,15 Fyziální vlatnoti palin pro třední teplotu Součinitel tepelné vodivoti λ: 0,1356 [W/mK] Součinitel inematicé viozity ν: 9*10-6 [m /] Prandtlovo čílo Pr: 0,585 [-] Fyziální vlatnoti palin a vodní páry pro všechny výhřevné plochy byly určeny z tabuly [1]. Průtočný průřez pro paliny * D z F * * * * p A B ntr ltř D nz 4 *0,038 F p,58*,951 5*,43* 0,03 36* 5,6 [m ] 4 (6.3) Rychlot palin w p O F ptř p 8,98 14,76 [m/] 5,6 Pozn. Průtočný průřez, rychlot palin a fyziální vlatnoti palin budou hodné v celé apitole 6. Oblat přehříváu P (6.3) Příčné obtéání trube upořádaných za ebou 0,65 wp * D 0,33 0, * * * * Cz C * Pr (6.4) D 0,1356 14,76* 0,03 0,33 0, *1*1* * *0,585 101,13 6 [W/m K] 0,03 9*10 0,65 37

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Koreční oučinitele upořádání vazu C z = 1 1 C (6.5) 3 1 (* 1 3) *(1 ) 1 C 1,5 3 1 ( *3,6 3) *(1 ) Poměrná příčná rozteč S1 0,115 1 3,6 (6.6) D 0,03 Poměrná podélná rozteč S 0,07,5 (6.7) D 0,03 6.1. Součinitel přetupu tepla áláním Efetivní tloušťa álavé vrtvy 4 S1 * S 0,9* D * * 1 D 4 0,115* 0,07 0,9*0,03* * 1 0,68 [m] 0,03 (6.8) Objemová oncentrace tříatomových plynů r r r 0,193 0,09 0,83 (6.9) H O CO Celový parciální tla tříatomových plynů p p * r 0,1* 0,83 0,083[MPa] (6.10) 38

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny 7,8 16* r t 73,15 r 3,16 * p * 1000 (6.11) H o ptř * r 1,0 * 1 0,37 * * 7,8 16*0,193 1185,5 73,15 * 1,0 r * 1 0,37 * *0,83 3,16* 0,083* 0,68 1000 5,09 [1/m*MPa] Opticá hutota palin * p * ( * r ) * p * (5,09) * 0,1* 0,68 0,1349 (6.1) Stupeň černoti proudu palin a 1 e * p* 1 e 0,1349 0,16 (6.13) Pozn. Opticá hutota palin a tupeň černoti proudu palin je hodná v celé apitole 6. Oblat přehříváu P Teplota povrchu nánou na traně palin TZ t pptř t 73,15 378,06 5 73,15 676, [K] (6.14) de t pptř je třední teplota páry, Δt je zvýšení teploty pro plynná paliva e volí na všech výhřevných plochách 5 C oučinitel přetupu tepla áláním T Z 1 T 8 t 1 3 S al 5,7 *10 * * a * TS * (6.15) T Z TS al 5,7 *10 8 Pro plyn platí 0, 8 0,8 1 * * 0,16 *1458,6 t 3 676, 1 1458,6 * 676, 1458,6 3,6 35,10[W/m *K] 39

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 6.1.3 Součinitel přetupu tepla na traně páry Střední teplota páry t pout t pin 43, 33,9 t pptř 378,06 [ C] (6.16) Střední tla páry p pout p pin 7,15 7,3 p tř 7,5 [MPa] (6.17) Střední měrný objem páry v tř 0,0366[m 3 /g] Průtočný průřez pro páru * d * 0,07 F * * * 5* 0,086 4 4 p ntr x [m ] (6.18) Rychlot páry 0,97 * M pp * vtř 0,97 *16,667 * 0,0366 w p 0,66 [m/] (6.19) F 0,068 p Fyziální vlatnoti páry Součinitel tepelné vodivoti λ: 0,06 [W/mK] Součinitel inematicé viozity ν: 8,91*10-7 [m /] Pradtlovo čílo: 1,138 [-] 40

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Podélné obtéání plochy 0,8 wp * d e 0,4 p 0,03* * * Pr * Ct * Cl * Cm d (6.0) e 0,06 0,66* 0,07 p 0,03* * *1,138*1*1*1 431,5 [W/m K] 7 0,07 8,91*10 Evivalentní průměr d e je při proudění uvnitř truby roven vnitřnímu průměru truby Opravné oeficienty: C t =1 C l =1 C m =1 6.1.4 Součinitel protupu tepla Součinitel protupu tepla na traně palin 101,13 35,10 136,3 [W/m K] (6.1) al Součinitel protupu tepla pro palování plynu * 1 p 0,85*136,3 109,65 136,3 1 431,5 [W/m K] (6.) Součinitel tepelné efetivnoti ψ=0,85 6.1.5 Tepelný výon přehříváu P Teplotní pád na přehříváu t v tm 955,84 659 t 798,7 [ C] (6.3) tv 955,84 ln ln t 659 t v t pin m t p in 188,7 33,9 955,84 [ C] t t t 108, 43, 659 [ C] m pout pout 41

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Potřebná plocha pro přehřívá Q p *1000 484,16*1000 S p p 48,94 [m ] (6.4) * t 109,65* 798,7 Sutečná plocha přehříváu S p * D * ltř * ntr * x * z *0,03*,43* 5* * 4 49[m] (6.5) Sutečný výon přehříváu ut Q p S p * t * 49* 798,7 *109,65 490 [W] (6.6) Kontrola výonu ut Q p Q p 490 484,16 Q *100 *100 0,13[%] ut Q 490 p Daná odchyla odpovídá možné toleranci výonu 3% 4

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 6. Membránová těna Rozměry počítané oblati Šířa análu A: Hlouba análu B: Výša análu h:,58 [m],951[m] 1,908 [m] Záladní parametry Vnější průměr truby D 0,0603 m Vnitřní průměr truby d 0,0553 m Tloušťa těny tl. 0,005 m Příčná rozteč S 1 0,08 m Tabula 6 Záladní parametry membránové těny Záladní parametry palin a vody Parametry palin Parametry vody Vtupní entalpie 31509 J Teplota na vtupu 63,34 C Výtupní entalpie 591 J Teplota na výtupu 90,08 C Teplota na vtupu 188,7 C Tla na vtupu 7,45 MPa Teplota na výtupu 108, C Tla na výtupu 7,45 MPa Tabula 7 Záladní parametry palin a vody 6..1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin Evivalentní průměr d e 4 * Fp 4*5,6 d e 0,163 [m] (6.7) O 138 de O je obvod průřezu análu Opravné oeficienty: C t =1 C l =1 C m =1 43

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Podélné obtéání plochy 0,8 wp * d e 0,4 0,03* * * Pr * Cl * Ct * Cm d (6.8) e 0,135 14,76 * 0,163 0,4 0,03* * *0,585 5,4 6 [W/m K] 0,163 9*10 6.. Součinitel přetupu tepla áláním Efetivní tloušťa álavé vrtvy 4 S1 * S 0,9* D * * 1 D 4 0,115* 0,07 0,9*0,03* * 1 0,68 [m] 0,03 (6.9) Objemová oncentrace tříatomových plynů r r r 0,193 0,09 0,83 (6.30) H O CO Celový parciální tla tříatomových plynů p p * r 0,1* 0,83 0,083[MPa] (6.31) Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny 7,8 16* r t 73,15 r 3,16 * p * 1000 (6.3) H o ptř * r 1,0 * 1 0,37 * * 7,8 16*0,193 1185,5 73,15 * 1,0 r * 1 0,37 * *0,83 3,16* 0,083* 0,68 1000 5,09 [1/m*MPa] Opticá hutota palin * p * ( * r ) * p * (5,09) * 0,1* 0,68 0,1349 (6.33) Stupeň černoti proudu palin a 1 e * p* 1 e 0,1349 0,16 (6.34) 44

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Teplota povrchu nánoů na traně palin TZ tvtř t 73,15 90,8 5 73,15 588,3 (6.35) oučinitel přetupu tepla áláním T Z 1 T 8 t 1 3 S al 5,7 *10 * * a * TS * (6.36) T Z TS al 5,7 *10 8 Pro plyn platí 0, 8 0,8 1 * * 0,16*1458,6 t 3 588,3 1 1458,6 * 588,3 1458,6 3,6 3,39[W/m *K] 6..3 Součinitel protupu tepla Součinitel přetupu tepla na traně palin 5,4 3,39 57,79 [ W/m *K] (6.37) al Součinitel protupu tepla * 0,85*57,79 49,1[W/m K] (6.38) 6..4 Výon předaný do membránové těny Teplotní pád membránové těny t v tm 998,68 79,16 t 891,44 [ C] (6.39) tv 998,68 ln ln t 79,16 t v t pin m t Vypin 188,7 90,08 998,68 [ C] t t t 108, 90,08 79,16 [ C] m pout Vypout 45

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Plocha membránové těny S * D * ( A B) * h 4 průrůle * 0,8 *(,58,951) *1,90 4 0,6 [m] (6.40) Teplo přijaté membránovou těnou Q m p S * * t 0,6* 49,1*891,44 90,3 [W] (6.41) 6.3 Závěné truby Záladní parametry Vnější průměr truby D 0,038 m Vnitřní průměr truby d 0,034 m Tloušťa těny tl. 0,0056 m Počet trube n tr 18 - Počet řad z - Tabula 8 Záladní parametry závěných trube Záladní parametry palin a přehřáté páry Parametry palin Parametry páry Vtupní entalpie 31509 J Teplota na vtupu 90,08 C Výtupní entalpie 591 J Teplota na výtupu 301,31 C Teplota na vtupu 188,7 C Tla na vtupu 7,45 MPa Teplota na výtupu 108, C Tla na výtupu 7,45 MPa Tabula 9 Záladní parametry palin a přehřáté páry 46

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 6.3.1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin Výpočet je tejný jao u membránové těny 0,8 w* d e 0,4 0,03* * * Pr * Ct * Cl * Cm (6.4) d e 0,135 14,76 * 0,163 0,4 0,03* * *0,585 5,4 6 [W/m K] 0,163 9*10 6.3. Součinitel přetupu tepla áláním Stupeň černoti palin byl již vypočítán podle vzorce (6.13) a je hodný pro celou 6. apitolu Teplota povrchu nánou na traně palin T z t Ztř t 73,15 95 5 73,15 593,15[ C] Součinitel přetupu tepla áláním T Z 1 T 8 t 1 3 S al 5,7 *10 * * a * TS * (6.43) T Z TS 593,15 1 8 0,8 1 3 1458,6 5,7 *10 * * 0,16*1458,6 * al 3,53 [W/m *K] 593,15 1458,6 3,6 6.3.3 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně páry Střední teplota páry t Zout tzin 301,31 90,08 t Ztř 95,6 [ C] (6.44) Střední tla páry P Zout P Zin P Ztř 7,45 [MPa] 47

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Střední měrný objem páry v tř 0,064[m 3 /g] Průtočný průřez pro páru * d * 0,034 F * * *18* 0,096 4 n z 4 P tr [m ] (6.45) Rychlot páry 0,94 * M pp * vtř 0,94 *16,667 * 0,064 w p 13,93[m/] (6.46) F 0,096 p Fyziální vlatnoti páry Součinitel tepelné vodivoti λ: 0,059 [W/mK] Součinitel inematicé viozity ν: 5.09*10-7 [m /] Pradtlovo čílo: 1,404 [-] Podélné obtéání plochy 0,8 wp * d e 0,4 p 0,03* * * Pr * Cl * Ct * Cm d (6.47) e 0,059 13,93* 0,034 0,4 p 0,03* * *1,404 76 [W/m *K] 7 0,034 5,09 *10 Opravné oeficienty: C t =1 C l =1 C m =1 0,8 6.3.4 Součinitel protupu tepla Součinitel protupu tepla na traně palin 5,4 3,53 57,93[W/m K] (6.48) al 48

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Součinitel protupu tepla pro palování plynu * 1 p 0,85* 57,93 48,3 57,93 1 76 [W/m K] (6.49) Součinitel tepelné efetivnoti ψ=0,85 6.3.5 Tepelný výon závěných trube Teplotní pád závěných trube t v tm 987,7 79,16 t 886,37 [ C] (6.50) t v 987,7 ln ln t 79,16 t v t pin m t Zin 188,7 301 987,7 [ C] t t t 108, 90,08 79,16 [ C] m pout Zout Plocha závěných trube S * D * ntr * h * z *0,038*18*1,90* 8,0 [m] (6.51) Teplo přijaté závěnými trubami Q Z p S * * t 8,0* 48,3*886,37 [W] (6.5) 6.4 Tepelná bilance a ontrola v oblati P Celové teplo předané Cel Sut m Z Q Q Q Q 490 90,3 350,58 554,84 [W] (6.53) p p p p Bilance palin p Q * ( I I ) 0,09917 * (31509 591) 5550,9 [W] (6.54) p pin pout Kontrola Q p p Q Q p p ut p 5550,9 554,84 *100 *100 0,14 [%] (6.55) 5550,9 Odchyla je zanedbatelná, proto není nutné přepočítávat odchozí teplotu. 49

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 7 Oblat přehříváu P3 7.1 Přehřívá P3 Záladní parametry přehříváu Vnější průměr truby D 0,035 m Vnitřní průměr truby d 0,030 m Tloušťa těny tl. 0,005 m Příčná rozteč S 1 0,115 m Podélná rozteč S 0,07 m Počet trube n tr 5 - Počet řad z 6 - Počet hadů x - Střední déla hadů l tř,445 - Tabula 10 Záladní parametry přehříváu P3 Záladní parametry palin a přehřáté páry Parametry palin Parametry páry Vtupní entalpie 591 J Teplota na vtupu 39,9 C Výtupní entalpie 1334 J Teplota na výtupu 490 C Teplota na vtupu 108, C Tla na vtupu 7,15 MPa Teplota na výtupu 908,3 C Tla na výtupu 7 MPa Tabula 11 Parametry palin a přehřáté páry přehříváu P3 Obráze 3 chéma přehříváu P3 50

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 7.1.1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin Střední teplota palin tpin tpout 108, 908,3 t ptř 995,8 [ C] (7.1) Objem palin pro třední teplotu O ptř M pv tptř 73,15 995,8 73,15 * O * 1,39*11,16* 67,1 73,15 p [m 3 ] (7.) 73,15 Fyziální vlatnoti palin pro třední teplotu Součinitel tepelné vodivoti λ: 0,1155 [W/mK] Součinitel inematicé viozity ν: 177,8*10-6 [m /] Prandtlovo čílo Pr: 0,61 [-] Průtočný průřez pro paliny * D z F * * * * p A B ntr ltř D nz 4 *0,038 F p,58*,951 5*,445* 0,035 36* 5,4 [m ] 4 (7.3) Rychlot palin Optř 67,1 w p 1,37 [m/] (7.4) F 5,43 p Pozn. Průtočný průřez, rychlot palin a fyziální vlatnoti palin budou hodné v celé apitole 7. Oblat přehříváu P3 Příčné obtéání trube upořádaných za ebou 0,65 wp * D 0,33 0, * * * * Cz C * Pr (7.5) D 0,1155 1,37 * 0,035 0,33 0, *1*1* * * 0,61 89,11 [W/m K] 6 0,035 177,8*10 0,65 51

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Koreční oučinitele upořádání vazu C z = 1 1 C (7.6) 3 1 (* 1 3) *(1 ) 1 C 1,05 3 1 ( *3,9 3) * (1 ) Poměrná příčná rozteč S1 0,115 1 3,9 (7.7) D 0,035 Poměrná podélná rozteč S 0,07,05 (7.8) D 0,035 7.1. Součinitel přetupu tepla áláním Efetivní tloušťa álavé vrtvy 4 S1 * S 0,9* D * * 1 D 4 0,115* 0,07 0,9*0,035* * 1 0,4 [m] 0,035 (7.9) Objemová oncentrace tříatomových plynů r r r 0,193 0,09 0,83 (7.10) H O CO Celový parciální tla tříatomových plynů p p * r 0,1* 0,83 0,083[MPa] (7.11) 5

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny 7,8 16* r t 73,15 r 3,16 * p * 1000 (7.1) H o ptř * r 1,0 * 1 0,37 * * 7,8 16*0,193 995,8 73,15 * 1,0 r * 1 0,37 * *0,83 3,16* 0,083* 0,4 1000 6,138 [1/m*MPa] Opticá hutota palin * p * ( * r ) * p * (6,138) * 0,1* 0,4 0,1473 (7.13) Stupeň černoti proudu palin a 1 e * p* 1 e 0,1473 0,137 (7.14) Pozn. Opticá hutota palin a tupeň černoti proudu palin je hodná v celé apitole 7. Oblat přehříváu P3 Teplota povrchu nánou na traně palin TZ t pptř t 73,15 441,45 5 73,15 739,6 [K] (7.15) de t pptř je třední teplota páry, Δt je zvýšení teploty pro plynná paliva e volí na všech výhřevných plochách 5 C oučinitel přetupu tepla áláním T Z 1 T 8 t 1 3 S al 5,7 *10 * * a * TS * (7.16) T Z TS al 5,7 *10 8 0,8 1 * * 0,137 *186,4 Pro plyn platí t 0, 8 T je abolutní třední teplota palin 3 739,6 1 186,4 * 186,4 3,6 9,47 [W/m *K] 53

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 7.1.3 Součinitel přetupu tepla na traně páry Střední teplota páry t p3out t p3in 490 33,9 t pptř 441,45 [ C] (7.17) Střední tla páry p p3out p p3in 7,15 7 p tř 7,075[MPa] (7.18) Střední měrný objem páry v tř 0,043[m 3 /g] Průtočný průřez pro páru * d * 0,030 F * * * 5* 0,0353 4 4 p ntr x [m ] (7.19) Rychlot páry M pp * vtř 16,667 * 0,043 w p 0,7 [m/] (7.0) F 0,0353 p Fyziální vlatnoti páry Součinitel tepelné vodivoti λ: 0,0675 [W/mK] Součinitel inematicé viozity ν: 1,16*10-6 [m /] Pradtlovo čílo: 1,009 [-] Podélné obtéání plochy 0,8 wp * d e 0,4 p 0,03* * * Pr * Ct * Cl * Cm d (7.1) e 0,06 0,7 * 0,03 p 0,03* * *1,009*1*1*1 003,85[W/m K] 6 0,07 1,16*10 Evivalentní průměr d e je při proudění uvnitř truby roven vnitřnímu průměru truby Opravné oeficienty: C t =1 C l =1 C m =1 54

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 7.1.4 Součinitel protupu tepla Součinitel protupu tepla na traně palin 89,11 9,4 118,58 [W/m K] (7.) al Součinitel protupu tepla pro palování plynu * 1 p 0,85*118,58 95,16 118,58 1 003,85 [W/m K] (7.3) Součinitel tepelné efetivnoti ψ=0,85 7.1.5 Tepelný výon přehříváu P3 Teplotní pád na přehříváu tv tm 689,34 418,3 t 54,59 [ C] (7.4) tv 689,34 ln ln t 418,3 m t v t pin t pin 108,4 39,9 689,34 [ C] t t t 908,3 490 418,3 [ C] m pout pout Potřebná plocha pro přehřívá Q p3 *1000 4166,6*1000 S p 3 p 80,69 [m ] (7.5) * t 95,16*54,59 Sutečná plocha přehříváu S p 3 * D * l tř * n tr * x * z * 0,035 *,445 * 5 * * 6 80,65 [m ] (7.6) Sutečný výon přehříváu ut Q p 3 S p3 * t * 80,65*54,59*95,16 4164,6 [W] (7.7) Kontrola výonu ut Q p3 Q p3 4166,6 44164,6 Q *100 *100 0,049 [%] ut Q 4166,6 p3 Daná odchyla odpovídá možné toleranci výonu 3% 55

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 7. Membránová těna Rozměry počítané oblati Šířa análu A: Hlouba análu B: Výša análu h:,58 [m],951[m] 0,83 [m] Záladní parametry Vnější průměr truby D 0,0603 m Vnitřní průměr truby d 0,0553 m Tloušťa těny tl. 0,005 m Příčná rozteč S 1 0,08 m Tabula 1 Záladní parametry membránové těny Záladní parametry palin a vody Parametry palin Parametry vody Vtupní entalpie 591 J Teplota na vtupu 63,34 C Výtupní entalpie 1334 J Teplota na výtupu 90,08 C Teplota na vtupu 108, C Tla na vtupu 7,45 MPa Teplota na výtupu 908,3 C Tla na výtupu 7,45 MPa Tabula 13 Záladní parametry palin a vody 7..1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin Evivalentní průměr d e 4 * Fp 4*5,43 d e 0,157 [m] (7.8) O 138,48 de O je obvod průřezu análu Opravné oeficienty: C t =1 C l =1 C m =1 56

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Podélné obtéání plochy 0,8 wp * d e 0,4 0,03* * * Pr * Cl * Ct * Cm d (7.9) e 0,1155 1,37 * 0,157 0,4 0,03* * *0,61 3,61[W/m K] 6 0,157 177,8*10 7.. Součinitel přetupu tepla áláním Efetivní tloušťa álavé vrtvy 4 S1 * S 0,9* D * * 1 D 4 0,115* 0,07 0,9*0,035* * 1 0,4 [m] 0,035 (7.30) Objemová oncentrace tříatomových plynů r r r 0,193 0,09 0,83 (7.31) H O CO Celový parciální tla tříatomových plynů p p * r 0,1* 0,83 0,083[MPa] (7.3) Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny 7,8 16* r t 73,15 r 3,16 * p * 1000 (7.33) H o ptř * r 1,0 * 1 0,37 * * 7,8 16*0,193 995,8 73,15 * 1,0 r * 1 0,37 * *0,83 3,16* 0,083* 0,4 1000 6,138 [1/m*MPa] Opticá hutota palin * p * ( * r ) * p * (6,138) * 0,1* 0,4 0,1473 (7.34) Stupeň černoti proudu palin a 1 e * p* 1 e 0,1473 0,137 (7.35) 57

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Teplota povrchu nánoů na traně palin TZ tvtř t 73,15 90,8 5 73,15 588,3 (7.36) oučinitel přetupu tepla áláním T Z 1 T 8 t 1 3 S al 5,7 *10 * * a * TS * (7.37) T Z TS al 5,7 *10 8 0,8 1 * * 0,137 *168,4 Pro plyn platí t 0, 8 T je abolutní třední teplota palin 3 588,3 1 168,4 * 588,3 168,4 3,6 5[W/m *K] 7..3 Součinitel protupu tepla Součinitel přetupu tepla na traně palin 3,6 5 48,68 [ W/m *K] (7.38) al Součinitel protupu tepla * 0,85* 48,68 41,37 [W/m K] (7.39) 7..4 Výon předaný do membránové těny Teplotní pád membránové těny t v tm 79,16 618,4 t 701,61 [ C] (7.40) tv 79,16 ln ln t 618,4 t v t pin m t Vypin 108, 90,08 79,16 [ C] t t t 908,3 90,08 618,4 [ C] m pout Vypout 58

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Plocha membránové těny S * ( A B)* h *(,58,951) *0,83 9,18 [m] (7.41) Teplo přijaté membránovou těnou Q m p S * * t 9,18* 41,37 *701,61 66,55 [W] (7.41) 3 7.3 Závěné truby Záladní parametry Vnější průměr truby D 0,038 m Vnitřní průměr truby d 0,034 m Tloušťa těny tl. 0,0056 m Počet trube n tr 18 - Počet řad z - Tabula 14 Záladní parametry závěných trube Záladní parametry palin a přehřáté páry Parametry palin Parametry páry Vtupní entalpie 591 J Teplota na vtupu 90,08 C Výtupní entalpie 1334 J Teplota na výtupu 301,31 C Teplota na vtupu 108. C Tla na vtupu 7,45 MPa Teplota na výtupu 908.3 C Tla na výtupu 7,45 MPa Tabula 15 Záladní parametry palin a přehřáté páry 7.3.1 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně palin Výpočet je tejný jao u membránové těny 0,8 w* d e 0,4 0,03* * * Pr * Ct * Cl * Cm (7.4) d e 0,1155 1,37 * 0,157 0,4 0,03* * *0,61 3,61 [W/m K] 6 0,157 177,8*10 59

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav 7.3. Součinitel přetupu tepla áláním Stupeň černoti palin byl již vypočítán podle vzorce (7.14) a je hodný pro celou 7. apitolu Teplota povrchu nánou na traně palin T z t Ztř t 73,15 95,54 5 73,15 593,69 [ C] Součinitel přetupu tepla áláním T Z 1 T 8 t 1 3 S al 5,7 *10 * * a * TS * (7.43) T Z TS 593,69 1 8 0,8 1 3 168,4 5,7 *10 * * 0,137 *168,4 * al 5,1 [W/m *K] 593,69 168,4 3,6 7.3.3 Součinitel přetupu tepla onvecí na traně páry Střední teplota páry t Zout tzin 301,31 90,08 t Ztř 95,6 [ C] (7.44) Střední tla páry P Zout P Zin P Ztř 7,,45[MPa] Střední měrný objem páry v tř 0,064[m 3 /g] Průtočný průřez pro páru * d * 0,034 F * * *18* 0,096 4 n z 4 P tr [m ] (7.45) 60

Bc.Petr Sedlá Vertiální otel na palování zemního plynu 015 VUT Brno, Energeticý útav Rychlot páry 0,94 * M pp * vtř 0,94 *16,667 * 0,064 w p 13,93[m/] (7.46) F 0,096 p Fyziální vlatnoti páry Součinitel tepelné vodivoti λ: 0,059 [W/mK] Součinitel inematicé viozity ν: 5.09*10-7 [m /] Pradtlovo čílo: 1,404 [-] Podélné obtéání plochy 0,8 wp * d e 0,4 p 0,03* * * Pr * Cl * Ct * Cm d (7.47) e 0,059 13,93* 0,034 0,4 p 0,03* * *1,404 76 [W/m *K] 7 0,034 5,09 *10 Opravné oeficienty: C t =1 C l =1 C m =1 0,8 7.3.4 Součinitel protupu tepla Součinitel protupu tepla na traně palin 3,61 5,1 48,8 [W/m K] (7.48) al Součinitel protupu tepla pro palování plynu * 1 p 0,85* 48,8 48,8 1 76 40,78 [W/m K] (7.49) Součinitel tepelné efetivnoti ψ=0,85 61